KR20060136076A - method for manufacturing of CMOS image sensor - Google Patents
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Images
Abstract
본 발명은 마이크로렌즈 사이의 갭(gap)을 제로(zero)화하여 빛의 집광 효율을 높이고 여분의 빛이 인접화소로의 위(僞) 입사를 막아 선명한 칼라를 구현하도록 한 씨모스 이미지 센서의 제조방법에 관한 것으로서, 다수개의 포토 다이오드와 각종 트랜지스터들이 형성된 반도체 기판의 전면에 층간 절연막을 형성하는 단계와, 상기 층간 절연막상에 상기 각 포토 다이오드와 대응되게 칼라 필터층을 형성하는 단계와, 상기 칼라 필터층을 포함한 전면에 평탄화층을 형성하는 단계와, 상기 평탄화층상에 상기 포토다이오드와 대응되게 마이크로렌즈를 형성하는 단계와, 상기 마이크로렌즈를 포함한 반도체 기판의 전면에 유기 물질층을 형성하는 단계와, 상기 유기 물질층을 제거함과 동시에 상기 마이크로렌즈의 사이의 평탄화층에 홈을 형성하는 단계를 포함하여 형성함을 특징으로 한다.The present invention provides a CMOS image sensor that realizes a clear color by zeroing the gap between microlenses to improve light condensing efficiency and preventing extra light from entering the adjacent pixels. A method of fabricating a semiconductor device, the method comprising: forming an interlayer insulating film on an entire surface of a semiconductor substrate on which a plurality of photodiodes and various transistors are formed; forming a color filter layer corresponding to each photodiode on the interlayer insulating film; Forming a planarization layer on the entire surface including the filter layer, forming a microlens on the planarization layer corresponding to the photodiode, forming an organic material layer on the front surface of the semiconductor substrate including the microlens; Removing the organic material layer and simultaneously forming a groove in the planarization layer between the microlenses. Characterized in that the formed box.
마이크로렌즈, 칼라 필터층, 유기 물질, 오목한 렌즈 Microlenses, color filter layers, organic materials, concave lenses
Description
도 1은 일반적인 3T형 CMOS 이미지 센서의 등가 회로도1 is an equivalent circuit diagram of a typical 3T CMOS image sensor
도 2는 일반적인 3T형 CMOS 이미지 센서의 단위화소를 나타낸 레이아웃도2 is a layout diagram showing unit pixels of a general 3T CMOS image sensor;
도 3은 종래 기술에 의한 씨모스 이미지 센서를 나타낸 단면도3 is a cross-sectional view showing a CMOS image sensor according to the prior art
도 4a 내지 도 4h는 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서의 제조방법을 나타낸 공정단면도4A to 4H are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the CMOS image sensor according to the present invention.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings
31 : 반도체 기판 32 : 포토 다이오드31
33 : 층간 절연층 34 : 칼라 필터층33: interlayer insulation layer 34: color filter layer
35 : 평탄화층 36 : 포토레지스트35
37 : 마이크로렌즈 패턴 38 : 마이크로렌즈37: microlens pattern 38: microlens
39 : 유기 물질층 40 : 홈39: organic material layer 40: groove
본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로, 특히 이미지 센서의 수광 능력을 향 상시키도록 한 씨모스 이미지 센서의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an image sensor, and more particularly to a method of manufacturing a CMOS image sensor to improve the light receiving capability of the image sensor.
일반적으로 이미지 센서는 광학 영상(optical image)을 전기적인 신호로 변환시키는 반도체 장치로써, CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서 소자와 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서 소자로 크게 나눌 수 있다.In general, an image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal, and may be broadly classified into a charge coupled device (CCD) image sensor device and a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) image sensor device.
상기 CMOS 이미지 센서는 조사되는 빛을 감지하는 포토 다이오드부와 감지된 빛을 전기적인 신호로 처리하여 데이터화하는 CMOS 로직 회로부로 구성되는데, 상기 포토 다이오드의 수광량이 많을수록 상기 이미지 센서의 광 감도(Photo Sensitivity) 특성이 양호해진다.The CMOS image sensor includes a photodiode unit for detecting irradiated light and a CMOS logic circuit unit for converting the detected light into an electrical signal and converting the data into electrical signals. As the amount of light received by the photodiode increases, the photosensitivity of the image sensor is increased. ) The characteristics become good.
이러한, 광 감도를 높이기 위해서 이미지 센서의 전체 면적 중에서 포토 다이오드가 차지하는 비율(Fill Factor)을 크게 하거나, 포토다이오드 이외의 영역으로 입사되는 광의 경로를 변경하여 상기 포토 다이오드로 집광시켜 주는 기술이 사용된다.In order to increase the light sensitivity, a technique in which the fill factor of the photodiode in the total area of the image sensor is increased or the path of light incident to a region other than the photodiode is changed to focus the photodiode is used. .
상기 집광 기술의 대표적인 예가 마이크로 렌즈를 형성하는 것인데, 이는 포토 다이오드 상부에 광투과율이 좋은 물질로 통상적으로 볼록형 마이크로렌즈를 만들어 입사광의 경로를 굴절시켜 보다 많은 양의 빛을 포토 다이오드 영역으로 조사하는 방법이다.A representative example of the condensing technique is to form a microlens, which is a method of irradiating a larger amount of light to a photodiode by refracting the path of incident light by making a convex microlens with a material having a high light transmittance on the photodiode. to be.
이 경우 마이크로렌즈의 광축과 수평한 빛이 마이크로렌즈에 의해서 굴절되어 광축상의 일정 위치에서 그 초점이 형성되어진다.In this case, light parallel to the optical axis of the microlens is refracted by the microlens to form a focal point at a predetermined position on the optical axis.
한편, 이미지 센서용 소자를 제조함에 있어서, 이미지를 받아들이는 포토 다 이오드의 개수가 해상력(resolution)을 결정하기 때문에 고(高)화소화로의 진전 및 소형화에 따른 픽셀(pixel)의 미세화가 이루어지고 있다. On the other hand, in manufacturing an image sensor device, since the number of photodiodes that accept an image determines the resolution, the pixels are miniaturized due to the progress and miniaturization of high pixels. have.
따라서 이렇게 소형화 및 고화소화로의 진전에 따라 외부 화상의 입력을 이미지 플랜(image plane)에 집속함에 있어서 마이크로렌즈를 통해 집속을 하게 된다. Accordingly, as the miniaturization and the high pixel development progress, the focus of the external image is focused through the microlens in the image plane.
칼라 필터(color filter)는 색분리를 위해서 원색형 또는 보색형으로 칼라 필터층을 형성하게 되는데 원색형의 경우 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue) 칼라를, 보색형의 경우 시안(Cyan), 옐로우(Yellow), 마젠타(Magenta) 칼라를 형성하여 색분리가 되도록 하여 색 재현을 할 수 있도록 온-칩(on-chip) 방식으로 형성을 하게 된다. The color filter forms a color filter layer in primary or complementary colors for color separation. In the primary colors, red, green, and blue colors are used, and in the complementary colors, cyan ( Cyan, Yellow, and Magenta colors are formed to be separated in color so that they can be formed on-chip to reproduce colors.
한편, 입사되는 광을 효율적으로 활용하기 위함과 아울러 최대한 활용하기 위하여 마이크로렌즈를 형성하여 집광효율을 높이게 되는데, 상기 마이크로렌즈는 포토 레지스트(photo resist)를 열 리플로우(thermal reflow) 시켜서 형성하고 있다.On the other hand, in order to efficiently utilize the incident light, and to maximize the utilization of the microlens is formed to increase the light collection efficiency, the microlens is formed by thermal reflow of the photo resist (photo resist) .
그러나 마이크로렌즈의 사이즈를 최대한 크게 하여 보다 많은 광을 집속하기 위하여 리플로우하다 보면 이웃하는 마이크로렌즈간의 브릿지(bridge)가 생기기 때문에 어느 정도의 CD(Critical Dimension)을 유지하여 균일성(uniformity)을 향상하게 된다. However, when reflowing to focus more light by making the microlens size as large as possible, a bridge is formed between neighboring microlenses, which maintains a certain degree of CD and improves uniformity. Done.
상기와 같은 특징을 갖는 이미지 센서 중 CMOS 이미지 센서는 트랜지스터의 개수에 따라 3T형, 4T형, 5T형 등으로 구분된다. 3T형은 1개의 포토다이오드와 3개 의 트랜지스터로 구성되며, 4T형은 1개의 포토다이오드와 4개의 트랜지스터로 구성된다. 상기 3T형 CMOS 이미지 센서의 단위화소에 대한 등가회로 및 레이아웃(lay-out)을 살펴보면 다음과 같다. Among the image sensors having the above characteristics, CMOS image sensors are classified into 3T type, 4T type, and 5T type according to the number of transistors. The 3T type consists of one photodiode and three transistors, and the 4T type consists of one photodiode and four transistors. An equivalent circuit and layout of the unit pixels of the 3T-type CMOS image sensor will be described as follows.
도 1은 일반적인 3T형 CMOS 이미지 센서의 등가 회로도이고, 도 2는 일반적인 3T형 CMOS 이미지 센서의 단위화소를 나타낸 레이아웃도이다.FIG. 1 is an equivalent circuit diagram of a general 3T CMOS image sensor, and FIG. 2 is a layout diagram illustrating unit pixels of a general 3T CMOS image sensor.
일반적인 3T형 씨모스 이미지 센서의 단위 화소는, 도 1에 도시된 바와 같이, 1개의 포토다이오드(PD; Photo Diode)와 3개의 nMOS 트랜지스터(T1, T2, T3)로 구성된다. 상기 포토다이오드(PD)의 캐소드는 제 1 nMOS 트랜지스터(T1)의 드레인 및 제 2 nMOS 트랜지스터(T2)의 게이트에 접속되어 있다. 그리고, 상기 제 1, 제 2 nMOS 트랜지스터(T1, T2)의 소오스는 모두 기준 전압(VR)이 공급되는 전원선에 접속되어 있고, 제 1 nMOS 트랜지스터(T1)의 게이트는 리셋신호(RST)가 공급되는 리셋선에 접속되어 있다. 또한, 제 3 nMOS 트랜지스터(T3)의 소오스는 상기 제 2 nMOS 트랜지스터의 드레인에 접속되고, 상기 제 3 nMOS 트랜지스터(T3)의 드레인은 신호선을 통하여 판독회로(도면에는 도시되지 않음)에 접속되고, 상기 제 3 nMOS 트랜지스터(T3)의 게이트는 선택 신호(SLCT)가 공급되는 열 선택선에 접속되어 있다. 따라서, 상기 제 1 nMOS 트랜지스터(T1)는 리셋 트랜지스터(Rx)로 칭하고, 제 2 nMOS 트랜지스터(T2)는 드라이브 트랜지스터(Dx), 제 3 nMOS 트랜지스터(T3)는 선택 트랜지스터(Sx)로 칭한다.As shown in FIG. 1, a unit pixel of a general 3T CMOS image sensor includes one photodiode (PD) and three nMOS transistors T1, T2, and T3. The cathode of the photodiode PD is connected to the drain of the first nMOS transistor T1 and the gate of the second nMOS transistor T2. The sources of the first and second nMOS transistors T1 and T2 are all connected to a power supply line supplied with a reference voltage VR, and the gate of the first nMOS transistor T1 has a reset signal RST. It is connected to the reset line supplied. Further, the source of the third nMOS transistor T3 is connected to the drain of the second nMOS transistor, the drain of the third nMOS transistor T3 is connected to a read circuit (not shown in the drawing) via a signal line, The gate of the third nMOS transistor T3 is connected to a column select line to which a selection signal SLCT is supplied. Accordingly, the first nMOS transistor T1 is referred to as a reset transistor Rx, the second nMOS transistor T2 is referred to as a drive transistor Dx, and the third nMOS transistor T3 is referred to as a selection transistor Sx.
