KR20070000818A - 씨모스 이미지 센서 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로 특히, 반도체 소자 제조 공정 중, 수광 효율을 증대시키고, 인접 픽셀로 입사되는 광 손실 결함을 해결하는 씨모스 이미지 센서의 제조 공정에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명은, 포토다이오드가 형성된 기판, 상기 포토다이오드 상부에 형성된 에어갭영역 및 상기 에어갭영역 상에 형성된 패시베이션막을 구비하는 씨모스 이미지 센서가 제공된다.
또한, 포토다이오드가 형성된 기판을 준비하는 단계, 상기 포토다이오드 상에 절연막을 형성하는 단계,상기 포토다이오드 상부 영역의 상기 절연막을 리세스시켜 리세스부를 형성하는 단계, 상기 리세스부에 폴리이미드막을 형성하는 단계, 상기 폴리이미드막이 증착된 기판 상에 제1 패시베이션막을 증착하는 단계, 상기 제1 패시베이션막을 선택적 식각하여 상기 폴리이미드막을 노출시키는 단계, 노출된 상기 폴리이미드막을 제거하여 상기 리세스부에 에어갭 영역을 형성하는 단계 및 상기 제1 패시베이션막 상에 제2 패시베이션막을 증착하는 단계를 포함하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법이 제공된다.
폴리이미드막, 에어갭 영역, 패시베이션막, 층간절연막, 금속간절연막
Description
도 1은 통상의 시모스 이미지센서에서 1개의 포토다이오드(PD)와 4개의 모스(MOS) 트랜지스터로 구성된 단위화소(Unit Pixel)를 도시한 회로도.
도 2는 종래 기술에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 공정을 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서를 나타낸 단면도.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 공정을 나타낸 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
201 : 반도체 기판 202 : 소자분리막
203 : 포토다이오드 204 : 층간절연막
205 : 제1 금속배선 206 : 제1 금속간절연막
207 : 제2 금속배선 208 : 제2 금속간절연막
209 : 제1 패시베이션막 210 : 에어갭 영역
211 : 제2 패시베이션막
본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로 특히, 반도체 소자 제조 공정 중, 씨모스(CMOS) 이미지 센서(Image Sensor)의 제조 공정에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지 센서는 디지털 카메라, 휴대폰 등의 가정용 제품이나, 병원에서 사용되는 내시경, 지구를 돌고 있는 인공위성의 망원경에 이르기까지 매우 광범위한 분야에서 사용되고 있으며, 다양한 이미지 센서중, 씨모스 제조 기술로 생산되는 씨모스(CMOS) 이미지 센서는 광학적 이미지를 전기적 신호로 변환시키는 소자로서, 화소수 만큼 모스(MOS)트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용하고 있다. 씨모스 이미지 센서는, 종래 이미지 센서로 널리 사용되고 있는 씨씨디(CCD) 이미지센서에 비하여 구동 방식이 간편하고 다양한 스캐닝 방식의 구현이 가능하며, 신호처리 회로를 단일칩에 집적할 수 있어 제품의 소형화가 가능할 뿐만 아니라, 호환성의 씨모스 기술을 사용하므로 제조 단가를 낮출 수 있고, 전력 소모 또한 크게 낮다는 장점을 지니고 있어서 휴대폰, PC, 감시 카메라 등의 저가, 저전력을 요하는 분야에 쓰이고 있다.
도 1은 통상의 시모스 이미지센서에서 1개의 포토다이오드(PD)와 4개의 모스(MOS) 트랜지스터로 구성된 단위화소(Unit Pixel)를 도시한 회로도로서, 빛을 받아 광전하를 생성하는 포토다이오드(10)와, 포토다이오드(10)에서 모아진 광전하를 플 로팅확산영역(12)으로 운송하기 위한 트랜스퍼 트랜지스터(11)와, 원하는 값으로 플로팅 확산영역의 전위를 세팅하고 전하를 배출하여 플로팅 확산영역(12)를 리셋시키기 위한 리셋 트랜지스터 (13)와, 플로팅 확산영역의 전압이 게이트로 인가되어 소스 팔로워 버퍼 증폭기(Source Follower Buffer Amplifier) 역할을 하는 드라이브 트랜지스터(14)와, 스위칭(Switching) 역할로 어드레싱(Addressing) 역할을 수행하는 셀렉트 트랜지스터(15)로 구성된다. 단위 화소 밖에는 출력신호(Output Signal)를 읽을 수 있도록 로드(load) 트랜지스터(16)가 형성된 모습을 도시하고 있다.
도 2는 종래 기술에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 공정을 나타낸 단면도이다.
도 2를 참조하여, 반도체 기판(101)에 활성영역과 소자분리영역을 정의하는 소자분리막(102)을 형성한다.
이때, 상기 반도체 기판(101)은 p+형 기판에 p에피층이 형성된 것으로써, 고농도의 p+형 기판 상에 저농도의 p에피층을 사용하는 이유는 첫째, 저농도의 p에피층이 존재하므로 포토다이오드의 공핍영역(Depletion region)을 크고, 깊게 증가시킬 수 있어 광전하를 모으기 위한 포토다이오드의 능력(ability)을 증가시킬 수 있고, 둘째, p에피층의 하부에 고농도의 p+형 기판을 갖게되면, 이웃하는 단위화소(pixel)로 전하가 확산되기 전에 이 전하가 빨리 재결합(Recombination)되기 때문에 광전하의 불규칙 확산(Random Diffusion)을 감소시켜 광전하의 전달 기능 변화를 감소시킬 수 있기 때문이다.
그리고, 상기 도 2에서는 STI(Shallow Trench Isolation) 공정을 통하여 상기 소자분리막(102)을 형성하였으나, 실리콘국부산화(Locos)방식등으로도 형성할 수 있다.
이어서, 게이트 절연막, 게이트 전도막을 순차적으로 증착한후, 선택적 식각하여 게이트 전극을 형성한다.
이어서, 상기 게이트 전극의 상부 중 일부를 덮고, 포토다이오드가 형성될 광감지영역을 오픈하는 불순물 주입방지막을 형성한후, 불순물을 주입하여 포토다이오드 불순물영역(103)을 형성한다.
이어서, 상기 포토다이오드 불순물영역(103)이 형성된 기판에 층간절연막(104)을 형성한후, 상기 층간절연막(104) 상에 제1 금속층(105)을 형성한다. 이후, 상기 제1 금속층(105) 상에 금속간절연막(106)을 형성한후, 제2 금속층(107)을 형성한다. 본 도면에서는 제2 금속층까지만을 도시하였으나 제3 및 제4 금속층 형성 공정도 더 포함시킬 수 있다.
이어서, 상기 제2 금속층(107) 상부에 평탄화 목적의 SOG(Silicon On Glass)막(108)을 형성하고 패시베이션막(109)을 형성한다. 이후 컬러 이미지 구현을 위한 컬러필터(110) 형성공정을 진행하고 OCL(Over Coating Layer)막(111)을 이용한 평탄화 공정을 진행하여 컬러필터어레이를 형성한다.
이때, 상기 OCL막(111)은 일종의 포토레지스트로써 후속 마이크로렌즈 마스크 패터닝을 용이하게 하기 위한 평탄화 목적으로 쓰인다.
이어서, 상기 OCL막(111)을 이용하여 평탄화공정을 수행한 다음 광집속율을 증가시키기 위해 마이크로렌즈(112)를 형성하는데, 상기 마이크로렌즈(112)는 주로 유기물 포토레지스트 물질을 이용하여 형성한다.
여기서, 상술한 줄어든 디자인 룰에 의해 배선층 및 층간막이 증가하고, 상기 배선층 및 층간막의 증가로 인한 입사광의 왜곡이 심화되고 있다.
뿐만 아니라 듀얼 다마신(Dual Damascene) 공정을 이용한 경우 층간막과 다른 굴절율을 갖는 식각 정지막이나 이온주입 방지막을 이용하게되므로 빛의 방향이 변화하게 되어 인접한 픽셀로 입사하게 되는 결함이 발생하게 된다.
또한, 층간막 형성시 플라즈마, 세정 및 열 공정에 의하여 상기 층간막의 굴절율에 변화가 발생하게 되어 인접한 픽셀로 상기 입사광이 입사하게 되는 문제점이 발생하게 된다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 수광 효율을 증대시키고, 인접 픽셀로 입사되는 광 손실 결함을 해결하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 포토다이오드가 형성된 기판, 상기 포토다이오드 상부에 형성된 에어갭영역 및 상기 에어갭영역 상에 형성된 패시베이션막을 구비하는 씨모스 이미지 센서가 제공된다.
또한, 포토다이오드가 형성된 기판을 준비하는 단계, 상기 포토다이오드 상에 절연막을 형성하는 단계,상기 포토다이오드 상부 영역의 상기 절연막을 리세스시켜 리세스부를 형성하는 단계, 상기 리세스부에 폴리이미드막을 형성하는 단계, 상기 폴리이미드막이 증착된 기판 상에 제1 패시베이션막을 증착하는 단계, 상기 제1 패시베이션막을 선택적 식각하여 상기 폴리이미드막을 노출시키는 단계, 노출된 상기 폴리이미드막을 제거하여 상기 리세스부에 에어갭 영역을 형성하는 단계 및 상기 제1 패시베이션막 상에 제2 패시베이션막을 증착하는 단계를 포함하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법이 제공된다.
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 3은 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서를 나타낸 단면도이다.
도 3을 참조하면, 반도체 기판(201)에 STI(Shallow Trench Isolation) 공정을 통하여, 활성영역과 소자분리영역을 정의하는 소자분리막(202)이 형성되어 있다.
계속해서, 상기 소자분리막(102)의 일측에 형성된 포토다이오드(203)와 상기 포토다이오드(203) 상에 형성된 층간절연막(204), 상기 층간절연막(204) 상에 형성된 제1 금속배선(205), 상기 제1 금속배선(205) 상에 형성된 제1 금속간절연막(206), 상기 제1 금속간절연막(206) 상에 형성된 제2 금속배선(206), 상기 제2 금속배선(206) 상에 제2 금속간절연막(208)이 형성되어 있다.
계속해서, 상기 포토다이오드(203)과 오버랩되는 상기 층간절연막(204)과 제1 금속간절연막(206), 제2 금속간절연막(208)을 선택적 식각하여 형성된 에어갭 영역(210)이 있다.
이때, 상기 에어갭 영역(210)과 상기 포토다이오드(203) 사이에는 1000~3000Å의 두께로 상기 층간절연막(204)이 잔류하는 것이 바람직하다.
계속해서, 상기 에어갭 영역(210)을 덥는 하드마스크, 제1 및 제2 패시베이션막(209, 211)이 형성되어 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에서는 상기 층간절연막(204), 제1 및 제2 금속간절연막(206, 208)에 의해 입사광의 굴절 및 반사 현상을 제거하기 위해 상기 층간절연막(204), 제1 및 제2 금속간절연막(206, 208)을 일부 식각하여 에어갭 영역(210)을 형성한다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 공정을 나타낸 단면도이다.
본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 공정은, 우선 도 4a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(301)에 활성영역과 소자분리영역을 정의하는 소자분리막(302)을 형성한다.
이때, 상기 반도체 기판(301)은 p+형 기판에 p에피층이 형성된 것으로써, 고농도의 p+형 기판 상에 저농도의 p에피층을 사용하는 이유는 첫째, 저농도의 p에피층이 존재하므로 포토다이오드의 공핍영역(Depletion region)을 크고, 깊게 증가시킬 수 있어 광전하를 모으기 위한 포토다이오드의 능력(ability)을 증가시킬 수 있 고, 둘째, p에피층의 하부에 고농도의 p+형 기판을 갖게되면, 이웃하는 단위화소(pixel)로 전하가 확산되기 전에 이 전하가 빨리 재결합(Recombination)되기 때문에 광전하의 불규칙 확산(Random Diffusion)을 감소시켜 광전하의 전달 기능 변화를 감소시킬 수 있기 때문이다.
그리고, 상기 도 4a에서는 STI(Shallow Trench Isolation) 공정을 통하여 상기 소자분리막(302)을 형성하였으나, 실리콘국부산화(Locos)방식등으로도 형성할 수 있다.
이어서, 게이트 절연막, 게이트 전도막을 순차적으로 증착한후, 선택적 식각하여 게이트 전극을 형성한다.
이어서, 상기 게이트 전극의 상부 중 일부를 덮고, 포토다이오드가 형성될 광감지영역을 오픈하는 불순물 주입방지막을 형성한후, 불순물을 주입하여 포토다이오드(303)를 형성한다.
이어서, 상기 포토다이오드(303)이 형성된 기판에 층간절연막(304)을 형성한후, 상기 층간절연막(304) 상에 제1 금속배선(305)을 형성한다. 이후, 상기 제1 금속배선(305) 상에 제1 금속간절연막(306)을 형성한후, 제2 금속배선(307)을 형성한다. 이후, 상기 제2 금속배선(307) 상에 제2 금속간절연막(306)을 형성한다. 본 도면에서는 제2 금속배선(307)까지 만을 도시하였으나 제3 및 제4 금속층 형성 공정도 더 포함시킬 수 있다.
이어서, 상기 포토다이오드(303)와 오버랩되는 상기 제2 금속간절연막(308), 제1 금속간절연막(306) 및 층간절연막(304) 일부를 선택적 식각한다.
이때, 상기 층간절연막(304)은 상기 포토다이오드(303) 상에 두께가 1000~3000Å 만큼 잔류시키는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 제2 금속간절연막(308), 제1 금속간절연막(306) 및 층간절연막(304) 일부를 선택적 식각하여 형성된 리세스부에 폴리이미드(Polyimide)막(309)을 증착한다.
이때, 상기 폴리이미드막(309)은 2000~7000rpm의 스핀 코팅 스피드를 갖는 SOG(Spin On Glass) 방식으로 증착되는 것이 바람직하다.
이어서, 상기 폴리이미드막(309)에 대해 소프트 베이킹 공정, 하드 베이킹 공정 및 큐어링 공정을 수행한다.
이때, 상기 소프트 베이킹 공정은 50~120℃의 공정온도와 1~5분의 공정 시간에서 수행하고, 상기 하드 베이킹 공정은 150~210℃의 공정온도와 1~2분의 공정 시간에서 수행하며, 상기 큐어링 공정은 N2 분위기와 350~450℃의 공정온도에서 수행하는 것이 바람직하다.
이어서, 상기 폴리이미드막(309) 상에 하드마스크(310)을 형성한 후, 상기 하드마스크(310)을 식각 장벽으로, 상기 제2 금속간절연막(309) 상의 상기 폴리이미드막(309)을 일부 식각한다.
이어서, 상기 하드마스크(310)이 형성된 기판 상에 제1 패시베이션막(311)을 증착한다.
이어서, 상기 제1 패시베이션막(311) 및 상기 하드마스크(310)을 선택적 식 각하여 상기 폴리이미드막(309)을 노출시킨다.
다음으로, 도 4c에 도시된 바와 같이, 상기 폴리이미드막(309)을 제거하여 에어갭 영역(312)을 형성한다..
이때, 상기 폴리이미드막(309)은 O2 플라즈마 또는 오존으로 제거되는 것이 바람직하다.
이어서, 상기 제1 패시베이션막(311) 상에 제2 패시베이션막(313)을 증착한다.
이어서, 상기 제2 패시베이션막(313) 상에 컬러필터 및 마이크로렌즈를 순차적으로 형성하여 씨모스 이미지 센서를 제조 한다.
상술한 바와 같이 층간절연막 및 금속간절연막의 굴절률의 차이에 의해 입사광이 굴절 및 반사되는 결함을 제거하기 위하여, 본발명에서는 상기 층간절연막(304), 제1 금속간절연막(306) 및 제2 금속간절연막(308)을 선택적 식각하여 에어갭 영역(312)을 형성한다.
따라서, 상기 에어갭 영역(312)으로 인하여, 입사광이 굴절 및 반사되는 결함이 발생하지 않고 상기 포토다이오드(303)로 입사하게 된다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 층간절연막 및 금속간절연막의 굴절률의 차이에 의해 입사광이 굴절 및 반사되는 결함을 제거하기 위하여, 본발명에서는, 층간절연막 및 금속간절연막을 선택적 식각하여 에어갭 영역을 형성한다.
따라서, 상기 에어갭 영역으로 인하여, 입사광이 굴절 및 반사되는 결함이 발생하지 않고 포토다이오드로 입사하게 되어, 수광 손실을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 인접 픽셀로 빛이 유입되어 발생하는 결함을 방지할 수 있다.
Claims (12)
- 포토다이오드가 형성된 기판;상기 포토다이오드 상부에 형성된 에어갭영역; 및상기 에어갭영역 상에 형성된 패시베이션막을 구비하는 씨모스 이미지 센서.
- 제1항에 있어서,상기 포토다이오드와 상기 에어갭영역 사이에 현성된 절연막을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서.
- 제1항에 있어서,상기 포토다이오드와 상기 에어갭영역 사이의 상기 절연막은 1000~3000Å의 두께인 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서.
- 포토다이오드가 형성된 기판을 준비하는 단계;상기 포토다이오드 상에 절연막을 형성하는 단계;상기 포토다이오드 상부 영역의 상기 절연막을 리세스시켜 리세스부를 형성하는 단계;상기 리세스부에 폴리이미드막을 형성하는 단계;상기 폴리이미드막이 증착된 기판 상에 제1 패시베이션막을 증착하는 단계;상기 제1 패시베이션막을 선택적 식각하여 상기 폴리이미드막을 노출시키는 단계;노출된 상기 폴리이미드막을 제거하여 상기 리세스부에 에어갭 영역을 형성하는 단계; 및상기 제1 패시베이션막 상에 제2 패시베이션막을 증착하는 단계를 포함하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법.
- 제4항에 있어서,상기 폴리이미드막 상에 하드마스크를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법.
- 제5항에 있어서,상기 하드마스크는 두께가 200~1000Å인, 산화막 또는 질화막인 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법.
- 제4항에 있어서,상기 폴리이미드막을 형성하는 단계는상기 리세스부에 폴리이미드막을 SOG 방식으로 증착하는 단계;상기 폴리이미드막을 소프트 베이킹하는 단계;상기 폴리이미드막을 하드 베이킹하는 단계; 및상기 폴리이미드막을 큐어링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법.
- 제7항에 있어서,상기 폴리이미드막을 SOG 방식으로 증착하는 단계는 2000~7000rpm의 스핀 코팅 스피드에서 수행하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법.
- 제7항에 있어서,상기 폴리이미드막을 소프트 베이킹하는 단계는 50~120℃의 공정온도와 1~5분의 공정 시간에서 수행하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법.
- 제7항에 있어서,상기 폴리이미드막을 하드 베이킹하는 단계는 150~210℃의 공정온도와 1~2분의 공정 시간에서 수행하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법.
- 제7항에 있어서,상기 폴리이미드막을 큐어링하는 단계는 N2 분위기와 350~450℃의 공정온도에서 수행하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법.
- 제7항에 있어서,상기 폴리이미드막을 제거하는 단계는 O2 플라즈마 또는 오존으로 수행하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020050056452A KR20070000818A (ko) | 2005-06-28 | 2005-06-28 | 씨모스 이미지 센서 및 그 제조 방법 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100906556B1 (ko) * | 2007-11-06 | 2009-07-07 | 주식회사 동부하이텍 | 이미지 센서의 제조방법 |
-
2005
- 2005-06-28 KR KR1020050056452A patent/KR20070000818A/ko not_active Application Discontinuation
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