KR20070051456A - 시모스 이미지센서에서 외부 회로부의 광차단막을 형성방법 - Google Patents
시모스 이미지센서에서 외부 회로부의 광차단막을 형성방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 시모스(CMOS:Complementary MOS) 이미지센서에서 광차단막의 형성 방법에 관한 것으로, 픽셀 어레이부 및 외부 회로부를 포함하는 시모스(CMOS) 이미지센서의 제조 공정에 있어, 상기 외부 회로부에 포토레지스트를 증착하는 것으로 광차단막을 형성한 후 컬러필터를 형성하는 것을 특징으로 하는 시모스(CMOS) 이미지센서의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면 시모스 이미지센서 외부 회로부의 광차단막 형성 시 발생하는 단차를 줄일 수 있어 센서의 광특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 별도의 금속층 및 별도의 금속층간절연막 추가를 위한 공정을 생략할 수 있어 공정의 단순화 및 제품 수율의 향상과 원가 감소의 장점이 있게 된다.
시모스 이미지센서, 광차단막, 포토레지스트
Description
도1은 종래의 시모스 이미지센서 제조방법을 도시한 것이다.
도2는 종래의 시모스 이미지센서에 형성된 광차단막을 도시한 것이다.
도3 내지 도6은 본 발명에 의한 광차단막을 포함하는 시모스 이미지센서를 도시한 것이다.
도면 부호에 대한 설명
31, 41, 51, 61: 하부 평탄층
32, 42, 52, 62: 컬러필터
33, 43, 53, 63: 상부 평탄층
34, 44, 54, 64: 광차단막
본 발명은 시모스(CMOS:Complementary MOS) 이미지센서에서 광차단막의 형성 방법에 관한 것으로 특히, 픽셀 어레이부 이외의 지역으로 입사하는 빛을 차단하는 막의 형성에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지센서라 함은 광학 영상(optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체소자로서, 시모스 이미지센서는 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소수 만큼의 MOS 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.
종래의 일반적인 시모스 이미지센서의 제조방법을 도1을 참조하여 설명한다. 기판(0)위에 소자간의 전기적인 절연을 위하여 필드산화막을 형성한 후, 폴리실리콘과 텅스텐 실리사이드막을 연속적으로 도포하고 패턴닝함으로써 게이트 전극을 형성한다.(도1에 필드산화막과 게이트 전극은 도시되어 있지 않다.)
이후, 적절한 이온주입 공정을 진행하여 포토다이오드(1)로 구성된 수광영역을 형성하고 트랜지스터의 소오스/드레인 및 센싱노드(미도시)를 형성하기 위한 이온주입을 실시한다.
결과물상에 층간절연막(2)과 금속배선(3)을 차례로 형성한다. 금속배선(3)을 여러 개 사용하는 경우에는 금속배선 사이에 금속층간절연막을 형성하고 최종 금속배선 상부에 페시베이션막(4)을 형성하는데 도1에서는 하나의 금속배선을 사용하는 경우를 도시하였다. 따라서, 도1에서는 금속배선(3)을 형성한 후, 금속배선(3) 상부에 곧바로 페시베이션막(4)을 형성하여 일반 시모스 로직 프로세스를 완료하였다.
이후에, 컬러 이미지 구현을 위한 컬러필터(5) 형성공정을 진행한다.
컬러필터(5)가 형성되면 그 단차에 의해 평탄도가 불량해지므로 일종의 감광 막인 오버코팅레이어(OCL:Over Coating Layer) (6)를 이용하여 평탄화 공정을 진행한다. 이와 같은 평탄화공정 이후에 광 집속율을 증가시키기 위해 마이크로렌즈(7)를 형성한다.
한편, 도2의 시모스 이미지센서에서는 소자분리를 위한 필드산화막(111)이 형성된 기판(110) 상에 픽셀 어레이부에는 단위화소(116)들이 형성되어 있고, 외부 회로부에는 주변회로를 구성하는 트랜지스터들이 형성되어 있다. 그리고, 이 상부에는 산화막 또는 도핑된 산화막이 적층된 층간절연막(117), 제1금속배선(118), 제1 금속층간절연막(119) 및 제2금속배선(120)이 차례로 적층 형성되어 있다. 제2금속배선(120) 상부에는 광차단막으로서의 금속층을 형성하기 위하여 제2 금속층간절연막(121)이 형성되어 있고 그 상부에 광차단막인 금속층(122)이 형성된다. 특히 외부 회로부에 입사하는 빛은 회로부에 오동작을 야기할 수 있다. 따라서, 외부 회로부는 금속층을 사용하여 입사광을 차단한다. 금속층(122)은 소자의 어떠한 배선을 구성하는 것이 아니고 광감지영역 이외의 주변회로 영역으로 광이 입사되는 것을 막는 광차단을 위한 것이다.
그리고, 보호층 상에는 픽셀 어레이부에 컬러필더(RED, GREEN, BLUE)가 어레이되어 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 종래에는 회로설계에 사용되지 않는 별도의 최상부 금속층을 사용하여 픽셀 어레이부 이외의 지역으로 입사하는 빛을 차단하는 광차단층으로 사용하였다. 그러나, 이러한 최상부 금속층을 이용한 광차단은 별도의 금속층(122)과 별도의 금속층간절연막(121)이 추가되어야 하므로 공정수가 증가 하여 제품의 수율을 저하시킬 뿐만 아니라 원가 또한 상승하는 단점이 있었다.
특히, 추가 금속배선 및 절연막을 구비하여야 하므로 단차가 커지는 문제가 발생한다. 단차가 커질수록 픽셀내의 포토다이오드의 시야각이 좁아지고, 크로스토크 문제가 발생하여 광특성은 열화된다.
또한, 금속층을 사용하는 경우 노이즈 소스로서 금속배선에 의한 난반사가 이미지에 영향을 미칠 수 있다.
본 발명은 시모스 이미지센서에서 외부 회로부의 광차단막 형성으로 인한 단차를 줄이는 것을 목적으로 한다.
또한, 광차단막 형성 공정을 단순화하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 시모스 이미지센서 외부 회로부의 광차단 물질로서 포토레지스트를 사용한다. 상기 포토레지스트는 검정색 물질로 구체적으로 I-라인용 포토레지스트를 사용하게 되며, I-라인의 경우는 노볼락 계열의 포토레지스트를 사용한다. 포토레지스트의 증착을 위해서는 가장 일반적인 방법으로서 스핀 코팅이 사용될 수 있다.
본 발명에서는 시모스 이미지센서의 외부 회로부에 광차단막을 형성하는 방법으로서, 기판 상에 포토다이오드 및 트랜지스터를 포함하는 픽셀 어레이를 형성한 다음, 층간절연막과 금속배선을 차례로 형성하여 회로를 형성하고, 컬러필터를 형성하는 공정이 진행한다.
상기 회로는 픽셀 어레이 및 그 외부 영역에 형성되어, 픽셀 어레이 외부 영역에 외부 회로부가 형성된다. 컬러필터 증착을 위해서는 평탄층이 필요하다. 이후에, 컬러 이미지 구현을 위한 세 가지 종류의 컬러필터 형성공정을 진행하는데 컬러필터는 통상 염색된 포토레지스트를 이용하여 형성한다. 컬러필터(5)가 형성되면 그 단차에 의해 평탄도가 불량해지므로 일종의 감광막인 오버코팅레이어(OCL:Over Coating Layer)를 이용하여 평탄화 공정을 진행한다. 컬러필터 하부에 형성되는 평탄층을 하부 평탄층, 그 상부에 형성되는 평탄층을 상부 평탄층이라 한다.
도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.
도3은 본 발명은 일 실시예로서, 픽셀 어레이부에는 컬러필터 증착을 위한 하부 평탄화층(31)을 형성하고, 외부 회로부에는 포토레지스트를 증착하므로써 광차단막(34)을 형성한다. 다음으로, 픽셀 어레이부 및 외부 회로부에 걸쳐 컬러필터(32) 및 상부 평탄화층(33)을 형성한다. 이때 광차단막(34)은 하부 평탄층(31)과 동일한 두께이며, 외부 회로부에는 하부 평탄층(31)이 존재하지 않게 된다.
도4는 본 발명의 다른 실시예로, 픽셀 어레이부 및 외부 회로부를 포함하는 시모스 이미지센서의 제조 공정에 있어, 상기 픽셀 어레이부에 컬러필터(42)를 형성한 후 상기 외부 회로부에 포토레지스트를 증착하는 것으로 광차단막(44)을 형성하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법을 도시한 것이다. 구체적으로, 픽셀 어레이 및 회로를 형성한 다음, 픽셀 어레이부 및 외부 회로부에 걸쳐 하부 평탄층(41)을 증착시킨다. 그런다음, 픽셀 어레이부에는 컬러필터(42)를 형성하고, 외부 회로부에는 컬러필터(42)와 동일한 두께의 광차단막(44)을 형성한다. 이어서, 픽셀 어레이부 및 외부 회로부에 걸쳐 상부 평탄층(43)을 형성한다. 이때 외부 회로부에는 컬러필터(42)가 존재하지 않게 된다.
한편, 도5에서와 같이 상기 광차단막(54)이 컬러필터(52) 및 상부 평탄화층(53)과 동일한 두께로 형성될 경우에는 외부 회로부에 상부 평탄화층(53)이 존재하지 않는다.
도6은 본 발명은 또 다른 실시예로, 픽셀 어레이부 및 외부 회로부를 포함하는 시모스 이미지센서의 제조 공정에 있어, 상기 외부 회로부에 포토레지스트를 증착하는 것으로 광차단막(64)을 형성하고, 상기 픽셀 어레이부에 컬러필터(62)를 형성한 다음, 다시 상기 외부 회로부에 포토레지스트를 증착하여 광차단막(64)을 형성하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법을 제공한다. 구체적으로, 픽셀 어레이 및 회로를 형성한 후 픽셀 어레이부에는 하부 평탄층(61)을, 외부 회로부에는 상기 하부 평탄층(61)과 동일한 두께로 포토레지스트를 증착하여 광차단막(64)을 형성한다. 다음으로 픽셀 어레이부에 컬러필터(62)를 형성하고, 외부 회로부에는 포토레지스트를 증착하여 광차단막(64)을 형성한다. 그리고, 픽셀 어레이부에 상기 광차단막(64)의 높이까지 상부 평탄층(63)을 형성하므로써 상기 광차단막(64)은 컬러필터(62) 및 상, 하부 평탄화층(61, 63)과 동일한 두께로 형성되며, 외부 회로부에는 상, 하부 평탄화층(61, 63)이 존재하지 않게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의한 외부 회로부의 광차단막은 픽셀 어레이부의 하부 평탄층, 컬러필터, 컬러필터 및 상부 평탄층 또는 컬러필터 및 그 상, 하부 평탄층과 동일한 두께로 형성될 수 있다. 그러므로, 본 발명에서는 광차단막으 로 인해 별도로 추가되는 층이 없어 시모스 이미지센서의 단차를 현저히 줄일 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 광차단막 형성은 픽셀 어레이부의 컬러필터 공정 전후의 단일공정 또는 두 번에 걸친 포토레지스트의 증착으로 달성될 수 있는 것이어서 공정상으로도 유리한 효과를 가져오게 된다.
본 발명에 의해 외부 회로부의 광차단막을 형성할 경우, 금속배선을 이용할 때의 추가 금속 및 그에 따른 절연층을 생략할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면 시모스 이미지센서 외부 회로부의 광차단막 형성 시 발생하는 단차를 줄일 수 있어 센서의 광특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 광차단 물질의 증착으로 광차단막을 형성하는 것은 별도의 금속층 및 별도의 금속층간절연막 추가를 위한 공정을 생략할 수 있어 공정의 단순화 및 제품 수율의 향상과 원가 감소의 장점이 있다.
Claims (8)
- 픽셀 어레이부 및 외부 회로부를 포함하는 시모스(CMOS) 이미지센서의 제조 공정에 있어, 상기 외부 회로부에 포토레지스트를 증착하는 것으로 광차단막을 형성한 후 컬러필터를 형성하는 것을 특징으로 하는 시모스(CMOS) 이미지센서의 제조방법.
- 제 1 항에서, 상기 광차단막은 상기 픽셀 어레이부에 형성되는 하부 평탄층과 동일한 두께인 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
- 픽셀 어레이부 및 외부 회로부를 포함하는 시모스 이미지센서의 제조 공정에 있어, 상기 픽셀 어레이부에 컬러필터를 형성한 후 상기 외부 회로부에 포토레지스트를 증착하는 것으로 광차단막을 형성하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
- 제 3 항에서, 하부 평탄층을 형성한 후 상기 컬러필터 및 상기 광차단막을 형성하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
- 제 4 항에서, 상기 광차단막은 컬러필터와 동일한 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
- 제 4 항에서, 상기 광차단막은 컬러필터 및 상기 컬러필터 상에 형성되는 상부 평탄층과 동일한 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
- 픽셀 어레이부 및 외부 회로부를 포함하는 시모스 이미지센서의 제조 공정에 있어, 상기 외부 회로부에 포토레지스트를 증착하는 것으로 광차단막을 형성하고, 상기 픽셀 어레이부에 컬러필터를 형성한 다음, 다시 상기 외부 회로부에 포토레지스트를 증착하여 광차단막을 형성하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
- 제 7 항에서, 상기 컬러필터의 하층 및 상층에는 각각 하부 평탄층 및 상부 평탄층이 형성되어, 상기 광차단막은 상기 하부 평탄층, 컬러필터 및 상부 평탄층 과 동일한 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
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