KR20110075948A - 이미지 센서의 제조방법 - Google Patents
이미지 센서의 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20110075948A KR20110075948A KR1020090132523A KR20090132523A KR20110075948A KR 20110075948 A KR20110075948 A KR 20110075948A KR 1020090132523 A KR1020090132523 A KR 1020090132523A KR 20090132523 A KR20090132523 A KR 20090132523A KR 20110075948 A KR20110075948 A KR 20110075948A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- lens
- forming
- layer
- pad
- insulating layer
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 86
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 37
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 90
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 33
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 22
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims description 21
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims description 17
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 claims description 7
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 3
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 12
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 5
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 4
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 4
- 206010034960 Photophobia Diseases 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 3
- 208000013469 light sensitivity Diseases 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 2
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 2
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 238000004380 ashing Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices 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
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
- H01L27/14685—Process for coatings or optical elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices 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
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
- H01L27/14627—Microlenses
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices 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
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14632—Wafer-level processed structures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices 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
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
- H01L27/14687—Wafer level processing
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
실시예에 따른 이미지 센서는, 반도체 기판의 복수의 광 감지부를 형성하는 단계; 상기 반도체 기판 상에 하부 배선을 하부 절연층 형성하는 단계: 상기 하부 절연층 상에 패드를 포함하는 상부 절연층을 형성하는 단계; 상기 광 감지부에 대응하는 상기 상부 절연층에 트랜치를 형성하는 단계; 상기 광 감지부에 대응하도록 상기 트랜치에 컬러필터를 형성하는 단계; 상기 컬러필터 상부에 렌즈층을 형성하는 단계; 상기 컬러필터에 대응하는 상기 렌즈층 상에 더미 렌즈를 형성하는 단계; 상기 더미 렌즈를 식각마스크로 사용하는 식각공정을 통해 상기 렌즈층을 식각하고 갭리스 형태의 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함한다.
이미지센서, 수평형 이미지 센서, 수직형 이미지 센서
Description
실시예는 이미지 센서에 관한 것이다.
이미지 센서(Image sensor)는 광학적 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 전하결합소자(Charge Coupled Device: CCD) 이미지 센서와 씨모스(CMOS) 이미지 센서(Image Sensor)(CIS)로 구분된다.
일반적으로 이미지 센서는 실리콘 기판에 포토다이오드를 이온주입 방식으로 형성시킨다. 칩 사이즈(Chip size) 증가 없이 픽셀 수 증가를 위한 목적으로 포토다이오드의 사이즈가 점점 감소함에 따라 수광부의 면적 축소로 이미지 특성이 감소하는 경향을 보이고 있다.
최근 수광부의 광감지율을 향상시키기 위하여 회로가 형성된 웨이퍼 상에 포토다이오드가 형성된 웨이퍼를 접합시키는 수직형 이미지 센서의 개발이 진행중이다.
도 1은 일반적인 이미지 센서를 나타내는 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전기적 특성을 테스트하는 영역인 패드(10)의 보호층(20)으로서 TR(thermal resin) 또는 TEOS와 같은 물질을 사용할 수 있다.
상기 보호층(20) 상에 컬러필터(30) 및 마이크로 렌즈(40)를 형성하고, 상기 패드(10)를 다시 노출시키기 위하여 상기 보호층(20)을 선택적으로 제거해야만 한다.
이때, 상기 보호층(20)으로 사용하고 남는 잔여물(residue)(25)로 인하여 광특성이 저하되는 문제가 발생된다.
이는 상기 패드(10) 영역을 오픈할 때 발생되는 플라즈마 데미지를 입은 TR 또는 TEOS의 잔여물(5)이 마이크로 렌즈(40)의 표면에 흡착되기 때문이다.
따라서, 상기 패드(10) 영역에 남는 TR 또는 TEOS 물질을 완전히 제거해야만 한다.
하지만, 상기 패드(10) 영역의 측벽에 남는 잔여물(5)을 제거하기 위해 애싱(ashing) 공정을 강화하면 상기 패드(10)를 형성하고 있는 알루미늄과 같은 금속물질과 마이크로 렌즈(40)의 형태가 데미지를 받고, 광 특성을 저하시킬 수 있다.
한편, 이미지 센서에서 광 감도를 향상시키기 위해서는 갭 리스 형태의 마이크로 렌즈를 형성하는 것이 이상적이다. 일반적으로 감광막 물질로 마이크로 렌즈를 형성할 경우, 리플로우 공정을 통해 인접 마이크로 렌즈와 머지(merge) 및 브리지(bridge)가 발생되는 문제가 있다.
