KR20030052640A - 광차단층을 구비한 이미지센서 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이미지센서에 관한 것으로 단위화소 영역으로 입사하는 빛을 차단하는 광차단층을 형성한 이미지센서에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명은 광감지부와 주변회로부가 형성된 기판; 상기 기판상부에 형성된 보호막; 상기 광감지부에 대응하여 상기 보호막상에 형성된 칼라필터; 및 상기 칼라필터와 소정간격을 두고 상기 주변회로부를 덮는 상기 보호막상의 광차단층을 포함하여 이루어진다.
Description
본 발명은 이미지센서에 관한 것으로 특히, 광차단층을 TiN으로 형성하여 광차단효과을 높이고 제조 공정을 줄인 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) 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 CMOS 기술을 이용하여 화소수 만큼의 MOS트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.
잘 알려진 바와 같이, 칼라 이미지를 구현하기 위한 이미지센서는 외부로부터의 빛을 받아 광전하를 생성 및 축적하는 광감지부분 상부에 칼라 필터가 어레이되어 있다. 칼라필터어레이(CFA : Color Filter Array)는 레드(Red), 그린(Green) 및 블루(Blue)의 3가지 칼라로 이루어지거나, 옐로우(Yellow), 마젠타(Magenta) 및시안(Cyan)의 3가지 칼라로 이루어진다.
또한, 이미지센서는 빛을 감지하는 광감지부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 로직회로 부분으로 구성되어 있는바, 광감도를 높이기 위하여 전체 이미지센서 소자에서 광감지부분의 면적이 차지하는 비율(Fill Factor)을 크게 하려는 노력이 진행되고 있지만, 근본적으로 로직회로 부분을 제거할 수 없기 때문에 제한된 면적하에서 이러한 노력에는 한계가 있다. 따라서 광감도를 높여주기 위하여 광감지부분 이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 바꿔서 광감지부분으로 모아주는 집광기술이 등장하였는데, 이러한 집광을 위하여 이미지센서는 칼리필터 상에 마이크로렌즈(microlens)를 형성하는 방법을 사용하고 있다.
이러한 이미지센서에서 단위 화소 영역이외의 지역으로 입사하는 빛은 잡음 성분을 구성하게 되어 입사하는 빛에 의한 번짐(smear)현상을 유발하고 이에 따라 신호대 잡음특성과 이미지센서 출력의 다이나믹 레인지(Dynamic Raneg) 특성 등에 영향을 주는 요소로 작용하였다.
따라서, 이러한 빛을 차단하기 위한 광차단층을 형성하여 왔는데 일반적인 시모스 이미지센서에서 종래의 광차단층 형성방법을 도1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도1을 참조하면, 소자분리를 위한 필드산화막(111)이 형성된 기판(110) 상에서 단위화소 어레이 영역에는 단위화소(116)들이 형성되어 있고, 주변회로영역에는 주변회로를 구성하는 트랜지스터들이 형성되어 있다. 그리고, 이 상부에는 산화막 또는 도핑된 산화막이 적층된 층간절연막(117), 제1금속배선(118), 제1 금속층간절연막(119) 및 제2금속배선(120)이 차례로 적층 형성되어 있다.
제2금속배선(120) 상부에는 광차단막으로서의 금속층을 형성하기 위하여 제2 금속층간절연막(121)이 형성되어 있고 그 상부에 광차단막인 금속층(122)이 형성된다. 금속층(122)은 소자의 어떠한 배선을 구성하는 것이 아니고 광감지영역 이외의 주변회로 영역으로 광이 입사되는 것을 막는 광차단을 위한 것이다.
한편, 도1에 도시된 종래의 이미지센서는 단위화소어레이 영역에는 제2 금속층간절연막(121) 상에 바로 페시베이션막(123)만이 형성되어 있고, 주변회로 영역에는 제2 금속층간절연막(120) 상에 광차단막으로서의 금속층(122)이 형성되고 그 위로 페시베이션막(123)이 형성되어 있음을 알 수 있다. 그리고, 보호층 상에는 단위화소어레이 영역에 칼라필더(RED, GREEN, BLUE)가 어레이되어 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 종래에는 회로설계에 사용되지 않는 별도의 최상부 금속층을 사용하여 단위화소 어레이 영역이외의 지역으로 입사하는 빛을 차단하는 광차단층으로 사용하였다. 그러나 이러한 최상부 금속층을 이용한 광차단은 별도의 금속층(122)과 별도의 제2 금속층간절연막(121)이 추가되어야 하므로 공정수가 증가하여 제품의 수율을 저하시킬 뿐만 아니라 원가 또한 상승하는 단점이 있었다.
