KR100928503B1 - 씨모스 이미지 센서의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 마이크로 렌즈용 물질층 잔류물로 인한 리키지 소스(Leakage Source)의 증가 및 감도 저하를 방지할 수 있는 씨모스 이미지 센서의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조방법은 포토다이오드들이 형성된 반도체 기판의 전면에 절연막, 금속 패드 및 보호막을 순차적으로 형성하는 단계와, 상기 보호막을 식각하여 상기 금속 패드에 오픈부를 형성하는 단계와, 상기 보호막 상에 평탄화층 및 칼러필터층을 형성하는 단계와, 상기 컬러필터층을 포함한 상기 반도체 기판 전면에 오버 코팅층을 형성하는 단계와, 상기 오버코팅층 전면을 가리고 상기 금속 패드 부분만 노출된 마스크를 이용하여 상기 금속 패드에 코팅 및 노광 공정을 실시하는 단계와, 상기 평탄화층 전면에 마이크로렌즈 영역을 정의하는 마이크로렌즈 마스크 패턴을 형성하는 단계와, 상기 마이크로렌즈 마스크 패턴에 리플로우 공정으로 열처리하여 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
금속패드, 마스크, 마이크로렌즈

Description

씨모스 이미지 센서의 제조방법{Method for fabricating of CMOS Image sensor}
본 발명은 이미지 센서의 제조방법에 관한 것으로, 특히 마이크로 렌즈용 물질층 잔류물로 인한 리키지 소스(Leakage Source)의 증가 및 감도 저하를 방지할 수 있는 씨모스 이미지 센서의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지 센서(Image sensor)는 광학적 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로써, 크게, 전하 결합 소자(charge coupled device: CCD)와 씨모스(CMOS; Complementary Metal Oxide Silicon) 이미지 센서(Image Sensor)로 구분된다.
전하 결합 소자(charge coupled device: CCD)는 빛의 신호를 전기적 신호로 변환하는 복수개의 포토 다이오드(Photo diode; PD)가 매트릭스 형태로 배열되고, 매트릭스 형태로 배열된 각 수직 방향의 포토 다이오드 사이에 형성되어 각 포토 다이오드에서 생성된 전하를 수직방향으로 전송하는 복수개의 수직 방향 전하 전송 영역(Vertical charge coupled device; VCCD)과, 각 수직 방향 전하 전송 영역에 의해 전송된 전하를 수평방향으로 전송하는 수평 방향 전하전송영역(Horizontal charge coupled device; HCCD) 및 상기 수평방향으로 전송된 전하를 센싱하여 전기적인 신호를 출력하는 센스 증폭기(Sense Amplifier)를 구비하여 구성된 것이다.
그러나, 이와 같은 CCD는 구동 방식이 복잡하고, 전력 소비가 클 뿐만 아니라, 다단계의 포토 공정이 요구되므로 제조 공정이 복잡한 단점을 갖고 있다.
또한, 전하 결합 소자는 제어회로, 신호처리회로, 아날로그/디지털 변환회로(A/D converter) 등을 전하 결합 소자 칩에 집적시키기가 어려워 제품의 소형화가 곤란한 단점을 갖는다.
최근에는 전하 결합 소자의 단점을 극복하기 위한 차세대 이미지 센서로서 씨모스 이미지 센서가 주목을 받고 있다.
이러한, 씨모스 이미지 센서는 제어회로 및 신호처리회로 등을 주변회로로 사용하는 씨모스 기술을 이용하여 단위 화소의 수량에 해당하는 모스 트랜지스터들을 반도체 기판에 형성함으로써 모스 트랜지스터들에 의해 각 단위 화소의 출력을 순차적으로 검출하는 스위칭 방식을 채용한 소자이다.
즉, 씨모스 이미지 센서는 단위 화소 내에 포토 다이오드와 모스 트랜지스터를 형성시킴으로써 스위칭 방식으로 각 단위 화소의 전기적 신호를 순차적으로 검출하여 영상을 구현한다.
상기 씨모스 이미지 센서는 씨모스 제조 기술을 이용하므로 적은 전력 소모, 적은 포토공정 스텝에 따른 단순한 제조공정 등과 같은 장점을 갖는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술에 의한 씨모스 이미지 센서의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
도 1a 내지 도 1e는 종래 기술에 의한 씨모스 이미지 센서의 제조방법을 나타낸 공정단면도이다.
먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(100)에 게이트 절연막 또는 층간 절연막 등의 절연막(101)를 형성하고, 절연막(101) 위에 각 신호 라인의 금속 패드(102)를 형성한다. 그리고, 금속 패드(102)를 포함한 절연막(101) 전면에 산화막 또는 질화막 등으로 보호막(103)을 형성한다.
다음으로, 도 1b에 도시한 바와 같이, 보호막(103) 위에 감광막(104)을 도포하고, 노광 및 현상하여 상기 금속 패드(102) 상측 부분이 노출되도록 패터닝한다.그리고, 패터닝된 감광막(104)을 마스크로 이용하여 보호막(103)을 선택적으로 식각하여 금속 패드(102)에 오픈부(105)를 형성한다.
이어서, 도 1c에 도시한 바와 같이, 감광막(104)을 제거하고, 보호막(103) 전면에 실리콘질화막 또는 실리콘산화질화막을 증착하여 평탄화층(106)을 형성하고, 포토 및 식각 공정을 통해 금속 패드 부분을 제외한 부분에만 남도록 평탄화층(106)을 선택적으로 식각한다.
그리고, 각 포토다이오드 영역(미도시)에 상응하는 평탄화층(106) 위에 칼라 필터층(107)을 형성한다. 여기서, 상기 각 칼라 필터층 형성 방법은, 해당 칼라 레지스트를 도포하고 별도의 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 각 칼라 필터층을 형성한다.
이후, 도 1d에 도시한 바와 같이, 각 칼라 필터층(107)을 포함한 기판 전면에 오버 코팅층(over coating layer)(108)을 형성하고, 포토 및 식각 공정으로 상 기 금속 패드 부분을 제외한 영역에만 선택적으로 식각한다.
이어서, 도 1e에 도시한 바와 같이, 상기 오버 코팅층(108) 상에 마이크로 렌즈용 물질층으로 고분자 물질을 접착한다. 이후, 노광 및 현상 공정으로 감광막을 패터닝하여 마이크로렌즈 영역을 정의한다. 다음, 감광막을 이용하여 마이크로 렌즈용 물질층인 고분자 물질을 선택적으로 패터닝하여 칼라 필터층(107)에 대응하도록 마이크로렌즈 패턴을 형성한다. 그리고, 마이크로렌즈 패턴에 리플로우 공정으로 열처리하여 일정한 곡률을 갖는 반구형의 마이크로렌즈(109)를 형성한다.
하지만, 종래의 씨모스 이미지 센서의 제조방법은 마이크로렌즈를 형성하기 위해 고분자 물질인 마이크로 렌즈용 물질층을 패터닝한 후, 리플로우 공정으로 열처리를 하기 전에, 즉, 마이크로 렌즈 포토 공정을 진행한 이후에 도 2에 도시된 바와 같이 패드(Pad) 부분에 마이크로 렌즈용 물질층 잔여물이 남는 현상이 빈번하게 발생하는 문제점이 있다.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 마이크로 렌즈용 물질층 잔류물로 인한 리키지 소스(Leakage Source)의 증가 및 감도 저하를 방지할 수 있는 씨모스 이미지 센서의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조방법은 절연막이 형성된 액티브 영역과 패드 영역으로 구분되는 반도체 기판의 패드 영역 상에 금속 패드를 형성하는 단계와, 상기 반도체 기판 전면에 상기 금속 패드의 소정부분이 노출되도록 오픈부를 가지는 보호막을 형성하는 단계와, 상기 액티브 영역에 해당하는 상기 보호막 상에 평탄화층, 칼러필터층 및 오버코팅층을 형성하는 단계와, 상기 오버코팅층 전면을 가리고 상기 금속 패드 부분만 노출시키는 마스크를 이용하여 상기 금속 패드에 노광 공정을 실시하는 단계와, 상기 오버코팅층 전면에 마이크로렌즈 영역을 정의하는 마이크로렌즈 패턴을 형성하는 단계와, 상기 마이크로렌즈 패턴에 리플로우 공정으로 열처리하여 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하며 상기 마스크는 상기 보호막을 식각하여 상기 금속 패드에 오픈부를 형성할 때 사용한 마스크인 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조방법은 금속 패드(Pad) 영역만 노출된 마스크를 사용함으로써 픽셀 부분에 대한 충격을 최소화하면서 패드 부분에 효과적으로 더블 노광을 가할 수 있다. 이로 인해, 패드 영역의 리키지 소스(Leakage Source) 감소로 인한 씨모스 이미지 센서의 특성을 향 상시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서의 제조방법에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조방법을 나타낸 도면이다.
먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 적어도 하나 이상 형성되어 입사되는 광량에 따른 전하를 생성하는 포토다이오드(미도시)들이 형성된 반도체 기판(200)에 게이트 절연막 또는 층간 절연막 등의 절연막(201) 위에 각 신호 라인의 금속 패드(202)를 형성한다. 그리고, 금속 패드(202)를 포함한 절연막 전면에 산화막 또는 질화막 등으로 수분 및 스크래치로부터 소자를 보호하기 위한 평탄화된 보호막(203)을 형성한다.
여기서, 금속 패드(102)는 게이트 전극(미도시)과 동일 물질로 동일 층에 형성될 수 있고, 별도의 콘택을 통해 다른 물질로 형성될 수 있으며, 대부분 알루미늄(Al)으로 형성된다.
또한, 절연막(201)은 다층으로 형성될 수도 있고, 하나의 절연막(201)을 형성한 후에 포토다이오드(미도시) 이외의 부분으로 빛이 입사되는 것을 막기 위한 차광층(미도시)을 형성한 후에 다시 절연막(201)이 형성될 수도 있다.
다음으로, 도 3b에 도시된 바와 같이, 보호막(203) 위에 감광막(204)을 도포하고, 노광 및 현상하여 상기 금속 패드(202) 상측 부분이 노출되도록 패터닝한다. 그리고, 패터닝된 감광막(204)을 마스크로 이용하여 보호막(203)을 선택적으로 식각하여 금속 패드(202)에 오픈부(205)를 형성한다.
이어서, 도 3c에 도시된 바와 같이, 감광막(204)을 제거하고, 보호막(203) 전면에 실리콘질화막 또는 실리콘산화질화막을 증착하여 초점거리 조절 및 렌즈층을 형성하기 위한 평탄도 확보 등을 위하여 평탄화층(206)을 형성하고, 포토 및 식각 공정을 통해 금속 패드 부분을 제외한 부분에만 남도록 평탄화층(206)을 선택적으로 식각한다.
그리고, 평탄화층(206) 위에 각각의 파장대별로 빛을 필터링하는 칼라 필터층(207)을 형성한다. 여기서, 상기 각 칼라 필터층 형성 방법은, 해당 칼라 레지스트를 도포하고 별도의 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 각 칼라 필터층(207)을 형성한다.
이후, 도 3d에 도시된 바와 같이, 각 칼라 필터층(207)을 포함한 반도체기판(200) 전면에 오버 코팅층(over coating layer)(208)을 형성하고, 포토 및 식각 공정으로 금속 패드(202) 부분을 제외한 영역에만 남도록 선택적으로 식각한다.
이어서, 도 3e에 도시된 바와 같이, 이후, 오버코팅층(208) 전면을 가리고 금속 패드(202) 부분만 노출된 마스크를 이용하여 금속 패드(202)에 노광 공정을 실시한다.
여기서, 오버코팅층(208) 전면을 가리고 금속 패드(202) 부분만 노출된 마스 크는 보호막(203)을 식각하여 금속 패드(202)에 오픈부(205)를 형성할 때 사용한 마스크와 동일한 것이다.
이어서, 오버 코팅층(208) 상에 마이크로 렌즈용 물질층으로 고분자 물질을 접착한다. 이후, 마이크로렌즈 마스크를 이용한 노광 및 현상 공정으로 마이크로 렌즈용 물질층을 선택적으로 패터닝하여 마이크로 렌즈 영역을 정의하며, 칼러필터층(207)에 대응하는 마이크로렌즈 패턴을 형성한다. 이때, 마이크로렌즈 패턴을 형성함과 동시에 마이크로렌즈 마스크를 이용하여 금속 패드(202)에 두번째 노광 및 현상 공정이 진행된다. 그리고, 마이크로렌즈 패턴에 리플로우 공정으로 열처리하여 일정한 곡률을 갖는 반구형의 마이크로렌즈(209)를 형성한다.
도 1a 내지 도 1e는 종래 기술에 의한 씨모스 이미지 센서의 제조방법을 나타낸 공정단면도.
도 2는 종래 기술에 의한 씨모스 이미지 센서의 패드 부분의 마이크로 렌즈용 물질층 잔여물이 남는 현상을 나타낸 도면.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조방법을 나타낸 도면.

Claims (3)

  1. 절연막이 형성된 액티브 영역과 패드 영역으로 구분되는 반도체 기판의 패드 영역 상에 금속 패드를 형성하는 단계와,
    상기 반도체 기판 전면에 상기 금속 패드의 소정부분이 노출되도록 오픈부를 가지는 보호막을 형성하는 단계와,
    상기 액티브 영역에 해당하는 상기 보호막 상에 평탄화층, 칼러필터층 및 오버코팅층을 형성하는 단계와,
    상기 오버코팅층 전면을 가리고 상기 금속 패드 부분만 노출시키는 마스크를 이용하여 상기 금속 패드에 노광 공정을 실시하는 단계와,
    상기 오버코팅층 전면에 마이크로렌즈 영역을 정의하는 마이크로렌즈 패턴을 형성하는 단계와,
    상기 마이크로렌즈 패턴에 리플로우 공정으로 열처리하여 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하며
    상기 마스크는 상기 보호막을 식각하여 상기 금속 패드에 오픈부를 형성할 때 사용한 마스크인 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 평탄화층 전면에 마이크로렌즈 영역을 정의하는 마이크로렌즈 패턴을 형성하는 단계는
    상기 마이크로렌즈 패턴을 형성하는 마이크로렌즈 마스크를 이용하여 상기 금속 패드에 노광 및 현상 공정을 실시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
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