KR20070087858A - Ｃｍｏｓ 이미지 센서의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 CMOS(Complementary Metal Oxide Silicon) 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것으로, 수광 소자가 형성된 기판 상에 소자 보호막과 금속 배선을 형성하는 단계와; 상기 금속 배선 상에 내부 마이크로렌즈(inner microlens)를 형성하는 단계와; 상기 내부 마이크로렌즈 상에 층간 절연막을 도포하고, 컬러 필터(color filter)를 형성하는 단계와; 상기 컬러 필터 상에 평탄화 층(planarization layer)과 PR(photo resist)로 구성되는 외부 마이크로렌즈(outer microlens)를 형성하는 단계를 포함하며, 특히, 내부 마이크로렌즈는 돔(dome) 형태의 PR 상에 외부막을 증착하여 형성되는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서의 제조 방법에 의해서, 내부 마이크로렌즈의 곡률 반경을 정확하고 일정하게 유지하고, 내부 마이크로렌즈의 형성을 용이하게 하는 동시에, 효율적인 집광이 가능하게 한다. 아울러, CMOS 이미지 센서의 제조 공정이 단순해짐으로써, 제품 수율을 높이고, 제조 비용을 절감하는 효과가 있다.
CMOS, 이미지 센서, 내부 마이크로렌즈
Description
도 1a 내지 도 1g는 종래기술에 의한 CMOS 이미지 센서의 제조 방법을 나타낸 단면도이다.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 일 실시예에 의한 CMOS 이미지 센서의 제조 방법을 나타낸 단면도이다.
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 내부 마이크로렌즈(inner microlens)를 포함하는 CMOS(Complementary Metal Oxide Silicon) 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것이다.
이하, 도 1a 내지 도 1g를 참조하여, 종래기술에 의한 CMOS 이미지 센서의 제조 방법을 설명한다. 도 1a 내지 도 1e는 논리 영역(logic block)과 수광 소자 등이 형성된 기판에서 외부 마이크로렌즈(outer microlens)를 형성하기까지의 과정에 관한 것이다.
먼저, 도 1a는 포토 다이오드(photo diode)와 같은 수광 소자(110)가 형성되 어 있는 기판(100) 상에 소자 보호막(120)을 도포한 상태를 나타낸다. 이어서, 도 1b에서는 알루미늄 금속층(미도시)을 도포하고, 사진 및 식각 공정에 의해 알루미늄 배선(130)을 형성하고, 그 위에 층간 절연막(intermetallic dielectric, 140)을 도포한다.
그 다음, 도 1c에서는 내부 마이크로렌즈를 형성하기 위하여 Si3N4 층(150) 또는 SiO2 층(150)을 증착한다. 그리고, 도 1c에는 도시되어 있지 않지만, Si3N4 층(150) 또는 SiO2 층(150) 위에 PR(photo resist)를 도포하고, 사진 공정 및 열처리 공정(thermal reflow)에 의해 돔(dome) 형태를 만들어 낸다.
그 다음, 이방성 식각(anisotropic etching)에 의해 수직 방향으로만 식각을 진행한다. 그러면, PR이 없는 부분의 Si3N4 층(150) 또는 SiO2 층(150)은 물론, PR까지 다 제거될 때까지 식각하면 도 1d에서 보듯이 Si3N4 또는 SiO2로 구성되는 돔 형태의 내부 마이크로렌즈(155)가 형성된다.
그리고, 도 1e에서와 같이 내부 마이크로렌즈(155) 상에 산화막(160)을 형성하고. 도 1f에서 처럼 산화막(160) 위에 컬러 필터(color filter, 170)와 평탄화 층(planarization layer, 180)을 형성한다.
마지막으로, 도 1g에서는 평탄화 층(180) 상에 사진 공정에 의하여 외부 마이크로렌즈(190)을 형성한다.
이러한 CMOS 이미지 센서는 센서의 특성상 마이크로렌즈를 통한 효율적인 집 광이 이미지 센서의 품질에 상당한 영향을 미치게 된다. 효율적인 집광을 위해서는 렌즈의 곡률 반경이 일정하게 형성하여 초점이 수광 소자에 일정하게 유지되어야 한다. 그러나, 상술한 바와 같이 종래의 CMOS 이미지 센서는 내부 마이크로 렌즈의 형성시에 사진 공정이 아닌 이방성 식각을 이용하므로, 내부 마이크로렌즈의 곡률 반경을 일정하게 맞추기가 매우 어렵다는 문제점이 있다. 아울러, 내부 마이크로렌즈를 형성하는 공정도 매우 복잡하다. 따라서, 제품의 수율에도 큰 영향을 미치며, 내부 마이크로렌즈를 사용하는 CMOS 이미지 센서의 제조 비용 역시 상승하는 문제점이 있다.
본 발명은 CMOS 이미지 센서에 사용되는 내부 마이크로렌즈의 곡률 반경을 정확하고 용이하게 형성함과 동시에 효율적인 집광이 가능하도록 함을 목적으로 한다. 아울러, 내부 마이크로 렌즈를 형성하는 공정을 간단하게 하고, CMOS 이미지 센서의 수율을 높이고, 제조 비용을 절감하는 것을 목적으로 한다.
이러한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 수광 소자가 형성된 기판 상에 소자 보호막을 형성하는 단계와; 상기 소자 보호막 상에 금속 배선을 형성하는 단계와; 상기 금속 배선 상에 내부 마이크로렌즈를 형성하고, 산화막을 도포하는 단계와; 상기 산화막 상에 사진 공정에 의하여 컬러 필터를 형성하는 단계와; 상기 컬러 필터 상에 평탄화 층을 형성하고, 사진 공정 및 열처리 공정에 의해 외부 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하는, CMOS 이미지 센서의 제조 방법을 제 공한다. 여기서, 상기 내부 마이크로렌즈는 사진 공정 및 열처리 공정에 의해 형성된 돔 형태의 PR 상에 외부막을 증착하여 형성되는 것을 특징으로 한다. 그리고, 상기 외부막은 Si3N4 또는 SiO2로 구성되는 것이 바람직하다. 아울러, 상기 외부막은 Si3N4는 저압 화학기상증착 방식으로 증착하고, SiO2는 저온 산화막증착 방식으로 증착하는 것이 바람직하다. 한편, CMOS 이미지 센서의 제조 방법으로서, 수광 소자가 형성된 기판 상에 소자 보호막을 도포하는 단계와; 상기 소자 보호막 상에 알루미늄층을 도포한 후, 선택 식각하여 금속 배선을 형성하는 단계와; 상기 금속 배선 상에 층간 절연막을 도포하는 단계와; 상기 층간 절연막 상에 PR을 도포한 후, 사진 공정 및 열처리 공정에 의해 돔 형태의 PR을 형성하고, 외부막을 증착하여 내부 마이크로렌즈를 형성하는 단계와; 상기 내부 마이크로렌즈 상에 산화막을 도포하는 단계와; 상기 산화막 상에 사진 공정에 의하여 컬러 필터를 형성하는 단계와; 상기 컬러 필터 상에 평탄화 층을 형성하는 단계와; 상기 평탄화 층 상에 PR을 도포한 후, 사진 공정 및 열처리 공정에 의하여 외부 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 아울러, 상기 외부막은 Si3N4 또는 SiO2로 구성되는 것이 바람직하다. 게다가, 상기 외부막은 Si3N4는 저압 화학기상증착 방식으로 증착하고, SiO2는 저온 산화막증착 방식으로 증착하는 것이 바람직하다.
이하, 도 2a 내지 도 2f를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 CMOS 이미지 센서의 제조 방법을 설명한다. 도 2a 내지 도 2f에서는 CMOS 이미지 센서내의 하나의 픽셀 영역(pixel)에 대해서만 도시되어 있다.
도 2a는 논리 영역에 논리 회로가 형성되고, 픽셀 영역(pixel block)에 포토 다이오드와 같은 수광 소자(210)가 이미 형성된 기판(200) 상에 소자 보호막(220)이 형성된 상태를 나타낸다. 소자 보호막은 Si02와 같은 산화막이다.
도 2b는 소자 보호막(220) 상에 금속 배선을 형성한 상태를 나타내는 것으로서, 알루미늄 금속층(미도시)을 도포한 후, 사진 및 식각 공정에 의해 금속 배선(230)과 층간 절연막(240)이 형성되어 있다. 이러한 금속 배선은 알루미늄으로도 가능하나, 필요에 따라 다마신 공정(damascene process)을 이용한 구리 배선으로도 형성할 수 있다.
도 2c는 종래 기술과 달리 층간 절연막(240) 상에 PR 층(photo resist layer, 미도시)을 도포한 후, 사진 공정 및 열처리 공정 의해 돔 형태의 PR(250)을 형성하고, 그 위에 외부막(255)을 얇게 증착하여 내부 마이크로렌즈(260)를 형성한다. 여기서, PR은 이후에 형성할 외부 마이크로렌즈와 동일한 것을 사용하며, 사진 공정 및 열처리 공정에 의하여 돔 형태를 형성하므로, 곡률 반경이 정확하고 일정하게 유지되게 할 수 있다. 이때 열처리 공정의 온도, 시간 등에 의하여 곡률을 조절할 수 있다.
그리고, 외부막(255)은 돔 형태의 PR(250)의 일정한 형태를 유지하고, 보호하는 역할을 하며, Si3N4 또는 SiO2로 구성한다. 그리고 외부막(255)이 Si3N4일 경우에는 저압 화학기상증착 방식으로 증착하고, SiO2일 경우에는 저온 산화막증착 (low temperature deposition of oxide; LTO) 방식으로 증착하는 것이 바람직하다. 저압 화학기상증착 방식은 상압 보다는 낮은 압력에서 화학 반응에 의한 확산으로 증착하는 것이고, 저온 산화막증착 방식은 저압 화학기상증착 방식을 이용하되 400 내지 450 (℃)의 비교적 저온에서 산화막을 증착하는 방식이다. 이와 같은 방식을 사용하는 이유는 고온에서는 돔 형태의 PR(250)이 제대로 보호되지 못할 우려가 있기 때문이다. 아울러, 돔 형태의 PR(250) 상에 종래에 내부 마이크로렌즈 형성에 사용되는 Si3N4 또는 SiO2으로된 외부막(255)을 얇게 형성함으로써, 계면 반사율을 최소화 시키는 효과도 가지게 된다.
이러한 내부 마이크로 렌즈(260)를 사용하는 이유는 CMOS 이미지 센서의 소형화로 인해 개개의 픽셀 영역에서 발생한 광전하가 인접합 픽셀 영역으로 침투함으로써 정확한 이미지 재현을 방해하는 누화 현상(cross talk)을 억제하기 위해 사용된다. 따라서, 내부 마이크로렌즈(260)를 통해 가급적이면 수광 소자(210)로 들어가는 빛이 수직이 되도록 유도한다.
이와 같이, 종래기술의 공정이 사진 공정, 식각 공정, 열처리 공정 등으로 매우 복잡한 반면, 본 발명에서는 사진 공정, 열처리 공정 등으로 공정이 간단해 진다.
그 다음 도 2d에서는 내부 마이크로렌즈(260) 상에 산화막(270)을 도포한 상태를 나타낸다. 산화막(270)은 내부 마이크로렌즈(260)를 보호한다.
이후 공정은 도 2e 내지 도 2f에서 보듯이 일반적인 CMOS 이미지 센서의 제 조 방법과 동일하다. 도 2e에서는 사진 공정에 의해 컬러 필터(280)를 형성하고, 그 위에 평탄화 층(290)을 형성한 상태를 나타낸다. 이어서, 도 2f는 평탄화 층(290) 상에 PR 층(미도시)을 도포하고, 사진 공정 및 열처리 공정에 의하여 외부 마이크로렌즈(300)을 형성한 상태를 나타낸다.
이와 같이, 본 발명에 의한 내부 마이크로렌즈를 이용하는 CMOS 이미지 센서에서 내부 마이크로렌즈를 좀 더 정확하고, 용이하게 제조하여 제품의 수율 향상과 비용 절감에 매우 유리하다.
본 발명에 따르면, 내부 마이크로렌즈를 사용하는 CMOS 이미지 센서에서 내부 마이크로렌즈를 PR을 열처리 공정에 의해 형성함으로써, 내부 마이크로렌즈의 곡률 반경을 정확하고 일정하게 유지하고, 내부 마이크로렌즈의 형성을 용이하게 하는 동시에, 효율적인 집광이 가능하게 한다. 또한, CMOS 이미지 센서의 제조 공정이 단순해짐으로써, 제품 수율을 높이고, 제조 비용을 절감하는 효과가 있다.
Claims (7)
- CMOS 이미지 센서의 제조 방법으로서,수광 소자가 형성된 기판 상에 소자 보호막을 형성하는 단계와;상기 소자 보호막 상에 금속 배선을 형성하는 단계와;상기 금속 배선 상에 내부 마이크로렌즈를 형성하고, 산화막을 도포하는 단계와;상기 산화막 상에 사진 공정에 의하여 컬러 필터를 형성하는 단계와;상기 컬러 필터 상에 평탄화 층을 형성하고, 사진 공정 및 열처리 공정에 의해 외부 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하는, CMOS 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 1 항에서,상기 내부 마이크로렌즈는 사진 공정 및 열처리 공정에 의해 돔 형태의 PR을 형성한 후, 상기 돔 형태의 PR 상에 외부막을 증착하여 형성되는 것을 특징으로 하는, CMOS 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 2 항에서,상기 외부막은 Si3N4 또는 SiO2로 구성되는 것을 특징으로 하는, CMOS 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 3 항에서,상기 외부막은 Si3N4는 저압 화학기상증착 방식으로 증착하고, SiO2는 저온 산화막증착 방식으로 증착하는 것을 특징으로 하는, CMOS 이미지 센서의 제조 방법.
- CMOS 이미지 센서의 제조 방법으로서,수광 소자가 형성된 기판 상에 소자 보호막을 도포하는 단계와;상기 소자 보호막 상에 알루미늄층을 도포한 후, 선택 식각하여 금속 배선을 형성하는 단계와;상기 금속 배선 상에 층간 절연막을 도포하는 단계와;상기 층간 절연막 상에 PR을 도포한 후, 사진 공정 및 열처리 공정에 의해 돔 형태의 PR을 형성하고, 외부막을 증착하여 내부 마이크로렌즈를 형성하는 단계와;상기 내부 마이크로렌즈 상에 산화막을 도포하는 단계와;상기 산화막 상에 사진 공정에 의하여 컬러 필터를 형성하는 단계와;상기 컬러 필터 상에 평탄화 층을 형성하는 단계와;상기 평탄화 층 상에 PR을 도포한 후, 사진 공정 및 열처리 공정에 의하여 외부 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 CMOS 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 5 항에서,상기 외부막은 Si3N4 또는 SiO2로 구성되는 것을 특징으로 하는, CMOS 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 6 항에서,상기 외부막은 Si3N4는 저압 화학기상증착 방식으로 증착하고, SiO2는 저온 산화막증착 방식으로 증착하는 것을 특징으로 하는, CMOS 이미지 센서의 제조 방법.
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