KR100763232B1 - 이미지 센서의 제조 방법 - Google Patents

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KR100763232B1 KR1020060091338A KR20060091338A KR100763232B1 KR 100763232 B1 KR100763232 B1 KR 100763232B1 KR 1020060091338 A KR1020060091338 A KR 1020060091338A KR 20060091338 A KR20060091338 A KR 20060091338A KR 100763232 B1 KR100763232 B1 KR 100763232B1
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interlayer insulating
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오태석
박덕서
홍종욱
오정혁
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삼성전자주식회사
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Abstract

이미지 센서의 제조 방법이 제공된다. 이미지 센서의 제조 방법은 반도체 기판 내에 광전 변환부를 형성하고, 반도체 기판의 전면을 덮도록 층간 절연막을 형성하고, 층간 절연막 상에 메탈 배선 및 메탈 배선 사이를 채우는 메탈간 절연막을 형성하고, 메탈간 절연막 및 층간 절연막의 일부를 제거하여 광전 변환부 상부에 개구부를 형성하고, 개구부에 빛을 조사하여 광전 변환부 상면을 큐어링하고, 개구부를 채우는 광투광부를 형성하는 것을 포함한다.
반도체 집적 회로 장치, 이미지 센서

Description

이미지 센서의 제조 방법{Method of fabricating image sensor}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 단위 화소의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이의 개략적인 평면도이다.
도 4는 도 3의 Ⅳ- Ⅳ′를 따라 절단한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 아미지 센서를 포함하는 프로세서 기반 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법에 따라 제조한 이미지 센서에서 큐어링 여부에 따른 암전류의 측정값을 나타낸 그래프이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
10: 액티브 픽셀 센서 어레이 20: 타이밍 제너레이터
30: 로우 디코더 40: 로우 드라이버
50: 상관 이중 샘플러 60: 아날로그 디지털 컨버터
70: 래치부 80: 컬럼 디코더
100: 단위 화소 102: 소자 분리 영역
110: 광전 변환부 120: 전하 검출부
130: 전하 전송부 140: 리셋부
150: 증폭부 160: 선택부
210: 층간 절연막 212,214: 절연막
220: 메탈 배선 230: 메탈간 절연막
240: 식각 정지막 250: 개구부
260: 산화막 270: 광투광부
280: 컬러 필터 282: 평탄화층
290: 마이크로 렌즈 300: 프로세서 기반 시스템
305: 버스 310: CMOS 이미지 센서
320: 중앙 정보 처리 장치 330: I/O 소자
340: RAM 350: 플로피디스크 드라이브
355: CD ROM 드라이브 360: 포트
본 발명은 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 암전류 가 감소된 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것이다.
이미지 센서(image sensor)는 광학 영상을 전기 신호로 변환시키는 소자이다. 최근 들어, 컴퓨터 산업과 통신 산업의 발달에 따라 디지털 카메라, 캠코더, PCS(Personal Communication System), 게임 기기, 경비용 카메라, 의료용 마이크로 카메라, 로보트 등 다양한 분야에서 성능이 향상된 이미지 센서의 수요가 증대되고 있다.
이미지 센서는 단위 화소는 입사광을 광전 변환하여 광량에 대응하는 전하를 광전 변환부에 축적한 후, 읽기 동작(read-out operation)을 통해서 영상 신호를 재생하게 된다. 여기서, 광전 변환부에서 수광되는 빛의 양이 많을수록 감도가 향상된다. 광전 변환부 상부에는 층간 절연막, 메탈간 절연막 및 식각 정지막이 적층되어 있는데, 특히 질화막으로 형성되는 식각 정지막은 입사되는 빛을 반사시키거나 산란시켜 광전 변환부로 수광되는 빛의 양을 감소시킨다.
