KR20060114246A - 시모스 이미지센서의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고집적회되어 칼라필터의 크기가 작아지더라도, 표면을 매끄럽게 하여 난반사,크로스토크등의 문제가 발생하지 않는 시모스 이미지센서의 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은 기판상에 다수의 포토다이오드를 형성하는 단계; 기 다수의 포토다이오드상에 각각의 포토다이오드와 얼라인되도록 다수의 칼라필터를 형성하는 단계; 상기 칼라필터에 화학적기계적연마 공정을 수행하여 평탄화시키는 단계; 및 기 다수의 칼라필터상에 대응하는 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 시모스 이미지센서의 제조방법을 제공한다.
시모스 이미지센스, 칼라필터, 애싱, 난반사.
Description
도1은 시모스 이미지센서에서의 한 단위화소를 나타내는 회로도.
도2는 도1에 도시된 단위회소를 이루는 4개의 모스트랜지스터의 공정단면도.
도3은 도2에 도시된 4개의 모스트랜지스터의 공정평면도.
도4는 종래기술에 따른 이미지센서를 개략적으로 도시한 단면도.
도5와 도6은 종래기술에 의한 문제점을 나타내는 전자현미경사진.
도7a와 도7b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시모스 이미지센서의 제조방법을 나타내는 공정단면도.
도8a와 도8b는 도7a와 도7b에 의해 제조되는 시모스 이미지센서를 나타내는 전자현미경 사진.
도9a와 도9b는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 시모스 이미지센서의 제조방법을 나타내는 공정단면도.
* 도면의 주요부분데 대한 부호의 설명 *
CFA : 칼라필터 어레이
본 발명은 시모스 이미지센서의 제조방법에 관한 것으로, 특히 칼라필터의 안정적인 제조방법에 관한 것이다.
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.
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 각 화소(pixel)수에 대응하는 모스 트랜지스터(통상적으로 4개의 모스트랜지스터)를 만들고 이것을 이용하여 순차적으로 출력하는 소자이다.
도1은 시모스 이미지센서에서의 한 단위화소를 나타내는 회로도이다.
도1을 참조하여 살펴보면, 한 단위화소 내에는 1개의 포토다이오드(10)와 4개의 앤모스트랜지스터(11,12,13,14)로 구성되어 있다. 4개의 앤모스트랜지스터(11,12,13,14)는 포토다이오드(10)에서 생성된 광전하를 전하감지노드(N)로 운송하기 위한 전달 모스트랜지스터(11)와, 다음 신호검출을 위해 전하감지노드(11)에 저장되어 있는 전하를 배출하기 위한 리셋 모스트랜지스터(12)와, 소스 팔로워 (Source Follower) 역할을 하는 드라이브 모스트랜지스터(13) 및 스위칭(Switching) 역할로 어드레싱(Addressing)을 할 수 있도록 하는 셀렉트 모스트랜지스터(14)로 구성된다.
이렇게 4개의 모스트랜지스터(11,12,13,14)와 하나의 포토다이오드(10)가 하나의 단위화소를 이루며, 시모스 이미지센서에 구비되는 단위화소의 수에 따라 시모스 이미지센서의 픽셀어레이에 구비되는 포토다이오드(10)와 그에 대응하는 단위화소용 모스트랜지스터의 수가 정해지는 것이다.
도2는 도1에 도시된 단위회소를 이루는 4개의 모스트랜지스터의 공정단면도로서, 4개의 모스트랜지스터(11,12,13,14)가 각각 게이트로 신호(Tx,Rx,Dx,Sx)를 전달받아 포토다이오드(PD)에 전달된 빛이 출력단(Output)으로 전달되도록 구현되어 있다.
도3은 도2에 도시된 4개의 모스트랜지스터의 공정평면도이다.
도3에 도시된 바와 같이, 포토다이오드(10)에서 전달된 빛에 의해 모아진 전자를 전자를 출력단(Output)으로 전달하기 위해 4개의 모스트랜지스터(11, 12, 13, 14)의 게이트 패턴(Tx,Rx,Dx,Sx)이 각각 배치되고, 액티브영역(101 ~ 104)이 게이트 패턴(Tx,Rx,Dx,Sx)의 좌우에 각각 배치된다.
여기서 액티브영역(101)이 포토다이오드에 의해 모아진 전자를 전달받는 센싱노드이다.
한 단위소자의 동작을 간단하게 살펴보면, 포토다이오드(10)에 전달된 빛에 의해 모아진 전자가 전달트랜지스터(11)를 통해 센싱노드(101)에 전달된다.
센싱노드(101)는 드라이빙 트랜지스터(13)의 게이트와 연결되어 있기 때문에, 드라이빙 트랜지스터(13)은 센싱노드(101)에 인가되는 전압에 따라 일측단에 접합된 액티브영역(103)의 전압레벨을 드라이빙하게 된다. 이어서 셀렉트 트랜지스터(104)가 턴온되어 액티브영역(103)에 인가된 전압을 출력단을 통해 출력하게 된다.
도4는 종래기술에 따른 이미지센서를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도4를 참조하여 살펴보면, 포토다이오드(10, PD)가 형성된 기판(20) 상부에 단위 화소(Pixel)를 이루는 청색(Blue), 적색(Red), 녹색(Green) 등의 칼라필터 어레이(CFA; Color Filter Array, 24)가 배치되어 있으며, 그 상부에 소위 오버코팅 레이어(OCL; Over-Coating Layer, 25)라고 하는 평탄화막이 형성되어 있고, 칼라필터 어레이(14)와 오버랩되는 영역의 상부에 볼록 형상의 마이크로렌즈(Microlens, 16)가 형성되어 있다.
다층의 절연막(22) 사이에는 다층의 배선(23)이 형성되어 있으며, 배선(23)은 포토다이오드(10)와 오버랩되지 않는 영역에 배치되는데, 금속으로 형성되는 배선은 광차단막의 역할을 겸하게 된다.
또한, 포토다이오드(10)에 인접한 기판(20) 상에는 복수의 모스트랜지스터(A영역)가 형성되어 있는 바, 이는 4Tr 구조의 단위 화소의 경우 전술한 바와 같이 전달 트랜지스터, 셀렉트 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 드라이브 트랜지스터가 배치된다.
마이크로렌즈(26) 상에는 스크래치(Scratch) 등으로부터 마이크로렌즈(26)를 보호하기 위해 보호막(27)이 형성되어 있다. 또한 도면부호 29는 소자분리막을 나타내는 것이다.
또한 여기서는 도시하지 않았지만 마이크로 렌즈의 상부에는 외부에서 입사된 빛을 직접적으로 입력받아 마이크로 렌즈로 전해주는 매크로 랜즈가 배치된다.
도5와 도6은 종래기술에 의한 문제점을 나타내는 전자현미경사진이다.
최근 IMP2000같은 모바일 제품에 이미지 센서등이 탑재되기 시작하면서 기존 심모스 이미지센서에 비해 동일한 칼라필터 어레이 갯수를 가지면서 제품의 사용 전압이 낮고 칩의 크기가 작은 제품을 만들기 위해 1 ~ 2 년 사이에 0.5u급 제품에서 0.18u급 제품이 필요한 상황으로 변하고 있다.
또한, 제품이 점점 고급화 되면서 칼라의 특성 스펙 및 크로스 토크의 최소화가 제품의 질을 결정짓는 중요한 요인이 되어 가고 있다.
하지만 기술이 발전하면서 다른 의미로 하나의 픽셀 사이즈가 줄어들면서 칼라필터의 표면균일도가 공정상태에 따라 또는 픽셀의 위치에 따라 변하고 있어 문제가 되고 있다.
도5에 도시된 바와 같이, 최종 형성된 칼라필터의 표면은 거칠어 지고, 이러한 거칠음에서 기인한 난반사로 인하여 최종적으로 제공되는 이미지의 칼라특성 및 크로스토크는 점차 증가하고 있는 실정이다.
또한, 도6에 도시된 바와 같이, 칼라필터에 잔존하는 잔류물의 불량이 극대화되어 가고있고, 웨이퍼 에지부분에서 발생하기 쉬운 피그먼트 불량(Pigment Residue), 일명 흑선불량의 경우 그 불량율이 거의 20%선에 육박하고 있는 실정이 다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 고집적회되어 칼라필터의 크기가 작아지더라도, 표면을 매끄럽게 하여 난반사,크로스토크등의 문제가 발생하지 않는 시모스 이미지센서의 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명은 기판상에 다수의 포토다이오드를 형성하는 단계; 기 다수의 포토다이오드상에 각각의 포토다이오드와 얼라인되도록 다수의 칼라필터를 형성하는 단계; 상기 칼라필터에 화학적기계적연마 공정을 수행하여 평탄화시키는 단계; 및 기 다수의 칼라필터상에 대응하는 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 시모스 이미지센서의 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 다수의 포토다이오드를 기판상에 형성하는 단계; 상기 다수의 포토다이오드상에 각각의 포토다이오드와 얼라인되도록 다수의 칼라필터를 형성하는 단계; 상기 칼라필터의 표면에 형성된 잔류물을 제거하기 위해 감광막 애슁 공정을 수행하는 단계; 및 상기 다수의 칼라필터상에 대응하는 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 시모스 이미지센서의 제조방법을 제공한다.
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 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도7a와 도7b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시모스 이미지센서의 제조방법을 나타내는 공정단면도이다.
도7a에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 시모스 이미지센서는 일반적인 칼라필터 형성공정을 통해 칼라필터를 형성한다.
이어서 도7b에 도시된 바와 같이, 칼라필터 표면을 화학적기계적연마 공정을 통해 표면을 평탄화 한다. 이렇게 화학적기계적연마 공정을 통해 표면을 평탄화함으로서 기존 화학적기계적연마 공정이 없을 때와 비교하여 상대적으로 칼라필터의 표면을 매끄럽게 만들 수 있고, 이러한 공정을 거침으로서 빛의 난반사 및 크로스 토크를 줄일 수 있다.
도8a와 도8b는 도7a와 도7b에 의해 제조되는 시모스 이미지센서를 나타내는 전자현미경 사진이다.
도8a는 칼라필터를 형성하고, 아직 화학적기계적연마 공정을 진행하지 않아서 표면이 매끄럽지 못한 것을 알 수 있다.
도8b에서와 같이, 칼라필터 표면을 화학적기계적연마 공정을 수행하고 난 이후에는 칼라필터의 표면이 매우 매끄럽게 되는 것을 알 수 있다.
이렇게 화학적기계적연마 공정을 수행함으로서 칼라필터간의 두께 불균형도 제거할 수 있는 효과가 있다.
포토다이오드, 마이크로 렌즈 등의 기타 다른 공정은 일반적인 공정과 같으 므로 그 설명은 생략한다.
또한 칼라필터를 형성할 때에 물질의 두께를 3000 ~ 20000Å으로 형성하며, 화학적기계적 연마공정이 후에 2000 ~ 15000Å 범위가 남도록 공정을 진행한다.
또한, 칼라필터 어레이의 구조에서는 RGB 혹은 CMYG 물질을 이용하는 것을 특징으로 한다.
도9a와 도9b는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 시모스 이미지센서의 제조방법을 나타내는 공정단면도이다.
도9a에 도시된 바와 같이, 제2 실시예에 따른 시모스 이미지센서의 제조방법은 일반적인 방법으로 칼라필터를 만든 다음, 칼라필터 표면을 짧은 시간동안에 감광막 애슁(resist Ashing) 공정을 이용하여 표면처리 해주게된다.
이렇게 칼라필터 표면을 짧은 시간동안에 감광막 애슁(resist Ashing) 공정을 이용하여 표면처리 해줌으로서, 기존 감광막 애슁(resist Ashing) 공정이 없을 때와 비교하여 상대적으로 피그먼트 잔류물이 제거된 칼라필터의 표면을 만들 수 있고, 이러한 공정을 거침으로서 흑선불량을 줄일 수 있게 되는 것이다.
또한 칼라필터를 형성할 때에 물질의 두께를 3000 ~ 20000Å으로 형성하며, 감광막 애슁 공정이 후에 2000 ~ 15000Å 범위가 남도록 공정을 진행한다.
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 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
본 발명에 의해서 0.18u 기술에서도 칼라필터의 표면이 매끄럽게 처리되어, 난반사, 크로스토크등의 문제가 최소화되고, 칼라필터간의 두께 불균형 문제도 해결될 수 있다. 또한, 칼라필터의 표면에서 피그먼트 잔류물이 제거되어 흑선불량이 최소화된다.
그로 인해 시모스 이미지센서의 소자 신뢰성이 향상되고, 생산 수율이 증가된다.
Claims (6)
- 기판상에 다수의 포토다이오드를 형성하는 단계;상기 다수의 포토다이오드상에 각각의 포토다이오드와 얼라인되도록 다수의 칼라필터를 형성하는 단계;상기 칼라필터에 화학적기계적연마 공정을 수행하여 평탄화시키는 단계; 및상기 다수의 칼라필터상에 대응하는 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 칼라필터를 형성할 때에 물질의 두께를 3000 ~ 20000Å으로 형성하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 화학적기계적 연마공정이 후에 2000 ~ 15000Å 범위가 남도록 공정을 진행하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
- 다수의 포토다이오드를 기판상에 형성하는 단계;상기 다수의 포토다이오드상에 각각의 포토다이오드와 얼라인되도록 다수의 칼라필터를 형성하는 단계;상기 칼라필터의 표면에 형성된 잔류물을 제거하기 위해 감광막 애슁 공정을 수행하는 단계; 및상기 다수의 칼라필터상에 대응하는 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 칼라필터를 형성할 때에 물질의 두께를 3000 ~ 20000Å으로 형성하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 감광막 애슁 공정이후에 칼라필터의 두께는 2000 ~ 15000Å 범위가 되도록 공정을 진행하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
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2005
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| KR100834247B1 (ko) | 2006-12-27 | 2008-05-30 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 씨모스이미지센서의 제조 방법 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |