KR20060077538A - 버티컬 씨모스 이미지센서 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 버티컬 씨모스 이미지 센서에서 페시베이션 절연막 사이에 마이크로 렌즈을 형성하여 광반응 특성을 개선하고 패키지 시에 마이크로 렌즈를 보호하는 버티컬 씨모스 이미지 센서 및 그의 제조 방법에 관한 것으로 반도체 기판과, 상기 반도체 기판에 형성되는 광감지 소자와, 상기 광감지 소자를 포함하는 상기 반도체 기판 상에 형성되는 제 1 절연막과, 상기 제 1 절연막 상에 형성되는 금속배선과, 상기 금속배선을 포함한 상기 제 1 절연막 상에 형성되는 제 2 절연막과, 상기 제 2 절연막 상에 형성되는 페시베이션 절연막 패턴과, 상기 페시베이션 절연막 패턴 사이의 상기 제 2 절연막 상에 형성되는 마이크로 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.
버티컬 씨모스 이미지 센서, 패시베이션 절연막, 마이크로 렌즈
Description
도 1은 종래 기술의 버티컬 씨모스 이미지 센서의 공정 단면도
도 2 내지는 도 6은 본 발명에 따른 버티컬 씨모스 이미지 센서의 제조 방법의 공정 단면도
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
30 : 반도체 기판 31 : 광감지 소자
32 : 제 1 절연막 34 : 픽셀영역
35 : 주변영역 36 : 금속배선
37 : 패드 38 : 제 2 절연막
39 : 페시베이션 절연막 44 : 마이크로 렌즈
본 발명은 버티컬 씨모스 이미지 센서 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 특히 페시베이션 절연막 사이에 마이크로 렌즈을 형성하여 광반응 특성을 개선하고 패키지 시에 마이크로 렌즈를 보호하는 버티컬 씨모스 이미지 센서 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 이미지 센서는 광학 영상(optical image)을 전기신호로 변환시키는 반도체 소자로써, 개별 모스(MOS:metal-oxide-silicon) 캐패시터(capacitor)가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 이중결합소자(CCD:charge coupled device)와 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로에 사용하는 씨모스(CMOS)기술을 이용하여 화소수 만큼 모스 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용한 씨모스(CMOS:complementary MOS) 이미지 센서가 있다.
종래의 버티컬 씨모스 이미지 센서는 페시베이션 절연막 상에 마이크로 렌즈를 형성하여 패키지할 때 마이크로 렌즈의 손상시키기 쉽고 광반응 특성 및 수율이 저하는 되는 문제가 있었다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 종래 기술의 버티컬 씨모스 이미지 센서 및 그의 제조 방법에 대하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래 기술의 버티컬 씨모스 이미지 센서의 공정 단면도이다.
반도체 기판(10)에 광감지 소자(photo diode)(11)를 형성하고, 광감지 소자(11)를 포함하는 반도체 기판(10) 상에 제 1 절연막(12)을 형성하고, 제 1 절연막(12)을 선택적으로 식각하여 비아홀(via hole)(13)을 형성한다. 비아홀(13)을 포함하는 제 1 절연막(12) 상에 금속막을 적층하고 패터닝하여 픽셀(pixel)영역(14)과 주변영역(15)에 금속배선(16)과 패드(pad)(17)를 형성한다. 금속배선(16)과 패드(17)를 포함하는 제 1 절연막(12) 상에 층간 절연시키는 산화막과 같은 물질로 제 2 절연막(18)을 적층하고 평탄화한다.
질화막으로 패시베이션(passivation) 절연막(19)을 형성하고 시엠피(CMP: chemical mechanical polishing)공정을 이용하여 평탄화하고 선택적으로 식각하여 패드(17)영역에 개구(21)를 형성한다. 그리고 패시베이션 절연막(19) 상에 마이크로 렌즈 물질막(도시하지 않음)을 적층하고 마이크로 렌즈 물질막 상에 감광막(도시하지 않음)을 도포한다. 감광막을 패터닝하여 감광막 패턴(도시하지 않음)을 형성하고 감광막 패턴을 마스크로 이용하여 마이크로 렌즈 물질막을 선택적으로 식각하여 마이크로 렌즈 물질막 패턴(도시하지 않음)을 형성한다. 그리고 베이크(bake)를 실시하여 마이크로 렌즈 물질막 패턴의 플로우(flow)시켜 구면형태의 마이크로 렌즈(20)를 형성한다.
이와 같은 종래 기술의 버티컬 씨모스 이미지 센서 및 그의 제조방법은 다음과 같은 문제가 있다.
페시베이션 절연막 상에 마이크로 렌즈를 형성하기 때문에 패키지를 진행하는 경우 마이크로 렌즈의 손상으로 인해 광반응(photo response) 또는 수율이 낮아지는 문제가 있다.
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 버티컬 씨모스 이미지 센서 및 그의 제조방법에 대한 문제를 해결하기 위한 것으로 페시베이션 절연막의 패턴 사이에 마이 크로 렌즈를 형성하여 패키지할 때 광반응(photo response) 또는 수율을 개선하는 버티컬 씨모스 이미지 센서 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 버티컬 씨모스 이미지 센서는 반도체 기판과, 상기 반도체 기판에 형성되는 광감지 소자와, 상기 광감지 소자를 포함하는 상기 반도체 기판 상에 형성되는 제 1 절연막과, 상기 제 1 절연막 상에 형성되는 금속배선과, 상기 금속배선을 포함한 상기 제 1 절연막 상에 형성되는 제 2 절연막과, 상기 제 2 절연막 상에 형성되는 페시베이션 절연막 패턴과, 상기 페시베이션 절연막 패턴 사이의 상기 제 2 절연막 상에 형성되는 마이크로 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 이와 같은 본 발명에 따른 버티컬 씨모스 이미지 센서는 상기 페시베이션 절연막 패턴과 상기 마이크로 렌즈는 서로 중첩되지 않는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 버티컬 씨모스 이미지 센서의 제조방법은 반도체 기판에 광감지 소자를 형성하는 단계; 상기 광감지 소자를 포함하는 상기 반도체 기판 상에 제 1 절연막과 상기 제 1 절연연막 상에 금속배선을 형성하는 단계; 상기 금속배선을 포함하는 상기 제 1 절연막 상에 제 2 절연막을 형성하는 단계; 상기 제 2 절연막 상에 페시베이션 절연막 패턴을 형성하는 단계; 상기 페시베이션 절연막 패턴사이의 상기 제 2 절연막 상에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 버티컬 씨모스 이미지 센서의 제조방법의 상기 마이크 로 레즈를 형성하는 단계는, 상기 제 2 절연막 상에 페시베이션 절연막을 형성하는 단계; 상기 페시베이션 절연막을 선택식각하여 개구영역를 형성하는 단계; 상기 개구영역에 마이크로 렌즈 물질막을 충진하여 마이크로 렌즈 물질막 패턴을 형성하는 단계; 상기 마이크로 렌즈 물질막 패턴을 플로우시켜 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 버티컬 씨모스 이미지 센서 및 그의 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2 내지는 도 6은 본 발명에 따른 버티컬 씨모스 이미지 센서의 공정 단면도이다.
도 2와 같이, 반도체 기판(30)에 적색 광감지 소자(red photo diode)(31a), 녹색 광감지 소자(green photo diode)(31b), 그리고 청색 광감지 소자(blue photo diode)(31c)를 포함하는 광감지 소자(photo diode)(31)를 형성한다. 광감지 소자(31)를 포함하는 반도체 기판(30) 상에 제 1 절연막(32)을 적층하고 선택적으로 식각하여 비아홀(via hole)(33)을 형성한다. 비아홀(33)을 포함하는 제 1 절연막(32) 상에 금속막을 형성하고 패터닝하여 픽셀(pixel)영역(34)과 주변영역(35)에는 금속배선(36)과 패드(pad)(37)를 형성하여 광감지 소자(31)를 회로에 연결하여 광감지 소자(31)의 신호를 감시할 수 있도록 한다. 금속배선(36)과 패드(37)를 포함하는 제 1 절연막(32) 상에 산화막 등으로 층간 절연시키는 제 2 절연막(38)과 제 2 절연막(38) 상에 질화막으로 페시베이션(passivation) 절연막(39)을 형성한다.
페시베이션 절연막(39) 상에 제 1 감광막(도시하지 않음)을 도포하고 노광 및 현상공정을 거쳐 마이크로 렌즈가 형성되는 부분과 패드(37) 영역을 개구하는 제 1 감광막 패턴(40)을 형성한다.
도 3과 같이, 제 1 감광막 패턴(40)을 마스크로 페시베이션 절연막(39)을 선택적으로 제거하여 마이크로 렌즈가 형성되는 부분의 제 1 개구(41a)와 패드(37) 영역의 제 2 개구(41b)를 형성한다.
도 4와 같이, 제 1 감광막 패턴(40)을 제거하고, 마이크로 렌즈 물질막(도시하지 않음)을 적층하고 평탄화하여 제 1 개구(41a)와 제 2 개구(41b)에 마이크로 렌즈 물질막 패턴(42)을 형성한다.
도 5와 같이, 마이크렌즈 물질막 패턴(42)을 포함하는 페시베이션 절연막(39) 상에 제 2 감광막(도시하지 않음)을 도포하고, 패드 마스크(도시하지 않음)로 패터닝하여 제 2 감광막 패턴(43)을 형성한다. 제 2 감광막 패턴(43)을 마스크로 패드(37)의 표면이 노출될 때까지 제 2 절연막(38)과 페시베이션 절연막(39)을 선택적으로 식각한다.
도 6과 같이, 제 2 감광막 패턴(43)을 제거하고, 마이크로 렌즈 물질막 패턴(42)이 적정온도에서 리플로우(reflow)되는 것을 이용하여 구면형태의 마이크로 렌즈(44)를 형성한다. 이 때, 페시베이션 절연막(39)과 마이크로 렌즈(44)는 서로 중첩되는 부분이 발생되지 않는다.
페시베이션 절연막(39)사이에 마이크로 렌즈(44)를 자기정렬 방식으로 형성하므로써, 마이크로 렌즈(44)사이의 공간을 정확하게 확보하여 광효율을 증가시킬 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 버티컬 씨모스 이미지 센서 및 그의 제조 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
광차폐막사이에 자기정렬 방식으로 마이크로 렌즈를 형성하여 정확하게 배열하여 광효율을 증가시킬 수 있고, 또한 페시베이션 절연막의 패턴 사이에 마이크로 렌즈을 형성하여 패키지할 때 광반응(photo response) 또는 수율을 개선할 수 있다.
Claims (4)
- 반도체 기판과,상기 반도체 기판에 형성되는 광감지 소자와,상기 광감지 소자를 포함하는 상기 반도체 기판 상에 형성되는 제 1 절연막과,상기 제 1 절연막 상에 형성되는 금속배선과,상기 금속배선을 포함한 상기 제 1 절연막 상에 형성되는 제 2 절연막과,상기 제 2 절연막 상에 형성되는 페시베이션 절연막 패턴과,상기 페시베이션 절연막 패턴 사이의 상기 제 2 절연막 상에 형성되는 마이크로 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 버티컬 씨모스 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서, 상기 페시베이션 절연막 패턴과 상기 마이크로 렌즈는 서로 중첩되지 않는 것을 특징으로 하는 버티컬 씨모스 이미지 센서.
- 반도체 기판에 광감지 소자를 형성하는 단계;상기 광감지 소자를 포함하는 상기 반도체 기판 상에 제 1 절연막과 상기 제 1 절연연막 상에 금속배선을 형성하는 단계;상기 금속배선을 포함하는 상기 제 1 절연막 상에 제 2 절연막을 형성하는 단계;상기 제 2 절연막 상에 페시베이션 절연막 패턴을 형성하는 단계;상기 페시베이션 절연막 패턴사이의 상기 제 2 절연막 상에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 버티컬 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
- 제 3 항에 있어서, 상기 마이크로 레즈를 형성하는 단계는상기 제 2 절연막 상에 페시베이션 절연막을 형성하는 단계;상기 페시베이션 절연막을 선택식각하여 개구영역를 형성하는 단계;상기 개구영역에 마이크로 렌즈 물질막을 충진하여 마이크로 렌즈 물질막 패턴을 형성하는 단계;상기 마이크로 렌즈 물질막 패턴을 플로우시켜 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 버티컬 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
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