KR20050032438A - Cmos 이미지 센서 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
수광 영역을 가지는 기판, 기판 위에 형성되어 있는 층간 절연막, 층간 절연막 위에 수광 영역을 노출시키며 형성되어 있는 복수개의 금속 배선, 금속 배선 및 상기 층간 절연막을 덮는 보호막, 보호막 위에 형성되어 있는 복수개의 색필터를 포함하고, 복수개의 색필터 중 어느 하나 이상의 색필터 위에 절연막이 형성되어 있는 CMOS 이미지 센서.
Description
본 발명은 CMOS 이미지 센서 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 색필터를 가지는 CMOS 이미지 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 이미지 센서라 함은 광학 영상(optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 전하 결합 소자(charge coupled device, CCD) 및 CMOS (Complementary MOS; 이하 CMOS) 이미지 센서 등이 대표적이다.
전하 결합 소자는 개개의 MOS(Metal Oxide Silicon) 커패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 커패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, CMOS 이미지 센서는 제어 회로(control circuit) 및 신호 처리 회로(signal processing circuit)를 주변 회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소수만큼 MOS 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.
CMOS 이미지 센서는 빛을 감지하는 광감지 부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 로직 회로 부분으로 구성되어 있으며, 칼라 이미지를 구현하기 위해 외부로부터의 빛을 받아 광전하를 생성 및 축적하는 광감지 부분 상부에 색필터가 배열되어 있다. 색필터 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.
이 경우, 광감지 부분의 상단에 레드, 그린 및 블루 감광막(Photo Resistor)을 형성하고 노광 및 현상함으로써 레드, 그린 및 블루 색필터를 형성하게 된다. 그러나, 다른 공정과는 달리 색필터 형성 공정은 감광막 패턴 자체가 색필터가 되기 때문에 3가지 감광막으로 패턴을 형성할 경우 3가지 감광막 패턴 형성 공정 중 어느 하나라도 재작업(Rework)해야 하는 경우 먼저 형성된 감광막 패턴까지 제거되어야 하는 문제가 발생한다.
또한, 패드부 금속이 노출되어 있는 상태에서 3번의 색필터 형성 공정을 진행하는 경우에는 현상 용액에 의한 패드부 금속의 부식을 초래하게 되고, 재작업이 발생할 경우 패드부 금속에는 더 많은 손상이 발생하게 된다. 이러한 패드부 금속의 손상은 와이어 본딩(wire bonding) 및 프로브 테스트(Probe test)등에서 많은 문제를 발생시키게 된다.
본 발명의 기술적 과제는 각 색필터 사이에 절연막을 형성함으로써 색필터 형성 공정에서 재작업시 먼저 형성된 색필터를 보호하는 CMOS 이미지 센서 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한, 패드부 금속의 손상이 방지되는 CMOS 이미지 센서 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서는 수광 영역을 가지는 기판, 상기 기판 위에 형성되어 있는 층간 절연막, 상기 층간 절연막 위에 상기 수광 영역을 노출시키며 형성되어 있는 복수개의 금속 배선, 상기 금속 배선 및 상기 층간 절연막을 덮는 보호막, 상기 보호막 위에 형성되어 있는 복수개의 색필터를 포함하고, 상기 복수개의 색필터 중 어느 하나 이상의 색필터 위에 절연막이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 절연막은 산화막, 질화막, TEOS, 규산막, 산질화막 중의 어느 하나인 것이 바람직하다.
또한, 상기 절연막은 50 내지 3000Å의 두께로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서는 수광 영역을 가지는 기판 위에 층간 절연막을 형성하는 단계, 상기 층간 절연막 위에 상기 수광 영역을 노출시키는 간격으로 복수개의 금속 배선을 형성하는 단계, 상기 금속 배선 및 상기 층간 절연막 위에 보호막을 형성하는 단계, 상기 보호막 위에 복수개의 색필터를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 복수개의 색필터 중 어느 하나 이상의 색필터 위에 절연막을 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 복수개의 색필터 및 절연막을 형성하는 단계는 보호막 위에 제1 색필터를 형성하는 단계, 상기 제1 색필터 및 보호막 위에 제1 절연막을 형성하는 단계, 상기 제1 절연막 위에 제2 색필터를 형성하는 단계, 상기 제2 색필터 및 제1 절연막 위에 제2 절연막을 형성하는 단계, 상기 제2 절연막 위에 제3 색필터를 형성하는 단계, 상기 제3 색필터 위에 제3 절연막을 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제3 절연막을 형성한 후에 상기 금속 배선의 패드부를 노출시키는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1 내지 제3 절연막은 화학기상증착법 또는 스핀 코팅법으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 복수개의 색필터 및 절연막을 형성하는 단계는 보호막 위에 제1 색필터를 형성하는 단계, 상기 제1 색필터 및 보호막 위에 제1 절연막을 형성하는 단계, 상기 제1 절연막 위에 제2 색필터를 형성하는 단계, 상기 제1 절연막 위에 제3 색필터를 형성하는 단계, 상기 제2 색필터, 제3 색필터 및 제1 절연막 위에 제2 절연막을 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
그러면, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서 및 그 제조 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 1을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 한 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서는 반도체기판(11) 위에 소자간 전기적인 절연을 위한 필드 산화막(12)이 형성되어 있다. 그리고, 반도체 기판(11) 위에 폴리 실리콘과 텅스텐실리사이드의 적층막으로 이루어진 트랜지스터의 게이트 전극(도시하지 않음)이 형성되어 있다.
그리고, 반도체 기판(11)내에는 포토다이오드(13)로 이루어진 수광 영역이 형성되어 있고, 이온 주입에 의한 트랜지스터의 소스, 드레인 및 센싱노드(도시하지 않음)가 형성되어 있다.
그리고, 반도체 기판(11) 위에는 층간 절연막(14)과 금속 배선(15)이 차례로 형성되어 있고, 외부 회로와 연결하기 위한 패드부(50)도 금속 배선과 동일한 층에 형성되어 있다. 금속 배선(15) 및 패드부(50) 위에는 보호막(16)이 형성되어 있다.
그리고, 보호막(16) 위에는 칼라 이미지 구현을 위한 세 가지 종류의 색필터 즉, 레드 색필터(RED)(18), 그린 색필터(GREEN)(19), 블루 색필터(BLUE)(20)가 형성되어있으며, 이러한 세 가지 색의 색필터들(18, 19, 20)은 통상적으로 염색된 감광막을 이용하여 형성된다.
즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 보호막(16) 위에 블루 색필터(18)가 형성되어 있고, 블루 색필터(18) 및 보호막(16) 위에는 제1 절연막(21)이 형성되어 있다. 그리고, 블루 색필터(18)가 형성되어 있지 않은 제1 절연막(21) 위에 레드 색필터(19)가 형성되어 있고, 레드 색필터(19) 및 제1 절연막(21) 위에는 제2 절연막(22)이 형성되어 있다. 그리고, 블루 색필터(18) 및 레드 색필터(19)가 형성되어 있지 않은 제2 절연막(22) 위에는 그린 색필터(20)가 형성되어 있다. 그리고, 그린 색필터(20) 및 제2 절연막(22) 위에는 제3 절연막(23)이 형성되어 있다. 이러한 제1 내지 제3 절연막은 열산화막, 질화막, TEOS, 규산막, 산질화막 중의 어느 하나인 것이 바람직하다.
그리고, 제1 내지 제3 절연막은 50 내지 3000Å의 두께로 형성하며, 1000Å 의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 각 색필터 사이에 절연막(21, 22, 23)을 형성함으로써, 어느 하나의 색필터 형성 공정 예컨대, 그린 색필터 형성 공정을 재작업(Rework)하는 경우에 제2 절연막에 의해 보호되는 블루 색필터 및 레드 색필터는 제거되지 않고 형상을 그대로 유지할 수 있게 된다.
도 1에서는 블루 색필터(18), 레드 색필터(19) 및 그린 색필터(20)의 순서로 적층되어 있으나, 색필터가 적층되는 순서는 여러 가지가 가능하다.
이러한 본 발명의 바람직한 한 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서의 제조 방법에 대해 도 2 내지 도 8을 참고로 하여 상세히 설명한다.
도 2 내지 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서의 제조 방법을 순서대로 도시한 단면도이다.
우선, 도 2에 도시된 바와 같이, 발명의 제1 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서는 반도체 기판(11)에 소자간 전기적인 절연을 위한 필드 산화막(12)을 형성한 후, 반도체 기판(11) 위에 폴리 실리콘과 텅스텐 실리사이드의 적층막으로 이루어진 트랜지스터의 게이트 전극(도시하지 않음)을 형성한다.
다음으로, 불순물 이온주입 공정을 통해 반도체 기판(11)내에 포토 다이오드(13)로 이루어진 수광 영역을 형성한 후, 트랜지스터의 소스 및 드레인 및 센싱노드(도시하지 않음)를 형성하기 위한 이온 주입을 실시한다.
그리고, 반도체 기판(11) 위에 층간 절연막(14)과 금속 배선(15)을 차례로 형성하며, 금속 배선을 형성하는 동시에 외부 회로와 연결하기 위한 패드부(50)도 형성하는 것이 바람직하다. 그리고, 금속 배선(15) 위에 보호막(16)을 형성한다. 이 때, 금속 배선을 여러 개 사용하는 경우에는 금속 배선 사이에 금속층간 절연막(Inter Metal Dielectric; IMD)을 형성하고 최종 금속 배선 상부에 제1 보호막을 형성하는데 도 2에서는 하나의 금속 배선을 사용하는 경우를 도시하였다.
다음으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 보호막(16) 위에 블루 감광막(18a)을 형성한다. 그리고, 도 3에 도시된 바와 같이, 블루 감광막(18a)을 노광 및 현상하여 블루 색필터(18)를 형성하고, 블루 색필터(18) 및 보호막(16) 위에 투명한 제1 절연막(21)을 형성한다.
이러한 제1 절연막(21)은 열산화막, 질화막, TEOS, 규산막, 산질화막 중의 어느 하나인 것이 바람직하다.
그리고, 제1 절연막(21)은 화학기상증착법(CVD) 또는 스핀 코팅법으로 50 내지 3000Å의 두께로 형성하며, 특히, 1000Å 의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 절연막(21) 위에 레드 감광막(19a)을 형성한다. 그리고, 도 5에 도시된 바와 같이, 레드 감광막(19a)을 노광 및 현상하여 레드 색필터(19)를 형성하고, 레드 색필터(19) 및 제1 절연막(21) 위에 투명한 제2 절연막(22)을 형성한다.
이러한 제2 절연막(22)은 열산화막, 질화막, TEOS, 규산막, 산질화막 중의 어느 하나인 것이 바람직하다.
그리고, 제2 절연막(22)은 화학기상증착법(CVD) 또는 스핀 코팅법으로 50 내지 3000Å의 두께로 형성하며, 특히, 1000Å 의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 제2 절연막(22) 위에 그린 감광막(20a)을 형성한다. 그리고, 도 7에 도시된 바와 같이, 그린 감광막(20a)을 노광 및 현상하여 그린 색필터(20)를 형성하고, 그린 색필터(20) 및 제2 절연막(22) 위에 툽명한 제3 절연막(23)을 형성한다.
이러한 제3 절연막(23)은 열산화막, 질화막, TEOS, 규산막, 산질화막 중의 어느 하나인 것이 바람직하다.
그리고, 제3 절연막(23)은 화학기상증착법(CVD) 또는 스핀 코팅법으로 50 내지 3000Å의 두께로 형성하며, 특히, 1000Å 의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
종래의 경우에는 도 9에 도시된 바와 같이, 블루 색필터(18)와 레드 색필터(19)를 형성한 후 그린 감광막(20a)을 도포하여 그린 색필터(20)를 형성할 때, 그린 감광막 도포 불량이나 노광 불량의 문제가 발생하여 재작업으로 그린 감광막(20a)을 제거하여야 할 경우가 발생하면 본 발명의 제1 실시예와 같은 절연막이 없기 때문에 그린 감광막(20a)뿐만 아니라 이미 형성되어 있는 블루 색필터(18) 및 레드 색필터(19)까지 제거되고, 따라서, 처음의 블루 색필터 형성 공정부터 다시 시작해야하는 문제점이 있다. 즉, 한가지의 색필터 형성 공정이 재작업될 경우 이미 형성되어 있는 색필터까지 제거되는 문제점이 있다.
그러나, 본 발명의 제1 실시예와 같이, 각 색필터 사이에 절연막(21, 22, 23)을 형성함으로써, 어느 하나의 색필터 형성 공정 예컨대, 그린 색필터 형성 공정을 재작업하는 경우에 제2 절연막(22)에 의해 보호되는 블루 색필터(18) 및 레드 색필터(19)는 제거되지 않고 형상을 그대로 유지할 수 있게 된다.
제3 절연막(23)을 형성한 다음에는, 도 8에 도시된 바와 같이, 제3 절연막(23) 위에 패드 감광막을 도포한다. 그리고, 패드 감광막을 노광 및 현상하여 패드 패턴(24)을 형성한다.
다음으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 패드 패턴(24)을 식각 방지막으로 하여 절연막(21, 22, 23) 및 보호막(16)을 식각함으로써 패드부(50)를 노출시킨다. 그리고, 애싱(Ashing)으로 패드 패턴(24)을 제거한다.
종래에는 도 9에 도시된 바와 같이, 색필터 형성 전에 미리 패드부(50)를 노출시킨 후에 색필터 형성 공정을 진행하였으며, 이 경우에는 현상 용액에 의한 패드부(50)의 부식을 초래하게 되고, 재작업이 발생할 경우 패드부(50)에는 더 많은 손상이 발생하게 된다.
그러나, 본 발명의 제1 실시예에서는 제1 내지 제3 절연막(21, 22, 23)에 의해 패드부(50)가 보호되며, 색필터 형성 공정을 모두 완료한 후에 패드부(50)를 노출시키므로 패드부(50) 노출을 위한 절연막(21, 22, 23) 및 보호막(16)의 식각 및 패드 감광막의 애싱 공정에서 패드부(50) 및 색필터들(18, 19, 20)에 손상이 발생하지 않는다.
본 발명의 제1 실시예에서는 모든 색필터(18, 19, 20) 사이에 절연막(21, 22, 23)이 형성되어 있으나, 적어도 어느 하나의 색필터 위에만 절연막을 형성하는 것도 가능하며, 이를 제2 실시예에서 설명한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서가 도 10에 도시되어 있다. 여기서, 앞서 도시된 도면에서와 동일한 참조부호는 동일한 기능을 하는 동일한 부재를 가리킨다.
도 10에 도시된 바와 같이, 보호막(16) 위에 블루 색필터(18)가 형성되어 있고, 블루 색필터(18) 및 보호막(16) 위에는 제1 절연막(21)이 형성되어 있다. 그리고, 블루 색필터(18)가 형성되어 있지 않은 제1 절연막(21) 위에 레드 색필터(19) 및 그린 색필터(20)가 형성되어 있다. 이 때, 레드 색필터(19) 및 제1 절연막(21) 위에는 제2 절연막이 형성되어 있지 않다. 이와 같이, 제2 절연막을 형성하지 않음으로써 공정이 복잡해지는 것을 방지한다. 또한, 절연막 형성은 열산화막 증착으로 이루어지므로 제2 절연막을 형성하지 않음으로써 열에 의한 이미지 센서의 성능 열화를 최소한으로 할 수 있다.
그리고, 레드 색필터(19), 그린 색필터(20) 및 제1 절연막(21) 위에는 제3 절연막(23)이 형성되어 있다. 이와 같이, 각 색필터 사이에 절연막(21, 23)을 형성함으로써, 어느 하나의 색필터 형성 공정 예컨대, 레드 색필터 형성 공정을 재작업(Rework)하는 경우에 제1 절연막(21)에 의해 보호되는 블루 색필터(18)는 제거되지 않고 형상을 그대로 유지할 수 있게 된다.
도 10에서는 블루 색필터(18), 레드 색필터(19) 및 그린 색필터(20)의 순서로 적층되어 있으나, 색필터가 적층되는 순서는 여러 가지가 가능하다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서 및 그 제조 방법은 각 색필터 사이에 분리막을 형성함으로써 색필터 형성 공정에서 재작업시 먼저 형성된 색필터를 보호하는 것이다.
또한, 패드부 금속을 노출하는 공정을 색필터 형성 공정보다 나중에 실시함으로써 패드부의 손상을 방지할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서의 단면도이고,
도 2 내지 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서의 제조 방법을 순서대로 도시한 단면도이고,
도 9는 종래의 CMOS 이미지 센서의 제조 단계 중 어느 하나로서, 블루 색필터와 레드 색필터를 형성한 후 그린 감광막을 도포하여 그린 색필터를 형성하는 단계를 도시한 단면도이고,
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서의 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
18 : 블루 색필터 19 : 레드 색필터
20 : 그린 색필터 21 : 제1 절연막
22 : 제2 절연막 23 : 제3 절연막
Claims (8)
- 수광 영역을 가지는 기판,상기 기판 위에 형성되어 있는 층간 절연막,상기 층간 절연막 위에 상기 수광 영역을 노출시키며 형성되어 있는 복수개의 금속 배선,상기 금속 배선 및 상기 층간 절연막을 덮는 보호막,상기 보호막 위에 형성되어 있는 복수개의 색필터를 포함하고,상기 복수개의 색필터 중 어느 하나 이상의 색필터 위에 절연막이 형성되어 있는 CMOS 이미지 센서.
- 제1항에서,상기 절연막은 산화막, 질화막, TEOS, 규산막, 산질화막 중의 어느 하나인 CMOS 이미지 센서.
- 제1항에서,상기 절연막은 50 내지 3000Å의 두께로 형성되어 있는 CMOS 이미지 센서.
- 수광 영역을 가지는 기판 위에 층간 절연막을 형성하는 단계,상기 층간 절연막 위에 상기 수광 영역을 노출시키는 간격으로 복수개의 금속 배선을 형성하는 단계,상기 금속 배선 및 상기 층간 절연막 위에 보호막을 형성하는 단계,상기 보호막 위에 복수개의 색필터를 형성하는 단계를 포함하고,상기 복수개의 색필터 중 어느 하나 이상의 색필터 위에 절연막을 형성하는 CMOS 이미지 센서의 제조 방법.
- 제4항에서,상기 복수개의 색필터 및 절연막을 형성하는 단계는 보호막 위에 제1 색필터를 형성하는 단계,상기 제1 색필터 및 보호막 위에 제1 절연막을 형성하는 단계,상기 제1 절연막 위에 제2 색필터를 형성하는 단계,상기 제2 색필터 및 제1 절연막 위에 제2 절연막을 형성하는 단계,상기 제2 절연막 위에 제3 색필터를 형성하는 단계,상기 제3 색필터 위에 제3 절연막을 형성하는 단계를 포함하는 CMOS 이미지 센서의 제조 방법.
- 제5항에서,상기 제3 절연막을 형성한 후에 상기 금속 배선의 패드부를 노출시키는 단계를 더 포함하는 CMOS 이미지 센서의 제조 방법.
- 제5항에서,상기 제1 내지 제3 절연막은 화학기상증착법 또는 스핀 코팅법으로 형성되는 CMOS 이미지 센서의 제조 방법.
- 제4항에서,상기 복수개의 색필터 및 절연막을 형성하는 단계는 보호막 위에 제1 색필터를 형성하는 단계,상기 제1 색필터 및 보호막 위에 제1 절연막을 형성하는 단계,상기 제1 절연막 위에 제2 색필터를 형성하는 단계,상기 제1 절연막 위에 제3 색필터를 형성하는 단계,상기 제2 색필터, 제3 색필터 및 제1 절연막 위에 제2 절연막을 형성하는 단계를 포함하는 CMOS 이미지 센서의 제조 방법.
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