KR101201968B1 - Cmos image sensor and method for fabricating the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 마이크로렌즈를 통과한 빛이 포토다이오드에 최대한 많이 집속될 수 있도록, 마이크로렌즈를 통과한 빛의 전달경로에서 빛이 반사, 흡수, 산란등의 현상이 일어나지 않도록 하는 시모스 이미지센서 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은 포토다이오드; 입사된 빛을 굴절시켜 상기 포토다이오드에 전달하기 위한 마이크로렌즈; 및 상기 포토다이오드와 상기 마이크로렌즈사이에 단일 물질로 배치된 광도파로용 절연막을 구비하는 시모스 이미지센서를 제공한다.The present invention provides a CMOS image sensor that prevents light from being reflected, absorbed, and scattered in the transmission path of light passing through the microlens so that the light passing through the microlens can be focused on the photodiode as much as possible. To provide a method, to which the present invention comprises a photodiode; A microlens for refracting and transmitting the incident light to the photodiode; And an insulating film for an optical waveguide disposed between a single material and the photodiode and the microlens.
본 발명은 기판상에 포토다이오드를 형성하는 단계; 상기 포토다이오드상에 다층의 절연막을 형성하는 단계; 상기 다층의 절연막을 선택적으로 제거하여 상기 포토다이오드가 노출되도록 홀을 형성하는 단계; 하나의 물질로 상기 홀에 매립시켜 광도파로용 절연막을 형성하는 단계; 및 상기 광도파로용 절연막상에 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 시모스 이미지센서의 제조방법을 제공한다.The present invention comprises the steps of forming a photodiode on a substrate; Forming a multilayer insulating film on the photodiode; Selectively removing the multilayer insulating film to form a hole to expose the photodiode; Filling the hole with one material to form an insulating film for an optical waveguide; And forming a microlens on the insulating film for the optical waveguide.
시모스 이미지센서, 마이크로렌즈, 포토다이오드.CMOS image sensor, microlens, photodiode.
Description
도1은 통상적인 시모스 이미지센서의 블럭구성도.1 is a block diagram of a conventional CMOS image sensor.
도2는 통상적인 시모스 이미지센서의 단위화소의 구성을 도시한 회로도.2 is a circuit diagram showing the configuration of unit pixels of a conventional CMOS image sensor.
도3은 종래기술에 따른 이미지센서를 개략적으로 도시한 단면도.Figure 3 is a schematic cross-sectional view of an image sensor according to the prior art.
도4a 내지 도4f는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이미지센서의 제조공정을 나타내는 공정단면도.
4A to 4F are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of an image sensor according to a preferred embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Description of the Related Art [0002]
20 : 기판 21 : 포토다이오드20: substrate 21: photodiode
22 : 층간절연막 22a : 페시베이션막22 interlayer
23 : 배선 25: 감광막 패턴23: wiring 25: photosensitive film pattern
28 : 보더레스 콘택용 식각정지막28: etch stop film for borderless contact
29 : 소자분리막 26 : 광도파로용 절연막29: device isolation layer 26: insulating film for optical waveguide
27 : 칼라필터
27: color filter
본 발명은 시모스 이미지센서에 관한 것으로, 특히 마이크로렌즈를 통해 전달되는 빛이 포토다이오드에 더 많이 집속되록 하는 시모스 이미지센서와 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to CMOS image sensors, and more particularly, to CMOS image sensors and a method for manufacturing the same, wherein light transmitted through a microlens is focused more on a photodiode.
일반적으로 반도체 장치중 이미지센서는 광학 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 장치로서, 대표적인 이미지센서 소자로는 전하결합소자(Charge Coupled Device; CCD)와 시모스 이미지센서를 들 수 있다.In general, an image sensor of a semiconductor device is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal. Representative image sensor devices include a charge coupled device (CCD) and a CMOS image sensor.
그 중에서 전하결합소자는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 캐패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, 시모스 이미지센서는 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 시모스 기술을 이용하여 화소(pixel)수 만큼 모스 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 순차적으로 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.Among them, the charge-coupled device is a device in which charge carriers are stored and transported in the capacitor while individual metal-oxide-silicon (MOS) capacitors are located very close to each other, and the CMOS image sensor is a control circuit and a signal processing circuit. It is a device that adopts a switching method of making MOS transistors by the number of pixels by using CMOS technology using a signal processing circuit as a peripheral circuit and sequentially detecting the output using the MOS transistors.
시모스 이미지센서의 감광도(Photo sensitivity)를 증가시키기 위한 노력들이 진행되고 있으며, 그 중 하나가 집광기술이다. 시모스 이미지센서는 빛을 감지하는 포토다이오드와 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 CMOS 로직 회로 부분으로 구성되어 있으며, 이미지센서의 광감도를 높이기 위해서는 전체 이미지센서 면적에서 포토다이오드의 면적이 차지하는 비율(이를 통상 Fill Factor" 라 한다)을 크게 하려는 노력이 진행되고 있지만, 근본적으로 로직회로 부분을 제거할 수 없기 때문에 제한된 면적 하에서 이러한 노력에는 한계가 있다. Efforts are being made to increase the photo sensitivity of the CMOS image sensor, one of which is a condensing technology. CMOS image sensor is composed of photodiode for detecting light and CMOS logic circuit for processing the detected light as electrical signal and data.In order to increase the light sensitivity of image sensor, photodiode occupies the area of total photo sensor area. Efforts have been made to increase the size (commonly referred to as "fill factor"), but there is a limit to such efforts under a limited area since the logic circuit part cannot be removed.
따라서 광감도를 높여주기 위하여 포토다이오드 이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 바꿔서 포토다이오드로 모아주는 집광기술이 등장하였는데, 이러한 기술이 마이크로렌즈 형성 기술이다.Therefore, in order to increase the light sensitivity, a light converging technology that changes the path of light incident to a region other than the photodiode and collects the photodiode has emerged. This technique is a microlens forming technology.
그러나 마이크로렌즈를 통해 빛을 집광시킨다고 하여도 집적되는 화소수가 점점 더 증가하면서 마이크로렌즈와 그 하단에 배치된 포토다이오드의 거리가 점점 더 증가되어 포토다이오드에 촛점이 생기지 못해서 마이크로렌즈를 통과한 빛이 포토다이오드에 효과적으로 전달되는 것이 점점 더 어려워지고 있다.However, even if the light is collected through the microlenses, the number of pixels to be integrated increases and the distance between the microlens and the photodiode disposed at the bottom of the microlens increases so that the light passing through the microlens cannot be focused. Effective delivery to photodiodes is becoming increasingly difficult.
도1은 통상적인 시모스 이미지센서의 블럭구성도이다.1 is a block diagram of a conventional CMOS image sensor.
도1을 참조하여 살펴보면, 통상적인 시모스 이미지센서는 다수의 단위화소가 어레이된 화소 어레이와, 상기 화소어레이에서 출력되는 아날로그신호를 디지털 신호로 전환하는 ADC 블럭과, ADC 블럭에서 출력되는 디지털값을 저장하는 라인버퍼와, 입력된 어드레스를 디코딩하여 화소어레이의 단위화소를 선택하기 위한 디코더/화소 드라이버와, 디코더/화소드라이버를 제어하기 위한 제어 레지스터 및 로직을 구비한다.Referring to FIG. 1, a conventional CMOS image sensor includes a pixel array in which a plurality of unit pixels are arrayed, an ADC block for converting an analog signal output from the pixel array into a digital signal, and a digital value output from the ADC block. And a line buffer to store, a decoder / pixel driver for decoding the input address to select the unit pixel of the pixel array, and a control register and logic for controlling the decoder / pixel driver.
도2는 통상적인 시모스 이미지센서의 단위화소의 구성을 도시한 회로도이다.2 is a circuit diagram showing the configuration of unit pixels of a conventional CMOS image sensor.
도2는 통상의 시모스 이미지센서에서 1개의 포토다이오드(PD)와 4개의 MOS 트랜지스터로 구성된 단위화소(Unit Pixel)를 도시한 회로도로서, 빛을 받아 광전하를 생성하는 포토다이오드(100)와, 포토다이오드(100)에서 모아진 광전하를 플로 팅확산영역(102)으로 운송하기 위한 트랜스퍼 트랜지스터(101)와, 원하는 값으로 플로팅 확산영역의 전위를 세팅하고 전하를 배출하여 플로팅 확산영역(102)를 리셋시키기 위한 리셋 트랜지스터 (103)와, 플로팅 확산영역의 전압이 게이트로 인가되어 소스 팔로워 버퍼 증폭기(Source Follower Buffer Amplifier) 역할을 하는 드라이브 트랜지스터(104)와, 스위칭(Switching) 역할로 어드레싱(Addressing) 역할을 수행하는 셀렉트 트랜지스터(105)로 구성된다. 단위 화소 밖에는 출력신호(Output Signal)를 읽을 수 있도록 하는 로드(load) 트랜지스터(106)가 형성되어 있다.FIG. 2 is a circuit diagram showing a unit pixel composed of one photodiode PD and four MOS transistors in a conventional CMOS image sensor, and includes a
도3은 종래기술에 따른 이미지센서를 개략적으로 도시한 단면도이다.3 is a schematic cross-sectional view of an image sensor according to the prior art.
도3을 참조하여 살펴보면, 포토다이오드(11, PD)가 형성된 기판(10) 상부에 단위 화소(Pixel)를 이루는 청색(Blue), 적색(Red), 녹색(Green) 등의 칼라필터 어레이(CFA; Color Filter Array, 14)가 배치되어 있으며, 그 상부에 소위 오버코팅 레이어(OCL; Over-Coating Layer, 15)라고 하는 평탄화막이 형성되어 있고, 칼라필터 어레이(14)와 오버랩되는 영역의 상부에 볼록 형상의 마이크로렌즈(Microlens, 16)가 형성되어 있다.Referring to FIG. 3, a color filter array (CFA) such as blue, red, and green, which form unit pixels on the
다층의 절연막(12) 사이에는 다층의 배선(13)이 형성되어 있으며, 배선(13)은 포토다이오드(11)와 오버랩되지 않는 영역에 배치되는데, 금속으로 형성되는 배선은 광차단막의 역할을 겸하게 된다.
또한, 포토다이오드(11)에 인접한 기판(10) 상에는 복수의 모스트랜지스터(18영역)가 형성되어 있는 바, 이는 4 Tr 구조의 단위 화소의 경우 트랜스퍼 트랜지스터, 셀렉트 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 드라이브 트랜지스터를 포함한다.
In addition, a plurality of MOS transistors 18 regions are formed on the
마이크로렌즈(16) 상에는 스크래치(Scratch) 등으로부터 마이크로렌즈(16)를 보호하기 위해 보호막(17)이 형성되어 있다. 또한 도면부호 9는 소자분리막을 나타내는 것이다.A
이상에서 살펴본 바와 같이, 시모스 이미지센서는 마이크로렌즈를 통해 입사된 빛의 상을 포토다이오드에서 집광하여 전압신호로 변환시키게 된다. 이 때 포토다이오드로 입사한 빛의 강도에 비례하여 전하가 생성되고, 생성된 전하는 내부회로로 전달되는 것이다. As described above, the CMOS image sensor converts an image of light incident through the microlens from the photodiode and converts the image into a voltage signal. At this time, a charge is generated in proportion to the intensity of light incident on the photodiode, and the generated charge is transferred to the internal circuit.
그러므로 최대한 많은 빛이 마이크로렌즈를 통과하여 그 하단에 배치된 포토다이오드에 접속되어야 실물에 근접하는 이미지를 제공할 수 있다.Therefore, as much light as possible can pass through the microlenses and connected to the photodiode disposed at the bottom thereof to provide an image close to the real object.
그러나 전술한 바와 같이 점덤 더 많은 화소가 이미지센서에 집적됨으로서 포토다이오드와 마이크로렌즈의 거리가 점점 더 증가되고, 그로 인해 포토다이오드로 전달되는 빛의 강도가 점점 줄어들고 있는 실정이다.However, as described above, as more pixels are integrated in the image sensor, the distance between the photodiode and the microlens is gradually increased, thereby decreasing the intensity of light transmitted to the photodiode.
또한, 포토다이오드와 마이크로렌즈 사이에 다층으로 배치되는 층간절연막으로 인해 마이크로렌즈를 통과한 빛은 반사(reflection), 흡수(absorption), 산란(scattering) 현상이 생겨 많은 부분이 손실이 된다.In addition, due to the interlayer insulating film disposed between the photodiode and the microlens in multiple layers, the light passing through the microlens is reflected, absorbed, scattered, and many parts are lost.
시모스 이미지센서에 구비되는 화소수가 증가하면 할수록 마이크로렌즈와 포토다이오드의 간격이 점점 더 증가되는 실정에서 다층의 층간절연막으로 인해 더더욱 포토다이오드에 빛이 제대로 집속되기 어려운 상황인 것이다.As the number of pixels included in the CMOS image sensor increases, the gap between the microlens and the photodiode increases more and more, so that light is hardly focused on the photodiode due to the multilayer interlayer insulating film.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 마이크로렌즈를 통과한 빛이 포토다이오드에 최대한 많이 집속될 수 있도록, 마이크로렌즈를 통과한 빛의 전달경로에서 빛이 반사, 흡수, 산란등의 현상이 일어나지 않도록 하는 시모스 이미지센서 및 그 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.The present invention has been proposed to solve the above-described problems, so that the light passing through the microlens can be focused on the photodiode as much as possible, so that the light is reflected, absorbed, scattered, etc. An object of the present invention is to provide a CMOS image sensor and a method of manufacturing the same.
본 발명은 포토다이오드; 입사된 빛을 굴절시켜 상기 포토다이오드에 전달하기 위한 마이크로렌즈; 및 상기 포토다이오드와 상기 마이크로렌즈사이에 단일 물질로 배치된 광도파로용 절연막을 구비하는 시모스 이미지센서를 제공한다.The present invention is a photodiode; A microlens for refracting and transmitting the incident light to the photodiode; And an insulating film for an optical waveguide disposed between a single material and the photodiode and the microlens.
본 발명은 기판상에 포토다이오드를 형성하는 단계; 상기 포토다이오드상에 다층의 절연막을 형성하는 단계; 상기 다층의 절연막을 선택적으로 제거하여 상기 포토다이오드가 노출되도록 홀을 형성하는 단계; 하나의 물질로 상기 홀에 매립시켜 광도파로용 절연막을 형성하는 단계; 및 상기 광도파로용 절연막상에 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 시모스 이미지센서의 제조방법을 제공한다.The present invention comprises the steps of forming a photodiode on a substrate; Forming a multilayer insulating film on the photodiode; Selectively removing the multilayer insulating film to form a hole to expose the photodiode; Filling the hole with one material to form an insulating film for an optical waveguide; And forming a microlens on the insulating film for the optical waveguide.
본 발명은 포토다이오드와 배선공정까지 완료된 이후에 완충용산화막과 페시베이션막으로 질화막을 증착한 이후에 패터닝하여 포토다이오드가 형성된 부분의 층간절연막을 제거한 다음, 노출된 포토다이오드 상에 하나의 막(FSG:Fluorinated Silica Glass, SiOF)으로 채움으로서 광투과특성을 개선시킨 시모스 이미지센서에 관한 발명이다.
After the photodiode and the wiring process have been completed, the present invention provides a film on the exposed photodiode by removing the interlayer dielectric layer of the portion where the photodiode is formed by depositing a nitride film with a buffer oxide film and a passivation film. The present invention relates to a CMOS image sensor having improved light transmission characteristics by filling with FSG (Fluorinated Silica Glass, SiOF).
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. do.
도4a 내지 도4f는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이미지센서의 제조공정을 나타내는 공정단면도이다.4A to 4F are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of an image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
도4a에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 시모스 이미지센서의 제조방법은 먼저 소자분리막(29)이 형성된 기판에 포토다이오드(21)와 포토다이오드에 대응하는 모스트랜지스터(28, 한 단위화소에 구비되는 4개의 모스트랜지스터)를 형성하고, 그 상부에 보더레스(borderless) 식각정지막으로 실리콘질화막(28)을 형성한다. 이어서 그 상부에 다층의 배선(23)과, 각 배선(23)을 절연시키기 위한 층간절연막(22)을 형성한다.As shown in FIG. 4A, the method for manufacturing the CMOS image sensor according to the present embodiment first includes a
이 때 최상층의 배선상에 형성되는 층간절연막은 페시베이션막(22a)으로, 플라즈마 강화 화학 기상 증착법(PE-CVD)으로 완충용 산화막을 2000 ~ 3000Å 범위로 형성하고, 실리콘질화막을 3000 ~ 4000Å 범위로 적층하여 형성한다. 여기서 완충용 산화막은 TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)막으로 형성한다.At this time, the interlayer insulating film formed on the uppermost wiring is the
이어서 아이라인(I-line) 감광막을 회전 도포방법으로 10000 ~ 20000Å 범위로 도포한 후 사진식각공정을 통해 포토다이오드가 형성된 부분이 오픈된 감광막패턴(25)을 형성한다.Subsequently, an I-line photosensitive film is coated in a range of 10000 to 20000 kPa by a rotation coating method, and then a
이어서 도4b에 도시된 바와 같이, 감광막 패턴(25)를 식각마스크로 하여 낮은 식각선택비(low selectivity)의 식각조건으로 실리콘질화막을 식각한 후, 고 식 각선택비의 식각조건으로 다층의 이종 절연막(22)을 식각한다.Subsequently, as shown in FIG. 4B, the silicon nitride film is etched using the
이 때 보더레스(borderless) 식각정지막으로 사용된 실리콘질화막(28)이 식각정지막 역할을 한다. 이어서 노출된 실리콘질화막(28)을 제거하고, 포토다이오드를 노출시키는 홀(A)을 형성한다.At this time, the
전술한 홀(A)을 만드는 과정을 자세히 살펴보면, 크게 3단계 식각과정을 거치게 되는 데, 식각장비로는 미디엄 이온 덴스티(Medium Ion Density(1x10<10>ion/cm3))를 갖는 장비를 이용한다.Looking at the process of making the above-described hole (A) in detail, it is a large three-step etching process, the etching equipment is a device having a medium ion density (1x10 <10> ion / cm 3 ) I use it.
첫번째 식각단계로 최상단에 있는 페시베이션막으로 사용된 실리콘질화막을 식각하는 공정은 공정압력을 50 ~ 70mT에서 진행하며, 소스 전력은 1500 ~ 2000watt로 하고, 바이어스 전력은 1500 ~ 1800watt로 한다. 또한 가스 유량은 CHF3가 20 ~ 30sccm, CF4는 50 ~ 80sccm, O2는 10 ~ 20sccm, Ar은 400 ~ 600sccm으로 하여 실리콘질화막과 그 하단에 형성된 실리콘산화막간의 식각선택비를 1.5 ~ 2.0정도로 하여 공정을 진행한다.In the first etching process, the silicon nitride film used as the top passivation film is etched at a process pressure of 50 to 70 mT, a source power of 1500 to 2000 watts, and a bias power of 1500 to 1800 watts. In addition, the gas flow rate was 20 to 30 sccm for CHF 3 , 50 to 80 sccm for CF 4 , 10 to 20 sccm for O 2 , and 400 to 600 sccm for Ar, and the etching selectivity between the silicon nitride film and the silicon oxide film formed at the bottom thereof was about 1.5 to 2.0. To proceed with the process.
두번째 식각단계은 다층의 층간절연막을 제거하는 공정이다.The second etching step is a process of removing a multilayer interlayer insulating film.
두번째 식각단계에서는 감광막 패턴(25)와 하단의 실리콘질화막(28)와 고식각 선택비가 유지되도록, C/F 의 비가 높은 가스(C4F8,C5F8,...)를 사용함으로서 폴리머(Polymer)를 다량 발생하는 식각공정으로 진행한다.In the second etching step, by using a gas having a high C / F ratio (C 4 F 8 , C 5 F 8 , ...) so that the
기판의 저면 온도를 20 ~ 40 도로 진행하여 진행하는데, 이로 인해 하단레이어 증착되는 폴리머구조를 카본(Carbon)성분이 많이 함유된 폴리머(CFx)구조로 변 화키는 효과를 기대할 수 있다. 또한, 이 공정에서 수소가 함유된 가스(CH2F2,..)를 첨가함으로서 플라즈마에 의해 발생된 식각선택비를 낮추는 프리 불소(Fluorine)가스를 제거하기 위하여 수소를 첨가함으로서, 첨가된 수소의 특성을 이용하여 폴리머발생(F + H -> HF)을 유리하게 방법을 이용하여 하단의 실리콘질화막(28)이 식각정지막의 역할을 하도록 한다.The bottom temperature of the substrate proceeds to 20 to 40 degrees, which can be expected to change the polymer layer deposited on the lower layer into a carbon (CFx) structure containing a lot of carbon components. In addition, by adding hydrogen to remove the free fluorine gas which lowers the etching selectivity generated by the plasma by adding a hydrogen-containing gas (CH 2 F 2 , ..) in this process, the added hydrogen By using the property of the polymer generation (F + H-> HF) to advantageously use the method to the
이 때 공정압력을 30 ~ 50mT에서 진행하며, 소스 전력은 1800 ~ 2000watt로 하고, 바이어스 전력은 1500 ~ 1700watt로 한다. 또한 가스 유량은 C5F8가 10 ~ 25sccm, CH2F2는 2 ~ 3sccm, O2는 10 ~ 20sccm, Ar은 400 ~ 600sccm으로 하여 공정을 진행하여 생성되는 홀에는 경사면이 지도록 한다. 이 때 식각되는 경사면의 각도는 80` 85도 정도로 한다.At this time, the process pressure is 30 ~ 50mT, the source power is 1800 ~ 2000watt, the bias power is 1500 ~ 1700watt. In addition, the gas flow rate of C 5 F 8 is 10 ~ 25sccm, CH 2 F 2 is 2 ~ 3sccm, O 2 is 10 ~ 20sccm, Ar is 400 ~ 600sccm to ensure that the slope is formed in the hole generated by the process. At this time, the angle of the inclined surface to be etched is about 80` 85 degrees.
세번째 공정단계는 포토다이오드 영역을 노출시키기 위해서 실리콘질화막(28)을 식각하는 공정이다.The third process step is to etch the
세번째 공정단계에서는 공정압력은 공정압력을 50 ~ 70mT에서 진행하며, 소스 전력은 800 ~ 1200watt로 하고, 바이어스 전력은 200 ~ 300watt로 한다. 또한 가스 유량은 CF4가 50 ~ 80sccm, CH2F2는 10 ~ 20sccm, O2는 10 ~ 20sccm, Ar은 400 ~ 600sccm으로 하여 공정을 진행하여 실리콘질화막과 산화막의 식각선택비를 1.5정도 되게 하여 하부의 실리콘기판면에 대한 데미지를 최소화하여 공정을 진행한다.In the third process step, the process pressure proceeds at 50 to 70 mT, with a source power of 800 to 1200 watts and a bias power of 200 to 300 watts. In addition, the gas flow rate was 50 to 80 sccm for CF 4 , 10 to 20 sccm for CH 2 F 2 , 10 to 20 sccm for O 2 , and 400 to 600 sccm for Ar so that the etching selectivity of the silicon nitride film and the oxide film was about 1.5. To minimize the damage to the bottom surface of the silicon substrate to proceed with the process.
이어서 도4c에 도시된 바와 같이, 마이크로 다운스트림(microwave Downstream)을 이용한 O2 플라즈마 장치를 이용하여 감광막 패턴(25)을 제거한다.Subsequently, as illustrated in FIG. 4C, the
감광막 제거 공정조건은 전력은 1500 ~ 1800w로 하고, 플라즈마에 의해 분해된 산소 라디칼(Oxygen Raical)의 반응성을 높이기 위해서 W/F온도를 0 ~ 200 정도에서 진행하며, O2 가스의 플로우량은 200 ~ 300sccm으로 진행한다.Photoresist removal process conditions are 1500 ~ 1800w of power, in order to increase the reactivity of oxygen radicals (Oxygen Raical) decomposed by plasma, W / F temperature is carried out at about 0 ~ 200, O 2 gas flow rate is 200 Proceed to ~ 300sccm.
이어서 도4d에 도시된 바와 같이, 홀(A)에 하나의 물질로 된 광도파로용 절연막(26)을 형성한다. Subsequently, as shown in FIG. 4D, an optical
이 때 형성된 광도파로용 절연막(26)에 의해서 시모스 이미지센서가 동작할 때에 마이크로렌즈를 통해 전달된 빛이 하단의 포토다이오드로 전달되는 과정에서 하나의 물질로 된 광도파로용 절연막(26)만을 통과하게 되므로 빛의 산란, 굴절, 흡수등의 과정이 사라져 보다 많은 빛이 하단의 포토다이오드에 집속될 수 있다.At this time, when the CMOS image sensor is operated by the optical
광도파로용 절연막(26)을 형성하는 공정을 자세히 살펴보면, 25 ~ 35도범위의 과포화된 Hydrofluosilicic Acid(H2SiF6) 수용액에 Boric Acid(H3BO3)을 첨가한 수용액을 이용하여 실리콘절연막으로 광도파로용 절연막(26)을 형성하게 된다.Looking at the process of forming the optical
상단의 실리콘질화막이 있는 층에는 실리콘절연막이 성장되지 않고, 실리콘이 노출된 포로다이오드 지역과 층간절연막이 있는 지역에서는 선택적으로 광도파로용 절연막(26)인 실리콘산화막을 성장시키는 선택적인 LPD(Liquid Phase Deposition) 방법으로 형성시키는 것이다.An optional LPD (Liquid Phase) for growing a silicon oxide film, which is an optical
광도파로용 절연막(26)은 페시베이션막인 실리콘질화막(22a)이 있는 층까지 형성시킨다.
The optical
실리콘 다이옥사이드(Silicon Dioxide)의 LPD 방법에 의한 메커니즘은 아래의 수학식1과 같다.The mechanism of the LPD method of silicon dioxide is shown in Equation 1 below.
따라서 Hydrofluosilicic Acid(H2SiF6)수용액에서 SiO2가 증착되고, SiO2를 식각하는 HF가 발생되는데, 이 HF를 분해하기 위하여 Boric Acid(H3BO3)을 20 ~ 30% 정도 첨가하여 다음과 같은 수학힉2와 같은 반응에 의해 실리콘질화막과의 선택비와 증착속도를 높였다.Therefore, SiO2 is deposited from Hydrofluosilicic Acid (H 2 SiF 6 ) aqueous solution, and HF is generated to etch SiO2. To decompose HF, boric acid (H 3 BO 3 ) is added by 20-30%. The selectivity and deposition rate with the silicon nitride film were increased by the reaction as shown in Equation # 2.
계속해서 도4e에 도시된 바와 같이, 블루, 레드, 그린 순으로 칼라필터(27)를 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 4E, the
이어서 도4f에 도시된 바와 같이, 평탄화를 위한 OCL(over coating layer)막(30)을 형성하고, 그 상부에 마이크로렌즈(31) 및 그 보호막(32)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 4F, an over coating layer (OCL)
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 실시예에 따른 제조된 시모스 이미지센서는 동작할 때에 마이크로렌즈를 통해 전달된 빛이 하단의 포토다이오드로 전달되는 과정에서 하나의 물질로 된 광도파로용 절연막(26)만을 통과하게 되므로 빛의 산란, 굴절, 흡수등의 과정이 사라져 보다 많은 빛이 하단의 포토다이오드에 집속될 수 있다.As described above, the CMOS image sensor manufactured according to the present embodiment is only an optical
특히 이종다층절연막중 광투과 특성이 떨어지는 페시베이션용 실리콘질화막(22a)과 보더레스 콘택용 식각정지막으로 사용되는 실리콘질화막(28)이 빛이 전달되는 경로에서 제거되기 때문에, 보다 많은 빛이 이미지센서의 포토다이오드에 집속될 수 있다.In particular, since the passivation
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
본 발명에 의해 제조된 시모스 이미지센서는 마이크로렌즈를 통과한 빛이 포토다이오드에 전달되는 경로상에는 하나의 물질로된 층간절연막만이 있기 때문에 빛의 굴절, 산란등의 현상이 발생하지 않아서 보다 많은 빛이 포토다이오드에 집속될 수 있다. In the CMOS image sensor manufactured by the present invention, since only one interlayer insulating film is formed on the path through which the light passing through the microlens is transmitted to the photodiode, the light does not occur due to refraction or scattering. This photodiode can be focused.
또한, 마이크로렌즈와 포토다이오드의 사이에는 하나의 물질로된 막만이 존재하므로 마이크로렌즈의 초점을 조절하는 것이 용이하다. 또한, 마이크로렌즈와 포토다이오드의 사이에는 하나의 물질로된 막을 하나의 단일공정으로 형성하므로 이미지센서에 구비되는 모든 화소에서 마이크로렌즈와 포토다이오드의 사이를 균일한 두께로 유지시킬 수 있다.In addition, since only one film is present between the microlens and the photodiode, it is easy to adjust the focus of the microlens. In addition, since a film of one material is formed between the microlens and the photodiode in one single process, it is possible to maintain a uniform thickness between the microlens and the photodiode in all the pixels included in the image sensor.
따라서 포토다이오드에 보다 많은 빛이 집속되기 때문에 보다 선명하고 정확 한 이미지를 구현할 수 있게 된다.As a result, more light is focused on the photodiode, resulting in a sharper and more accurate image.
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