KR20100076247A - 이미지센서 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른 이미지센서는, 픽셀부 및 주변부를 포함하는 반도체 기판; 상기 반도체 기판 상에 형성되고 상기 픽셀부와 연결되는 금속배선 및 상기 주변부와 연결되는 패드를 포함하는 층간절연층; 상기 픽셀부에 대응하는 상기 층간절연층 상에 형성된 이미지 감지부; 상기 이미지 감지부 상에 형성된 보호층; 상기 보호층 상에 형성된 컬러필터; 상기 컬러필터 상에 형성된 평탄화층; 상기 평탄화층 상에 형성된 마이크로 렌즈; 및 상기 패드가 노출되도록 상기 주변부의 층간절연층에 형성된 패드오픈홀을 포함한다.
이미지센서, 마이크로렌즈, 패드
Description
실시예는 이미지센서에 관한 것이다.
이미지 센서는 광학적 영상(Optical Image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 크게 전하결합소자(charge coupled device:CCD) 이미지 센서와 씨모스(Complementary Metal Oxide Silicon:CMOS) 이미지 센서(CIS)로 구분된다.
씨모스 이미지 센서는 빛 신호를 받아서 전기신호로 바꾸어 주는 포토다이오드(Photo diode) 영역과 이 전기 신호를 처리하는 트랜지스터 영역이 수평으로 배치되는 구조이다.
상기와 같은 수평형 이미지 센서에서 금속배선을 형성하고 소자를 외부의 수분 및 스크래치로 부터 보호하기 위하여 TR(Thermal resin) 또는 TEOS와 같은 보호막을 형성하고 패드(pad) 오픈 공정을 수행한 다음 상기 보호막 상에 컬러필터 및 마이크로 렌즈를 형성하게 된다.
한편, 상기와 같은 수평형 이미지 센서는 포토다이오드 영역과 트랜지스터 영역이 반도체 기판에 수평으로 배치되어 제한된 면적 하에서 광감지 부분(이를 통 상 "Fill Factor"라고 한다)을 확장시키는데에 한계가 있다.
이를 극복하기 위한 대안 중 하나로 포토다이오드를 비정질 실리콘(amorphous Si)으로 증착하거나, 웨이퍼 대 웨이퍼 본딩(Wafer-to-Wafer Bonding) 등의 방법으로 회로영역(Circuitry)은 실리콘 기판(Si Substrate)에 형성시키고, 포토다이오드는 리드아웃 서킷 상부에 형성시키는 시도(이하 "3차원 이미지센서"라고 칭함)가 이루어지고 있다. 포토다이오드와 회로영역은 배선(Metal line)을 통해 연결된다.
이러한 3차원 이미지센서에서 전기적 특성을 테스트하는 영역인 패드 영역에 TR 또는 TEOS을 보호막으로 사용하게 되면 광특성을 저하시키는 문제가 있다. 이것은 포토다이오드 상에 보호막 형성 후 패드를 오픈시킬 때 발생하는 플라즈마 데미지에 의하여 TR 또는 TEOS의 레지듀(residue)가 광특성을 억제시키는 역할을 하기 때문이다.
이러한 이유로 패드영역에 남는 TR 또는 TEOS를 완전히 제거해주여야 하는데 상기 패드 영역의 측벽에 남는 레지듀는 완전히 제거하기가 불가능한 문제가 있다.
더욱이 상기 레지듀를 제거하기 위하여 애싱(Ashing) 공정을 강화하여 측벽에 남는 레지듀를 제거하게 되면 상기 패드가 손상되거나 마이크로 렌즈의 형태가 변형되는 문제가 있다.
실시예에서는 수직형 포토다이오드를 채용하면서 패드영역의 보호층을 완전히 제거함과 동시에 패드의 손상을 방지할 수 있는 이미지센서 및 그 제조방법을 제공한다.
실시예에 따른 이미지센서는, 픽셀부 및 주변부를 포함하는 반도체 기판; 상기 반도체 기판 상에 형성되고 상기 픽셀부와 연결되는 금속배선 및 상기 주변부와 연결되는 패드를 포함하는 층간절연층; 상기 픽셀부에 대응하는 상기 층간절연층 상에 형성된 이미지 감지부; 상기 이미지 감지부 상에 형성된 보호층; 상기 보호층 상에 형성된 컬러필터; 상기 컬러필터 상에 형성된 평탄화층; 상기 평탄화층 상에 형성된 마이크로 렌즈; 및 상기 패드가 노출되도록 상기 주변부의 층간절연층에 형성된 패드오픈홀을 포함한다.
실시예에 따른 이미지센서의 제조방법은, 반도체 기판 상에 리드아웃 회로를 포함하는 픽셀부 및 로직회로를 포함하는 주변부를 형성하는 단계; 상기 반도체 기판 상에 상기 픽셀부와 연결되는 금속배선 및 상기 주변부와 연결되는 패드를 포함하는 층간절연층을 형성하는 단계; 상기 픽셀부에 대응하는 상기 층간절연층 상에 이미지 감지부를 형성하는 단계; 상기 패드가 노출되도록 상기 층간절연층에 패드 오픈홀을 형성하는 단계; 상기 이미지 감지부 및 패드 오픈홀이 형성된 층간절연층의 표면을 따라 보호층을 형성하는 단계; 상기 픽셀부에 대응하는 상기 보호층 상 에 컬러필터를 형성하는 단계; 상기 컬러필터 상에 평탄화층을 형성하는 단계; 상기 평탄화층 상에 형성된 마이크로 렌즈를 형성하는 단계; 및 상기 주변부의 패드가 노출되도록 상기 보호층에 대한 식각공정을 진행하는 단계를 포함한다.
실시예에 따른 이미지센서 및 그 제조방법에 의하면, 리드아웃 회로 상에 포토다이오드가 형성되어 필팩터를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 포토다이오드 및 패드영역 상부에 저온 산화막으로 형성된 보호층이 형성되어 컬러필터 형성 시 상기 패드가 손상 또는 오염되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 패드 상부의 상기 보호층을 레지듀없이 오나전히 제거함으로써 프루브(probe)에 영향을 주지 않게 되어 수율(yield) 및 신뢰성(reliability)을 향상시킬 수 있다.
실시예에 따른 이미지센서 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
실시예의 설명에 있어서, 각 층의 "상/위(on/over)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상/위(on/over)는 직접(directly)와 또는 다른 층을 개재하여(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으 로 반영하는 것은 아니다.
실시예는 씨모스 이미지센서에 한정되는 것이 아니며, CCD 이미지센서 등 포토다이오드가 필요한 모든 이미지센서에 적용이 가능하다.
도 11은 실시예에 따른 이미지센서를 도시한 단면도이다.
실시예에 따른 이미지센서는, 픽셀부(A) 및 주변부(B)를 포함하는 반도체 기판(100); 상기 반도체 기판(100) 상에 형성되고 상기 픽셀부(A)와 연결되는 금속배선(150) 및 상기 주변부(B)와 연결되는 패드(170)를 포함하는 층간절연층(160); 상기 픽셀부(A)에 대응하는 상기 층간절연층(160) 상에 형성된 이미지 감지부(200); 상기 이미지 감지부(200) 상에 형성된 보호 패턴(255); 상기 보호 패턴(255) 상에 형성된 컬러필터(260); 상기 컬러필터(260) 상에 형성된 평탄화층(275); 상기 평탄화층(275) 상에 형성된 마이크로 렌즈(280); 및 상기 패드가 노출되도록 상기 주변부(B)의 층간절연층(160)에 형성된 패드오픈홀(180)을 포함한다.
상기 보호 패턴(255)은 100~200Å의 두께를 갖는 저온 산화막으로 형성될 수 있다.
도 11의 도면부호 중 미설명 부호는 이하 제조방법에서 설명하기로 한다.
이하, 도 1 내지 도 11을 참조하여, 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법을 설명한다.
도 1을 참조하여, 반도체 기판(100) 상에 배선(150) 및 층간절연층(160)이 형성된다.
상기 반도체 기판(100)은 단결정 또는 다결정의 실리콘 기판이며, p형 불순 물 또는 n형 불순물이 도핑된 기판일 수 있다. 상기 반도체 기판(100)에 소자분리막(110)을 형성하여 액티브영역을 정의하고, 상기 액티브영역에 트랜지스터를 포함하는 리드아웃 회로(120)를 형성한다. 예를 들어, 리드아웃 회로(120)는 트랜스퍼트랜지스터(Tx)(121), 리셋트랜지스터(Rx)(123), 드라이브트랜지스터(Dx)(125), 셀렉트트랜지스터(Sx)(127)를 포함하여 형성할 수 있다. 이후, 플로팅디퓨젼영역(FD)(131) 및 상기 각 트랜지스터에 대한 소스/드레인영역(133, 135, 137)을 포함하는 이온주입영역(130)을 형성할 수 있다. 한편 상기 리드아웃 회로(120)은 3Tr 또는 5Tr 구조에도 적용가능하다.
상기 반도체 기판(100)에 리드아웃 회로(120)를 형성하는 단계는 상기 반도체 기판(100)에 전기접합영역(140)을 형성하는 단계 및 상기 전기접합영역(140) 상부에 상기 배선(150)과 연결되는 제1 도전형 연결영역(147)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 전기접합영역(140)은 PN 졍션(junction)(140) 일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 전기접합영역(140)은 제2 도전형 웰(141) 또는 제2 도전형 에피층 상에 형성된 제1 도전형 이온주입층(143), 상기 제1 도전형 이온주입층(143) 상에 형성된 제2 도전형 이온주입층(145)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 PN 졍션(junction)(140)은 도 1과 같이 P0(145)/N-(143)/P-(141) Junction 일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 반도체 기판(100)은 제2 도전형으로 도전되어 있을 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 의하면 트랜스퍼 트랜지스터(Tx) 양단의 소스/드레인 간에 전압 차(Potential Difference)가 있도록 소자 설계하여 포토차지(Photo Charge)의 완전한 덤핑(Fully Dumping)이 가능해질 수 있다. 이에 따라, 포토다이오드에서 발생한 포토차지(Photo Charge)가 플로팅디퓨젼 영역으로 덤핑됨에 따라 출력이미지 감도를 높일 수 있다.
즉, 상기 리드아웃 회로(120)가 형성된 상기 반도체 기판(100)에 전기접합영역(140)을 형성시킴으로써 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)(121) 양단의 소스/드레인 간에 전압차가 있도록 하여 포토차지의 완전한 덤핑이 가능해질 수 있다.
이하, 실시예의 포토차지의 덤핑구조에 대해서 도 1 및 도 2를 참조하여 구체적으로 설명한다.
실시예에서 N+ 졍션인 플로팅디퓨젼(FD)(131) 노드(Node)와 달리, 전기접합영역(140)인 P/N/P 졍션(140)은 인가전압이 모두 전달되지 않고 일정 전압에서 핀치오프(Pinch-off) 된다. 이 전압을 피닝볼티지(Pinning Voltage)이라 부르며 피닝볼티지(Pinning Voltage)는 P0(145) 및 N-(143) 도핑(Doping) 농도에 의존한다.
구체적으로, 포토다이오드(205)에서 생성된 전자는 PNP 졍션(140)으로 이동하게 되며 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)(121) 온(On)시, FD(131) 노드로 전달되어 전압으로 변환된다.
P0/N-/P- 졍션(140)의 최대 전압값은 피닝볼티지가 되고 FD(131) Node 최대 전압값은 Vdd-Rx Vth이 되므로, 도 2에 도시된 바와 같이 Tx(131) 양단간 전위차로 인해 차지쉐어링(Charge Sharing) 없이 칩(Chip) 상부의 포토다이오드에서 발생한 전자가 FD(131) Node로 완전히 덤핑(Dumping) 될 수 있다.
즉, 실시예에서 반도체 기판(100)인 실리콘 서브(Si-Sub)에 N+/Pwell Junction이 아닌 P0/N-/Pwell Junction을 형성시킨 이유는 4-Tr APS Reset 동작시 P0/N-/Pwell Junction에서 N-(143)에 + 전압이 인가되고 P0(145) 및 Pwell(141)에는 Ground 전압이 인가되므로 일정전압 이상에서는 P0/N-/Pwell Double Junction이 BJT 구조에서와 같이 Pinch-Off가 발생하게 된다. 이를 Pinning Voltage라고 부른다. 따라서 Tx(121) 양단의 Source/Drain에 전압차가 발생하게 되어 Tx On/Off 동작 시 포토차지가 N-well에서 Tx를 통해 FD로 완전히 덤핑되어 Charge Sharing 현상을 방지할 수 있다.
따라서 일반적인 이미지센서의 기술에서 단순히 포토다이오드가 N+ Junction으로 연결된 경우와 달리, 실시예에 의하면 새츄레이션(Saturation) 저하 및 감도 하락 등의 문제를 피할 수 있다.
다음으로, 실시예에 의하면 포토다이오드와 리드아웃 회로(120) 사이에 제1 도전형 연결영역(147)을 형성하여 포토차지(Photo Charge)의 원할한 이동통로를 만들어 줌으로써 암전류소스를 최소화하고, 새츄레이션(Saturation) 저하 및 감도의 하락을 방지할 수 있다.
이를 위해, 실시예는 P0/N-/P- 졍션(140)의 표면에 오믹컨택(Ohmic Contact)을 위한 제1 도전형 연결영역(147)으로서 N+ 도핑영역을 형성할 수 있다. 상기 N+ 영역(147)은 상기 P0(145)를 관통하여 N-(143)에 접촉하도록 형성할 수 있다.
한편, 이러한 제1 도전형 연결영역(147)이 리키지 소스(Leakage Source)가 되는 것을 최소화하기 위해 제1 도전형 연결영역(147)의 폭을 최소화할 수 있다.
이를 위해, 실시예는 제2 메탈컨택(151a) 에치(Etch) 후 플러그 임플란트(Plug Implant)를 진행할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 이온주입패턴(미도시)을 형성하고 이를 이온주입마스크로 하여 제1 도전형 연결영역(147)을 형성할 수도 있다.
즉, 실시예와 같이 컨택(Contact) 형성 부에만 국부적으로 N+ Doping을 한 이유는 다크시그널(Dark Signal)을 최소화하면서 오믹컨택(Ohmic Contact) 형성을 원활히 해 주기 위함이다. 종래기술과 같이, Tx Source 부 전체를 N+ Doping 할 경우 기판표면 댕글링본드(Si Surface Dangling Bond)에 의해 Dark Signal이 증가할 수 있다.
도 3은 리드아웃 회로에 대한 다른 구조를 도시한 것이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 전기접합영역(140)의 일측에 제1 도전형 연결영역(148)이 형성될 수 있다.
도 3을 참조하여, P0/N-/P- Junction(140)에 Ohmic Contact을 위한 N+ 연결영역(148)을 형성할 수 있는데, 이때 N+ 연결영역(148) 및 M1C Contact(151a) 형성공정은 리키지 소스(Leakage Source)가 될 수 있다. 왜냐하면, P0/N-/P- Junction(140)에 Reverse Bias가 인가된 채로 동작하므로 기판 표면(Si Surface)에 전기장(EF)이 발생할 수 있다. 이러한 전기장 내부에서 Contact 형성 공정 중에 발생하는 결정결함은 리키지 소스가 된다.
또한, N+ 연결영역(148)을 P0/N-/P- Junction(140) 표면에 형성시킬 경우 N+/P0 Junction(148/145)에 의한 E-Field가 추가되므로 이 역시 리키지 소 스(Leakage Source)가 될 수 있다.
즉, P0 층으로 도핑(Doping)되지 않고 N+ 연결영역(148)으로 이루어진 Active 영역에 제1 컨택 플러그(151a)를 형성하고, 이를 N- Junction(143)과 연결시키는 Layout을 제시한다.
그러면 상기 반도체 기판(100) 표면의 E-Field가 발생하지 않게 되고 이는 3차원 집적(3-D Integrated) CIS의 암전류(Dark Current) 감소에 기여할 수 있다.
다시 도 1을 참조하여, 상기 반도체 기판(100) 상에 층간절연층(160) 및 배선(150)을 형성할 수 있다. 상기 배선(150)은 제2 메탈컨택(151a), 제1 메탈(M1)(151), 제2 메탈(M2)(152), 제3 메탈(M3)(153), 제4 메탈컨택(154a)을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 실시예에서는 상기 배선(150)은 단위픽셀 별로 형성되어 리드아웃 회로(120)와 각각 전기적으로 연결될 수 있다.
도 5를 참조하여, 상기 층간절연층(160) 상에 이미지 감지부(200)가 형성된다. 상기 이미지 감지부(200)는 제1 도핑층(N-)(210) 및 제2 도핑층(P+)(220)으로 이루어져 pn접합을 가질 수 있다. 또한, 상기 제1 도핑층(210)의 하부에는 오믹컨택층(N+)(230)이 형성될 수 있다.
참고로, 도 4에 도시된 배선(150)의 제3 메탈(M3)(153) 및 층간절연층(160)은 도 1에 도시된 리드아웃 회로(120)와 연결되는 것으로 상기 리드아웃 회로(120)은 설명의 편의를 위하여 생략되었다. 또한, 상기 반도체 기판(100)은 단위픽셀이 형성되는 픽셀부(A)와 로직회로(미도시)가 형성되는 주변부(B)를 포함한다.
상기 리드아웃 회로(120)와 연결된 상기 제3 메탈(153)은 단위픽셀 별로 복 수개 형성되어 있다. 즉, 상기 제3 메탈(153) 및 리드아웃 회로(120)는 픽셀부(A)에 형성될 수 있다. 그리고, 상기 제3 메탈(153)의 형성시 주변부(B)의 로직회로(미도시)와 연결되는 패드(170)가 형성될 수 있다.
상기 이미지 감지부(200)는 상기 캐리어 기판(20)의 깊은영역에 p형 불순물을 이온주입하여 제2 도핑층(220)을 형성하고 상기 제2 도핑층(220)과 접하도록 상기 캐리어 기판(20) 내부로 n형 불순물을 이온주입하여 제1 도핑층(210)을 형성할 수 있다. 그리고, 상기 제1 도핑층(210)과 접하도록 상기 캐리어 기판(20)의 얕은 영역에 고농도의 n형 불순물을 이온주입하여 오믹컨택층(230)을 형성할 수도 있다.
실시예에서 상기 제1 도핑층(210)은 상기 제2 도핑층(220)보다 넓은 영역을 가지도록 형성될 수 있다. 그러면 공핍영역이 확장되어 광전자의 생성을 증가시킬 수 있다.
다음으로, 상기 층간절연층(160)의 상부로 상기 캐리어 기판(미도시)의 오믹컨택층(230)을 위치시킨 후 본딩공정을 진행하여 상기 반도체 기판(100)과 상기 캐리어 기판(미도시)을 결합시킨다. 이후, 상기 층간절연층(160) 상에 본딩된 상기 이미지 감지부(200)가 노출되도록 수소층이 형성된 캐리어 기판을 클리빙 공정에 의하여 제거하여 상기 제2 도핑층(220)의 표면을 노출시킨다.
즉, 상기 리드아웃 회로(120)가 형성된 반도체 기판(100)과 이미지 감지부(200)는 웨이퍼 대 웨이퍼 본딩에 의하여 형성되므로 디펙트의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 상기 이미지 감지부(200)는 픽셀별로 분리된 리드아웃 배선(150)과 전기적으로 연결되어 광전하를 상기 리드아웃 회로(120)로 전달할 수 있다.
도 5를 참조하여, 상기 이미지 감지부(200)에 픽셀분리막(240)이 형성된다. 상기 픽셀분리막(240)은 상기 이미지 감지부(200)를 관통하여 형성될 수 있다. 따라서, 상기 이미지 감지부(200)는 상기 픽셀분리막(240)에 의하여 단위픽셀 별로 분리될 수 있다.
예를 들어, 상기 픽셀분리막(240)은 상기 이미지 감지부(200)를 관통하는 트랜치를 형성한 후 상기 트랜치에 산화막 또는 질화막과 같은 절연막을 증착하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 픽셀분리막(240)의 트랜치가 형성될 때 상기 주변부(B)에 대응하는 상기 이미지 감지부(200)가 제거될 수 있다. 따라서, 상기 픽셀부(A) 상에는 이미지 감지부(200)가 남게되고, 상기 주변부(B)의 이미지 감지부(200)는 제거되어 상기 층간절연층(160)이 노출될 수 있다.
도 6을 참조하여, 상기 패드(170)가 노출되도록 상기 층간절연층(160)에 패드오픈홀(180)이 형성된다. 예를 들어, 상기 패드오픈홀(180)은 상기 패드(170)에 대응하는 상기 층간절연층(160)의 상부 표면을 노출시키는 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성한 후 상기 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 사용하여 상기 층간절연층(160)을 식각하여 형성될 수 있다.
따라서, 상기 패드오픈홀(180)에 의하여 상기 패드(170)의 표면이 노출될 수 있다.
도 7을 참조하여, 상기 이미지 감지부(200) 및 패드오픈홀(180) 상에 보호층(250)이 형성된다. 상기 보호층(250)은 상기 이미지 감지부(200), 층간절연 층(160) 및 패드오픈홀(180)의 단차를 따라 얇은 막형태로 형성될 수 있다. 상기 보호층(250)은 상기 이미지 감지부(200)의 표면을 보호할 수 있다. 또한, 상기 보호층(250)은 후속공정에 의하여 상기 패드(170)가 손상 또는 오염되는 것을 방지할 수 있다.
예를 들어, 상기 보호층(250)은 100~200Å 두께를 갖는 저온 산화막(LTO)으로 형성될 수 있다. 구체적으로 상기 보호층(250)은 100~200℃의 온도에서 1~5초 동안 증착공정을 진행함으로써 산화막이 급격하게 성장할 수 있는 조건으로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 보호층(250)은 다공성(Phorous)이면서 소프트(soft)한 성질을 유지하는 저온산화막으로 형성될 수 있다.
도 8을 참조하여, 상기 픽셀부(A)에 대응하는 상기 보호층(250) 상에 컬러필터(260)가 형성된다. 상기 컬러필터(260)는 픽셀별로 분리된 상기 이미지 감지부(200)에 각각 대응하도록 형성되어 입사하는 빛으로부터 색을 분리해 낸다. 상기 컬러필터(260)는 각각 다른 색상을 나타내는 것으로 레드(Red), 그린(Green) 및 블루(Blue)의 3가지 색으로 이루어져 인접한 컬러필터(260)들은 서로 약간씩 오버랩되어 단차를 가질 수 있다.
상기 컬러필터(260)를 형성할 때 상기 패드(170)의 표면에 상기 보호층(250)이 형성되어 있으므로 상기 컬러필터 형성용 물질 및 현상물질과 상기 패드(170)가 직접적으로 접촉하지 않을 수 있다. 즉, 상기 보호층(250)에 의하여 상기 패드(170)의 손상 및 부식을 방지할 수 있다.
상기 컬러필터(260) 상에 상기 컬러필터(260)의 단차를 보완하기 위한 예비 평탄화층(270)이 형성된다. 후속공정으로 형성될 마이크로렌즈는 평탄화된 표면에 형성되어야 한다. 이를 위해서는 상기 컬러필터(260)로 인한 단차를 제거해야 하므로, 상기 컬러필터(260) 상에 예비 평탄화층(270)이 형성된다. 예를 들어, 상기 예비 평탄화층(270)은 포토레지스트와 같은 유기물 물질(Organic)을 4000~6000Å의 두께로 코팅하여 형성될 수 있다.
도 9를 참조하여, 상기 예비 평탄화층(270)에 대한 애싱(Ashing) 공정을 진행하여 일정두께 제거함으로써 평탄화층(275)을 형성한다. 예를 들어, 상기 애싱공정을 진행한 후 상기 평탄화층(275)은 2000~3000Å의 두께를 가질 수 있다.
상기 평탄화층(275) 형성을 위한 애싱공정은 O2 가스를 이용한 플라즈마 애싱공정인데, 상기 애싱공정 시 플라즈마 데미지에 의하여 노출된 상기 주변부(B)의 보호층(250) 표면이 손상(demage)을 입게 되므로 이에 대한 개선이 요구된다.
도 10을 참조하여, 상기 평탄화층(275) 상에 단위픽셀 별로 마이크로렌즈(280)가 형성된다. 예를 들어, 상기 마이크로렌즈(280)는 상기 평탄화층(275) 상에 포토레지스트막을 스핀 공정등을 통해 코팅하고 마이크로 렌즈용 마스크를 사용하여 노광(expose) 및 현상(development) 공정을 통해 렌즈패턴을 형성한다. 그리고, 상기 렌즈패턴을 리플로우(reflow) 시킴으로써 반구형태의 마이크로렌즈(280)를 형성할 수 있다.
도 11을 참조하여, 상기 패드(170)가 노출되도록 상기 주변부(B) 상에 형성된 보호층(250)이 제거된다. 따라서, 상기 픽셀부(A)상에 보호 패턴(255)이 형성된다.
구체적으로, 상기 보호층(250)은 5~10분 동안 HCl과 O3 워터를 혼합한 케미컬을 사용한 식각공정에 의하여 제거될 수 있다. 특히, 상기 보호층(250)은 다공성의 저온산화막으로 형성되어 HCl과 O3 워터를 혼합한 케미컬에 의하여 쉽게 제거될 수 있다.
