KR100790209B1

KR100790209B1 - CMOS Image sensor

Info

Publication number: KR100790209B1
Application number: KR1020010038700A
Authority: KR
Inventors: 황준
Original assignee: 매그나칩 반도체 유한회사
Priority date: 2001-06-30
Filing date: 2001-06-30
Publication date: 2008-01-02
Also published as: KR20030002874A

Abstract

본 발명은 시모스 이미지센서에 관한 것으로 특히, 굴절률이 큰 물질을 이용하여 마이크로렌즈를 얇게 형성하고 또한 저온 산화막으로 평탄화공정을 수행하여 굴곡을 줄임으로써 후속공정에서 발생할 수 있는 결함을 감소시킨 이미지센서의 마이크로렌즈에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명은 기판상에 형성된 1.7 ~ 2.3의 굴절률을 갖고 두께는 1 ~ 1.5㎛인 마이크로렌즈; 상기 마이크로렌즈 상에 형성되는 평탄화된 저온산화막을 포함하여 이루어진다.
The present invention relates to a CMOS image sensor, in particular, by forming a thin microlens using a material having a large refractive index, and by reducing the bending by performing a flattening process with a low-temperature oxide film to reduce the defects that can occur in subsequent processes of the image sensor It relates to a microlens. The present invention for this purpose is a microlens having a refractive index of 1.7 ~ 2.3 and a thickness of 1 ~ 1.5㎛ formed on the substrate; And a planarized low temperature oxide film formed on the microlens.

이미지센서, 마이크로렌즈, 저온산화막Image sensor, micro lens, low temperature oxide film

Description

CMOS image sensor

도1은 종래의 이미지센서의 구성을 도시한 도면 1 is a view showing the configuration of a conventional image sensor

도2 내지 도5는 본 발명에 따른 이미지센서의 제조공정을 도시한 도면
2 to 5 illustrate a manufacturing process of an image sensor according to the present invention.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 하부막 2 : 금속배선1: lower film 2: metal wiring

3 : 소자보호막 4 : 평탄화막3: device protection film 4: planarization film

5 : 칼라필터 6 : 마이크로렌즈5: color filter 6: microlens

10 : OCM막 11 : 마이크로렌즈10 OCM film 11: microlens

12 : 저온산화막
12: low temperature oxide film

본 발명은 이미지센서에 관한 것으로 특히, 굴절률이 큰 물질로 두께가 얇은 마이크로렌즈를 형성하고 그 결과물 상에 유동성이 좋은 산화막으로 평탄화 작업을 진행하여 후속 공정에서 발생하는 파티클등에 의한 오염을 감소시킨 이미지센서에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image sensor, and in particular, to form a thin microlens made of a material having a high refractive index, and to planarize the oxide film having good fluidity on the resultant to reduce contamination caused by particles generated in a subsequent process. Relates to a sensor.

일반적으로, 이미지센서라 함은 광학 영상(optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체소자로서, 이중 전하결합소자(CCD : charge coupled device)는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 커패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 커패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, CMOS(Complementary MOS; 이하 CMOS) 이미지센서는 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소수만큼 MOS트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.In general, an image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal. In a double charge coupled device (CCD), individual metal-oxide-silicon (MOS) capacitors are very different from each other. A device in which charge carriers are stored and transported in a capacitor while being in close proximity, and a CMOS (Complementary MOS) image sensor is a CMOS technology that uses a control circuit and a signal processing circuit as peripheral circuits. Is a device that employs a switching method that makes MOS transistors by the number of pixels and sequentially detects the output using them.

칼라 이미지를 구현하기 위한 이미지센서는 외부로부터의 빛을 받아 광전하를 생성 및 축적하는 광감지부분 상부에 칼라 필터가 어레이되어 있다. 칼라 필터 어레이(CFA : Color Filter Array)는 레드(Red), 그린(Green) 및 블루(Blue)의 3가지 칼라로 이루어지거나, 옐로우(Yellow), 마젠타(Magenta) 및 시안(Cyan)의 3가지 칼라로 이루어진다. An image sensor for realizing a color image has a color filter arrayed above the light sensing portion that receives and receives light from the outside to generate and accumulate photocharges. The color filter array (CFA) consists of three colors: red, green, and blue, or three colors: yellow, magenta, and cyan. It is made of collar.

또한, 이미지센서의 감광도(photo sensitivity)를 증가시키기 위한 노력들이 진행되고 있는데 그 중 하나가 집광기술이다. 예컨대, CMOS 이미지센서는 빛을 감지하는 광감지부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 CMOS 로직회로부분으로 구성되어 있는바, 광감도를 높이기 위해서는 전체 이미지센서 면적에서 광감지부분의 면적이 차지하는 비율(이를 통상 "Fill Factor"라 한다)을 크게 하려는 노력이 진행되고 있지만, 근본적으로 로직회로 부분을 제거할 수 없기 때문에 제한된 면적 하에서 이러한 노력에는 한계가 있다. 따라서 광감도를 높여주기 위하여 광감지부분 이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 바꿔서 광감지부분으로 모아주는 집광기술이 많이 연구되고 있다.In addition, efforts are being made to increase the photo sensitivity of an image sensor, one of which is a condensing technology. For example, the CMOS image sensor is composed of a light sensing portion for detecting light and a CMOS logic circuit portion for processing the detected light into an electrical signal to make data. Efforts have been made to increase the percentage of occupancy (commonly referred to as "Fill Factor"), but there is a limit to such efforts under a limited area since the logic circuit part cannot be removed. Therefore, a lot of researches have focused on condensing technology to change the path of light incident to the area other than the light sensing area to raise the light sensitivity.

도1은 종래의 마이크로렌즈 형성방법을 도시한 도면으로 이를 참조하여 종래기술을 설명한다.1 is a view illustrating a conventional microlens forming method, with reference to this description of the prior art.

먼저 기판상에 소자간의 전기적인 절연을 위하여 필드산화막을 형성하고 게이트전극을 형성한다. 이후 적절한 이온주입 공정을 진행함으로써 포토다이오드를 형성하고 트랜지스터의 소오스/드레인 및 센싱노드를 형성하기 위한 이온주입을 실시하여 트랜지스터를 형성한다. 이후에 층간절연막을 형성하는데 도1의 하부막(1)은 이와 같은 공정이 완료된 상태를 나타낸다.First, a field oxide film is formed and a gate electrode is formed on the substrate for electrical insulation between devices. Thereafter, an appropriate ion implantation process is performed to form a photodiode and ion implantation for forming a source / drain and a sensing node of the transistor to form a transistor. Thereafter, an interlayer insulating film is formed, and the lower layer 1 of FIG. 1 shows a state in which such a process is completed.

상기 하부막(1)상에 금속배선(2)과 소자보호막(3)을 차례로 형성한 이후에 칼라 이미지 구현을 위한 세가지 종류의 칼라필터(5) 형성공정을 진행하는데 칼라필터를 형성하기 전에 평탄화막(4)을 이용하여 평탄화 공정을 수행하고 나서 3가지 색의 칼라필터(5)를 형성하게 된다. 칼라필터의 물질은 통상 염색된 포토레지스트를 사용한다.After forming the metal wiring 2 and the device protection film 3 on the lower layer 1 in sequence, three kinds of color filters 5 are formed for color image realization. After the planarization process is performed using the film 4, color filters 5 of three colors are formed. The material of the color filter usually uses dyed photoresist.

도1에는 오버코팅물질 (OCM:Over Coating Material)이 도시되어 있지 않지만 칼라필터 형성후, 후속 마이크로렌즈 마스크 패터닝을 용이하게 하기 위한 평탄화 목적으로 통상 OCM막을 이용하여 평탄화막을 형성한다.Although overcoat material (OCM) is not shown in FIG. 1, after the color filter is formed, a planarization film is formed using a conventional OCM film for the purpose of planarization to facilitate subsequent microlens mask patterning.

이와 같은 평탄화막 상부에 광집속율을 증가시키기 위해 마이크로렌즈(6)를 형성하는데 다음과 같이 형성된다. 마이크로렌즈 감광제를 도포한 후 마스크 공정을 통해 패턴을 형성한다. 이후 베이킹을 하여 마이크로렌즈를 플로우 시켜서 돔 형태의 마이크로렌즈를 형성시키게 되는데 종래의 마이크로렌즈는 굴절률이 1.5 정도 되는 포토레지스트를 사용하며 두께는 3 ~ 6㎛로 형성하였다.The microlens 6 is formed in order to increase the light focusing rate on the flattening film. After applying the microlens photosensitizer, a pattern is formed through a mask process. After baking, the microlens is flowed to form a dome-shaped microlens. Conventional microlenses use a photoresist having a refractive index of about 1.5 and have a thickness of 3 to 6 μm.

도1에는 굴절률이 1 인 공기로부터 굴절률이 1.5정도인 마이크로렌즈로 빛이 입사하여 하부의 수광영역에 집광되는 모습이 도시되어 있다. FIG. 1 shows a state in which light is incident from a air having a refractive index of 1 to a microlens having a refractive index of about 1.5 and is focused on a light receiving region below.

이와같은 종래의 마이크로렌즈는 부서지기 쉽고 또한 두께가 두껍기 때문에 표면에 굴곡이 존재하게 된다. 이와 같이 표면에 굴곡이 있게 되면 공정상에서 발생하는 파티클이 마이크로렌즈의 표면에 증착되어 결함이 높아지며 이에 따라 수율이 감소하는 단점이 있었다.
Such a conventional microlens is brittle and thick, and thus there is curvature on the surface. As such, when the surface is curved, particles generated in the process are deposited on the surface of the microlenses, thereby increasing defects, and thus, yields are reduced.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로 후속 공정에서 발생하는 파티클등에 의한 오염을 감소시킨 이미지센서를 제공함을 그 목적으로 한다.
An object of the present invention is to provide an image sensor which reduces the contamination by particles and the like generated in a subsequent process to solve the above-mentioned conventional problems.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기판상에 형성된 1.7 ~ 2.3의 굴절률을 갖고 두께는 1 ~ 1.5㎛인 마이크로렌즈; 상기 마이크로렌즈 상에 형성되는 평탄화된 저온산화막을 포함하여 이루어진다. The present invention for achieving the above object is a microlens having a refractive index of 1.7 ~ 2.3 and a thickness of 1 ~ 1.5㎛ formed on the substrate; And a planarized low temperature oxide film formed on the microlens.

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 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
Hereinafter, the most preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily implement the technical idea of the present invention.

본 발명은 시모스 이미지센서에 있어서 두께가 얇고 굴절률이 큰 마이크로렌즈를 형성하고 그 상부에 유동성이 좋은 산화막을 형성하여 굴곡을 감소시킨 이미지센서에 관한 것이다.The present invention relates to an image sensor in which the curvature is reduced by forming a microlens having a thin thickness and a large refractive index and forming an oxide film having good fluidity thereon in the CMOS image sensor.

도2 내지 도5는 본 발명에 따른 이미지센서의 제조공정을 도시한 것으로 이를 참조하여 본 발명을 설명한다.2 to 5 illustrate a manufacturing process of an image sensor according to the present invention, and the present invention will be described with reference to the drawing.

도2 내지 도3은 이미지센서의 제조공정에서 칼라필터(5)를 형성하기 까지의 공정을 도시한 도면으로 칼라필터(5)를 형성하기 까지의 공정은 종래기술과 동일하다.2 to 3 are views showing the process up to the formation of the color filter 5 in the manufacturing process of the image sensor. The process up to the formation of the color filter 5 is the same as in the prior art.

즉, 기판상에 소자간의 전기적인 절연을 위하여 필드산화막을 형성하고 게이트전극을 형성한다. 이후 적절한 이온주입 공정을 진행함으로써 포토다이오드를 형성하고 트랜지스터의 소오스/드레인 및 센싱노드를 형성하기 위한 이온주입을 실시하여 트랜지스터를 형성한다. 이후에 층간절연막을 형성하는데 도2의 하부막(1)은 이와 같은 공정이 완료된 상태를 나타낸다.That is, a field oxide film is formed and a gate electrode is formed on the substrate to electrically insulate between devices. Thereafter, an appropriate ion implantation process is performed to form a photodiode and ion implantation for forming a source / drain and a sensing node of the transistor to form a transistor. Thereafter, an interlayer insulating film is formed, and the lower film 1 of FIG. 2 shows a state in which such a process is completed.

상기 하부막(1)상에 금속배선(2)과 소자보호막(3)을 차례로 형성한 이후에 제1평탄화막(4)을 형성하여 평탄화공정을 수행한 다음에 칼라필터(5)를 형성한다. After the metal wiring 2 and the device protection film 3 are sequentially formed on the lower film 1, the first flattening film 4 is formed to perform the planarization process, and then the color filter 5 is formed. .

이와 같이 칼라필터(5)를 형성한 후에 오버코팅물질 (OCM:Over Coating Material)을 이용하여 후속 마이크로렌즈 마스크 패터닝을 용이하게 하기 위한 평탄화 목적으로 OCM막(10)을 이용하여 평탄화공정을 수행한다.After forming the color filter 5, the planarization process is performed using the OCM film 10 for the purpose of planarization to facilitate subsequent microlens mask patterning using an overcoating material (OCM). .

평탄화 목적의 OCM막(10) 형성후 마이크로렌즈(11)를 형성하는데 본 발명에 따른 마이크로렌즈는 1.7 ~ 2.3 정도의 굴절률을 갖는 물질을 이용하여 형성하며 이는 기존의 마이크로렌즈가 갖는 n ≒ 1.5 정도의 굴절률보다 큰 굴절률을 갖는다.After forming the OCM film 10 for planarization, the microlenses 11 are formed. The microlenses according to the present invention are formed using a material having a refractive index of about 1.7 to 2.3, which is about n ≒ 1.5 of the existing microlenses. It has a refractive index larger than the refractive index of.

또한 본 발명에 따른 마이크로렌즈(11)의 두께는 1 ~ 1.5㎛로 설정하는데 이는 기존의 마이크로렌즈의 두께인 3 ~ 6㎛보다 얇은 것이다. 이와같이 마이크로렌즈의 두께를 얇게 함으로써 도1에 도시된 기존의 마이크로렌즈에 비해 굴곡을 감소시킬 수 있다.In addition, the thickness of the microlens 11 according to the present invention is set to 1 ~ 1.5㎛, which is thinner than the thickness of the conventional microlens 3 ~ 6㎛. By reducing the thickness of the microlens as described above, the curvature can be reduced as compared with the conventional microlens shown in FIG.

마이크로렌즈(11) 형성후 도5에 도시된 바와 같이 마이크로렌즈(11) 상부에 n ≒1.5 정도의 굴절률을 갖으며 유동성이 좋은 저온 산화막(12)을 플라즈마 인핸스드 화학기상증착 (PECVD:Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 방식으로 증착하여 표면을 평탄화하는데 그 두께는 5000 ~ 15000Å 정도로 한다.After formation of the microlens 11, as shown in FIG. 5, a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) is performed on the low-temperature oxide film 12 having a refractive index of about n 정도 1.5 and having good fluidity on the microlens 11. Chemical Vapor Deposition) to flatten the surface, the thickness is about 5000 ~ 15000Å.

이와 같이 마이크로렌즈 상부에 유동성이 좋은 산화막(12)을 형성하여 평탄화공정을 수행하게 되면 굴곡을 더욱 줄일 수 있어 후속공정에서 발생하는 파티클 (particle)에 의한 오염을 더욱 줄일 수 있다.
As such, when the oxide film 12 having good fluidity is formed on the microlens and the planarization process is performed, the curvature may be further reduced, and contamination by particles generated in a subsequent process may be further reduced.

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 가진자에게 있어 명백할 것이다.
As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and the present invention may be variously substituted, modified, and changed without departing from the spirit of the present invention. It will be apparent to those of ordinary skill in the art.

본 발명에 따른 시모스 이미지센서의 마이크로렌즈는 기존의 마이크로렌즈에 비해 굴곡이 없음으로써 후속공정에서 발생하는 각종 결함을 제거하기에 용이하여 시모스 이미지센서 제조시에 수율을 향상시키는 효과가 있으며 또한 마이크로렌즈의 두께가 얇아졌기 때문에 광투과성이 향상되어 시모스 이미지센서의 광감도를 향상시키는 효과가 있다.The microlens of the CMOS image sensor according to the present invention has no curvature compared to the conventional microlens, and is easy to remove various defects generated in subsequent processes, thereby improving the yield in manufacturing the CMOS image sensor. Since the thickness of the thinner is improved, light transmittance is improved, thereby improving the light sensitivity of the CMOS image sensor.

Claims

Microlenses having a refractive index of 1.71 to 2.3 formed on the substrate and having a thickness of 1 to 1.5 µm; And

A planarized low temperature oxide film formed to cover the microlens

CMOS image sensor comprising a.

The method of claim 1,

The low temperature oxide film is deposited by a plasma enhanced chemical vapor deposition method, the CMOS image sensor, characterized in that the thickness is 5000 ~ 15000Å.