KR20100035439A - Cmos image sensor and method for fabricating of the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 평탄화층을 제거함으로써 포토다이오드의 광 감도를 향상할 수 있는 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것으로,The present invention relates to a CMOS image sensor and a method of manufacturing the same that can improve the optical sensitivity of the photodiode by removing the planarization layer,
본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서는 반도체 기판 상에 형성된 다수의 포토 다이오드와, 상기 포토 다이오드를 포함한 상기 반도체 기판 전면에 형성된 층간절연층과, 상기 층간절연층 상에 소자를 보호하기 위해 형성된 보호막과, 상기 보호막 상에 상기 포토 다이오드와 대응되게 일정한 간격으로 서로 일정한 갭을 가지도록 형성된 다수의 칼라 필터층과, 상기 각각의 칼라 필터층 사이의 갭에 형성된 갭방지스페이서와, 상기 칼라필터층 상에 상기 포토다이오드와 대응되도록 형성된 마이크로렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.The CMOS image sensor according to the present invention includes a plurality of photodiodes formed on a semiconductor substrate, an interlayer insulating layer formed on an entire surface of the semiconductor substrate including the photodiode, a protective film formed to protect an element on the interlayer insulating layer; And a plurality of color filter layers formed on the passivation layer to have a predetermined gap with each other at regular intervals corresponding to the photodiode, a gap preventing spacer formed in a gap between the respective color filter layers, and the photodiode on the color filter layer. It characterized in that it comprises a microlens formed to correspond to.
Description
본 발명은 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 평탄화층을 제거함으로써 포토다이오드의 광 감도를 향상할 수 있는 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image sensor and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a CMOS image sensor and a method for manufacturing the same, which can improve light sensitivity of a photodiode by removing the planarization layer.
일반적으로, 이미지 센서(Image sensor)는 광학적 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로써, 크게, 전하 결합 소자(charge coupled device: CCD)와 씨모스(CMOS; Complementary Metal Oxide Silicon) 이미지 센서(Image Sensor)로 구분된다.In general, an image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal, and is generally a charge coupled device (CCD) and CMOS metal (Complementary Metal Oxide Silicon) image. It is divided into Image Sensor.
전하 결합 소자(charge coupled device: CCD)는 빛의 신호를 전기적 신호로 변환하는 복수개의 포토 다이오드(Photo diode; PD)가 매트릭스 형태로 배열되고, 매트릭스 형태로 배열된 각 수직 방향의 포토 다이오드 사이에 형성되어 각 포토 다이오드에서 생성된 전하를 수직방향으로 전송하는 복수개의 수직 방향 전하 전송 영역(Vertical charge coupled device; VCCD)과, 각 수직 방향 전하 전송 영역에 의해 전송된 전하를 수평방향으로 전송하는 수평 방향 전하전송영역(Horizontal charge coupled device; HCCD) 및 상기 수평방향으로 전송된 전하를 센싱하여 전기적인 신호를 출력하는 센스 증폭기(Sense Amplifier)를 구비하여 구성된 것이다.A charge coupled device (CCD) has a plurality of photo diodes (PDs) for converting a signal of light into an electrical signal in a matrix form, and is arranged between each of the vertical photo diodes arranged in a matrix form. A plurality of vertical charge coupled devices (VCCDs) formed to transfer charges generated in each photodiode in a vertical direction, and horizontally transfer charges transferred by each vertical charge transfer region (VCCD). A horizontal charge coupled device (HCCD) and a sense amplifier (Sense Amplifier) for outputting an electrical signal by sensing the charge transmitted in the horizontal direction.
그러나, 이와 같은 CCD는 구동 방식이 복잡하고, 전력 소비가 클 뿐만 아니라, 다단계의 포토 공정이 요구되므로 제조 공정이 복잡한 단점을 갖고 있다.However, such a CCD has a disadvantage in that the manufacturing method is complicated because the driving method is complicated, the power consumption is large, and the multi-step photo process is required.
또한, 전하 결합 소자는 제어회로, 신호처리회로, 아날로그/디지털 변환회로(A/D converter) 등을 전하 결합 소자 칩에 집적시키기가 어려워 제품의 소형화가 곤란한 단점을 갖는다.In addition, the charge coupling device has a disadvantage in that it is difficult to integrate a control circuit, a signal processing circuit, an analog-to-digital conversion circuit (A / D converter), and the like into a charge coupling device chip, which makes it difficult to miniaturize a product.
최근에는 전하 결합 소자의 단점을 극복하기 위한 차세대 이미지 센서로서 씨모스 이미지 센서가 주목을 받고 있다. Recently, CMOS image sensors have attracted attention as next-generation image sensors to overcome the disadvantages of charge-coupled devices.
이러한, 씨모스 이미지 센서는 제어회로 및 신호처리회로 등을 주변회로로 사용하는 씨모스 기술을 이용하여 단위 화소의 수량에 해당하는 모스 트랜지스터들을 반도체 기판에 형성함으로써 모스 트랜지스터들에 의해 각 단위 화소의 출력을 순차적으로 검출하는 스위칭 방식을 채용한 소자이다. The CMOS image sensor uses CMOS technology, which uses a control circuit, a signal processing circuit, and the like as peripheral circuits, to form MOS transistors corresponding to the number of unit pixels on a semiconductor substrate, thereby forming the MOS transistors of each unit pixel. The device adopts a switching method that sequentially detects output.
즉, 씨모스 이미지 센서는 단위 화소 내에 포토 다이오드와 모스 트랜지스터를 형성시킴으로써 스위칭 방식으로 각 단위 화소의 전기적 신호를 순차적으로 검출하여 영상을 구현한다.That is, the CMOS image sensor implements an image by sequentially detecting an electrical signal of each unit pixel by a switching method by forming a photodiode and a MOS transistor in the unit pixel.
상기 씨모스 이미지 센서는 씨모스 제조 기술을 이용하므로 적은 전력 소모, 적은 포토공정 스텝에 따른 단순한 제조공정 등과 같은 장점을 갖는다.The CMOS image sensor has advantages, such as a low power consumption, a simple manufacturing process according to a few photoprocess steps, by using CMOS manufacturing technology.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술에 의한 씨모스 이미지 센서의 제조방법을 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, a manufacturing method of the CMOS image sensor according to the prior art will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 의한 씨모스 이미지 센서의 제조방법을 나타낸 공정단면도이다.1A to 1C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a CMOS image sensor according to the prior art.
도 1a에 도시한 바와 같이, 적어도 하나 이상 형성되어 입사되는 광량에 따른 전하를 생성하는 포토 다이오드(31)들이 형성된 반도체 기판의 전면에 층간 절연층(32)을 형성한다. As shown in FIG. 1A, an
이어, 층간 절연층(32) 상에 수분 및 스크래치로부터 소자를 보호하기 위한 평탄화된 보호막(33)을 형성한다. 그리고 보호막(33) 상에 가염성 레지스트를 사용하여 도포 및 패터닝 공정을 진행하여 각각의 파장대별로 빛을 필터링하는 칼라 필터층(34)들을 형성한다.Next, a planarized
그리고, 칼라 필터층(34) 상에 초점 거리 조절 및 렌즈층을 형성하기 위한 평탄도 확보 등을 위하여 평탄화된 평탄화층(35)을 형성한다. Then, the
이어서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 평탄화층(35) 상에 마이크로 렌즈용 물질층으로 고분자 물질을 접착하여 형성한다. 그리고 고분자 물질 상에 감광막을 도포한 후, 노광 및 현상 공정으로 감광막을 패터닝하여 마이크로렌즈 영역을 정의한다. 이후, 감광막을 이용하여 마이크로 렌즈용 물질층인 고분자 물질을 선택적으로 패터닝하여 포토다이오드(31)와 대응되면서 칼라 필터층(34)과 거의 동일한 크기를 갖는 마이크로 렌즈 패턴(36a)을 형성한다. Subsequently, as shown in FIG. 1B, a polymer material is adhered to the
다음으로, 도 1c에 도시된 바와 같이, 마이크로 렌즈 패턴(36a)에 리플로우(Reflow) 공정으로 열처리하여 일정한 곡률을 갖는 마이크로렌즈(36)를 형성한다. Next, as shown in FIG. 1C, the
이와 같은 종래의 씨모스 이미지 센서에서, 마이크로 렌즈의 균일도를 높이며, 초점 거리 조절 및 렌즈층을 형성하기 위한 평탄도 확보 등을 위하여 칼라 필터층 상에 평탄화된 평탄화층을 형성한다. In the conventional CMOS image sensor, a flattening layer is formed on the color filter layer in order to increase the uniformity of the microlens and to adjust the focal length and to secure the flatness for forming the lens layer.
하지만, 종래의 씨모스 이미지 센서의 평탄화층은 마이크로 렌즈의 균일도를 향상시키는 대신 씨모스 이미지 센서의 광 감도 특성을 저하시키는 주요 요인으로 작용하는 문제점이 있다. However, the planarization layer of the conventional CMOS image sensor has a problem of acting as a major factor for reducing the light sensitivity characteristics of the CMOS image sensor instead of improving the uniformity of the microlens.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 평탄화층을 제거함으로써 포토다이오드의 광 감도를 향상할 수 있는 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다Accordingly, an object of the present invention is to provide a CMOS image sensor and a method of manufacturing the same that can improve the optical sensitivity of the photodiode by removing the planarization layer.
본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서는 반도체 기판 상에 형성된 다수의 포토 다이오드와, 상기 포토 다이오드를 포함한 상기 반도체 기판 전면에 형성된 층간절연층과, 상기 층간절연층 상에 소자를 보호하기 위해 형성된 보호막과, 상기 보호막 상에 상기 포토 다이오드와 대응되게 일정한 간격으로 서로 일정한 갭을 가지도록 형성된 다수의 칼라 필터층과, 상기 각각의 칼라 필터층 사이의 갭에 형성된 갭방지스페이서와, 상기 칼라필터층 상에 상기 포토다이오드와 대응되도록 형성된 마이크로렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.The CMOS image sensor according to the present invention includes a plurality of photodiodes formed on a semiconductor substrate, an interlayer insulating layer formed on an entire surface of the semiconductor substrate including the photodiode, a protective film formed to protect an element on the interlayer insulating layer; And a plurality of color filter layers formed on the passivation layer to have a predetermined gap with each other at regular intervals corresponding to the photodiode, a gap preventing spacer formed in a gap between the respective color filter layers, and the photodiode on the color filter layer. It characterized in that it comprises a microlens formed to correspond to.
본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조방법은 포토다이오드들이 형성된 반도체 기판의 전면에 층간 절연층을 형성하는 단계와, 상기 층간 절연층 상에 보호막을 형성하는 단계와, 상기 보호막 상에 상기 포토 다이오드와 대응되게 일정한 간격으로 서로 일정한 갭을 가지도록 다수의 칼라필터층을 형성하는 단계와, 상기 다수의 칼라필터층 전면에 질화막을 형성하는 단계와, 상기 질화막을 포함한 상기 결과물에 에치백 공정을 수행하여 상기 각각의 칼라필터층 사이의 갭에 갭방지스페이서를 형성하는 단계와, 상기 갭방지스페이서를 포함한 상기 칼라필터층 전면에 마이크로렌즈 영역을 정의하는 마이크로렌즈 패턴을 형성하는 단계와, 상기 마이크로렌즈 패턴에 리플로우 공정으로 열처리하여 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.A method of manufacturing a CMOS image sensor according to the present invention includes forming an interlayer insulating layer on a front surface of a semiconductor substrate on which photodiodes are formed, forming a protective film on the interlayer insulating layer, and forming the photodiode on the protective film. Forming a plurality of color filter layers to have a predetermined gap with each other at regular intervals corresponding to the plurality of color filters, forming a nitride film on the entire surface of the plurality of color filter layers, and performing an etch back process on the resultant product including the nitride film. Forming a gap preventing spacer in a gap between each color filter layer, forming a microlens pattern defining a microlens area on the front surface of the color filter layer including the gap preventing spacer, and reflowing the microlens pattern Heat-treating the process to form the microlenses .
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법은 평탄화층을 제거하여 마이크로 렌즈와 포토다이오드 사이의 거리를 줄임으로써 집광 효율을 증가시킬 수 있으며, 또한 컬러 필터간의 갭을 방지할 수 있기 때문에 이미지 센서의 색 재현성 및 색대조비 저하를 효과적으로 억제할 수 있다. As described above, the CMOS image sensor and the method of manufacturing the same according to the present invention can reduce the distance between the microlens and the photodiode by removing the planarization layer, thereby increasing the light collection efficiency, and preventing the gap between the color filters. Therefore, the color reproducibility of the image sensor and the decrease in the color contrast ratio can be effectively suppressed.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법에 관하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a CMOS image sensor and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서를 나타낸 단면도이다. 2 is a cross-sectional view showing a CMOS image sensor according to the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서는 포토다이오드(41)들이 형성된 반도체 기판(40)과, 반도체 기판 전면에 형성된 층간절연층(42)과, 층간절연층(42) 상에 소자를 보호하기 위해 형성된 보호막(43)과, 보호막(43) 상에 빛을 필터링하기 위해 형성된 레드(R), 그린(G), 블루(B) 칼라 필터층(44)과, 레드, 그린, 블루 칼라 필터층(44) 사이에 형성된 갭방지스페이서(45)와, 갭방지스페이서(45)를 포함한 칼라 필터층(44) 상에 포토다이오드(41)와 대응되도록 형성된 마이크로렌즈(46)로 이루어진다.As shown in FIG. 2, the CMOS image sensor according to the present invention includes a
포토다이오드(41)는 적어도 하나 이상 형성되어 입사되는 광량에 따른 전하 를 생성한다. At least one
층간 절연층(42)은 다층으로 형성될 수도 있고, 포토 다이오드(41) 이외의 부분으로 빛이 입사되는 것을 막기 위한 차광층(미도시)을 포함할 수도 있다. The
보호막(43)은 수분 및 스크래치로부터 소자를 보호하기 위해 층간 절연층(32) 상에 형성된다. The
컬러필터층(44)은 레드(R), 그린(G), 블루(B) 각각의 파장대별로 빛을 필터링하기 위해 보호막(43) 상에 형성된다.The
갭방지스페이서(45)는 컬러필터층(44)들 사이의 갭을 방지하고 평탄화층을 제거함으로써 마이크로렌즈(46)와 포토다이오드(41) 사이의 거리를 줄일 수 있도록 한다. The
마이크로렌즈(46)는 반구형으로 일정한 곡률을 가지며 포토다이오드(41)와 대응되도록 형성된다.The
이하 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조방법을 상세히 살펴보면 다음과 같다. Hereinafter, a method of manufacturing the CMOS image sensor according to the present invention will be described in detail.
도 3a 내지 3d는 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조방법을 나타내는 도면이다. 3A to 3D are views illustrating a method of manufacturing the CMOS image sensor according to the present invention.
먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 적어도 하나 이상 형성되어 입사되는 광량에 따른 전하를 생성하는 포토 다이오드(41)들이 형성된 반도체 기판(40)의 전면에 층간 절연층(42)을 형성한다.First, as shown in FIG. 3A, an
여기서, 층간 절연층(42)은 다층으로 형성될 수도 있고, 하나의 층간 절연 층(42)을 형성한 후에 포토 다이오드(41) 이외의 부분으로 빛이 입사되는 것을 막기 위한 차광층(47)을 형성한 후에 다시 층간 절연층(42)이 형성될 수 있다. Here, the
이어, 층간 절연층(42) 상에 수분 및 스크래치로부터 소자를 보호하기 위한 평탄화된 보호막(43)을 형성한다. 그리고 보호막(43) 상에 가염성 레지스트(미도시)를 사용하여 도포 및 패터닝 공정을 진행하여 레드(R), 그린(G), 블루(B) 각각의 파장대별로 빛을 필터링하는 칼라 필터층(44)들을 서로 일정한 갭을 가지도록 형성한다. Next, a planarized
그리고, 도 3b에 도시된 바와 같이, 칼라 필터층(44)을 포함한 반도체 기판(40)의 전면에 질화막(45)을 증착한다. 여기서, 질화막(45)은 SiN, Si3N4 및 SiON 등으로 형성되는 것이 바람직하다. 3B, the
이어서, 도 3c에 도시된 바와 같이, 에치백(etch-back)을 통하여 질화막(45)을 식각하여 컬러 필터층(44)과 제로갭을 갖도록 식각하여 각각의 레드, 그린, 블루 컬러 필터층(44) 사이에 갭방지스페이서(45a)를 형성한다. Subsequently, as illustrated in FIG. 3C, the
이러한 구조로 인하여, 기존의 컬러필터 형성시 블루(B), 그린(G) 및 레드(R) 오버랩(Overlap)에 인하여 필터의 접촉면에서 발생할 수 있는 각 필터의 두께 편차를 억제할 수 있으며, 이를 평탄화하기 위하여 기존에 형성되었던 평탄화층을 제거하여 마이크로 렌즈와 포토다이오드 사이의 거리를 줄임으로써 집광효율을 증가시킬 수 있다. Due to this structure, it is possible to suppress the variation in thickness of each filter that may occur at the contact surface of the filter due to the overlap of the blue (B), green (G) and red (R) when forming the existing color filter, To reduce the distance between the microlenses and the photodiode by removing the planarization layer that has been previously formed to planarize, the light collection efficiency can be increased.
그리고나서, 도 3d에 도시된 바와 같이, 컬러 필터층(44) 상에 마이크로 렌즈용 물질층으로 고분자 물질을 접착하여 형성한다. 그리고 고분자 물질 상에 감광 막을 도포한 후, 노광 및 현상 공정으로 감광막을 패터닝하여 마이크로렌즈 영역을 정의한다. 이후, 감광막을 이용하여 마이크로 렌즈용 물질층인 고분자 물질을 선택적으로 패터닝하여 포토다이오드(41)와 대응되면서 칼라 필터층(44)과 거의 동일한 크기를 갖는 마이크로 렌즈 패턴을 형성한다. 그리고, 마이크로 렌즈 패턴에 리플로우(Reflow) 공정으로 열처리하여 일정한 곡률을 갖는 마이크로렌즈(46)를 형성한다. Then, as shown in FIG. 3D, the polymer material is formed by adhering the material layer for microlenses onto the
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the technical spirit of the present invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification but should be defined by the claims.
도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 의한 씨모스 이미지 센서의 제조방법을 나타낸 공정단면도.1A to 1C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a CMOS image sensor according to the related art.
도 2는 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서를 나타낸 단면도.2 is a cross-sectional view showing a CMOS image sensor according to the present invention.
도 3a 내지 3d는 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조방법을 나타내는 도면. 3A to 3D illustrate a method of manufacturing a CMOS image sensor according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
40: 반도체 기판 41: 포토다이오드40: semiconductor substrate 41: photodiode
42: 층간절연층 43: 보호막42: interlayer insulating layer 43: protective film
44: 칼라 필터층 그45: 질화막44: color filter layer 45: nitride film
45a: 갭방지스페이서 46: 마이크로렌즈 45a: gap prevention spacer 46: microlens
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-
2008
- 2008-09-26 KR KR1020080094829A patent/KR20100035439A/en not_active Ceased
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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