상기 케미컬을 이용하여 상기 보호층(250)을 제거함으로써 상기 패드(170) 및 마이크로 렌즈(280)에는 손상을 주지 않으면서 상기 패드(170) 상의 불순물을 완전히 제거할 수 있다. 즉, 실시예에서는 기존에 열경화성 수지(TR:Thermosetting resin)을 사용하지 않고 저온산화막을 사용함에 따라 같은 성질(Hydrophobic)을 가지고 있는 유기물 물질(PR) 및 TR을 선택적으로 제거할 수 있는 단점을 배제할 수 있기 때문에 상기 HCl과 O3 워터를 혼합한 케미컬을 이용하여 상기 주변부(B) 상의 보호층(250)만을 선택적으로 제거할 수 있다.
따라서, 상기 패드(170)에 남는 불순물이 완전히 제거되어 프루브(probe)에 영향을 주지 않게 되어 수율(yield) 및 신뢰성(reliability)을 향상시킬 수 있다.
한편, 실시예에서는 마이크로 렌즈(280) 형성 후 상기 패드(170) 상부의 보호층(250)을 제거하였지만 상기 마이크로 렌즈(280)를 형성하기 전에 상기 보호층(250)을 제거하여 상기 패드(170)를 노출시킬 수도 있다.
이상에서 설명한 실시예는 전술한 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 실시예의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가 진 자에게 있어 명백할 것이다.
도 1 내지 도 9는 실시예에 따른 이미지센서의 제조공정을 나타내는 단면도이다.
Claims (10)
- 픽셀부 및 주변부를 포함하는 반도체 기판;상기 반도체 기판 상에 형성되고 상기 픽셀부와 연결되는 금속배선 및 상기 주변부와 연결되는 패드를 포함하는 층간절연층;상기 픽셀부에 대응하는 상기 층간절연층 상에 형성된 이미지 감지부;상기 이미지 감지부 상에 형성된 보호 패턴;상기 보호패턴 상에 형성된 컬러필터;상기 컬러필터 상에 형성된 평탄화층;상기 평탄화층 상에 형성된 마이크로 렌즈; 및상기 패드가 노출되도록 상기 주변부의 층간절연층에 형성된 패드오픈홀을 포함하는 이미지센서.
- 제1항에 있어서,상기 보호 패턴은 저온 산화막으로 형성된 것을 특징으로 하는 이미지센서.
- 제1항에 있어서,상기 보호 패턴은 100~200Å의 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 이미지센서.
- 반도체 기판 상에 리드아웃 회로를 포함하는 픽셀부 및 로직회로를 포함하는 주변부를 형성하는 단계;상기 반도체 기판 상에 상기 픽셀부와 연결되는 금속배선 및 상기 주변부와 연결되는 패드를 포함하는 층간절연층을 형성하는 단계;상기 픽셀부에 대응하는 상기 층간절연층 상에 이미지 감지부를 형성하는 단계;상기 패드가 노출되도록 상기 층간절연층에 패드 오픈홀을 형성하는 단계;상기 이미지 감지부 및 패드 오픈홀이 형성된 층간절연층의 표면을 따라 보호층을 형성하는 단계;상기 픽셀부에 대응하는 상기 보호층 상에 컬러필터를 형성하는 단계;상기 컬러필터 상에 평탄화층을 형성하는 단계;상기 평탄화층 상에 형성된 마이크로 렌즈를 형성하는 단계; 및상기 주변부의 패드가 노출되도록 상기 보호층에 대한 식각공정을 진행하는 단계를 포함하는 이미지센서의 제조방법.
- 제4항에 있어서,상기 보호층은 다공성의 저온 산화막으로 형성되고,상기 저온 산화막은 100~200℃의 온도에서 1~5초 동안 산화막을 성장시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
- 제4항에 있어서,상기 평탄화층을 형성하는 단계는,상기 컬러필터 상에 제1 두께를 가지는 예비 평탄화층을 형성하는 단계; 및상기 예비 평탄화층에 대한 O2 애싱공정을 진행하여 제1 두께보다 작은 제2 두께를 가지는 평탄화층을 형성하는 단계를 포함하는 이미지센서의 제조방법.
- 제4항에 있어서,상기 보호층은 100~200Å의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
- 제4항에 있어서,상기 평탄화층은 유기물 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
- 제4항에 있어서,상기 보호층의 식각은 HCl및 O3 워터를 혼합한 케미컬을 이용하여 5~10분 동안 진행되는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
- 제9항에 있어서,상기 컬러필터를 형성한 다음 상기 패드가 노출되도록 상기 주변부의 보호층을 제거하는 단계를 더 포함하는 이미지센서의 제조방법.
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