일반적인 3T형 CMOS 이미지 센서의 단위 화소는, 도 2에 도시한 바와 같이, 액티브 영역(10)이 정의되어 액티브 영역(10) 중 폭이 넓은 부분에 1개의 포토다이 오드(20)가 형성되고, 상기 나머지 부분의 액티브 영역(10)에 각각 오버랩되는 3개의 트랜지스터의 게이트 전극(30,40,50)이 형성된다. In the unit pixel of the general 3T CMOS image sensor, as shown in FIG. 2, the
즉, 상기 게이트 전극(30)에 의해 리셋 트랜지스터(Rx)가 형성되고, 상기 게이트 전극(40)에 의해 드라이브 트랜지스터(Dx)가 형성되며, 상기 게이트 전극(50)에 의해 선택 트랜지스터(Sx)가 형성된다. That is, the reset transistor Rx is formed by the
여기서, 상기 각 트랜지스터의 액티브 영역(10)에는 각 게이트 전극(30,40,50) 하측부를 제외한 부분에 불순물 이온이 주입되어 각 트랜지스터의 소오스/드레인 영역이 형성된다. 따라서, 상기 리셋 트랜지스터(Rx)와 상기 드라이브 트랜지스터(Dx) 사이의 소오스/드레인 영역에는 전원전압(Vdd)이 인가되고, 상기 셀렉트 트랜지스터(Sx) 일측의 소오스/드레인 영역은 판독회로(도면에는 도시되지 않음)에 접속된다.Here, impurity ions are implanted into the
상기에서 설명한 각 게이트 전극(30,40,50)들은, 도면에는 도시되지 않았지만, 각 신호 라인에 연결되고, 상기 각 신호 라인들은 일측 끝단에 패드를 구비하여 외부의 구동회로에 연결된다.Although not illustrated in the drawings, the
이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래 기술에 의한 씨모스 이미지 센서를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the CMOS image sensor according to the related art will be described with reference to the accompanying drawings.
도 3은 종래 기술에 의한 씨모스 이미지 센서를 나타낸 단면도이다.3 is a cross-sectional view showing a CMOS image sensor according to the prior art.
도 3에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(11)에 적어도 하나 이상 형성되어 입사되는 광량에 따른 전하를 생성하는 포토 다이오드(12)와, 상기 포토 다이오드(12)를 포함한 반도체 기판(11)의 전면에 형성되는 층간 절연층(13)과, 상기 층간 절연층(13)상에 형성되어 각각 특정의 파장대의 빛을 통과시키는 R, G, B의 칼라 필터층(14)과, 상기 칼라 필터층(14)을 포함한 반도체 기판(11)의 전면에 형성되는 평탄화층(15)과, 상기 평탄화층(15)상에 일정 곡률을 갖는 볼록 형태로 구성되어 대응하는 칼라 필터층(14)을 투과하여 포토 다이오드(12)로 빛을 집광하는 마이크로 렌즈(16)로 구성된다.As shown in FIG. 3, at least one
여기서 도면에 도시하지 않았지만, 상기 층간 절연층(13)내에는 포토 다이오드 영역의 이외의 부분으로 빛이 입사되는 것을 방지하기 위한 차광층(Optical Shielding Layer)이 구성된다. Although not shown in the drawings, an optical shielding layer is formed in the
그리고 광을 감지하기 위한 소자로 포토 다이오드 형태가 아니고, 포토 게이트 형태로 구성되는 것도 가능하다. The device for sensing light may be configured in the form of a photo gate, not in the form of a photo diode.
여기서, 상기 칼라 필터층(14)은 R(red), G(green), B(blue)의 칼라 필터로 구성되며, 상기 각 칼라 필터는 해당 감광성 물질을 도포하고 별도의 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 형성된다.Here, the color filter layer 14 is composed of a color filter of R (red), G (green), B (blue), each color filter is a photolithography process using a photosensitive material and applying a separate mask Is formed.
그런데 이미지 센서의 소형화, 다(多)화소화로의 변화에 따라 단위 면적 당 더 많은 화소를 만들고 있으며 화소 크기가 작아짐에 따라 상부에 온-칩(on-chip)으로 형성하는 칼라 필터 및 마이크로렌즈의 사이즈 또한 작아진다. 단위화소 크기가 작아짐에 따라 빛을 받아들이는 포토 다이오드 영역의 축소에 따라 감도는 줄어들게 된다. However, due to the miniaturization of the image sensor and the change to multiple pixels, more pixels are made per unit area, and as the pixel size becomes smaller, the color filter and the microlens formed on-chip on the top The size is also smaller. As the unit pixel size decreases, the sensitivity decreases as the area of the photodiode receiving light decreases.
따라서 줄어드는 감도를 보상하기 위해서는 더 많은 빛을 받아들여야 하는데 그렇게 하기 위해선 개구부를 늘리는 방법과 상부에 집광 마이크로렌즈를 형성하는 방법 등이 있는데 개구부는 대부분 금속층(metal layer)으로 형성하게 된다.Therefore, in order to compensate for the reduced sensitivity, more light must be received. In order to do so, there is a method of increasing the opening and forming a condensing microlens on the upper part, and the opening is mostly formed of a metal layer.
상기 금속층은 배선 및 차광층 역할을 하게 되며, 단위화소로 입사하여 차광층의 상부로 입사하는 입사광을 집광 마이크로렌즈의 개구부로 빛을 굴절시켜 집속을 함에 있어서 집광 마이크로렌즈를 키움에 따라 마이크로렌즈가 서로 붙거나 떨어지는 정도가 조금씩 다르게 되어 화상의 균일도가 나빠진다.The metal layer serves as a wiring and a light shielding layer, and when the incident light incident on the unit pixel and incident on the light shielding layer is refracted by focusing the light through the opening of the condensing microlens, the microlens increases as the condensing microlens is raised. The degree of sticking or dropping is slightly different, resulting in poor image uniformity.
또한, 또 하부의 색 분리층의 영향을 받게 되어, 인접 색분리층의 정보가 혼합되어 들어오기도 하여 색 재현성 및 콘트라스트(contrast)가 나빠지게 된다. 또한 색분리층 형성시 안료의 혼합에 따른 포토 해상(Photo Resolution) 저하로 정렬 노광시 원하는 형상을 갖는 패턴 형성이 어려우며, 색분리층 간의 중첩이나 공간 형성으로 상부 평탄층이 반드시 필요하게 되는 추가공정이 필요하게 된다.In addition, the lower color separation layer is affected, and the information of the adjacent color separation layer is mixed, resulting in poor color reproducibility and contrast. In addition, it is difficult to form a pattern having a desired shape during alignment exposure due to a decrease in photo resolution due to the mixing of pigments when forming a color separation layer, and an additional process in which an upper flat layer is necessary by overlapping or forming a space between the color separation layers. This is necessary.
따라서 종래의 기술은 마이크로렌즈의 형성시 마이크로렌즈 사이의 스페이스를 0.2 ~ 0.5㎛로 유지 관리하여 마이크로렌즈의 균일도를 유지하며 이 마이크로렌즈 사이의 스페이스는 들어오는 입사광의 손실이며 인접화소로의 위(僞) 입사로 인하여 칼라 색상을 흐리게 하는 불량을 유발하게 된다.Therefore, the conventional technique maintains the uniformity of the microlens by maintaining the space between the microlenses at 0.2 ~ 0.5㎛ when forming the microlenses, the space between the microlenses is the loss of incoming incident light and ) The incident causes a color blurring.
상기 마이크로렌즈는 평탄화층 상부에 소자의 픽셀 사이즈와 길이에 맞도록 두께 설정 후 포토레지스트를 도포하고, 노광 및 현상으로 패턴을 형성한 후 열 에너지(thermal energy)를 가하여 리플로우를 시켜서 마이크로렌즈를 형성한다.The microlens is formed on top of the planarization layer to match the pixel size and length of the device, and then coated with a photoresist. After forming a pattern by exposure and development, the microlens is reflowed by applying thermal energy. Form.
상기 마이크로렌즈용 포토레지스트는 유동성(flow ability)이 좋은 g-Line 또는 I-Line 포토레지스트를 사용하며, 통상 g, h, I-Line 복합파장영역에서 광반응를 하는 물질을 사용한다.The photoresist for microlenses uses g-Line or I-Line photoresist with good flow ability, and generally uses a material that reacts in a g, h, I-Line complex wavelength region.
I-Line에 의해 패턴 형성이 I-Line으로 디파인(define) 가능한 0.2 ~ 0.5㎛ 정도로 형성을 한 후, 경화 및 열 리플로우를 실시하게 되는데, 상기 열 리플로우시 패턴 공정에서의 미세한 CD(Critical Dimension)의 차이가 리플로우시 그대로 나타나면서 국부적으로 브릿지가 생기기도 하여 마이크로렌즈 사이즈의 불균일로 균일도가 차이 나게 되며 아울러 감도 및 칼라의 선명도를 저하시키는 불량이 유발된다.After the pattern is formed by I-Line to 0.2-0.5 μm that can be defined by I-Line, it is hardened and thermally reflowed, and fine CD (Critical) in the pattern process is performed during the thermal reflow. The difference in dimension appears as it is during reflow, and there is a local bridge, resulting in unevenness of microlens size, resulting in a difference in uniformity and deterioration of sensitivity and color clarity.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 마이크로렌즈 사이의 갭(gap)을 제로(zero)화하여 빛의 집광 효율을 높이고 여분의 빛이 인접화소로의 위(僞) 입사를 막아 선명한 칼라를 구현하도록 한 씨모스 이미지 센서의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems by zeroing the gap (gap) between the microlenses to increase the light condensing efficiency and to prevent extra light from entering the adjacent pixels It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a CMOS image sensor to realize a vivid color.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서의 제조방법은 다수개의 포토 다이오드와 각종 트랜지스터들이 형성된 반도체 기판의 전면에 층간 절연막을 형성하는 단계와, 상기 층간 절연막상에 상기 각 포토 다이오드와 대응되게 칼라 필터층을 형성하는 단계와, 상기 칼라 필터층을 포함한 전면에 평탄화층을 형성하는 단계와, 상기 평탄화층상에 상기 포토다이오드와 대응되게 마이크로렌즈를 형성하는 단계와, 상기 마이크로렌즈를 포함한 반도체 기판의 전면에 유기 물질층을 형성하는 단계와, 상기 유기 물질층을 제거함과 동시에 상기 마이크로렌즈의 사이의 평탄화층에 홈을 형성하는 단계를 포함하여 형성함을 특징으 로 한다.The method for manufacturing the CMOS image sensor according to the present invention for achieving the above object comprises the steps of forming an interlayer insulating film on the front surface of the semiconductor substrate on which a plurality of photodiodes and various transistors are formed; Forming a color filter layer corresponding to the diode, forming a planarization layer on the front surface including the color filter layer, forming a microlens on the planarization layer corresponding to the photodiode, and including the microlens. And forming a groove in the planarization layer between the microlenses while removing the organic material layer.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서의 제조방법을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a method of manufacturing the CMOS image sensor according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 4a 내지 도 4h는 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서의 제조방법을 나타낸 공정 단면도이다.4A to 4H are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the CMOS image sensor according to the present invention.
도 4a에 도시한 바와 같이, 복수개의 광감지 소자들 예를 들면, 포토 다이오드(32)들 및 각종 트랜지스터(도 1을 참조)가 형성된 반도체 기판(31)상에 층간 절연층(33)을 형성한다.As shown in FIG. 4A, an
여기서, 상기 층간 절연층(33)은 다층으로 형성될 수도 있고, 도시되지 않았지만, 하나의 층간 절연층 형성후에 포토 다이오드(32) 영역 이외의 부분으로 빛이 입사되는 것을 막기 위한 차광층을 형성 한 후에 다시 층간 절연층이 형성된다.Here, the
도 4b에 도시한 바와 같이, 상기 층간 절연층(33)상에 가염성 레지스트를 사용하여 도포한 후, 노광 및 현상 공정을 진행하여 각각의 파장대별로 빛을 필터링하는 칼라 필터층(R, G, B)(34)들을 형성한다.As shown in FIG. 4B, color filter layers R, G, and B are applied to the
여기서, 상기 각 칼라 필터층(34)은 1 ~ 5㎛의 두께를 갖도록 해당 감광성 물질을 도포하고 별도의 마스크를 사용한 사진 식각 공정으로 패터닝하여 각각의 파장대별로 빛을 필터링하는 칼라 필터층(34)을 단일층으로 형성한다.Here, each of the color filter layers 34 is coated with a photosensitive material to have a thickness of 1 to 5 μm, and is patterned by a photolithography process using a separate mask to filter light by each wavelength band. Form into layers.
도 4c에 도시한 바와 같이, 상기 칼라 필터층(34)을 포함한 반도체 기판(31)의 전면에 신뢰성(reliability) 및 패키지(package)시 EMC, 외부로부터의 수분이나 중금속 침투를 방지하기 위하여 실리콘 나이트라이드(silicon nitride)막을 증착하 여 평탄화층(35)을 형성한다.As shown in FIG. 4C, silicon nitride is applied to the front surface of the
한편, 이미지 센서는 광학적인 투과가 매우 중요하기 때문에 상기 평탄화층(35)의 두께에 의한 박막들의 간섭 현상을 배제하기 위하여 1000 ~ 6000Å의 두께로 형성한다.On the other hand, since the optical transmission is very important, the image sensor is formed to a thickness of 1000 ~ 6000Å in order to exclude the interference phenomenon of the thin film due to the thickness of the
여기서, 상기 평탄화층(35)을 형성한 상태에서 배선을 위한 본딩 패드(bonding PAD)를 포토레지스트를 마스크로 이용하여 상기 평탄화층(35)을 패드 및 스크라이브 라인(scribe line) 부분을 오픈(open) 시키고, 건식 또는 습식으로 식각하여 소정의 원하는 본딩 패드(도시되지 않음)를 형성할 수도 있다.Here, in the state in which the
도 4d에 도시한 바와 같이, 상기 평탄화층(35)을 포함한 반도체 기판(31)의 전면에 상기 포토 다이오드(32)에 광을 효율 좋게 집속하기 위하여 마이크로렌즈용 포토레지스트(36)를 도포한다.As shown in FIG. 4D, the
도 4e에 도시한 바와 같이, 노광 및 현상 공정으로 상기 포토레지스트(36)를 선택적으로 패터닝하여 마이크로렌즈 패턴(37)을 형성한다.As shown in FIG. 4E, the
여기서, 상기 포토레지스트(36)가 포지티브 레지스트(positive resist)인 경우 포토레지스트(36)의 흡수체인 기폭제(initiator)의 포토 액티브 컴파운드(photo active compound)를 분해하여야만 투과율이 향상되기 때문에 전면 노광(flood exposure)으로 상기 마이크로렌즈 패턴(37)내에 잔존하는 포토 액티브 컴파운드를 분해한다.In this case, when the
한편, 상기와 같이 마이크로렌즈 패턴(37)에 전면 노광을 통해 이후 투과율을 높이고 포토 산(photo acid)을 발생시켜 마이크로렌즈의 유동성(flow ability) 을 높인다.On the other hand, through the front exposure to the
도 4f에 도시한 바와 같이, 상기 마이크로렌즈 패턴(37)이 형성된 반도체 기판(31)을 핫 플레이트(hot plate)(도시되지 않음) 상부에 올려놓은 상태에서 150℃ 이상의 열처리로 상부에 존재하는 마이크로렌즈 패턴(37)을 리플로우하여 반구형의 마이크로렌즈(38)를 형성한다.As shown in FIG. 4F, the microstructure present in the upper part of a heat treatment of 150 ° C. or higher in a state where the
이어, 상기 열처리로 리플로우된 마이크로렌즈(38)를 쿨링(cooling) 처리한다. 여기서, 상기 쿨링 처리는 쿨 플레이트에 반도체 기판(31)을 올려놓은 상태에서 행해진다.Subsequently, the
도 4g에 도시한 바와 같이, 상기 마이크로렌즈(38)를 포함한 반도체 기판(31)의 전면에 유기 물질층(39)을 30 ~ 100nm의 두께로 증착한 후 경화 처리한다.As shown in FIG. 4G, an
여기서, 상기 유기 물질층(39)은 상기 마이크로렌즈(38)의 상부에 100nm 이하의 두께로 마이크로렌즈(38)의 스페이스 부분을 산소(O2) 플라즈마를 이용한 건식 식각시 마이크로렌즈(38)의 제로 갭(zero gap)을 유동하기 위한 층이다.Herein, the
또한, 상기 유기 물질층(39)은 포토 레지스트를 사용한다.In addition, the
또한, 상기 마이크로렌즈(38)상에 형성된 유기 물질층(39)으로 열경화성 수지를 사용할 경우, 상기 마이크로렌즈(38)와의 반응을 제거하기 위해 상기 마이크로렌즈(38)에 UV 처리를 실시한 후에 열경화성 수지를 형성한다.In addition, in the case of using a thermosetting resin as the
도 4h에 도시한 바와 같이, 상기 마이크로렌즈(38)의 스페이스 부분을 제로(zero)화하기 위하여 상기 유기 물질층(39)을 O2 플라즈마 처리로 건식 식각하여 상 기 마이크로렌즈(38) 사이의 스페이스 부분을 오목한 형태로 형성한다.As shown in FIG. 4H, the
즉, 상기 마이크로렌즈(38)를 포함한 전면에 형성된 유기 물질층(39)을 O2 플라즈마 식각을 통해 제거할 때 상기 마이크로렌즈(38) 사이의 평탄화층(35)이 표면으로부터 소정두께만큼 제거되면서 상기 마이크로렌즈(38) 사이의 평탄화층(35)에 홈(40)이 형성된다. That is, when the
여기서, 상기 마이크로렌즈(38)의 사이즈 확대에 따른 불균일, 서브(sub) 영향으로 나타나는 불균일 및 칼라 필터층(34), 평탄화층(35), 마이크로렌즈(38)를 형성할 때 현상액에 노출된 본딩 패드의 부식(corrosion)을 방지하기 위해 패드 부분을 산화막과 같은 베리어층으로 블록킹(blocking)할 수도 있다.Here, unevenness due to the enlargement of the size of the
또한, 상기 마이크로렌즈(38)와 마이크로렌즈(38) 사이의 불균일한 마이크로렌즈(38)의 꼬리(tail)들을 제거할 수 있으며, 또한 O2 플라즈마 처리시 마이크로렌즈(38)의 갭 사이를 쉐도우 에치(shallow etch)를 하게 됨에 따라 오목한 렌즈 형성이 가능하게 되어 마이크로렌즈(38) 사이에 제로 갭 구현이 가능하게 되어 픽셀 면적을 100% 포토 다이오드(32)로 집광할 수 있기 때문에 감도 향상 및 인접화소로의 위입시를 방지하여 깨끗한 이미지 구현이 가능하게 된다.In addition, the tails of the
또한, 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서의 제조에 있어서, 마이크로렌즈(38)를 형성한 후, 상기 마이크로렌즈(38)의 상부에 포토레지스트(또는 열경화성 수지)와 같은 유기 물질층(39)을 30 ~ 100㎚의 두께로 형성하여 마이크로렌즈(38)의 제로 갭을 위해 마이크로렌즈(38) 사이를 오목한 렌즈 형상으로 유도하기 위한 버퍼(buffer)층으로 마이크로렌즈의 균일도를 향상하기 위하여 산소 플라즈마 처리를 하여 마이크로렌즈 갭의 균일도를 향상시킬 수 있다.In the manufacture of the CMOS image sensor according to the present invention, after forming the
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, and it is common in the art that various substitutions, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention. It will be evident to those who have knowledge of.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.As described above, the method for manufacturing the CMOS image sensor according to the present invention has the following effects.
첫째, 이미지 센서를 제조함에 있어서 마이크로렌즈의 효율을 극대화하고, 마이크로렌즈의 불균일에 의해 발생되는 노이즈(noise), 위(僞) 신호로 인한 색재현성 열화 등을 방지하여 마이크로렌즈의 균일성을 향상하여 화면 전체의 균일한 색재현을 얻을 수 있다.First, in manufacturing an image sensor, the efficiency of the microlens is maximized, and the uniformity of the microlens is improved by preventing noise caused by nonuniformity of the microlens and deterioration of color reproducibility due to a false signal. It is possible to obtain uniform color reproduction of the entire screen.
둘째, 마이크로렌즈의 사이즈를 극대화하여 감도를 향상하여 어두운 환경에서도 노이즈가 없는 밝은 이미지를 실현할 수 있다.Second, by maximizing the size of the microlenses, the sensitivity can be improved to realize a bright image without noise even in a dark environment.
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