KR100907891B1 - 씨모스 이미지 센서 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 옥사이드 마이크로렌즈의 수분 흡착을 방지하기 위한 씨모스 이미지 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

상기와 같은 본 발명은, 반도체 기판과; 상기 반도체 기판상에 형성되고, 플라즈마 트리트먼트 공정이 표면에 수행된 옥사이드 마이크로 렌즈와; 상기 옥사이드 마이크로 렌즈 상의 수분 흡착을 방지하기 위해 상기 옥사이드 마이크로 렌즈를 포함한 반도체 기판 전면에 형성되는 수분 흡착 방지막;을 포함하여 이루어진다.

Description

씨모스 이미지 센서 및 그 제조 방법{CMOS image sensor and Method for fabricating thereof}

본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 씨모스 이미지 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

씨모스 이미지 센서에서 가장 중요한 것은 노이즈가 없는 이미지를 구현하는 것이다.

씨모스 이미지 센서에서 이미지를 구현하는 가장 중요한 요소는 마이크로렌즈이다. 보통 마이크로렌즈를 형성하기 전에 RGB를 만들고 위에 마이크로렌즈를 구성한다. 이때 마이크로렌즈는 보통 폴리머를 사용하는 것이 통상적이다.

현재 상기와 같은 마이크로렌즈로 옥사이드 마이크로렌즈를 많이 사용한다.

상기 옥사이드 마이크로렌즈는 수율 및 갭(gap)을 제로(zero)로 만들 수 있기 때문에 많이 사용되고 있다.

그러나, 옥사이드 마이크로렌즈는 이하의 도 1과 같은 문제점을 가지고 있다.

도 1은 종래 수분 흡착에 의한 크랙이 발생된 옥사이드 마이크로 렌즈의 표 면을 나타낸 설명도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 옥사이드 마이크로렌즈는 표면에 작은 구멍이 있기 때문에, 수분이 흡착이 되면 상기 수분이 상기 구멍들을 통해 옥사이드 마이크로렌즈로 침투하여 상기 옥사이드 마이크로렌즈와 칼라와의 접합력을 약화시켜 크랙이 발생되는 문제점이 발생된다.

상기와 같이, 종래의 옥사이드 마이크로렌즈는 수분 흡착이 치명적이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 옥사이드 마이크로렌즈의 수분 흡착을 방지하기 위한 씨모스 이미지 센서 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서는, 반도체 기판과; 상기 반도체 기판상에 형성되고, 플라즈마 트리트먼트 공정이 표면에 수행된 옥사이드 마이크로 렌즈와; 상기 옥사이드 마이크로 렌즈 상의 수분 흡착을 방지하기 위해 상기 옥사이드 마이크로 렌즈를 포함한 반도체 기판 전면에 형성되는 수분 흡착 방지막;을 포함하여 이루어진다.

이때, 상기 플라즈마 트리트먼트 공정은 Ar과 H₂ 및 N₂ 가스 중 어느 하나를 이용하여 수행된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수분 흡착 방지막의 두께는 5 ~ 20Å인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수분 흡착 방지막은 오존(O₃)수(水) 트리트먼트 공정을 수행하여 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 방법은, 반도체 기판상에 옥사이드 마이크로 렌즈를 형성하는 단계와; 상기 옥사이드 마이크로 렌즈를 포함한 반도체 기판 전면에 플라즈마 트리트먼트(Plasma Treatment) 공정을 수행하는 단계와; 상기 플라즈마 트리트먼트 공정이 수행된 반도체 기판 전면에 수분 흡착을 방지하기 위한 막을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어진다.

본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서 및 그 제조 방법은, 옥사이드 마이크로렌즈의 표면에 수분 흡착 방지막을 형성함으로써, 상기 옥사이드 마이크로렌즈의 수분 흡착을 방지하여 센서 효율 및 수율을 높힐 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서 및 그 제조 방법은 필요에 따라 전술한 구성요소 이외의 것이 포함되어 구성될 수 있을 것이나, 상기 전술한 구성요소 이외의 것은 본 발명에 직접적 연관이 있는 것은 아니므로 설명의 간명함을 위해 이에 대한 자세한 설명은 이하 생략된다.

한편, 상기 구성요소들은 실제 응용에서 구현될 때 필요에 따라 2 이상의 구성요소가 하나의 구성요소로 합쳐져서 구성되거나, 하나의 구성요소가 2 이상의 구성요소로 세분되어 구성될 수 있음을 유념해야 한다.

본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 이하에서의 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서 및 그 제조 방법의 바람직한 실시예에 관하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서를 나타낸 일 실시예 단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(20)의 표면 내에 적어도 하나 이상 형성되어 입사되는 광량에 따른 전하를 생성하는 포토 다이오드들(21)과, 상기 포토 다이오드들(21)이 형성된 반도체 기판(20)의 전면에 형성되는 층간 절연막(22)과, 상기 층간 절연막(22)상에 형성되는 제1 평탄화막(23)과, 상기 제1 평탄화막(23)의 상부에 형성되어 각각 특정의 파장대의 빛을 통과시키는 R,G,B의 칼라 필터막(24)과, 상기 칼라 필터막(24)을 포함한 전면에 형성되는 제2 평탄화막(25)과, 상기 제2 평탄화막(25)상에 상기 각 칼라 필터막(24)과 대응되게 형성되는 옥사이드 마이크로렌즈(26)와, 상기 옥사이드 마이크로렌즈(26)를 포함한 상기 반도체 기판(20)의 전면에 형성되어 상기 옥사이드 마이크로렌즈(26) 상의 수분 흡착을 방지하기 위한 수분 흡착 방지막(27)을 포함하여 구성된다.

도 3a 내지 도 3e는 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 공정을 나타낸 일 실시예 공정 순서도이다.

먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 복수개의 광감지 소자들 예를 들면, 포토다이오드들(21)이 형성된 반도체 기판(20)상에 층간 절연막(22)을 형성한다. 여기서, 상기 층간 절연막(22)은 다층으로 형성될 수도 있고, 도시되지 않았지만 하나의 층간 절연막 형성 후에 포토다이오드들(21) 영역 이외의 부분으로 빛이 입사되는 것을 막기 위한 차광층을 형성 한 후에 다시 층간 절연층이 형성될 수도 있다.

한편, 상기 층간 절연막(22)은 USG(Undoped Silicate Glass)과 같은 옥사이드를 사용하여 형성할 수 있다.

그 다음으로, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 층간 절연막(22) 상에 제1 평탄화막(23)을 형성하고, 상기 제1 평탄화막(23) 상에 청색, 적색, 녹색의 레지스트 층을 각각 도포한 후, 노광 및 현상 공정을 진행하여 각각의 파장대별로 빛을 필터링하는 칼라 필터막(24)을 형성하고, 상기 칼라 필터막(24)을 포함한 반도체 기판(20)의 전면에 제2 평탄화막(25)을 형성한다.

그 다음으로, 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 제2 평탄화막(25) 상에 옥사이드 막(도시되지 않음)을 형성하고, 상기 옥사이드 막(도시되지 않음)의 상부에 포토레지스트 패턴(도시되지 않음)을 마스크로 건식 식각 공정을 수행하여 옥사이드 마이크로렌즈(26)를 형성한다.

이어서, 본 발명은 상기 옥사이드 마이크로렌즈(26)의 표면에 존재할 수 있는 작은 구멍들(porous)을 없애기 위해 상기 옥사이드 마이크로렌즈(26) 상부에 Ar과 H₂ 및 N₂ 가스 중 어느 하나를 이용하여 플라즈마 트리트먼트 고정을 수행한다.

이때, 상기 플라즈마 트리트먼트 공정의 조건은 RF 파워는 200 ~ 1500W이고, 공정 시간은 10 ~ 60sec이고, 압력은 5 ~ 10mtorr으로 수행한다.

상기와 같이, 본 발명은 상기 옥사이드 마이크로렌즈(26) 상부에 플라즈마 트리트먼트 공정을 수행함으로써, 상기 옥사이드 마이크로렌즈(26)의 표면에 존재하는 작은 구멍들(porous)을 물리적으로 없애 상기 옥사이드 마이크로렌즈(26)의 표면을 단단하게 하고, 이후에 실시될 오존(O₃)수(水) 트리트먼트 공정을 수행할 때 수분이 들어가는 것을 막을 수 있다.

그 다음으로, 도 3d 및 도 3e에 도시된 바와 같이, 상기 플라즈마 트리트먼트 공정이 수행된 상기 옥사이드 마이크로렌즈(26)를 포함한 반도체 기판(20) 전면 에 수분 흡착 방지막(27)을 형성한다.

여기서, 본 발명은 상기 수분 흡착 방지막(27)을 오존(O₃)수(水) 트리트먼트 공정을 수행하여 5 ~ 20Å의 두께로 형성한다.

이때, 상기 오존(O₃)수(水) 트리트먼트 공정 조건은 공정 시간은 600 ~ 1200sec이고, 상기 오존(O₃)수의 유입량은 1 ~ 2 ℓ/min이고, 상기 오존(O₃)의 농도는 5 ~ 10ppm로 수행한다.

상기와 같이, 본 발명은 오존(O₃)수(水) 트리트먼트 공정을 수행하여 상기 옥사이드 마이크로렌즈(26)의 표면상에 흡착되는 수분을 방지하기 위한 막(27)을 형성한다.

이상 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 예를 들면, 본 기술분야의 당업자에게는 전술한 실시예들을 서로 조합하여 사용하는 것도 매우 용이할 것이다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

도 1은 종래 수분 흡착에 의한 크랙이 발생된 옥사이드 마이크로 렌즈의 표면을 나타낸 설명도이다.

도 2는 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서를 나타낸 일 실시예 단면도이다.

도 3a 내지 도 3e는 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 공정을 나타낸 일 실시예 공정 순서도이다.

<도면의 주요 부호에 대한 설명>

20: 반도체 기판 21: 포토다이오드들

22: 층간 절연막 23: 제1 평탄화막

24: 칼라 필터막 25: 제2 평탄화막

26: 옥사이드 마이크로렌즈 27: 수분 흡착 방지막

Claims (8)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 포토 다이오드들이 형성된 반도체 기판 상에 층간 절연막을 형성하는 단계;

   상기 층간 절연막 상에 칼라 필터막을 형성하는 단계;

   상기 칼라 필터막이 형성된 반도체 기판 상에 옥사이드 마이크로 렌즈를 형성하는 단계;

   상기 옥사이드 마이크로 렌즈를 포함한 반도체 기판 전면에 플라즈마 트리트먼트(Plasma Treatment) 공정을 수행하는 단계; 및

   상기 플라즈마 트리트먼트 공정이 수행된 반도체 기판 전면에 오존(O₃)수(水) 트리트먼트 공정을 수행하여 수분 흡착 방지막을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법.
6. 제5 항에 있어서,

   상기 플라즈마 트리트먼트 공정 수행 단계는, Ar과 H₂ 및 N₂ 가스 중 어느 하나를 이용하여 상기 플라즈마 트리트먼트 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법.
7. 제5 항에 있어서,

   상기 수분 흡착 방지막은, 5 ~ 20Å의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법.
8. 제5항에 있어서, 상기 이미지 센서의 제조 방법은,

   상기 층간 절연막 및 상기 칼라 필터막 사이에 제1 평탄화층을 형성하는 단계; 및

   상기 칼라 필터막 및 상기 옥사이드 마이크로 렌즈 사이에 제2 평탄화층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법.

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