KR101023075B1 - Image sensor and method for manufacturing the sensor - Google Patents
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Abstract
이미지 센서 및 그의 제조 방법이 개시된다. 이 방법은, 픽셀 영역과 로직 영역의 반도체 기판상에 금속 배선 절연막을 형성하는 단계와, 금속 배선 절연막의 상부에 서로 이격된 금속 배선들을 형성하는 단계와, 금속 배선들과 금속 배선 절연막의 상부에 제1 층간 절연막을 형성하는 단계와, 픽셀 영역의 금속 배선들의 사이에 존재하는 제1 층간 절연막을 제거하고, 로직 영역의 금속 배선들의 사이에 존재하는 제1 층간 절연막은 잔류시키는 단계 및 픽셀 영역에서 제1 층간 절연막이 제거된 결과물의 상부에 제2 층간 절연막을 형성하여 금속 배선들의 사이에 에어 갭을 형성하고, 로직 영역의 반도체 기판의 상부 전면에 제2 층간 절연막을 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다. 그러므로, 패턴 브릿지를 방지하여 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있고, 에어 갭의 크기를 습식 식각량을 이용하여 조절할 수 있고, 에어 갭을 균일하게 형성하면서도 에어 갭 형성 공정을 조절할 수 있고, 에어 갭을 형성하는 공정이 간단한 효과를 갖는다.An image sensor and a method of manufacturing the same are disclosed. The method includes forming a metal wiring insulating film on a semiconductor substrate in a pixel region and a logic region, forming metal wirings spaced apart from each other on top of the metal wiring insulating film, and on top of the metal wirings and the metal wiring insulating film. Forming a first interlayer insulating film, removing the first interlayer insulating film existing between the metal wirings in the pixel region, and leaving the first interlayer insulating film existing between the metal wirings in the logic region and in the pixel region. Forming an air gap between the metal wires by forming a second interlayer insulating film on the resultant from which the first interlayer insulating film has been removed, and forming a second interlayer insulating film on the entire upper surface of the semiconductor substrate in the logic region. It features. Therefore, the reliability of the device can be improved by preventing the pattern bridge, the size of the air gap can be adjusted by using the wet etching amount, the air gap forming process can be controlled while the air gap is formed uniformly, and the air gap can be adjusted. The forming process has a simple effect.
이미지 센서, 에어 갭, 픽셀 영역, 로직 영역 Image Sensor, Air Gap, Pixel Area, Logic Area
Description
본 발명은 반도체 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 씨모스 이미지 센서(CIS:CMOS Image Sensor) 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
일반적으로 이미지 센서(Image Sensor)는 광학 영상(Optical Image)을 전기적인 신호로 변환하는 반도체 장치로서, 크게 전하결합소자(Charge Coupled Device: CCD)와 씨모스(Complementary Metal Oxide Silicon : CMOS) 이미지 센서(Image Sensor)로 구분된다. 여기서, CCD는 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 캐패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, CMOS 이미지센서는 제어회로(Control Circuit) 및 신호처리회로(Signal Processing Circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 픽셀 (Pixel) 수 만큼 MOS 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 순차적으로 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다. 현재 이미지 센서로 널리 사용되고 있는 CCD에 비하여 CMOS 이미지센서는 여러 가지 장점 때문에 광범위한 제품에서 사용되고 있다.In general, an image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal, and is largely a charge coupled device (CCD) and a complementary metal oxide silicon (CMOS) image sensor. It is divided into (Image Sensor). Here, a CCD is a device in which charge carriers are stored and transported in a capacitor while a metal-oxide-silicon (MOS) capacitor is in close proximity to each other, and a CMOS image sensor is a control circuit and a signal processing circuit. ) Is a device that adopts a switching method that uses a CMOS technology that uses) as a peripheral circuit to make MOS transistors as many pixels as possible, and sequentially detects output using the same. Compared to CCD, which is widely used as an image sensor, CMOS image sensor is used in a wide range of products because of various advantages.
한편, CMOS 이미지센서는 빛을 감지하는 광 감지부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이타화 하는 로직 회로 부분으로 구성되어 있다. 광 감도(Sensitivity)를 높이기 위하여 전체 이미지센서 소자에서 광 감지 부분의 면적이 차지하는 비율(Fill factor)을 크게 하려는 노력이 진행되고 있지만, 근본적으로 로직 회로 부분을 제거할 수 없기 때문에 제한된 면적에서는 이러한 노력에 한계가 있다. 따라서, 광 감도를 높여주기 위하여 광 감지부분 이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 바꿔서 광 감지 부분으로 모아주는 집광기술이 등장하였는데, 이러한 기술이 바로 마이크로 렌즈 형성 기술이다. 또한, 칼라 이미지를 구현하기 위한 이미지센서는 외부로부터의 빛을 받아 광 전하를 생성 및 축적하는 광 감지부분 상부에 칼라 필터 어레이(Color Filter Array; CFA)가 순차적으로 배열되어 있다. CFA는 적색 필터, 녹색 필터 및 청색 필터의 3가지 칼라 필터로 이루어지거나, 또는 황색 필터, 자황색 필터 및 청록색 필터의 3가지 칼라 필터로 이루어질 수 있다. 또한 CFA 상부에 이미지센서의 광 감도를 높이기 위하여 마이크로렌즈를 이용한다. 일반적인 이미지 센서의 제조 방법이 대한민국 특허 공개 번호 10-2008-0018041에 개시되어 있으므로 여기서는 상세한 설명을 생략한다.On the other hand, the CMOS image sensor is composed of a light sensing portion for detecting light and a logic circuit portion for processing the detected light into an electrical signal to make data. Efforts have been made to increase the fill factor of the area of the photo-sensing part of the entire image sensor device to increase the sensitivity, but this is limited in areas where the logic circuit part cannot be removed. There is a limit to. Therefore, in order to increase the light sensitivity, a light condensing technology that changes the path of light incident to a region other than the light sensing portion and collects the light sensing portion has emerged. Such a technique is a microlens forming technique. In addition, in the image sensor for implementing a color image, a color filter array (CFA) is sequentially arranged on an upper portion of a light sensing portion that receives and receives light from the outside to generate and accumulate an optical charge. The CFA may consist of three color filters, a red filter, a green filter, and a blue filter, or may consist of three color filters, a yellow filter, a purple yellow filter, and a cyan filter. In addition, a microlens is used to increase the light sensitivity of the image sensor on the top of the CFA. Since a general method for manufacturing an image sensor is disclosed in Korean Patent Laid-Open No. 10-2008-0018041, a detailed description thereof will be omitted.
한편, 씨모스 이미지 센서가 축소(shrink)됨에 따라, 층간 절연막(IMD) 물질의 커패시턴스(capacitance) 값이 소자의 구동에 좋지 않은 영향을 주게 되었다.Meanwhile, as the CMOS image sensor shrinks, a capacitance value of the interlayer dielectric (IMD) material adversely affects driving of the device.
도 1은 IMD를 진공(Air-Gap Structure)으로 할 때와 고밀도 플라즈마(HDP:High Density Plasma) 방법으로 산화물(Oxide)을 갭필(Gapfill)할 때의 커패시턴스를 나타내는 그래프로서, 횡축은 총 커패시턴스를 나타내며, 종축은 누적 확률(Cumulative Probability)를 각각 나타낸다.1 is a graph showing the capacitance when the IMD is a vacuum (Air-Gap Structure) and the gap fill gap (Oxide) by the high density plasma (HDP: High Density Plasma) method, the horizontal axis represents the total capacitance The vertical axis represents Cumulative Probability, respectively.
도 1에 도시된 바와 같이 IMD 물질을 진공(Vacuum)으로 할 때보다. 커패시턴스 값이 진공에 대비하여 5배 가량 높은 USG 물질로 할 경우 커패시턴스가 15pF 로서 매우 높아진다. 이는, 이미지 센서의 지연을 유발하는 원인으로 작용하게 된다. 특히, 씨모스 이미지 센서는 카메라 구동시의 움직임에 따라 잔상이 발생하지 않는 것이 중요하다. 그러나, 시정수(RC)의 지연을 증가시키는 USG를 IMD 물질로서 사용하면, 이미지가 끊겨서 보이는 레깅(legging) 현상이 발생할 수 있다. 이런 이유로 0.11㎛ 이하의 씨모스 이미지 센서에서는 금속 배선들간의 간격(space)에 인위적으로 공기(void)를 형성시켜주어 커패시턴스를 감소시키려는 시도를 하고 있다.Than when the IMD material is vacuumed as shown in FIG. 1. The capacitance is very high as 15pF when the capacitance value is 5 times higher than that of the USG material. This causes the delay of the image sensor. In particular, it is important that the CMOS image sensor does not generate an afterimage according to the movement of the camera. However, if USG, which increases the delay of the time constant RC, is used as the IMD material, legging may occur due to the image being broken. For this reason, CMOS image sensors of 0.11 µm or less have attempted to reduce capacitance by artificially forming voids in the spaces between metal wires.
도 2a 내지 도 2d들은 일반적인 씨모스 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도들을 나타낸다.2A to 2D illustrate process cross-sectional views for describing a method of manufacturing a general CMOS image sensor.
도 2a를 참조하면, 실리콘 반도체 기판(10) 상에 알루미늄(Al) 같은 금속 배선층(20)을 형성한다. 이후, 금속 배선층(20)을 패터닝하여 도 2b에 도시된 바와 같이 금속 배선(20)들을 픽셀 영역(pixel region)(A)과 로직 영역(logic region)(B)에 각각 형성한다. 이후, 금속 배선(20)들과 노출된 반도체 기판(10)의 상부 전면에 SiO2같은 층간 절연 물질층(40)을 플라즈마(PE:Plasama Enhanced)-화학 기상 증착(CVD:Chemical Vapor Deposition) 방식에 의해 두텁게 형성한다. 이때, 보이드(void)(30 및 32)가 층간 절연 물질층(40)의 내부에 형성된다. 이와 같이 금속 배선들(20)간의 사이에 형성된 보이드(30 및 32)를 에어 갭(air-gap)이라고 통 칭한다. 이후, 도 2d에 도시된 바와 같이 층간 절연 물질층(40)을 평탄화하여, 에어 갭(30 및 32)을 갖는 층간 절연막(40A)을 형성한다.Referring to FIG. 2A, a
픽셀 영역(A)에 에어 갭(32)을 형성하면 커패시턴스의 값을 줄여 빛의 신호를 전기적 신호로 변환시에 변환 이득(conversion gain)을 늘릴 수 있어, 씨모스 이미지 센서의 해상도를 향상시킬 수 있다. 그러나, 전술한 바와 같은 일반적인 에어 갭 형성 방법은 PE-CVD 방식을 이용하므로 에어 갭 형성의 조절이 쉽지 않다. 특히, 특정한 폭(width) 이하의 간격(space)에 에어 갭을 형성할 때 원하지 않은 부분까지 에어 갭이 형성되어, W-브릿지(bridge) 현상 등의 소자 특성 저하 현상이 발생할 수 있다. 게다가, 전술한 일반적인 방법의 경우, 픽셀 영역(A)에만 에어 갭(32) 형성을 원하고, 로직 영역(B)에는 에어 갭(30)의 형성을 원하지 않을 시에, 부분적으로 에어 갭(32)만을 형성할 수도 없는 문제점을 갖는다.When the
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 원하는 영역에만 선택적으로 에어 갭을 형성할 수 있는 이미지 센서 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide an image sensor capable of selectively forming an air gap only in a desired area, and a manufacturing method thereof.
상기 과제를 이루기 위해, 다수의 포토 다이오드를 갖는 픽셀 영역과 신호 처리를 위한 로직 영역을 갖는 본 발명에 의한 이미지 센서의 제조 방법은, 상기 픽셀 영역과 상기 로직 영역의 반도체 기판상에 금속 배선 절연막을 형성하는 단계와, 상기 금속 배선 절연막의 상부에 서로 이격된 금속 배선들을 형성하는 단계와, 상기 금속 배선들과 상기 금속 배선 절연막의 상부에 제1 층간 절연막을 형성하는 단계와, 상기 픽셀 영역의 상기 금속 배선들의 사이에 존재하는 상기 제1 층간 절연막을 제거하고, 상기 로직 영역의 상기 금속 배선들의 사이에 존재하는 상기 제1 층간 절연막은 잔류시키는 단계 및 상기 픽셀 영역에서 상기 제1 층간 절연막이 제거된 결과물의 상부에 제2 층간 절연막을 형성하여 상기 금속 배선들의 사이에 에어 갭을 형성하고, 상기 로직 영역의 상기 반도체 기판의 상부 전면에 제2 층간 절연막을 형성하는 단계로 이루어지는 것이 바람직하다.In order to achieve the above object, a manufacturing method of an image sensor according to the present invention having a pixel region having a plurality of photodiodes and a logic region for signal processing comprises a metal wiring insulating film on the semiconductor substrate of the pixel region and the logic region. Forming metal wirings spaced apart from each other on top of the metal wiring insulating film; forming a first interlayer insulating film on the metal wirings and the metal wiring insulating film; Removing the first interlayer insulating film existing between the metal wires, leaving the first interlayer insulating film existing between the metal wires of the logic area, and removing the first interlayer insulating film from the pixel area. Forming an air gap between the metal wires by forming a second interlayer insulating film on top of the resultant material; And forming a second interlayer insulating film on the entire upper surface of the semiconductor substrate in the logic region.
상기 다른 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 이미지 센서는,픽셀 영역의 반도체 기판에 형성된 다수의 포토 다이오드와, 로직 영역에 상기 반도체 기판에 형성된 신호 처리를 위한 논리 회로들과, 상기 픽셀 영역과 상기 로직 영역의 상기 반도체 기판상에 형성된 금속 배선 절연막과, 상기 픽셀 영역과 상기 로직 영역의 상기 금속 배선 절연막의 상부에 서로 이격되어 형성된 금속 배선들과, 상기 로직 영역에서 상기 금속 배선들 사이와 상기 금속 배선 절연막의 상부에 형성된 제1 층간 절연막 및 상기 픽셀 영역에서 상기 금속 배선들 사이의 에어 갭의 상부 및 상기 로직 영역에서 상기 제1 층간 절연막의 상부에 형성된 제2 층간 절연막으로 구성되는 것이 바람직하다.According to an aspect of the present invention, there is provided an image sensor comprising: a plurality of photodiodes formed on a semiconductor substrate in a pixel region, logic circuits for signal processing formed on the semiconductor substrate in a logic region, the pixel region and the logic A metal wiring insulating film formed on the semiconductor substrate in a region, metal wirings formed on the pixel region and an upper portion of the metal wiring insulating film in the logic region, spaced apart from each other, between the metal wirings in the logic region, and the metal wiring; And a first interlayer insulating film formed over the insulating film, and a second interlayer insulating film formed over the air gap between the metal lines in the pixel area and over the first interlayer insulating film in the logic area.
본 발명에 의한 이미지 센서 및 그의 제조 방법은 픽셀 영역과 같이 원하는 영역에만 에어 갭(air-gap)을 인위적으로 형성하고 로직 영역에는 에어 갭의 형성을 방지할 수 있어 패턴 브릿지를 방지하여 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있고,The image sensor and its manufacturing method according to the present invention can artificially form an air gap in a desired area, such as a pixel area, and prevent the formation of an air gap in a logic area, thereby preventing pattern bridges, thereby improving reliability of the device. Can improve the
에어 갭의 크기를 습식 식각량을 이용하여 조절할 수 있고,The size of the air gap can be adjusted using a wet etching amount,
습식 식각에 의해 에어 갭을 형성하므로 에어 갭을 균일하게 형성하면서도 에어 갭 형성 공정을 조절할 수 있고,Since the air gap is formed by wet etching, the air gap forming process can be controlled while forming the air gap uniformly.
별도의 마스크를 이용하지 않고, 컬러 필터(color filter)의 평탄화 층(Planarization Layer)을 형성하기 위해 사용되는 평탄화층 형성용 마스크를 사용하여 간단한 패터닝(patterning) 기술에 의해 에어 갭을 형성할 수 있어, 에어 갭을 원하는 부위에 형성하는 공정이 간단한 효과를 갖는다.Instead of using a separate mask, an air gap can be formed by a simple patterning technique using a mask for forming a planarization layer, which is used to form a planarization layer of a color filter. The process of forming an air gap at a desired site has a simple effect.
이하, 본 발명에 의한 이미지 센서의 제조 방법의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, an embodiment of a manufacturing method of an image sensor according to the present invention will be described as follows.
도 3a 내지 도 3e들은 본 발명의 실시예에 의한 이미지 센서의 제조 방법에 의한 공정 단면도들을 나타낸다.3A to 3E illustrate cross-sectional views of a method of manufacturing an image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
이미지 센서는 픽셀 영역(A)과 로직 영역(B)으로 구분된다. 픽셀 영역(A)은 다수의 포토 다이오드(미도시)를 갖는다. 로직 영역(B)은 신호 처리를 위한 논리 회로들(미도시)을 갖는다.The image sensor is divided into a pixel area A and a logic area B. The pixel region A has a plurality of photodiodes (not shown). Logic region B has logic circuits (not shown) for signal processing.
도 3a를 참조하면, 이미지 센서의 픽셀 영역(A)과 로직 영역(B)의 반도체 기판(미도시) 상에 금속 배선 절연막(PMD:Pre Metal Dielectric layer)(100)을 형성한다.Referring to FIG. 3A, a pre-metal dielectric layer (PMD) 100 is formed on a semiconductor substrate (not shown) of a pixel region A and a logic region B of an image sensor.
이후, 금속 배선 절연막(100)의 상부에 서로 이격된 금속 배선들(110)을 픽셀 영역(A)과 로직 영역(B)에 각각 형성한다. 예를 들어, 금속 배선 절연막(100)의 상부에 하부 금속층(112A), 중간 금속층(114A)(미도시) 및 상부 금속층(116A)(미도시) 중 적어도 하나를 순차적으로 적층하여 형성한다. 이후, 적층된 금속층(112A, 114A, 116A)을 예를 들면 반응성 이온 식각(RIE:Reactive Ion Etching)법으로 패터닝하여 금속 배선(110)들을 형성한다. 각 금속 배선(110)은 패터닝된 하부 금속층(112), 패터닝된 중간 금속층(114) 및 패터닝된 상부 금속층(116)으로 구성된다. 하부 금속층(112) 및 상부 금속층(116)중 적어도 하나는 Ti 또는 TiN으로 이루어질 수 있다. 또한, 중간 금속층(114)은 알루미늄(Al)으로 이루어질 수 있다.Subsequently,
이후, 도 3b에 도시된 바와 같이, 금속 배선들(110)과 금속 배선 절연막(100)의 상부에 제1 층간 절연막(120)을 형성한다. 이를 위해, 픽셀 영역(A)에서 금속 배선들(110)과 노출된 금속 배선 절연막(100)의 상부 전면 및 로직 영역(B)에서 금속 배선들(110) 및 노출된 금속 배선 절연막(100)의 상부 전면에 제1 층간 절연막용 물질층(미도시)을 형성한다. 예를 들어, 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착법(HDP-CVD)에 의해 산화막을 금속 배선 절연막(100)의 상부에 제1 층간 절연막용 물질층으로서 증착시켜 형성할 수 있다. 이때, 제1 층간 절연막용 물질층을 화학적 기계적 연마(CMP:Chemical Mechanical Polishing)에 의해 평탄화하여 도 3b에 도시된 바와 같이 제1 층간 절연막(120)을 형성할 수 있다.3B, a first
이후, 도 3c 및 도 3d에 도시된 바와 같이, 픽셀 영역(A)의 금속 배선들(110)의 사이에 존재하는 제1 층간 절연막(120)을 제거하고, 로직 영역(B)의 금속 배선들(110)의 사이에 존재하는 제1 층간 절연막(120)은 잔류시킨다.3C and 3D, the first
예를 들어, 픽셀 영역(A)과 로직 영역(B)에서, 도 3b에 도시된 제1 층간 절연막(120)의 상부에 포토 레지스트(미도시)를 형성한다. 이후, 도 3c에 도시된 바와 같이 포토 레지스트를 패터닝하여 픽셀 영역(A)을 노출시키고 로직 영역(B)은 덮는 식각 마스크(130)를 형성한다. 즉, 식각 마스크(130)는 패터닝된 포토 레지스트에 해당한다.For example, in the pixel region A and the logic region B, a photoresist (not shown) is formed on the first
도 4는 포토 레지스트를 패터닝할 때 이용되는 평탄화층 형성용 마스크의 일 례를 나타내는 도면이다.4 is a diagram illustrating an example of a mask for forming a planarization layer used when patterning a photoresist.
일반적으로, 이미지 센서는 층간 절연막들의 상부에 컬러 필터 어레이(미도시), 컬러 필터 어레이의 상부에 형성된 평탄화층(미도시) 및 평탄화층의 상부에 형성된 마이크로 렌즈를 갖는다. 여기서, 일반적인 평탄화층의 형성 방법에 대해 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.In general, an image sensor has a color filter array (not shown) on top of the interlayer insulating films, a planarization layer (not shown) formed on top of the color filter array, and a micro lens formed on the planarization layer. Herein, a method of forming a general planarization layer will be described with reference to FIG. 4.
컬러 필터 어레이의 상부 전면에 평탄화층 형성용 물질층(미도시)을 도포한다. 이후, 평탄화층 형성용 물질층의 상부에 포지티브(positive) 타입(type)의 포토 레지스트(미도시)를 도포한다. 이후, 도 4에 도시된 바와 같이 픽셀 영역(A)으로 빛이 투과되지 않고 로직 영역(B)으로 빛이 투과되는 마스크를 이용하여, 포지티브 타입의 포토 레지스트를 노광 및 현상한다. 따라서, 픽셀 영역(A)을 덮고 로직 영역(B)을 오픈(open)하는 포지티브 타입의 포토 레지스트 패턴이 완성된다. 이러한 포지티브 타입의 포토 레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여, 평탄화층 형성용 물질을 식각한 후, 포지티브 타이의 포토 레지스터 패턴을 제거하면, 픽셀 영역(A)에만 평탄화층이 잔류하여 형성된다.A planarization layer forming material layer (not shown) is applied to the entire upper surface of the color filter array. Thereafter, a positive type photoresist (not shown) is applied on top of the material layer for forming a planarization layer. Subsequently, as shown in FIG. 4, the photoresist of the positive type is exposed and developed by using a mask in which light is not transmitted to the pixel region A but is transmitted to the logic region B. FIG. Thus, a positive type photoresist pattern covering the pixel region A and opening the logic region B is completed. Using the positive type photoresist pattern as an etching mask, the material for forming the planarization layer is etched, and then the photoresist pattern of the positive tie is removed, and the planarization layer remains in the pixel region A only.
따라서, 도 3c에 도시된 바와 같이 로직 영역(B)을 덮고 픽셀 영역(A)을 노출시키는 식각 마스크(130)를 형성하기 위해서, 도 4에 도시된 바와 같은 평탄화층 형성용 마스크를 이용할 수 있다. 이 경우, 도 3b에 도시된 제1 층간 절연막(120)의 상부 전면에 도포되는 포토 레지스트는 네가티브 타입이다. 그러므로, 네가티브 타입의 포토 레지스트를 도 4에 도시된 마스크를 이용하여 노광한 후 현상하면 도 3c에 도시된 바와 같이 픽셀 영역(A)은 오픈(open)시키고 로직 영역(B)을 덮는 식각 마스크 층(130)이 형성될 수 있다.Therefore, in order to form the
전술한 바와 같이, 이미지 센서가 평탄화층을 가질 경우, 도 3d에 도시된 식각 마스크(130)는 도 4에 도시된 평탄화층 형성용 마스크를 이용하여 형성될 수 있다.As described above, when the image sensor has a planarization layer, the
그러나, 이미지 센서가 평탄화층을 갖지 않을 경우, 식각 마스크(130)는 도 4에 도시된 마스크 이외의 다른 형태의 마스크 즉, 픽셀 영역(A)으로의 빛을 통과시키고 로직 영역(B)으로의 빛을 차단시키는 마스크를 이용하여 형성될 수도 있다. 이 경우, 포토 레지스트는 포지티브 타입이다.However, if the image sensor does not have a planarization layer, the
이후, 도 3d에 도시된 바와 같이 식각 마스크(130)를 이용하여, 픽셀 영역(A)의 제1 층간 절연막(120)을 식각한다.Thereafter, as illustrated in FIG. 3D, the first
이후, 도 3e에 도시된 바와 같이 픽셀 영역(A)에서 제1 층간 절연막(120)이 제거된 결과물(120B)의 상부에 제2 층간 절연막(140B)을 형성하여 금속 배선들(110)의 사이에 에어 갭(150)을 형성한다. 이와 동시에, 로직 영역(B)의 반도체 기판의 상부에 제1 층간 절연막(120A)의 상부 전면에 제2 층간 절연막(140A)을 형성한다. 예를 들어, 플라즈마 화학 기상 증착법(PECVD)에 의해 SiO2를 결과물(120B)과 제1 층간 절연막(120A)의 상부에 제2 층간 절연막(140B 및 140A)으로서 각각 형성할 수 있다.Thereafter, as shown in FIG. 3E, the second
본 발명에 의하면, 도 3d에 도시된 픽셀 영역(A)에서 제1 층간 절연막(120)은 습식 식각에 의해 제거될 수 있다. 그러므로, 습식 식각량에 의해 도 3e에 도시된 에어 갭(150)의 크기를 조정할 수 있다. 즉, 픽셀 영역(A)에서 금속 배선들(110)의 사이에 제1 층간 절연막(120)을 완전히 제거할 경우 에어 갭(150)의 크기는 커지게 되고, 제1 층간 절연막(120)을 부분적으로 제거할 경우 에어 갭(150)의 크기는 작아지게 된다.According to the present invention, in the pixel region A illustrated in FIG. 3D, the first
이하, 본 발명에 의한 이미지 센서의 실시예를 첨부한 도 3e를 참조하여 다 음과 같이 설명한다.Hereinafter, with reference to Figure 3e attached to an embodiment of the image sensor according to the present invention will be described as follows.
본 발명에 의한 이미지 센서는 다수의 포토 다이오드(미도시), 논리 회로들(미도시), 금속 배선 절연막(100), 금속 배선들(110), 제1 층간 절연막(120A 및 120B), 제2 층간 절연막(140B 및 140A) 및 에어 갭(150)으로 구성된다.The image sensor according to the present invention includes a plurality of photodiodes (not shown), logic circuits (not shown), metal
본 발명에 의한 이미지 센서에서, 포토 다이오드는 픽셀 영역(A)의 반도체 기판에 형성되어 있고, 논리 회로들은 로직 영역(B)에 반도체 기판에 형성되어 신호를 처리한다. 금속 배선 절연막(100)은 픽셀 영역(A)과 로직 영역(B)의 반도체 기판상에 형성되어 있다. 금속 배선들(110)은 픽셀 영역(A)과 로직 영역(B)의 금속 배선 절연막(100)의 상부에 서로 이격되어 형성되어 있다.In the image sensor according to the present invention, a photodiode is formed on the semiconductor substrate in the pixel region A, and logic circuits are formed on the semiconductor substrate in the logic region B to process a signal. The
제1 층간 절연막(120A)은 로직 영역(B)에서 금속 배선들(110)과 금속 배선 절연막(100)의 노출된 상부 전면에 형성되어 있고, 제1 층간 절연막(120B)은 픽셀 영역(A)에서 금속 배선들(100)과 금속 배선 절연막(100)의 상부에 부분적으로 형성되어 있다.The first
제2 층간 절연막(140B)은 픽셀 영역(A)에서 금속 배선들(110) 사이의 에어 갭(150)의 상부와 부분적으로 제거된 제1 층간 절연막(120B)의 상부에 형성되어 있다. 제2 층간 절연막(140A)은 로직 영역(B)에서 제1 층간 절연막(120A)의 상부에 형성되어 있다.The second
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, and it is common in the art that various substitutions, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention. It will be evident to those who have knowledge of.
도 1은 IMD를 진공으로 할 때와 고밀도 플라즈마 방법으로 산화물을 갭필할 때의 커패시턴스를 나타내는 그래프이다.FIG. 1 is a graph showing the capacitance when IMD is vacuumed and when the oxide is gapfilled by a high density plasma method.
도 2a 내지 도 2d들은 일반적인 씨모스 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도들을 나타낸다.2A to 2D illustrate process cross-sectional views for describing a method of manufacturing a general CMOS image sensor.
도 3a 내지 도 3e들은 본 발명의 실시예에 의한 이미지 센서의 제조 방법에 의한 공정 단면도들을 나타낸다.3A to 3E illustrate cross-sectional views of a method of manufacturing an image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 4는 포토 레지스트를 패터닝할 때 이용되는 평탄화층 형성용 마스크의 일 례를 나타내는 도면이다.4 is a diagram illustrating an example of a mask for forming a planarization layer used when patterning a photoresist.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명DESCRIPTION OF THE REFERENCE NUMERALS
100 : 금속 배선 절연막 110 : 금속 배선100: metal wiring insulating film 110: metal wiring
120, 120A, 120B : 제1 층간 절연막 130 : 식각 마스크120, 120A, 120B: first interlayer insulating film 130: etching mask
140A, 140B : 제2 층간 절연막140A, 140B: second interlayer insulating film
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