KR20090068578A - 씨모스 이미지 센서 소자의 제조 방법 - Google Patents

씨모스 이미지 센서 소자의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20090068578A
KR20090068578A KR1020070136255A KR20070136255A KR20090068578A KR 20090068578 A KR20090068578 A KR 20090068578A KR 1020070136255 A KR1020070136255 A KR 1020070136255A KR 20070136255 A KR20070136255 A KR 20070136255A KR 20090068578 A KR20090068578 A KR 20090068578A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
wave guide
film
pattern
planarization
forming
Prior art date
Application number
KR1020070136255A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100935757B1 (ko
Inventor
황상일
Original Assignee
주식회사 동부하이텍
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 동부하이텍 filed Critical 주식회사 동부하이텍
Priority to KR1020070136255A priority Critical patent/KR100935757B1/ko
Publication of KR20090068578A publication Critical patent/KR20090068578A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100935757B1 publication Critical patent/KR100935757B1/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14683Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14685Process for coatings or optical elements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625Optical elements or arrangements associated with the device

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

본 발명은 씨모스 이미지 센서(CIS) 소자의 제조 방법에 관한 것으로, ML과 포토 다이오드 사이에 웨이브 가이드를 형성할 경우, 하부에 질화막을 포함하여 굴절률이 높은 산화막 중 하나가 매립되도록 하고 그 상부에 플래너 타입의 PR을 매립되도록 함으로써, CIS 소자의 감도를 최적화시켜 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.
CIS, 웨이브 가이드, 질화막, 산화막

Description

씨모스 이미지 센서 소자의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING CMOS IMAGE SENSOR DEVICE}
본 발명은 픽셀 어레이를 형성하기 위한 씨모스 이미지 센서(CMOS Image Sensor, 이하, CIS라 함) 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
주지된 바와 같이 이미지 센서는 1차원 또는 2차원 이상의 광학 정보를 전기적 신호로 변환하는 장치로서, 크게 촬상관과 고체 촬상 소자로 분류된다. 여기서, 촬상관은 텔레비전을 중심으로 하여 화상처리기술을 구사하는 계측, 제어, 인식 등의 분야에서 널리 상용되면서 그 응용 기술이 발전된다.
그리고, 이미지 센서는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor, 이하, MOS라 함)형과 CCD(Charge Coupled Device, 이하 CCD라 함)형의 2종류가 있다.
이중, CCD형의 이미지 센서는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 커패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 커패시터에 저장되고 이송되는 소자이다.
반면, CMOS형 이미지 센서는 반도체의 CMOS 공정을 적용하여 하나의 단위 화 소에 하나의 포토다이오드와 3개 또는 4개 등의 단위 화소 구동을 위한 트랜지스터를 포함한다. CMOS 이미지 센서는 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여, 화소 수만큼 구동을 위한 MOS 트랜지스터를 만들고, 이것을 이용하여 차례차례 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용한 소자이다.
이러한 다양한 이미지 센서를 제조함에 있어서, 이미지 센서의 감광도(Photo sensitivity)를 증가시키기 위한 노력들이 진행되고 있으며, 그 중 하나가 집광 기술이다. 예컨대, CMOS 이미지 센서는 빛을 감지하는 포토다이오드를 포함하는 복수의 픽셀을 포함하는 픽셀 어레이(Pixel array)와, 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 CMOS 로직회로로 구성되어 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 외부 렌즈의 광 굴절에 의해 픽셀 어레이(Pixel Array, 이하, PA라 함)로 입사하는 광의 경로를 도시한 모식도이다. 도 1을 참조하면, 각각 마이크로 렌즈(Micro Lens, 이하, ML이라 함)를 갖는 복수의 단위 픽셀을 포함하는 PA가 제공되며, 그 상부에서 외부로부터 제공되는 빛을 포커싱(Focusing)하는 외부 렌즈(L)가 제공된다. 구체적으로, 이미지 센서는 그 제작 공정이 완료된 후, 패키지(Package) 공정 등을 거치고 그 상부에 외부 렌즈(L)가 부착된다.
또한, 도 2는 종래 기술에 따른 픽셀 어레이 외각의 일부 영역을 도시한 단면도로서, 집광에 직접 관련된 종래 CIS 소자의 주요 구조부분이 도시되어 있다.
즉, 도 2를 참조하면, 반도체 기판(10) 내에 형성된 필드 산화막(11)과, 필드 산화막(11) 사이의 기판(10) 내에 형성된 적어도 하나 이상의 포토다이오드(12) 와, 필드 산화막(11) 및 포토다이오드(12) 상부를 층간 절연하는 다층의 층간절연막(13)과, 층간절연막(13) 상부에 형성된 패시베이션막(14)과, 칼라필터 어레이(미도시)를 포함한 평탄화막(15) 및 각각의 포토다이오드(12)에 대응되도록 평탄화막(15) 상에 형성된 ML(16)를 포함한다.
그러나, 상기한 도 2에 도시된 바와 같이 동작되는 종래 기술에 따르면, 도 1에서와 같이 외부 렌즈(L)로 들어오는 빛이 PA에 인접한 ML(16) 간의 스페이스 영역으로 경사각을 갖고 입사되는 경우 빛이 원치 않는 다른 인접한 포토다이오드(12)로 입사되어 간섭현상을 일으키게 된다.
이는, 외부 렌즈(L)를 통해 인접한 ML(16) 간의 스페이스 영역으로 입사되는 빛이 사선으로도 입사되기 때문에 이미지 센서의 간섭현상(Crosstalk) 및 격자무늬 노이즈 등의 문제점을 유발하게 된다.
이런 이유로 도 3a에 도시된 바와 같이 빛이 렌즈를 통과하여 다이오드에 이르는 통로를 식각하여 굴절률이 높은 물질로 매립하여 웨이브 가이드를 형성하는 기술이 널리 알려져 있지만, 도 3b에 도시된 바와 같이 그 깊이가 2.5㎛이상 되어 매립하기 어려운 깊이이기에 섬세한 기술이 요구된다. 예컨대, 플래너 타입의 일반 감광막(Photo Resist, PR)으로 매립하려면 일부 장비한계(PR을 도포하는 용량의 한계)로 인하여 1.5㎛이상 매립하기가 어렵다는 문제점이 있다.
이에, 본 발명의 기술적 과제는 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, ML과 포토 다이오드 사이에 웨이브 가이드를 형성할 경우, 하부에 질화막을 포함하여 굴절률이 높은 산화막 중 하나가 매립되도록 하고 그 상부에 플래너 타입의 PR을 매립되도록 하는 CIS 소자의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 CIS 소자의 제조 방법은, 반도체 기판에 포토 다이오드를 포함하는 로직 부분 상부에 제1,2메탈 배선을 형성한 다음에, 웨이브 가이드(wave guide)를 위한 감광막(PR) 패턴을 형성하는 단계와, 형성된 PR 패턴을 마스크로 식각하여 제1웨이브 가이드 영역을 형성하고, 형성된 제1웨이브 가이드 영역에 절연막을 매립한 다음에 평탄화 공정을 수행하는 단계와, 평탄화 공정을 수행한 상태에서, 제3메탈 배선을 형성하고 웨이브 가이드(wave guide)를 위한 PR 패턴을 형성하고, 형성된 PR 패턴을 마스크로 식각하여 제2웨이브 가이드 영역을 형성하는 단계와, 형성된 제2웨이브 가이드 영역에 플래너 타입의 PR을 매립한 다음에 평탄화 공정을 수행하고, 패시베이션막과 칼라필터 어레이를 포함한 평탄화막 및 각각의 포토다이오드에 대응되도록 평탄화막 상에 마이크로 렌즈(ML)를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 절연막은, 층간절연 질화막(PMD)과 층간절연 산화막(ILD) 보다 굴절률이 큰 막인 것을 특징으로 한다.
상기 굴절률이 큰 막은, SiOxN1-x와 SiCxN1-x 의 산화막 중 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 평탄화 공정 각각은, CMP(Chemical Mechanical Polishing) 방식으로 진행하는 것을 특징으로 한다.
상기 PR 패턴 각각은, 어싱(Ashing) 및 클리닝(Cleaning) 공정으로 제거하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 ML과 포토 다이오드 사이에 웨이브 가이드를 형성할 경우, 하부에 질화막을 포함하여 굴절률이 높은 산화막 중 하나가 매립되도록 하고 그 상부에 플래너 타입의 PR을 매립되도록 함으로써, CIS 소자의 감도를 최적화시켜 제품의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 CIS 소자의 제조 방법에 대한 각 공정별 수직 단면도이다.
즉, 반도체 기판에 포토 다이오드(401)를 포함하는 로직 부분 상부에 널리 알리어진 반도체 메탈 형성을 위한 공정 과정을 통해 제1메탈 배선(403)과 제2메탈 배선(405)까지 순차적으로 형성한 다음에, 웨이브 가이드(wave guide) 형성을 위한 PR 패턴(407)을 형성하고, 이 형성된 PR 패턴(407)을 마스크로 식각하여 일 예로 도 4a에 도시된 바와 같이 제1웨이브 가이드 영역(409)을 형성한다. 여기서, PR 패턴(407)은 어싱(Ashing) 및 클리닝(Cleaning) 공정을 진행하여 제거하는 것이 바람직하다.
다음으로, 형성된 제1웨이브 가이드 영역(409)에 질화막과 산화막 중 굴절률이 높은 막을 매립한 다음에 평탄화 공정인 CMP(Chemical Mechanical Polishing, 이하, CMP라 함)를 진행하여 일 예로, 도 4b에 도시된 바와 같이 평탄화된 질화막 또는 산화막(411)을 형성한 후 널리 알리어진 반도체 메탈 형성을 위한 후속 공정을 진행한다. 이때, 질화막과 산화막은 층간 절연(Pre Metal Dielectric layer, PMD) 질화막과 층간절연 산화막(ILD) 보다 굴절률이 큰 막(일 예로, SiOxN1-x와 SiCxN1-x 의 산화막 중 하나)으로 매립하는 것이 바람직하다.
다음에, 반도체 메탈 형성을 위한 공정 과정을 통해 제3메탈 배선(413)을 형성한 다음에, 웨이브 가이드(wave guide) 형성을 위한 PR 패턴(415)을 형성하고, 이 형성된 PR 패턴(415)을 마스크로 식각하여 일 예로 도 4c에 도시된 바와 같이 제2웨이브 가이드 영역(417)을 형성한다. 여기서, PR 패턴(415)은 어싱(Ashing) 및 클리닝(Cleaning) 공정을 진행하여 제거하는 것이 바람직하다.
다음으로, 형성된 제2웨이브 가이드 영역(417)에 플래너 타입의 PR을 매립한 다음에 평탄화 공정인 CMP를 진행하여 일 예로, 도 4d에 도시된 바와 같이 평탄화된 PR(419)을 형성한 후 널리 알리어진 반도체 메탈 형성을 위한 후속 공정을 진행한다.
마지막으로, 도 4e에 도시된 바와 같이 평탄화된 PR(419)을 포함하는 제3메탈 배선(413) 상부에 패시베이션막(421)과, 빨강(red), 녹색(green), 파랑(blue)의 칼라필터 어레이를 포함한 평탄화막(423) 및 각각의 포토다이오드(401)에 대응되도록 평탄화막(423) 상에 ML(425)을 형성한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 ML(425)과 포토 다이오드(401) 사이에 웨이브 가이드를 형성할 경우, 하부에 질화막을 포함하여 굴절률이 높은 산화막 중 하나가 매립되도록 하고 그 상부에 플래너 타입의 PR을 매립되도록 함으로써, CIS 소자의 감도를 최적화시켜 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 외부 렌즈의 광 굴절에 의해 픽셀 어레이(Pixel Array, 이하, PA라 함)로 입사하는 광의 경로를 도시한 모식도,
도 2는 종래 기술에 따른 픽셀 어레이 외각의 일부 영역을 도시한 단면도,
도 3a는 종래 기술에 따른 굴절률이 높은 물질로 매립하여 웨이브 가이드를 형성한 도면,
도 3b는 종래 기술에 따른 웨이브 가이드에 깊이가 2.5㎛이상 되어 매립하기 어려운 상황을 도시한 도면,
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 CIS 소자의 제조 방법에 대한 각 공정별 수직 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
401 : 포토 다이오드 403 : 제1메탈 배선
405 : 제2메탈 배선 407, 415 : PR 패턴
409 : 제1웨이브 가이드 영역 411 : 질화막 또는 산화막
413 : 제3메탈 배선 417 : 제2웨이브 가이드 영역
419 : 평탄화된 PR 421 : 패시베이션막
423 : 평탄화막 425 : ML

Claims (5)

  1. 반도체 기판에 포토 다이오드를 포함하는 로직 부분 상부에 제1,2메탈 배선을 형성한 다음에, 웨이브 가이드(wave guide)를 위한 감광막(PR) 패턴을 형성하는 단계와,
    상기 형성된 PR 패턴을 마스크로 식각하여 제1웨이브 가이드 영역을 형성하고, 상기 형성된 제1웨이브 가이드 영역에 절연막을 매립한 다음에 평탄화 공정을 수행하는 단계와,
    상기 평탄화 공정을 수행한 상태에서, 제3메탈 배선을 형성하고 웨이브 가이드(wave guide)를 위한 PR 패턴을 형성하고, 상기 형성된 PR 패턴을 마스크로 식각하여 제2웨이브 가이드 영역을 형성하는 단계와,
    상기 형성된 제2웨이브 가이드 영역에 플래너 타입의 PR을 매립한 다음에 평탄화 공정을 수행하고, 패시베이션막과 칼라필터 어레이를 포함한 평탄화막 및 각각의 포토다이오드에 대응되도록 평탄화막 상에 마이크로 렌즈(ML)를 형성하는 단계
    를 포함하는 CIS 소자의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연막은, 층간절연 질화막(PMD)과 층간절연 산화막(ILD) 보다 굴절률 이 큰 막인 것을 특징으로 하는 CIS 소자의 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 굴절률이 큰 막은, SiOxN1-x와 SiCxN1-x 의 산화막 중 하나인 것을 특징으로 하는 CIS 소자의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 평탄화 공정 각각은, CMP(Chemical Mechanical Polishing) 방식으로 진행하는 것을 특징으로 하는 CIS 소자의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 PR 패턴 각각은, 어싱(Ashing) 및 클리닝(Cleaning) 공정으로 제거하는 것을 특징으로 하는 CIS 소자의 제조 방법.
KR1020070136255A 2007-12-24 2007-12-24 씨모스 이미지 센서 소자의 제조 방법 KR100935757B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070136255A KR100935757B1 (ko) 2007-12-24 2007-12-24 씨모스 이미지 센서 소자의 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070136255A KR100935757B1 (ko) 2007-12-24 2007-12-24 씨모스 이미지 센서 소자의 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090068578A true KR20090068578A (ko) 2009-06-29
KR100935757B1 KR100935757B1 (ko) 2010-01-06

Family

ID=40995955

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070136255A KR100935757B1 (ko) 2007-12-24 2007-12-24 씨모스 이미지 센서 소자의 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100935757B1 (ko)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06120471A (ja) * 1992-10-06 1994-04-28 Sony Corp 固体撮像素子およびその製造方法
KR20000044581A (ko) * 1998-12-30 2000-07-15 김영환 높은 광감도를 갖는 이미지센서
KR100807214B1 (ko) * 2005-02-14 2008-03-03 삼성전자주식회사 향상된 감도를 갖는 이미지 센서 및 그 제조 방법
KR100717277B1 (ko) * 2005-03-07 2007-05-15 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 그 형성 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR100935757B1 (ko) 2010-01-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2009252949A (ja) 固体撮像装置及びその製造方法
JP2008235689A (ja) 固体撮像素子およびその製造方法、電子情報機器
KR20090025818A (ko) 이미지 센서 및 그의 제조방법
KR100937662B1 (ko) 이미지 센서 및 그 제조 방법
US20070152286A1 (en) CMOS Image Sensor and Method for Manufacturing the Same
JP2006191108A (ja) Cmosイメージセンサー及びその製造方法
JP2006294765A (ja) 固体撮像装置及びその製造方法
JP2008160104A (ja) イメージセンサ及びその製造方法
KR100937657B1 (ko) 이미지 센서 및 그 제조 방법
US8716054B2 (en) Image sensor and method for fabricating the same
JP2004319896A (ja) 固体撮像装置及びその製造方法
KR100935757B1 (ko) 씨모스 이미지 센서 소자의 제조 방법
KR20090039015A (ko) 씨모스 이미지 센서 제조 방법
KR100817710B1 (ko) 입사광의 파장에 따라 마이크로렌즈의 곡률반경을 달리한시모스 이미지센서 및 그 제조방법
KR20010059316A (ko) 광감도 개선을 위한 이미지센서 및 그 제조방법
KR20060114448A (ko) 시모스 이미지센서 및 그 제조방법
KR100897814B1 (ko) 반도체 소자와 그의 제조방법
KR100875179B1 (ko) 이미지 센서 제조 방법
CN106847847B (zh) 前照式图像传感器的形成方法
KR100788354B1 (ko) 반도체 소자의 보호막, 이를 사용한 이미지 센서, 및 이를사용한 이미지 센서의 제조방법
KR20100079177A (ko) 씨모스 이미지 센서 및 그 제조 방법
KR20060077075A (ko) 시모스 이미지센서 및 그의 제조방법
KR100658931B1 (ko) 시모스 이미지센서 및 그의 제조방법
KR100866254B1 (ko) 이미지 센서 및 그 제조 방법
KR100902583B1 (ko) 씨모스 이미지 센서 및 그 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee