KR20060077526A - 시모스 이미지 센서 및 그의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광감지소자의 입사광을 증가시켜 광감응도를 개선하는 반도체 시모스 이미지 센서 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 반도체 기판 상에 다수의 광감지 소자 및 다수의 트랜지스터를 형성하는 단계; 상기 다수의 트랜지스터를 연결하는 금속배선을 형성하는 단계; 상기 금속배선 상에 절연막을 형성하는 단계; 상기 절연막을 식각하여 다수의 트렌치를 형성하는 단계; 상기 다수의 트렌치에 컬러필터를 형성하는 단계; 상기 컬러필터 상의 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함한다.
시모스 이미지 센서, 광감응도, 트렌치, 광차단층
Description
도 1 내지 도 6은 종래 기술에 의한 시모스 이미지 센서 제조방법의 공정단면도
도 7 내지 도 15는 본 발명에 따른 시모스 이미지 센서 제조방법의 공정단면도
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
200 : 반도체 기판 205 : 게이트전극
206 : 저농도 N 형 확산영역 207 : P 형 확산영역
210 : 고농도 N형 확산영역 230 : 제 1 트렌치
233 : 광차단층
본 발명은 시모스 이미지 센서 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 특히 광감지소자의 입사광을 증가시켜 광감응도를 개선하는 시모스 이미지 센서 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 이미지 센서는 광학 영상(optical image)을 전기신호로 변환시키는 반도체 소자로써, 개별 모스(MOS : metal-oxide-silicon) 캐패시터(capacitor)가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 이중결합소자(CCD : charge coupled device)와 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로에 사용하는 시모스(CMOS)기술을 이용하여 화소수 만큼 모스 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용한 시모스(CMOS : complementary MOS) 이미지 센서가 있다.
그리고 피사체의 정보를 전기적인 신호로 변환하는 시모스 이미지 센서는 포토다이오드가 들어있는 시그널 처리 칩들로 구성되어 있으며, 칩 하나에 증폭기(Amplifier), 아날로그/디지털 변환기(A/D converter), 내부 전압 발생기(Internal voltage generator), 타이밍 제너레이터(Timing generator) 그리고 디지털 로직(Digital logic) 등이 결합되기도 하는데, 이는 공간과 전력 그리고 비용절감에 큰 장점을 갖고 있다. 이중결합소자(CCD)가 전문공정을 통하여 제조하지만, 시모스 이미지 센서는 이중결합소자보다 가격이 저렴한 실리콘 웨이퍼(Wafer)의 식각 공정을 통하여 대량생산이 가능하며, 집적도에서도 장점이 있다.
시모스 이미지 센서는 빛을 감지하는 광감지 부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 로직회로(logic circuit)부분으로 구성되어 있다. 광감도를 높이기 위하여 전체 이미지센서 소자에서 광감지 부분의 면적이 차지하는 비율을 크게 하려는 노력이 진행되고 있지만, 근본적으로 로직회로 부분을 제거할 수 없기 때문에 제한된 면적 하에서 이러한 노력에는 한계가 있다.
광감도를 높여주기 위하여 광감지 부분 이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 바꿔서 광감지 부분으로 모아주는 집광기술이 등장하였는데, 이러한 기술이 바로 마이크로 렌즈 형성 기술이다.
또한, 칼라 이미지를 구현하기 위한 이미지센서는 외부로부터의 빛을 받아 광전하를 생성 및 축적하는 광감지 부분 상부에 칼라 필터가 배열되어 있다.
칼라필터 어레이(color filter array)는 적색(red), 녹색(green), 청색(blue)의 3가지색으로 이루어지거나, 옐로우(yellow), 마젠타(magenta) 및 시안(cyan) 의 3가지색으로 이루어진다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래 기술의 시모스 이미지 센서에 대하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 6은 종래 기술에 의한 시모스 이미지 센서의 제조방법을 나타낸 공정단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(100)에 선택적으로 붕소(boron)와 같은 P 형 이온을 주입하여 P 웰(well)(101) 및 N 웰(도시하지 않음)을 형성하고, 소자분리를 위하여 반도체 기판(100)을 선택적으로 식각하여 트렌치를 형성하고 절연막을 충진시킨 필드산화막(102)을 형성한다.
이어, 상기 반도체 기판(100) 상에 게이트산화막(도시하지 않음)을 형성하고, 게이트절연막 상에 폴리실리콘막(103)과 텅스텐실리사이드막(104)을 형성하고 선택적 식각하여 게이트전극(105)을 형성한다.
이어서, 반도체 기판(100)의 광감지 소자영역에 선택적으로 저농도 N 형 확산영역(106)과 P 형 확산영역(107)을 형성하여 광감지 소자(photo diode)를 형성한다.
트랜지스터의 소스 및 드레인을 LDD(lightly doped drain)구조로 만들기 위하여 게이트전극(105) 양측의 반도체 기판(100)에 저농도 N 형의 LDD영역(108)을 형성하고, 저압화학증착(LPCVD) 방법 등을 이용하여 TEOS 산화막 또는 질화막을 증착한 후 이방성 식각하여 게이트 전극(105)의 측벽에 스페이서(spacer)(109)를 형성하고, 고농도 N 형 확산영역(110)을 형성한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 저압화학 증착방법으로 TEOS 산화막(도시하지 않음)을 1000A정도 증착하고, TEOS 산화막 상에 상압화학 증착방법으로 BPSG막(도시하지 않음)를 증착하한다. 그리고 BPSG막을 플로우(flow)시켜 제 1 금속배선 절연막(pre-metal dielectric)(111)을 형성하고, 제 1 금속배선 절연막(111)을 선택적으로 식각하여 고농도 N 형 확산영역(110)과 게이트 전극(105)이 노출되는 콘택홀(112)을 형성한 후, 티타늄(Ti)막으로 제 1 글루층(glue layer)(113)을 형성하고, 제 1 글루층(113) 상에 배선용으로 제 1 알루미늄(114)과 제 1 알루미늄(114) 상에 비반사 제 1 티타늄질화막(115)을 적층하고 선택적으로 식각하여 제 1 금속배선(116)을 형성한다. 여기서 콘택홀(112)은 플라즈마 식각 공정으로 진행하여 형성한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 플라즈마 화학증착(plasma enhanced chemical vapor deposition)방법을 이용하여 TEOS 산화막(117)과 TEOS 산화막(117) 상에 SOG(spin on glass) 산화막(118)을 코팅한 후 열처리를 하고 평탄화 공정을 진행한다. 그리고 제 1 TEOS 산화막(117)과 제 1 SOG 산화막(118) 상에 제 1 PECVD 산화막(119)을 형성한다. 제 1 TEOS 산화막(117), 제 2 SOG 산화막(118), 그리고 제 2 PECVD 산화막(119)은 제 2 금속배선 절연막을 구성한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 제 2 금속배선 절연막을 선택적으로 식각하여 비아홀(121)을 형성하고, 티타늄(Ti)으로 제 2 글루층(122)을 형성하고, 제 2 글루층(122) 상에 제 2 알루미늄(123)과 제 2 알루미늄(123) 상에 비반사 제 2 티타늄질화막(124)을 적층한 후 플라즈마 식각 공정을 통하여 제 2 금속배선(125)을 형성 한다.
이어서, 제 2 금속배선 절연막과 동일하게 제 2 TEOS 산화막(126), 제 2 TEOS 산화막(126) 상에 제 2 SOG 산화막(127), 제 2 SOG 산화막(127) 상에 제 2 PECVD 산화막(128)을 적층한다. 제 2 TEOS 산화막(126), 제 2 SOG 산화막(127), 그리고 제 2 PECVD 산화막(128)은 제 3 금속배선 절연막을 형성한다. 그리고 이와 같은 공정을 반복하여 필요한 금속배선층의 형성한다.
도 5와 같이, 제 3 금속배선 절연막 상에 PECVD 방법을 이용하여 8000 ?? 두께의 산화막으로 소자보호막(129)을 형성하고, 주변회로 영역의 소자보호막(129), 제 3 금속배선 절연막, 그리고 제 2 티타늄질화막(124)을 선택 식각하여 전극단자로 사용하기 위한 패드개구영역(130)을 형성한다.
도 6과 같이, 소자보호막(129) 상에 칼라필터 어레이(color filter array)(131)와 컬러필터 어레이(131) 상에 평탄화층(132)을 형성하고, 평탄화층 (132) 상에 마이크로 렌즈(133)를 형성한다.
이와 같은 종래 기술의 시모스 이미지 센서 및 그의 제조방법은 다음과 같은 문제가 있다.
픽셀(pixel) 영역이나 주변회로 영역이 동일하게 두꺼운 막질의 절연막이 형성되어 있어 광감지소자로 입사되는 빛이 흡수, 굴절 및 반사되어 광감지소자의 입사광이 감소하고 이로 인해 광감도가 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로, 광감지소자의 입사광을 증가시켜 광감응도를 개선하는 시모스 이미지 센서 및 그의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 따른 시모스 이미지 센서는 반도체 기판 상에 형성된 다수의 광감지 소자 및 다수의 트랜지스터; 상기 다수의 트랜지스터를 연결하는 금속배선; 상기 금속배선 상의 절연막; 상기 절연막에 형성된 다수의 트렌치; 상기 다수의 트렌치에 형성된 컬러필터; 상기 컬러필터 상에 형성된 마이크로 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 시모스 이미지 센서에 있어서, 상기 다수의 광감지소자는 청색, 녹색, 그리고 적색 광감지 소자이며, 상기 트렌치는 상기 청색, 녹색, 그리고 적색 광감지소자와 대응되는 위치에 형성되고, 상기 청색, 녹색, 그리고 적색 광감지소자에 대응되는 트렌치 순으로 깊이가 깊은 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 시모스 이미지 센서에 있어서, 상기 트렌치의 측면에 광차폐막이 형성되는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 시모스 이미지 센서의 제조방법은 반도체 기판 상에 다수의 광감지 소자 및 다수의 트랜지스터를 형성하는 단계; 상기 다수의 트랜지스터를 연결하는 금속배선을 형성하는 단계; 상기 금속배선 상에 절연막을 형성하는 단계; 상기 절연막을 식각하여 다수의 트렌치를 형성하는 단계; 상기 다수의 트렌치에 컬러필터를 형성하는 단계; 상기 컬러필터 상의 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 시모스 이미지 센서 및 그의 제조방법에 대하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 7 내지 도 15는 본 발명에 따른 시모스 이미지 센서 제조방법의 공정단면도이다.
도 7과 같이, 반도체 기판(200)에 선택적으로 붕소(boron)와 같은 P 형 이온을 주입하여 P 웰(well)(201) 및 N 웰(도시하지 않음)을 형성하고, 소자분리를 위하여 반도체 기판(200)을 선택적으로 식각하여 트렌치를 형성하고 절연막을 충진시킨 필드산화막(202)을 형성한다. 반도체 기판(200) 상에 게이트산화막(도시하지 않음)을 형성하고, 게이트절연막 상에 폴리실리콘막(203)과 텅스텐실리사이드막(204)을 형성하고 선택적 식각하여 게이트전극(205)을 형성한다. 이어서 반도체 기판(200)의 광감지 소자영역에 선택적으로 저농도 N 형 확산영역(206)과 P 형 확산영역(207)을 형성하여 광감지 소자(photo diode)를 형성한다.
트랜지스터의 소스 및 드레인을 LDD(lightly doped drain)구조로 만들기 위하여 게이트전극(205) 양측의 반도체 기판(200)에 저농도 N 형의 LDD영역(208)을 형성하고, 저압화학증착(LPCVD) 방법 등을 이용하여 TEOS 산화막 또는 질화막을 증착한 후 이방성 식각하여 게이트 전극(205)의 측벽에 스페이서(spacer)(209)를 형성하고, 고농도 N 형 확산영역(210)을 형성한다.
도 8과 같이, 저압화학 증착방법으로 TEOS 산화막(도시하지 않음)을 1000 ??정도 증착하고, TEOS 산화막 상에 상압화학 증착방법으로 BPSG막(도시하지 않음)을 증착한다.
그리고 BPSG막을 플로우(flow)시켜 제 1 금속배선 절연막(pre-metal dielectric)(211)을 형성하고, 제 1 금속배선 절연막(211)을 선택적으로 식각하여 고농도 N 형 확산영역(210)과 게이트 전극(205)이 노출되는 콘택홀(212)을 형성한 후, 티타늄(Ti)막으로 제 1 글루층(glue layer)(213)을 형성하고, 제 1 글루층(213) 상에 배선용으로 제 1 알루미늄(214)과 제 1 알루미늄(214) 상에 비반사 제 1 티타늄질화막(215)을 적층하고 선택적으로 식각하여 제 1 금속배선(216)을 형성한다. 여기서 콘택홀(212)은 플라즈마 식각 공정으로 진행하여 형성한다.
도 9와 같이, 플라즈마 화학증착(plasma enhanced chemical vapor deposition)방법을 이용하여 TEOS 산화막(217)과 TEOS 산화막(217) 상에 SOG(spin on glass) 산화막(218)을 코팅한 후 열처리를 하고 평탄화 공정을 진행한다.
그리고 제 1 TEOS 산화막(217)과 제 1 SOG 산화막(218) 상에 제 1 PECVD 산화막(219)을 형성한다. 제 1 TEOS 산화막(217), 제 2 SOG 산화막(218), 그리고 제 2 PECVD 산화막(219)은 제 2 금속배선 절연막을 구성한다.
도 10과 같이, 제 2 금속배선 절연막을 선택적으로 식각하여 비아홀 (221)을 형성하고, 티타늄(Ti)으로 제 2 글루층(222)을 형성하고, 제 2 글루층(222) 상에 제 2 알루미늄(223)과 제 2 알루미늄(223) 상에 비반사 제 2 티타늄질화막(224)을 적층한 후 플라즈마 식각 공정을 통하여 제 2 금속배선(225)을 형성한다.
이어서 제 2 금속배선 절연막과 동일하게 제 2 TEOS 산화막(226), 제 2 TEOS 산화막(226) 상에 제 2 SOG 산화막(227), 제 2 SOG 산화막(227) 상에 제 2 PECVD 산화막(228)을 적층한다.
여기서, 상기 제 2 TEOS 산화막(226), 제 2 SOG 산화막(227), 그리고 제 2 PECVD 산화막(228)은 제 3 금속배선 절연막으로 형성한다. 그리고 이와 같은 공정을 반복하여 필요한 금속배선층의 형성한다.
도 11, 12, 13과 같이, 제 3 금속배선 절연막 상에 PECVD 방법을 이용하여 8000 ?? 두께의 산화막으로 소자보호막(229)을 형성하고, 주변회로 영역의 소자보호막(229), 제 3 금속배선 절연막, 그리고 제 2 티타늄질화막(224)을 선택 식각하여 전극단자로 사용하기 위한 패드개구영역(235)을 형성한다.
그리고 적색, 녹색, 그리고 청색의 컬러필터 어레이는 소자보호막(229), 제 3 금속배선 절연막을 선택 식각하고 서로 깊이가 다른 트렌치에 형성한다. 즉 청색 컬러필터 어레이를 가장 깊게 형성하고, 녹색 컬러필터 어레이는 중간, 그리고 적색 컬러필터 어레이는 가장 낮게 형성하며, 이것은 청색 및 녹색 컬러필터 어레이의 광감응도를 개선하기 위해서다.
먼저 소자보호막(229)과 제 3 금속배선 절연막을 선택식각하여 가장 깊은 깊이를 가진 청색 컬러필터 어레이용 제 1 트렌치(230), 중간 깊이의 녹색 컬러필터 어레이용 제 2 트렌치(231), 그리고 가장 낮은 깊이의 적색 컬러필터 어레이용 제 3 트렌치(232)를 형성한다.
종래 기술에서는 적색 컬러필터 어레이와 동일한 높이 청색 및 녹색 컬러필터 어레이가 형성되어 적색에 비하여 상대적으로 투과율이 낮은 청색과 녹색의 컬러필터는 감광도가 저하될 수밖에 없었다.
도 14, 15와 같이, 제 1 트렌치(230), 제 2 트렌치(231), 제 3 트렌치(232), 그리고 소자보호막(229) 상에 광차단층(233)을 형성하고, 광차단층(233)을 이방성 식각하여 제 1 내지 제 3 트렌치(230, 231, 232)의 측면에 측면 광차단층(234)을 형성한다.
여기서, 상기 측면 광차단층(234)을 형성하는 이유는 측면에서 입사된 광이 다른 색의 컬러필터로 입사되는 것을 방지하여, 각각의 컬러필터 간의 간섭을 최소화할 수 있기 때문이다.
종래 기술의 컬러필터 공정으로는 사입사된 빛의 간섭으로 인하여 이미지 센서의 선명도가 저하되는 것이 문제였지만, 본 발명에서는 사입사광에 의한 컬러필터간의 간섭을 최소화하여 이미지 센서의 광감응도와 선명도를 개선할 수 있다.
도면에는 도시하지 않았지만, 제 1 내지 제 3 트렌치(230, 231, 232)을 포함한 소자보호막(229) 상에 컬러필터층과 컬러필터층 상에 평탄화층, 평탄화층 상에 마이크로 렌즈를 형성한다.
이와 같은 본 발명에 따른 시모스 이미지 센서 및 그의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
청색, 녹색, 그리고 적색 컬러필터를 각각 최적화된 두께로 다르게 형성하여 이미지 센서의 광감응도를 개선할 수 있고, 소자보호막 및 층간절연막을 식각한 트렌치에 컬러필터를 형성하여 광감지소자와 컬러필터간의 경로를 단축시켜 빛의 로스(loss)를 감소시킬 수 있고, 이를 통해 디자인 사이즈(design size)의 축소가 용이하여 고집적화가 이미지 센서를 구현할 수 있고, 또한 트렌치의 측면에 광차단막의 사용으로 광간섭을 최소화하여 선명도가 개선되는 효과가 있다.
Claims (4)
- 반도체 기판 상에 형성된 다수의 광감지 소자 및 다수의 트랜지스터;상기 다수의 트랜지스터를 연결하는 금속배선;상기 금속배선 상의 절연막;상기 절연막에 형성된 다수의 트렌치;상기 다수의 트렌치에 형성된 컬러필터;상기 컬러필터 상의 형성된 마이크로 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서,상기 다수의 광감지소자는 청색, 녹색, 그리고 적색 광감지 소자이며, 상기 트렌치는 상기 청색, 녹색, 그리고 적색 광감지소자와 대응되는 위치에 형성되고, 상기 청색, 녹색, 그리고 적색 광감지소자에 대응되는 트렌치 순으로 깊이가 깊은 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 트렌치의 측면에 광차폐막이 형성되는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서.
- 반도체 기판 상에 다수의 광감지 소자 및 다수의 트랜지스터를 형성하는 단계;상기 다수의 트랜지스터를 연결하는 금속배선을 형성하는 단계;상기 금속배선 상에 절연막을 형성하는 단계;상기 절연막을 식각하여 다수의 트렌치를 형성하는 단계;상기 다수의 트렌치에 컬러필터를 형성하는 단계;상기 컬러필터 상의 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서의 제조방법.
Priority Applications (1)
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| KR1020040116416A KR20060077526A (ko) | 2004-12-30 | 2004-12-30 | 시모스 이미지 센서 및 그의 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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|---|---|
| KR20060077526A true KR20060077526A (ko) | 2006-07-05 |
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ID=37169597
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| KR (1) | KR20060077526A (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100790288B1 (ko) * | 2006-08-31 | 2008-01-02 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법 |
| KR100817077B1 (ko) * | 2006-11-30 | 2008-03-26 | 삼성전자주식회사 | Ｃｍｏｓ 이미지 센서의 제조 방법 |
| KR100866249B1 (ko) * | 2006-12-27 | 2008-10-30 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 씨모스 이미지 센서의 제조방법 |
-
2004
- 2004-12-30 KR KR1020040116416A patent/KR20060077526A/ko not_active Application Discontinuation
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