KR20050011955A - 마이크로렌즈 캡핑레이어의 들뜸 현상을 방지한 시모스이미지센서의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 시모스 이미지센서의 제조방법에 관한 것으로 특히, 산화막과 질화막이 적층된 구조의 페시베이션막을 사용하는 시모스 이미지센서에, 암전류 소스를 제거하기 위한 고온 어닐 공정이후에, 상기 질화막을 모두 제거하여 마이크로렌즈 캡핑레이어의 들뜸을 방지한 발명이다. 이를 위한 본 발명은 수광영역과 패드 오픈부를 구비한 시모스 이미지센서의 제조방법에 있어서, 수광소자를 비롯한 관련소자를 기판 상에 형성하는 단계; 상기 기판 상에 패드를 형성하고, 상기 패드를 포함하는 전체 구조상에 산화막과 질화막이 적층된 구조의 페시베이션막을 형성하는 단계; 암전류 소스를 제거하기 위한 어닐공정을 수행하는 단계; 상기 질화막을 제거하는 단계; 수광영역에 마이크로렌즈를 형성하고, 상기 마이크로렌즈를 포함한 전체 구조상에 마이크로렌즈 캡핑레이어를 형성하는 단계; 및 패드 오픈부의 상기 패드를 노출시키는 단계를 포함하여 이루어진다.
Description
본 발명은 시모스 이미지센서의 제조방법에 관한 것으로 특히, 산화막과 질화막이 적층된 구조의 페시베이션막을 사용하는 시모스 이미지센서에, 암전류 소스를 제거하기 위한 고온 어닐 공정 이후에, 상기 질화막을 모두 제거하여 마이크로렌즈 캡핑레이어의 들뜸을 방지한 발명이다.
일반적으로, 이미지센서라 함은 광학 영상(optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체소자로서, 전하결합소자(CCD : charge coupled device)는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 캐패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, 시모스 이미지센서는 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소수 만큼의 MOS트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.
잘 알려진 바와 같이, 칼라 이미지를 구현하기 위한 이미지센서는 외부로부터의 빛을 받아 광전하를 생성 및 축적하는 광감지부분 상부에 칼라 필터가 어레이되어 있다. 칼라필터어레이(CFA : Color Filter Array)는 레드(Red), 그린(Green) 및 블루(Blue)의 3가지 칼라로 이루어지거나, 옐로우(Yellow), 마젠타(Magenta) 및 시안(Cyan)의 3가지 칼라로 이루어진다.
또한, 이미지센서는 빛을 감지하는 광감지부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 로직회로 부분으로 구성되어 있는바, 광감도를 높이기 위하여 전체 이미지센서 소자에서 광감지부분의 면적이 차지하는 비율(Fill Factor)을 크게 하려는 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 광감지부분으로 모아주는 집광기술이 등장하였는데, 이러한 집광을 위하여 이미지센서는 칼리필터 상에 마이크로렌즈(microlens)를 형성하는 방법을 사용하고 있다.
도1a는 통상의 CMOS 이미지센서에서 5개의 포토다이오드(PD)와 4개의 MOS 트랜지스터로 구성된 단위화소(Unit Pixel)를 도시한 회로도로서, 빛을 받아 광전하를 생성하는 포토다이오드(100)와, 포토다이오드(100)에서 모아진 광전하를 플로팅확산영역(102)으로 운송하기 위한 트랜스퍼 트랜지스터(101)와, 원하는 값으로 플로팅확산영역의 전위를 세팅하고 전하를 배출하여 플로팅확산영역(102)를 리셋시키기 위한 리셋 트랜지스터(103)와, 소스 팔로워 버퍼 증폭기(Source Follower Buffer Amplifier) 역할을 하는 드라이브 트랜지스터(104), 및 스위칭(Switching) 역할로 어드레싱(Addressing)을 할 수 있도록 하는 셀렉트 트랜지스터(105)로 구성된다. 단위 화소 밖에는 출력신호(Output Signal)를 읽을 수 있도록 로드(load) 트랜지스터(106)가 형성되어 있다.
도1b는 이러한 단위화소와 칼라필터 및 마이크로렌즈들을 포함하여 구성된 통상적인 시모스 이미지센서의 단면구조를 도시한 단면도이다.
도1b를 참조하면, 종래의 통상적인 시모스 이미지센서는 기판(10) 상에 형성된 소자분리막(11)과, 기판 내의 일정영역에 형성된 p형 웰, n형 웰과, 기판 상에 형성되며 스페이서(13)를 구비한 게이트 전극(12)과, 포토다이오드를 포함하는 단위화소(14)와, n형 이온주입영역(15)과, p형 이온주입영역(16)과, 상기 게이트 전극을 포함하는 기판 상에 형성된 층간절연막(17)과, 층간절연막(17) 상에 형성된 제 1 금속배선(18)과, 제 1 금속배선(18)을 덮는 제 1 금속층간절연막(19)과, 상기 제 1 금속층간절연막(19) 상에 형성된 제 2 금속배선(20)과, 제 2 금속배선(20)을 덮는 제 2 금속층간절연막(21)과, 상기 제 2 금속층간절연막(21) 상에 형성된 제 3 금속배선(23)과, 제 3 금속배선(22)을 덮으며 소자보호를 위한 페시베이션막(23)과, 페시베이션막(23) 상의 단위화소 영역에 형성된 칼라필터(24)와, 칼라필터로 인한 단차를 보상하는 평탄화막(25)과, 평탄화막(25) 상에 형성된 마이크로렌즈(26)와, 마이크로렌즈를 보호하기 위한 마이크로렌즈 캡핑레이어(27)를 포함하여 구성되어 있다.
한편, 마이크로렌즈 캡핑레이어(capping layer)(27)는 단위화소가 형성된 수광영역에서는 주로 마이크로렌즈(26)와 평탄화막(25) 상에 형성되고 있으나, 패드 오픈(pad open) 영역에서는 페시베이션막(23) 상에 바로 형성되고 있다.
여기서, 페시베이션막(23)으로는 산화막과 질화막이 적층된 구조가 사용된다. 산화막과 질화막이 적층된 구조의 페시베이션막을 사용할 경우에는, 후속 어닐공정을 통해 암전류 소스를 억제할 수 있는 기능이 있으므로, 이러한 구조의 페시베이션막이 많이 적용되고 있다.
도1c는 도1b에 도시된 구조중에서 패드 오픈 영역을 확대하여 도시한 도면으로, 평탄화막(25)이 도시되어 있고, 칼라필터와 마이크로렌즈는 도시되어 있지 않다. 이를 참조하면 페시베이션막(23)은 전술한 바와같이 산화막(23a)과 질화막(23b)이 적층된 구조를 갖고 있으며, 따라서 패드 오픈부에서 캡핑레이어(27)는 질화막(23b) 상에 바로 형성된다.
이와같은 경우, 패드 오픈부에서는 막 간의 스트레스 차이로 인해 캡핑레이어가 들뜨는 현상이 발생하는 문제가 있었다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 산화막과 질화막이 적층된 페시베이션막 중에서 고온 어닐공정이후에 질화막을 모두 제거하여 패드 오픈부에서 마이크로렌즈 캡핑레이어 들뜸 현상을 방지한 시모스 이미지센서의 제조방법을 제공함을 그 목적으로 한다.
도1a는 통상적인 시모스 이미지센서의 단위화소 구조를 도시한 회로도,
도1b는 종래기술에 따른 시모스 이미지센서의 단면구조를 도시한 단면도,
도1c는 도1b에 도시된 패드 오픈부를 확대하여 도시한 단면도,
도2a 내지 도2b는 본 발명의 일실시예에 따른 시모스 이미지센서의 제조공정을 도시한 공정단면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
50 : 기판 51 : 필드산화막
52 : 게이트 53 : 스페이서
54 : 단위화소 55 : n형 이온주입영역
56 : p형 이온주입영역 57 : 층간절연막
58 : 제 1 금속배선 59 : 제 1 금속층간절연막
60 : 제 2 금속배선 61 : 제 2 금속층간절연막
62 : 제 3 금속배선 63 : 페시베이션막
70 : 칼라필터 71 : 평탄화막
72 : 마이크로렌즈 캡핑레이어
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 수광영역과 패드 오픈부를 구비한 시모스 이미지센서의 제조방법에 있어서, 수광소자를 비롯한 관련소자를 기판 상에형성하는 단계; 상기 기판 상에 패드를 형성하고, 상기 패드를 포함하는 전체 구조상에 산화막과 질화막이 적층된 구조의 페시베이션막을 형성하는 단계; 암전류 소스를 제거하기 위한 어닐공정을 수행하는 단계; 상기 질화막을 제거하는 단계; 수광영역에 마이크로렌즈를 형성하고, 상기 마이크로렌즈를 포함한 전체 구조상에 마이크로렌즈 캡핑레이어를 형성하는 단계; 및 패드 오픈부의 상기 패드를 노출시키는 단계를 포함하여 이루어진다.
종래에는 산화막과 질화막이 적층된 페시베이션막이 사용되는 경우, 패드 오픈부에서는 상기 질화막 상에 마이크로렌즈 캡핑레이어가 바로 형성되므로, 마이크로렌즈 캡핑레이어가 들뜨는 현상이 발생하였는데, 본 발명에선 암전류 소스제거를 위한 고온 어닐공정이후에 패시베이션막으로 사용된 질화막을 모두 제거함으로써 마이크로렌즈 캡핑레이어의 들뜸 현상을 방지한 발명이다.
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 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 시모스 이미지센서 제조방법에서, 페시베이션막을 형성하기까지의 공정은 종래기술과 동일하다. 즉, 도2a를 참조하면 먼저 반도체 기판(51) 상에 활성영역과 필드영역을 정의하는 필드산화막(51)을 형성한다.
다음으로 적절한 이온주입 마스크를 이용하여 n형 웰과 p형 웰을 형성하고, 다음으로 스페이서(53)를 구비한 게이트 전극(52)을 기판 상의 소정영역에 패터닝하여 형성한다.
이어서, 포토다이오드를 포함하여 구성된 단위화소(54)를 형성하고, LDD 영역을 구비한 트랜지스터의 소스/드레인에 해당하는 n형 이온주입 영역(55) 및 p형 이온주입 영역(56)을 형성한다.
다음으로 게이트 전극을 포함하는 기판 상에 층간절연막(57)을 형성하고, 상기 층간절연막 상에 제 1 금속배선(58)을 패터닝한다. 도2a에는 3개층의 금속배선을 사용하는 경우를 도시하였다.
이어서, 제 2 내지 제 3 금속배선(60, 62) 및 제 1 내지 제 2 금속층간절연막(59, 61)을 적층형성한다.
이와같이 제 3 금속배선(62)까지 형성한 이후에, 산화막(63a)과 질화막(63b)이 적층된 구조의 페시베이션막(63)을 전체구조 상에 형성한다. 이후부터, 페시베이션막(63)을 구성하는 산화막(63a)은 페시베이션 산화막이라 칭하기로 하고, 페시베이션막을 구성하는 질화막(63b)을 페시베이션 질화막이라 칭하기로 한다.
이러한 페시베이션막(63)은 스크래치(scratch) 등으로 부터 소자를 보호하기 위한 목적으로 형성되며 또한, 암전류 제거를 위한 목적도 갖고 있다. 즉, 페시베이션막(63) 형성 후에, 실리콘 표면의 암전류 소스를 제거하기 위해 고온의 어닐공정을 수행된다.
본 발명의 일실시예에서는 페시베이션막으로 사용된 페시베이션 산화막(63a)의 두께를 종래보다 두껍게 사용하였으며, 바람직하게는 4000 ∼ 8000Å 정도로 설정하였다.
본 발명에서는 후속공정을 통해 페시베이션 질화막(63b)은 제거될 것이므로, 페시베이션 산화막(63a)만으로 소자보호를 위한 페시베이션막의 기능을 수행하기 위해, 페시베이션 산화막(63a)의 두께를 종래보다 두텁게 설정하였다.
본 발명의 일실시예에서는 페시베이션 질화막(63b)의 두께 역시, 종래보다 두꺼운 6000 ∼ 10000Å 정도로 하였는데 그 이유에 대해 설명하면 다음과 같다.
페시베이션막 증착 후에는, 암전류 소스를 제거하기 위한 고온 어닐공정이 진행됨을 전술한 바와같다. 이와같은 고온 어닐공정에서, 페시베이션 질화막(63b)의 두께는 어느 정도 이상이 되어야만 암전류 억제에 최적을 효과를 얻을 수 있다.
하지만, 종래에는 전술한 어닐공정에서 최적의 효과를 얻기위한 페시베이션 질화막의 두께를 확보할 수 없었는데, 그 이유는 질화막의 광 특성때문이다. 질화막은 산화막보다 광 투과율이 저하되므로, 질화막의 두께를 제한할 수 밖에 없었다.
하지만, 본 발명에서는 페시베이션 질화막(63b)이 후속공정을 통해 제거되므로, 광 투과율 저하를 신경쓰지 않고, 어닐공정에서 암전류 제거를 위한 최적두께까지 페시베이션 질화막의 두께를 확보할 수 있는 장점이 있다.
이와같이 페시베이션 산화막과 페시베이션 질화막이 적층되어 형성된 페시베이션막을 형성한 후, 300 ∼ 500℃ 의 고온에서 어닐공정을 수행하여 실리콘 기판에 존재하는 암전류 소스를 제거한다.
다음으로, 습식식각법 또는 건식식각법을 이용하여, 페시베이션 질화막(63b)을 모두 제거한다. 이와같이 페시베이션 질화막(63b)이 제거된 이후의 후속공정은 도2b를 참조하여 설명한다.
도2b는 마이크로렌즈 캡핑레이어(72)까지 형성한 이후에, 패드(62)를 오픈시킨 모습을 보인 단면도로서, 페시베이션 질화막 제거후의 공정은 다음과 같다.
즉, 도2b에 도시된 바와같이 산화막(63a) 상에 칼라필터 형성용 물질을 도포하고 이를 패터닝하여 칼라필터(70)를 형성한다. 여기서, 칼라필터는 단위화소와 대응되는 영역에만 칼라필터를 형성한다. 따라서, 패드가 오픈되는 영역에는 칼라필터가 형성되어 있지 않음을 알 수 있다.
다음으로, 칼라필터로 인한 단차를 보상하여, 평탄화된 표면에 마이크로렌즈를 형성하기 위한 목적으로 평탄화막(71)이 형성된다. 이어서, 평탄화막 상에 마이크로렌즈(미도시)가 형성되는데, 평탄화막(71)과 마이크로렌즈 역시 단위화소와 대응되는 영역에만 형성되며, 따라서 패드가 오픈되는 영역에는 형성되지 않는다.
다음으로, 마이크로렌즈를 포함하는 전체구조 상에 마이크로렌즈 캡핑레이어(72)를 형성한다. 마이크로렌즈 캡핑레이어로는 광 투과성이 우수한 산화막계열의 막의 사용된다.
이때, 페시베이션 질화막(63b)은 모두 제거된 상태이므로, 패드 오픈부에서는 페시베이션 산화막(62a) 상에 마이크로렌즈 캡핑레이어(72)가 형성되고 있음을 알 수 있다.
따라서, 산화막 계열의 막인 마이크로렌즈 캡핑레이어(72)가 같은 산화막계열의 막인 페시베이션 산화막(62a) 상에 형성되고 있으므로, 접착력이 향상되어 후속 패드 오픈공정 이후에도, 들뜸 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이와같이 마이크로렌즈 캡핑레이어(72)가 형성된 다음에, 패드를 오픈시키기 위한 패드 오픈공정이 진행된다. 즉, 패드 오픈공정을 통해 마이크로렌즈 캡핑레이어(72), 페시베이션 산화막(63a)을 제거하여 패드(62)를 노출시킨다.
전술한 바와같은 본 발명에서는, 페시베이션 질화막을 모두 제거함으로써, 마이크로렌즈 캡핑레이어의 들뜸 현상을 방지하였다. 즉, 종래에는 마이크로렌즈 캡핑레이어까지 모두 형성한 이후에, 한번의 패드 식각공정을 통해 패드를 노출시켰다.
이와같은 경우, 패드 오픈부에서는 산화막 계열인 마이크로렌즈 캡핑레이어가 페시베이션 질화막 상에 바로 형성되고 있으므로, 패드 오픈공정 이후에 마이크로렌즈 캡핑레이어가 들뜨는 현상이 발생하였다.
하지만, 본 발명에서는 페시베이션막 형성 후, 고온열처리까지 진행한 이후에, 페시베이션 질화막을 모두 제거한 다음, 칼라필터, 평탄화막, 마이크로렌즈, 및 마이크로렌즈 캡핑레이어가 적층형성되었다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 시모스 이미지센서의 패드 오픈부에서는, 페시베이션 산화막(63a) 상에 마이크로렌즈 캡핑레이어(72)가 적층형성되므로, 마이크로렌즈 캡핑레이어(72)의 들뜸 현상을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에서는 페시베이션 질화막이 어닐 공정이후에 제거되므로, 어닐공정시 최적효과를 얻기위한 페시베이션 질화막의 두께를 확보할 수 있었다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명이 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
본 발명에서는 소자보호 및 암전류 억제용으로 증착하였던 페시베이션 질화막을 패드오픈부에서 제거하므로, 후속공정에서 마이크로렌즈 캡핑레이어가 들뜨는 현상을 방지할 수 있어 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
Claims (5)
- 수광영역과 패드 오픈부를 구비한 시모스 이미지센서의 제조방법에 있어서,수광소자를 비롯한 관련소자를 기판 상에 형성하는 단계;상기 기판 상에 패드를 형성하고, 상기 패드를 포함하는 전체 구조상에 산화막과 질화막이 적층된 구조의 페시베이션막을 형성하는 단계;암전류 소스를 제거하기 위한 어닐공정을 수행하는 단계;상기 질화막을 제거하는 단계;수광영역에 마이크로렌즈를 형성하고, 상기 마이크로렌즈를 포함한 전체 구조상에 마이크로렌즈 캡핑레이어를 형성하는 단계; 및패드 오픈부의 상기 패드를 노출시키는 단계를 포함하는 이루어지는 시모스 이미지센서의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 질화막을 제거하는 단계는,건식식각법 또는 습식식각법을 이용하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 암전류 소스를 제거하기 위한 어닐공정을 수행하는 단계는,300 ∼ 500℃ 정도의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,산화막과 질화막이 적층된 구조의 페시베이션막을 형성하는 단계에서,상기 산화막은 4000 ∼ 8000Å 의 두께를 갖게 형성되는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,산화막과 질화막이 적층된 구조의 페시베이션막을 형성하는 단계에서,상기 질화막은 6000 ∼ 10000Å 의 두께를 갖게 형성되는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020030051031A KR20050011955A (ko) | 2003-07-24 | 2003-07-24 | 마이크로렌즈 캡핑레이어의 들뜸 현상을 방지한 시모스이미지센서의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020030051031A KR20050011955A (ko) | 2003-07-24 | 2003-07-24 | 마이크로렌즈 캡핑레이어의 들뜸 현상을 방지한 시모스이미지센서의 제조방법 |
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|---|---|
| KR20050011955A true KR20050011955A (ko) | 2005-01-31 |
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ID=37223876
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|---|---|
| KR (1) | KR20050011955A (ko) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100654052B1 (ko) * | 2005-12-28 | 2006-12-05 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | Ｃｍｏｓ 이미지 센서의 제조방법 |
| KR100731132B1 (ko) * | 2005-12-29 | 2007-06-22 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | Ｃｍｏｓ 이미지 센서 및 그 제조 방법 |
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2003
- 2003-07-24 KR KR1020030051031A patent/KR20050011955A/ko not_active Application Discontinuation
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