KR20090046413A

KR20090046413A - 이미지센서 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20090046413A
Application number: KR1020070112546A
Authority: KR
Inventors: 박소은
Original assignee: 주식회사 동부하이텍
Priority date: 2007-11-06
Filing date: 2007-11-06
Publication date: 2009-05-11
Also published as: CN101431089A; US7709286B2; US20090115015A1

Abstract

실시예에 따른 이미지센서는 기판상 소자분리영역에 의해 정의된 활성영역; 상기 활성영역에 형성된 포토다이오드와 로직부; 상기 포토다이오드 상측에 트렌치를 포함하면서 상기 포토다이오드와 로직부 상에 형성된 제1 보호막; 및 상기 트렌치에 형성된 제2 보호막;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이미지센서, 댕글링본드(Dangling bond), 이미지 특성

Description

이미지센서 및 그 제조방법{Image Sensor and Method for Manufacturing thereof}

실시예는 이미지센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 이미지 센서(Image sensor)는 광학적 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로써, 크게 전하결합소자(charge coupled device: CCD)와 씨모스(CMOS; Complementary Metal Oxide Silicon) 이미지 센서(Image Sensor)(CIS)로 구분된다.

씨모스 이미지 센서는 단위 화소 내에 포토 다이오드와 모스 트랜지스터를 형성시킴으로써 스위칭 방식으로 각 단위 화소의 전기적 신호를 순차적으로 검출하여 영상을 구현한다.

종래기술에 의한 CIS소자는 빛 신호를 받아서 전기 신호로 바꾸어 주는 포토다이오드(Photo Diode) 영역(미도시)과, 이 전기 신호를 처리하는 트랜지스터 영역(미도시)으로 구분할 수 있다.

한편, 종래기술에 의하면 포토다이오드와 기판 계면에서 댕글링본드(Dangling bond)가 발생하여 이미지 특성을 저해하는 문제가 있었다.

실시예는 PD(Photo Diode) 상측의 보호막(passivation layer)을 이용하여 이미지센서 두께(thickness)의 변화없이 기판표면의 리키지소스(leakage source)를 개선할 수 있는 이미지센서 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.

또한, 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법은 기판상에 소자분리영역에 의해 활성영역을 정의하는 단계; 상기 활성영역에 포토다이오드와 로직부를 형성하는 단계; 상기 포토다이오드와 로직부 상에 제1 보호막을 형성하는 단계; 상기 포토다이오드 상측의 제1 보호막을 선택적으로 제거하여 트렌치를 형성하는 단계; 및 상기 트렌치를 메우는 제2 보호막을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

실시예에 따른 이미지센서 및 그 제조방법에 의하면, 보호막(prassivation layer)막을 포토다이오드(PD)와 가깝고 두껍게 형성시켜 후에 어닐링(Anneal)공정 진행 시 수소이온(H+)으로 인해 PD표면의 리키지소스(leakage source)들을 감소시켜 암전류(dark current)를 줄일 수 있다.

또한, 실시예에 의하면 보호막, 예를 들어 질화막은 반사방지막으로도 사용되어 지고 있어 일거양득의 효과를 얻을 수 있다.

또한, 실시예에 의하면 산화막을 PD주변만 RIE 등에 의해 식각함으로써 보호막은 두껍게 형성하면서 PD 위로부터 탑(Top) 까지의 두께(thickness)는 유지할 수 있다.

또한, 실시예에 의하면 PD주변에 컨택(contact)을 형성시켜 위에서 들어오는 빛을 PD로 모아 주는 효과를 얻을 수 있다.

이하, 실시예에 따른 이미지센서 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

실시예의 설명에 있어서, 각 층의 "상/아래(on/under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상/아래는 직접(directly)와 또는 다른 층을 개재하여(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.

실시예의 설명에 있어서 씨모스이미지센서(CIS)에 대한 구조의 도면을 이용하여 설명하나, 본 발명은 씨모스이미지센서에 한정되는 것이 아니며, CCD 이미지센서 등 모든 이미지센서에 적용이 가능하다.

(실시예)

도 1은 실시예에 따른 이미지센서의 단면도이다.

실시예에 따른 이미지센서는 기판(110)상 소자분리영역(130)에 의해 정의된 활성영역; 상기 활성영역에 형성된 포토다이오드(120)와 로직부(150); 상기 포토다 이오드(120) 상측에 트렌치(T)(도 2 참조)를 포함하면서 상기 포토다이오드(120)와 로직부(150) 상에 형성된 제1 보호막(161); 및 상기 트렌치(T)에 형성된 제2 보호막(162);을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 보호막(161)은 상기 로직부의 탑메탈(155) 상에 형성될 수 있다.

상기 제2 보호막(162)은 상기 트렌치와 상기 제1 보호막(161) 상에 형성될 수 있다.

상기 로직부는 트랜지스터(미도시), 컨택플러그와 메탈라인을 포함할 수 있다.

실시예에 따른 이미지센서에 의하면, 제2 보호막(prassivation layer)막(162)을 포토다이오드(PD)(120)와 가깝고 두껍게 형성시켜 후에 어닐링(Anneal)공정 진행 시 수소이온(H+)으로 인해 PD표면의 리키지소스(leakage source)들을 감소시켜 암전류(dark current)를 줄일 수 있다. 즉, 제2 보호막(162)인 SiN을 형성하기 위해 수소이온(H+)을 주입하는데, 이러한 수소이온이 PD표면의 리키지소스(leakage source)들을 감소시켜 암전류(dark current)를 줄일 수 있다.

또한, 실시예는 상기 소자분리막(130) 상에 더미컨택(250)을 더 형성할 수 있다. 상기 더미컨택(250)은 픽셀의 경계인 소자분리막(130) 상에 형성됨으로써 픽셀 간의 크로스토크(Crosstalk)를 방지함으로써 포토다이오드(120)에 빛을 모아 줄수 있다.

도 2 내지 도 3은 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법의 공정단면도이다.

우선, 도 2와 같이 기판(110)상에 소자분리영역(130)에 의해 활성영역을 정 의한다.

이후, 상기 활성영역에 포토다이오드(120)와 로직부(150)를 형성한다. 상기 로직부(150)는 트랜지스터(미도시), 컨택플러그와 메탈라인을 포함할 수 있다.

이때, 실시예는 상기 소자분리막(130) 상에 더미컨택(250)을 더 형성할 수 있다. 상기 더미컨택(250)은 픽셀의 경계인 소자분리막(130) 상에 형성됨으로써 픽셀 간의 크로스토크(Crosstalk)를 방지함으로써 포토다이오드(120)에 빛을 모아 줄수 있다.

다음으로, 상기 포토다이오드(120)와 로직부(150) 상에 층간절연층(140)을 형성한다.

다음으로, 상기 층간절연층(140)에 메탈배선 또는 컨택플러그를 형성하고 제1 보호막(161)을 형성한다. 상기 제1 보호막(161)은 산화막일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 보호막(161)은 탑메탈(155)을 포함한 기판 전면에 형성된다.

상기 포토다이오드 상측의 제1 보호막(161)을 선택적으로 제거하여 트렌치(T)를 형성한다.

이후, 도 3과 같이 상기 트렌치(T)를 메우는 제2 보호막(162)을 형성한다. 상기 제2 보호막(162)은 질화막, 예를 들어 SiN일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 로직부는 탑메탈(155)을 포함할 수 있으며, 상기 제2 보호막(162)은 상기 트렌치(T)와 상기 제1 보호막(161) 상에 형성될 수 있다.

즉, 도 2와 같이 산화막 등에 의한 제1 보호막(161)을 증착(DEP)하고 CMP 후에 PD(120)보다 조금 크게 다파인(define)된 MASK(미도시)를 이용하여 마스킹(MASKING) 하고 RIE 등에 의해 PD(120) 위의 제1 보호막(161)을 없애고, 질화막(SiN) 등에 의한 제2 보호막(162)을 증착(DEP)하여 채워준다. 그렇게 하면 H+가 다량 함유된 제2 보호막(162)이 PD와 가까워지면서 후 어닐링(Anneal)공정에서 H+로 인한 Si 기판 표면에서의 댕글링본드(Dangling bond)를 상쇄시켜주는 역할을 하게 된다.

그로 인해 암전류(dark source)들을 감소시키는 효과를 얻을 수 있게 된다.

또한, 제2 보호막(162)인 질화막 등은 두께(Thickness)를 조절하면 반사방지막(Anti-reflection)막으로도 사용되어 지기 때문에 감도를 개선시키는 효과도 동시에 만들 수 있게 된다.

또한, 실시예는 PD의 감도를 향상시키기 위해 컨택(contact)(미도시)을 PD주변에 형성시켜 줌으로써 빛을 모아 주는 효과도 얻고자 한다.

즉, 최근 점점 작아지는 픽셀피치(pixel pitch)로 인하여 수광부가 작아지면서 필팩터( fillfactor)가 줄어들고 있어 빛을 최대한 모아주고 포커싱(focusing)하는 것은 중요한 문제이다.

그러므로 실시예에 따라 PD주변에 컨택(contact)을 형성시켜 위에서 들어오는 빛을 PD로 모아 주는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은 기재된 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 청구항의 권리범위에 속하는 범위 안에서 다양한 다른 실시예가 가능하다.

도 1은 실시예에 따른 이미지센서의 단면도.

도 2 내지 도 3은 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법의 공정단면도.

Claims

기판상 소자분리영역에 의해 정의된 활성영역;

상기 활성영역에 형성된 포토다이오드와 로직부;

상기 포토다이오드 상측에 트렌치를 포함하면서 상기 포토다이오드와 로직부 상에 형성된 제1 보호막; 및

상기 트렌치에 형성된 제2 보호막;을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서.
제1 항에 있어서,

상기 제1 보호막은

상기 로직부의 탑메탈 상에 형성된 것을 특징으로 하는 이미지센서.
제1 항에 있어서,

상기 제2 보호막은,

상기 트렌치와 상기 제1 보호막 상에 형성된 것을 특징으로 하는 이미지센서.
제1 항 내지 제3 항 중 어느 하나의 항에 있어서,

상기 소자분리막 상에 형성된 더미컨택을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서.
기판상에 소자분리영역에 의해 활성영역을 정의하는 단계;

상기 활성영역에 포토다이오드와 로직부를 형성하는 단계;

상기 포토다이오드와 로직부 상에 제1 보호막을 형성하는 단계;

상기 포토다이오드 상측의 제1 보호막을 선택적으로 제거하여 트렌치를 형성하는 단계; 및

상기 트렌치를 메우는 제2 보호막을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
제5 항에 있어서,

상기 로직부는

탑메탈을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
제5 항에 있어서,

상기 제2 보호막을 형성하는 단계는,

상기 트렌치와 상기 제1 보호막 상에 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
제5 항 내지 제7 항 중 어느 하나의 항에 있어서,

상기 포토다이오드와 로직부를 형성하는 단계 후에,

상기 소자분리막 상에 더미컨택을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.