KR20110079335A - 이미지 센서 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
실시예에 의한 이미지센서의 제조방법은 반도체 기판에 형성된 픽셀 어레이에 연결된 금속배선을 형성하는 단계; 상기 금속배선 상에 층간절연막을 형성하는 단계; 상기 금속배선이 노출되도록 상기 층간절연막을 제거하는 단계; 상기 노출된 상기 금속배선 상에 하부 평탄화막을 형성하고 상기 하부 평탄화막 상에 보호막을 형성하는 단계; 상기 반도체 기판에 형성된 소자분리막과 대응되는 영역에 상기 보호막이 위치하도록 상기 보호막의 일부를 제거하는 단계; 및 상기 보호막 사이에 컬러필터를 형성하는 단계를 포함한다.
이미지센서, 층간절연막, 보호막
Description
실시예는 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
이미지 센서는 빛을 감지하여 전기신호로 변환시키는 반도체 소자이다. 시모스(Complementary MOS) 이미지 센서는 제어회로(Control Circuit) 및 신호처리회로(Signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 시모스 기술을 이용한다.
통상 이미지센서는 반도체 기판에 포토다이오드 등을 포함하는 픽셀 어레이를 형성하고 픽셀 어레이 상에 층간절연막, 배선, 패시베이션막, 칼라필터 및 마이크로 렌즈를 형성하는 공정을 통해 제조된다.
종래 이미지센서는 절연막으로 사용되는 패시베이션막의 광 흡수율이 높아서 이를 그대로 사용할 경우 광 투과도를 낮아져 광 감도가 저하되거나 칼라필터의 하단에 있는 PL막과 패시베이션막의 굴절률차이로 인하여 광학적 크로스토크(Optical Cross talk)를 발생시키게 되어 이의 개선이 요구된다.
실시예는 광감도가 향상되고 광학적 크로스토크를 개선 시킨 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공한다.
실시예에 의한 이미지센서의 제조방법은 반도체 기판에 형성된 픽셀 어레이에 연결된 금속배선을 형성하는 단계; 상기 금속배선 상에 층간절연막을 형성하는 단계; 상기 금속배선이 노출되도록 상기 층간절연막을 제거하는 단계; 상기 노출된 상기 금속배선 상에 하부 평탄화막을 형성하고 상기 하부 평탄화막 상에 보호막을 형성하는 단계; 상기 반도체 기판에 형성된 소자분리막과 대응되는 영역에 상기 보호막이 위치하도록 상기 보호막의 일부를 제거하는 단계; 및 상기 보호막 사이에 컬러필터를 형성하는 단계를 포함한다.
다른 측면에서 실시예에 의한 이미지센서는 반도체 기판에 형성된 픽셀 어레이에 연결된 금속배선; 상기 금속배선 상에 형성된 하부 평탄화막; 상기 반도체 기판에 포함된 소자분리막에 대응되는 상기 하부 평탄화막 상에 형성된 보호막; 및 상기 보호막 사이에 형성된 컬러필터를 포함한다.
실시예에 따른 이미지 센서 및 그 제조방법에 의하면, 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 층간절연막을 최상위 금속층까지 제거함으로써 로우 스택 하이트(Low Stack Height) 구현으로 광감도를 향상할 수 있다.
둘째, 빛이 유입되는 경로 상에서 암신호를 감소하기 위해 사용되고 있는 보호막을 선택적으로 제거함으로써 추가적인 로우 스택 하이트 구현 및 보호막에 의해 손실되는 빛을 감소 시킴으로써 광감도를 향상할 수 있다.
셋째, 보호막이 제거된 영역에 칼라필터가 매립됨으로써 굴절률이 서로 다른 물질이 배열됨에 따라 대각방향으로부터 유입되는 빛에 의해 발생될 수 있는 광학적 크로스토크(Optical Cross-talk)를 개선할 수 있다.
넷째, 최상위 금속층의 상부에 칼라필터가 배열되도록 함으로써 마이크로렌즈와 마이크로렌즈 사이로부터 유입되는 빛을 차단함으로써 광학적 크로스토크를 감소시키고 대각으로 유입되는 빛을 반사시켜 포토다이오드로 유입되도록 함으로써 광감도를 개선할 수 있다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 실시예에 따른 이미지 센서 및 그 제조방법에 대해서 상세하게 설명한다. 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실 제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
실시예에서 설명되는 이미지센서는 빛을 감지하여 전기신호로 변환시키는 반도체 소자이다. 시모스(Complementary MOS) 이미지 센서는 제어회로(Control Circuit) 및 신호처리회로(Signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 시모스 기술을 이용하며, 화소 수만큼 모스 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(Output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.
도 1은 실시예에 따른 이미지 센서의 회로 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 이미지 센서는 포토다이오드(PD), 트랜스퍼 트랜지스터(TX), 리셋 트랜지스터(RX), 드라이브 트랜지스터(DX) 및 선택 트랜지스터(SX)를 포함하는 4T(Transistor) 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
포토다이오드(photo diode)(PD)는 광전변환을 담당한다. 트랜스퍼 트랜지스터(transfer transistor)(TX)는 플로팅 확산영역(floating diffusion region)(FD)의 전압을 포토다이오드(PD)에 전달하여 포토다이오드(PD)를 리셋(Reset)하거나, 포토다이오드(PD)에 입사된 광신호를 전기신호로 바꾸어 플로팅 확산영역(FD)에 전달하는 스위치의 역할을 한다. 리셋 트랜지스터(reset transistor)(RX)는 전원배선(PVDD)으로부터 공급되는 전압을 받아 이를 플로팅 확산영역(FD)을 통해 포토다이오드(PD)에 전달하여 포토다이오드(PD)를 초기화한다. 드라이브 트랜지스터(drive transistor)(DX)는 플로팅 확산영역(FD)의 전압신호를 증폭한다. 선택 트랜지스터(selection transistor)(SX)는 바이어스(BIAS)부에 연결된 출력단(Vout)을 통해 출력되는 전압신호를 외부 신호처리기에 전달하는 역할을 한다.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이 반도체 기판(100)에는 픽셀 어레이(101, 102)에 연결된 금속배선(120, 140)이 형성된다. 픽셀 어레이(101, 102)에는 도시된 소자분리막(Shallow Trench Isolation: STI)(101)과 소자분리막(101) 사이에 형성된 포토다이오드 영역(101)이 포함된다. 이 밖에, 픽셀 어레이(101, 102)에는 도 1과 같은 트랜스퍼 트랜지스터, 플로팅 확산영역, 리셋 트랜지스터, 드라이브 트랜지스터 및 선택 트랜지스터가 포함된다.
픽셀 어레이(101, 102) 상에는 제1절연막(110)이 형성되고, 제1절연막(110) 상에는 픽셀 어레이(101, 102)에 포함된 소자들에 각각 연결된 제1금속배선(120)이 형성된다. 제1금속배선(120) 상에는 제2절연막(130)이 형성되고, 제2절연막(130) 상에는 제1금속배선(120)에 각각 연결된 제2금속배선(140)이 형성된다. 이후, 금속배선(120, 140) 중 최상위층에 위치하는 제2금속배선(140) 상에 층간절연막(150)이 형성된다.
다음, 도 3에 도시된 바와 같이 제2금속배선(140)이 노출되도록 층간절연막(150)이 제거된다. 노출된 제2금속배선(140) 상에는 하부 평탄화막(160)이 형성되고 하부 평탄화막(160) 상에는 보호막(170)이 형성된다. 여기서, 보호막(170)은 실리콘 나이트라이드(SiN)가 선택될 수 있고, 이 막의 두께는 3000Å ~ 5000Å으로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 이후, 소자분리막(101)에 대응되는 보호 막(170) 상에는 포토레지스트(PR)가 형성된다.
다음, 도 4에 도시된 바와 같이 소자분리막(101)과 대응되는 층간절연막(150) 상에만 보호막(170)이 위치하도록 포토레지스트(PR)에 의해 보호막(170)의 일부가 제거된다. 포토레지스트(PR)는 이후 제거된다.
다음, 도 5에 도시된 바와 같이 보호막(170) 사이에 컬러필터(180)가 매립되는 형태로 형성된다. 컬러필터(180)는 적색, 녹색 및 청색을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
다음, 도 6에 도시된 바와 같이, 컬러필터(180) 상에 상부 평탄화막(165)이 형성되고, 상부 평탄화막(165) 상에는 컬러필터(180)에 대응되는 영역에 마이크로 렌즈(190)가 형성된다.
이상 실시예는 최상위층에 위치하는 금속배선의 경계까지 층간절연막을 제거하여 로우 스택 하이트(Low Stack Height)가 구현되도록 하였다. 또한 실시예는 층간절연막과 보호막(Passivation)의 일부가 제거됨으로써 로우 스택 하이트가 구현되어 포토다이오드까지 빛이 도달하는 거리가 축소됨에 따라 광감도 향상을 개선할 수 있도록 하였다. 또한 실시예는 층간절연막을 최상위층에 위치하는 금속배선까지 낮추고 보호막을 선택적으로 제거하여 칼라필터를 매립함으로써 굴절률이 높은 보호막과 굴절률이 낮은 칼라필터 배치로 광학적 크로스토크를 억제할 수 있었다. 또한 실시예는 마이크로 렌즈와 마이크로 렌즈 사이에 존재하는 데드존(Dead Zone)으로부터 유입되는 빛이 최상위층에 위치하는 금속배선에 의해 차단되며, 대각 방향 으로 입사되는 빛의 일부를 이 금속배선이 반사시켜 광감도 향상에 기여할 수 있도록 하였다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 실시예에 따른 이미지 센서의 회로 구성을 설명하기 위한 도면.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법을 설명하기 위한 단면도.
Claims (6)
- 반도체 기판에 형성된 픽셀 어레이에 연결된 금속배선을 형성하는 단계;상기 금속배선 상에 층간절연막을 형성하는 단계;상기 금속배선이 노출되도록 상기 층간절연막을 제거하는 단계;상기 노출된 상기 금속배선 상에 하부 평탄화막을 형성하고 상기 하부 평탄화막 상에 보호막을 형성하는 단계;상기 반도체 기판에 형성된 소자분리막과 대응되는 영역에 상기 보호막이 위치하도록 상기 보호막의 일부를 제거하는 단계; 및상기 보호막 사이에 컬러필터를 형성하는 단계를 포함하는 이미지센서의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 금속배선은 최상위층에 위치하는 금속배선인 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 컬러필터를 형성하는 단계는,상기 컬러필터 상에 상부 평탄화막을 형성하는 단계와,상기 상부 평탄화막 상에 상기 컬러필터에 대응되도록 마이크로 렌즈를 형성 하는 단계를 포함하는 이미지센서의 제조방법.
- 반도체 기판에 형성된 픽셀 어레이에 연결된 금속배선;상기 금속배선 상에 형성된 하부 평탄화막;상기 반도체 기판에 포함된 소자분리막에 대응되는 상기 하부 평탄화막 상에 형성된 보호막; 및상기 보호막 사이에 형성된 컬러필터를 포함하는 이미지센서.
- 제4항에 있어서,상기 컬러필터 상에 형성된 상부 평탄화막과,상기 컬러필터에 대응되는 상기 상부 평탄화막 상에 형성된 마이크로 렌즈를 포함하는 이미지센서.
- 제4항에 있어서,상기 금속배선은 최상위층에 위치하는 금속배선인 것을 특징으로 하는 이미지센서.
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