KR20060114448A - Cmos image sensor method for fabricating the same - Google Patents
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Abstract
Description
도1은 시모스 이미지센서에서의 한 단위화소를 나타내는 회로도.1 is a circuit diagram showing one unit pixel in a CMOS image sensor.
도2는 도1에 도시된 단위회소를 이루는 4개의 모스트랜지스터의 공정단면도.FIG. 2 is a process cross-sectional view of four MOS transistors forming a unit cycle shown in FIG.
도3은 도2에 도시된 4개의 모스트랜지스터의 공정평면도.3 is a process plan view of four MOS transistors shown in FIG.
도4는 종래기술에 따른 이미지센서를 개략적으로 도시한 단면도.Figure 4 is a schematic cross-sectional view of an image sensor according to the prior art.
도5는 종래기술에 따른 이미지센서의 문제점을 도시한 단면도.Figure 5 is a cross-sectional view showing a problem of the image sensor according to the prior art.
도6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시모스 이미지센서의 단면도.6 is a cross-sectional view of the CMOS image sensor according to a preferred embodiment of the present invention.
도7a 내지 도7f는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시모스 이미지센서의 제조방법을 나타내는 공정단면도.7A to 7F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a CMOS image sensor according to a preferred embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
PD : 포토다이오드PD: Photodiode
Lens : 마이크로 렌즈Lens: Micro Lens
본 발명은 시모스 이미지센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 포토다이오에 보다 많은 빛이 입사되도록 하기 위한 시모스 이미지센서 및 그 제조방법이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a CMOS image sensor and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a CMOS image sensor and a method of manufacturing the same, to allow more light to enter a photodiode.
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.In general, an image sensor of a semiconductor device is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal. Representative image sensor devices include a charge coupled device (CCD) and a CMOS image sensor.
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.Among them, the charge-coupled device is a device in which charge carriers are stored and transported in the capacitor while individual metal-oxide-silicon (MOS) capacitors are located very close to each other. By using CMOS technology that uses a signal processing circuit as a peripheral circuit, a MOS transistor (typically four MOS transistors) corresponding to the number of pixels is made and sequentially output using the MOS transistor.
도1은 시모스 이미지센서에서의 한 단위화소를 나타내는 회로도이다.1 is a circuit diagram showing one unit pixel in a CMOS image sensor.
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. Referring to FIG. 1, one unit pixel includes one
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.Four
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.FIG. 2 is a process cross-sectional view of four MOS transistors constituting a unit circuit shown in FIG. 1, and four
도3은 도2에 도시된 4개의 모스트랜지스터의 공정평면도이다.3 is a process plan view of four MOS transistors shown in FIG.
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.As shown in FIG. 3, gate patterns Tx of four
여기서 액티브영역(101)이 포토다이오드에 의해 모아진 전자를 전달받는 센싱노드이다.In this case, the
한 단위소자의 동작을 간단하게 살펴보면, 포토다이오드(10)에 전달된 빛에 의해 모아진 전자가 전달트랜지스터(11)를 통해 센싱노드(101)에 전달된다.Referring to the operation of one unit device briefly, electrons collected by light transmitted to the
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.Since the
도4는 종래기술에 따른 이미지센서를 개략적으로 도시한 단면도이다.4 is a cross-sectional view schematically showing an image sensor according to the prior art.
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.Referring to FIG. 4, a color filter array (CFA) such as blue, red, and green, which form unit pixels on the
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.In addition, a plurality of MOS transistors (region A) are formed on the
마이크로렌즈(26) 상에는 스크래치(Scratch) 등으로부터 마이크로렌즈(26)를 보호하기 위해 보호막(27)이 형성되어 있다. 또한 도면부호 29는 소자분리막을 나타내는 것이다.A
또한 여기서는 도시하지 않았지만 마이크로 렌즈의 상부에는 외부에서 입사된 빛을 직접적으로 입력받아 마이크로 렌즈로 전해주는 매크로 랜즈가 배치된다.Also, although not shown here, a macro lens is disposed on the upper portion of the micro lens to directly receive light incident from the outside and transmit the light to the micro lens.
이상에서 살펴본 바와 같이, 포토다이오드에서 플로팅 노드(SD)로 전달된 전자에 의해 드라이빙 트랜지스터의 게이트에 인가되는 전압이 조절되고, 그 조절된 전압에 대응하여 드라이빙 트랜지스터의 소스단을 드라이빙하게 된다.As described above, the voltage applied to the gate of the driving transistor is controlled by electrons transferred from the photodiode to the floating node SD, and the source terminal of the driving transistor is driven in response to the regulated voltage.
도5는 종래기술에 따른 이미지센서의 문제점을 도시한 단면도이다.5 is a cross-sectional view showing a problem of the image sensor according to the prior art.
도5를 참조하여 살펴보면, 포토다이오드(PD)상에 다층의 층간절연막(BPSG, TEOS,FSG,SIN)이 배치되고, 최상에는 마이크로 렌즈(Lens)가 배치된다.Referring to FIG. 5, multilayer interlayer insulating films BPSG, TEOS, FSG, and SIN are disposed on the photodiode PD, and a microlens is disposed at the top thereof.
다층의 층간절연막의 사이 사이에는 금속배선이 배치되는데, 이전에는 알루니늄으로 금속배선을 하였으나, 최근에는 배선으로 구리를 이용하고 있다.Metal wiring is disposed between the multilayer interlayer insulating films. In the past, metal wiring was made of aluminum, but copper has recently been used as wiring.
시모스 이미지센서의 기술이 점점 더 집적화되면서 배선간 인터커넥션(interconnect)에 관계된 문제가 회로의 전체 성능을 좌우하는 주요 요인이 되고 있다. 이에 따라 비저항이 낮은 구리를 배선으로 사용하게 되었는데, 구리를 배선으로 사용하는 경우에는 구리의 확산 및 산화가 문제가 된다.As the technology of CMOS image sensors is becoming more and more integrated, problems related to interconnect interconnects have become a major factor in the overall performance of a circuit. As a result, copper having low specific resistance is used as the wiring, but when copper is used as the wiring, diffusion and oxidation of copper become a problem.
따라서 구리를 배선으로 사용하는 경우 SiC를 구리 배선를 감싸도록 배치시키고 있다.Therefore, when using copper as a wiring, SiC is arrange | positioned so that a copper wiring may be enclosed.
시모스 이미지 센서는 빛을 수광하는 소자인 포토다이오드의 성능이 핵심적인데, 구비배선을 위해 사용된 SiC가 포토다이오드와 마이크로 렌즈의 사이에 배치 되어 마이므로 렌즈로 입사되는 빛이 제대로 전달 하지 못하는 문제점이 발생하고 있다.In the CMOS image sensor, the performance of the photodiode, a light-receiving element, is essential.SiC used for the wiring is disposed between the photodiode and the microlens, so the light incident to the lens cannot be properly transmitted. It is happening.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, SiC로 인해 광특성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 시모스 이미지센서 및 그 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.The present invention has been proposed to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a CMOS image sensor and a method of manufacturing the same, which can prevent the optical characteristics from being degraded due to SiC.
본 발명은 기판에 포토다이오드를 형성하는 단계; 상기 포토다이오드가 형성된 기판상에 제1 절연막을 형성하는 단계; 상기 제1 절연막상에 제2 절연막을 형성하는 단계; 상기 포토다이오드가 형성되지 않은 영역의 상기 제2 절연막을 선택적으로 제거하여 배선이 형성될 영역을 형성하는 단계; 상기 배선이 형성될 영역에 금속을 매립시켜 배선을 형성하는 단계: 상기 금속 배선이 형성된 기판 전면에 제1 탄화실리콘막을 형성하는 단계; 상기 포토다이오드가 형성된 영역에 형성된 상기 제1 탄화실리콘막을 선택적으로 제거하는 단계; 상기 제1 탄화실리콘막이 제거된 영역에 제3 절연막을 형성시키는 단계; 및상기 제3 절연막상에 상기 포토다이오드와 얼라인되어 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 시모스 이미지센서를 제공한다.The present invention comprises the steps of forming a photodiode on the substrate; Forming a first insulating film on the substrate on which the photodiode is formed; Forming a second insulating film on the first insulating film; Selectively removing the second insulating layer in a region where the photodiode is not formed to form a region where wiring is to be formed; Forming a wiring by embedding a metal in a region where the wiring is to be formed; forming a first silicon carbide film on an entire surface of the substrate on which the metal wiring is formed; Selectively removing the first silicon carbide film formed in a region where the photodiode is formed; Forming a third insulating film in a region where the first silicon carbide film is removed; And an alignment with the photodiode on the third insulating layer to form a micro lens.
본 발명은 포토다이오드; 상기 포토다이오드에 얼라인 되지 않으면서 상부 영역에 배치된 다층의 금속배선; 상기 다층의 금속배선에 각각 접합하여 배치된 다층의 탄화실리콘막; 및 상기 포토다이오드와 얼라인되어 그 상부영역에 배치된 마이크로 렌즈를 구비하며, 상기 탄화실리콘막은 상기 포토다이오드와 상기 마이크로 렌즈의 사이 영역에는 배치된되지 않는 시모스 이미지센서를 제공한다.The present invention is a photodiode; A multi-layered metal wiring disposed in an upper region of the photodiode without being aligned; Multilayer silicon carbide films disposed by bonding to the multilayer metal wirings, respectively; And a microlens aligned with the photodiode and disposed in an upper region of the photodiode, wherein the silicon carbide film provides a CMOS image sensor not disposed in a region between the photodiode and the microlens.
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.Hereinafter, the preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. .
도6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시모스 이미지센서의 단면도이다.6 is a cross-sectional view of the CMOS image sensor according to a preferred embodiment of the present invention.
도6에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 시모스 이미지센서의 가장 큰 특징은 구리배선에 의해 필수적으로 사용되는 탄화실리콘막(SiC)을 포토다이오드와 마이크로 렌즈 사이에는 제거한 것이다.As shown in Fig. 6, the biggest feature of the CMOS image sensor according to the present embodiment is that the silicon carbide film (SiC), which is essentially used by the copper wiring, is removed between the photodiode and the microlens.
따라서 포토다이오드와 마이크로 렌즈 사이에는 하나의 레이어로 되어 있어 빛의 반사를 줄이고 실리콘 표면 즉, 포토다이오드가 형성된 영역까지 잘 투과할 수 있게 되어 광특성의 향상을 기대할 수 있다.As a result, a single layer is formed between the photodiode and the microlens to reduce reflection of light and to transmit light to the silicon surface, that is, the region where the photodiode is formed, thereby improving optical characteristics.
도7a 내지 도7f는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시모스 이미지센서의 제조방법을 나타내는 공정단면도이다.7A to 7F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a CMOS image sensor according to a preferred embodiment of the present invention.
도7a에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 시모스 이미지센서의 제조방법은 STI 형태의 소자분리막이 형성된 상태에서 포토다이오드(PD)를 형성한다.As shown in FIG. 7A, the method for manufacturing the CMOS image sensor according to the present embodiment forms a photodiode PD in a state in which a device isolation film having an STI is formed.
이어서 게이트 패턴을 형성하고, TEOS + BPSG 로 된 절연막을 형성한다. 그 리고 탄화실리콘막(SiC)을 형성한 이후, 포토다이오드가 형성된 영역의 상부에는 형성된 SiC막을 제거한다.Subsequently, a gate pattern is formed, and an insulating film made of TEOS + BPSG is formed. After the silicon carbide film (SiC) is formed, the SiC film formed on the upper portion of the region where the photodiode is formed is removed.
이어서 도7b에 도시된 바와 같이, FSG막을 형성하고, 선택적으로 제거하고, 제거된 곳에 구리배선을 형성하고, 구비배선의 상부에 탄화실리콘막(SiC)막을 형성한다.Then, as shown in Fig. 7B, an FSG film is formed, selectively removed, a copper wiring is formed where it is removed, and a silicon carbide film (SiC) film is formed on the provided wiring.
이 경우에도 포토다이오드가 형성된 영역의 상부에서는 탄화실리콘막(SiC)을 선택적으로 제거한다.Also in this case, the silicon carbide film (SiC) is selectively removed from the region where the photodiode is formed.
계속해서 도7c 내지 도7d에 도시된 바와 같이, 다층으로 형성되는 구리 배선을 형성하고, 각각의 구리배선에 탄화실리콘막(SiC)을 대응하여 형성시킨다.Subsequently, as shown in Figs. 7C to 7D, copper wirings formed in multiple layers are formed, and silicon carbide films (SiC) are correspondingly formed on the respective copper wirings.
이 경우에도 탄화실리콘막(SiC)을 형성하고, 선택적으로 제거하여 포토다이오드가 형성된 영역 상부에는 탄화실리콘막(SiC)이 형성되지 않도록 한다.Also in this case, the silicon carbide film (SiC) is formed and selectively removed so that the silicon carbide film (SiC) is not formed on the region where the photodiode is formed.
이어서 도7f에 도시된 바와 같이, 다층의 구리배선이 형성되고 나면, SiN + TEOS + SiN 막을 그 상부에 형성한다.Then, as shown in Fig. 7F, after the multilayer copper wiring is formed, a SiN + TEOS + SiN film is formed thereon.
이어서 그 상부에 칼라필터와 OCL막, 마이크로 렌즈를 형성한다.Subsequently, a color filter, an OCL film, and a micro lens are formed thereon.
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.As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and the present invention may be variously substituted, modified, and changed without departing from the spirit of the present invention. It will be apparent to those of ordinary skill in Esau.
위에서 구리배선에 관해서 설명하였으나, 알루미늄배선을 이용하는 경우에 SiC막등이 사용된다면 본 발명을 적용하는 것이 가능하다.Although copper wiring has been described above, it is possible to apply the present invention if a SiC film or the like is used in the case of using aluminum wiring.
본 발명은 시모스이미지 센서에서 구리배선을 사용하면서도, 구리배선간의 인터커넥션을 방지하기 위한 필수적으로 사용되는 SiC막을 포토다이오드의 상부영역에서는 형성하지 않아, 마이크로 렌즈를 통과한 빛이 포토다이오드로 입사되는 효율을 높일 수 있게 되었다.The present invention does not form a SiC film, which is essentially used to prevent interconnection between copper wirings in the CMOS image sensor, in the upper region of the photodiode, so that light passing through the microlens is incident on the photodiode. Efficiency can be increased.
Claims (5)
Priority Applications (1)
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KR1020050036386A KR20060114448A (en) | 2005-04-29 | 2005-04-29 | Cmos image sensor method for fabricating the same |
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KR100869219B1 (en) * | 2007-05-03 | 2008-11-18 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | Image Sensor and Method for Manufacturing thereof |
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2005
- 2005-04-29 KR KR1020050036386A patent/KR20060114448A/en not_active Application Discontinuation
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