KR20030042305A - 시모스 이미지센서의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이미지센서의 제조방법에 관한 것으로 마이크로렌즈 형성후에 굴절률이 작은 아크릴수지를 이용한 평탄화공정을 수행하여 마이크로렌즈로 인한 굴곡을 없앰으로써 후속공정에서 발생하는 파티클등이 마이크로렌즈로 인한 굴곡부분에 부착되는 현상을 억제하여 이미지센서의 특성을 향상시킨 발명이다. 이를 위한 본 발명은 관련소자들이 형성된 기판에 마이크로렌즈를 형성하는 단계; 상기 마이크로렌즈상에 아크릴수지를 이용하여 평탄화막을 형성하는 단계; 상기 평탄화막상에 저온산화막을 증착하는 단계를 포함하여 이루어진다.

Description

시모스 이미지센서의 제조방법{The method of fabrication for CMOS image sensor}

본 발명은 이미지센서에 관한 것으로 특히, 마이크로렌즈 형성후에 굴절률이 작은 아크릴 수지를 이용하여 평탄화 작업을 수행하여 마이크로렌즈로 인한 굴곡을 없애 후속공정에서 발생하는 파티클등에 의한 오염을 감소시킨 이미지센서에 관한 것이다.

일반적으로, 이미지센서라 함은 광학 영상(optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체소자로서, 전하결합소자(CCD : charge coupled device)는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 커패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 커패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, CMOS (Complementary MOS; 이하 CMOS) 이미지센서는 제어회로(control circuit)및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소수만큼 MOS트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.

칼라 이미지를 구현하기 위한 이미지센서는 외부로부터의 빛을 받아 광전하를 생성 및 축적하는 광감지부분 상부에 칼라 필터가 어레이되어 있다. 칼라 필터 어레이(CFA : Color Filter Array)는 레드(Red), 그린(Green) 및 블루(Blue)의 3가지 칼라로 이루어지거나, 옐로우(Yellow), 마젠타(Magenta) 및 시안(Cyan)의 3가지 칼라로 이루어진다.

또한, 이미지센서의 감광도(photo sensitivity)를 증가시키기 위한 노력들이 진행되고 있는데 그 중 하나가 집광기술이다. 예컨대, CMOS 이미지센서는 빛을 감지하는 광감지부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 CMOS 로직회로부분으로 구성되어 있는 바, 광감도를 높이기 위해서는 전체 이미지센서 면적에서 광감지부분의 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. 따라서 광감도를 높여주기 위하여 광감지부분 이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 바꿔서 광감지부분으로 모아주는 집광기술이 많이 연구되고 있다.

도1은 마이크로렌즈를 포함하여 구성된 종래의 이미지센서를 보인 도면으로 이를 참조하여 종래의 일반적인 이미지센서의 제조방법을 설명한다.

기판(0)위에 소자간의 전기적인 절연을 위하여 필드산화막을 형성한 후 폴리실리콘과 텅스텐 실리사이드막을 연속적으로 도포하고 패턴닝함으로써 게이트 전극을 형성한다.(미도시)

이후 적절한 이온주입 공정을 진행하여 포토다이오드(1)로 구성된 수광영역을 형성하고 트랜지스터의 소오스/드레인 및 센싱노드를 형성하기 위한 이온주입을 실시한다.(미도시)

다음으로, 층간절연막(2)과 금속배선(3)을 차례로 형성한다. 금속배선을 여러 개 사용하는 경우에는 금속배선들 사이에 금속층간 절연막을 형성하고 최종 금속배선 상부에 페시베이션막을 형성하는데 도1에서는 하나의 금속배선을 사용하는 경우를 도시하였다. 따라서 도1에서는 금속배선(3)을 형성한 후, 금속배선(3)상부에 바로 페시베이션막(4)을 형성하여 일반 시모스 로직 프로세스를 완료하였다.

이후에, 칼라 이미지 구현을 위한 세 가지 종류의 칼라필터(5) 형성공정을진행하는데 칼라필터는 통상 염색된 포토레지스터를 이용하여 형성한다.

칼라필터(5)가 형성되면 그 단차에 의해 평탄도가 불량해지므로 칼라필터 상부에 형성될 마이크로렌즈(7)가 단위 픽셀마다 모양이 상이하게 형성되어 균일성 (uniformity)이 저하되게 된다.

이러한 점을 개선하기 위하여 일종의 감광막인 오버코팅레이어(6) (OCL:Over Coating Layer)를 이용하여 평탄화 공정을 진행한다. 이와 같은 평탄화 공정 이후에 광집속율을 증가시키기 위해 마이크로렌즈(7)를 형성하는데 마이크로렌즈는 주로 유기물 포토레지스트를 이용하여 형성한다.

즉, 마이크로렌즈 형성용 감광제를 도포한 후 마스크 공정을 통해 패턴을 형성한다. 이후 열 공정을 통해 사각형 형태의 마이크로렌즈(7)를 플로우 시켜서 돔(dome)형태의 마이크로렌즈(7)를 형성하게 된다.

이와같이 마이크로렌즈를 형성한 이후에 상기 마이크로렌즈를 보호하기 위해 저온 플라즈마 인핸스드 화학기상증착법으로 산화막(8)을 증착한다.

이와같은 구성된 종래의 마이크로렌즈는 부서지기 쉽고 또한 돔 형태의 마이크로렌즈로 인하여 요철과 같은 굴곡이 존재하게 된다. 이와 같이 요철과 같은 굴곡이 있게 되면 웨이퍼프루브(Wafer Probe )테스트, 어셈블리(Assembly)공정 또는 잉킹(Inking)공정 등과 같은 후속공정 중에서 발생하는 파티클(particle)이 굴곡부분에 증착되어 결함을 발생시키며 이에 따라 수율이 감소하는 단점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로 파티클등에 의한 오염이 용이하게 제거가능한 이미지센서의 제조방법을 제공함을 그 목적으로 한다.

도1은 종래의 이미지센서의 구성을 도시한 도면

도2 내지 도4는 본 발명에 따른 이미지센서의 제조공정을 도시한 도면

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

0 : 기판1 : 포토다이오드

2 : 층간절연막3 : 금속배선

4 : 페시베이션막5 : 칼라필터

6 : 오버코팅레이어7 : 마이크로렌즈

8 : 저온산화막9 : 저온 산화막

10 : 저온산화막11 : 반사방지막

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 관련소자들이 형성된 기판에 마이크로렌즈를 형성하는 단계; 상기 마이크로렌즈상에 아크릴수지를 이용하여 평탄화막을 형성하는 단계; 상기 평탄화막상에 저온산화막을 증착하는 단계를 포함하여 이루어진다.

본 발명은 종래와 같은 성능을 가진 마이크로렌즈를 형성하되, 마이크로렌즈의 표면을 평탄화 하여 공정중에 발생한 파티클 등에 의한 오염을 제거하기 쉽게 한 것이다. 이를 위해 마이크로렌즈 보다 굴절률이 작은 아크릴 수지를 마이크로렌즈 표면에 코팅(Coating)하여 평탄화 작업을 수행함으로써 후속 공정에서 발생하는 파티클등에 의한 오염제거를 용이하게 하여 수율을 향상시킨 것이다.

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 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도2 내지 도4는 본 발명에 따른 일 실시예를 도시한 도면이다. 이를 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명한다.

도2에 도시된 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서의 제조공정에서, 마이크로렌즈를 형성하기까지의 공정은 종래기술과 동일하다.

즉, 기판(0)상에 소자간의 전기적인 절연을 위하여 필드산화막을 형성하고 게이트전극을 형성한다(필드산화막과 게이트 전극은 도2에 도시되어 있지 않다). 이후 적절한 이온주입 공정을 진행함으로써 포토다이오드(1)를 형성하고 트랜지스터의 소오스/드레인 및 센싱노드를 형성하기 위한 이온주입을 실시하여 트랜지스터를 형성한다.

다음으로, 층간절연막(2)과 금속배선(3)을 차례로 형성한다. 금속배선을 여러 개 사용하는 경우에는 금속배선들 사이에 금속층간 절연막을 형성하고 최종 금속배선 상부에 페시베이션막을 형성하는데 도1에서는 하나의 금속배선을 사용하는 경우를 도시하였다. 따라서 도1에서는 금속배선(3)을 형성한 후, 금속배선(3)상부에 바로 페시베이션막(4)을 형성하여 일반 시모스 로직 프로세스를 완료하였다.

다음으로, 칼라 이미지 구현을 위한 세가지 종류의 칼라필터(5) 형성공정을 진행하는데 칼라필터의 물질은 통상 염색된 포토레지스트를 사용한다.

이후에 오버코팅물질 (OCM:Over Coating Material)을 이용하여, 후속 마이크로렌즈 마스크 패터닝을 용이하게 하기 위한 평탄화 목적으로 오버코팅 레이어(6)를 형성한다. 이와 같은 오버코팅 레이어(6) 상부에 광집속율을 증가시키기 위해 마이크로렌즈(7)를 형성하는데 그 과정은 다음과 같다.

마이크로렌즈는 포토레지스트를 도포한 후 마스크 공정을 통해 패턴을 형성한다. 이후 베이킹을 하여 직삭가형 형태의 마이크로렌즈를 플로우시켜 돔 형태의마이크로렌즈(7)를 형성한다.

이후에 도3에 도시된 바와 같이 마이크로렌즈(7)상에 굴절률이 마이크로렌즈보다 작은 아크릴수지(9)를 코팅하고 소성(curing)시켜 평탄화 작업을 수행한다.

이와 같이, 아크릴수지(9)로써 마이크로렌즈(7) 상부를 평탄화하여 굴곡을 제거함으로써 후속공정에서 발생하는 파티클이 마이크로렌즈로 인한 굴곡부분에 증착되는 것을 줄일 수 있게 된다.

마이크로렌즈(7)의 굴절률은 1.5 내지 1.8 정도이고 마이크로렌즈(7)의 상부에 코팅되는 아크릴수지(9)의 굴절률은 이보다 작다. 이와 같이 아크릴수지(9)의 굴절률이 그 하부에 위치한 마이크로렌즈(7)의 굴절률 보다 작은 이유는 이미지센서로 입사하는 입사광이 아크릴수지(9)가 아닌 마이크로렌즈(7)에 의해 수광 영역으로 집광되도록 하기 위해서이다.

아크릴수지로써 마이크로렌즈 상부를 평탄화한 이후에, 플라즈마 인핸스드 화학기상증착법으로 저온산화막(10)을 1000 ∼ 3000Å의 두께로 증착한다. 상기 저온산화막(10)은 종래와 같이 마이크로렌즈를 보호하기 위한 목적으로 사용된다.

그 이후에 도4에 도시된 바와 같이 질화막으로 이루어진 반사방지막(11)을 플라즈마 인핸스드 방법으로 500 ∼ 1000Å두께로 증착 할 수도 있다. 반사방지막 (11)은 이미지센서로 입사하는 빛이 반사되는 것을 방지하기 위한 막으로 이와 같은 반사방지막(11)은 너무 두꺼울 경우, 반사방지의 역할보다는 입사광의 투과율을 저하시키는 역효과가 생길 수도 있으므로 500 ∼ 1000Å의 두께로 증착하는 것이 바람직하다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명이 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 명백할 것이다.

본 발명을 이미지센서의 제조공정에 적용하게 되면 제조공정중에 발생한 파티클이 마이크로렌즈의 표면에 증착되는 파티클들을 쉽게 제거할 수 있어 수율을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 이미지센서의 제조방법에 있어서,

   관련소자들이 형성된 기판에 마이크로렌즈를 형성하는 단계;

   상기 마이크로렌즈상에 아크릴수지를 이용하여 평탄화막을 형성하는 단계;

   상기 평탄화막상에 저온산화막을 증착하는 단계

   를 포함하여 이루어지는 시모스 이미지센서의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 저온 산화막을 증착하는 단계 후에 상기 저온 산화막 상에 반사방지막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 아크릴수지의 굴절률은 상기 마이크로렌즈의 굴절률보다 작은 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 저온 산화막은 플라즈마 인핸스드 화학기상증착법으로 1000 ∼ 3000Å의 두께를 갖도록 증착되는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
5. 제2항에 있어서,

   상기 저온 산화막 상에 반사방지막을 형성하는 단계는

   질화막을 이용하여 두께는 500 ∼1000Å인 반사방지막을 형성하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.