KR20100076519A - 이미지센서 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

실시예는 이미지센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.

실시예에 따른 이미지센서는 소자분리영역에 의해 정의되어 기판에 형성된 액티브 영역; 상기 액티브 영역의 픽셀영역에 형성된 포토다이오드와 리드아웃 서킷; 상기 픽셀영역 상에 형성된 배선과 층간절연층; 상기 포토다이오드 상측에 상기 층간절연층이 식각되어 형성된 제1 마이크로렌즈; 상기 제1 마이크로렌즈 상에 형성된 제1 평탄화층; 및 상기 제1 평탄화층 상에 형성된 제2 마이크로렌즈;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이미지센서, 집광

Description

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

실시예는 이미지센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.

이미지센서(Image sensor)는 광학적 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체소자로서, 전하결합소자(Charge Coupled Device: CCD) 이미지센서와 씨모스 이미지센서(CMOS Image Sensor: CIS)로 구분된다.

종래의 기술에서는 기판에 포토다이오드(Photodiode)를 이온주입 방식으로 형성시킨다. 칩사이즈(Chip Size) 증가 없이 픽셀(Pixel) 수 증가를 위한 목적으로 포토다이오드의 사이즈가 점점 감소함에 따라 수광부 면적 축소로 이미지 특성(Image Quality)이 감소하는 경향을 보이고 있다.

현재 이미지센서 제조시, 더 많은 빛을 포토다이오드(Photodiode:PD)영역으로 모으기 위해서 ML(Micro Lens) 공정을 적용하고 있으나, 현실적으로 ML 집광능력이 부족하여 빛이 하부 메탈층(metal layer)에 의한 차단되거나, ML 집광능력 부족으로 인해서 PD 영역에 빛을 정확하게 모으지 못하고 있어 빛의 손실이 잃어 나고 있다. 이로 인해서 이미지센서의 이미지(Image) 특성이 열화 되고 있다.

실시예는 마이크로렌즈의 집광능력을 증대시킬 수 있는 이미지센서 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.

실시예에 따른 이미지센서는 소자분리영역에 의해 정의되어 기판에 형성된 액티브 영역; 상기 액티브 영역의 픽셀영역에 형성된 포토다이오드와 리드아웃 서킷; 상기 픽셀영역 상에 형성된 배선과 층간절연층; 상기 포토다이오드 상측에 상기 층간절연층이 식각되어 형성된 제1 마이크로렌즈; 상기 제1 마이크로렌즈 상에 형성된 제1 평탄화층; 및 상기 제1 평탄화층 상에 형성된 제2 마이크로렌즈;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법은 기판상에 소자분리영역을 형성하여 액티브 영역을 정의하는 단계; 상기 액티브 영역의 픽셀영역에 포토다이오드와 리드아웃 서킷을 형성하는 단계; 상기 픽셀영역 상에 배선과 층간절연층을 형성하는 단계; 상기 층간절연층을 식각하여 상기 포토다이오드 상측에 제1 마이크로렌즈를 형성하는 단계; 상기 제1 마이크로렌즈 상에 제1 평탄화층을 형성하는 단계; 및 상기 제1 평탄화층 상에 제2 마이크로렌즈를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

실시예에 따른 이미지센서 및 그 제조방법에 의하면, 이미지센서로 들어오는 빛을 상부 마이크로렌즈에서 한번 집광하고, 하부 산화막 마이크로렌즈(Oxide ML)에서 또한번 집광함으로써 수광부인 PD 영역에 효율적으로 집광할 수 있어 이미지특성을 현저히 향상시킬 수 있다.

또한, 실시예는 빛을 차단하는 질화막, 예를 들어 SiN layer 하부에 산화막 ML을 형성하면서, SiN layer도 동시에 제거하여 감도 개선 효과를 극대화 할 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(100)상에 소자분리영역(110)에 의해 정의된 액티브 영역; 상기 액티브 영역의 픽셀영역(Pixel Area)에 형성된 포토다이오드(120)와 리드아웃 서킷(130); 상기 픽셀영역 상에 형성된 배선(150)과 층간절연 층(160); 상기 포토다이오드(120) 상측에 상기 층간절연층(160)이 식각되어 형성된 제1 마이크로렌즈(180); 상기 제1 마이크로렌즈(180) 상에 형성된 제1 평탄화층(190); 및 상기 제1 평탄화층(190) 상에 형성된 제2 마이크로렌즈(230);를 포함할 수 있다. 도 1에서 미설명 부호는 이하 제조방법에서 설명하기로 한다.

실시예에 따른 이미지센서에 의하면, 이미지센서로 들어오는 빛을 상부의 제2 마이크로렌즈에서 한번 집광하고, 하부의 제1 산화막 마이크로렌즈(Oxide ML)에서 또한번 집광함으로써 수광부인 PD 영역에 효율적으로 집광할 수 있어 이미지특성을 현저히 향상시킬 수 있다.

또한, 실시예는 빛을 차단하는 질화막, 예를 들어 SiN layer 하부에 산화막 ML을 형성하면서, SiN layer도 동시에 제거하여 감도 개선 효과를 극대화 할 수 있다.

이하, 도 2 내지 도 5를 참조하여 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법을 설명한다.

우선, 기판(100)상에 소자분리영역(110)을 형성하여 액티브 영역을 정의한다. 예를 들어, STI 공정에 의해 액티브 영역을 정의할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

이후, 상기 액티브 영역의 픽셀영역(Pixel Area)에 포토다이오드(120)와 리드아웃 서킷(130)을 형성한다. 예를 들어, 트랜지스터를 형성하여 리드아웃 서킷(130)을 형성하고, 상기 트랜지스터를 이온주입 마스크로 이온주입하여 포토다이오드(120)와 플로팅 디퓨젼영역(미도시) 등을 형성할 수 있다.

다음으로, 상기 픽셀영역 상에 배선(150)과 층간절연층(160)을 형성한다. 예를 들어, 제1 메탈(M1), 제2 메탈(M2), 제3 메탈(M3) 등을 형성하여 배선(150)을 형성하고, 각 메탈들 사이에 절연층을 형성하여 층간절연층(160)을 형성할 수 있다. 상기 층간절연층(160)은 산화막으로 형성할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

다음으로, 상기 층간절연층(160) 상에 질화막(170)을 형성할 수 있다. 예를 들어, SiN 등의 질화막을 형성할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

다음으로, 상기 질화막(170) 상에 제1 마이크로렌즈 패턴(310)을 형성한다. 예를 들어, 감광막을 이용하여 제1 마이크로렌즈 패턴(310)을 스페이를 확보하여 형성할 수 있다.

다음으로, 도 3과 같이 상기 제1 마이크로렌즈 패턴(310)을 식각 마스크로 상기 층간절연층(160)을 식각하여 제1 마이크로렌즈(180)를 형성할 수 있다.

예를 들어, 블랭킷 에치(Blanket etch)를 진행하여 하부 SiN을 제거하고, 하부 산화막층(Oxide Layer)에 제1 마이크로렌즈 패턴(310)의 모양을 전사시켜 산호막 마이크로렌즈인 제1 마이크로렌즈를 형성시킬 수 있다.

실시예에 따른 이미지센서에 의하면, 이미지센서로 들어오는 빛을 상부의 제2 마이크로렌즈에서 한번 집광하고, 하부의 제1 산화막 마이크로렌즈(Oxide ML)에서 또한번 집광함으로써 수광부인 PD 영역에 효율적으로 집광할 수 있어 이미지특성을 현저히 향상시킬 수 있다.

또한, 실시예는 빛을 차단하는 질화막, 예를 들어 SiN layer 하부에 산화막 ML을 형성하면서, SiN layer도 동시에 제거하여 감도 개선 효과를 극대화 할 수 있다.

다음으로, 도 4와 같이 상기 제1 마이크로렌즈(180) 상에 폴리머 등을 이용하여 제1 평탄화층(190)을 형성한다. 이후, 도 5와 같이 상기 제1 평탄화층(190) 상에 컬러필터(210)를 형성하고, 상기 컬러필터(210) 상에 제2 평탄화층(220)을 형성한 후 제2 마이크로렌즈(230)를 형성할 수 있다. 상기 제2 마이크로렌즈(230)는 감광막으로 형성할 수 있다. 상기 컬러필터(210) 공정은 상기 포토다이오드(120)가 R, G, B에 대한 포토다이오드를 동시에 포함하는 수직형 포토다이오인 경우 생략될 수 있다.

실시예에 따른 이미지센서 및 그 제조방법에 의하면, 이미지센서로 들어오는 빛을 상부 마이크로렌즈에서 한번 집광하고, 하부 산화막 마이크로렌즈(Oxide ML)에서 또한번 집광함으로써 수광부인 PD 영역에 효율적으로 집광할 수 있어 이미지특성을 현저히 향상시킬 수 있다.

또한, 실시예는 빛을 차단하는 질화막, 예를 들어 SiN layer 하부에 산화막 ML을 형성하면서, SiN layer도 동시에 제거하여 감도 개선 효과를 극대화 할 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 5는 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법의 공정단면도.

Claims (8)

1. 소자분리영역에 의해 정의되어 기판에 형성된 액티브 영역;

   상기 액티브 영역의 픽셀영역에 형성된 포토다이오드와 리드아웃 서킷;

   상기 픽셀영역 상에 형성된 배선과 층간절연층;

   상기 포토다이오드 상측에 상기 층간절연층이 식각되어 형성된 제1 마이크로렌즈;

   상기 제1 마이크로렌즈 상에 형성된 제1 평탄화층; 및

   상기 제1 평탄화층 상에 형성된 제2 마이크로렌즈;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 제1 마이크로렌즈는 산화막 마이크로렌즈이며,

   상기 제2 마이크로렌즈는 감광막을 이용하여 형성된 것을 특징으로 하는 이미지센서.
3. 제2 항에 있어서,

   상기 제1 평탄화층 상에 형성된 컬러필터; 및

   상기 컬러필터 상에 형성된 제2 평탄화층;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서.
4. 기판상에 소자분리영역을 형성하여 액티브 영역을 정의하는 단계;

   상기 액티브 영역의 픽셀영역에 포토다이오드와 리드아웃 서킷을 형성하는 단계;

   상기 픽셀영역 상에 배선과 층간절연층을 형성하는 단계;

   상기 층간절연층을 식각하여 상기 포토다이오드 상측에 제1 마이크로렌즈를 형성하는 단계;

   상기 제1 마이크로렌즈 상에 제1 평탄화층을 형성하는 단계; 및

   상기 제1 평탄화층 상에 제2 마이크로렌즈를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
5. 제4 항에 있어서,

   상기 층간절연층을 식각하여 상기 포토다이오드 상측에 제1 마이크로렌즈를 형성하는 단계는,

   상기 층간절연층 상에 제1 마이크로렌즈 패턴을 형성하는 단계; 및

   상기 제1 마이크로렌즈 패턴을 마스크로 상기 층간절연층을 식각하여 제1 마이크로렌즈를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
6. 제4 항에 있어서,

   상기 제1 마이크로렌즈는 산화막 마이크로렌즈를 형성하는 것이며,

   상기 제2 마이크로렌즈는 감광막을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
7. 제5 항에 있어서,

   상기 제1 마이크로렌즈를 형성하는 단계는,

   상기 층간절연층에 질화막을 형성하는 단계를 더 포함하고,

   상기 1 마이크로렌즈를 형성하기 위한 상기 층간절연층 식각시 상기 픽셀영역 상의 상기 질화막이 제거되는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
8. 제4 항에 있어서,

   상기 제1 평탄화층 상에 컬러필터를 형성하는 단계; 및

   상기 컬러필터 상에 제2 평탄화층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.

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