KR100910448B1 - 씨모스 이미지 센서 소자의 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 씨모스 이미지 센서 소자의 형성 방법에 관한 것으로, ML을 형성하기 전에 증착된 칼라 필터 상부의 유기체 물질에 붕소 및 인 임플란트 공정을 각각 실시하여 유기체 물질 영역에 붕소 및 인 층을 도핑시켜 유기체 물질의 용해를 막아줌으로써, 기존에서와 같이 ML로 사용되는 산화막에서 발생되는 박리 현상을 해결할 수 있다.
붕소, 인, 임플란트, 마이크로 렌즈
Description
본 발명은 씨모스 이미지 센서(CMOS Image Sensor, 이하, CIS라 함) 소자의 형성 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저온에서 증착된 산화막의 내부에 존재하는 수많은 핀홀을 통해 침투하는 유기체(organic) 물질의 용해를 막아줌으로써 마이크로 렌즈(Micro Lens, 이하, ML라 함)로 사용되는 산화막의 박리를 해결할 수 있는 방법에 관한 것이다.
주지된 바와 같이 이미지 센서는 1차원 또는 2차원 이상의 광학 정보를 전기적 신호로 변환하는 장치로서, 크게 촬상관과 고체 촬상 소자로 분류된다. 여기서, 촬상관은 텔레비전을 중심으로 하여 화상처리기술을 구사하는 계측, 제어, 인식 등의 분야에서 널리 상용되면서 그 응용 기술이 발전된다.
그리고, 이미지 센서는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor, 이하, MOS라 함)형과 CCD(Charge Coupled Device, 이하 CCD라 함)형의 2종류가 있다. 이중 CMOS형 이미지 센서는 CMOS 제조 기술을 이용하여 광학적 이미지를 전기적 신호로 변환시키는 소자로서, 픽셀 수만큼 MOS 트랜지스터를 만들고 이를 이용하여 순차적인 출력으로 검출하는 스위칭 방식을 채용하고 있다. 즉 CMOS형 이미지 센서는 CCD형 이미지 센서에 비하여 구동 방식이 간편하고 다양한 스캐닝 방식의 구현이 가능하며, 신호처리 회로를 단일 칩에 집적할 수 있어 제품의 소형화가 가능할 뿐만 아니라, 호환성의 CMOS 기술을 사용하므로 제조 단가를 낮출 수 있고, 전력 소모 또한 크게 낮다는 여러 가지 장점을 지니고 있다.
이러한 CMOS형 이미지 센서, 즉 CIS의 감도를 높이기 위해 ML이 사용되는데, 이 ML를 제조함에 있어서 기존의 유기체(organic) 물질이 아닌 실리콘 산화막 물질로 만들어 후속 소자의 패키징 작업 중 소잉(sawing) 시, 발생하는 파티클(particle)에 의한 ML 오염을 방지할 수 있다.
그러나, 상기한 바와 같이 동작되는 종래 기술에서 ML를 제조함에 있어서, ML로 쓰이는 산화막 물질은 저온(예컨대, 200℃ 이하)에서 증착을 진행하므로 막질이 치멀(dense) 하지 않고 도 1에 도시된 바와 같이 막 내부에 핀홀(pin-hole)이 상당 부분 존재하게 된다. 이러한 핀홀로 인하여 후속 습식 공정을 진행할 경우, 화학용액(chemical solution)이 산화막을 침투하여 일 예로, 도 2에 도시된 바와 같이 하부층의 평탄화를 위해 쓰이는 유기체 물질(예컨대, PL2)을 용해시켜 산화막 ML이 박리되는 문제점이 있다.
이에, 본 발명의 기술적 과제는 상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 안출한 것으로, ML을 형성하기 전에 증착된 칼라 필터 상부의 유기체 물질에 붕소(boron) 및 인(phosphorus) 임플란트 공정을 각각 실시하여 유기체 물질 영역에 붕소 및 인 층을 도핑시켜 유기체 물질의 용해를 막아줌으로써, ML로 사용되는 산화막의 박리를 해결할 수 있는 CIS 소자의 형성 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 따른 CIS 소자의 형성 방법은, 로직 부분이 형성된 반도체 기판 상에 컬러 필터 어레이와 유기체 물질을 순차적으로 형성하는 단계와, 상기 형성된 유기체 물질 상부에 붕소 임플란트 공정을 실시하여 상기 유기체 물질 영역에 붕소 층을 도핑하는 단계와, 상기 도핑된 붕소 층이 형성된 유기체 물질 상부에 인 임플란트 공정을 실시하여 상기 유기체 물질 영역에 인 층을 도핑하는 단계와, 상기 붕소 층 및 인 층이 도핑된 유기체 물질 상부에 후속 산화막 렌즈 공정을 실시하여 산화막 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 유기체 물질은, PL2인 것을 특징으로 한다.
상기 붕소 임플란트의 조건은, 5E13∼5E14 atoms/cm2 범위의 도즈(dose)량이고, 50∼250kev 범위의 에너지인 것을 특징으로 한다.
상기 붕소 층은, 500∼1000Å의 두께인 것을 특징으로 한다.
상기 인 임플란트의 조건은, 3E12∼3E14 atoms/cm2 범위의 도즈(dose)량이고, 100∼500kev 범위의 에너지인 것을 특징으로 한다.
상기 인 층은, 500∼1000Å의 두께인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 ML을 형성하기 전에 증착된 칼라 필터 상부의 유기체 물질에 붕소 및 인 임플란트 공정을 각각 실시하여 유기체 물질 영역에 붕소 및 인 층을 도핑시켜 유기체 물질의 용해를 막아줌으로써, 기존에서와 같이 ML로 사용되는 산화막에서 발생되는 박리 현상을 해결할 수 있는 효과가 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 3a 내지 도 3i는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 CIS 소자의 형성 방법에 대한 각 공정별 수직 단면도이다.
즉, 도 3a를 참조하면, 반도체 공정 과정을 통해 반도체 기판에 포토 다이오드(301)를 포함하는 로직 부분 상부에 외부의 수분이나 스크래치로부터 소자를 보호하기 위한 보호막으로서 산화막(303)과 질화막(305)을 순차적으로 형성한다.
다음에, 질화막(305) 상부에 토폴로지(topology) 단차를 극복하고 양호한 접착력(adhesion)을 확보하기 위해 일 예로, 도 3b에 도시된 바와 같이 평탄화층(307)을 형성한다.
더불어, 평탄화층(307) 상부에 일 예로, 도 3c에 도시된 바와 같이 빨강(red), 녹색(green), 파랑(blue)의 컬러 필터 어레이(309)를 형성한다.
다음으로, 컬러 필터 어레이(309) 상부에 평탄화를 위한 유기체 물질(예컨 대, PL2)(311)을 일 예로, 도 3d에 도시된 바와 같이 형성한다.
이어서, 형성된 유기체 물질(311) 상부에 일 예로, 도 3e에 도시된 바와 같이 붕소 도핑 층을 위한 붕소 임플란트 공정(313)을 실시한다. 여기서, 붕소 임플란트의 조건은 5E13∼5E14 atoms/cm2 범위의 도즈(dose)량이고, 50∼250kev 범위의 에너지인 것이 바람직하다.
그러면, 붕소 임플란트 공정에 의해 유기체 물질(311) 영역에 도핑된 붕소 층(315)이 일 예로, 도 3f에 도시된 바와 같이 500∼1000Å의 두께로 형성된다.
이후, 도핑된 붕소 층이 형성된 유기체 물질(311) 상부에 일 예로, 도 3g에 도시된 바와 같이 인 도핑 층을 위한 인 임플란트 공정(317)을 실시한다. 여기서, 인 임플란트의 조건은 3E12∼3E14 atoms/cm2 범위의 도즈(dose)량이고, 100∼500kev 범위의 에너지인 것이 바람직하다.
그러면, 인 임플란트 공정에 의해 유기체 물질(311) 영역에 도핑된 인 층(319)이 일 예로, 도 3h에 도시된 바와 같이 500∼1000Å의 두께로 형성된다.
마지막으로, 붕소 층(315) 및 인 층(319)이 도핑된 유기체 물질(311) 상부에 후속 산화막 렌즈 공정, 즉 포토 에칭 프로세스(Photo Etching Process, 이하, PEP라 함)를 거쳐 일 예로, 도 3i에 도시된 바와 같이 반구형의 산화막 마이크로 렌즈(321)를 형성한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 ML을 형성하기 전에 증착된 칼라 필터 상부의 유기체 물질에 붕소 및 인 임플란트 공정을 각각 실시하여 유기체 물질 영역 에 붕소 및 인 층을 도핑시켜 유기체 물질의 용해를 막아줌으로써, 기존에서와 같이 ML로 사용되는 산화막에서 발생되는 박리 현상을 해결할 수 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 저온에서 증착된 산화막의 표면을 도시한 도면,
도 2는 종래 기술에서 산화막을 통해 침투하고 습식 화학작용에 의해 용해된 유기체 물질을 도시한 도면,
도 3a 내지 도 3i는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 CIS 소자의 형성 방법에 대한 각 공정별 수직 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
301 : 포토 다이오드 303 : 산화막
305 : 질화막 307 : 평탄화층
309 : 컬러 필터 어레이 311 : 유기체 물질
313 : 붕소 임플란트 공정 315 : 붕소 층
317 : 인 임플란트 공정 319 : 인 층
321 : 마이크로 렌즈
Claims (6)
- 씨모스 이미지 센서(CMOS image sensor)소자를 형성하는 방법으로서,포토 다이오드를 포함하여 형성된 반도체 기판 상에 컬러 필터 어레이와 유기체 물질을 순차적으로 형성하는 단계와,상기 형성된 유기체 물질 상부에 붕소 임플란트 공정을 실시하여 상기 유기체 물질 영역내 하단부에 붕소 층을 도핑하는 단계와,상기 붕소 층이 형성된 유기체 물질 상부에 인 임플란트 공정을 실시하여 상기 유기체 물질 영역내 상단부에 인 층을 도핑하는 단계와,상기 붕소 층 및 인 층이 도핑된 유기체 물질 상부에 후속 산화막 렌즈 공정을 실시하여 산화막 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 씨모스 이미지 센서 소자의 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 유기체 물질은, PL2인 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서 소자의 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 붕소 임플란트의 조건은, 5E13∼5E14 atoms/cm2 범위의 도즈(dose)량이고, 50∼250kev 범위의 에너지인 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서 소자의 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 붕소 층은, 500∼1000Å의 두께인 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서 소자의 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 인 임플란트의 조건은, 3E12∼3E14 atoms/cm2 범위의 도즈(dose)량이고, 100∼500kev 범위의 에너지인 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서 소자의 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 인 층은, 500∼1000Å의 두께인 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서 소자의 형성 방법.
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