따라서, 광전 변환부 상부의 층간 절연막, 메탈간 절연막 및 식각 정지막 등을 제거하는 공정을 진행한다. 이러한 제거 공정은 플라즈마를 이용한 건식 식각 공정에 의해 진행될 수 있다. 플라즈마를 이용한 건식 식각 공정을 진행하는 경우 플라즈마화된 식각 가스에 의해 플라즈마 데미지가 발생할 수 있다. 플라즈마 데미지는 암전류(dark current)를 증가시켜 이미지 센서의 특성을 저하시킨다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 암전류가 감소된 이미지 센서의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법은 반도체 기판 내에 광전 변환부를 형성하고, 상기 반도체 기판의 전면을 덮도록 층간 절연막을 형성하고, 상기 층간 절연막 상에 메탈 배선 및 상기 메탈 배선 사이를 채우는 메탈간 절연막을 형성하고, 상기 메탈간 절연막 및 상기 층간 절연막의 일부를 제거하여 상기 광전 변환부 상부에 개구부를 형성하고, 상기 개구부에 빛을 조사하여 상기 광전 변환부 상면을 큐어링하고, 상기 개구부를 채우는 광투광부를 형성하는 것을 포함한다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참고하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예들에서 잘 알려진 소자 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 나아가, n형 또는 p형은 예시적인 것이며, 여기에 설명되고 예시되는 각 실시예는 그것의 상보적인 실시예도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참고 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서는 CCD(Charge Coupled Device)와 CMOS 이미지 센서를 포함한다. 여기서, CCD는 CMOS 이미지 센서에 비해 잡음(noise)이 적고 화질이 우수하지만, 고전압을 요구하며 공정 단가가 비싸다. CMOS 이미지 센서는 구동 방식이 간편하고 다양한 스캐닝(scanning) 방식으로 구현 가능하다. 또한, 신호 처리 회로를 단일칩에 집적할 수 있어 제품의 소형화가 가능하며, CMOS 공정 기술을 호환하여 사용할 수 있어 제조 단가를 낮출 수 있다. 전력 소모 또한 매우 낮아 배터리 용량이 제한적인 제품에 적용이 용이하다. 따라서, 이하에서는 본 발명의 이미지 센서로 CMOS 이미지 센서를 예시하여 설명한다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상은 그대로 CCD에도 적용될 수 있음은 물론이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서는 액티브 픽셀 센서 어레이(active pixel sensor array, APS arrray)(10), 타이밍 제너레이터(timing generator)(20), 로우 디코더(row decoder)(30), 로우 드라이버(row driver)(40), 상관 이중 샘플러(Correlated Double Sampler, CDS)(50), 아날로그 디지털 컨버터(Analog to Digital Converter, ADC)(60), 래치부(latch)(70) 및 컬 럼 디코더(column decoder)(80) 등을 포함한다.
액티브 픽셀 센서 어레이(10)는 2차원적으로 배열된 다수의 단위 화소를 포함한다. 다수의 단위 화소들은 광학 영상을 전기 신호로 변환하는 역할을 한다. 액티브 픽셀 센서 어레이(10)는 로우 드라이버(40)로부터 화소 선택 신호(ROW), 리셋 신호(RST), 전하 전송 신호(TG) 등 다수의 구동 신호를 수신하여 구동된다. 또한, 변환된 전기적 신호는 수직 신호 라인를 통해서 상관 이중 샘플러(50)에 제공된다.
타이밍 제너레이터(20)는 로우 디코더(30) 및 컬럼 디코더(80)에 타이밍(timing) 신호 및 제어 신호를 제공한다.
로우 드라이버(40)는 로우 디코더(30)에서 디코딩된 결과에 따라 다수의 단위 화소들을 구동하기 위한 다수의 구동 신호를 액티브 픽셀 센서 어레이(10)에 제공한다. 일반적으로 매트릭스 형태로 단위 화소가 배열된 경우에는 각 행별로 구동 신호를 제공한다.
상관 이중 샘플러(50)는 액티브 픽셀 센서 어레이(10)에 형성된 전기 신호를 수직 신호 라인을 통해 수신하여 유지(hold) 및 샘플링한다. 즉, 특정한 기준 전압 레벨(이하, '잡음 레벨(noise level)')과 형성된 전기적 신호에 의한 전압 레벨(이하, '신호 레벨')을 이중으로 샘플링하여, 잡음 레벨과 신호 레벨의 차이에 해당하는 차이 레벨을 출력한다.
아날로그 디지털 컨버터(60)는 차이 레벨에 해당하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다.
래치부(70)는 디지털 신호를 래치(latch)하고, 래치된 신호는 컬럼 디코 더(80)에서 디코딩 결과에 따라 순차적으로 영상 신호 처리부(도면 미도시)로 출력된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 단위 화소의 회로도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 단위 화소(100)는 광전 변환부(110), 전하 검출부(120), 전하 전송부(130), 리셋부(140), 증폭부(150) 및 선택부(160)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서는 단위 화소(100)가 도 2에서와 같이 4개의 트랜지스터 구조로 이루어진 경우를 도시하고 있으나, 5개의 트랜지스터 구조로 이루어질 수도 있다.
광전 변환부(110)는 입사광을 흡수하여, 광량에 대응하는 전하를 축적하는 역할을 한다. 광전 변환부(110)는 포토 다이오드(photo diode), 포토 트랜지스터(photo transistor), 포토 게이트(photo gate), 핀드 포토 다이오드(Pinned Photo Diode; PPD) 및 이들의 조합이 가능하다.
전하 검출부(120)는 플로팅 확산 영역(FD; Floating Diffusion region)이 주로 사용되며, 광전 변환부(110)에서 축적된 전하를 전송받는다. 전하 검출부(120)는 기생 커패시턴스를 갖고 있기 때문에, 전하가 누적적으로 저장된다. 전하 검출부(120)는 증폭부(150)의 게이트에 전기적으로 연결되어 있어, 증폭부(150)를 제어한다.
전하 전송부(130)는 광전 변환부(110)에서 전하 검출부(120)로 전하를 전송한다. 전하 전송부(130)는 일반적으로 1개의 트랜지스터로 이루어지며, 전하 전송 신호(TG)에 의해 제어된다.
리셋부(140)는 전하 검출부(120)를 주기적으로 리셋시킨다. 리셋부(140)의 소스는 전하 검출부(120)에 연결되고, 드레인은 Vdd에 연결된다. 또한, 리셋 신호(RST)에 응답하여 구동된다.
증폭부(150)는 단위 화소(100) 외부에 위치하는 정전류원(도면 미도시)과 조합하여 소스 팔로워 버퍼 증폭기(source follower buffer amplifier) 역할을 하며, 전하 검출부(120)의 전압에 응답하여 변하는 전압이 수직 신호 라인(162)으로 출력된다. 소스는 선택부(160)의 드레인에 연결되고, 드레인은 Vdd에 연결된다.
선택부(160)는 행 단위로 읽어낼 단위 화소(100)를 선택하는 역할을 한다. 선택 신호(ROW)에 응답하여 구동되고, 소스는 수직 신호 라인(162)에 연결된다.
또한, 전하 전송부(130), 리셋부(140), 선택부(160)의 구동 신호 라인(131, 141, 161)은 동일한 행에 포함된 단위 화소들이 동시에 구동되도록 행 방향(수평 방향)으로 연장된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이의 개략적인 평면도이다. 도 4는 도 3의 Ⅳ- Ⅳ′를 따라 절단한 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서는 반도체 기판(101) 상에 형성된 광전 변환부(110), 전하 검출부(120), 전하 전송부(130), 메탈 배선(220), 메탈간 절연막(230), 광투광부(270), 컬러 필터(280) 및 마이크로 렌즈(290)를 포함한다.
반도체 기판(101)에는 소자 분리 영역(102)이 형성되어 활성 영역을 정의한다. 소자 분리 영역(102)은 일반적으로 LOCOS(LOCal Oxidation of Silicon)방법을 이용한 FOX(Field OXide) 또는 STI(Shallow Trench Isolation)가 될 수 있다.
반도체 기판(101)의 활성 영역 상에는 빛 에너지를 흡수하여 발생한 전하를 축적하는 광전 변환부(110)가 형성되는데, 광전 변환부(110)는 N형의 포토 다이오드(112)와 P+형의 피닝층(pinning layer; 114)을 포함한다.
또한, 반도체 기판(101) 상에는 전하 검출부(120)가 형성되어 있으며, 전하 전송부(130), 리셋부(140), 증폭부(150), 선택부(160)에 해당하는 트랜지스터들이 형성된다.
광전 변환부(110) 및 전하 전송부(130) 상부에는 반도체 기판(101)의 전면을 덮으며, 트랜지스터들이 형성되지 않은 빈 공간을 채우도록 층간 절연막(210)이 형성되어 있다. 층간 절연막(210)은 예를 들어, 실리콘 산화막(SiO2)이 사용될 수 있다. 한편, 층간 절연막(210) 하부에는 절연막(212, 214)이 형성되어 있을 수 있으며, 절연막(212, 214)은 산화막 또는 질화막일 수 있다. 여기서, 산화막 또는 질화막은 모두 형성될 수 있으며, 질화막 또는 산화막만이 형성될 수도 있다. 산화막 또는 질화막은 실리사이드 블로킹막일 수 있으며, 식각 정지막일 수도 있다.
층간 절연막(210) 상부에는 메탈 배선(220) 및 메탈간 절연막(230)이 형성된다. 이 때, 메탈 배선(220)은 단일층일 수도 있으며, 2층 또는 3층일 수도 있다. 메탈 배선(220)이 2층 또는 3층인 경우, 상부 메탈 배선과 하부 메탈 배선 사이는 층간 절연 물질인 메탈간 절연막(230)으로 채워져 있으며, 상부 메탈 배선(226)과 하부 메탈 배선(222)은 비아홀로 연결될 수 있다. 도 4에는 3층의 메탈 배선(222, 224, 226)이 도시되어 있다.
메탈 배선(220)으로는 예를 들어, 텅스텐(W) 및 구리(Cu) 등이 사용될 수 있다. 메탈간 절연막(230)으로는 예를 들어, FOX(Flowable OXide), HDP(High Density Plasma), TOSZ(Tonen SilaZene), SOG(Spin On Glass), USG(Undoped Silica Glass) 등이 사용될 수 있다. 여기서, 복수의 메탈간 절연막(230) 사이에는 식각 정지막(240)이 형성될 수 있으며 식각 정지막(240)은 예를 들어, SiN으로 형성될 수 있다.
메탈 배선(220)은 액티브 픽셀 센서 어레이에서 광전 변환부(110)를 제외한 영역에 형성된다. 메탈 배선(220)이 형성되지 않은 광전 변환부(110) 상부에는 개구부(250)가 형성되어 있다. 개구부(250)는 메탈 배선(220)과 소정 간격 이격되도록 형성되며, 메탈간 절연막(230)을 관통하여 층간 절연막(210) 내로 연장되어 있다. 개구부(250)는 빛이 광전 변환부(110)로 입사될 때에, 광전 변환부(110) 상부 영역의 메탈간 절연막(230) 및 식각 정지막(240)에 의해 굴절, 반사됨으로써 빛의 투과율이 적어지고 크로스토크가 발생하는 것을 방지하여, 빛의 투과율을 높이기 위하여 형성한다.
한편, 개구부(250)의 밑면, 측면에는 산화막(260)이 더 포함될 수 있다. 즉, 개구부(250)의 전면 및 상부 메탈간 절연막()의 상면에 산화막(260)이 구비될 수 있다. 산화막(260)은 개구부(250) 하부를 보호하는 역할을 할 수 있다.
광투광부(270)는 개구부(250)를 채우며, 개구부(250) 상부가 평탄해지도록 형성된다. 광투광부(270)는 투명하여 빛이 투과할 수 있는 물질로 형성되며 예를 들어, 열경화성수지(thermosetting resin)로 형성될 수 있다.
광투광부(270) 상부에는 컬러 필터(280)가 형성되어 있다. 컬러 필터(280)는 레드(red), 그린(green), 블루(blue)가 베이어(Bayer) 형으로 배치된 컬러 필터(280)가 사용될 수 있다. 베이어형은 사람의 눈이 가장 민감하게 반응하여 정확도가 요구되는 그린(green) 컬러 필터(280)가 전체 컬러 필터(280)의 반이 되도록 배열하는 방식이다. 그러나, 컬러 필터(280)의 배열은 다양하게 변형될 수 있다.
컬러 필터(280) 상부의 광전 변환부(110)에 대응되는 위치에는 마이크로 렌즈(290)가 형성되어 있다. 마이크로 렌즈(290)는 예를 들어, TMR 계열의 수지 및 MFR 계열의 수지로 형성될 수 있다. 마이크로 렌즈(290)는 광전 변환부(110) 이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 변경하여 광전 변환부(110) 영역으로 빛을 모아준다.
또한, 컬러 필터(280)와 마이크로 렌즈(290) 사이에는 평탄화층(282)이 형성될 수 있으며, 평탄화층(282)은 예를 들어, 열경화성수지로 형성될 수 있다.
이하, 도 5 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 6 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 반도체 기판(101) 상에 광전 변환부(110) 및 층간 절연막(210)을 형성한다(S10). 먼저, 반도체 기판(101)에 소자 분리 영역(102)을 형성하여, 활성 영역(미도시)를 정의한다. 이어서, 활성 영역(미도시) 상에 불순물을 이온 주입하여, 포토 다이오드(112)와 피닝층(114)을 포함하는 광전 변환 부(110)를 형성하고, 전하 검출부(120) 및 전하 전송부(130), 리셋부(도 2의 140 참조), 증폭부(도 2의 150 참조) 및 선택부(도2의 160 참조)에 해당하는 트랜지스터를 형성한다. 이어서, 반도체 기판(101)의 전면을 덮으며 트랜지스터들이 형성되지 않은 빈 공간을 채우도록 층간 절연막(210)을 형성한다. 한편, 층간 절연막(210)을 형성하기 전에 광전 변환부(110) 상에 절연막(212, 214)을 형성할 수 있다. 절연막(212, 214)은 산화막 또는 질화막일 수 있다. 여기서, 산화막 또는 질화막은 모두 형성될 수 있으며, 질화막 또는 산화막만이 형성될 수도 있다. 산화막 또는 질화막은 실리사이드 블로킹막일 수 있으며, 식각 정지막일 수도 있다.
이어서, 도 5 및 도 7을 참조하면, 층간 절연막(210) 상에 메탈간 절연막(230) 및 메탈 배선(220)을 형성한다(S20). 이 때, 복수의 메탈간 절연막(230) 사이에는 식각 정지막(240)을 형성할 수 있다. 메탈 배선(220)이 2층 또는 3층인 경우, 상부 메탈 배선과 하부 메탈 배선 사이는 층간 절연 물질인 메탈간 절연막(230)으로 채울 수 있으며, 상부 메탈 배선과 하부 메탈 배선은 비아홀(미도시)을 형성하여 연결한다.
이어서, 도 5 및 도 8을 참조하면, 메탈 배선(220)이 형성되지 않은 광전 변환부(110) 상부에 개구부(250)를 형성한다(S30). 우선, 메탈 배선(220)이 형성되지 않은 광전 변환부(110) 상부에 포토레지스트(photo resist) 패턴을 형성한다. 이어서, 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 개구부(250)를 형성한다. 이 때, 메탈간 절연막(230) 및 식각 정지막(240)을 모두 식각하며, 층간 절연막(210)의 일부까지 식각되도록 식각을 진행한다. 개구부(250)를 형성하는 식각 공정은 플라즈마 를 이용한 건식 식각으로 진행될 수 있는데, 예를 들어 반응 이온 식각(Reactive Ion Etching; RIE)로 진행할 수 있다.
개구부(250)는 메탈 배선(220)과 소정 간격 이격되며, 메탈간 절연막(230)을 관통하여 층간 절연막(210) 내로 연장되도록 형성된다. 이 때, 층간 절연막(210) 하부에 형성된 트랜지스터들이 손상되지 않도록, 식각 높이를 조절하되, 식각 공정에 의한 광전 변환부(110)의 손상은 적게 고려할 수 있다. 즉, 후속 공정에서 플라즈마 손상을 큐어링하기 때문에, 광전 변환부(110)의 손상이 예상되더라도, 개구부(250)를 깊게 형성할 수 있다. 예를 들어, 광전 변환부(110) 상에 형성된 층간 절연막(212, 214)을 1/2 이상 제거할 수 있다.
개구부(250)를 형성하는 플라즈마 식각 공정을 진행하면, 플라즈마화된 식각 가스에 의해 광전 변환부(110) 상면에 플라즈마 손상이 발생한다. 이 때, 광전 변환부(110)의 상면, 또는 광전 변환부(110) 상에 형성된 절연막(212, 214)도 플라즈마화된 식각 가스의 영항을 받을 수 있다.
이어서, 도 5 및 도 9를 참조하면, 개구부(250)에 빛을 조사하여 광전 변환부(110) 상면을 큐어링한다(S40). 여기서, 개구부(250)에 조사되는 빛은 자외선일 수 있으며, 파장은 100~300nm일 수 있다. 빛은 개구부 형성 과정에서 발생한 플라즈마 손상을 큐어링할 수 있는 시간동안 조사되는데, 예를 들어, 약 2-20분간 조사할 수 있다.
개구부(250)에 빛을 조사하면, 손상된 광전 변환부(110)의 상면, 또는 절연막(212, 214)이 큐어링될 수 있다. 플라즈마에 의한 손상은 암전류를 증가시킨다. 여기서, 광전 변환부(110)의 상면, 또는 절연막(212, 214)을 큐어링하면, 암전류가 줄어들게 된다. 따라서, 이미지 센서의 특성이 향상될 수 있다.
이어서, 도 5 및 도 10을 참조하면, 개구부(250)의 밑면, 측면에 산화막(260)을 형성한다(S50).
산화막(260)을 형성할 때는 예를 들어, 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD)의 방법으로 형성할 수 있다. 이 때, 개구부(250)의 폭이 약 1000~2000Å일 경우, 산화막은 약 100~200Å으로 형성할 수 있다.
이어서, 도 5 및 도 11을 참조하면, 개구부(250)를 채우는 광투광부(270)를 형성한다(S60). 광투광부(270)는 개구부(250)를 채우고, 상부의 메탈간 절연막(212, 214)의 상부를 일정 높이만큼 덮도록 형성된다. 광투광부(270)는 투명하여 빛이 투과하는 물질로써, 예를 들어, 열경화성수지로 형성할 수 있다. 광투광부(270)를 열경화성수지로 형성하는 경우, 스핀온 코팅(spin on coating) 등의 방법에 의해 개구부(250)를 열경화성수지로 채운 후, 열을 가하여 경화시킨다.
이어서, 다시 도 4 및 도 5를 참조하면, 광투광부(270) 상부에 컬러 필터(280) 및 마이크로 렌즈(290)를 형성한다(S70).
우선, 광투광부(270) 상부에 컬러 필터(280)를 형성한다. 컬러 필터(280)는 레드, 그린, 블루를 베이어 형으로 배치할 수 있다. 이어서, 컬러 필터(280) 상부에 평탄화층(282)을 형성할 수 있다. 평탄화층(282)은 컬러 필터(280)를 형성한 상면의 평탄화를 위하여 형성되며, 열경화성수지로 형성될 수 있다. 따라서, 열경화성수지를 스핀온 코팅 등의 방법으로 형성한 후, 열을 가하여 경화시켜 형성할 수 있다. 이어서, 평탄화층(282) 상부의 광전 변환부(110)에 대응되는 위치에 마이크로 렌즈(290)를 형성한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법에 따르면, 이미지 센서의 제조 공정에서 발생하는 플라즈마 손상을 큐어링한다. 따라서, 암전류가 줄어들어 이미지 센서의 특성이 향상될 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 포함하는 프로세서 기반 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 12를 참조하면, 프로세서 기반 시스템(300)은 CMOS 이미지 센서(310)의 출력 이미지를 처리하는 시스템이다. 시스템(300)은 컴퓨터 시스템, 카메라 시스템, 스캐너, 기계화된 시계 시스템, 네비게이션 시스템, 비디오폰, 감독 시스템, 자동 포커스 시스템, 추적 시스템, 동작 감시 시스템, 이미지 안정화 시스템 등을 예시할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
컴퓨터 시스템 등과 같은 프로세서 기반 시스템(300)은 버스(305)를 통해 입출력(I/O) 소자(330)와 커뮤니케이션할 수 있는 마이크로프로세서 등과 같은 중앙 정보 처리 장치(CPU)(320)를 포함한다. CMOS 이미지 센서(310)는 버스(305) 또는 다른 통신 링크를 통해서 시스템과 커뮤니케이션할 수 있다. 또, 프로세서 기반 시스템(300)은 버스(305)를 통해 CPU(320)와 커뮤니케이션할 수 있는 RAM(340), 플로피디스크 드라이브(350) 및/또는 CD ROM 드라이브(355), 및 포트(360)을 더 포함할 수 있다. 포트(360)는 비디오 카드, 사운드 카드, 메모리 카드, USB 소자 등을 커플링하거나, 또 다른 시스템과 데이터를 통신할 수 있는 포트일 수 있다. CMOS 이 미지 센서(310)는 CPU, 디지털 신호 처리 장치(DSP) 또는 마이크로프로세서 등과 함께 집적될 수 있다. 또, 메모리가 함께 집적될 수도 있다. 물론 경우에 따라서는 프로세서와 별개의 칩에 집적될 수도 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법에 따라 제조한 이미지 센서에서 큐어링 여부에 따른 암전류의 측정값을 나타내는 그래프이다.
그래프의 세로축은 암전류를 표준화한 값을 나타낸다. 그래프의 가로축에서 a는 개구부가 형성되기 전을 나타내고, b는 개구부가 형성된 후를 나타낸다. T1은 개구부의 큐어링이 시작된 시점이고, T4까지 큐어링이 지속되었다.
도 13을 참조하면, 개구부가 형성되기 전(a)보다, 개구부가 형성된 후(b)에 암전류의 값이 급격히 증가한 것을 확인할 수 있다. 또한, 큐어링이 진행됨에 따라, 암전류의 값이 감소한 것을 확인할 수 있다. T1에서 T3까지 암전류는 지속적으로 감소하며, T4에서는 T3에 비해 암전류가 크게 감소하지 않는다. 도 13을 참조하면, 개구부에 빛을 조사하여 일정 시간동안 큐어링을 진행하면, 암전류를 감소시킬 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
상기한 바와 같은 이미지 센서의 제조 방법에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째, 이미지 센서의 제조 공정에서 발생되는 플라즈마 손상이 큐어링될 수 있다.
둘째, 플라즈마 손상이 큐어링됨으로써, 암전류가 줄어들어 이미지 센서의 특성이 향상될 수 있다.

Claims (18)

  1. 반도체 기판 내에 광전 변환부를 형성하고,
    상기 반도체 기판의 전면을 덮도록 층간 절연막을 형성하고,
    상기 층간 절연막 상에 메탈 배선 및 상기 메탈 배선 사이를 채우는 메탈간 절연막을 형성하고,
    상기 메탈간 절연막 및 상기 층간 절연막의 일부를 제거하여 상기 광전 변환부 상부에 개구부를 형성하고,
    상기 개구부에 빛을 조사하여 상기 광전 변환부 상면을 큐어링하고,
    상기 개구부를 채우는 광투광부를 형성하는 것을 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 개구부에 조사되는 빛은 자외선인 이미지 센서의 제조 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 자외선의 파장은 100-300nm인 이미지 센서의 제조 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 빛은 2-20분간 조사하는 이미지 센서의 제조 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 층간 절연막을 형성하기 전에, 상기 광전 변환부 상부에 절연막을 형성하는 것을 더 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 개구부에 조사되는 빛은 상기 절연막을 큐어링하는 이미지 센서의 제조 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 층간 절연막의 일부를 제거하는 것은 상기 광전 변환부 상부에 형성된 층간 절연막을 1/2 이상 제거하는 이미지 센서의 제조 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 개구부를 형성하는 것은,
    상기 메탈간 절연막 상부에 포토레지스트 패턴을 형성하고,
    상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 메탈 절연막 및 층간 절연막의 일부를 제거하는 것을 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 메탈간 절연막 및 상기 층간 절연막의 일부를 제거하여 상기 광전 변환부 상부에 개구부를 형성하는 것은 플라즈마를 사용한 건식 식각으로 진행하는 이미지 센서의 제조 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 건식 식각은 반응 이온 식각(Reactive Ion Etching; RIE)으로 진행하는 이미지 센서의 제조 방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 개구부에 조사되는 빛은 상기 건식 식각에서 사용되는 플라즈마화된 식각 가스에 의한 손상을 큐어링하는 이미지 센서의 제조 방법.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 개구부는 상기 메탈 배선과 이격되어 형성되는 이미지 센서의 제조 방법.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 메탈간 절연막은 복수층으로 형성되고, 상기 복수개의 메탈간 절연막 사이마다 식각정지막을 형성하는 것을 더 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 메탈간 절연막 및 상기 층간 절연막의 일부를 제거하여 상기 광전 변환부 상부에 개구부를 형성할 때에 상기 메탈간 절연막 사이의 식각정지막도 같이 제거되는 이미지 센서의 제조 방법.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 광투광부는 열경화성수지인 이미지 센서의 제조 방법.
  16. 제 1항에 있어서,
    상기 광투광부를 형성하기 전에 상기 개구부 상에 컨포멀하게 산화막을 더 형성하는 이미지 센서의 제조 방법.
  17. 제 1항에 있어서,
    상기 광투광부를 형성한 후에,
    상기 광투광부 상부에 컬러 필터를 형성하고,
    상기 컬러 필터 상부에 마이크로 렌즈를 형성하는 것을 더 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
  18. 제 1항에 있어서,
    상기 층간 절연막을 형성하기 전에, 상기 반도체 기판 상에 전하 검출부 및 상기 광전 변환부에 축적된 전하를 상기 전하 검출부로 전송하는 전하 전송부를 형성하는 것을 더 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
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