KR101014471B1 - 이미지 센서 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 이미지 센서 제조방법은 기판 상에 일정 간격 이격되도록 포토 다이오드를 형성하는 단계와, 포토 다이오드가 형성된 기판 상에 하부 층간절연층을 형성하는 단계와, 절연층에 의해 상호 이격되는 금속배선층과, 층간절연층을 교대로 복수회 형성하는 단계와, 인접하는 포토 다이오드 사이의 층간절연층 및 절연층을 식각하여 트렌치를 형성하는 단계와, 트렌치를 절연막으로 매립하여 흡광막을 형성하는 단계와, 흡광막이 형성된 기판 상에 상부 금속 배선층을 형성하는 단계와, 상부 금속 배선층이 형성된 기판 상에 패시베이션층을 형성하는 단계, 및 패시베이션층 상에 컬러 필터 및 마이크로 렌즈를 구비하는 집광부를 형성하는 단계를 포함한다.
이미지 센서, 차광막, 간섭 방지
Description
도 1은 종래 기술에 따른 이미지 센서에서 집광부로 부터의 광 전달 경로 및 간섭 경로를 설명하기 위한 단면도를 도시한다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들을 도시한다.
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -
100 : 기판 101 : 제 1 ILD 층
102R, 102G, 102B : 포토 다이오드 104 : 제 1 금속배선
106 : 제 2 ILD 층 108 : 제 2 금속배선
110 : 제 3 ILD 층 112 : 제 3 금속배선
114 : 제 4 ILD 층 116 : 트렌치 마스크
117 : 트렌치 118 : SiON 층
120 : 집광부 122 : 패시베이션 층
본 발명은 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 마이크로 렌즈로부터의 흡수된 빛이 원하지 않는 인접한 포토 다이오드로의 전달을 막기 위해 포토 다이오드 간의 빛 차폐막을 만들어서 노이즈 현상을 줄일 수 있는 이미지 센서 제조방법에 관한 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 이미지 센서에서 집광부로 부터의 광 전달 경로 및 간섭 경로를 설명하기 위한 단면도를 도시한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 시모스(CMOS; complementary metal oxide semiconductor) 또는 전하 결합 소자(CCD; charge coupled device) 이미지 센서 등에서 마이크로 렌즈와 같은 집광부(14)의 빛을 포토 다이오드(12G) 까지 광로 L1을 따라서 전달해야 하며, 부가적으로 발생하는 요소는 광로 L2와 같이 원하지 않는 인접 포토 다이오드(12R)에 간섭을 주게 되며 이러한 현상은 고성능 이미지 구현의 노이즈로 작용하게 되며, 이미지 센서의 광 특성의 신뢰성을 저하시키는 결과를 초래한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 본 발명의 주목적은 자외선 및 150 nm 내지 700 nm 정도의 파장 범위를 갖는 가시광선에서 흡 광성이 뛰어나서 반사 방지막(ARC; anti-reflection coating) 물질로 주로 사용되는 SiON(silicone oxynitride) 계열의 막을 단위 포토 다이오드 별로 차폐를 시켜서, 인접 포토 다이오드로 전달되는 경로를 가진 빛을 인접 다이오드로부터 차단시킬 수 있는 이미지 센서 제조방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 기판 상에 일정 간격 이격되도록 포토 다이오드를 형성하는 단계와, 포토 다이오드가 형성된 기판 상에 하부 층간절연층을 형성하는 단계와, 절연층에 의해 상호 이격되는 금속배선층과, 층간절연층을 교대로 복수회 형성하는 단계와, 인접하는 포토 다이오드 사이의 층간절연층 및 절연층을 식각하여 트렌치를 형성하는 단계와, 트렌치를 절연막으로 매립하여 흡광막을 형성하는 단계와, 흡광막이 형성된 기판 상에 상부 금속 배선층을 형성하는 단계와, 상부 금속 배선층이 형성된 기판 상에 패시베이션층을 형성하는 단계, 및 패시베이션층 상에 컬러 필터 및 마이크로 렌즈를 구비하는 집광부를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 층간절연층은 2.7 내지 4.8 범위의 유전 상수를 갖는 물질로 형성할 수 있다.
상기 트렌치의 깊이는 상기 집광부로부터 상기 포토 다이오드까지 빛이 전달되지 않도록 하는 깊이로 설정할 수 있다.
상기 트렌치를 형성하는 단계는, CxHyFz(x, y 및 z는 0 또는 자연수)를 주 식각가스로 하는 건식 식각 방법으로 수행할 수 있다.
상기 흡광막을 형성하는 단계는, 상기 트렌치를 절연층으로 매립하는 단계와, 절연층을 평탄화하는 단계로 이루어질 수 있다.
상기 층간절연층은 2.7 내지 4.8 범위의 유전 상수를 갖는 물질로 형성할 수 있다.
상기 트렌치의 깊이는 상기 집광부로부터 상기 포토 다이오드까지 빛이 전달되지 않도록 하는 깊이로 설정할 수 있다.
상기 트렌치를 형성하는 단계는, CxHyFz(x, y 및 z는 0 또는 자연수)를 주 식각가스로 하는 건식 식각 방법으로 수행할 수 있다.
상기 흡광막을 형성하는 단계는, 상기 트렌치를 절연층으로 매립하는 단계와, 절연층을 평탄화하는 단계로 이루어질 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 또한 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시된 것 이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 4층의 금속배선을 형성하고 있는 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들을 도시한다.
먼저, 도 2a에 도시한 바와 같이, 시모스(CMOS; complementary metal oxide semiconductor) 이미지 센서의 포토 다이오드(102R, 102G, 102B) 영역과, 제1 층간절연층(ILD; interlayer dielectric)(101) 및 절연층에 의해 상호 이격되도록 제1 금속배선(104)을 형성한다. 그리고 나서, 제2 ILD층(106)을 형성한 후 그 위에 제2 금속배선(108)을 형성한다. 또한, 제2 금속배선(108) 상에 제3 ILD층(110)을 형성한 다음, 제3 금속배선(112)을 형성한 후, 그 위에 제4 ILD층(114)을 형성한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 각 ILD층은 2.7 내지 4.8 정도 대역의 유전 상수를 갖는 FSG(fluorine-doped silica glass) 또는 USG(undoped silicate glass) 등의 물질로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 이러한 ILD 층들은 따로 형성시키는 것이 아니라 로직 부분의 금속배선을 형성시키면서, 자연스럽게 동시에 형성되는 부분이며, 부분적으로 이곳에 금속배선이 위치할 수도 있다.
이어서, 도 2b에 도시한 바와 같이, 흡광막을 형성하기 위하여 트렌치 마스크(116)를 형성한 후, CxHyFz(x, y 및 z는 0 또는 자연수)를 주 식각 가스로 하고, O2, N2, H2O, Ar, He, Cl2, BCl3 등의 첨가 가스를 이용하여 건식 식각을 실행하여 트렌치(117)를 형성한다. 이때, 트렌치(117)의 깊이는 도 2d에 도시한 바와 같이 집광부(120)로부터 빛이 포토 다이오드(102R, 102G, 102B)까지 전달되지 않도록 하는 깊이로 설정한다.
다음 단계로, 도 2c에 도시한 바와 같이, 트렌치 마스크를 제거한 후, 트렌치를 SiON(silicon oxynitride)과 같은 절연층(118)으로 충진하도록 충분하게 증착하여 형성한 후, 절연층에 대해 화학적 기계적 연마(CMP; chemical mechanical polishing)와 같은 방법으로 평탄화 공정을 수행한다.
그리고 나서, 도 2d에 도시한 바와 같이, 상부의 제4 금속 배선(119)을 형성한 후, 패시베이션 층(122)을 형성한다. 이어서, 컬러 필터 및 마이크로 렌즈를 구비하는 집광부(120)를 형성한다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 절연층(118)이 차광막의 역할을 수행함으로써, 도 1에 도시한 인접 포토 다이오드로 빛이 전달되는 현상을 막아줄 수 있다.
본 발명을 본 명세서 내에서 몇몇 바람직한 실시예에 따라 기술하였으나, 당업자라면 첨부한 특허 청구 범위에서 개시된 본 발명의 진정한 범주 및 사상으로부터 벗어나지 않고 많은 변형 및 향상이 이루어질 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 광간섭에 의한 노이즈가 제거된 고해상도 시모스 이미지 센서의 신뢰성 증가에 기여할 수 있는 효과가 있다.
Claims (6)
- 기판 상에 일정 간격 이격되도록 포토 다이오드를 형성하는 단계;상기 포토 다이오드가 형성된 기판 상에 하부 층간절연층을 형성하는 단계;상기 하부 층간절연층 상에, 절연층에 의해 상호 이격되는 금속배선층과, 층간절연층을 교대로 복수회 형성하는 단계;인접하는 상기 포토 다이오드 사이의 상기 층간절연층 및 절연층을 식각하여 트렌치를 형성하는 단계;상기 트렌치를 절연막으로 매립하여 흡광막을 형성하는 단계;상기 흡광막이 형성된 기판 상에 상부 금속 배선층을 형성하는 단계;상부 금속 배선층이 형성된 기판 상에 패시베이션층을 형성하는 단계; 및상기 패시베이션층 상에 컬러 필터 및 마이크로 렌즈를 구비하는 집광부를 형성하는 단계를 포함하는,이미지 센서 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 층간절연층은 2.7 내지 4.8 범위의 유전 상수를 갖는 물질로 형성되는,이미지 센서 제조방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 트렌치에 형성된 상기 흡광막은 상기 집광부로부터 이웃하는 포토 다이오드로 빛이 전달되는 것을 방지하는,이미지 센서 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 트렌치를 형성하는 단계는,CxHyFz(x, y 및 z는 0 또는 자연수, 단 x, y 및 z가 모두 0인 경우는 제외)를 주 식각가스로 하는 건식 식각 방법으로 수행하는,이미지 센서 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 흡광막을 형성하는 단계는,상기 트렌치를 절연층으로 매립하는 단계; 및상기 절연층을 평탄화하는 단계를 포함하는, 이미지 센서 제조방법.
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