특히, 패키지(package)나 범프(bump) 등의 후공정에서 웨이퍼 소잉(sawing) 시 유발되는 파티클이 마이크로 렌즈를 손상시키거나 렌즈에 부착되어 이미지 결함을 유발시킬 수 있다.
실시예는 광특성을 향상시킬 수 이미지 센서의 제조방법을 제공한다.
실시예는 마이크로 렌즈를 형성한 다음 패드 오픈 공정을 진행함으로써 패드의 노출공정을 단순화시킬 수 있고, 상기 패드 및 마이크로 렌즈의 데미지를 방지할 수 있는 이미지 센서의 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 패드를 보호하기 위한 보호층 형성공정이 생략됨으로써 생산성을 향상시킬 수 있는 이미지 센서의 제조방법을 제공한다.
실시예는 마이크로 렌즈와 포토다이오드와의 초점 거리(focal lenth)를 단축시킬 수 있는 이미지 센서의 제조방법을 제공한다.
실시예에 따른 이미지 센서는, 반도체 기판의 복수의 광 감지부를 형성하는 단계; 상기 반도체 기판 상에 하부 배선을 하부 절연층 형성하는 단계: 상기 하부 절연층 상에 패드를 포함하는 상부 절연층을 형성하는 단계; 상기 광 감지부에 대응하는 상기 상부 절연층에 트랜치를 형성하는 단계; 상기 광 감지부에 대응하도록 상기 트랜치에 컬러필터를 형성하는 단계; 상기 컬러필터 상부에 렌즈층을 형성하는 단계; 상기 컬러필터에 대응하는 상기 렌즈층 상에 더미 렌즈를 형성하는 단계; 상기 더미 렌즈를 식각마스크로 사용하는 식각공정을 통해 상기 렌즈층을 식각하고 갭리스 형태의 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법은, 반도체 기판 상에 배선 및 패드를 포함하는 층간 절연층을 형성하는 단계; 상기 배선과 연결되도록 상기 층간 절연층 상에 수광부를 형성하는 단계; 상기 수광부 및 층간 절연층 상에 보호층을 형성하는 단계; 상기 수광부에 대응하도록 상기 보호층 상에 컬러필터를 형성하는 단계; 상기 컬러필터 상에 렌즈층을 형성하는 단계; 상기 렌즈층 상에 더미 렌즈를 형성하는 단계; 및 상기 더미 렌즈를 마스크로 하는 식각 공정을 통해 갭리스 형태의 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함한다.
실시예에 의하면, 마이크로 렌즈 형성 후 한번의 패드 오픈 공정에 의하여 패드를 노출시킬 수 있다.
이에 따라, 이미지 센서의 제조공정을 단순화시킬 수 있으며 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 별도의 패드 보호막 형성 공정이 생략되고, 상기 보호막에 생략에 따라 패드 및 마이크로 렌즈의 손상(attack)을 방지할 수 있다.
또한, 상기 패드의 프로브(probe)가 용이해지고 일드(yield) 향상 및 신뢰성(reliability)을 향상시킬 수 있다.
실시예에 의하면, 마이크로 렌즈가 갭리스 형태로 형성되고 수광율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 마이크로 렌즈와 포토다이오드와의 초점 거리(focal lenth)를 단축시킴으로서 광 특성을 향상시킬 수 있다.
이하, 실시예에 따른 이미지 센서의 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.
본 발명은 씨모스 이미지센서에 한정되는 것이 아니며, CCD 이미지센서 등 모든 이미지센서에 적용이 가능하다.
도 1 내지 도 8을 참조하여, 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법을 설명한다.
도 1을 참조하여, 반도체 기판(100)에 광 감지부(110)가 형성된다.
도시되지는 않았지만, 상기 반도체 기판(100)에는 액티브 영역 및 필드 영역을 정의하는 소자분리막이 형성되어 있다.
상기 광 감지부(110)는 액티브 영역의 픽셀 영역에 단위화소 별로 형성될 수 있다. 상기 광 감지부는 빛을 수광하여 광 전하를 생성하는 포토다이오드 및 상기 포토다이오드에 연결되어 수광된 광전하를 전기신호로 변환하는 트랜지스터 회로를 포함할 수 있다.
상기 반도체 기판(100) 상에 배선을 포함하는 층간 절연층(120)이 형성된다.
상기 배선은 상기 광 감지부(110)로 입사되는 빛을 가리지 않도록 의도적으로 레이아웃 되어 형성된다. 예를 들어, 상기 배선은 금속, 합금 또는 실리사이드를 포함하는 다양한 전도성 물질로 형성될 수 있다.
상기 배선은 제1 메탈(M1) 및 제2 메탈(M2)을 포함한다. 상기 제1 메탈(M1) 및 제2 메탈(M2)은 컨택 플러그에 의하여 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 반도체 기판(100)의 패드 영역에 패드(130) 및 상부 절연층(140)이 형성될 수 있다. 상기 패드 영역은 로직 회로가 형성되는 반도체 기판(100)의 주변부 일 수 있다.
상기 패드(130)는 상기 광 감지부(110)를 가리지 않도록 패드 영역에 해당하는 상기 층간 절연층(120) 상부에 형성될 수 있다.
상기 패드(130)는 제어회로와의 연결 또는 이미지 센서의 동작을 테스트하기 위한 프루브(probe) 영역이므로 노출되어야만 한다.
도 2를 참조하여, 상기 광 감지부(110)들에 대응하도록 상기 상부 절연층(140)에 트랜치(145)가 형성된다.
상기 트랜치(145)는 상기 픽셀 영역에 대응하는 상기 층간 절연층(120)의 표면을 노출시킬 수 있다.
도 3을 참조하여, 상기 트랜치(145)에 컬러필터(150)가 형성된다.
상기 컬러필터(150)는 상기 광 감지부(110)에 대응하도록 각각 형성될 수 있다.
상기 컬러필터(150)는 단위픽셀 마다 각각 형성되어 입사하는 빛으로부터 색을 분리해 낼 수 있다. 상기 컬러필터(150)는 각각 다른 색상을 나타내는 것으로 레드(Red), 그린(Green) 및 블루(Blue)의 3가지 색으로 이루어질 수 있다.
상기 컬러필터(150)가 상기 트랜치(145) 내부에 형성되고, 상기 컬러필 터(150)와 상기 광 감지부(110) 사이의 초점 거리는 단축될 수 있다.
도 4를 참조하여, 상기 트랜치(145)가 갭필되도록 상기 컬러필터(150) 상에 렌즈층(160)이 형성된다.
상기 렌즈층(160)은 포토레지스트와 같은 유기물 물질로 형성될 수 있다.
상기 렌즈층(160)은 상기 트랜치(145)가 갭필되도록 충분한 두께로 형성될 수 있다.
상기 렌즈층(160)은 상기 컬러필터(150)의 평탄화층일 수 있다.
도 4에는 상기 렌즈층(160)이 상기 트랜치(145) 내부에만 형성되는 것으로 도시되었지만, 상기 렌즈층(160)은 상기 트랜치(145)의 높이보다 두꺼운 두께를 가지도록 형성할 수 있다.
도 5를 참조하여, 상기 렌즈층(160) 상에 더미 렌즈(170)가 형성된다.
상기 더미 렌즈(170)는 단위화소 별로 형성된 컬러필터(150)에 대응하도록 형성될 수 있다.
상기 더미 렌즈(170)는 이웃하는 더미 렌즈가 갭을 가지도록 이격될 수 있다.
상기 더미 렌즈(170)는 상기 렌즈층(160) 상에 포토레지스트막을 형성하고, 단위화소에 대응하도록 노광 및 현상 공정에 의하여 패터닝한다. 그리고, 상기 패터닝된 포토레지스트에 대한 리플로우 공정에 의한 볼록한 반구 형태로 형성될 수 있다.
도 6을 참조하여, 상기 더미 렌즈(170)를 식각마스크로 사용하는 식각공정을 통해 마이크로 렌즈(165)가 형성된다.
상기 마이크로 렌즈(165)는 상기 더미 렌즈(170)에 의한 전사 식각 공정을 통해 상기 렌즈층(160)에 형성될 수 있다.
상기 마이크로 렌즈(165)는 상기 더미 렌즈(170)를 식각 마스크로 사용하는 습식 에치-백 공정(wet etch-back)을 통해 형성될 수 있다.
이때, 습식 식각 공정은 상기 컬러필터(150)에는 손상이 가해지지 않는 식각 케미컬일 수 있다.
예를 들어, 상기 마이크로 렌즈(165)는 TMH 케미컬을 사용한 식각 공정을 통해 형성될 수 있다. 즉, 상기 더미 렌즈(170)의 형태가 상기 렌즈층(160)으로 전사되도록 식각 공정을 진행하여, 볼록 렌즈 형태의 마이크로 렌즈(165)를 형성할 수 있다.
또는, 상기 마이크로 렌즈(165)는 H2SO4 케미컬 및 H2O2 케미컬의 혼합용액을 사용한 식각 공정을 통해 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 H2SO4 케미컬 및 H2O2 케미컬은 2~10:1의 비율로 혼합되고, 30~60초 동안 식각 공정을 진행할 수 있다. 이에 따라, 상기 더미 렌즈(170)의 형태가 상기 렌즈층(160)으로 전사되면서 식각되므로, 볼록 렌즈 형태의 마이크로 렌즈(165)가 형성될 수 있다.
