KR100649006B1 - 시모스 이미지 센서의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 시모스 이미지 센서의 제조방법에 관한 것으로서, 집적도가 커짐에 따라 렌즈의 사이즈와 이에 병행하여 높이가 낮아야 하므로, 마이크로 렌즈 제작을 패드상에 실리콘 나이트라이드를 형성하고 이 실리콘 나이트 라이드 상에서 실행한다. 따라서, 높이를 감소시키고 또한 렌즈의 물질을 산화막과 질화막을 사용하여 형성함으로서 굴절율을 증가시킨다.
즉, 본 발명에서는 소자의 크기가 점점 더 작아지게 되므로 하나의 렌즈를 사용하는데 어려움이 있게 되는 문제점을 고려하여 상기 산화막과 질화막의 식각시 높은 식각 선택비를 사용하여 곡면 형상의 메인 렌즈 하부에 측벽 스페이서 형태의 내부 렌즈를 더 형성하여 원하는 상을 맺히게 해준다.
시모스 이미지 센서, 마이크로 렌즈, 패드막
Description
도 1a 내지 도 1b는 종래 기술에 따른 시모스 이미지 센서의 마지막 공정을 설명하기 위한 다이어그램
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 시모스 이미지 센서 제조 공정을 설명하기 위한 다이어그램
도 3은 본 발명에 따라 빛의 퍼짐 현상이 제거된 상태를 설명하기 위한 다이어그램
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 패드막, 11: 보호막
11a : 잔존하는 실리콘 나이트라이드 12 : 포토 레지스트 마스크
13 : 실리콘 산화막 14 : 실리콘 나이트라이드
15a : 곡면 형상의 마이크로 렌즈
15b : 측벽 스페이서 형상의 내부 마이크로 렌즈
15b : 측벽 스페이서 형상의 내부 마이크로 렌즈
16 : 서브 레이어 17a : 금속 라인
17b : 오픈 영역 10a : 알루미늄 패드
본 발명은 CMOS 이미지 센서(CMOS image sensor)의 제조방법에 관한 것이다.
이하에서, 도 1a 내지 도 1b를 참조하여 종래 기술에 따른 시모스 이미지 센서의 마지막 공정을 설명하기로 한다.
먼저, 도 1a에 나타낸 바와 같이, 서브 레이어(1) 상에 금속 라인(1a)을 형성하고 나서 패드 오픈(PAD OPEN)을 형성하기 위한 식각 공정을 진행한다.
이어서, 상기 서브 레이어(1) 상에 패드층(2)을 형성하고 나서 상기 패드층(2) 상에 컬러 필터 어레이(3)를 형성한다. 이어서, 상기 컬러 필터 어레이(3) 상에 평탄화층(PLANAR) (4)을 형성하고 나서 마이크로 렌즈(6)를 형성하기 위한 공정을 진행한다.
여기서, 상기 마이크로 렌즈(6)을 형성하는 공정은 도 1a 및 도1b에 나타낸 바와 같이, 상기 평탄화층(4) 상에 형성된 포토레지스트(5)를 사용한 리플로우(Reflow) 공정을 사용하는 방법으로 수행된다. 그러나, 도 1a에서 오픈된 패드 알루미늄(2a) 부분이 포토 공정을 진행하는 동안 오염되고 이는 파티클 소스(particle source)가 되는 단점이 있다.
시모스 이미지 센서 제조시, 마지막 공정은 칼라 필터 어레이(color filter array)와 마이크로 렌즈들을 형성하는 공정들이다. 이 공정들에서 렌즈를 제작하는 방법은 전술한 바와 같이 포토 레지스트(PR: photo resist) 리플로우(Reflow)를 이용하여 원하는 마이크로 렌즈들을 만드는 것이다.
그러나 이러한 포토레지스트 리플로우 기술은 기본적으로 곡면을 형성하는 데 어려움이 있고 상기 마이크로 렌즈들의 사이즈(size)가 작아 질수록 곡면의 반경이 작아야 하므로 상대적으로 높이가 낮아야 하는 어려움이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 마이크로 렌즈의 집적도를 증대시킬 수 있는 시모스 이미지 센서의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 정밀한 렌즈를 형성할 수 있는 시모스 이미지 센서의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
상기 목적들을 달성하기 위하여 본 발명에 의하면, 집적도가 커짐에 따라 하나의 렌즈를 사용하는데 어려움이 많다. 본 발명에서는 소자의 크기가 점점 더 작아지게 되므로 하나의 내부 렌즈(inner lens)를 사용하는데 어려움이 있게 되는 문제점을 고려하여 하부에 하나의 렌즈 영역을 더 형성하여 원하는 상을 맺히게 해준다. 즉, 금속 라인 상에 렌즈들을 모아 형성함으로서 빛의 퍼짐 현상을 방지한다.
