KR20070003013A - 시모스 이미지센서의 제조방법 - Google Patents

시모스 이미지센서의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마이크로 렌즈의 표면을 보호하기 위한 렌즈보호막(34)을 형성하는 데 어려움을 해결하기 위한 시모스 이미지센서의 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은 패드영역이 형성된 기판상에 패드용 막을 형성하는 단계; 상기 패드용 막상에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계; 상기 마이크로 렌즈를 덮기 위한 감광막 패턴을 형성하는 단계; 상기 감광막 패턴을 이용하여 상기 패드용 막을 제거하여 상기 패드영역을 노출시키는 단계; 및 상기 감광막 패턴을 애슁공정과 희석제를 이용하여 제거하는 단계를 포함하는 시모스 이미지센서의 제조방법을 제공한다.
시모스 이미지센서, 포토다이오드, 마이크로 렌즈.

Description

시모스 이미지센서의 제조방법{METHOD FOR FABRICATING CMOS IMAGE SENSOR}
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.
도5a 내지 도5d는 종래기술에 따른 이미지센서의 제조방법을 도시한 단면도.
도6a 내지 도6c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시모스 이미지센서의 제조방법을 나타내는 공정단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
40 : 기판 41 : 소자분리막
42 : 패드산화막 43 : 마이크로 렌즈
44 : 감광막 패턴
본 발명은 시모스 이미지센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 시모스 이미지센서의 마이크로 렌즈의 제조에 관한 발명이다.
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 모스트랜지 스터(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.
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.
도5a 내지 도5d는 종래기술에 따른 이미지센서의 제조방법을 도시한 단면도이다.
도5a에 도시된 바와 같이, 종래기술에 의한 이미지센서의 제조방법은 기판(30)에 패드영역(31)을 형성하고, 그 상부에 패드산화막(32)을 형성한다.
이어서 마이크로 렌즈(33)를 형성한다.
도5b에 도시된 바와 같이, 마이크로 렌즈(33)의 표면을 따라서 렌즈보호막(34)을 형성한다. 렌즈보호막(34)은 저온 실리콘산화막(low temperature oxide)을 이용한다.
이어서 도5c에 도시된 바와 같이, 마이크로 렌즈(34)을 덮기 위한 감광막 패턴(35)을 형성한다. 이어서 감광막 패턴(35)을 이용하여 패드영역(31)을 노출시키기 위해 오픈된 렌즈보호막(34) 및 패드산화막(32)을 제거한다.
이어서 도5d에 도시된 바와 같이, 감광막 패턴(35)을 제거한다.
이렇게 종래의 기술에서는 패드영역(31)을 오픈시키기 위해 감광막 패턴을 이용하여 공정을 진행하고, 감광막 패턴을 제거하는 공정중 마이크로 렌즈를 보호하여 주기 위해 렌즈 보호막을 형성하고 있다.
만약 렌즈보호막을 형성하지 않을 경우에는 패드영역의 오픈을 마이크로렌즈의 형성공정 이전에 할수밖에 없고, 이경우 패드영역의 금속이 포토공정중에 사용하는 현상기기에 의해 부식되는 문제가 발생하게 된다.
대부분 시모스 이미지센서의 제조공정에서는 이러한 부식문제를 감수하고 공정을 진행하고 있다.
따라서 전술한 렌즈보호막은 매우 필요한 막인 것이다.
한편, 최근 IMT2000 등 모바일(mobile) 제품에 이미지센서등이 탑제되기 시작하면서 종래에 이미지센서에 비해 동일 픽셀 갯수를 가지면서 제품의 사용전압이 낮고 칩의 크기가 작은 제품을 만드는 것이 요구되어, 0.5u급 기술에서 0.18u,0.13u 급 기술로 시모스 이미지센서를 만들고 있다.
이렇게 점차적으로 시모스 이미지센서가 고집적화됨에 따라 포토다이오드의 사이즈에 따라 빛을 집적하기 위해 사용하는 마이크로 렌즈의 크기가 작아지고, 또한 고집적소자를구현하기 위해 금속배선의 수가 늘어나게 되어 상대적으로 마이크로 렌즈의 두께는 작아지게 된다.
이러한 마이크로렌즈의 사이즈와 두께의 감소는 마이크로 렌즈의 형성공정후 표면보호를 위해 적용하는 렌즈보호막(34)의 두께를 균일하게 하기 매우 어려운 문제와, 파티클생성 억제의 어려움등의 문제가 나타난다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 마이크로 렌즈의 표면을 보호하기 위한 렌즈보호막(34)을 형성하는 데 어려움을 해결하기 위한 시모스 이미지센서의 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명은 패드영역이 형성된 기판상에 패드용 막을 형성하는 단계; 상기 패드용 막상에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계; 상기 마이크로 렌즈를 덮기 위한 감광막 패턴을 형성하는 단계; 상기 감광막 패턴을 이용하여 상기 패드용 막을 제거하여 상기 패드영역을 노출시키는 단계; 및 상기 감광막 패턴을 애슁공정과 희석제를 이용하여 제거하는 단계를 포함하는 시모스 이미지센서의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 시모스 이미지센서의 제조방법중 마이크로 렌즈의 표면을 보호하기 위해 적용하는 렌즈보호막 공정을 스킵하기 위해 마이크로 렌즈 공정후 패드 감광막 공정을 쇼타임 애슁(short time ashing)과 희석제(thinner)를 이용하는 발명이다.
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.
도6a 내지 도6c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시모스 이미지센서의 제조방법을 나타내는 공정단면도이다.
도6a에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 시모스 이미지센서의 제조방법 은 기판(40)에 패드영역(41)을 형성하고, 그 상부에 패드산화막(42)을 형성한다.
이어서 마이크로 렌즈(43)를 형성한다.
이어서 도6b에 도시된 바와 같이, 패드영역(41을 노출시키기 위한 감광막 패턴(44)을 형성한다.
이어서 감광막 패턴(44)을 이용하여 패드산화막(42)을 제거하여 패드영역(40)을 노출시킨다.
이어서 도6c에 도시된 바와 같이, 감광막 패턴(44)을 제거하는 데, 이 때 마이크로 렌즈에 가해지는 데미지를 줄이기 위해, 감광막 패턴(44) 제거공정을 쇼타임 애슁(short time ashing)과 희석제(thinner)를 이용한다.
패드영역(41)키고, 종래의 방법으로 감광막 패턴(44)을 제거하게 되면, 패드 식각과정에서 감광막 패턴(44)의 경화가 발생하여 잔류물 없이 감광막 패턴(44)을 제거하는 것이 불가능하다.
이러한 감광막 패턴(44)의 경화층 제거를 위해 본 발명에서는 쇼타임 애슁(short time ashing)을 선행할 경우, 희석제에 의한 감광막 패턴의 제거가 원활하게 진행되어 잔류물이 없는 상태에서 감광막 제거가 가능한 것이다.
이 때 애슁공정은 경화 감광막을 제거할 수 있는 시간과 감광막이 모두 제거되어 마이크로 렌즈가 데미지를 받는 시간사이로 설정하면되는데, 1 ~ 60초 사이로 하며, O2 애슁공정으로 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 패드영역을 분리하기 위함 감광막 패턴을 형성하고 제거하는 공정에서 마이크로 렌즈를 보호하기 위한 레즈보호막을 형성하지 않아도 되어 공정이 단순화된다. 또한 소자의 신뢰성이 확보되어 수율이 향상될 것이 기대된다.

Claims (3)

  1. 패드영역이 형성된 기판상에 패드용 막을 형성하는 단계;
    상기 패드용 막상에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계;
    상기 마이크로 렌즈를 덮기 위한 감광막 패턴을 형성하는 단계;
    상기 감광막 패턴을 이용하여 상기 패드용 막을 제거하여 상기 패드영역을 노출시키는 단계; 및
    상기 감광막 패턴을 애슁공정과 희석제를 이용하여 제거하는 단계
    를 포함하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 애슁공정은 1 ~ 60초 범위에서 진행하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 애슁공정은 O2 애슁공정으로 진행하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
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