상기와 같이 더미 렌즈(170)를 이용한 습식 에치 백 공정을 통해 상기 마이크로 렌즈(165)가 형성될 수 있다.
특히, 상기 마이크로 렌즈(165) 형성을 위한 상기 렌즈층(160)의 식각은 상 기 더미 렌즈(170)를 이루는 포토레지스트가 모두 식각될 때까지 수행되도록 할 수 있다.
이에 따라, 상기 마이크로 렌즈(165)는 이웃하는 렌즈와 갭 리스 형태로 형성될 수 있다.
상기 마이크로 렌즈(165)를 형성한 다음, TMH 케미컬, H2SO4 케미컬 및 H2O2 케미컬을 이용하여 표면처리 공정을 진행할 수 있다.
예를 들어, 상기 TMH:H2SO4:H2O2 케미컬의 혼합 비율은 1:2~10:20~40이고, 상기 케미컬을 이용하여 1~5분 동안 상기 마이크로 렌즈(165)의 표면 처리 공정을 더 진행할 수 있다.
상기 마이크로 렌즈(165)의 표면 처리 공정을 통해 상기 마이크로 렌즈(165)의 표면에 남아있는 파티클 및 러프네스를 동시에 제거할 수 있다.
상기 마이크로 렌즈(165)가 상기 트랜치(145) 내부에 해당하는 컬러필터(150) 상에 형성되고, 상기 마이크로 렌즈(165)와 상기 광 감지부(110)의 초점 거리는 단축될 수 있다.
이에 따라, 입사광의 경로가 단축되고 광 감도를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 마이크로 렌즈(165)의 표면 특성이 개선되고 이미지 특성을 향상시킬 수 있다.
도 7 및 도 8을 참조하여, 상기 패드(130)를 노출시키기 위한 패드 오픈 공정이 진행된다.
상기 패드 오픈 공정은 상기 패드(130)에 대응하는 상기 상부 절연층(140)이 선택적으로 노출되도록 상기 반도체 기판(100) 상에 포토레지스트 패턴(170)이 형성된다.
상기 포토레지스트 패턴(170)을 식각마스크로 사용하고 노출된 상기 상부 절연층(140)을 선택적으로 제거한다.
이에 따라, 상기 상부 절연층(140)에 상기 패드(130)를 선택적으로 노출시키는 패드 오픈홀(135)이 형성된다.
한편, 상기 패드 오픈홀(135)을 형성하기 위한 식각 공정 시 상기 포토레지스트 패턴의 표면에는 식각가스와의 반응에 의하여 크러스트(curst layer)가 형성될 수 있다. 크러스트층은 상기 포토레지스트 패턴(170)의 표면이 수소가 제거되어 겉 부분이 단단해진 층이다.
상기 크러스트층은 상기 포토레지스트 패턴(170)을 제거할 때 팝핑(popping) 되어 상기 패드 오픈홀(135) 상에 잔류물이 크러스트가 다량 발생될 수 있으므로, 크러스트층에 대한 별도의 제거공정이 요구된다.
실시예에서는 상기 크러스트층 제거를 위하여 패드 애셔(pad asher) 공정이 진행된다. 상기 패드 애셔공정은 Ar 및 O2 가스를 사용하여 상기 크러스트층 및 상기 포토레지스트 패턴(170)를 제거할 수 있다.
예를 들어, 상기 패드 애셔공정은 O2 가스와 상기 크러스트층의 CxHy가 반응하여 CO2 + H2O↑로 화학결합 함으로써, 상기 크러스트층 및 포토레지스트 패 턴(170)이 제거될 수 있다.
이어서, 패드 클리닝(Pad Cleaning)을 공정을 진행하여 상기 패드(130) 상에 남아있을 수 있는 파티클을 제거할 수 있다. 상기 패드 클리닝 공정은 아민(amin) 계열에 솔벤트(solvent)를 사용하여 진행될 수 있다.
실시예에서는 상기 마이크로 렌즈(165)를 형성한 후 패드 오프닝 공정을 진행하여 상기 패드(130)를 노출시킬 수 있다.
즉, 상기 마이크로 렌즈(165) 형성을 완료한 후 패드 오프닝 공정을 한번의 포토 및 식각 공정을 통해 형성함으로써 공정을 단순화 시키고 생산성을 향상시킬 수 있다.
실시예는 마이크로 렌즈 형성 공정 이후에 패드 오픈 공정을 진행하고, 패드를 노출시킬 수 있다.
즉, 마이크로 렌즈 형성을 완료한 후 패드 오프닝 공정을 한번의 사진 및 식각 공정을 통해 형성함으로써 공정 단순화 및 생산성을 향상시킬 수 있다.
상기 마이크로 렌즈는 더미 렌즈를 이용한 전사 공정을 통해 형성되므로 갭 리스 형태로 형성될 수 있다.
또한, 상기 마이크로 렌즈는 케미컬을 이용한 표면 처리 공정을 통해 렌즈의 파티클 및 러프네스를 동시에 개선할 수 있고, 광 감도가 향상될 수 있다.
또한, 컬러필터 상부의 평탄화층에 대한 전사 공정을 통해 상기 평탄화층에 마이크로 렌즈가 형성되므로 포토다이오드와 마이크로 렌즈의 초점거리가 감소되고, 필팩터를 증대시킬 수 있다.
<제2 실시예>
도 9를 참조하여, 반도체 기판(200) 상에 배선(220)을 포함하는 층간 절연층(210)이 형성된다.
도시되지는 않았지만, 상기 반도체 기판(200)에는 액티브 영역 및 필드 영역을 정의하는 소자분리막이 형성될 수 있고, 상기 액티브 영역 상에는 단위픽셀의 리드아웃 서킷이 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 리드아웃 서킷은 트랜스퍼 트랜지스터(Tx), 리셋 트랜지스터(Rx), 드라이브 트랜지스터(Dx) 및 셀렉 트랜지스터(Sx)를 포함할 수 있다. 그리고, 플로팅 디퓨전 영역(FD) 및 상기 각 트랜지스터에 대한 소스/드레인영역을 포함하는 이온주입영역을 형성할 수 있다. 한편, 상기 리드아웃 서킷은 3Tr, 4Tr 또는 5Tr 중 어느 하나일 수 있다.
상기 배선(220)은 단위화소 별로 배치되어 상기 리드아웃 서킷과 후술되는 포토다이오드를 연결하도록 형성된다. 즉, 상기 배선(220)은 상기 포토다이오드에서 생성된 전자의 전송역할을 할 수 있다.
예를 들어, 상기 배선(220)은 제1 메탈(M1) 및 제2 메탈(M2)을 포함하고, 상기 제1 및 제2 메탈(M1,M2)은 비아컨택을 통해 상호 연결될 수 있다. 또한, 최상부 배선인 제2 메탈(M2)의 비아컨택이 상기 층간 절연층(210)의 표면으로 노출될 수 있다.
상기 배선(220)의 형성시 패드(225)가 함께 형성될 수 있다. 상기 패 드(225)는 상부 배선인 상기 제2 메탈(M2)과 동시에 형성될 수 있다. 상기 패드(225)는 제어회로와의 연결 또는 이미지 센서의 동작을 테스트하기 위한 프루브(porbe) 영역이므로 노출되어야만 한다.
상기 층간 절연층(210) 상에 광 감지부(230)가 형성된다. 상기 광 감지부(230)는 n형 도핑부 및 p형 도핑부로 이루어져 PN 접합의 포토다이오드 구조를 가질 수 있다.
상기 광 감지부(230)는 픽셀부에 해당하는 상기 층간 절연층(210)에만 선택적으로 형성되어 상기 패드(225)에 대응하는 상기 층간 절연층(210)은 노출될 수 있다.
도시되지는 않았지만, 상기 광 감지부(230)를 형성하는 방법을 설명하도록 한다.
예를 들어, 상기 광 감지부(230)는 결정형 구조의 p형 캐리어 기판(미도시)의 내부에 n형 불순물 및 p형 불순물을 차례로 이온주입하여 n형 도핑부 및 p형 도핑부를 형성한다. 추가적으로 상기 n형 도핑부의 하부에 고농도의 n형 불순물을 이온주입하여 상기 배선(120)과의 오믹컨택부를 형성할 수도 있다.
다음으로, 상기 층간 절연층(210)과 마주하도록 캐리어 기판의 n형 도핑부를 위치시킨 후 본딩공정을 진행하여 상기 반도체 기판과 캐리어 기판을 결합시킨다. 이후, 상기 층간 절연층(210) 상에 본딩된 상기 광 감지부(230)의 p형 도핑부가 노출되도록 상기 캐리어 기판을 제거한다.
이후, 상기 광 감지부(230)에 픽셀분리 트랜치를 형성하고, 절연막을 증착 하여 하여 픽셀분리막(240)을 형성할 수 있다. 상기 픽셀분리막(240)에 의하여 상기 광 감지부(230)는 단위픽셀 별로 분리될 수 있다. 또한, 상기 광 감지부(230)는 단위픽셀의 리드아웃 서킷과 연결된 상기 배선(220)과 각각 연결될 수 있다.
상기 광 감지부(230)가 상기 배선(220)을 포함하는 층간 절연층(210) 상측에 위치하는 3차원 이미지 센서를 채용하여 필팩터를 높이면서, 이미지 감지부의 디펙트를 방지할 수 있다.
한편, 도시되지는 않았지만, 상기 광 감지부(230)의 p형 도핑부 상에 그라운드 전압을 인가하기 위한 상부전극이 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 상부전극은 투명전극 또는 금속전극 일 수 있다.
상기 광 감지부(230)가 형성된 층간 절연층(210) 상에 보호층(250)이 형성된다.
상기 보호층(250) 습기나 스크래치 등으로부터 상기 광 감지부(230)를 포함하는 소자를 보호하는 역할을 한다.
예를 들어, 상기 보호층(250)은 산화막 및 질화막일 수 있다.
상기 보호층(250) 상에 컬러필터(270)가 형성된다. 상기 컬러필터(270)는 단위픽셀에 해당하는 상기 광 감지부(230) 마다 하나씩 형성되어 입사하는 빛으로부터 색을 분리해낸다.
상기 컬러필터(270)는 각각 다른 색상을 나타내는 것으로 레드(Red), 그린(Green) 및 블루(Blue)의 3가지 색으로 이루어져 인접한 컬러필터(270)들은 서로 약간씩 오버랩되어 단차를 가질 수 있다.
상기 컬러필터(270) 상에 렌즈층(280)이 형성된다.
예를 들어, 상기 렌즈층(280)은 포토레지스트와 같은 유기물 물질로 형성될 수 있다. 상기 렌즈층(280)은 상기 컬러필터(270) 상에만 선택적으로 형성되어, 상기 패드(225)에 대응하는 상기 보호층(250)은 노출될 수 있다.
다음으로, 상기 렌즈층(280) 상에 단위픽셀 별로 반구형태의 더미 렌즈(290)가 형성된다. 예를 들어, 상기 더미 렌즈(290)는 유기물 포토레지스트를 단위픽셀 별로 패터닝한 후 리플로우 시킴으로써 형성될 수 있다.
도 10을 참조하여, 상기 더미 렌즈(290)를 식각마스크로 사용하는 식각공정을 통해 마이크로 렌즈(285)가 형성된다.
상기 마이크로 렌즈(285)는 상기 더미 렌즈(290)에 의한 전사 식각 공정을 통해 상기 렌즈층(280)을 식각하여 형성될 수 있다.
상기 마이크로 렌즈(285)는 상기 더미 렌즈(290)를 식각 마스크로 사용하는 습식 에치-백 공정(wet etch-back)을 통해 형성될 수 있다.
이때, 습식 식각 공정은 상기 컬러필터(270)에는 손상이 가해지지 않는 식각 케미컬일 수 있다.
예를 들어, 상기 마이크로 렌즈(285)는 TMH 케미컬을 사용한 식각 공정을 통해 형성될 수 있다. 즉, 상기 더미 렌즈(290)의 형태가 상기 렌즈층(280)으로 전사되도록 식각 공정을 진행하여, 볼록 렌즈 형태의 마이크로 렌즈(285)를 형성할 수 있다.
또는, 상기 마이크로 렌즈(285)는 H2SO4 케미컬 및 H2O2 케미컬의 혼합용액을 사용한 식각 공정을 통해 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 H2SO4 케미컬 및 H2O2 케미컬은 2~10:1의 비율로 혼합되고, 30~60초 동안 식각 공정을 진행할 수 있다.
이에 따라, 상기 더미 렌즈(290)의 형태가 상기 렌즈층(280)으로 전사되면서 식각되므로, 볼록 렌즈 형태의 마이크로 렌즈(285)가 형성될 수 있다.
상기와 같이 더미 렌즈(290)를 이용한 습식 에치 백 공정을 통해 상기 마이크로 렌즈(285)가 형성될 수 있다.
특히, 상기 마이크로 렌즈(285) 형성을 위한 상기 렌즈층(280)의 식각은 상기 더미 렌즈(290)를 이루는 포토레지스트가 모두 식각될 때까지 수행되도록 할 수 있다.
이에 따라, 상기 마이크로 렌즈(285)는 이웃하는 렌즈와 갭 리스 형태로 형성될 수 있다.