상기 내부 렌즈는 상기 금속 라인 상의 어느 곳에서나 설치 할 수 있다. 또한 본 발명에서는 상기 마이크로 렌즈의 제작을 패드 실리콘 나이트라이드 상에서 진행하여 높이를 감소시키고 상기 마이크로 렌즈의 물질로서 산화막과 질화막을 사용하므로 굴절률을 증가시킨다.
또한 본 발명은 상기 마이크로 렌즈를 제작하기 위하여 산화막과 질화막을 에치할 높은 선택비 공정을 이용하므로 완벽한 곡면의 메인 렌즈를 제작하고 측벽 스페이서 형태의 내부 렌즈(inner lens)를 형성하는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 일 형태에 의하면, 시모스 이미지 센서를 형성하는 방법은 금속 라인 패턴을 형성하는 스텝, 상기 금속 라인 패턴 상에 패드막을 형성하는 스텝, 상기 패드막 상에 보호막을 형성하고 렌즈용 포토 레지스트 마스크를 이용하여 상기 보호막을 식각하는 스텝, 상기 렌즈를 형성하기 위하여 상기 식각된 보호막 상에 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막을 차례로 형성하는 스텝, 그리고 상기 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막의 고선택비로 에치하여 원하는 마이크로 렌즈들을 형성하는 스텝 구비한다.
이하에서, 첨부된 도 2a 내지 도 2d를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 시시디 이미지 센서 제조 공정을 상세히 설명하기로 한다. 도 3은 본 발명에 따라 빛의 퍼짐 현상이 제거된 상태를 설명하기 위한 다이어그램이다.
먼저 도 2a에 나타낸 바와 같이, 패드(Pad) 막(10) 위에 보호막(11)으로서 실리콘 나이트라이드(SiN)(11)를 증착한 후, 도 2b에 나타낸 바와 같이 패터닝 공정을 거쳐 상기 보호막 상에 포토 레지스트 마스크(12)를 남긴다.
이어서, 상기 포토레지스트 마스크(PR Mask)(12)를 이용하여 상기 실리콘 나이트라이드(11) (SiN)의 노출된 부분을 식각하여 원하는 형상을 만든다.
이후 도 2c에 나타낸 바와 같이, 상기 포토 레지스트 마스크(12)를 제거하고 나서 잔존하는 상기 실리콘 나이트라이드 보호막(11a) 상에 실리콘 산화막(13) 및 실리콘 나이트라이드(또는 질화막)(14)를 차례로 증착한다.
이 상태에서 식각 공정을 통하여 원하는 마이크로 렌즈들을 형성한다. 이 때, 상기 산화막(13)과 상기 질화막(14)의 일반적인 식각 선택비, 예로서 SiN : SiO2 = 1 : 1같은 선택비를 가지고서는 원하는 마이크로 렌즈들을 만들 수 없다.
따라서, 본 실시 예에서는 곡면 형상을 갖는 마이크로 렌즈외에 상기 잔존하는 실리콘 나이트라이드 보호막(11a)의 측벽에 내부 마이크로 렌즈를 형성하기 위하여 최적의 공정 조건을 사용한다.
특히, 상기 내부 렌즈를 형성하기 위하여 상기 실리콘 산화막(13)과 상기 실리콘 나이트라이드(14)의 높은 식각 선택비를 갖도록 상기 식각 공정 조건을 사용한다.
다시 말해서, 상기 잔존하는 실리콘 나이트라이드 보호막(11a)의 측벽에 상기 내부 렌즈로서 산화막 측벽 스페이서를 남기기 위해서는 상기 실리콘 산화막(13)과 상기 실리콘 나이트라이드(14)의 높은 식각 선택비를 얻어야 하는데 종래의 식각 공정 조건 중 하나인 CF4 및 Ar가스를 사용하면 그러한 높은 식각 선택비를 얻을 수 없었다.
따라서 본 발명의 실시 예에서는 HBr/Cl2/O2가스를 사용하여 높은 선택비를 얻으며, 더불어 진행 조건은 100-200mTorr, 20 ~ 50 HBr, 100 ~ 200 Cl2, 10 ~ 20 SF6, 그리고 200 ~ 500Watt의 파워이다.
상기 조건하에서, 도 2d에 나타낸 바와 같이, 상기 실리콘 산화막(13)과 상기 실리콘 나이트라이드(14)를 식각하면 그들 사이에서 높은 식각 선택비, 즉 20:1 이상의 식각 선택비를 상기 실리콘 산화막(13)과 상기 실리콘 나이트라이드(14) 사 이에서 얻을 수 있다.
또한, 도 2d에 나타낸 바와 같이, 상기 잔존하는 보호막(11a) 표면 상에 곡면 형상의 마이크로 렌즈(15a)들이 형성되고 상기 잔존하는 실리콘 나이트라이드 보호막(11a)의 측벽에는 측벽 스페이서 형상의 내부 마이크로 렌즈(15b)들이 형성된다.
이때, 상기 곡면 형상의 마이크로 렌즈(15a) 및 측벽 스페이서 형상의 내부 마이크로 렌즈(15b)는 상기 실리콘 산화막(도 2c의 13) 및 실리콘 나이트라이드(도 2c의 14)의 적층막으로 이루어진다.
이때, 상기 곡면 형상의 마이크로 렌즈(15a) 및 측벽 스페이서 형상의 내부 마이크로 렌즈(15b)는 상기 실리콘 산화막(도 2c의 13) 및 실리콘 나이트라이드(도 2c의 14)의 적층막으로 이루어진다.
한편, 상기 패드막(10)의 하부에는 서브 레이어(16)가 형성되고 이 서브 레이어(16) 상에는 오픈 영역(17b)을 갖는 금속 라인(17a)이 형성된다. 이어서, 상기 패드막(10) 형성 이후에는 상기 패드막(10)의 하부 표면 중 상기 오픈 영역(17b)에 상응하는 위치에 알루미늄 패드 부분(10a)이 형성된다.
따라서, 도 3에 나타낸 바와 같이, 금속 라인(Metal) 상에 마이크로 렌즈를 형성하여 상부(Top)에 형성된 렌즈를 모아 주므로서 빛의 퍼짐이 없다. 따라서, 상기 내부 (inner) 렌즈에 해당하는 측벽 스페이서 포토 레지스트(13a)는 상기 금속 라인(Metal) 상에서 어느 곳에서나 설치 될 수 있다
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
전술한 바와 같이 본 발명에 의한 시모스 이미지 센서의 제조방법은 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 이중 렌즈를 사용하여 렌즈의 집적도를 향상시킨다.
둘째, 시모스이미지 센서 제품에서의 렌즈의 곡률 반경을 줄일 수 있다.
셋째, 전체적인 높이가 낮아지므로 정밀한 렌즈를 형성 할 수 있다.
넷째, 기존의 방법이 아닌 산화막과 질화막의 렌즈의 제작이 가능하므로 원하는 렌즈의 곡률 반경을 제작 할 수 있다.
Claims (6)
- 금속 라인 패턴을 형성하는 스텝;상기 금속 라인 패턴 상에 패드막을 형성하는 스텝;상기 패드막 상에 보호막을 형성하고 마이크로 렌즈용 포토 레지스트 마스크를 이용하여 상기 보호막을 식각하는 스텝;상기 렌즈를 형성하기 위하여 상기 식각된 보호막 상에 실리콘 산화막과 실리콘 나이트라이드막을 차례로 형성하는 스텝; 그리고상기 실리콘 산화막과 상기 실리콘 나이트라이드를 식각하여 상기 식각된 보호막의 표면과 측벽에 이중 형태의 마이크로 렌즈들을 형성하는 스텝을 구비함을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 보호막은 실리콘 나이트라이드(SiN) 임을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 실리콘 산화막과 실리콘 나이트라이드의 식각은 HBr/Cl2/O2 가스를 사용하여 하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 실리콘 산화막과 실리콘 나이트라이드의 식각 진행 조건은 100 ~ 200mTorr, 20 ~ 50 HBr, 100 ~ 200 Cl2, 10 ~ 20 SF6, 그리고 200 ~ 500Watt임을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 실리콘 산화막과 상기 실리콘 나이트라이드를 1 : 20의 선택비로 식각하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 패드막의 하부에 서브 레이어를 형성하는 스텝;상기 서브 레이어 상에 오픈 영역을 갖는 금속 라인을 형성하는 스텝; 그리고상기 패드막의 하부 표면 중 상기 오픈 영역에 상응하는 위치에 알루미늄 패드 부분을 형성하는 스텝을 더 구비함을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서의 제조방법.
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