KR100477789B1 - 이미지센서의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
컬러필터배열의 균일도를 증가시키고 컬러필터 표면의 오염물질을 제거하여 소자의 수율을 개선시키기 위한 이미지센서 제조 방법에 관한 것으로, 이를 위한 본 발명은 기판 상에 포토다이오드를 포함하는 소자들을 형성하고 제1,2층간절연막 및 제1,2금속배선을 형성하는 제 1 단계, 상기 제2층간절연막상에 광차폐막을 형성하는 제2 단계, 상기 광차폐막을 마스크로 이용한 상기 제2층간절연막의 일부 두께를 건식식각하여 다수의 홈을 형성하는 제 3 단계, 상기 다수의 홈을 매립하도록 결과물 상에 컬러필터배열을 형성하는 제 4 단계, 상기 광차폐막을 연마정지막으로 이용한 화학적기계적연마를 실시하여 상기 컬러필터배열을 평탄화하는 제 5 단계, 결과물 상에 저온산화막 및 소자보호막을 순차적으로 형성하는 제 6 단계를 포함하여 이루어진다.
Description
본 발명은 이미지센서 제조 방법에 관한 것으로, 컬러필터 표면의 오염물질을 방지하는데 적합한 이미지센서의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 이미지센서(Image Sensor)로는 CCD(Charge coupled device) 이미지센서와 CMOS 이미지센서가 있는데, 최근에는 주로 CMOS 이미지센서기술이 완성 단계에 이르러 상용화에 이르고 있다.
CMOS 이미지센서는 빛을 감지하는 광감지부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이타화하는 로직회로 부분으로 구성되어 있다. 광감도(Sensitivity)를 높이기 위하여 전체 이미지센서 소자에서 광감지부분의 면적이 차지하는 비율(Fill factor)을 크게하려는 노력이 진행되고 있지만, 근본적으로 로직회로 부분을 제거할 수 없기 때문에 제한된 면적하에서 이러한 노력에는 한계가 있다. 따라서 광감도를 높여주기 위하여 광감지부분 이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 바꿔서 광감지 부분으로 모아주는 집광기술이 등장하였는데, 이러한 기술이 바로 마이크로 렌즈 형성 기술이다. 또한, 컬러이미지를 구현하기 위한 이미지센서는 외부로부터의 빛을 받아 광전하를 생성 및 축적하는 광감지부분 상부에 컬러필터(Color filter)가 순차적으로 배열되어 있다. 상기의 칼라필터배열(Color Filter Array; CFA)은 적색(Red; R), 녹색(Green; G) 및 청색(Blue; B)의 3가지 컬러로 이루어지거나, 황색(Yellow), 자황색(Magenta) 및 청록색(Cyan)의 3가지칼라로 이루어질 수 있다. 또한 상기 컬러필터배열 상부에 이미지센서의 광감도를 높이기 위하여 마이크로렌즈(Microlens)를 이용한다.
현재 적용되고 있는 이미지센서는 하나의 내부연결용폴리실리콘과 3층 금속배선구조를 사용하고 있으나, 단위화소내에는 세 번째 금속배선을 완전히 제거하고 그 상부에 보호막을 증착하고 컬러필터배열을 형성한다.
따라서 종래의 이미지센서 제조 방법은 단위화소의 포토다이오드와 컬러필터배열(CFA)간의 두께가 두터워 광신호(Light signal)의 손실이 발생하고, 컬러필터배열(CFA) 형성 공정시 현상불량으로 남는 오염물질(Scum) 때문에 단위화소의 특성이 저하된다.
첨부도면 도 1 에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 이미지센서의 제조 방법은, 실리콘기판(11) 상부에 이미지센서의 단위화소간의 전기적인 절연을 위하여 필드절연막(12)을 형성하고 불순물 이온주입이나 불순물확산에 의해 포토다이오드 (13)를 형성한 후, 상기 필드절연막(12) 상에 내부연결용폴리실리콘(14)을 형성한다. 그리고 상기 내부연결용폴리실리콘(14) 상부에 광투과를 위한 PMD(Pre-Metal Dielectric)(15)를 형성한 후, 금속배선간의 절연을 위한 제1층간절연막(16)을 형성한다. 이어 상기 제1층간절연막(16) 상에 제1금속배선(17)을 형성한 다음, 상부에 제2층간절연막(18)을 형성하고 그 상부에 상기 제1금속배선(17)에 대향하는 제2금속배선(19)을 형성한다.
이어 상기 제2금속배선(19) 상에 금속배선간 절연을 위한 제3층간절연막(20)을 형성하고 제3금속배선을 위한 금속층을 형성한다. 이 때 상기 금속층은 단위화소를 제외한 주변회로들의 금속배선을 위한 금속층으로 단위화소내에서는 완전히 제거된다. 이어 상기 금속층이 제거된 제3층간절연막(20) 상에 수분이나 스크래치 (Scratch)로부터 소자를 보호하기 위하여 산화막 또는 질화막 또는 산화막과 질화막의 적층막을 연속적으로 도포하여 고온공정으로 소자보호막(21)을 형성한다.
이어 상기 소자보호막(21) 상부에 이미지센서의 컬러이미지구현을 위하여 컬러감광막을 도포하고 순차적으로 현상공정을 실시하여 청색컬러필터(22), 적색컬러필터(23) 및 녹색컬러필터(24)의 배열 즉, 컬러필터배열(CFA)을 형성한다. 이 때 상기 청색컬러필터(23)는 상기 녹색컬러필터(22)에 비해 일정두께 높고, 상기 적색컬러필터(24)는 상기 청색컬러필터(23)에 비해 일정두께 높게 형성되어 상기 컬러필터배열(CFA)에는 단차가 발생하고 오염물질(A,B,C)이 발생한다. 이 때, 상기 오염물질의 발생경로를 설명하면, 주로 산화막성분인 소자보호막(21) 상부보다는 동질의 감광막성분인 컬러필터배열(CFA)의 상부에서 집중적으로 발생한다. 예를 들어, 청색컬러필터(22), 적색컬러필터(23), 녹색컬러필터(24) 순으로 진행되는 컬러필터배열(CFA) 공정에서는 청색컬러필터(22)의 상부에 적색컬러필터와 녹색컬러필터 오염물질(A,B)이 발생할 수 있다. 또한 상기 적색컬러필터(23)의 하부에는 청색컬러필터의 오염물질이 상부에는 녹색컬러필터의 오염물질(C)이 올 수 있으나, 하부의 청색컬러필터의 오염물질이 발생하는 부분은 소자보호막의 상부이기 때문에 오염물질과 이질적인 성분으로 오염물질의 발생빈도가 매우 낮다. 따라서 적색컬러필터(23)에 남는 대다수의 오염물질은 적색컬러필터 상부에 발생하는 녹색컬러필터의 오염물질(C)이기 때문에, 상기 오염물질의 다발지역은 컬러필터배열(CFA)의 상부이다.
또한 세 번의 컬러필터배열(CFA) 공정으로 인해 컬러필터별 단차가 발생한다.
이어 상기 단차가 발생된 컬러필터배열(CFA)을 평탄화할 경우, 나중에 진행하는 컬러필터배열일수록 두께가 두터워져 청색컬러필터, 적색컬러필터, 녹색컬러필터 순으로 두께가 두터워진다.
이어 상기 컬러필터배열(CFA) 상부에 평탄화를 위한 OCM(Over Coating Material)(25)을 형성하는데, 상기 OCM(25)은 상기 단차가 발생된 컬러필터배열 (CFA)의 평탄화를 위해 형성된다. 이어 상기 OCM층(25) 상부에 상기 컬러필터배열 (CFA)에 대향하는 마이크로렌즈(26)를 형성한다.
상기와 같이 종래기술에서는 컬러필터배열(CFA) 공정에서 각 컬러필터 상부에 감광막성분의 오염물질이 발생한다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 컬러필터배열의 균일도를 증가시키고 컬러필터 표면의 오염물질을 제거하여 소자의 수율을 개선시키는데 적합한 이미지센서 제조 방법을 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이미지센서 제조 방법은 기판 상에 포토다이오드를 포함하는 소자들을 형성하고 제1,2층간절연막 및 제1,2금속배선을 형성하는 제 1 단계, 상기 제2층간절연막상에 광차폐막을 형성하는 제2 단계, 상기 광차폐막을 마스크로 이용한 상기 제2층간절연막의 일부 두께를 건식식각하여 다수의 홈을 형성하는 제 3 단계, 상기 다수의 홈을 매립하도록 결과물 상에 컬러필터배열을 형성하는 제 4 단계, 상기 광차폐막을 연마정지막으로 이용한 화학적기계적연마를 실시하여 상기 컬러필터배열을 평탄화하는 제 5 단계, 결과물 상에 저온산화막 및 소자보호막을 순차적으로 형성하는 제 6 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 2a 내지 도 2g 는 본 발명의 실시예에 따른 이미지센서 제조 방법을 나타낸 도면으로서, 하나의 내부연결용 폴리실리콘과 삼층 금속배선구조를 이용하는 통상의 이미지센서의 제조 공정을 이용한다.
도 2a 에 도시된 바와 같이, 실리콘기판(31)에 단위화소간 분리를 위한 필드절연막(32)을 형성한 다음, 불순물확산이나 이온주입에 의해 포토다이오드영역(33)을 형성한다. 이어 상기 필드절연막(32) 상에 폴리실리콘을 증착하고 선택적으로 패터닝하여 내부연결용폴리실리콘(34)을 형성한다.
결과물 상부에 광투과를 위한 절연막 예를 들면, PMD(Pre-Metal Dielectric)막(35)을 형성하고 평탄화한 다음, 상기 PMD막(35)상에 금속층을 증착한 후 선택적으로 패터닝하여 상기 포토다이오드영역(33)을 제외한 PMD막(35)상에 제1금속배선 (36)을 형성한다. 이어 상기 제1금속배선(36) 상에 금속배선들간의 절연을 위한 제1층간절연막(37)을 형성하고 평탄화한 후, 상기 제1층간절연막(37) 상에 금속층을 증착한 후 선택적으로 패터닝하여 상기 제1금속배선(36)과 대향하는 제2금속배선(38)을 형성한다.
이어 상기 제2금속배선(38) 상부에 금속배선들간의 절연을 위한 제2층간절연막(39)을 형성하고 평탄화한 후, 상기 제2층간절연막(39) 상에 광차폐막을 위한 금속층을 형성한다. 이어 상기 금속층 상에 감광막을 도포하고 노광 및 현상공정으로 패터닝한 다음, 상기 패터닝된 감광막을 마스크로 하여 상기 금속층을 식각하여 광차폐막(40)을 형성한다. 이 때 통상의 기술에서는 주변회로 부분을 제외한 단위화소내의 금속층을 완전히 식각하지만 본 발명에서는 컬러필터배열(CFA) 형성 및 포토다이오드영역 이외의 단위화소 주변회로에 광이 입사되는 것을 차단하기 위하여 광차폐막(40)을 형성하며, 이러한 광차폐막(40)은 전기적으로 연결되지 않는 구조를 가지며, 포토다이오드(33) 이외의 주변회로에 연결되는 제3금속배선으로 이용할 수 있다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 이어 상기 광차폐막(40)을 마스크로 하여 제2층간절연막(39)을 건식식각하여 일정 깊이를 갖는 제1 및 제2홈영역(D,E)을 형성한다. 이 때 통상의 컬러필터배열(CFA)은 감광막의 도포두께로 컬러필터배열(CFA)의 두께를 조절하지만 본 발명에서는 제2층간절연막(39)의 건식식각의 타겟으로 조절하므로 균일한 컬러필터배열(CFA)의 두께(d1)를 조절할 수 있다. 이 때, 광차폐막 (40) 하측의 제2층간절연막(39)은 식각되지 않고 남게 되며, 제1 및 제2홈영역 (D,E)은 녹색컬러필터 및 청색컬러필터를 형성하기 위한 영역이다.
도 2c 에 도시된 바와 같이, 컬러물질 특히 네이티브감광막(Native PR)을 상기 제2층간절연막(39)의 건식식각된 제1홈영역(D)에 도포하고 현상공정으로 녹색컬러필터(41)을 형성하고 빛이 조사된 부분을 제외하고 나머지 지역은 제거하는데, 녹색컬러필터(41)를 먼저 형성하는 이유는, 녹색컬러필터(41)의 개수가 적색이나 청색보다 2배나 많기 때문에 하부에 오염물질(Scum) 발생률을 최소화하고 상부에 발생률을 최대로 하여 후 공정인 컬러필터배열의 평탄화 공정의 효율을 오염물질제거 측면에서 효과적으로 이용할 수 있다.
도 2d 에 도시된 바와 같이, 컬러물질 특히 네이티브감광막(Native PR)을 상기 제2층간절연막(39)의 제2홈영역(E)에 도포하고 현상공정으로 청색컬러필터(42)를 형성한다. 이 때 상기 청색컬러필터(42)는 일반적으로 녹색컬러필터(41)보다 0.2㎛정도 두껍게 형성된다.
도 2e에 도시된 바와 같이, 네이티브감광막(Native PR)을 상기 제2층간절연막(39)의 다른 홈영역(도면에 나타나지 않음)에 도포하고 현상공정으로 적색컬러필터(43)를 형성한다. 이 때, 상기 적색컬러필터(43)를 위한 네이티브감광막은 청색컬러필터(42)를 위한 네이티브감광막보다 0.2㎛정도 두껍게 형성되며 적색컬러필터 (43)은 녹색컬러필터의 뒷쪽에 위치한다. 이와 같은 공정으로 컬러필터배열(CFA)을 형성하는데, 이러한 컬러필터배열(CFA)은 각각의 컬러필터들의 형성 두께가 서로 다르기 때문에 단차가 발생하며, 상기 컬러필터들의 표면에는 오염물질(F,G)이 존재한다.
도 2f에 도시된 바와 같이, 상기 광차폐막(41)을 연마정지막으로 한 화학적기계적연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP)를 실시하여 상기 녹색, 청색 및 적색컬러필터(41,42,43)를 연마하여 평탄화하면, 상기 적색컬러필터(43)는 녹색컬러필터(41)의 연마로 인하여 단면에 나타나지 않는다. 이 때 상기 컬러필터배열 (CFA)의 상부에 발생된 오염물질(F,G)은 완전히 제거되며, 컬러필터배열(CFA)의 두께도 동일하게 형성된다.
도 2g에 도시된 바와 같이, 상기 컬러필터배열(CFA) 상에 저온산화막(Low Temperature Oxide; LTO)(44)을 증착하여 상기 컬러필터배열(CFA)을 보호한다. 이 때 상기 저온산화막(LTO)(44)은 저온에서 산화막을 형성하는 기술로, 후속 공정에서 형성될 소자보호막(Passivation) 공정으로부터 상기 컬러필터배열(CFA)을 보호한다. 이처럼 상기 저온산화막(LTO)(44)을 이용하는 이유는, 비교적 열에 약한 감광막(Photoresist)성분인 컬러필터배열(CFA)을 산소(O2)와 차단하므로써 열에 의한 컬러필터배열(CFA)의 산화현상을 방지하기 위함이다. 이어 상기 저온산화막(LTO) (44) 상에 소자보호막(45)을 형성하는데, 이러한 보호막공정 역시 저온산화막(LTO) (44)과 동일하게 저온공정이 가능하며 컬러필터배열(CFA)에 손상을 주지않고 이미지센서의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이어 상기 소자보호막(45) 상에 상기 컬러필터배열(CFA)에 대향하는 마이크로렌즈(46)를 형성한다. 이 때 상기 컬러필터배열(CFA)이 평탄화되어 있는 상태이므로 통상의 기술에서 사용하는 평탄층인 OCM(Over coating material)을 생략할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 컬러필터배열(CFA)을 제2층간절연막(39)에 매립되도록 형성하므로써 컬러필터배열(CFA)을 위한 세 번의 현상공정으로부터 컬러필터배열(CFA)의 손상을 줄일 수 있으며, 컬러필터들(41,42,43)의 두께를 동일하게 형성할 수 있으므로 단위화소간의 균일도(Uniformity)를 확보할 수 있다.
또한 포토다이오드(33)와 컬러필터배열(CFA)간의 거리를 줄일 수 있으므로 광신호의 손실을 방지한다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 본 발명은 컬러필터배열(CFA)을 형성하기 위해 세 번의 컬러감광막 현상공정을 진행하더라도 컬러필터배열(CFA)의 측면이 층간절연막과 금속층에 매립되기 때문에 컬러필터배열(CFA)의 손상을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 금속층을 연마방지막으로 이용한 화학적기계적연마를 실시하므로써 컬러필터배열(CFA) 표면에 발생된 오염물질을 제거할 수 있으며, 포토다이오드와 컬러필터배열간의 거리를 감소시키므로 광손실을 감소시킬 수 있다.
그리고 컬러필터배열 하부의 층간절연막에 대한 식각 깊이를 조절할 수 있기 때문에 컬러필터배열의 두께를 조절할 수 있으며, 각각의 컬러필터의 두께를 동일하게 형성할 수 있으므로 컬러필터배열간의 균일도를 확보할 수 있다.
도 1 은 종래기술에 따른 이미지센서의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 도면,
도 2a 내지 도 2g 는 본 발명의 실시예에 따른 이미지센서의 제조 방법을 나타낸 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
31 : 실리콘기판 32 : 필드절연막
33 : 포토다이오드영역 34 : 내부연결용폴리실리콘
35 : PMD 36 : 제1금속배선
37 : 제1층간절연막 38 : 제2금속배선
39 : 제2층간절연막 40 : 광차폐막
41 : 녹색컬러필터 42 : 청색컬러필터
43 : 적색컬러필터 44 : 저온산화막(LTO)
45 : 소자보호막 46 : 마이크로렌즈
D : 제1홈영역 E : 제2홈영역
Claims (6)
- 이미지센서 제조 방법에 있어서,기판 상에 포토다이오드를 포함하는 소자들을 형성하고 제1,2층간절연막 및 제1,2금속배선을 형성하는 제 1 단계;상기 제2층간절연막상에 광차폐막을 형성하는 제2 단계;상기 광차폐막을 마스크로 이용한 상기 제2층간절연막의 일부 두께를 건식식각하여 다수의 홈을 형성하는 제 3 단계;상기 다수의 홈을 매립하도록 결과물 상에 컬러필터배열을 형성하는 제 4 단계;상기 광차폐막을 연마정지막으로 이용한 화학적기계적연마를 실시하여 상기 컬러필터배열을 평탄화하는 제 5 단계; 및결과물 상에 저온산화막 및 소자보호막을 순차적으로 형성하는 제 6 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 단계는,상기 제1층간절연막 형성 전에 상기 포토다이오드 상부에 PMD층을 형성하는 단계를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 단계에서,상기 광차폐막은 제3금속배선으로 이용함을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 4 단계에서,상기 컬러필터배열은 녹색컬러필터, 청색컬러필터 및 적색컬러필터 순으로 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 6 단계는,상기 소자보호막은 저온공정으로 형성되고, 상기 소자보호막 상에 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 3 단계에서,상기 포토다이오드와 컬러필터배열간의 이격거리를 고려하여 상기 제2층간절연막을 건식식각하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.
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Legal Events
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| N231 | Notification of change of applicant | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
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