KR101478189B1 - 이미지 센서의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
이미지 센서의 제조 방법이 제공된다. 상기 이미지 센서의 제조 방법은 기판에 광전 변환 소자를 형성하고, 광전 변환 소자가 형성된 기판 상에 절연막 구조체를 형성하되, 절연막 구조체는 다층의 층간 절연막과, 다층의 층간 절연막 사이에 배치된 다층의 금속 배선을 포함하고, 광전 변환 소자 상에, 다층의 층간 절연막을 관통하는 캐버티(cavity)를 형성하고, 캐버티가 형성된 기판을 열처리하는 것을 포함한다.
이미지 센서, 캐버티, 열처리, UV 처리
Description
본 발명은 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것이다.
이미지 센서는 광학 영상을 전기 신호로 변환시킨다. 최근 들어 컴퓨터 산업과 통신 산업의 발달에 따라 디지털 카메라, 캠코더, PCS(Personal Communication System), 게임기기, 경비용 카메라, 의료용 마이크로 카메라 등 다양한 분야에서 성능이 향상된 이미지 센서의 수요가 증대하고 있다.
특히, MOS 이미지 센서는 구동 방식이 간편하고 다양한 스캐닝(scanning) 방식으로 구현 가능하다. 또한, 신호 처리 회로를 단일 칩에 집적할 수 있어 제품의 소형화가 가능하며, MOS 공정 기술을 호환하여 사용할 수 있어 제조 단가를 낮출 수 있다. 전력 소모 또한 매우 낮아 배터리 용량이 제한적인 제품에 적용이 용이하다. 따라서, MOS 이미지 센서는 기술 개발과 함께 고해상도가 구현 가능함에 따라 그 사용이 급격히 늘어나고 있다.
MOS 이미지 센서는 입사광을 흡수하여 광량에 대응하는 전하를 축적하는 광전 변환 소자와, 각 광전 변환 소자에 저장된 전하를 출력하기 위한 다층의 금속 배선을 포함한다. 금속 배선으로는 알루미늄 배선 또는 구리 배선이 주로 사용된다. MOS 이미지 센서가 점점 미세해짐에 따라, 알루미늄 배선보다는 낮은 비저항과 미세 패턴 형성이 용이한 구리 배선이 많이 사용되고 있다.
또한, MOS 이미지 센서의 광전 변환 소자 상에는, 다층의 금속 배선간의 절연을 위한 다층의 층간 절연막과, 구리 배선 형성시 사용되는 식각 정지막과, 구리 배선의 확산을 방지하기 위한 확산 방지막 등이 적층되어 있다. 여기서, 광전 변환 소자 상에 형성되어 있는 막들 중 일부는 광에 대한 투과율이 낮을 수 있다. 예를 들어, 식각 정지막 및/또는 확산 방지막으로 사용되는 실리콘 질화막은 광투과율이 낮다. 이러한 경우, 입사광이 광전 변환 소자에까지 잘 도달할 수 없어, 이미지 센서의 광감도가 저하될 수 있다.
따라서, 광전 변환 소자 상에, 다층의 층간 절연막, 식각 정지막, 확산 방지막 등을 관통하는 캐버티(cavity)를 형성하여 광감도를 증가시킬 수 있다. 주로 플라즈마 에칭 공정을 통해서 캐버티를 형성하는데, 플라즈마 에칭 공정은 광전 변환 소자에 여러가지 결함(damage)을 발생시킨다. 광전 변환 소자에 발생한 결함은 출력 신호의 다크 레벨(dark level)을 증가시킨다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 출력 신호의 다크 레벨을 감소시키기 위 한 이미지 센서의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 이미지 센서의 제조 방법의 일 태양은 기판에 광전 변환 소자를 형성하고, 광전 변환 소자가 형성된 기판 상에 절연막 구조체를 형성하되, 절연막 구조체는 다층의 층간 절연막과, 다층의 층간 절연막 사이에 배치된 다층의 금속 배선을 포함하고, 광전 변환 소자 상에, 다층의 층간 절연막을 관통하는 캐버티(cavity)를 형성하고, 캐버티가 형성된 기판을 열처리하는 것을 포함한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 이미지 센서의 제조 방법의 다른 태양은 기판에 광전 변환 소자를 형성하고, 광전 변환 소자가 형성된 기판 상에 절연막 구조체를 형성하되, 절연막 구조체는 다층의 층간 절연막과, 다층의 층간 절연막 사이에 배치된 다층의 금속 배선을 포함하고, 광전 변환 소자 상에, 다층의 층간 절연막을 관통하는 캐버티(cavity)를 형성하고, 캐버티가 형성된 기판을 UV처리하는 것을 포함한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 이미지 센서의 제조 방법의 또 다른 태양은 기판에 광전 변환 소자를 형성하고, 광전 변환 소자가 형성된 기판 상에 절연막 구조체를 형성하되, 절연막 구조체는 다층의 층간 절연막과, 다층의 구 리 배선을 포함하고, 플라즈마 에칭 공정을 이용하여, 광전 변환 소자 상에 다층의 층간 절연막을 관통하는 캐버티를 형성하고, 캐버티가 형성된 기판을 열처리하고, 열처리 된 기판을 UV 처리하고, 캐버티를 광투과 물질로 채우고, 광투과 물질 상에 컬러 필터와 마이크로 렌즈를 순차적으로 형성하는 것을 포함한다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 공정 단계들, 잘 알려진 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.
하나의 소자(elements)가 다른 소자와 "접속된(connected to)" 또는 "커플링된(coupled to)" 이라고 지칭되는 것은, 다른 소자와 직접 연결 또는 커플링된 경우 또는 중간에 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 소자가 다른 소자와 "직접 접속된(directly connected to)" 또는 "직접 커플링된(directly coupled to)"으로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자를 개재하지 않은 것을 나타낸 다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 그리고, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또, 이하 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 블록도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서는 광전 변환 소자를 포함하는 픽셀들이 이차원적으로 배열되어 이루어진 액티브 픽셀 센서(APS) 어레이(10), 타이밍 발생기(timing generator)(20), 행 디코더(row decoder)(30), 행 드라이버(row driver)(40), 상관 이중 샘플러(Correlated Double Sampler, CDS)(50), 아날로그 디지털 컨버터(Analog to Digital Converter, ADC)(60), 래치부(latch)(70), 열 디코더(column decoder)(80) 등을 포함한다.
APS 어레이(10)는 2차원적으로 배열된 다수의 단위 픽셀들을 포함한다. 다수의 단위 픽셀들은 광학 영상을 전기적인 출력 신호로 변환하는 역할을 한다. APS 어레이(10)는 행 드라이버(40)로부터 행 선택 신호, 리셋 신호, 전하 전송 신호 등 다수의 구동 신호를 수신하여 구동된다. 또한, 변환된 전기적인 출력 신호는 수직 신호 라인를 통해서 상관 이중 샘플러(50)에 제공된다.
타이밍 발생기(20)는 행 디코더(30) 및 열 디코더(80)에 타이밍(timing) 신호 및 제어 신호를 제공한다.
행 드라이버(40)는 행 디코더(30)에서 디코딩된 결과에 따라 다수의 단위 픽셀들을 구동하기 위한 다수의 구동 신호를 액티브 픽셀 센서 어레이(10)에 제공한다. 일반적으로 행렬 형태로 단위 픽셀이 배열된 경우에는 각 행별로 구동 신호를 제공한다.
상관 이중 샘플러(50)는 액티브 픽셀 센서 어레이(10)에 형성된 출력 신호를 수직 신호 라인을 통해 수신하여 유지(hold) 및 샘플링한다. 즉, 특정한 잡음 레 벨(noise level)과, 상기 출력 신호에 의한 신호 레벨을 이중으로 샘플링하여, 잡음 레벨과 신호 레벨의 차이에 해당하는 차이 레벨을 출력한다.
아날로그 디지털 컨버터(60)는 차이 레벨에 해당하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다.
래치부(70)는 디지털 신호를 래치(latch)하고, 래치된 신호는 컬럼 디코더(80)에서 디코딩 결과에 따라 순차적으로 영상 신호 처리부(도면 미도시)로 출력된다.
도 2는 도 1의 APS 어레이의 등가 회로도이다.
도 2를 참조하면, 픽셀(P)이 행렬 형태로 배열되어 APS 어레이(10)를 구성한다. 각 픽셀(P)은 광전 변환 소자(11), 플로팅 확산 영역(13), 전하 전송 소자(15), 드라이브 소자(17), 리셋 소자(18), 선택 소자(19)를 포함한다. 이들의 기능에 대해서는 i행 픽셀(P(i, j), P(i, j+1), P(i, j+2), P(i, j+3), … )을 예로 들어 설명한다.
광전 변환 소자(11)는 입사광을 흡수하여 광량에 대응하는 전하를 축적한다. 광전 변환 소자(11)로 포토 다이오드, 포토 트랜지스터, 포토 게이트, 핀드 포토 다이오드 또는 이들의 조합이 적용될 수 있으며, 도면에는 포토 다이오드가 예시되어 있다.
각 광전 변환 소자(11)는 축적된 전하를 플로팅 확산 영역(13)으로 전송하는 각 전하 전송 소자(15)와 커플링된다. 플로팅 확산 영역(Floating Diffusion region)(FD)(13)은 전하를 전압으로 전환하는 영역으로, 기생 커패시턴스를 갖고 있기 때문에, 전하가 누적적으로 저장된다.
소오스 팔로워 증폭기로 예시되어 있는 드라이브 소자(17)는 각 광전 변환 소자(11)에 축적된 전하를 전달받은 플로팅 확산 영역(13)의 전기적 포텐셜의 변화를 증폭하고 이를 출력 라인(Vout)으로 출력한다.
리셋 소자(18)는 플로팅 확산 영역(13)을 주기적으로 리셋시킨다. 리셋 소자(18)는 소정의 바이어스(즉, 리셋 신호)를 인가하는 리셋 라인(RX(i))에 의해 제공되는 바이어스에 의해 구동되는 1개의 MOS 트랜지스터로 이루어질 수 있다. 리셋 라인(RX(i))에 의해 제공되는 바이어스에 의해 리셋 소자(18)가 턴 온되면 리셋 소자(18)의 드레인에 제공되는 소정의 전기적 포텐셜, 예컨대 전원 전압(VDD)이 플로팅 확산 영역(13)으로 전달된다.
선택 소자(19)는 행 단위로 읽어낼 픽셀(P)을 선택하는 역할을 한다. 선택 소자(19)는 행 선택 라인(SEL(i))에 의해 제공되는 바이어스(즉, 행 선택 신호)에 의해 구동되는 1개의 MOS 트랜지스터로 이루어질 수 있다. 행 선택 라인(SEL(i))에 의해 제공되는 바이어스에 의해 선택 소자(19)가 턴 온되면 선택 소자(19)의 드레인에 제공되는 소정의 전기적 포텐셜, 예컨대 전원 전압(VDD)이 드라이브 소자(17)의 드레인 영역으로 전달된다.
전하 전송 소자(15)에 바이어스를 인가하는 전송 라인(TX(i)), 리셋 소자(18)에 바이어스를 인가하는 리셋 라인(RX(i)), 선택 소자(19)에 바이어스를 인가하는 행 선택 라인(SEL(i))은 행 방향으로 실질적으로 서로 평행하게 연장되어 배열될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 4a 내지 도 4f는 도 3의 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 중간 단계 도면들이다. 도 4a 내지 도 4f는 설명의 편의를 위해서, 광전 변환 소자와 그 주변에 배치된 소자들을 중심으로 도시하였다.
우선, 도 3 및 도 4a를 참조하면, 기판(210) 내에 다수의 픽셀을 형성한다(S110).
구체적으로, 우선 기판(210)에 STI(Shallow Trench Isolation), DTI(Deep Trench Isolation) 등과 같은 소자 분리 영역(212)을 형성하여, 기판(210)에 액티브 영역을 정의한다. 기판(210)은 제1 도전형(예를 들어, P형)일 수 있고, 도면에 표시하지는 않았으나 기판(210) 상에 제1 도전형의 에피층(epitaxial layer)를 성장시킬 수도 있다.
이어서, 기판(210) 내에 광전 변환 소자(220), 플로팅 확산 영역(240), 다수의 트랜지스터를 형성한다. 여기서, 다수의 트랜지스터는 전하 전송 소자(230), 드라이버 소자(미도시), 리셋 소자(미도시), 선택 소자(미도시)에 해당할 수 있다. 한편, 도 4a에서는 광전 변환 소자(220)의 예로 핀드 포토 다이오드(pinned photodiode)를 도시하였다. 즉, 광전 변환 소자(220)는 제2 도전형(예를 들어, N형)의 불순물 영역(222)과, 제1 도전형(예를 들어, P형)의 불순물 영역(224)으로 이루어질 수 있다.
도 3 및 도 4b를 참조하면, 다수의 픽셀이 형성된 기판(210) 상에 절연막 구조체(250)를 형성한다(S120).
여기서, 절연막 구조체(250)는 다층의 층간 절연막(251, 252, 253, 254), 다층의 확산 방지막(261, 262, 263, 264), 다층의 금속 배선(271, 272) 등을 포함할 수 있다. 한편, 도 4b에서는 설명의 편의를 위해서 금속 배선(271, 272)의 예로서 구리 배선인 경우를 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
확산 방지막(261, 262, 263, 264)은 금속 배선(271, 272)의 구리 원자가 확산되는 것을 방지하기 위해 사용된다. 또한, 확산 방지막(261, 262, 263, 264)은 금속 배선(271, 272)(즉, 구리 배선)을 형성할 때, 식각 정지막 역할을 한다. 따라서, 확산 방지막(261, 262, 263, 264)과 층간 절연막(251, 252, 253, 254)은 서로 다른 식각율을 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 층간 절연막(251, 252, 253, 254)으로는 실리콘 산화막을 사용할 수 있고, 확산 방지막(261, 262, 263, 264)으로는 실리콘 질화막을 사용할 수 있다.
또한, 금속 배선(271, 272)의 주위에는 베리어 금속막(276, 277)이 형성되어 있다. 베리어 금속막(276, 277)은 구리 원자가 층간 절연막(251, 252, 253, 254)으로 확산되는 것을 방지한다. 베리어 금속막(276, 277)은 예를 들어, 탄탈륨막(Ta), 탄탈륨 나이트라이드막(TaN), 탄탈륨막 상에 탄탈륨 나이트라이드막이 증착된 복합막으로 형성할 수 있다.
금속 배선(271, 272)로서 구리 배선이 아닌, 알루미늄 배선, 텅스텐 배선 등을 사용할 경우에는 베리어 금속막(276, 277)을 사용하지 않아도 무방하다.
도 3 및 도 4c를 참조하면, 광전 변환 소자(220) 상에, 다층의 층간 절연막(251, 252, 253, 254), 다층의 확산 방지막(261, 262, 263, 264) 등을 관통하는 캐버티(cavity)를 형성한다.
구체적으로, 확산 방지막(261, 262, 263, 264)으로 사용하는 실리콘 질화막은 광에 대한 투과율이 낮기 때문에 입사광이 광전 변환 소자(220)에 도달하는 것을 방해할 수 있다. 따라서, 광전 변환 소자(220) 상에 형성된 다층의 층간 절연막(251, 252, 253, 254), 다층의 확산 방지막(261, 262, 263, 264)을 제거하기 위해, 캐버티(280)를 형성한다. 캐버티(280)를 형성함으로써, 광전 변환 소자(220)에 도달하는 입사광의 양을 증가시키고, 광감도를 증가시킬 수 있다.
캐버티(280)는 도 4c에 도시된 것과 같이 층간 절연막(251)의 일부까지 제거함으로써 형성할 수 있으나, 이에 한정되는 것이 아니다.
또한, 캐버티(280)은 도 4c에 도시된 것과 같이 경사진 측벽과, 평탄한 저면을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 캐버티(280)의 측벽은 경사지지 않을 수도 있고, 캐버티(280)의 저면은 평탄하지 않을 수도 있다(즉, 오목 또는 볼록한 형태를 가질 수도 있다).
이러한 캐버티(280)는 예를 들어, 플라즈마 에칭 공정을 이용하여 형성할 수 있다.
캐버티(280)를 형성하기 위해서, CF4, CH2F2, CO, O2로 구성되는 에칭 가스, C5F8, O2, Ar로 구성되는 에칭 가스, 또는 CF4, CH2F2, O2 로 구성되는 에칭 가스 등을 사용할 수 있다. 여기서, 에칭 가스 중 탄소 함유 가스 및 O2 가스의 상대적 유량비를 제어하면 캐버티(280)의 저면 프로파일을 제어할 수 있다.
또한, 상기 에칭 가스에 CO, CH2F2, CHF3, CH3F 등과 같은 카본리치가스(carbon-rich gas)를 첨가하면, 캐버티(280)의 측면 프로파일을 제어할 수 있다.
도 3 및 도 4d를 참조하면, 캐버티(280)가 형성된 기판(210)을 열처리(310)한다(S140).
구체적으로 설명하면, 플라즈마 에칭 공정을 통해서 캐버티(280)를 수행하면, 여러가지 결함(damage)이 발생할 수 있다. 예를 들어, 광전 변환 소자(220)에 미치는 스트레스를 변화시킬 수도 있고(이하, 스트레스 이슈(stress issue)라 함), 광전 변환 소자(220)의 표면, 소자 분리 영역(212)과 기판(210)의 경계, 기판(210)과 전하 전송 소자(230)의 경계 등에서 전하가 생성될 수도 있다(이하, 차징 이슈(charging issue)라 함).
이러한 결함들은 출력 신호의 다크 레벨(dark level)을 증가시킬 수 있다. 픽셀은 출력 라인(Vout)을 통해서 출력 신호를 제공하는데, 출력 신호는 신호 레벨과 다크 레벨로 구분할 있다. 즉, 신호 레벨은 광전 변환을 통해서 생성한 전하에 대응되는 전압값을 의미하고, 다크 레벨은 광전 변환이 아닌 방식으로 생성된 전하(예를 들어, 열에 의해 생성된 전하 및 기타 오프셋에 의한 전하)에 대응되는 전압값을 의미한다. 따라서, 이러한 결함을 치유하여야 한다.
본 발명의 제1 실시예에서는, 캐버티(280)가 형성된 기판(210)을 열처리(310)함으로써, 전술한 결함이 치유할 수 있다. 열처리(310)를 함으로써, 여러가지 결함 중 특히 스트레스 이슈를 해결할 수 있다.
열처리(310)는 예를 들어, 200 내지 500℃에서 30분 내지 120분 동안 진행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 열처리(310)는 예를 들어, 퍼니스(furnace) 장비를 이용하여 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3 및 도 4e를 참조하면, 캐버티(280)가 형성된 기판(210)을 UV 처리(320)한다(S150).
구체적으로 설명하면, 캐버티(280)가 형성된 기판(210)을 UV 처리(320)함으로써, 전술한 결함이 치유될 수 있다. UV처리(320)를 함으로써, 여러가지 결함 중 특히 차아징 이슈를 해결할 수 있다. 즉, 광전 변환 소자(220)의 표면, 소자 분리 영역(212)과 기판(210)의 경계, 기판(210)과 전하 전송 소자(230)의 경계 등에 생성된 전하를 제거할 수 있다.
예를 들어, UV 처리(320)는 50 내지 200℃에서 10초 내지 300초 동안 진행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, UV 처리(320)는 UV 베이크(UV bake) 장비를 이용하여 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3 및 도 4f를 참조하면, 캐버티(280)를 광투과 물질(282)로 채운다(S160).
광투과 물질(282)은 예를 들어, 유기 고분자 화합물, 예를 들면 Cytop™ 이라는 환구조를 갖는 불소계 고분자, 또는 PMMA 계열의 고분자를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 스핀 코팅 방식을 이용하여, 캐버티(280)를 광투과 물질(282)로 채울 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이어서, 광투과 물질(282) 상에 컬러 필터(290)를 형성하고, 이어서 컬러 필 러(290) 위의 광전 변환 소자(220)에 대응되는 위치에 마이크로 렌즈(292)를 형성한다(S170).
본원 발명의 제1 실시예에서 캐버티(280)를 형성할 때 발생하는 결함들을, 열처리(310), UV 처리(320)를 통해서 치유할 수 있다. 따라서, 출력 신호의 다크 레벨을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에서는, 열처리(310)를 먼저 수행한 후 UV 처리(320)를 나중에 수행하는 것을 설명하였으나, 반대로 UV 처리(320)를 먼저 수행한 후 열처리(310)를 나중에 수행하여도 무방하다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법이, 본 발명의 제1 실시예와 다른 점은 캐버티를 형성한 후(S130) UV 처리는 하지 않고 열처리만을 수행한다는 점이다(S140). 열처리를 함으로써, 특히 스트레스 이슈를 해결할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법이, 본 발명의 제1 실시예와 다른 점은 캐버티를 형성한 후(S130) 열처리는 하지 않고 UV 처리만을 수행한다는 점이다(S150). UV처리를 함으로써, 여러가지 결함 중 특히 차아징 이슈를 해결할 수 있다. 즉, 광전 변환 소자의 표면, 소자 분리 영역과 기 판의 경계, 기판과 전하 전송 소자의 경계 등에 생성된 전하를 제거할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법이, 본 발명의 제2 실시예와 다른 점은 캐버티를 형성한 후(S130) 열처리를 다수 회 실시한다는 점이다(S140, S142, S144). 도 7에서는 3회 열처리하는 것을 예로 들었으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 4회, 5회 열처리할 수 있다.
이와 같이 다수 회 열처리를 실시하는 이유는 다음과 같다.
우선, 장시간동안 기판을 고온에 노출할 경우 기판에 불량을 유발할 수 있다. 또한, 1회의 열처리 동안 치유할 수 있는 결함의 양은 소정 값으로 정해져 있다. 다시 설명하면, 1회의 열처리 동안에는 공정 시간을 늘리더라도 출력 신호의 다크 레벨은 특정 임계값 이상 줄어들지 않는다. 따라서, 다수 회 열처리를 실시함으로써 치유할 수 있는 결함의 양을 증가시키고, 출력 신호의 다크 레벨을 감소시킨다.
한편, 다수 회의 열처리 각각은 동일한 공정 온도에서 동일한 공정 시간 동안 진행될 수도 있다. 또는, 다수 회의 열처리 각각은 서로 다른 공정 온도에서 동일한 공정 시간 동안 진행될 수도 있다.
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법이, 본 발명의 제3 실시예와 다른 점은 캐버티를 형성한 후(S130) UV 처리를 다수 회 실시한다는 점이다(S150, S152, S154). 도 8에서는 3회 UV 처리하는 것을 예로 들었으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 4회, 5회 UV 처리할 수 있다.
이와 같이 다수 회 UV 처리를 실시하는 이유는 다음과 같다.
1회의 UV 처리 동안 치유할 수 있는 결함의 양은 소정 값으로 정해져 있다. 다시 설명하면, 1회의 UV 처리 동안에는 공정 시간을 늘리더라도 출력 신호의 다크 레벨은 특정 임계값 이상 줄어들지 않는다. 따라서, 다수 회 UV 처리를 실시함으로써 치유할 수 있는 결함의 양을 증가시키고, 출력 신호의 다크 레벨을 감소시킨다.
한편, 다수 회의 UV 처리 각각은 동일한 공정 온도에서 동일한 공정 시간 동안 진행될 수도 있다. 또는, 다수 회의 UV 처리 각각은 서로 다른 공정 온도에서 동일한 공정 시간 동안 진행될 수도 있다.
또한, 도면으로 따로 설명하지는 않았으나, 제1 실시예 내지 제5 실시예를 조합하여 새로운 실시예를 예상할 수 있다. 예를 들어, 당업자는 제1 실시예, 제4 실시예, 제5 실시예를 조합하여, 캐버티를 형성한 후 다수회의 열처리와, 다수회의 UV 처리할 수 있음을 예상할 수 있다. 또한, 당업자는 제2 실시예와 제5 실시예를 조합하여, 캐버티를 형성한 후 1회의 열처리와, 다수회의 UV 처리할 수 있음을 예상할 수 있다.
본 발명에 관한 보다 상세한 내용은 다음의 구체적인 실험예들을 통하여 설명하며, 여기에 기재되지 않은 내용은 본 발명의 기술 분야의 당업자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 설명을 생략한다.
<실험예>
비교 실험예는 캐버티를 형성한 후 열처리, UV처리를 하지 않고, 출력 신호의 다크 레벨(dark level)을 측정하였다.
실험예 1은 캐버티를 형성한 후 열처리만 하고, 출력 신호의 다크 레벨을 측정하였다.
실험예 2는 캐버티를 형성한 후 UV처리만 하고, 출력 신호의 다크 레벨을 측정하였다.
실험예 3은 캐버티를 형성한 후 열처리를 먼저 하고, UV처리를 나중에 하고, 출력 신호의 다크 레벨을 측정하였다.
그 결과가 표 1 및 도 9에 도시되어 있다. 표 1은 도 9에 도시된 비교 실험예, 실험예 1-3의 중앙값(median)을 따로 정리한 것이다. 도 9는 박스 플롯(box plot)으로 박스의 가운데 라인이 중앙값을 나타낸다.
표 1 및 도 9를 참조하면, 비교 실험예의 중앙값은 36.07 mV인데 반해, 실험예 1-3은 각각 10.9mV, 9.8mV, 4.93mV이다. 즉, 실험예1은 비교 실험예에 비해 약 70% 개선 효과가 있었다(∵ 1 - 10.9/36.07 = 0.7). 실험예2는 비교 실험예에 비해 약 72% 개선 효과가 있었다(∵ 1 - 9.8/36.07 = 0.72). 실험예3은 비교 실험예에 비해 약 86% 개선 효과가 있었다(∵ 1 - 4.93/36.07 = 0.86).
| 비교 실험예 | 실험예 1 | 실험예 2 | 실험예 3 | |
| 다크 레벨 | 36.07 mV | 10.9 mV | 9.8 mV | 4.93 mV |
| 개선 효과 | - | 70% 개선 | 72% 개선 | 86% 개선 |
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 블록도이다.
도 2는 도 1의 APS 어레이의 등가 회로도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4a 내지 도 4f는 도 3의 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 중간 단계 도면들이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 9는 캐버티를 형성한 후 열처리, UV처리를 함에 따라 출력 신호의 다크 레벨을 측정한 결과를 도시한 그래프이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
11 : 광전 변환 소자 13 : 플로팅 확산 영역
15 : 전하 전송 소자 17 : 드라이브 소자
18 : 리셋 소자 19 : 선택 소자
310 : 열처리 320 : UV 처리
Claims (19)
- 기판에 광전 변환 소자를 형성하고,상기 광전 변환 소자가 형성된 기판 상에 절연막 구조체를 형성하되, 상기 절연막 구조체는 다층의 층간 절연막과, 상기 다층의 층간 절연막 사이에 배치된 다층의 금속 배선을 포함하고,상기 광전 변환 소자 상에, 상기 다층의 층간 절연막을 관통하는 캐버티(cavity)를 형성하고,상기 캐버티가 형성된 기판의 스트레스를 감소시키기 위해 열처리하고,상기 캐버티가 형성된 기판을 UV처리하는 것을 포함하되,상기 캐버티가 형성된 기판을 먼저 열처리하고 나중에 UV처리하고,상기 UV처리를 수행한 후, 상기 캐버티를 광투과 물질로 채우는 이미지 센서의 제조 방법.
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- 제 1항에 있어서,상기 열처리의 공정 온도는 상기 UV 처리의 공정 온도보다 높고, 상기 열처리의 공정 시간은 상기 UV 처리의 공정 시간보다 긴 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 열처리는 다수회 수행되는 것을 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
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- 기판에 광전 변환 소자를 형성하고,상기 광전 변환 소자가 형성된 기판 상에 절연막 구조체를 형성하되, 상기 절연막 구조체는 다층의 층간 절연막과, 상기 다층의 층간 절연막 사이에 배치된 다층의 금속 배선을 포함하고,상기 광전 변환 소자 상에, 상기 다층의 층간 절연막을 관통하는 캐버티(cavity)를 형성하고,상기 캐버티가 형성된 기판을 UV처리하고,상기 캐버티가 형성된 기판의 스트레스를 감소시키기 위해 열처리하는 것을 더 포함하되,상기 캐버티가 형성된 기판을 먼저 UV처리하고 나중에 열처리하고,상기 열처리를 수행한 후, 상기 캐버티를 광투과 물질로 채우는 이미지 센서의 제조 방법.
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- 제 11항에 있어서,상기 UV 처리를 다수회 수행하는 것을 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 기판에 광전 변환 소자를 형성하고,상기 광전 변환 소자가 형성된 기판 상에 절연막 구조체를 형성하되, 상기 절연막 구조체는 다층의 층간 절연막과, 다층의 구리 배선을 포함하고,플라즈마 에칭 공정을 이용하여, 상기 광전 변환 소자 상에 상기 다층의 층간 절연막을 관통하는 캐버티를 형성하고,상기 캐버티가 형성된 기판의 스트레스를 감소시키기 위해 열처리하고,상기 열처리된 기판을 UV 처리하고,상기 캐버티를 광투과 물질로 채우고,상기 광투과 물질 상에 컬러 필터와 마이크로 렌즈를 순차적으로 형성하는 것을 포함하되,상기 열처리의 공정 온도는 상기 UV 처리의 공정 온도보다 높고, 상기 열처리의 공정 시간은 상기 UV 처리의 공정 시간보다 긴 이미지 센서의 제조 방법.
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