상기 마이크로 렌즈(285)를 형성한 다음, TMH 케미컬, H2SO4 케미컬 및 H2O2 케미컬을 이용하여 표면처리 공정을 진행할 수 있다.
예를 들어, 상기 TMH(4%):H2SO4(31%):H2O2(65%) 케미컬의 혼합 비율은 1:2~10:20~40이고, 상기 케미컬을 이용하여 1~5분 동안 상기 마이크로 렌즈(285)의 표면 처리 공정을 더 진행할 수 있다.
상기 마이크로 렌즈(285)의 표면 처리 공정을 통해 상기 마이크로 렌즈(285)의 표면에 남아있는 파티클 및 러프네스를 동시에 제거할 수 있다.
도 11 및 도 12를 참조하여, 상기 마이크로 렌즈(285)를 포함하는 층간 절연층(210) 상에 포토레지스트 패턴(290)가 형성된다.
상기 포토레지스트 패턴(2905)은 상기 패드(225)에 대응하는 상기 보호층(250)의 표면을 선택적으로 노출시킬 수 있다.
상기 포토레지스트 패턴(290)을 식각마스크로 사용하여 상기 보호층(250) 및 층간 절연층(210)을 식각하여 상기 패드(225)의 상면을 노출시키는 패드 오픈홀(215)이 형성된다.
상기 패드 오픈홀(215)을 형성하는 공정은 제1 실시예와 동일하므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.
실시예에서는 상기 마이크로 렌즈(285)를 형성한 후 패드 오프닝 공정을 진행하여 상기 패드(225)를 노출시킬 수 있다.
즉, 상기 마이크로 렌즈(285) 형성을 완료한 후 패드 오프닝 공정을 한번의 사진 및 식각 공정을 통해 형성함으로써 공정을 단순화 및 생산성을 향상시킬 수 있다.
일반적으로 패드를 보호하기 위한 보호층인 열경화성 수지(Thermal resin) 또는 테오스막(TEOS) 형성 공정이 생략될 수 있다. 이로 인하여 패드 오픈 공정시 발생하는 잔여물(residue)을 제거하기 위한 추가 케미컬을 사용할 필요가 없어지며, 포토 공정 역시 단순화되므로 패터닝에 의한 플라즈마 데미지를 동시에 해결할 수 있으므로 광 특성을 향상시킬 수 있다.
따라서, 상기 패드(225)의 프루브(yield)가 용이해지고, 수율(yield) 및 신 뢰성(reliability) 향상을 기대할 수 있다.
제2 실시예에서는 제1 실시예와 동일한 효과를 기대할 수 있다.
추가적으로 제2 실시에는 광 감지부가 층간 절연층 상부에 위치하는 수집형 집적 구조를 가지므로, 상기 광 감지부의 수광률이 향상될 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사항 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
도 1은 종래의 기술에 따른 이미지 센서를 도시한 단면도이다.
도 2 내지 도 8은 제1 실시예에 따른 이미지 센서의 제조공정을 도시한 단면도이다.
도 9 내지 도 11은 제2 실시예에 따른 이미지 센서의 제조공정을 도시한 단면도이다.
Claims (11)
- 반도체 기판의 복수의 광 감지부를 형성하는 단계;상기 반도체 기판 상에 하부 배선을 하부 절연층 형성하는 단계:상기 하부 절연층 상에 패드를 포함하는 상부 절연층을 형성하는 단계;상기 광 감지부에 대응하는 상기 상부 절연층에 트랜치를 형성하는 단계;상기 광 감지부에 대응하도록 상기 트랜치에 컬러필터를 형성하는 단계;상기 컬러필터 상부에 렌즈층을 형성하는 단계;상기 컬러필터에 대응하는 상기 렌즈층 상에 더미 렌즈를 형성하는 단계상기 더미 렌즈를 식각마스크로 사용하는 식각공정을 통해 상기 렌즈층을 식각하고 갭리스 형태의 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조방법.
- 반도체 기판 상에 배선 및 패드를 포함하는 층간 절연층을 형성하는 단계;상기 배선과 연결되도록 상기 층간 절연층 상에 수광부를 형성하는 단계;상기 수광부 및 층간 절연층 상에 보호층을 형성하는 단계;상기 수광부에 대응하도록 상기 보호층 상에 컬러필터를 형성하는 단계;상기 컬러필터 상에 렌즈층을 형성하는 단계;상기 렌즈층 상에 더미 렌즈를 형성하는 단계; 및상기 더미 렌즈를 마스크로 하는 식각 공정을 통해 갭리스 형태의 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 마이크로 렌즈는 습식 에치-백 공정(wet etch-back)을 통해 진행되는 것을 포함하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 마이크로 렌즈는 TMH 케미컬을 이용하여 상기 렌즈층을 식각하는 것을 포함하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 마이크로 렌즈는 H2SO4 케미컬 및 H2O2 케미컬의 혼합용액을 이용하여 상기 렌즈층을 식각하는 것을 포함하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제5항에 있어서,상기 H2SO4 케미컬 및 H2O2 케미컬은 2~10:1의 비율로 혼합되는 것을 포함하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 마이크로 렌즈를 형성한 다음, TMH 케미컬, H2SO4 케미컬 및 H2O2 케미컬을 이용하여 표면처리 공정을 진행하는 단계를 더 포함하고,상기 TMH:H2SO4:H2O2 케미컬의 혼합 비율은 1:2~10:20~40인 것을 포함하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 마이크로 렌즈를 형성한 다음, 상기 패드에 대응하는 상기 상부 절연층을 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및상기 포토레지스트 패턴에 의하여 노출된 상기 상부 절연층을 제거하고 패드 오픈홀을 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제8항에 있어서,상기 패드 오픈홀을 형성한 다음, 상기 포토레지스트 패턴 및 포토레지스트 패턴에 형성된 크러스트층을 제거하기 위하여 패드 애셔 공정을 진행하는 단계; 및상기 패드 애셔 공정에 의하여 남겨진 잔여물을 제거하기 위하여 패드 클리닝 공정을 진행하는 단계를 더 포함하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 렌즈층 및 더미 렌즈는 유기물막으로 형성되는 이미지 센서의 제조방 법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 더미 렌즈는 볼록한 반구 형태로 형성되고, 이웃하는 더미 렌즈와 갭을 가지는 것을 포함하는 이미지 센서의 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020090132523A KR20110075948A (ko) | 2009-12-29 | 2009-12-29 | 이미지 센서의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020090132523A KR20110075948A (ko) | 2009-12-29 | 2009-12-29 | 이미지 센서의 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20110075948A true KR20110075948A (ko) | 2011-07-06 |
Family
ID=44915896
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020090132523A KR20110075948A (ko) | 2009-12-29 | 2009-12-29 | 이미지 센서의 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20110075948A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3126170A1 (fr) * | 2021-08-10 | 2023-02-17 | Stmicroelectronics (Crolles 2) Sas | Procédé de fabrication d'un capteur d'images |
-
2009
- 2009-12-29 KR KR1020090132523A patent/KR20110075948A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3126170A1 (fr) * | 2021-08-10 | 2023-02-17 | Stmicroelectronics (Crolles 2) Sas | Procédé de fabrication d'un capteur d'images |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101782224B1 (ko) | 이미지 센서 칩 측벽 배선 | |
| JP3722367B2 (ja) | 固体撮像素子の製造方法 | |
| TWI407558B (zh) | 半導體裝置及其製造方法 | |
| US8803271B2 (en) | Structures for grounding metal shields in backside illumination image sensor chips | |
| TWI425632B (zh) | 高光學效能互補金氧半影像感測器 | |
| KR100997299B1 (ko) | 이미지센서 및 그 제조방법 | |
| US20060231898A1 (en) | CMOS image sensor and method of manufacturing the same | |
| KR100882990B1 (ko) | 이미지센서 및 그 제조방법 | |
| US10497729B2 (en) | Image sensor having conductive layer and protective layer | |
| US11437420B2 (en) | Image sensor with overlap of backside trench isolation structure and vertical transfer gate | |
| JP2010258157A (ja) | 固体撮像装置およびその製造方法 | |
| KR20120135627A (ko) | 이미지 센서 및 그 제조 방법 | |
| US9247116B2 (en) | Image sensor device with light guiding structure | |
| US11133342B2 (en) | Image sensor | |
| TW201810403A (zh) | 半導體裝置及其製造方法 | |
| JP2005217439A (ja) | 固体撮像素子及びその製造方法 | |
| US9312292B2 (en) | Back side illumination image sensor and manufacturing method thereof | |
| JP4123446B2 (ja) | 固体撮像素子の製造方法 | |
| US7825494B2 (en) | Image sensor and method for manufacturing the same | |
| KR20100079399A (ko) | 이미지 센서 및 그 제조 방법 | |
| KR20110024471A (ko) | 이미지 센서의 제조방법 | |
| KR20110075948A (ko) | 이미지 센서의 제조방법 | |
| KR100856948B1 (ko) | 이미지 센서 제조방법 | |
| CN112310128A (zh) | 图像传感器、用于图像传感器的半导体结构及其制造方法 | |
| KR20100080135A (ko) | 이미지 센서 및 그 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |