KR20070003081A - 시모스 이미지센서의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 시모스 이미지센서의 소자와 소자간에 절단시 충격에도 깨짐현상이 발생하지 않게 하기 위해, 마이크로 렌즈 보호막과 그 하단의 막과의 접착력을 향상시킬 수 있는 시모스 이미지센서의 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은 기판상에 감광막을 이용하여 마이크로 렌즈를 형성하는 단계; 상기 마이크로 렌즈를 형성하는 과정까지 발생한 감광막 잔류물을 제거하기 위한 플라즈마 처리공정을 수행하는 단계; 및 상기 마이크로 렌즈를 보호하기 위한 보호막을 형성하는 단계를 포함하는 시모스 이미지센서의 제조방법을 제공한다.
시모스 이미지센서, 마이크로 렌즈, 어닐링, 동위원소.
Description
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.
도5는 종래기술에 따른 이미지센서의 제조방법을 도시한 단면도.
도6과 도7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시모스 이미지센서의 제조방법을 나타내는 공정단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
40 : 기판 41 : 소자분리막
42 : 소스영역 43 : 포토다이오드
44 : 게이트 패턴
본 발명은 시모스 이미지센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 시모스 이미지센서의 광특성 향상에 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.
도5는 종래기술에 따른 이미지센서의 제조방법을 도시한 단면도이다. 도5를 참조하여 종래기술에 대한 문제점을 살펴본다.
시모스 이미지센서는 광학영상을 전기적신호로 변환시켜는 반도체소자이기 때문에 빛을 받아 들이는 영역이 매우 중요하다.
광감도를 높이기 위해 전체 이미지센서 소자에서 광감지 부분의 면적이 차지하는 비율을 크게 하려는 노력을 진행하고 있으나, 근본적으로 로직회로 부분을 제거할 수 없기 때문에 제한된 면적하에서 이러한 노력을 진행하고 있으나, 한계가 있다.
따라서 광감도를 높이기 위하여 광감지 영역이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 변경하여 광감지부분으로 모아주는 집광기술이 등장하였는데, 이 기술이 마이크로 렌즈 기술이다.
또한 칼라이미지를 구현하기 위한 이미지센서는 외부로 부터의 빛을 받아 광전하를 생성 및 측적하는 광감지 부분의 상부에 칼라필터가 어레이 되어 잇다. 칼라필터 어레이는 일반적으로 레드, 그린, 블루의 3가지 칼라필터로 이루어진다.
이러한 마이크로 렌즈와 칼라필터는 감광막을 이용하여 형성하면 연한 막질 을 가지고 있다. 이는 후속 웨이퍼의 소자별 절단작업과 범핑(bumping) 과정에서 발생하는 파티클이 마이크로 렌즈의 달라부터 결함을 만들고, 그로 인해 수율이 떨어지게 된다.
또한 고온 다습한 환경에서 물성이 변하는 단점이 있어 마이크로 렌즈위에 산화막을 형성하여 보호하고 있는데, 칼라필터 공정과 마이크로 렌즈 공정 후 감광막 잔류물들이 패드 주위와 스크라이브 라인(scribe lane)에 남아 마이크로 렌즈와 그 보호막인 산화막과의 계면접착력을 약화시킨다.
이는 웨이퍼의 소자별 절단작업시 외부 충격에 의해 계면이 들떠 깨지는 단점을 발생시키고 있다.
도5에는 기판(10)상에 스크라이브 라인(11)과 페시베이션막(12)과 감광막으로 된 마이크로 렌즈(13)와, 그 보호막인 실리콘산화막(14)이 형성된 단면을 보여주고 있다.
도시된 받와 같이, 감광막의 잔류물(15)가 소자의 이웃한 영역가지 침투하여 제거되지 못한 상황에서 마이크로 렌즈 보호막인 실리콘산화막(14)이 형성되어 있다 따라서 실리콘삼화막(14)과 그 하부의 막과의 접착능력이 떨어져, 웨이퍼를 소자별로 절단하는 공정에서의 충격에 깨짐현상이 발생하는 문제점이 생기게 된다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 시모스 이미지센서의 소자와 소자간에 절단시 충격에도 깨짐현상이 발생하지 않게 하기 위해, 마이 크로 렌즈 보호막과 그 하단의 막과의 접착력을 향상시킬 수 있는 시모스 이미지센서의 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명은 기판상에 감광막을 이용하여 마이크로 렌즈를 형성하는 단계; 상기 마이크로 렌즈를 형성하는 과정까지 발생한 감광막 잔류물을 제거하기 위한 플라즈마 처리공정을 수행하는 단계; 및 상기 마이크로 렌즈를 보호하기 위한 보호막을 형성하는 단계를 포함하는 시모스 이미지센서의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 시모스 이미지센서의 마이크로 렌즈와 칼리필터를 보호하기 위한 형성되는 막과 그 하단의 막과의 계면접착능력을 향상시키기 위한 발명이다. 이를 위해 마이크로 렌즈와 칼리필터를 보호하기 위한 형성되는 막을 형성하기 전에 N2O 플라즈마로 표면 처리를 하여 칼라필터와 마이크로 렌즈를 형성하는 공정에서 발생했던 잔류물들을 제거하는 동시에 표면을 활성화시켜 보호막과 그 하단막과의 접착력을 향상시키게 된다.
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.
도6과 도7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시모스 이미지센서의 제조방법을 나타내는 공정단면도이다.
도6을 참조하여 살펴보면, 본 실시예에 따른 시모스 이미지센서의 제조방법은 기판(30)상에 스크라이브 라인(31)과 페시베이션막(32)을 형성한다.
페시베이션막(32)상에 감광막으로 된 마이크로 렌즈(32)가 형성된다. 여기서 도시하지는 않았지만 전술한 바와 같이, 마이크로 렌즈(32)의 하단에는 감광막으로 형성되는 칼라필터가 있게 된다.
이 때 스크라이브 라인(31)은 웨이퍼상에 있는 라인으로서, 제조가 끝난 웨이퍼를 소자별로 절단할 때 사용하기 위한 라인이다. 페시베이션막(32)은 시모스 이미지센서의 각층이 제조되고 난 이후에 하부층을 보호하기위하 상부에 형성하는 막이다.
이 상태에서 칼라필터와 마이크로 렌즈로 사용되는 감광막의 잔류물이 웨이퍼의 각 영역에 있게 되는데, 이를 제거하기 위해 N2O 플라즈마 처리를 하여 감광막의 잔류물을 제거하는 공정을 진행한다.
플라즈마 처리는 100 ~ 250도 범위에서 유량은 10 ~ 10000sccm을 사용하며, 압력은 0.01 ~ 100Torr내에서 처리한다. 또한 N2O 플라즈마 처리외에 O2,Ar, N2,H2와 같은 불활성 가스를 섞어서 사용할 수 있다. 플라즈마 처리공정시의 장비는 PE-CVD, HDP-CVD, ICP-CVD와 같은 장비를 사용하여 처리하게 된다.
이 때 하는 플라즈마 처리로 인해 감광막 잔류물도 제거될 뿐 아니라, 표면이 활성화되는 효과도 생기게 된다.
플라즈마 처리로 인해 감광막 잔류물이 제거되고, 표면이 활성화된 상태에서 도7에 도시된 바와 같이, 마이크로 렌즈를 보호하기 위한 산화막(34)을 형성한다.
플라즈마 처리후 진공을 유지한 상태에서 수초내지 수분내(1초 ~ 10분)에서 마이크로 렌즈를 보호하기 위한 산화막(34)을 형성하여야 본 발명의 효과가 극대화된다.
따라서 플라즈마 처리를 한 후 동일 챔버에서 후속 산화막 공정을 진행하거나 진공을 유지한 상태에서 인접 챔버로 옮겨 후속 산화막을 형성시키게 된다.
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 의한 플라즈마 처리에 의해 마이크로 렌즈, 칼라필터를 형성하는 과정에서 생긴 감광막 잔류막들이 제거되어, 마이크로 렌즈보호막이 그 하단의 막들과 접착력이 향상되어 웨이퍼의 절단 작업시 보호막이 깨지는 현상이 방지되어 수율이 증가될 수 있다.
Claims (7)
- 기판상에 감광막을 이용하여 마이크로 렌즈를 형성하는 단계;상기 마이크로 렌즈를 형성하는 과정까지 발생한 감광막 잔류물을 제거하기 위한 플라즈마 처리공정을 수행하는 단계; 및상기 마이크로 렌즈를 보호하기 위한 보호막을 형성하는 단계를 포함하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 마이크로 렌즈를 형성하기 전에 감광막으로 칼라필터를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 플라즈마 처리공정은N2O 플라즈마 처리로 진행하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 플라즈마 처리는100 ~ 250도 범위에서 유량은 10 ~ 10000sccm을 사용하며, 압력은 0.01 ~ 100Torr내에서 처리하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 플라즈마 처리 공정은O2,Ar, N2,H2와 같은 불활성 가스를 섞어서 처리하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 플라즈마 처리공정은PE-CVD, HDP-CVD 또는 ICP-CVD중에서 선택된 장비를 사용하여처리하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 플라즈마 처리공정을 수행하는 단계와, 상기 마이크로 렌즈를 보호하기 위한 보호막을 형성하는 단계는 동일 챔버에서 진행하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |