KR20070003010A - 시모스 이미지센서의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 시모스 이미지센서의 제조공정시 건식각공정시 발생하는 UV에 의한 이미지센서의 손상을 방지할 수 있는 시모스 이미지센서의 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은 기판상에 패터닝될 절연막을 형성하는 단계; 상기 절연막상에 블랙매트릭스막을 형성하는 단계; 상기 블랙매트릭스막상에 감광막 패턴을 형성하는 단계; 상기 감광막 패턴을 이용하여 블랙매트릭스막을 패터닝하는 단계; 플라즈마 건식각공정으로 상기 절연막을 상기 감광막 패턴을 이용하여 패터닝하는 단계; 상기 감광막 패턴을 제거하는 단계; 및 상기 블랙매트릭스막을 제거하는 단계를 포함하는 시모스 이미지센서의 제조방법을 제공한다.
시모스 이미지센서, 포토다이오드, 감광막, 블랙매트릭스, 암전류.
Description
도1은 시모스 이미지센서에서의 한 단위화소를 나타내는 회로도.
도2는 도1에 도시된 단위회소를 이루는 4개의 모스트랜지스터의 공정단면도.
도3은 도2에 도시된 4개의 모스트랜지스터의 공정평면도.
도4는 종래기술에 따른 이미지센서를 개략적으로 도시한 단면도.
도5는 종래기술에 따른 이미지센서의 문제점을 도시한 단면도.
도6a 내지 도6g는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시모스 이미지센서의 제조방법을 나타내는 공정단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
30 : 기판 31 : 실리콘산화막
32 : 블랙매트릭스 33 : 감광막
본 발명은 시모스 이미지센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 시모스 이미지센서의 소자간 절연에 관한 발명이다.
일반적으로 반도체 장치중 이미지센서는 광학 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 장치로서, 대표적인 이미지센서 소자로는 전하결합소자(Charge Coupled Device; CCD)와 시모스 이미지센서를 들 수 있다.
그 중에서 전하결합소자는 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 시모스 기술을 이용하여 각 화소(pixel)수에 대응하는 모스 트랜지스터(통상적으로 4개의 모스트랜지스터)를 만들고 이것을 이용하여 순차적으로 출력하는 소자이다.
도1은 시모스 이미지센서에서의 한 단위화소를 나타내는 회로도이다.
도1을 참조하여 살펴보면, 한 단위화소 내에는 1개의 포토다이오드(10)와 4개의 앤모스트랜지스터(11,12,13,14)로 구성되어 있다. 4개의 앤모스트랜지스터(11,12,13,14)는 포토다이오드(10)에서 생성된 광전하를 전하감지노드(N)로 운송하기 위한 전달 모스트랜지스터(11)와, 다음 신호검출을 위해 전하감지노드(11)에 저장되어 있는 전하를 배출하기 위한 리셋 모스트랜지스터(12)와, 소스 팔로워(Source Follower) 역할을 하는 드라이브 모스트랜지스터(13) 및 스위칭(Switching) 역할로 어드레싱(Addressing)을 할 수 있도록 하는 셀렉트 모스트랜지스터(14)로 구성된다.
이렇게 4개의 모스트랜지스터(11,12,13,14)와 하나의 포토다이오드(10)가 하나의 단위화소를 이루며, 시모스 이미지센서에 구비되는 단위화소의 수에 따라 시모스 이미지센서의 픽셀어레이에 구비되는 포토다이오드(10)와 그에 대응하는 단위화소용 모스트랜지스터의 수가 정해지는 것이다.
도2는 도1에 도시된 단위회소를 이루는 4개의 모스트랜지스터의 공정단면도로서, 4개의 모스트랜지스터(11,12,13,14)가 각각 게이트로 신호(Tx,Rx,Dx,Sx)를 전달받아 포토다이오드(PD)에 전달된 빛이 출력단(Output)으로 전달되도록 구현되어 있다.
도3은 도2에 도시된 4개의 모스트랜지스터의 공정평면도이다.
도3에 도시된 바와 같이, 포토다이오드(10)에서 전달된 빛에 의해 모아진 전자를 전자를 출력단(Output)으로 전달하기 위해 4개의 모스트랜지스터(11, 12, 13, 14)의 게이트 패턴(Tx,Rx,Dx,Sx)이 각각 배치되고, 액티브영역(101 ~ 104)이 게이트 패턴(Tx,Rx,Dx,Sx)의 좌우에 각각 배치된다.
여기서 액티브영역(101)이 포토다이오드에 의해 모아진 전자를 전달받는 센싱노드이다.
한 단위소자의 동작을 간단하게 살펴보면, 포토다이오드(10)에 전달된 빛에 의해 모아진 전자가 전달트랜지스터(11)를 통해 센싱노드(101)에 전달된다.
센싱노드(101)는 드라이빙 트랜지스터(13)의 게이트와 연결되어 있기 때문에, 드라이빙 트랜지스터(13)은 센싱노드(101)에 인가되는 전압에 따라 일측단에 접합된 액티브영역(103)의 전압레벨을 드라이빙하게 된다. 이어서 셀렉트 트랜지스 터(104)가 턴온되어 액티브영역(103)에 인가된 전압을 출력단을 통해 출력하게 된다.
도4는 종래기술에 따른 이미지센서를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도4를 참조하여 살펴보면, 포토다이오드(10, PD)가 형성된 기판(20) 상부에 단위 화소(Pixel)를 이루는 청색(Blue), 적색(Red), 녹색(Green) 등의 칼라필터 어레이(CFA; Color Filter Array, 24)가 배치되어 있으며, 그 상부에 소위 오버코팅 레이어(OCL; Over-Coating Layer, 25)라고 하는 평탄화막이 형성되어 있고, 칼라필터 어레이(14)와 오버랩되는 영역의 상부에 볼록 형상의 마이크로렌즈(Microlens, 16)가 형성되어 있다.
다층의 절연막(22) 사이에는 다층의 배선(23)이 형성되어 있으며, 배선(23)은 포토다이오드(10)와 오버랩되지 않는 영역에 배치되는데, 금속으로 형성되는 배선은 광차단막의 역할을 겸하게 된다.
또한, 포토다이오드(10)에 인접한 기판(20) 상에는 복수의 모스트랜지스터(A영역)가 형성되어 있는 바, 이는 4Tr 구조의 단위 화소의 경우 전술한 바와 같이 전달 트랜지스터, 셀렉트 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 드라이브 트랜지스터가 배치된다.
마이크로렌즈(26) 상에는 스크래치(Scratch) 등으로부터 마이크로렌즈(26)를 보호하기 위해 보호막(27)이 형성되어 있다. 또한 도면부호 29는 소자분리막을 나타내는 것이다.
또한 여기서는 도시하지 않았지만 마이크로 렌즈의 상부에는 외부에서 입사 된 빛을 직접적으로 입력받아 마이크로 렌즈로 전해주는 매크로 랜즈가 배치된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 포토다이오드에서 플로팅 노드(SD)로 전달된 전자에 의해 드라이빙 트랜지스터의 게이트에 인가되는 전압이 조절되고, 그 조절된 전압에 대응하여 드라이빙 트랜지스터의 소스단을 드라이빙하게 된다.
한편, 반도체 제조공정에서 사용되는 플라즈마는 증착이나 건식각 공정등에 널리 사용되고 있다. 이와 같은 플라즈마의 이용은 증착 및 식각 특성을 보다 양호하게 하는 잇점이 있는 반면 플라즈마 입자들에 의한 손상을 가져오는 단점을 가지기도 한다.
플라즈마 방전시 발생되는 입자들은 이온, 중성입자, UV 등이 대표적이라 할 수 있다. 플라즈마 입자들에 의한 손상은 이미지센서에서 암전류(Dark current)와 같은 노이즈를 유발시키는 역할을 하기 때문에 이에 대한 제어가 매우 중요하다. 이미지센서에서 암전류는 빛이 없을 때 흐르는 전류로써 이미지센서의 특성을 감소시키는 대표적인 노이즈중 하나이다. 이러한 암전류의 여러원인중에서 Si/SiO2 계면에서 발생되는 트랩(trap)에 의한 누설전류가 가장 주요한 것으로 알려져 있다.
특히 Si/SiO2 계면에서 발생되는 트랩 현상은 반도체 제조공정중에서 유발된 UV 라디에이션(radiation)에 가장 크게 영향을 받는다는 연구가 많이 이루어졌다.
이와 같은 암전류의 발생과정을 살펴보면, 도5에 도시된 바와 같이, 우선 플라즈마에 의해 발생된 UV 포톤(photon)들은 막내로 투과되고, 이러한 과정에서 포 톤들은 전자-홀 페어(electron-hole pair)를 형성한 뒤 Si/SiO2 계면으로 확산해 들어가다 트랩되는 현상을 일으킨다. 이렇게 트랩된 결함들이 누설전류를 유발시켜 암전류를 증가시키게 되는 것이다.
이 때문에 반도체 제조공정 중에 광범위 하게 발생되는 UV 라디에이션은 이미지센서 제조과정에서 반드시 피해야 되는 요소중 하나이다. 그러나 UV 라디에이션은 PE-CVD나 건식각, 리소그래피(Lithography)공정에서 발생되기 때문에 이를 피할 수 없다는 문제점을 가지고 있다. 따라서 이와 같은 UV 라디에이션에 의한 암전류와 같은 이미지 센서의 손상을 방지하기 위해서는 UV 라디에이션의 발생을 줄이는 공정을 적용하거나 UV의 라디에이션에 의한 손상을 최소화할 수 있는 공정이 요구된다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 시모스 이미지센서의 제조공정시 건식각공정시 발생하는 UV에 의한 이미지센서의 손상을 방지할 수 있는 시모스 이미지센서의 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명은 기판상에 패터닝될 절연막을 형성하는 단계; 상기 절연막상에 블랙매트릭스막을 형성하는 단계; 상기 블랙매트릭스막상에 감광막 패턴을 형성하는 단계; 상기 감광막 패턴을 이용하여 블랙매트릭스막을 패터닝하는 단계; 플라즈마 건식각공정으로 상기 절연막을 상기 감광막 패턴을 이용하여 패터닝하는 단계; 상기 감광막 패턴을 제거하는 단계; 및 상기 블랙매트릭스막을 제거하는 단계를 포함하는 시모스 이미지센서의 제조방법을 제공한다.
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.
이미지센서에서 대표적인 노이즈인 암전류를 해결하기 위해 본 발명에서는 플라즈마 건식각공정에서 유발되는 UV에 의한 손상을 줄임으로서 암전류를 감소시키는 것을 기본원리로 한다.
이미지센서에서 UV 라디에이션에 의한 손상을 방지하기 위해서는 UV의 흡수나 반사를 통해 해결할 수 있다. 이러한 해결방법중에서 본 발명에서는 이미지 제조공정중에서 플라즈마 건식각 공정에서 유발되는 UV를 블럭 매트릭스(블럭 감광막)을 사용하여, 발생된 UV 흡수하게 흡수하도록 하는 것이다.
즉, 포토공정진행전에 수백 Å의 블럭매트릭스막을 도포하고, 다음으로 포토공정을 진행하여 기 도포된 블랙감광막이 식각공정동안 발생되는 UV를 모두 흡수하도록 하는 것이다.
블랙매트릭스는 일반적으로 LCD 패널 제조공정에서 많이 사용되는 것으로 패널과 패널사이에 삽입하여 특정빛 이외의 UV 및 기타 광을 모두 흡수하는 기능을 가지고 있으며, 칼라필터의 픽셀사이에 형성되어 R,G,B 각 화소에서 나온 빛들이나 기타의 빛들이 서로 간섭을 하지 않도록 차단해주고 외부에서 들어온 빛이 반사되지 않도록 흡수하는 역할을 하기 때문에 UV 라디에이션으로 발생된 빛들을 모두 흡수할 수 있다.
이러한 블럭매트릭스로는 대표적으로 Cr/CrO2계나 카본(Carbon)을 주성분으로 하는 유기계감광막이 주로 사용된다. 이러한 블랙 매트릭스는 이미지센서 제조공정중 식각공정에 적용함으로서 식각되는 이외의 영역에서의 UV 손상을 줄일 수 있게 되어 감광막 영역에서의 Si/SiO2 계면에서의 트랩현상을 현저하게 줄일 수 있으며, 결국 암전류를 감소시키는 효과를 가져올 수 있게 되는 것이다.
도6a 내지 도6g는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시모스 이미지센서의 제조방법을 나타내는 공정단면도이다.
도6a에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 시모스 이미지센서의 제조방법은 먼저 실리콘기판(30)상에 실리콘산화막(31)을 형성하고, 그 상부에 블랙 매트릭스(matrix)막(32)을 100 ~ 9000Å 범위로 형성한다.
이 때의 공정은 리소그래피 공정이 진행되기 전 실리콘산화막(31) 상부에 건식각 공정에서 발생되는 UV를 흡수하기 위해 블랙매트릭스막을 성장시키는 단계이다.
여기서 Cr/CrO2계의 블랙 매트릭스막(32)은 스퍼트링(sputtering) 방식으로 가능하며, 유기계의 경우는 스핀온 글래스(spin on glass)방식으로 도포하여 증착 할 수 있다.
이어서 도6b에 도시된 바와 같이, 블랙매트릭스막(32) 상에 감광막(33)을 형성한다.
이어서 도6c에 도시된 바와 같이, 포토공정을진행하여 감광막(33)을 패터닝한다.
이어서 도6d에 도시된 바와 같이, 감광막 패턴을 이용해서 블랙매트릭스막(32)을 식각한다.
이어서 도6e에 도시된 바와 같이, 감강막 패턴(33)을 식각마스크로 하여 절연막(31)을 패터닝한다. 이 때 식각시 발생되는 UV 라디에이션은 블랙매트릭스막(32)이 흡수하게 된다.
이어서 도6f에 도시된 바와 같이 감광막(33)을 제거한다.
이어서 도6g에 도시된 바와 같이, 매트릭스막(32)을 제거한다. CrOx막은 일반적인 Cr 식각에 의해 식각되므로 블랙매트릭스 제거공정에서 Cr/CrOx는 동시에 식각시킬 수 있다. 유기계의 경우는 산소베이스의 애슁(ashing)법을 사용하여 제거한다. 또한 Cr/CrO2계 블랙매트릭스막은 크롬산이나 화학적기계적연마공정(CMP)을 사용해 제거한다.
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 발명에서 언급한 블랙매트릭스막을 건식각시 발생되는 UV의 흡수를 위한 막으로 적용함으로써 UV에 의한 이미지센서의 특성손상을 억제할 수 있다. 이러한 UV 손상을 줄임으로서 이미지센서에서의 대표적 노이즈 중 하나인 암전류의 감소를 가져올 수 있게 된다.
Claims (5)
- 기판상에 패터닝될 절연막을 형성하는 단계;상기 절연막상에 블랙매트릭스막을 형성하는 단계;상기 블랙매트릭스막상에 감광막 패턴을 형성하는 단계;상기 감광막 패턴을 이용하여 블랙매트릭스막을 패터닝하는 단계;플라즈마 건식각공정으로 상기 절연막을 상기 감광막 패턴을 이용하여 패터닝하는 단계;상기 감광막 패턴을 제거하는 단계; 및상기 블랙매트릭스막을 제거하는 단계를 포함하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 블랙매트릭스막은Cr/CrO2막을 스퍼트링 방법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 블랙매트릭스막은유기계의 막으로 스핀온 글래스방법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 Cr/CrO2계 블랙매트릭스막을 제거하는 공정은크롬산이나 화학적기계적연마공정(CMP)을 사용해 제거하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 유기계의 블랙매트릭스막을 제거하는 공정은산소베이스의 애슁법을 사용하여 제거하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020050058729A KR20070003010A (ko) | 2005-06-30 | 2005-06-30 | 시모스 이미지센서의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020050058729A KR20070003010A (ko) | 2005-06-30 | 2005-06-30 | 시모스 이미지센서의 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20070003010A true KR20070003010A (ko) | 2007-01-05 |
Family
ID=37869920
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020050058729A KR20070003010A (ko) | 2005-06-30 | 2005-06-30 | 시모스 이미지센서의 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20070003010A (ko) |
-
2005
- 2005-06-30 KR KR1020050058729A patent/KR20070003010A/ko not_active Application Discontinuation
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