KR20070003007A - Method for fabricating cmos image sensor - 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.
도5a 내지 도5b는 종래기술에 따른 이미지센서의 제조방법을 도시한 단면도.5A to 5B are sectional views showing the manufacturing method of the image sensor according to the prior art.
도6은 종래기술에 따른 이미지센서의 문제점을 도시한 단면도.Figure 6 is a cross-sectional view showing a problem of the image sensor according to the prior art.
도7a 내지 도7b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시모스 이미지센서 제조방법을 나타내는 단면도.7A to 7B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a CMOS image sensor according to a preferred embodiment of the present invention.
도8은 본 발명의 시모스 이미지센서의 단면도.8 is a cross-sectional view of the CMOS image sensor of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
32,35 : 절연막 34 : 칼라필터32, 35
36 : 마이크로 렌즈 37 : 핀모양의 절연체36: microlens 37: pin-shaped insulator
본 발명은 시모스 이미지센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 시모스 이미지센서의 소자간 절연에 관한 발명이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a CMOS image sensor and a manufacturing method thereof, and more particularly, to an inter-element insulation of a CMOS image sensor.
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 때문 에, 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 마이크로 렌즈(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
마이크로 렌즈(26) 상에는 스크래치(Scratch) 등으로부터 마이크로 렌즈(26)를 보호하기 위해 보호막(27)이 형성되어 있다. 또한 도면부호 29는 소자분리막을 나타내는 것이다.On the
또한 여기서는 도시하지 않았지만 마이크로 렌즈의 상부에는 외부에서 입사된 빛을 직접적으로 입력받아 마이크로 렌즈로 전해주는 매크로 렌즈가 배치된다.In addition, although not shown here, a macro lens that directly receives light incident from the outside and transmits the light to the micro lens is disposed above 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.
도5a 내지 도5b는 종래기술에 따른 이미지센서의 제조방법을 도시한 단면도이다.5A to 5B are cross-sectional views illustrating a manufacturing method of an image sensor according to the prior art.
도5a에 도시된 바와 같이, 종래기술에 의한 이미지센서의 제조방법은 소정공공정이 완료된 상태에서 평탄화막(22)을 형성하고, 그 상부에 칼라필터(25)를 형성한다.As shown in FIG. 5A, the method of manufacturing an image sensor according to the related art forms a
이어서 칼라필터(25)를 덮을 수 있도록 소위 OCL막(over coating layer)이라고 하는 평탄화막(24)을 형성한다.Subsequently, a
이어서 칼라필터(25)와 정렬되도록 수지막 패턴(26a)를 형성한다.Next, the
이어서 도5b에 도시된 바와 같이, 수지막 패턴(26a)를 이용하여 칼라필터(25)와 정렬된 마이크로 렌즈(26)을 형성한다.Subsequently, as shown in Fig. 5B, the
도6은 종래기술에 따른 이미지센서의 문제점을 도시한 단면도이다. 이하에서는 개략적인 시모스 이미지센서의 동작과 종래기술에 의한 시모스 이미지센서의 문제점을 살펴본다.6 is a cross-sectional view showing a problem of the image sensor according to the prior art. Hereinafter, the operation of the CMOS image sensor and the problems of the CMOS image sensor according to the related art will be described.
시모스 이미지센서는 빛을 집적하는 수광부와 빛을 전기적인 신호로 변화시 키는 회로로 구성되어 있다. 광감도를 높이기 위해서 전체 이미시센서 소자에서 광감지부분의 면적이 차지하는 비율을 크게 하려는 노력이 진행되고 있지만, 근본적으로 로직회로부분을 제거할 수 없기 때문에 제한되 면적하에서 이러한 노력에는 한계가 있다.The CMOS image sensor consists of a light-receiving unit for integrating light and a circuit for converting light into an electrical signal. Efforts have been made to increase the ratio of the area of the light sensing portion to the overall image sensor element in order to increase the light sensitivity. However, since the logic circuit portion cannot be essentially removed, this effort is limited under the limited area.
따라서 광감도를 높여지기 위하여 광감지부분 이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 바꿔서 광감지부분으로 모아주는 집광기술이 등장하였는데, 이러한 집광을 위하여 이미지센서는 칼라필터 상에 마이크로 렌즈를 형성하는 방법을 사용하고 있다.Therefore, in order to increase the light sensitivity, a condensing technology that changes the path of light incident to a region other than the light sensing portion and collects it into the light sensing portion has emerged. For this purpose, the image sensor uses a method of forming a microlens on the color filter. I use it.
마이크로 렌즈의 형성은 렌즈로 사용될 수지조성물의 용액을 기판 표면에 도포하고, 현상하여 각 픽셀위에 마이크로 렌즈를 형성시키고, 베이킹아웃(bake out)공정 및 열처리하여 볼록한 형태의 렌즈로 만들게 된다. 이 때 높은 해상도를 위하여 각 픽셀의 크기가 작아진 상태에서 마이크로 렌즈로 형성될 수지조성물의 크기도 작아지면 열처리이후에 형성되는 마이크로 렌즈는 이웃하는 마이크로 렌즈와 맞닿게 되어 원하는 곡률의 렌즈형성이 되지 않게 된다.The microlens is formed by applying a solution of a resin composition to be used as a lens on a surface of a substrate, developing the microlens on each pixel, and baking and performing a heat-out process to form a convex lens. In this case, if the size of the resin composition to be formed as a micro lens is also reduced in order to achieve high resolution, the micro lens formed after the heat treatment is brought into contact with a neighboring micro lens to form a lens having a desired curvature. Will not.
따라서 마이크로 렌즈를 통해 들어오는 빛은 촛점거리가 매우 커서 하부의 포토다이오드에 제대로 빛을 모을 수 없고, 또한 이웃하는 렌즈와 간섭을 초래하게 된다.Therefore, the light coming through the micro lens is very large and the focal length cannot collect the light properly in the lower photodiode, and also causes interference with neighboring lenses.
도6에 도시된 바와 같이, 마이크로 렌즈와 마이크로 렌즈의 사이가 붙어 버리면 초점(F)이 마이크로 렌즈의 하단에 형성된 포토다이오드에 형성되지 못하게 되는 것이다.As shown in FIG. 6, when the micro lens and the micro lens are stuck together, the focal point F may not be formed in the photodiode formed at the bottom of the micro lens.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 마이크로 렌즈의 곡률을 높여서, 입사된 빛이 포토다이오드에 최대한 많이 집광될 수 있는 시모스 이미지센서를 제공함을 목적으로 한다.The present invention has been proposed to solve the above-described problems, and aims to provide a CMOS image sensor capable of collecting as much light as possible on a photodiode by increasing the curvature of the microlens.
본 발명은 각 픽셀에 대응하는 마이크로 렌즈용 수지막을 다수 형성하는 단계; 상기 다수의 수지막에 각각 대응하는 핀형태의 막대기를 수지막에 근접시키는 단계; 및 열처리 공정을 진행하여 상기 수지막이 상기 핀을 중심(표면장력으로 인해)으로 곡률을 가지는 마이크로 렌즈가 되도록 하는 단계를 포함하는 시모스 이미지센서를 제공한다.The present invention comprises the steps of forming a plurality of resin film for microlenses corresponding to each pixel; Approaching a plurality of stick-shaped sticks corresponding to the plurality of resin films to the resin film; And performing a heat treatment process so that the resin film becomes a micro lens having a curvature around the pin (due to surface tension).
본 발명은 한 픽셀의 크기가 작아져, 각 픽셀위에 형성된 마이크로 렌즈의 곡률을 유지하기 어려워 빛을 집속하기 어렵게 되는 문제를 해결하기 위한 것으로, 각 픽셀위에 수지재료의 렌즈모양을 형성시킨 후, 열처리하여 렌즈모양을 형성시킬 때, 렌즈 상부에 핀 모양의 미세한 절연막을 접촉시켜게 하는 발명이다.The present invention is to solve the problem that the size of one pixel is small, it is difficult to maintain the curvature of the micro lens formed on each pixel, so that it is difficult to focus the light, and after forming a lens shape of the resin material on each pixel, In order to form a lens shape, the invention is an invention in which a pin-shaped fine insulating film is brought into contact with an upper portion of a lens.
이렇게 하면, 열처리시에 플로잉하는 각 픽셀위에 수지막을 표면장력으로 잡아주는 역할을 함으로써 이웃하는 수지막과의 응집작용을 막아 주기 때문에, 매우 곡률반경이 큰 작은 마이크로 렌즈를 형성시킬 수 있게 되어 빛을 효과적으로 포토다이오드에 집속시킬 수 있게 된다.This acts to hold the resin film with surface tension on each pixel that flows during heat treatment, thereby preventing cohesion with neighboring resin films, thereby making it possible to form small microlenses with a large curvature radius. Can be effectively focused on the photodiode.
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. .
도7a 내지 도7b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시모스 이미지센서 제조방법을 나타내는 단면도이다.7A to 7B 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 각 픽셀에 대응하는 포토다이오드와, 상부배선 구조를 형성한 후 평탄화막(32)를 형성하고, 칼라필터(34)를 형성하고, OCL막이라고 하는 평탄화막(35)을 형성한다.As shown in FIG. 7A, in the method of manufacturing the CMOS image sensor according to the present embodiment, after forming a photodiode corresponding to each pixel and an upper wiring structure, a
이어서 칼라필터(34)에 정렬되도록 마이크로 렌즈로 형성된 수지막(36a)을 형성한다. 이어서 각 수지막(36a)의 상부에 핀형태를 가지는 절연막을 각 수지막(36a)의 0.1um까지 접근시킨다.Subsequently, a
여기서 수지막은 모든 감광막 재료를 다 이용할 수 있다.Here, the resin film can use all the photosensitive film materials.
이어서 도7b에 도시된 바와 같이, 수지막(36a)을 열처리(250도 이하로 공정)하여 마이크로 렌즈(36)를 형성하게 된다.Subsequently, as shown in Fig. 7B, the
열처리시 온도가 상승하면서 수지막이 플로잉(flowing)되면서 솟아올라 상부의 핀에 접촉하게 된다. 상부의 핀과 접촉이 되면 표면장력에 의해 이웃하는 렌즈와의 접촉을 막을 수 있게 되는 것이다. As the temperature increases during the heat treatment, the resin film rises as it flows and contacts the upper fin. Contact with the upper pins prevents contact with neighboring lenses by surface tension.
핀모양의 절연막은 실리콘 웨이퍼 또는 유리기판을 사용한다. 또한 핀모양의 절연막은 실리콘기판에 실리콘산화막을 5000 ~ 5um정도 형성한 다음, 마이크로 렌 즈의 간격과 같은간격으로 선택적으로 식각하여 형성할 수 있다. 핀의 폭으 1.5um 이내가 되도록 한정한다.The pin-shaped insulating film uses a silicon wafer or a glass substrate. In addition, the pin-shaped insulating film may be formed by forming a silicon oxide film about 5000 ~ 5um on the silicon substrate, and then selectively etched at the same interval as the microlens interval. Limit the pin width to within 1.5um.
이때 온도를 떨어뜨리고 약 150도이하가 되도록하여 상부의 핀이 떨어지게 하면 원하는 모양의 곡률 반경이 작은 마이크로 렌즈를 만들 수 있게 되는 것이다.여기서 마이크로 렌즈의 제조를 중심으로 설명하였는데, 칼라필터와 포토다이오드와 다층의 금속배선 및 다층의 절연막을 형성하는 과정은 통상적인 공정과 같아서 생략한다.At this time, if the temperature is dropped to about 150 degrees or less so that the upper pin falls, it is possible to make a micro lens having a small radius of curvature of a desired shape. The process of forming a multi-layered metal wiring and a multi-layered insulating film is the same as a conventional process and is omitted.
도8은 본 발명의 시모스 이미지센서의 단면도이다.8 is a cross-sectional view of the CMOS image sensor of the present invention.
도8에 도시된 바와 같이, 곡률 반경이 큰 마이크로 렌즈로 인해 촛점(F)이 포토다이오드의 상부에 형성되고, 그로 인해 보다 많은 빛이 집광되는 것을 알 수 있다.As shown in Fig. 8, it can be seen that the focal point F is formed on the photodiode due to the microlens with a large radius of curvature, whereby more light is focused.
여기서 도면부호 39는 소자분리막, 31은 포토다이오드, 32는 층간절연막, 33은 금속배선을 나타낸다.
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.
본 발명에 의해서 고집적화되어, 하나의 픽셀의 크기가 작아지더라도 마이크 로 렌즈의 곡률을 원하는 정도로 형성할 수 있어 보다 많은 빛을 모을 수 있게 된다.Highly integrated by the present invention, even if the size of one pixel is small, the curvature of the micro lens can be formed to the desired degree, so that more light can be collected.
또한, 픽셀의 크기가 작아지더라도 이웃한 마이크로 렌즈와 달라붙는 현상을 제거하여, 이웃한 픽셀끼리 입사된 빛이 서로 간섭하는 현상이 사라지게 되어, 보다 선명한 이미지를 구현할 수 있게 된다.In addition, even if the size of the pixel is small, the phenomenon of sticking with the neighboring micro lenses is eliminated, and the phenomenon in which light incident between neighboring pixels interferes with each other disappears, thereby realizing a clearer image.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020050058726A KR20070003007A (en) | 2005-06-30 | 2005-06-30 | Method for fabricating cmos image sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020050058726A KR20070003007A (en) | 2005-06-30 | 2005-06-30 | Method for fabricating cmos image sensor |
Publications (1)
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KR20070003007A true KR20070003007A (en) | 2007-01-05 |
Family
ID=37869917
Family Applications (1)
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KR1020050058726A KR20070003007A (en) | 2005-06-30 | 2005-06-30 | Method for fabricating cmos image sensor |
Country Status (1)
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KR (1) | KR20070003007A (en) |
-
2005
- 2005-06-30 KR KR1020050058726A patent/KR20070003007A/en not_active Application Discontinuation
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