KR20100079255A - 이미지센서의 제조방법 - Google Patents

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장정열
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Abstract

실시예에 따른 이미지센서의 제조방법은 기판 상에 포토다이오드를 형성하는 단계; 상기 기판 상에 층간절연층을 형성하는 단계; 상기 층간절연층에 배선을 형성하는 단계; 상기 포토다이오드 상측의 상기 층간절연층에 홈을 형성하는 단계; 상기 홈에 절연막을 형성하는 단계; 상기 절연막 내측의 층간절연층을 제거하여 트렌치를 형성하는 단계; 및 상기 층간절연층의 트렌치에 컬러필터와 마이크로렌즈를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이미지센서, 감도

Description

이미지센서의 제조방법{Method for Manufacturing Image Sensor}
실시예는 이미지센서에 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.
이미지센서의 제품의 디자인룰(design rule)이 0.13㎛ 이하로 고집적화 될수록 픽셀사이즈(pixel size)가 감소하게 되고 이로 인해 PD(Photo Diode) 사이즈까지 작아지게 되어 광원의 손실을 초래할 수 밖에 없는 상황이다.
예컨대, 금속배선에서 일부 반사가 되어 인접한 PD로 입사가 되거나, 지정된 PD가 아닌 PD 사이의 경계지역에 입사가 되어 광원의 손실 및 이 광원이 인접한 PD에 영향을 준다. 위와 같이, 지정된 PD로 입사되지 못하는 광원은 노이즈(Noise)로 작용하게 되어 이웃한 픽셀(Pixel) 간의 크로스토크(Crosstalk)를 유발하고, 이는 CIS 제품의 감도(Sensitivity)를 저하시킨다.
또한, 종래기술에 의하면 PD가 실리콘 기판(silicon substrate)에 위치하게 되어 마이크로렌즈(Micro lens:ML), 컬러필터(CFA: Color Filter Array), IMD(Inter Metal Dielectric) material을 통해 광전자가 들어오게 되어 빛의 감도가 떨어지게 되는 단점이 발생한다. 이로 인해 PD에 대한 이온주입조건을 이용하여 적정 픽셀(pixel) 특성값을 얻기 위한 방법이 적용되고 있으나 매우 까다롭고 또한 진행 장비에 따른 재현성 확보가 어려운 상황이다.
또한, 종래기술에 의하면 디바이스(device)가 고집적화되는 경향으로 인해 PD 면적을 늘리는 데는 한계가 있다. 이를 해결하기 위해 PD와 ML간의 거리를 좁히기 위한 많은 실험이 이루어 지고 있는 상황이다.
실시예는 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로 광원손실 방지를 구현하여 감도를 향상시킬 수 있는 이미지센서 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 이미지센서의 제조방법은 기판 상에 포토다이오드를 형성하는 단계; 상기 기판 상에 층간절연층을 형성하는 단계; 상기 층간절연층에 배선을 형성하는 단계; 상기 포토다이오드 상측의 상기 층간절연층에 홈을 형성하는 단계; 상기 홈에 절연막을 형성하는 단계; 상기 절연막 내측의 층간절연층을 제거하여 트렌치를 형성하는 단계; 및 상기 층간절연층의 트렌치에 컬러필터와 마이크로렌즈를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
실시예에 따른 이미지센서의 제조방법에 의하면, 층간절연층 물질(IMD material)을 일부 제거함으로서 PD에서 ML까지의 초점거리(focal length)를 최소화함으로써 광원손실 방지를 구현하여 감도를 향상시킬 수 있다.
이하, 실시예에 따른 이미지센서의 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.
(실시예)
이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법을 설명한다.
우선, 도 1과 같이 기판(100) 상에 포토다이오드(110110)를 형성한다. 예를 들어, 소자분리막(미도시)에 의해 픽셀영역을 정의하고, 상기 픽셀영역에 리드아웃 서킷(미도시)과 포토다이오드(110110)를 형성할 수 있다.
이후, 상기 기판(100) 상에 층간절연층(140)을 형성한다. 상기 층간절연층(140)은 산화막을 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이후, 상기 층간절연층(140)에 배선(150)을 형성한다. 예를 들어, 상기 층간절연층(140) 상에 제1 메탈(M1), 제2 메탈(M2), 제3 메탈(M3) 등의 배선을 형성하고, 탑메탈에 대응되는 위치에 패드(미도시)를 형성할 수 있다.
다음으로, 도 2와 같이 상기 포토다이오드(110) 상측의 상기 층간절연층(140)에 홈(미도시)을 형성한다.
예를 들어, 상기 포토다이오드(110) 상측의 상기 층간절연층(140)에 상기 포토다이오드(110) 외곽의 모양과 같은 사각형 모양의 라인 패턴(line pattern)의 홈을 형성할 수 있다.
또한, 예를 들어 상기 포토다이오드(110) 상측의 상기 층간절연층(140)에 홈을 형성하는 단계에서, 상기 홈은 0.5~1.0㎛의 폭, 1~3㎛의 깊이를 가지는 것을 특 징으로 한다.
이후, 상기 홈에 절연막(160)을 형성한다. 예를 들어, 상기 홈에 BARC(Bottom Anti-reflected Coating) 또는 질화막을 형성할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 도 3과 같이 상기 절연막(160) 패턴이 형성된 층간절연층(140) 상에 상기 홈의 내측을 오픈하는 감광막 패턴(210)을 형성한다.
다음으로, 도 4와 같이 상기 감광막 패턴(210)을 식각마스크로 상기 절연막(160) 내측의 층간절연층(140)을 제거하여 트렌치(T)를 형성한다.
예를 들어, 습식식각에 의해 상기 절연막(160) 내측의 층간절연층(140)을 1~3㎛ 깊이로 제거할 수 있다.
이때, 실시예는 홈의 외곽에 BARC 또는 질화막 등에 의해 블락킹(blocking)이 되기 때문에 습식식각(wet chemical)에 의한 사이드 에칭(side etching)을 막을 수 있다.
다음으로, 도 5와 같이 상기 층간절연층(140)의 트렌치에 컬러필터(170)와 마이크로렌즈(180)를 형성한다. 상기 절연막(160)은 습식식각 등에 의해 제거되거나 잔존할 수 있다.
실시예에 의하면 PD와 ML간의 focal length가 현재의 일반적인 CIS 제품에 비해 상당히 줄어듬에 따라 감도 향상을 기할 수 있다.
또한, 실시예는 focal length을 줄이는 방식인 plasma source를 이용하여 IMD material을 식각하는 방법에서 발생하는 plasma damage도 제거할 수 있어 암전 류에 의해 발생하는 defect도 줄일 수 있는 장점이 있다.
실시예에 따른 이미지센서 및 그 제조방법에 의하면, 층간절연층 물질(IMD material)을 일부 제거함으로서 PD에서 ML까지의 초점거리(focal length)를 최소화함으로써 광원손실 방지를 구현하여 감도를 향상시킬 수 있다.
본 발명은 기재된 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 청구항의 권리범위에 속하는 범위 안에서 다양한 다른 실시예가 가능하다.
도 1 내지 도 5는 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법의 공정단면도.

Claims (4)

  1. 기판 상에 포토다이오드를 형성하는 단계;
    상기 기판 상에 층간절연층을 형성하는 단계;
    상기 층간절연층에 배선을 형성하는 단계;
    상기 포토다이오드 상측의 상기 층간절연층에 홈을 형성하는 단계;
    상기 홈에 절연막을 형성하는 단계;
    상기 절연막 내측의 층간절연층을 제거하여 트렌치를 형성하는 단계; 및
    상기 층간절연층의 트렌치에 컬러필터와 마이크로렌즈를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 홈에 절연막을 형성하는 단계는
    상기 홈에 BARC 또는 질화막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 포토다이오드 상측의 상기 층간절연층에 홈을 형성하는 단계는,
    상기 포토다이오드 상측의 상기 층간절연층에 상기 포토다이오드 외곽의 모양과 같은 홈을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 포토다이오드 상측의 상기 층간절연층에 홈을 형성하는 단계에서,
    상기 홈은 0.5~1.0㎛의 폭, 1~3㎛의 깊이를 가지는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
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