KR20100052616A

KR20100052616A - 이미지센서 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20100052616A
Application number: KR1020080111417A
Authority: KR
Inventors: 윤기준
Original assignee: 주식회사 동부하이텍
Priority date: 2008-11-11
Filing date: 2008-11-11
Publication date: 2010-05-20
Also published as: US20100117180A1; JP2010118661A; KR101038807B1; US8258593B2; CN101740593A

Abstract

실시예에 따른 이미지 센서는 제 1 금속 배선이 형성된 제 1 층간 절연막과, 상기 제 1 층간 절연막 상에 형성되고, 제 1 불순물 영역과 제 2 불순물 영역을 갖는 본딩 실리콘과, 상기 본딩 실리콘 상에 형성되는 제 2 층간 절연막과, 상기 본딩 실리콘을 관통하여 상기 제 1 금속 배선과 연결되는 제 1 컨택 플러그와, 상기 제 2 층간 절연막 상에 형성되는 제 3 층간 절연막과, 상기 제 3 층간 절연막을 관통하여 상기 제 1 불순물 영역과 연결되는 제 2 컨택 플러그와, 상기 제 2 층간 절연막 상에 형성되고, 상기 제 2 컨택 플러그와 연결되는 제 2 금속 배선과, 상기 제 2 금속 배선의 상측에 형성되는 컬러 필터층 및 마이크로 렌즈를 포함하고, 상기 제 1 컨택 플러그와 제 1 불순물 영역의 사이에는 아이솔레이션을 위한 절연막이 형성되고, 상기 절연막의 일부는 상기 제 2 층간 절연막상에 형성되는 것을 특징으로 한다.

이미지 센서

Description

이미지센서 및 그 제조방법{Image Sensor and Method for Manufacturing the same}

본 발명은 이미지 센서 및 상기 이미지 센서를 제조하기 위한 방법에 대해서 개시하며, 상부 포토다이오드인 실리콘 본딩 웨이퍼의 아이솔레이션 에치 공정(isolation etch process)를 줄이고, 플라즈마 데미지(plasma damage)를 줄일 수 있는 이미지 센서의 제조 방법 및 이에 따른 이미지 센서에 대한 것이다.

일반적으로, 이미지 센서(Image sensor)는 광학적 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로써, 크게 전하결합소자(charge coupled device: CCD)와 씨모스(CMOS; Complementary Metal Oxide Silicon) 이미지 센서(Image Sensor)(CIS)로 구분된다.

씨모스 이미지 센서는 단위 화소 내에 포토 다이오드와 모스 트랜지스터를 형성시킴으로써 스위칭 방식으로 각 단위 화소의 전기적 신호를 순차적으로 검출하여 영상을 구현한다.

기존의 CMOS 이미지센서 제조공정은, 포토다이오드 형성 후 복수의 메탈라인과 절연막을 포함하는 멀티 레이어(Multilayer)형성을 위한 화학기계적연 마(Chemical Mechanical Polishing; 이하 CMP라 함) 공정 등이 수반된다.

이는 포토다이오드에서 칼라필터 등에 이르는 간격의 증가로 인한 광감도 저하 및 디펙트(Defect) 증가로 인한 배드 픽셀(Bad pixel)의 증가를 야기한다.

본 발명의 실시예는 두 개의 칩을 이용하여 포토 다이오드 형성후 칼라필터 어레이와 마이크로 렌즈를 형성시키는 이미지 칩과, 이를 구동하는 드라이버 IC 및 기타 부가기능을 부여할 수 있는 로직 어레이로 구성되는 로직 칩으로 분리하여 이미지 칩과 로직 칩을 하나의 패드를 이용하여 3차원 집적할 수 있는 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.

그리고, 포토 다이오드 상부에서의 다수의 메탈 라인들이 생략되도록 함으로써, 포토 다이오드와 마이크로 렌즈 사이의 거리를 줄여 광경로를 획기적으로 감소시키고, 이로 인하여 광감도를 향상시킬 수 있는 이미지 센서 및 그 제조 방법을 제안한다.

단위 픽셀을 구성하는 포토 다이오드 영역간의 아이솔레이션 및 컨택이 효과적으로 수행될 수 있도록 하는 제조 방법에 대해서 제안하며, 예를 들어, 포토 다이오드 영역을 포함하는 본딩 실리콘에서 포토 다이오드의 p+영역과 컨택 플러그의 아이솔레이션을 실현하는 방법과, 포토 다이오드의 n+영역과 컨택 플러그간의 컨택이 효과적으로 실형될 수 있는 방법에 대해서 제안한다.

실시예에 따른 이미지 센서는 제 1 금속 배선이 형성된 제 1 층간 절연막과, 상기 제 1 층간 절연막 상에 형성되고, 제 1 불순물 영역과 제 2 불순물 영역을 갖는 본딩 실리콘과, 상기 본딩 실리콘 상에 형성되는 제 2 층간 절연막과, 상기 본 딩 실리콘을 관통하여 상기 제 1 금속 배선과 연결되는 제 1 컨택 플러그와, 상기 제 2 층간 절연막 상에 형성되는 제 3 층간 절연막과, 상기 제 3 층간 절연막을 관통하여 상기 제 1 불순물 영역과 연결되는 제 2 컨택 플러그와, 상기 제 2 층간 절연막 상에 형성되고, 상기 제 2 컨택 플러그와 연결되는 제 2 금속 배선과, 상기 제 2 금속 배선의 상측에 형성되는 컬러 필터층 및 마이크로 렌즈를 포함하고, 상기 제 1 컨택 플러그와 제 1 불순물 영역의 사이에는 아이솔레이션을 위한 절연막이 형성되고, 상기 절연막의 일부는 상기 제 2 층간 절연막상에 형성되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 절연막은 상기 제 2 층간 절연막 상부면에서부터 상기 제 1 컨택 플러그와 제 1 불순물 영역 사이까지 연장형성되는 것을 특징으로 한다.

다른 측면에 따른 실시예의 이미지 센서 제조방법은 제 1 금속 배선을 갖는 제 1 층간 절연막 상에 실리콘을 본딩함으로써, 본딩 실리콘을 형성하는 단계와, 상기 본딩 실리콘 내부에 제 1 불순물 영역과 제 2 불순물 영역을 형성하는 단계와, 상기 본딩 실리콘 상에 제 2 층간 절연막을 형성하는 단계와, 상기 제 2 층간 절연막 상에 제 1 포토 레지스트를 도포하고, 패터닝하는 단계와, 상기 제 1 포토 레지스트를 식각 마스크로 이용하여, 상기 본딩 실리콘 및 제 1 층간 절연막을 식각함으로써 제 1 컨택홀을 형성하는 단계와, 상기 제 1 포토 레지스트를 제거하고, 상기 제 1 컨택홀 내부에 제 2 포토 레지스트를 형성하는 단계와, 상기 제 1 컨택홀 내부에 제 2 포토 레지스트의 일부만이 잔존하도록 하기 위하여, 상기 제 2 포토 레지스트를 선택적으로 제거하는 단계와, 상기 제 1 컨택홀 내부에 절연막을 증 착 형성하는 단계와, 상기 제 2 포토 레지스트 상에 형성된 절연막과, 상기 제 2 포토 레지스트를 순차적으로 제거하는 단계와, 상기 제 1 컨택홀 내부에 상기 제 1 금속 배선과 연결되는 제 1 컨택 플러그를 형성하는 단계와, 상기 제 2 층간 절연막을 관통하는 제 2 컨택 플러그를 형성하는 단계를 포함한다.

제안되는 바와 같은 본 발명의 실시예에 의해서, 단위 픽셀을 구성하는 포토 다이오드영역에서, 제 1 불순물 영역과 컨택 플러그 간에는 보다 효과적인 아이솔레이션이 이루어질 수 있으며, 제 2 불순물 영역과 컨택 플러그간의 컨택은 정교하게 이루어질 수 있는 장점이 있다.

이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다.

그리고, 이하의 설명에서, 단어 '포함하는'은 열거된 것과 다른 구성요소들 또는 단계들의 존재를 배제하지 않는다. 그리고, 첨부되는 도면에는 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 그 두께가 확대되어 도시된다. 그리고, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 층, 막, 영역, 판등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에"있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 구성을 보여주는 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따라 포토 다이오드 영역과 컨택 플러그간의 아이솔레이션 및 컨택이 수행되는 구성을 상세히 도시한 도면이다.

참고로, 본 발명에 대한 설명은 포토 다이오드가 형성된 픽셀 영역에 대한 부분을 중심으로 설명하며, 하부 배선과 상부 배선이 형성되는 로직 영역은 상기의 픽셀 영역의 일측에 형성될 수 있으며, 다만 구체적으로 도시되지 않은 상태이다.

먼저, 도 1을 참조하면, 실시예의 이미지 센서는 제 1 금속 배선(101)을 구비한 제 1 층간 절연막(100)을 포함하고, c-Si를 클레비지(cleavage)하여 트랜지스터등의 연산부등이 구성되어 있는 상기 제 1 층간 절연막(100)에 본딩함으로써 본딩 실리콘(120)이 상기 제 1 층간 절연막(100) 상에 형성된다.

여기서, 상기 제 1 층간 절연막(100)은 TEOS와 같은 산화물로 이루어질 수 있으며, 도시되어 있지는 않지만 상기 제 1 층간 절연막(100)의 하측에는 복수의 금속 배선 라인 및 층간 절연막들과 반도체 기판을 포함한다.

그리고, 상기 본딩 실리콘(120) 내에는 복수의 불순물 영역들로 이루어진 포토 다이오드가 형성되어 있으며, 상기 포토 다이오드는 상기 본딩 실리콘(120)의 상부측에 형성된 제 1 불순물 영역(121)과, 상기 본딩 실리콘(120)의 하부측에 형성된 제 2 불순물 영역(121)을 포함한다. 예를 들면, 상기 포토 다이오드는 상기 본딩 실리콘(120)의 하부측에 n+ 도전형의 불순물이 주입된 영역과, 상기 본딩 실리콘(120)의 상부측에 p+ 도전형의 불순물이 주입된 영역을 갖을 수 있다.

여기서, 상기 본딩 실리콘(120)내의 포토 다이오드는 전기적인 신호로서 전자(electron)을 사용할 것인지, 홀(hole)을 사용할 것인지는 그 실시예에 따라 다양하게 적용할 수 있을 것이다.

이와 관련하여, 도 1에 도시된 포토 다이오드는 p+ 영역을 실리콘의 상부측에 형성하고 n+ 영역을 실리콘의 하부측에 형성하여, 빛이 수광될 때 전자(electron)를 시그널로 사용하여 상기 n+영역으로 모여드는 전자들이 컨택 플러그 및 메탈 라인을 통하여 이동되도록 하는 것이다. 하지만, 그 반대로 시그널로서 홀(hole)을 이용하는 경우에는 불순물의 형성이 다르게 형성될 것임을 알 수 있다.

한편, 상기 본딩 실리콘(120)에는 각 픽셀 영역의 포토 다이오드 사이의 영역에 제 1 컨택 플러그(160)가 형성되어 있으며, 상기 제 1 컨택 플러그(160)의 일부 측면에는 포토 다이오드의 제 1 불순물 영역(121)와의 절연을 위한 절연막(140)이 형성되어 있으며, 상기 절연막(140)은 포토 다이오드의 제 2 불순물 영역(122)에 인접한 영역에는 형성되어 있지 않다.

즉, 상기 절연막(140)은 LTO(Low Temperature Oxide)막으로 이루어지며, 상기 절연막(140)은 포토 다이오드의 제 1 불순물 영역(121)이 컨택 플러그와 절연되도록 하는 것과 함께, 상기 제 2 불순물 영역(122)은 제 1 컨택 플러그(160)에 컨택이 되도록 상기 제 2 불순물 영역(122)의 측부에는 형성되지 않는다.

따라서, 상기 절연막(140)은 상기 제 2 층간 절연막(131,132) 상부면에서부터 상기 제 1 불순물 영역(121)면까지 연장형성된다.

또한, 복수의 불순물 영역이 형성된 포토 다이오드를 구비하는 본딩 실리 콘(120) 상측에는, 층간 절연을 위한 산화막(131)과 질화막(132)이 순차적으로 적층형성되어 있으며, 상기 산화막(131)과 질화막(132)에는 포토 다이오드의 제 1 불순물 영역(121)과의 컨택을 위한 제 2 컨택 플러그(180)가 관통하며, 상기 질화막(132) 상에는 층간 절연을 위한 제 3 층간 절연막(170)이 형성된다.

여기서, 상기 본딩 실리콘(120) 상에 형성되는 산화막(131) 또는 질화막(132)을 제 2 층간 절연막이라고 한다면, 상기 질화막(132)상에 형성되는 층간 절연막(170)을 제 3 층간 절연막이라고 할 수 있다.

또한, 상기 제 3 층간 절연막(170)상에는 상기 제 2 컨택 플러그(180)와의 전기적인 접속을 위한 제 2 금속 배선(190)이 형성된다.

그리고, 도시되어 있지는 않지만, 상기 제 2 금속 배선(190)의 상측에는, 보호막(passivation layer)이 더 형성될 수 있으며, 또한 상기 보호막 상부에는 칼라필터를 형성하고, 상기 칼라 필터 상측에는 광의 수광을 위한 마이크로 렌즈가 형성된다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서에서는, 단위 픽셀을 구성하는 각 포토 다이오드간의 아이솔레인션 및 컨택이 수행되어야 하는데, 이에 대해서는 전술한 설명에 부연하기 위하여, 도 2를 참조하여 보기로 한다.

도 2에는 단위 픽셀을 구성하는 각각의 포토 다이오드가 제 1 컨택 플러그(160)를 중심으로 양측에 형성된 것이 도시되어 있으며, 포토 다이오드는 수광시에 홀 또는 전자를 시그널로서 발생시키기 위하여 제 1 불순물 영역(121)과 제 2 불순물 영역(122)을 포함한다.

전술의 예에서와 같이, 전자를 시그널로서 이용하는 경우에, 본딩 실리콘(120)내부에는 p+형 불순물이 주입되어 있는 제 1 불순물 영역(121)이 형성되어 있고, 상기 제 1 불순물 영역(121)의 형성 위치 아래에는 n+형 불순물이 주입되어 있는 제 2 불순물 영역(122)이 형성되어 있다.

빛의 수광시에, 포토 다이오드에서 발생하는 전자(electron)는 상기 제 2 불순물 영역(122) 및 제 1 컨택 플러그(160)를 통하여 상기 제 1 금속 배선(101)으로 이동하게 된다. 이로써, 빛의 수광에 따른 전기적인 신호가 전달된다.

여기서, 단위 픽셀을 구성하는 포토 다이오드 각각의 제 1 불순물 영역(121)들은 전자의 이동경로가 되는 컨택 플러그(160)와의 아이솔레이션이 효과적으로 수행되어야 한다.

따라서, 상기 제 1 컨택 플러그(140)의 주변에 형성되어 있는 아이솔레이션 막으로서, 상기 절연막(140)은 상기 제 1 불순물 영역(121)에 인접하는 영역을 중심으로 형성되어 있으며, 상기 제 2 불순물 영역(122)에 인접한 영역에는 형성되지 않도록 한다.

또한, 상기 절연막(140)의 일부는 상기 질화막(132)상에도 형성되어 있으며, 상기 질화막(132)상에 형성된 절연막(140)의 일부는 상기 제 2 층간 절연막(170)과 함께 층간의 절연을 위한 역할을 수행한다.

본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는, 상기 절연막의 형성에 의하여 제 2 불순물 영역은 컨택 플러그에 컨택이 이루어지고, 제 1 불순물 영역은 컨택 플러그와 아이솔레이션된다.

도 3 내지 도 12는 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.

먼저, 도 3을 참조하면, 제 1 금속 배선(101)이 형성된 제 1 층간 절연막(100)상에 c-Si를 클레비지(cleavage)하여 연산부가 구성되어 있는 기판을 포함하는 제 1 층간 절연막(100)에 본딩함으로써 본딩 실리콘(120)을 형성한다.

그리고, 상기 본딩 실리콘(120) 내부에 포토 다이오드를 형성하기 위한 공정을 진행하며, 상기 본딩 실리콘(120) 내부에 제 1 도전형의 불순물이 주입된 제 1 불순물 영역(121)과, 제 2 도전형의 불순물이 주입된 제 2 불순물 영역(122)을 형성한다.

여기서, 상기 제 1 불순물 영역(121)은 상기 본딩 실리콘(120)내부의 상측에 형성하고, 상기 제 2 불순물 영역(122)은 상기 제 1 불순물 영역(121) 아래에 형성한다. 상기 제 1 불순물 영역(121)과 제 2 불순물 영역(122)사이의 영역에는 n-의 불순물 영역을 형성하거나 디플리션 레이어가 형성될 수 있다.

그 다음, 도 4를 참조하면, 포토 다이오드를 구비하는 상기 본딩 실리콘(120)상에 제 2 층간 절연막으로서, ONO막(131,132,133)을 증착 형성한다.

여기서, 상기 ONO막은 제 1 산화막(131), 질화막(132) 및 제 2 산화막(133)으로 이루어질 수 있으며, 다만, 제 2 층간 절연막으로서, 산화막(131,133)과 질화막(132)중 어느 하나만을 형성하는 것도 가능하며, 상기 산화막(131,133)은 SiH₄를 1000Å의 두께로 형성하고, 상기 질화막(132) 역시 1000Å의 두께로 형성할 수 있다.

상기 ONO막(131,132,133)은 후술되는 식각 공정에서 하드 마스크로서 역할도 함께 수행한다.

그 다음, 도 5를 참조하면, 상기 제 2 산화막(133)상에 제 1 포토 레지스트(150)를 도포하고, 제 1 포토 레지스트(150)를 패터닝하여 상기 제 1 금속 배선(101)의 일부를 노출하기 위한 식각 공정을 준비한다.

즉, 패터닝된 제 1 포토 레지스트(150)는 제 1 컨택 플러그를 형성할 영역에 대응하는 부위에 대해서 개구부를 갖는다.

그 다음, 도 6을 참조하면, 패터닝된 제 1 포토 레지스트(150)와 상기 ONO막(131,132,133)를 식각 마스크로 이용하여, 상기 ONO막(131,132,133), 본딩 실리콘(120) 및 제 1 층간 절연막(100)을 식각하는 공정을 수행한다. 여기서의 식각 공정에 의해 상기 제 1 층간 절연막(100)에 형성되어 있는 제 1 금속 배선(101)의 일부를 노출되고, 제 1 컨택홀(151)이 상기 본딩 실리콘(120) 및 제 1 층간 절연막(100)에 형성된다.

여기서, 상기 제 1 포토 레지스트(150)와 ONO막을 식각 마스크로 이용한 식각 공정에서, 본딩 실리콘의 식각시에는 실리콘과 산화물간의 식각 선택비의 차이로 인하여 상기 제 2 산화막(133)이 남아있게 되지만, 상기 제 1 층간 절연막(100)을 식각하는 과정에서는 선택비가 동일한 상기 제 3 산화막(133)도 함께 식각된다.

따라서, 도시된 도면과 같이, 제 1 금속 배선(101)의 일부를 노출하기 위한 식각 공정이 완료되면 제 1 산화막(131)과 질화막(132)이 상기 본딩 실리콘(120) 상에 존재하게 된다.

그 다음, 도 7을 참조하면, 제 1 컨택홀 형성을 위하여 사용된 포토 레지스트를 제거한 다음에는, 상기 제 1 컨택홀(151) 내부 및 상기 제 2 층간 절연막(132) 상에 노보락(Novorac)물질을 도포한다. 여기서, 상기 노보락 물질은 포토 레지스트의 일종으로서, 패터닝에 사용되는 포토 레지스트보다 그 점성이 더 작은 물질이 될 수 있다.

다만, 본 발명의 실시예에 대한 개시에 있어서는, 간단히 상기 제 1 컨택홀(151) 내부 및 제 2 층간 절연막(132)상에 제 2 포토 레지스트(152)를 도포하는 것으로 설명하기로 한다.

즉, 상기 제 1 컨택홀(151) 내부에 채워진 제 2 포토 레지스트(152) 역시 애싱 또는 리세스 공정등에 의하여 제거될 수 있다.

그 다음, 도 8을 참조하면, 상기 제 2 포토 레지스트(152)에 대해서 애싱 공정 또는 리세스 공정을 진행한다.

특히, 상기 제 2 포토 레지스트(152)의 제거 공정은, 상기 제 2 포토 레지스트(152)가 본딩 실리콘(120)의 제 2 불순물 영역(122)이 형성되어 높이보다 같거나 더 높게 남아있도록 한다. 즉, 본딩 실리콘(120)의 제 1 불순물 영역(121)이 형성되어 있는 위치까지 상기 제 2 포토 레지스트(152)를 제거하는 공정을 진행한다.

이러한 리세스 공정등에 의하여, 도시된 바와 같이, 포토 다이오드의 제 1 불순물 영역(121)의 일부 표면은 노출되고, 제 2 불순물 영역(122)은 잔존하는 제 2 포토 레지스트(152)에 의하여 노출되지 않은 상태를 유지한다.

그 다음, 도 9를 참조하면, 상기 제 1 컨택홀 내부에 남아있는 제 2 포토 레 지스트(152) 및 제 2 층간 절연막(132) 상에 산화물을 증착시키는 공정을 진행한다.

여기서, 상기 제 2 포토 레지스트(152) 및 제 2 층간 절연막(132)상에 증착되는 산화물은 비교적 낮은 온도에서 증착이 가능한 LTO막(140)이 될 수 있다. 참고로, 산화물의 경우 증착시에 사용되는 온도가 400도를 넘는 경우가 많으므로, 본 발명의 실시예에서는 상기 제 1 컨택홀 내부에 잔존하는 포토 레지스트의 형태를 유지하기 위하여 상대적으로 저온인 대략 180도의 온도에서 증착가능한 LTO막을 형성한다.

그 다음, 도 10을 참조하면, 상기 제 2 포토 레지스트(152)상에 형성되어 있는 LTO막(140)을 제거하기 위한 식각 공정을 수행하며, 그 후에 상기 제 1 컨택홀(151) 내부에 잔존하고 있는 제 2 포토 레지스트(152)를 제거하기 위한 애싱 공정 또는 리세스 공정을 수행한다.

즉, 상기 제 1 컨택홀(151) 내부의 측벽에 형성되어 있는 LTO막(140)은 남아있도록 하면서 상기 제 2 포토 레지스트(152)상부에 형성되어 있는 LTO막(140)만을 제거하기 위한 식각 공정을 진행한다. 여기서, 도시되어 있지는 않지만, 상기 제 1 컨택홀(151) 내부의 측벽에 형성되어 있는 LTO막 상에 식각 마스크로 사용되는 PR패턴이 형성되어야 할 것이며, 제 1 컨택홀(151) 내부의 제 2 포토 레지스트(152)상부에 형성되어 있는 LTO막에 대한 선택적 식각이 수행된다.

상기 LTO막의 일부를 제거한 다음에는, 상기 제 1 컨택홀(151) 내부에 형성되어 있는 제 2 포토 레지스트(152)를 제거하기 위한 애싱 공정 또는 리세스 공정 을 진행한다.

그 결과, 도면에 도시된 바와 같이, 제 1 컨택홀(151)의 측벽 일부에 LTO막(140)이 남아있게 되며, 이것은 포토 다이오드의 제 1 불순물 영역(121)이 상기 LTO막(140)에 의하여 덮여지거나 노출되지 않은 것을 나타낸다.

반면에, 포토 다이오드의 제 2 불순물 영역(122)은 상기 제 2 포토 레지스트(152)의 제거로 인하여, 그 일부가 노출된다.

그 다음, 도 11을 참조하면, 상기 본딩 실리콘(120) 및 제 1 층간 절연막(100)에 형성된 컨택홀(151) 내부에 제 1 컨택 플러그(160)를 형성한다. 상기 제 1 컨택 플러그(160)의 형성은 공지의 다양한 기술에서와 같이, 텅스텐등의 금속물질을 갭 필한 다음 평탄화 공정을 실시할 수 있다.

그 다음, 도 12를 참조하면, 상기 제 2 층간 절연막(131,132) 및 제 1 컨택 플러그(160) 상에 절연막을 증착시켜, 제 3 층간 절연막(170)을 형성한다.

그리고, 상기 제 3 층간 절연막(170) 상에 제 3 포토 레지스트를 도포하여 패터닝한 다음, 제 3 층간 절연막(170) 및 제 2 층간 절연막(131,132)을 식각하여 제 2 컨택 플러그(180)를 형성할 컨택홀을 형성하고, 그 컨택홀 내부에 제 2 컨택 플러그(180)를 형성한다.

특히, 상기 제 2 컨택 플러그(170)은, 상기 본딩 실리콘(120)내의 포토 다이오드영역의 제 1 불순물 영역(121)에 접속될 수 있도록 형성된다. 이는, 상기 포토 다이오드에 대해서 리버스 바이어스를 인가하기 위함이다.

그리고, 상기 제 2 컨택 플러그(180)와 전기적으로 접속할 제 2 금속 배 선(190)을 상기 제 3 층간 절연막(170)상에 형성한다. 상기 제 2 금속배선(190)의 형성에 대해서는, 공지의 다양한 기술들이 적용될 수 있으므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도시되어 있지는 않지만, 상기 제 2 금속 배선(190)상에는 보호막을 형성하기 위한 공정이 더 수행될 수 있으며, 또한 상기 보호막 상에 컬러 필터층를 형성하는 공정과, 상기 컬러 필터층 상에 포토 레지스트를 도포하여 마이크로 렌즈를 형성하는 공정이 더 수행된다.

이러한 과정에 의하여, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서가 도 1과 같은 형태로 제조된다.

제안되는 바와 같은 본 발명의 실시예에 의해서, 포토 다이오드 및 컨택 플러그등을 형성하는데 있어서, 플라즈마 식각과 같은 건식 식각의 사용을 줄일 수 있어, 실리콘 소자에 데미지가 가해지는 경우를 줄일 수 있다.

또한, 단위 픽셀을 구성하는 포토 다이오드영역에 있어서, 제 1 불순물 영역간에는 보다 효과적인 아이솔레이션이 이루어질 수 있으며, 제 2 불순물 영역에 대해서는 컨택 플러그와의 컨택이 정교하게 이루어질 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 구성을 보여주는 도면.

도 2는 본 발명의 실시예에 따라 포토 다이오드 영역과 컨택 플러그간의 아이솔레이션 및 컨택이 수행되는 구성을 상세히 도시한 도면.

도 3 내지 도 12는 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면.

Claims

제 1 금속 배선이 형성된 제 1 층간 절연막과,

상기 제 1 층간 절연막 상에 형성되고, 제 1 불순물 영역과 제 2 불순물 영역을 갖는 본딩 실리콘과,

상기 본딩 실리콘 상에 형성되는 제 2 층간 절연막과,

상기 본딩 실리콘을 관통하여 상기 제 1 금속 배선과 연결되는 제 1 컨택 플러그와,

상기 제 2 층간 절연막 상에 형성되는 제 3 층간 절연막과,

상기 제 3 층간 절연막을 관통하여 상기 제 1 불순물 영역과 연결되는 제 2 컨택 플러그와,

상기 제 2 층간 절연막 상에 형성되고, 상기 제 2 컨택 플러그와 연결되는 제 2 금속 배선과,

상기 제 2 금속 배선의 상측에 형성되는 컬러 필터층 및 마이크로 렌즈를 포함하고,

상기 제 1 컨택 플러그와 제 1 불순물 영역의 사이에는 아이솔레이션을 위한 절연막이 형성되고, 상기 절연막의 일부는 상기 제 2 층간 절연막상에 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
제 1 항에 있어서,

상기 절연막은 LTO(Low Temperature Oxide)막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
제 1 항에 있어서,

상기 절연막은 상기 제 2 층간 절연막 상부면에서부터 상기 제 1 컨택 플러그와 제 1 불순물 영역 사이까지 연장형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
제 1 항에 있어서,

상기 제 2 층간 절연막은 상기 본딩 실리콘 상에 형성되는 산화막과, 상기 산화막 상에 형성되는 질화막을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
제 1 항에 있어서,

상기 본딩 실리콘 내부의 제 1 불순물 영역은 p+형 불순물로 이루어지고, 상기 제 2 불순물 영역은 n+형 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
제 1 항에 있어서,

상기 제 2 불순물 영역은 상기 본딩 실리콘 내부에 상기 제 1 불순물 영역의 위치보다 하측에 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
제 1 금속 배선을 갖는 제 1 층간 절연막 상에 실리콘을 본딩함으로써, 본딩 실리콘을 형성하는 단계와,

상기 본딩 실리콘 내부에 제 1 불순물 영역과 제 2 불순물 영역을 형성하는 단계와,

상기 본딩 실리콘 상에 제 2 층간 절연막을 형성하는 단계와,

상기 제 2 층간 절연막 상에 제 1 포토 레지스트를 도포하고, 패터닝하는 단계와,

상기 제 1 포토 레지스트를 식각 마스크로 이용하여, 상기 본딩 실리콘 및 제 1 층간 절연막을 식각함으로써 제 1 컨택홀을 형성하는 단계와,

상기 제 1 포토 레지스트를 제거하고, 상기 제 1 컨택홀 내부에 제 2 포토 레지스트를 형성하는 단계와,

상기 제 1 컨택홀 내부에 제 2 포토 레지스트의 일부만이 잔존하도록 하기 위하여, 상기 제 2 포토 레지스트를 선택적으로 제거하는 단계와,

상기 제 1 컨택홀 내부에 절연막을 증착 형성하는 단계와,

상기 제 2 포토 레지스트 상에 형성된 절연막과, 상기 제 2 포토 레지스트를 순차적으로 제거하는 단계와,

상기 제 1 컨택홀 내부에 상기 제 1 금속 배선과 연결되는 제 1 컨택 플러그를 형성하는 단계와,

상기 제 2 층간 절연막을 관통하는 제 2 컨택 플러그를 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 제 2 포토 레지스트 상에 형성된 절연막과 제 2 포토 레지스트를 순차적으로 제거하는 단계는, 상기 제 1 컨택홀의 측벽에 형성되어 있는 절연막을 잔존시키기 위한 선택적 식각을 수행하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
제 8 항에 있어서,

상기 제 2 포토 레지스트 상에 형성된 절연막을 선택적으로 제거하는 공정이 수행된 다음에는, 상기 제 1 컨택홀 내부에 형성된 제 2 포토 레지스트를 제거하기 위한 애싱 공정 또는 리세스 공정이 수행되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 제 1 컨택홀 내부에 절연막을 증착 형성하는 단계는, 상기 제 2 층간 절연막 상부면과 상기 제 1 컨택홀 측벽 및 상기 제 2 포토 레지스트 상에 상기 절연막을 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 제 1 컨택홀 내부에 절연막을 증착 형성하는 단계는, LTO막을 상기 제 1 컨택홀 내부의 측벽 및 상기 제 2 포토 레지스트 상에 증착 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 제 1 컨택홀 내부에 절연막을 증착 형성하는 단계는, 상기 제 1 불순물 영역의 일측에 상기 절연막이 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.