KR20060114414A - 이미지센서 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 저온산화막의 들뜸 불량과 오버코팅 레이어의 오버플로우 발생을 억제할 수 있는 이미지센서 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은, 기판 상에 형성된 금속배선; 상기 금속배선 상부에 형성된 제1오버코팅 레이어; 상기 제1오버코팅 레이어 상에 형성된 칼라필터 어레이; 상기 칼라필어 어레이 상에 형성된 제2오버코팅 레이어; 상기 제2오버코팅 레이어 상에 형성된 마이크로렌즈; 및 상기 마이크로렌즈 상에 형성된 저온산화막을 구비하며, 상기 제1 및 제2오버코팅 레이어는 패드 연결을 위해 오픈되는 금속배선을 제외한 영역에 형성된 것을 특징으로 하는 이미지센서를 제공한다.
또한, 발명은 기판 상에 금속배선을 형성하는 단계; 상기 금속배선 상부에 제1오버코팅 레이어를 형성하는 단계; 상기 제1오버코팅 레이어 상에 칼라필터 어레이를 형성하는 단계; 상기 칼라필어 어레이 상에 제2오버코팅 레이어를 형성하는 단계; 상기 제2오버코팅 레이어 형성된 마이크로렌즈를 형성하는 단계; 및 상기 마이크로렌즈 상에 저온산화막을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제1 및 제2오버코팅 레이어를 패드 연결을 위해 오픈되는 상기 금속배선을 제외한 영역에만 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법을 제공한다.
CMOS 이미지센서, LTO, OCL, 금속배선, 들뜸, 저온산화막.
Description
도 1은 RGB 색상이 모두 나타나도록 도시한 CMOS 이미지센서의 단위화소를 나타낸 단면도.
도 2는 금속배선 오픈 영역을 기준으로 도시한 CMOS 이미지센서의 단면도.
도 3은 금속배선 오픈부에서의 LTO의 들뜸 현상을 도시한 단면 사진.
도 4는 도 2에서의 OCL에서의 오버플로우 경로를 도시한 단면 사진.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 CMOS 이미지센서를 도시한 단면도.
도 6은 CMOS 이미지센서를 도시한 평면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
O1, O2 : 산화막 PL : 보호막
M : 금속배선 OCL1 : 제1오버코팅 레이어
OCL2 : 제2오버코팅 레이어 CFA : 칼라필터 어레이
ML : 마이크로렌즈 LTO : 저온산화막
본 발명은 이미지센서에 관한 것으로 특히, 마이크로렌즈의 보호막으로 사용되는 저온산화막의 불량을 억제할 수 있는 이미지센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
이미지센서는 광학 영상(Optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자이다. 이 중에서 전하결합소자(CCD : Charge Coupled Device)는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 캐패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 소자이다.
반면, CMOS(Complementary MOS; 이하 CMOS) 이미지센서는 제어회로(Control circuit) 및 신호처리회로(Signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하며, 화소 수 만큼 MOS 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(Output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.
CMOS 이미지센서의 단위화소는 빛의 3원색인 RGB의 색상을 캡쳐하기 위한 각각의 단위화소가 격자 구조로 배치되어 있다.
도 1은 RGB 색상이 모두 나타나도록 도시한 CMOS 이미지센서의 단위화소를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 고농도의 P형(P++) 영역과 에피층(P-epi)이 적층된 구조를 갖는 기판(SUB)에 국부적으로 필드산화막(FOX)이 형성되어 있으며, 기판(SUB) 상에 는 트랜스퍼 게이트(도시하지 않음)를 포함한 복수의 게이트전극이 형성되어 있으며, 예컨대, 트랜스퍼 게이트의 일측에 얼라인된 기판(SUB)의 표면 하부에 깊은 이온주입에 의한 N영 영역(도시하지 않음)과 기판(SUB)의 표면과 접하는 영역에 위치한 P형 영역(도시하지 않음)으로 이루어진 포토다이오드(PD)가 형성되어 있다. 도면에 도시되지는 않았지만, 이 경우 트랜스퍼 게이트의 타측에 얼라인된 기판(SUB)의 표면 하부에 이온주입에 의한 고농도 N형(N+)의 플로팅 확산영역이 형성된다.
포토다이오드(PD) 및 트랜스퍼 게이트가 형성된 전면에 메탈라인 형성 전 절연막(Pre-Metal Dielectric; 이하 PMD라 함)이 형성되어 있으며, PMD 상에 제1메탈라인(M1)이 형성되어 있다.
제1메탈라인(M1) 상에는 제1메탈라인 간 절연막(Inter-Metal Dielectric-1; 이하 IMD1이라 함)이 형성되어 있으며, IMD1 상에는 제2메탈라인(M2)이 형성되어 있다. 제2메탈라인(M2) 상에는 제2메탈라인 간 절연막(이하 IMD2라 함)이 형성되어 있으며, IMD2 상에는 제3메탈라인(M3)이 형성되어 있다. 제3메탈라인(M3) 상에는 제3메탈라인 간 절연막(이하 IMD3라 함)이 형성되어 있으며, IMD3 상에는 제4메탈라인(M4)이 형성되어 있다.
제1 ∼ 제4메탈라인(M1 ∼ M4)은 전원라인 또는 신호라인과 단위화소 및 로직회로를 접속시키기 위한 것으로, 포토다이오드(PD) 이외의 영역에 빛이 입사하는 것을 방지하기 위한 쉴드의 역할을 동시에 한다.
아울러, 여기서는 제4메탈라인(M4)이 최종 메탈라인인 것으로 나타나 있으나, 이보다 제5 또는 제6 등 그 이상의 메탈라인을 포함하는 경우도 존재한다.
제4메탈라인(M4) 상에는 하부 구조의 보호(Passivation)를 위한 보호막(Passivation Layer; 이하 PL이라 함)이 형성되어 있으며, PL 상에는 칼라필터 형성시 공정 마진 확보를 위한 제1오버코팅 레이어(Over Coating Layer-1; 이하 OCL1이라 함)이 형성되어 있으며, OCL1 상에는 각 단위화소 별로 RGB 색상 구현을 위한 칼라필터 어레이(Color Filter Array; 이하 CFA라 함)가 형성되어 있다. 여기서, PL은 통상 질화막과 산화막의 단독 또는 2중의 구조를 갖는다.
통상의 빛의 3원색인 R(Red)G(Green)B(Blue)를 사용하나, 이외에도 보색인 옐로우(Y; Yellow), 마젠타(Magenta; Mg), 시안(Cyan; Cy)을 사용할 수 있다.
CFA 상에는 마이크로렌즈 형성시 공정 마진 확보를 위한 제2오버코팅 레이어(이하 OCL2라 함)이 형성되어 있으며, OCL2 상에는 마이크로렌즈(Micro-Lens; 이하 ML이라 함)가 형성되어 있다.
ML 상에는 ML이 긁히거나 파손되는 것을 방지하기 위한 보호막인 저온 산화막(Low Temperature Oxide; 이하 LTO라 함)이 형성되어 있다.
입사된 빛은 마이크로렌즈(ML)에 의해 포커싱되어 점선으로 도시된 바와 같이 포토다이오드(PD)로 입사한다.
일반적으로, 0.3㎛ 이하의 이미지센서에서는 이후 균일한 칼라필터 형성을 위한 과정에서 2회에 걸친 OCL의 도포가 이루어진다. 도 1에 알 수 있듯이 먼저 균일한 칼라필터 형성을 위한 OCL1을 도포하고, 이어서 3가지 종류의 칼라필터 형성 공정이 진행된다.
이후 균일한 마이크로렌즈 형성을 위한 OCL2를 형성한 다음, 광집속 효율을 증가시키기 위하여 주로 유기물 포토레지스트를 패터닝한 후 열공정을 진행하여 플로우시킴으로써 ML을 형성시키고, 마지막으로 패드를 오픈시키면 이미지센서 형성 공정이 완료된다.
도 2는 금속배선 오픈 영역을 기준으로 도시한 CMOS 이미지센서의 단면도이다.
패드 오픈 후 잔류 포토레지스트를 제거하기 위한 세정 공정이 진행되며, 이 때 LTO 불량이 빈번히 발생한다. 이는 평탄화를 위한 OCL1, OCL2로 사용되는 포토레지스트가 열공정을 통해 오버플로우(Overflow)되면서 세정 과정에서 침투한 케미컬에 의해 제거되면서 LTO의 하지에 공극을 형성하기 때문에 발생하는 것으로 판단된다.
도 3은 금속배선 오픈부에서의 LTO의 들뜸 현상을 도시한 단면 사진이다.
도 3을 참조하면, 'A'와 같이 LTO막의 들뜸 불량 발생이 일어나고, 'B'와 같이 OCL의 오버 플로우가 발생하는 것을 확인할 수 있다.
도 4는 도 2에서의 OCL에서의 오버플로우 경로를 도시한 단면 사진이다.
도 4를 참조하면, OCL의 하부에 위치한 산화막(O2)을 통해 OCL의 오버플로우가 발생하는 것을 확인할 수 있다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 본 발명은, 저온산화막의 들뜸 불량과 오버코팅 레이어의 오버플로우 발생을 억제할 수 있는 이미지 센서 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 기판 상에 형성된 금속배선; 상기 금속배선 상부에 형성된 제1오버코팅 레이어; 상기 제1오버코팅 레이어 상에 형성된 칼라필터 어레이; 상기 칼라필어 어레이 상에 형성된 제2오버코팅 레이어; 상기 제2오버코팅 레이어 상에 형성된 마이크로렌즈; 및 상기 마이크로렌즈 상에 형성된 저온산화막을 구비하며, 상기 제1 및 제2오버코팅 레이어는 패드 연결을 위해 오픈되는 금속배선을 제외한 영역에 형성된 것을 특징으로 하는 이미지센서를 제공한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 기판 상에 금속배선을 형성하는 단계; 상기 금속배선 상부에 제1오버코팅 레이어를 형성하는 단계; 상기 제1오버코팅 레이어 상에 칼라필터 어레이를 형성하는 단계; 상기 칼라필어 어레이 상에 제2오버코팅 레이어를 형성하는 단계; 상기 제2오버코팅 레이어 형성된 마이크로렌즈를 형성하는 단계; 및 상기 마이크로렌즈 상에 저온산화막을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제1 및 제2오버코팅 레이어를 패드 연결을 위해 오픈되는 상기 금속배선을 제외한 영역에만 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 평탄화를 위해 사용되는 OCL을 위한 포토레지스트의 도포를 픽셀 영역에 제한함으로써, 패드 오픈 후 열공정에 의한 오버플로우 및 세정 공정에 의한 LTO의 물량 문제를 해결한다.
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 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 CMOS 이미지센서를 도시한 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 CMOS 이미지센서는 도면에 도시되지 않은 하부의 포토다이오드와 트랜지스터 등을 포함하고 있으며, 그 상부에 메탈라인(M)이 형성되어 있다. 금속배선(M)이 형성된 전면에 산화막(O1)이 형서오디어 있고, 산화막(O1) 상에 보호막(PL)이 형성되어 있으며, 보호막(PL) 상에 산화막(O2)이 형성되어 있다.
산화막(O2) 상에는 칼라필터 형성시 공정 마진 확보를 위한 제1오버코팅 레이어(OCL1)이 형성되어 있으며, 제1오버코팅 레이어(OCL1) 상에는 RGB 또는 YMgCy의 포맷을 갖는 칼라필터 어레이(CFA)가 형성되어 있다.
칼라필터 어레이(CFA) 상에는 제2오버코팅 레이어(OLC2)가 형성되어 있으며, 제2오버코팅 레이어(OLC2) 상에는 마이크로렌즈(ML)이 형성되어 있으며, 마이크로렌즈(ML) 상에는 저온산화막(LTO)이 형성되어 있다.
한편, 본 발명에서는 제1오버코팅 레이어(OLC1)와 제2오버코팅 레이어(OLC2) 를 화소영역에서만 형성한다. 이 때, 금속배선(M)과 화소영역 사이의 거리(D)는 5㎛ 이상이 되도록 한다.
도 6은 CMOS 이미지센서를 도시한 평면도이다.
도 6을 참조하면, 칩 중앙에 화소영역(Pixel)이 배치되어 있고, 그 주변에는 로직영역(Logic)이 배치되어 있으며, 칩 가장자리에는 복수의 패드(Pad)가 배치되어 있다.
본 발명에서는 제1오버코팅 레이어(OLC1)와 제2오버코팅 레이어(OLC2)를 화소영역(Pixel)에 한정되도록 도포하는 바, 도 6에 도시된 바와 같이 화소영역(Pixel) 보다는 크게 여유를 두고 형성한다.
따라서, 도 5에 도시된 바와 같이 화소영역(Pixel)과 패드를 이루는 금속배선(M) 사이에서는 적어도 5㎛인 간격(D)이 있으며, 이 간격(D)에서는 제1오버코팅 레이어(OLC1)와 제2오버코팅 레이어(OLC2)가 형성되어 있지 않고 저온산화막(LTO)이 형성되어 있다.
전술한 바와 같이 이루어지는 본 발명은, 제1오버코팅 레이어(OLC1)와 제2오버코팅 레이어(OLC2)를 화소영역 또는 그보다 조금 크게 한정하여 형성함으로써, 오보코팅 레이어의 오버플로우에 의한 저온산화막의 불량 발생을 억제할 수 있으며, 오픈되는 금속배선으로부터 제1오버코팅 레이어(OLC1)와 제2오버코팅 레이어(OLC2)로 사용되는 포토레지스트를 최대한 멀리 형성하게 함으로써, 오버플로우가 발생하더라도 금속배선까지는 영향을 미치지 않게 방지해줌을 실시예를 통해 알아 보았다.
또한, 최종 금속배선 오픈시 진행되는 수차례의 세정 공정에서 케미컬의 침투를 효과적으로 막을 수 있어 제품의 신뢰성 및 경제성을 높일 수 있음을 실시예를 통해 알아 보았다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
예컨대, 상기한 본 발명의 실시예에서는 CMOS 이미지센서를 그 예로 하였으마, 이외에도 수광부와 마이크로렌즈를 갖는 모든 이미지센서에도 적용이 가능하다.
상술한 본 발명은, 저온산화막의 들뜸과 오버코팅 레이어의 오버플로우로 인한 불량 발생을 억제할 수 있어, 이미지센서의 경제성과 신뢰성을 높이는 효과가 있다.
Claims (10)
- 기판 상에 형성된 금속배선;상기 금속배선 상부에 형성된 제1오버코팅 레이어;상기 제1오버코팅 레이어 상에 형성된 칼라필터 어레이;상기 칼라필어 어레이 상에 형성된 제2오버코팅 레이어;상기 제2오버코팅 레이어 상에 형성된 마이크로렌즈; 및상기 마이크로렌즈 상에 형성된 저온산화막을 구비하며,상기 제1 및 제2오버코팅 레이어는 패드 연결을 위해 오픈되는 금속배선을 제외한 영역에 형성된 것을 특징으로 하는 이미지센서.
- 제 1 항에 있어서,상기 제1 및 제2오버코팅 레이어는 적어도 화소영역을 덮도록 형성된 것을 특징으로 하는 이미지센서.
- 제 2 항에 있어서,상기 제1 및 제2오버코팅 레이어는 상기 화소영역과 상기 금속배선 사이에서 적어도 5㎛ 생략된 것을 특징으로 하는 이미지센서.
- 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 화소영역과 상기 금속배선 사이에서는 상기 저온산화막 만이 존재하는 것을 특징으로 하는 이미지센서.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 금속배선과 상기 제1오버코팅 레이어 사이에 형성된 보호막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서.
- 기판 상에 금속배선을 형성하는 단계;상기 금속배선 상부에 제1오버코팅 레이어를 형성하는 단계;상기 제1오버코팅 레이어 상에 칼라필터 어레이를 형성하는 단계;상기 칼라필어 어레이 상에 제2오버코팅 레이어를 형성하는 단계;상기 제2오버코팅 레이어 형성된 마이크로렌즈를 형성하는 단계; 및상기 마이크로렌즈 상에 저온산화막을 형성하는 단계를 포함하며,상기 제1 및 제2오버코팅 레이어를 패드 연결을 위해 오픈되는 상기 금속배선을 제외한 영역에만 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 제1 및 제2오버코팅 레이어를 적어도 화소영역을 덮도록 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 제1 및 제2오버코팅 레이어를 상기 화소영역과 상기 금속배선 사이에서 적어도 5㎛ 생략되도록 하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.
- 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 화소영역과 상기 금속배선 사이에서는 상기 저온산화막 만이 존재하도록 하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.
- 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 금속배선을 형성하는 단계와 상기 제1오버코팅 레이어를 형성하는 단계 사이에 보호막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.
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| KR101387558B1 (ko) * | 2012-06-27 | 2014-04-21 | 포항공과대학교 산학협력단 | 서로 다른 두께의 오버코팅층을 갖는 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법 |
| CN113497071A (zh) * | 2020-04-06 | 2021-10-12 | 爱思开海力士有限公司 | 图像感测装置 |
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