도2는 페시베이션막(123) 상에 칼라필터(124)를 적층하여 광차단층(124)을 형성한 모습을 도시한 도면으로 칼라필터를 적층한 광차단층은 3색의 칼라필터가 적층되므로 극단적으로 높은 단차가 발생하여 후속공정의 안정성을 열화시킬 뿐만 아니라 700nm 이상의 파장을 갖는 적외선에 대해서는 광차단효과가 현저히 떨어져서 별도의 적외선 필터를 필요로 하는 단점이 있었다.
도3은 각각의 칼라필터를 조합하여 적층시켜 광차단층을 형성하였을때의 빛의 투과율을 도시한 도면으로 레드, 그린, 블루의 3가지 칼라필터를 모두 적층하여 광차단층을 구성한 경우에는 700nm 이하의 파장을 갖는 빛에 대해서는 광차단효과가 우수하지만 700nm 이상의 파장을 갖는 빛에 대해서는 광차단효과가 많이 떨어지고 있음을 알 수 있으며, 2가지의 칼라필터를 적층하여 광차단층을 형성한 경우에는 700nm 이상의 파장을 갖는 빛에 대해서는 광차단효과가 급격히 감소하고 있음을 알 수 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, TiN을 광차단층으로 사용하여 공정수의 감소와 광차단 증대의 효과를 갖는 이미지센서를 제공함을 그 목적으로 한다.
도1 내지 도2는 종래기술에 따른 광차단층을 구비한 이미지센서의 모습을 보인 단면도,
도3은 종래기술에 따른 광차단층의 광 투과특성을 도시한 도면,
도4 내지 도5는 본 발명의 일실시예에 따른 광차단층이 형성된 모습을 도시한 단면도,
도6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광차단층이 형성된 모습을 도시한 단면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
310 : 기판311 : 필드절연막
312 : P형 웰313 : N형 웰
314 : 폴리실리콘315 : 텅스텐 실리사이드
316 : 단위화소317 : 층간절연막
318 : 제1 금속배선319 : 제1 금속층간절연막
320 : 제2 금속배선321 : 페시베이션막
322 : ARC TiN 광차단층323 : 건식식각용 마스크
324 : 부식방지 산화막325 : 칼라필터
326 : 평탄화층327 : 마이크로렌즈
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 광감지부와 주변회로부가 형성된 기판; 상기 기판상부에 형성된 보호막; 상기 광감지부에 대응하여 상기 보호막상에 형성된 칼라필터; 및 상기 칼라필터와 소정간격을 두고 상기 주변회로부를 덮는 상기 보호막상의 광차단층을 포함하여 이루어진다.
본 발명은 일반적인 금속층 형성시에 반사방지막으로 사용되고 있는 TiN 층을 광차단층으로 이용하여 공정수 감소와 단차발생의 억제 및 광차단 효과도 얻은 발명이다.
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.
도4 내지 도5는 본 발명의 일실시예에 따른 광차단층이 형성되어 있는 모습을 도시한 도면으로 이를 참조하여 설명한다.
기판(310)위에 소자간의 전기적인 절연을 위하여 필드산화막(311)을 형성한 후, P형 웰(312)과 N형 웰(313)을 형성한다. 이후에 폴리실리콘(314)과 텅스텐 실리사이드(315)를 연속적으로 도포하고 패터닝함으로써 게이트 전극을 형성한다.
이후에, 포토다이오드를 형성하기 위해서 감광막(미도시)을 도포하고 적절한 이온주입을 실시하여 단위화소(316) 내의 포토다이오드를 형성한다.
다음으로, 트랜지스터의 소오스/드레인 및 센싱노드를 형성하기 위한 이온주입을 실시한 후 층간절연막(317), 제1금속배선(318)을 차례로 형성한다. 그리고 그 상부에 제1 금속층간절연막(319), 제2금속배선(320)을 형성한다.
제2 금속배선(320) 상부에 페시베이션막(321)을 도포하여 일반적인 시모스 로직 프로세스를 완료한 이후에, 일반적인 금속층 형성시에 반사방지막 (Anti-Reflection Coating : ARC)으로 사용되는 TiN(322)막을 30 ∼ 3000Å의 두께로 단위화소 어레이영역과 로직부분에 걸쳐서 형성한다.
반사방지막 (Anti-Reflection Coating : ARC)으로 사용되는 TiN막은 입사하는 빛을 반사하는 역할을 하는 막이므로 가시광선뿐만 아니라 적외선에 대해서도 낮은 투과율을 갖고 있어 광차단의 효과를 높일 수 있다.
TiN(322)막을 형성한 이후에, 단위화소 어레이 영역이외의 지역으로 입사하는 빛은 화질을 열화시키는 잡음성분으로 작용하게 되므로 단위화소 영역은 오픈되고 이외의 지역은 닫히도록 제작한 건식식각용 마스크(323)를 형성한 후, 건식식각을 실시한다.
도4는 건식식각용 마스크(323)를 제거하고 난 뒤에, 세가지 색의 칼라필터 (325)와 평탄화막(326) 및 마이크로렌즈(327)가 형성되어 있는 모습을 도시한 도면이다.
이와 같이, 페시베이션막(321) 상에 티타늄 질화막(TiN)으로 광차단층으로 형성하게 되면 별도의 금속층과 별도의 금속층간절연막이 필요없게 되어 공정수도 감소하게 되며, 칼라필터를 적층하여 광차단층으로 사용하는 경우의 문제점인 단차발생문제와 적외선에 대한 광차단 효과도 확보할 수 있다.
도5는 본 발명의 다른 실시예에 따라서 광차단층이 형성된 모습을 도시한 도면으로 ARC 티타늄 질화막(322)과 페시베이션막(321) 상에 부식방지 산화막(324)이 더 형성되어 있는 모습을 보인 도면이다.
ARC 티타늄 질화막(322)이 형성된 이후에 칼라필터(325)가 형성되는데, 칼라필터 형성공정시 수행되는 현상공정은 모두 용액속에서 이루어지는 습식공정이므로 금속배선으로 사용되는 알루미늄 만큼은 아니겠지만 ARC 티타늄 질화막(322)이 습식공정시에 부식에 손상될 우려가 있다.
이를 방지하기 위하여 ARC 티타늄 질화막(322)을 형성하고 난 후에, 페시베이션막(321)과 ARC 티타늄 질화막(322) 상에 부식방지 산화막(324)을 형성하면 광차단층의 부식을 미연에 방지할 수 있다.
본 발명의 일실시예나 다른 실시예에서는 시모스 이미지센서를 예로 들어 설명하였지만 본 발명은 시모스 이미지센서에 국한되지 않고 전하결합소자나 APS (Active Pixel Sensor) 기타 다른 이미지센서에서 광차단층으로도 사용되어 질 수 있다.
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 이미지센서에 적용하게 되면, 일반적인 금속층 형성시 반사방지막으로 사용되는 티타늄질화막을 광차단층으로 사용함으로써 종래에 비해 소요되는 공정수를 감소시킬 수 있어 제품의 수율을 향상시키는 동시에 원가를 절감하는 효과가 있으며 단차발생을 억제하여 후속공정의 안정성을 확보할 수 있어 제품의 신뢰성을 향상시키는 효과가 있으며 적외선에 대한 광차단효과도 확보할 수 있어 별도의 적외선 필터가 불필요한 장점이 있다.
Claims (4)
- 광감지부와 주변회로부가 형성된 기판;상기 기판상부에 형성된 보호막;상기 광감지부에 대응하여 상기 보호막상에 형성된 칼라필터; 및상기 칼라필터와 소정간격을 두고 상기 주변회로부를 덮는 상기 보호막상의 광차단층을 포함하는 이미지센서.
- 광감지부와 주변회로부가 형성된 기판;상기 기판상부에 형성된 보호막;상기 주변회로부를 덮는 상기 보호막상의 광차단층;상기 광차단층을 포함한 상기 보호막을 덮는 부식방지막; 및상기 광감지부에 대응하여 상기 부식방지막상에 형성된 칼라필터를 포함하는 이미지센서.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 광차단층은 타타늄질화막인 것을 특징으로 하는 이미지센서.
- 제3항에 있어서,상기 티타늄질화막의 두께는 300 ∼ 3000Å 인 것을 특징으로 하는 이미지센서.
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Legal Events
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20120628 Year of fee payment: 9 |
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| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |