KR20060077085A - Image sensor and method for fabrication thereof - Google Patents
Image sensor and method for fabrication thereof Download PDFInfo
- Publication number
- KR20060077085A KR20060077085A KR1020040115875A KR20040115875A KR20060077085A KR 20060077085 A KR20060077085 A KR 20060077085A KR 1020040115875 A KR1020040115875 A KR 1020040115875A KR 20040115875 A KR20040115875 A KR 20040115875A KR 20060077085 A KR20060077085 A KR 20060077085A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- forming
- microlens
- metal
- image sensor
- guard line
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 28
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 66
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 18
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 13
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 12
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 9
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 8
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 7
- 102100032937 CD40 ligand Human genes 0.000 description 6
- 101000868215 Homo sapiens CD40 ligand Proteins 0.000 description 6
- 101000864342 Homo sapiens Tyrosine-protein kinase BTK Proteins 0.000 description 6
- 102100029823 Tyrosine-protein kinase BTK Human genes 0.000 description 6
- 101000621427 Homo sapiens Wiskott-Aldrich syndrome protein Proteins 0.000 description 5
- 102100023034 Wiskott-Aldrich syndrome protein Human genes 0.000 description 5
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 5
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 3
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 3
- 239000005360 phosphosilicate glass Substances 0.000 description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 2
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229940104869 fluorosilicate Drugs 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000005368 silicate glass Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/1462—Coatings
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
- H01L27/14627—Microlenses
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
- H01L27/14685—Process for coatings or optical elements
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Abstract
본 발명은 마이크로렌즈 간의 겹치는 것을 방지하면서 마이크로렌즈 간의 공간에 의한 광 손실을 최소화할 수 있는 이미지센서 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은, 기판에 형성된 포토다이오드와, 상기 포토다이오드와 오버랩되는 상부에 형성된 마이크로렌즈를 구비하며, 상기 마이크로렌즈는 이웃하는 마이크로렌즈와 그 하부에서 가드라인을 이루는 절연막에 의해 분리된 것을 특징으로 하는 이미지센서를 제공한다.The present invention provides an image sensor and a method of manufacturing the same, which can minimize light loss due to the space between the microlenses while preventing overlapping between the microlenses. To this end, the present invention provides a photodiode formed on a substrate and the photo And a microlens formed on an upper portion overlapping the diode, wherein the microlens is separated by a neighboring microlens and an insulating film forming a guard line under the microlens.
또한, 본 발명은, 기판에 포토다이오드를 형성하는 단계; 상기 포토다이오드 상부에 마이크로렌즈 형성 영역의 주변을 둘러싸는 형상의 메탈가드라인을 형성하는 단계; 상기 메탈가드라인 상에 상기 메탈가드라인이 이루는 굴곡이 전사된 보호막을 형성하는 단계; 상기 보호막 상에 상기 메탈가드라인이 이루는 가드라인에 의해 이웃하는 화소 영역과 분리되는 복수의 칼라필터를 포함하는 칼라필터 어레이를 형성하는 단계; 상기 칼라필터 어레이 상에 상기 보호막이 이루는 굴곡이 전사된 절연막을 형성하는 단계; 및 상기 절연막 상에 상기 절연막이 이루는 가드라인에 의해 이웃하는 화소 영역과 분리되는 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 이미지센서 제조 방법을 제공한다.
In addition, the present invention, forming a photodiode on the substrate; Forming a metal guard line on the photodiode and surrounding the periphery of the microlens formation region; Forming a protective film on which the bending of the metal guard line is transferred on the metal guard line; Forming a color filter array including a plurality of color filters separated from neighboring pixel areas by guard lines formed by the metal guard lines on the passivation layer; Forming an insulating film on the color filter array in which the bending formed by the protective film is transferred; And forming a microlens on the insulating layer, the microlenses being separated from neighboring pixel regions by a guard line formed by the insulating layer.
이미지센서, LTO, OCL, 메탈가드라인, 마이크로렌즈, 메탈라인, HDP CVD.Image Sensor, LTO, OCL, Metal Guard Line, Micro Lens, Metal Line, HDP CVD.
Description
도 1은 CMOS 이미지센서의 단위화소의 배열을 도시한 평면도.1 is a plan view showing an arrangement of unit pixels of a CMOS image sensor;
도 2는 RGB 색상이 모두 나타나도록 도 1을 a-a' 방향으로 절취한 이미지센서의 단위화소를 나타내는 단면도.FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a unit pixel of an image sensor taken along the direction of a-a 'in FIG. 1 so that all RGB colors appear.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서의 단위화소를 나타내는 단면도.
Figure 3 is a cross-sectional view showing a unit pixel of the image sensor according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
SUB : 기판 Fox : 필드절연막SUB: Substrate Fox: Field Insulation
PMD : 메탈라인 형성 전 절연막 M1 ∼ M4 : 메탈라인PMD: Insulation film before metal line formation M1 to M4: Metal line
IMD1 ∼ IMD3 : 메탈라인 간 절연막 PL : 보호막IMD1 to IMD3: Insulation between metal lines PL: Protective film
A, B : 굴곡 LTO : 절연막A, B: bending LTO: insulating film
CFA : 칼라필터 어레이 ML : 마이크로렌즈CFA: Color Filter Array ML: Micro Lens
PSL : 보호막
PSL: Shield
본 발명은 이미지센서에 관한 것으로 특히, 마이크로렌즈가 서로 겹치는 것을 방지할 수 있는 이미지센서에 관한 것이다.The present invention relates to an image sensor, and more particularly, to an image sensor that can prevent the microlenses from overlapping each other.
이미지센서는 광학 영상(Optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자이다. 이 중에서 전하결합소자(CCD : Charge Coupled Device)는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 캐패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 소자이다.The image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal. Among them, a charge coupled device (CCD) is a device in which charge carriers are stored and transported in capacitors while individual MOS (Metal-Oxide-Silicon) capacitors are located in close proximity to each other.
반면, CMOS(Complementary MOS; 이하 CMOS) 이미지센서는 제어회로(Control circuit) 및 신호처리회로(Signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하며, 화소 수 만큼 MOS 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(Output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.On the other hand, CMOS (Complementary MOS) image sensors use CMOS technology that uses a control circuit and a signal processing circuit as peripheral circuits. It is a device that adopts a switching system that sequentially detects output.
도 1은 CMOS 이미지센서의 단위화소의 배열을 도시한 평면도이다.1 is a plan view showing an arrangement of unit pixels of a CMOS image sensor.
도 1을 참조하면, 빛의 3원색인 RGB의 색상을 캡쳐하기 위한 각각의 단위화소가 격자 구조로 배치되어 있다. Referring to FIG. 1, each unit pixel for capturing a color of RGB which is three primary colors of light is arranged in a grid structure.
도 2는 RGB 색상이 모두 나타나도록 도 1을 a-a' 방향으로 절취한 이미지센서의 단위화소를 나타내는 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a unit pixel of an image sensor taken along the direction of a-a 'so that all RGB colors appear.
도 2를 참조하면, 고농도의 P형(P++) 영역과 에피층(P-epi)이 적층된 구조를 갖는 기판(SUB)에 국부적으로 필드산화막(FOX)이 형성되어 있으며, 기판(SUB) 상에 는 트랜스퍼 게이트(도시하지 않음)를 포함한 복수의 게이트전극이 형성되어 있으며, 예컨대, 트랜스퍼 게이트의 일측에 얼라인된 기판(SUB)의 표면 하부에 깊은 이온주입에 의한 N영 영역(도시하지 않음)과 기판(SUB)의 표면과 접하는 영역에 위치한 P형 영역(도시하지 않음)으로 이루어진 포토다이오드(PD)가 형성되어 있다. 도면에 도시되지는 않았지만, 이 경우 트랜스퍼 게이트의 타측에 얼라인된 기판(SUB)의 표면 하부에 이온주입에 의한 고농도 N형(N+)의 플로팅 확산영역이 형성된다. Referring to FIG. 2, a field oxide film FOX is formed locally on a substrate SUB having a structure in which a high concentration of a P-type (P ++) region and an epi layer (P-epi) are stacked. The gate electrode includes a plurality of gate electrodes including a transfer gate (not shown), for example, an N-zero region (not shown) by deep ion implantation under the surface of the substrate SUB aligned on one side of the transfer gate. ) And a P-type region (not shown) positioned in the region in contact with the surface of the substrate SUB is formed. Although not shown in the drawing, in this case, a highly concentrated N-type (N +) floating diffusion region is formed under the surface of the substrate SUB aligned on the other side of the transfer gate by ion implantation.
포토다이오드(PD) 및 트랜스퍼 게이트가 형성된 전면에 메탈라인 형성 전 절연막(Pre-Metal Dielectric; 이하 PMD라 함)이 형성되어 있으며, PMD 상에 제1메탈라인(M1)이 형성되어 있다. The pre-metal dielectric (hereinafter referred to as PMD) is formed on the entire surface of the photodiode PD and the transfer gate, and the first metal line M1 is formed on the PMD.
제1메탈라인(M1) 상에는 제1메탈라인 간 절연막(Inter-Metal Dielectric-1; 이하 IMD1이라 함)이 형성되어 있으며, IMD1 상에는 제2메탈라인(M2)이 형성되어 있다. 제2메탈라인(M2) 상에는 제2메탈라인 간 절연막(IMD2)이 형성되어 있으며, IMD2 상에는 제3메탈라인(M3)이 형성되어 있다. 제3메탈라인(M3) 상에는 제3메탈라인 간 절연막(IMD3)이 형성되어 있으며, IMD3 상에는 제4메탈라인(M4)이 형성되어 있다.An inter-metal dielectric (hereinafter, referred to as IMD1) is formed on the first metal line M1, and a second metal line M2 is formed on the IMD1. A second intermetallic insulating film IMD2 is formed on the second metal line M2, and a third metal line M3 is formed on the IMD2. The third intermetallic insulating film IMD3 is formed on the third metal line M3, and the fourth metalline M4 is formed on the IMD3.
제1 ∼ 제4메탈라인(M1 ∼ M4)은 전원라인 또는 신호라인과 단위화소 및 로직회로를 접속시키기 위한 것으로, 포토다이오드(PD) 이외의 영역에 빛이 입사하는 것을 방지하기 위한 쉴드의 역할을 동시에 한다.The first to fourth metal lines M1 to M4 are used to connect power lines, signal lines, unit pixels, and logic circuits, and serve as a shield to prevent light from being incident on a region other than the photodiode PD. At the same time.
아울러, 여기서는 제4메탈라인(M4)이 최종 메탈라인인 것으로 나타나 있으나, 이보다 제5 또는 제6 등 그 이상의 메탈라인을 포함하는 경우도 존재한다. In addition, although the fourth metal line M4 is shown as a final metal line, the fourth metal line M4 may include a fifth or sixth metal line or more.
제4메탈라인(M4) 상에는 하부 구조의 보호(Passivation)를 위한 보호막(Passivation Layer; 이하 PL이라 함)이 형성되어 있으며, PL 상에는 각 단위화소 별로 RGB 색상 구현을 위한 칼라필터 어레이(Color Filter Array; 이하 CFA라 함)가 형성되어 있다.A passivation layer (hereinafter referred to as PL) is formed on the fourth metal line M4, and a color filter array for implementing RGB color for each unit pixel is formed on the PL. (Hereinafter referred to as CFA).
여기서, PL은 통상 질화막/산화막의 2중 구조를 갖는다.Here, PL usually has a double structure of a nitride film / oxide film.
한편, PL과 CFA 사이에 칼라필터 형성시 공정 마진 확보를 위한 평탄화막(오버코팅 레이어(Over Coating Layer); 이하 OCL이라 함)이 형성될 수도 있다. Meanwhile, a planarization layer (over coating layer; hereinafter referred to as OCL) may be formed between the PL and the CFA to secure a process margin when forming a color filter.
통상의 빛의 3원색인 R(Red)G(Green)B(Blue)를 사용하나, 이외에도 보색인 옐로우(Y; Yellow), 마젠타(Magenta; Mg), 시안(Cyan; Cy)을 사용할 수 있다.R (Red) G (Green) B (Blue), which is the three primary colors of ordinary light, is used. In addition, yellow, magenta (Mg), and cyan (Cy), which are complementary colors, may be used. .
CFA 상에는 마이크로렌즈 형성시 공정 마진 확보를 위한 평탄화막(이하 OCL이라 함)이 형성되어 있으며, OCL 상에는 마이크로렌즈(Micro-Lens; 이하 ML이라 함)가 형성되어 있다. A planarization film (hereinafter referred to as OCL) is formed on the CFA to secure process margins when forming the microlens, and a microlens (hereinafter referred to as ML) is formed on the OCL.
ML 상에는 ML이 긁히거나 파손되는 것을 방지하기 위한 보호막(이하 PSL이라 함)이 형성되어 있다. 입사된 빛은 마이크로렌즈(ML)에 의해 포커싱되어 점선으로 도시된 바와 같이 포토다이오드(PD)로 입사한다. On the ML, a protective film (hereinafter referred to as PSL) is formed to prevent the ML from being scratched or broken. The incident light is focused by the microlens ML and enters the photodiode PD as shown by the dotted line.
도 2에 도시된 바와 같은 CMOS 이미지센서를 제조하기 위해서는 PD를 형성시키고, 그 위에 필요한 메탈라인을 형성시킨 후 CFA를 형성시키고, CFA에 의해 발생된 단차를 OCL을 형성하여 제거한다. In order to manufacture a CMOS image sensor as shown in FIG. 2, a PD is formed, a required metal line is formed thereon, then a CFA is formed, and the step generated by the CFA is removed by forming an OCL.
ML 형성을 위해서 OCL 상에 ML 형성용 포토레지스트를 도포한 다음, 열공정을 통해 포토레지스트가 준 액체 상태가 되도록 한다. 이 때, 포토레지스트는 표면 장력에 의해 볼록한 형태의 ML을 형성하게 되며, ML 상에 PSL로 LTO(Low Temperature Oxide)막을 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition; 이하 CVD라 함) 방식으로 형성한다.The ML forming photoresist is applied onto the OCL to form the ML, and then the thermal process causes the photoresist to be in a semi-liquid state. At this time, the photoresist forms a convex ML by surface tension, and forms a low temperature oxide (LTO) film by chemical vapor deposition (CVD) on the ML using PSL.
이렇듯 OCL 상에 ML을 형성할 경우 열처리 공정의 조건이나 포토레지스트 양의 기타 여러 가지 원인에 의해 마이크로렌즈들이 서로의 영역을 넘어 도면부호 'X'와 같이 겹치는 현상이 발생한다. As described above, when the ML is formed on the OCL, microlenses overlap with each other by the reference numeral 'X' due to the conditions of the heat treatment process or other causes of the photoresist amount.
이러한 불량은 곧 수율 저하로 이어지며 제품 단가의 상승 요인으로 작용한다. 뿐만 아니라, 상기한 바와 같이 형성된 마이크로렌즈의 경우 마이크로렌즈의 모양이 원형으로만 형성되므로 마이크로렌즈간의 공간이 넓어 빛의 손실이 발생한다. 이는 충분한 빛이 포토다이오드까지 전달되지 않도록 하여 이미지의 선명도를 떨어뜨리게 된다.
Such defects lead to lower yields and increase product prices. In addition, in the case of the microlens formed as described above, since the shape of the microlens is formed only in a circular shape, the space between the microlenses is wide, resulting in light loss. This prevents enough light from reaching the photodiode, reducing the sharpness of the image.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 본 발명은, 마이크로렌즈 간의 겹치는 것을 방지하면서 마이크로렌즈 간의 공간에 의한 광 손실을 최소화할 수 있는 이미지센서 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention proposed to solve the above problems of the prior art, an object of the present invention is to provide an image sensor and a method of manufacturing the same that can minimize the light loss due to the space between the microlenses while preventing the overlap between the microlenses. .
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 기판에 형성된 포토다이오드와, 상기 포토다이오드와 오버랩되는 상부에 형성된 마이크로렌즈를 구비하며, 상기 마이 크로렌즈는 이웃하는 마이크로렌즈와 그 하부에서 가드라인을 이루는 절연막에 의해 분리된 것을 특징으로 하는 이미지센서를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention includes a photodiode formed on a substrate and a microlens formed on an upper portion overlapping the photodiode, wherein the microlens is an insulating film forming a guard line at a neighboring microlens and a lower portion thereof. It provides an image sensor characterized in that separated by.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 기판에 포토다이오드를 형성하는 단계; 상기 포토다이오드 상부에 마이크로렌즈 형성 영역의 주변을 둘러싸는 형상의 메탈가드라인을 형성하는 단계; 상기 메탈가드라인 상에 상기 메탈가드라인이 이루는 굴곡이 전사된 보호막을 형성하는 단계; 상기 보호막 상에 상기 메탈가드라인이 이루는 가드라인에 의해 이웃하는 화소 영역과 분리되는 복수의 칼라필터를 포함하는 칼라필터 어레이를 형성하는 단계; 상기 칼라필터 어레이 상에 상기 보호막이 이루는 굴곡이 전사된 절연막을 형성하는 단계; 및 상기 절연막 상에 상기 절연막이 이루는 가드라인에 의해 이웃하는 화소 영역과 분리되는 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 이미지센서 제조 방법을 제공한다.
In addition, the present invention to achieve the above object, forming a photodiode on the substrate; Forming a metal guard line on the photodiode and surrounding the periphery of the microlens formation region; Forming a protective film on which the bending of the metal guard line is transferred on the metal guard line; Forming a color filter array including a plurality of color filters separated from neighboring pixel areas by guard lines formed by the metal guard lines on the passivation layer; Forming an insulating film on the color filter array in which the bending formed by the protective film is transferred; And forming a microlens on the insulating layer, the microlenses being separated from neighboring pixel regions by a guard line formed by the insulating layer.
최종 메탈라인 형성 공정에서 ML 주위를 둘러싸는 메탈가드라인을 형성시킨 후, 기존의 OCL 대신에 HDP(High Density Plasma) CVD 공정으로 산화막을 형성한다. HDP CVD 방식으로 산화막을 증착할 경우 마이크로렌즈 주위를 따라 형성된 메탈가드라인의 하부 프로파일 따르는 모양으로 증착한 산화막의 두께 만큼의 산 모양의 굴곡이 발생한다. 이어서, CFA를 형성하고 OCL 대신에 LTO막을 형성하면 역시 하부의 굴곡이 LTO막에 그대로 전사되며, ML은 굴곡을 갖는 LTO막에 의해 서로 겹치지 않고 분리된다.After forming a metal guard line surrounding the ML in the final metal line forming process, an oxide film is formed by a high density plasma (CVD) CVD process instead of the conventional OCL. When the oxide film is deposited by the HDP CVD method, acid-shaped bending occurs as much as the thickness of the deposited oxide film along the bottom profile of the metal guard line formed around the microlens. Subsequently, when the CFA is formed and the LTO film is formed instead of the OCL, the lower curvature is also transferred to the LTO film as it is, and the ML is separated without overlapping each other by the bent LTO film.
따라서, 인접한 ML 끼리 서로 겹치는 것을 방지할 수 있으며, 가드라인의 배 열에 따라 ML의 모양 및 배열을 바꿀 수 있어 종래의 원형 ML 모양의 단순 배열에 따른 인접 ML 간의 간격으로 인한 광손실을 줄일 수 있다.
Therefore, adjacent MLs can be prevented from overlapping each other, and the shape and arrangement of the ML can be changed according to the arrangement of the guard lines, thereby reducing the light loss due to the spacing between adjacent MLs according to the simple arrangement of the conventional circular ML shape. .
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 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서의 단위화소를 나타내는 단면도이다.3 is a cross-sectional view illustrating a unit pixel of an image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명의 이미지센서는 포토다이오드(이하 PD라 함)와, PD 상부에 형성된 복수의 메탈라인(M1 ∼ M4)과, 칼라필터 어레이(이하 CFA라 함)와, CFA 상부에 형성된 마이크로렌즈(이하 ML이라 함)를 포함하며, ML은 CFA와 ML 사이에 게재된 LTO막의 굴곡(B)에 의해 이웃하는 ML과 겹치지 않고 분리된다. LTO막의 굴곡은 CFA의 하부에 위치하는 평탄화막(이하 PL이라 함)의 굴곡(A)이 전사된 것으로, 최종 메탈라인인 제4메탈라인(M4) 형성시 ML 형성 영역 주위를 따라 형성된 메탈가드라인의 프로파일에 기인한 것이다. 메탈가드라인의 프로파일 즉, 이로 인한 단차는 그 상부의 PL을 기존의 OCL 대신 HDP CVD 방식을 이용한 산화막에 의해 그 상부로 전사되는 것이다.Referring to FIG. 3, the image sensor of the present invention includes a photodiode (hereinafter referred to as PD), a plurality of metal lines M1 to M4 formed on the PD, a color filter array (hereinafter referred to as CFA), and an upper part of the CFA. A microlens (hereinafter referred to as ML) formed in the ML is separated from the neighboring ML without overlapping by the bending B of the LTO film interposed between the CFA and the ML. The bending of the LTO film is a transfer of the bending A of the planarization film (hereinafter referred to as PL) located under the CFA, and the metal guard formed around the ML formation region when the fourth metal line M4 is formed. This is due to the profile of the line. The profile of the metal guard line, that is, the step resulting therefrom, is to transfer the PL on the upper portion thereof by an oxide film using the HDP CVD method instead of the conventional OCL.
도 3의 구성을 보다 구체적으로 살펴본다.The configuration of FIG. 3 will be described in more detail.
고농도의 P형(P++) 영역과 에피층(P-epi)이 적층된 구조를 갖는 기판(SUB)에 국부적으로 필드산화막(FOX)이 형성되어 있으며, 기판(SUB) 상에는 트랜스퍼 게이 트(도시하지 않음)를 포함한 복수의 게이트전극이 형성되어 있으며, 예컨대, 트랜스퍼 게이트의 일측에 얼라인된 기판(SUB)의 표면 하부에 깊은 이온주입에 의한 N영 영역(도시하지 않음)과 기판(SUB)의 표면과 접하는 영역에 위치한 P형 영역(도시하지 않음)으로 이루어진 포토다이오드(PD)가 형성되어 있다. A field oxide film FOX is formed locally on a substrate SUB having a structure in which a high concentration of P-type (P ++) region and an epi layer (P-epi) are stacked, and a transfer gate (not shown) on the substrate SUB. A plurality of gate electrodes are formed, and, for example, the N-zero region (not shown) and the substrate SUB are formed by deep ion implantation under the surface of the substrate SUB aligned on one side of the transfer gate. The photodiode PD is formed of a P-type region (not shown) located in the region in contact with the surface.
CMOS 이미지센서의 경우 트랜스퍼 게이트 형성시 리셋 게이트, 드라이브 게이트 및 셀렉트 게이트 등 단위화소를 이루는 요소들이 같이 형성된다.In the case of a CMOS image sensor, elements forming a unit pixel such as a reset gate, a drive gate, and a select gate are formed together when forming a transfer gate.
도면에 도시되지는 않았지만, 이 경우 트랜스퍼 게이트의 타측에 얼라인된 기판(SUB)의 표면 하부에 이온주입에 의한 고농도 N형(N+)의 플로팅 확산영역이 형성된다. Although not shown in the drawing, in this case, a highly concentrated N-type (N +) floating diffusion region is formed under the surface of the substrate SUB aligned on the other side of the transfer gate by ion implantation.
포토다이오드(PD) 및 트랜스퍼 게이트가 형성된 전면에 메탈라인 형성 전 절연막(이하 PMD라 함)이 형성되어 있으며, PMD 상에 제1메탈라인(M1)이 형성되어 있다. An insulating film (hereinafter referred to as PMD) is formed on the entire surface where the photodiode PD and the transfer gate are formed, and a first metal line M1 is formed on the PMD.
제1메탈라인(M1) 상에는 제1메탈라인 간 절연막(이하 IMD1이라 함)이 형성되어 있으며, IMD1 상에는 제2메탈라인(M2)이 형성되어 있다. 제2메탈라인(M2) 상에는 제2메탈라인 간 절연막(IMD2)이 형성되어 있으며, IMD2 상에는 제3메탈라인(M3)이 형성되어 있다. 제3메탈라인(M3) 상에는 제3메탈라인 간 절연막(IMD3)이 형성되어 있으며, IMD3 상에는 제4메탈라인(M4)이 형성되어 있다.A first intermetallic insulating film (hereinafter referred to as IMD1) is formed on the first metal line M1, and a second metal line M2 is formed on IMD1. A second intermetallic insulating film IMD2 is formed on the second metal line M2, and a third metal line M3 is formed on the IMD2. The third intermetallic insulating film IMD3 is formed on the third metal line M3, and the fourth metalline M4 is formed on the IMD3.
제1 ∼ 제4메탈라인(M1 ∼ M4)은 전원라인 또는 신호라인과 단위화소 및 로직회로를 접속시키기 위한 것으로, 포토다이오드(PD) 이외의 영역에 빛이 입사하는 것을 방지하기 위한 쉴드의 역할을 동시에 한다. The first to fourth metal lines M1 to M4 are used to connect power lines, signal lines, unit pixels, and logic circuits, and serve as a shield to prevent light from being incident on a region other than the photodiode PD. At the same time.
앞서 설명한 바와 같이, 제4메탈라인(M4) 형성시 ML 형성 영역의 주위를 따라 메탈가드라인이 형성된다.As described above, the metal guard line is formed along the periphery of the ML formation region when the fourth metal line M4 is formed.
아울러, 여기서는 제4메탈라인(M4)이 최종 메탈라인인 것으로 나타나 있으나, 이보다 제5 또는 제6 등 그 이상의 메탈라인을 포함하는 경우도 존재한다.In addition, although the fourth metal line M4 is shown as a final metal line, the fourth metal line M4 may include a fifth or sixth metal line or more.
제4메탈라인(M4) 상에는 하부 구조의 보호를 위한 보호막(이하 PL이라 함)이 형성되어 있으며, PL 상에는 각 단위화소 별로 RGB 색상 구현을 위한 CFA가 형성되어 있다.A passivation layer (hereinafter referred to as PL) is formed on the fourth metal line M4 to protect the lower structure, and CFA is formed on each PL to implement RGB color for each unit pixel.
여기서, PL은 통상 질화막/산화막의 2중 구조와 칼라필터 형성시 공정 마진 확보를 위한 OCL을 포함하는 구조이나, 여기서는 질화막/산화막의 2중 구조(여기서는 생략함)와 그 상부의 HDP CVD 방식을 이용한 산화막으로 이루어진다.Here, PL generally includes a double structure of a nitride film / oxide film and an OCL for securing process margin when forming a color filter, but here, a double structure of a nitride film / oxide film (not shown here) and an HDP CVD method thereon are used. It consists of the used oxide film.
산화막은 메탈가드라인 두께의 1.1배 ∼ 3배의 두께가 되도록 하는 것이 바람직하며, SiO2, FSG(Fluoro Silicate Glass) 또는 PSG(Phospho Silicate Glass) 등을 사용한다.The oxide film is preferably 1.1 to 3 times the thickness of the metal guard line, and SiO 2 , Fluoro Silicate Glass (FSG) or Phospho Silicate Glass (PSG) is used.
통상의 빛의 3원색인 R(Red)G(Green)B(Blue)를 사용하나, 이외에도 보색인 옐로우(Y; Yellow), 마젠타(Magenta; Mg), 시안(Cyan; Cy)을 사용할 수 있다.R (Red) G (Green) B (Blue), which is the three primary colors of ordinary light, is used. In addition, yellow, magenta (Mg), and cyan (Cy), which are complementary colors, may be used. .
CFA 상에는 마이크로렌즈 형성시 공정 마진 확보를 위한 OCL을 형성하나, 본 발명의 경우 하부 PL에 형성된 굴곡(A)이 전사되어야 하므로 LTO막을 사용한다.On the CFA, an OCL is formed to secure a process margin when forming the microlens. However, in the present invention, since the bending A formed in the lower PL must be transferred, an LTO film is used.
LTO막은 0℃ ∼ 150℃의 낮은 온도에서 증착한 SiO2를 포함하며, 증착시 플라즈마 화학기상증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition; 이하 PECVD라 함) 방식을 이용한다.The LTO film includes SiO 2 deposited at a low temperature of 0 ° C. to 150 ° C., and a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method is used.
LTO막 상에는 ML이 형성되어 있으며, ML 상에는 ML이 긁히거나 파손되는 것을 방지하기 위한 보호막(이하 PSL이라 함)이 형성되어 있다. 입사된 빛은 마이크로렌즈(ML)에 의해 포커싱되어 점선으로 도시된 바와 같이 포토다이오드(PD)로 입사한다. ML is formed on the LTO film, and a protective film (hereinafter referred to as PSL) is formed on the ML to prevent the ML from being scratched or broken. The incident light is focused by the microlens ML and enters the photodiode PD as shown by the dotted line.
이하에서는 상기한 도 3의 구조를 갖는 이미지센서의 제조 공정을 간략하게 살펴본다.Hereinafter, the manufacturing process of the image sensor having the structure of FIG. 3 will be briefly described.
먼저, P++영역과 P-에피층이 적층된 기판(SUB)에 필드산화막(Fox)과 웰(도시하지 않음) 등을 형성한다. First, a field oxide film Fox and a well (not shown) are formed on a substrate SUB in which a P ++ region and a P-epi layer are stacked.
이어서, 기판(SUB)에 게이트전도막(도시하지 않음)을 형성한 다음, 이온주입 방식을 이용하여 게이트전도막 일측에 얼라인되며 깊은 n-영역과 얕은 P0영역을 형성함으로써, 이를 포함하는 복수의 포토다이오드(PD)를 형성한 다음, 게이트전도막 측벽에 스페이서를 형성한다.Subsequently, a gate conductive film (not shown) is formed on the substrate SUB, and then an ion implantation method is used to form a deep n-region and a shallow P0 region, which are aligned on one side of the gate conductive film, thereby including a plurality of gate conductive films. After forming the photodiode PD, a spacer is formed on the sidewall of the gate conductive film.
이어서, 게이트전도막의 타측에서 스페이서에 얼라인되는 고농도 N형의 플로팅 확산영역(도시하지 않음)을 형성한다.Subsequently, a high concentration N-type floating diffusion region (not shown) that is aligned with the spacer is formed on the other side of the gate conductive film.
이어서, PMD와 M1, IMD1, M2, IMD2 및 M3와 IMD3를 차례로 형성한 후, M4를 형성한다. Subsequently, PMD and M1, IMD1, M2, IMD2, and M3 and IMD3 are sequentially formed, followed by M4.
M4 형성 시, ML 형성 영역을 원형으로 둘러싸도록 메탈가드라인을 형성한다.In forming M4, a metal guard line is formed to surround the ML formation region in a circle.
메탈가드라인이 형성된 프로파일을 따라 OCL을 형성하지 않고 HDP CVD 방식을 이용하여 PL을 형성한다. 이 때, PL은 메탈가드라인 두께의 1.1배 ∼ 3배의 두 께가 되도록 하는 것이 바람직하며, SiO2, FSG 또는 PSG 등을 사용한다.PL is formed using the HDP CVD method without forming OCL along the metal guard line formed profile. At this time, it is preferable that PL is 1.1 times to 3 times the thickness of the metal guard line, and SiO 2 , FSG or PSG is used.
HDP CVD 방식으로 PL을 형성할 경우 메탈가드라인의 폭과 HDP CVD 공정으로 증착하는 절연막 즉, PL의 두께에 따라 높이가 조절되는 산모양의 울타리(Guard line, 또는 굴곡(A)) 형상이 메탈가드라인 위에 형성되는 구조를 얻을 수 있다. When the PL is formed by the HDP CVD method, the width of the metal guard line and the insulating film deposited by the HDP CVD process, that is, the shape of a mountain-shaped fence (Guard line or bend A) whose height is adjusted according to the thickness of the PL is metal. A structure formed on the guardline can be obtained.
PL 형성 후 CFA를 형성시키고 OCL 대신 LTO막을 증착하면 하부에 형성된 구곡(A)이 LTO막에 그대로 전사되어 ML이 형성될 영역을 둘러싸는 형태가 된다.When the CFA is formed after the PL is formed and the LTO film is deposited instead of the OCL, the bend A formed on the lower portion is transferred to the LTO film as it is, thereby forming a form surrounding the region where the ML is to be formed.
이어서, 포토레지스트를 도포한 후 열처리를 실시하면, 포토레지스트가 녹으면서 포토레지스트의 표면 장력에 의해 볼록한 모양의 ML이 형성된다. 이 때, ML들 사이에는 가드라인이 형성되어 있으므로 포토레지스트가 녹으면서 흘러 서로 접근하더라도 서로 겹치지 않는다.Subsequently, when the photoresist is applied and then subjected to heat treatment, the photoresist melts to form a convex ML by the surface tension of the photoresist. At this time, since guard lines are formed between the MLs, the photoresist melts and flows so that they do not overlap each other.
또한, ML을 둘러 싼 가드라인에 따라 인접 ML간 경계가 결정되므로 ML의 모양이 가드라인 배열 형태를 따라 형성된다. In addition, since the boundary between adjacent MLs is determined by the guardline surrounding the ML, the shape of the ML is formed along the guardline arrangement.
종래의 ML의 경우 ML의 모양이 원형으로 형성되므로 ML 간 공간이 커 빛의 손실이 발생하였으나, 본 발명을 적용할 경우 가드라인의 배열을 원형 또는 다각형 형태로 할 수 있으므로, ML의 모양을 자유롭게 조절할 수 있어 빛의 손실을 최소화한 ML의 모양 및 배열을 이룰 수 있다.
In the case of the conventional ML, since the shape of the ML is formed in a circular shape, the space between MLs is large, and light loss occurs. However, in the case of applying the present invention, since the arrangement of the guard lines can be circular or polygonal, the shape of the ML can be freely It can be adjusted to achieve the shape and arrangement of ML with minimal light loss.
전술한 바와 같이 이루어지는 본 발명은, 마이크로렌즈들이 서로 겹치는 현상을 방지할 수 있으며, 마이크로렌즈 형성시 공정 마진을 높일 수 있다. 또한, 공 정 마진의 향상으로 마이크로렌즈의 곡률을 보다 자유롭게 조절할 수 있으며, 마이크로렌즈 간 빈공간을 줄일 수 있음을 실시예를 통해 알아 보았다.
The present invention made as described above, it is possible to prevent the phenomenon that the microlenses overlap each other, it is possible to increase the process margin when forming the microlens. In addition, it has been found through examples that the curvature of the microlenses can be more freely adjusted by reducing the process margin and the void space between the microlenses can be reduced.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
예컨대, 상기한 본 발명의 실시예에서는 CMOS 이미지센서를 그 예로 하였으마, 이외에도 수광부와 마이크로렌즈를 갖는 모든 이미지센서에도 적용이 가능하다.
For example, in the above-described embodiment of the present invention, the CMOS image sensor is taken as an example. In addition, the present invention may be applied to any image sensor having a light receiving unit and a microlens.
상술한 본 발명은, 마이크로렌즈의 겹침을 방지하여 수율을 높일 수 있으며, 공정 마진을 높이고, 광 손실을 줄여 성능을 높일 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention can increase the yield by preventing overlapping of the microlenses, thereby increasing the process margin and reducing the light loss, thereby improving the performance.
Claims (13)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020040115875A KR20060077085A (en) | 2004-12-30 | 2004-12-30 | Image sensor and method for fabrication thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020040115875A KR20060077085A (en) | 2004-12-30 | 2004-12-30 | Image sensor and method for fabrication thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20060077085A true KR20060077085A (en) | 2006-07-05 |
Family
ID=37169206
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020040115875A KR20060077085A (en) | 2004-12-30 | 2004-12-30 | Image sensor and method for fabrication thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20060077085A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7670867B2 (en) * | 2003-01-29 | 2010-03-02 | Chang-Young Jeong | Method for manufacturing CMOS image sensor having microlens therein with high photosensitivity |
-
2004
- 2004-12-30 KR KR1020040115875A patent/KR20060077085A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7670867B2 (en) * | 2003-01-29 | 2010-03-02 | Chang-Young Jeong | Method for manufacturing CMOS image sensor having microlens therein with high photosensitivity |
| US7932546B2 (en) | 2003-01-29 | 2011-04-26 | Crosstek Capital, LLC | Image sensor having microlenses and high photosensitivity |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8030723B2 (en) | Image sensor with decreased optical interference between adjacent pixels | |
| JP5318325B2 (en) | Manufacturing method of image sensor | |
| US7504681B2 (en) | Image sensor and method for fabricating the same | |
| US7453110B2 (en) | CMOS image sensor and method for manufacturing the same | |
| KR20070069833A (en) | Cmos image sensor and method for manufacturing the same | |
| KR100578644B1 (en) | Cmos image sensor having prism and fabricating method thereof | |
| US7723765B2 (en) | Image sensor having hydrophilic and hydrophobic microlenses and method for manufacturing the same | |
| US20140124888A1 (en) | Image Sensor and Method for Manufacturing the Same | |
| CN107785383B (en) | Image sensor and manufacturing method thereof | |
| KR20030037295A (en) | Image sensor and fabricating method of the same | |
| KR100712347B1 (en) | Image sensor with decreased optical interference between adjacent pixel | |
| KR20070023418A (en) | Image sensor with enhanced light concentration capability and method for fabrication thereof | |
| KR20060077084A (en) | Image sensor and method for fabrication thereof | |
| KR20060077085A (en) | Image sensor and method for fabrication thereof | |
| KR100790966B1 (en) | CMOS image sensor having uniform photosensitivity per color filter | |
| KR20060077083A (en) | Method for fabrication of image sensor | |
| KR20060114414A (en) | Image sensor and method for fabrication thereof | |
| KR100712348B1 (en) | Image sensor with decreased optical interference between adjacent pixel | |
| KR100628229B1 (en) | The complementary metal-oxide-semiconductor image sensor and its manufacturing method for light sensitivity improvement and high integration | |
| KR20050122746A (en) | Image sensor with improved blue light sensitivity | |
| KR20060010907A (en) | Image sensor with improved optical focusing capacity | |
| KR20060077146A (en) | Image sensor capable of improving optical sensitivity and method for fabrication thereof | |
| KR20060010901A (en) | Image sensor with increased focus distance and method for fabrication thereof | |
| KR20080015310A (en) | Cmos image sensor and method of fabricating the same | |
| KR20060010892A (en) | Image sensor with improved blue light sensitivity |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |