KR100379541B1 - color image senor and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
컬러 이미지 센서 및 이 센서를 제조하는 방법이 제안된다. 이 컬러 이미지 센서의 컬러 필터 어레이 공정 중에 사용되는 오버 코팅 물질층의 물질 조성시 소정 색상의 안료가 함유 된다. 한편, 각 컬러 필터의 물질은 해당하는 순수 색상의 안료만이 사용된다. 따라서 각 해당 색상 필터의 패턴에 함유되는 안료의 밀도가 낮추어지고 산란에 따른 투과도의 감소가 방지된다. 결국, 상기 컬러 이미지 센서의 빛에 대한 감도가 향상 된다.A color image sensor and a method of manufacturing the sensor are proposed. Pigments of a predetermined color are contained in the material composition of the overcoated material layer used during the color filter array process of this color image sensor. On the other hand, as for the material of each color filter, only the pigment of the corresponding pure color is used. Therefore, the density of the pigment contained in the pattern of each corresponding color filter is lowered and the decrease in the transmittance due to scattering is prevented. As a result, the sensitivity to light of the color image sensor is improved.
Description
본 발명은 컬러 이미지 센서를 제조하는 방법에 관한 것으로, 특히 이미지 센서의 제조 공정 중에 컬러 필터 어레이 패턴을 패터닝하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a color image sensor, and more particularly to a technique for patterning a color filter array pattern during the manufacturing process of the image sensor.
일반적으로 컬러 필터 어레이(CFA: color filter array) 공정은 전하 결합 소자(CCD: charge coupled device) 기판 상에 세가지 색상, 예로서 적색(R), 청색(B), 녹색(G)을 배열 시킴으로서 컬러 이미지를 구현하는 공정이다. 이와 같이, 세가지 색상을 배열 시키기 위해서는 3번의 마스킹 공정을 포함하는 3번의 포토 리토그래피(photolithography) 공정을 수행하여야 한다. 상기 컬러 필터 어레이는 상기 기판의 설계에 따라 달라질 수 있다.In general, a color filter array (CFA) process employs three colors, such as red (R), blue (B), and green (G), arranged on a charge coupled device (CCD) substrate. The process of implementing an image. As such, in order to arrange the three colors, three photolithography processes including three masking processes should be performed. The color filter array may vary depending on the design of the substrate.
도 1은 컬러 필터 어레이의 일 예를 보여주는 다이어그램이다. 도 1의 컬러필터 어레이는 적색(R), 청색(B), 녹색(G)가 각각 1 : 1 : 2의 비율로 배열되어 있다. 참고로 각 픽셀에서는 포토 검출기(photo detector)가 있어 선택적으로 빛(light)을 필터링하게 된다. 도 1에서, 각 컬러 필터내에 표시된 점선으로된 직사각형 형상은 빛(light)을 검출하는 포토 다이오드를 지시한다.1 is a diagram illustrating an example of a color filter array. In the color filter array of FIG. 1, red (R), blue (B), and green (G) are arranged in a ratio of 1: 1: 1. For reference, each pixel has a photo detector to selectively filter light. In Fig. 1, the dotted rectangular shape indicated in each color filter indicates a photodiode for detecting light.
도 2는 종래 컬러 이미지 센서의 단면을 보여주는 다이어그램이다.2 is a diagram showing a cross section of a conventional color image sensor.
도 2에서, 컬러 이미지 센서는 씨모스(CMOS: complementary metal oxide semiconductor) 기판, 상기 기판의 표면 상에 형성된 오버 코팅 물질(over coating material) 층, 상기 오버 코팅 물질 층 상에 형성된 청색 필터, 상기 오버 코팅 물질 층 상에 상기 청색 필터에 인접하여 형성된 녹색 필터, 그리고 상기 오버 코팅 물질 층 상에 상기 청색 필터 및 녹색 필터에 인접하여 형성된 적색 필터로 구성된다. 한편, 각 컬러 물질은 베이스 폴리머(base polymer), 광가교성 모노머(monomer), 래디컬 이니시에이터(radical initiator), 피그먼트(pigment), 솔벤트(solvent), 그리고 부가물(additives) 등으로 조성되어진다.In FIG. 2, a color image sensor includes a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) substrate, an over coating material layer formed on a surface of the substrate, a blue filter formed on the over coating material layer, and the over And a green filter formed on the coating material layer adjacent to the blue filter, and a red filter formed on the overcoating material layer adjacent to the blue filter and the green filter. Each color material is composed of a base polymer, a photocrosslinkable monomer, a radical initiator, pigments, solvents, and additives.
도 2에서, 청색 필터의 물질은 청색 피그먼트(blue pigment)와 바이올렛 피그먼트(violet pigment)로 조성 되고, 상기 적색 필터의 물질은 적색 피그먼트(red pigment)와 황색 피그먼트(yellow pigment)로 조성되고, 그리고 녹색 피그먼트(green pigment)는 녹색 피그먼트(green pigment)와 황색 피그먼트(yellow pigment)로 조성된다.In FIG. 2, the material of the blue filter is composed of blue pigment and violet pigment, and the material of the red filter is composed of red pigment and yellow pigment. And the green pigment is composed of green pigment and yellow pigment.
한편, 상기 이미지 센서의 가장 현저한 소자 특성은 빛에 대해 반응하는 감도의 특성이다. 상기 감도는 상기 컬러 물질들의 투과도에 매우 종속적이다. 즉,컬러 물질의 투과율이 나쁘면 상기 이미지 센서의 빛에 대한 감도 또한 나빠지게 된다. 특히, 상기 컬러 물질들에 함유되어 있는 안료는 상기 컬러 물질들의 투과율을 떨어뜨리는 주요한 요인들 중 하나이다.On the other hand, the most prominent device characteristic of the image sensor is that of sensitivity to light. The sensitivity is very dependent on the transmission of the color materials. That is, if the transmittance of the color material is bad, the sensitivity of the image sensor to light is also worsened. In particular, the pigment contained in the color materials is one of the major factors that reduce the transmittance of the color materials.
전술한 바와 같이, 각 컬러 필터의 물질들은 하나 이상의 물질들에 의해 조성되므로 상기 빛의 투과율을 저하 시키게 된다.As described above, the materials of each color filter are formed by one or more materials, thereby reducing the transmittance of the light.
일반적으로, 적색, 청색, 녹색의 색상을 만들기 위해서는 순수한 적색, 청색, 녹색의 안료만을 사용하지 않는다. 왜냐하면, 적색, 청색, 녹색 자체인 원색들의 경우에는 실제 이미지를 느끼는 인간의 시각에 대하여 편안한 느낌을 주지 못하기 때문이다. 따라서, 종래 이미지 센서의 각 필터의 물질을 조성할 시에는 일반적으로 황색(yellow) 안료를 섞어서 조성 하였다.In general, pure red, blue, and green pigments are not used to produce red, blue, and green colors. This is because the primary colors of red, blue, and green itself do not feel comfortable to the human vision of the actual image. Therefore, when the material of each filter of the conventional image sensor is generally composed by mixing a yellow (yellow) pigment.
한편, 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 각 픽셀을 패터닝(patterning) 하기 전에 상기 CMOS 기판의 울퉁 불퉁한 토포러지(topology)를 평탄화 시키기 위하여 일반적으로 상기 CMOS 기판상에 평탄화층(planarization layer)을 형성하여 사용한다. 이 층은 통상 오버 코팅층(OCL:over coating layer)이라고 부르며, 이 층의 물질은 오버 코팅 물질(OCM:over coating material)이라고 부른다.Meanwhile, as shown in FIG. 2, a planarization layer is generally formed on the CMOS substrate in order to planarize an uneven topology of the CMOS substrate before patterning each pixel. use. This layer is commonly called an over coating layer (OCL), and the material of this layer is called an over coating material (OCM).
여기서, 상기 오버 코팅 물질은 통상 투과도가 아주 높은 물질로서 단순히 상기 CMOS 기판을 평탄화 시키는 역할만을 수행한다. 그러나, 이 오버 코팅 물질은 상기 기판의 큐어링(curing)과 같은 열처리 공정등에 의해 투과율이 현저하게 감소하게 되고, 결과적으로 상기 이미지 센서의 빛에 대한 감도를 전반적으로 저하 시키는 또 하나의 요인으로 작용하게 된다.Here, the overcoating material is generally a material having a very high transmittance and merely serves to planarize the CMOS substrate. However, the overcoating material is significantly reduced in transmittance due to heat treatment processes such as curing of the substrate, and as a result, serves as another factor that lowers the overall sensitivity to light of the image sensor. Done.
본 발명은 상기 문제점들을 해소하기 위한 것으로, 빛에 대한 감도를 개선 시킬 수 있는 컬러 이미지 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the above problems, and an object thereof is to provide a color image sensor that can improve the sensitivity to light.
상기 목적을 달성하기 위하여, 이미지 센서의 컬러 필터 어레이 공정 중 오버 코팅 물질층의 물질 조성시 황색 안료를 함유 시킨다. 따라서 해당 필터의 패턴에 함유되는 안료의 밀도가 낮추어지고 산란(light scattering)에 따른 투과도의 감소를 방지할 수 있게 된다. 결국, 상기 이미지 센서의 감도를 향상 시킬 수 있게 된다.In order to achieve the above object, a yellow pigment is included in the material composition of the overcoating material layer during the color filter array process of the image sensor. Therefore, the density of the pigment contained in the pattern of the filter is lowered and it is possible to prevent a decrease in transmittance due to light scattering. As a result, the sensitivity of the image sensor can be improved.
본 발명의 일 형태에 따른 이미지 센서는 울퉁 불퉁한 토포러지를 갖는 기판, 황색 안료를 함유하여 조성되고 상기 기판의 토포러지를 평탄화 시키기 위하여 상기 기판의 표면 상에 형성되는 오버 코팅층, 상기 오버 코팅층 상에 형성되고 순수 적색 안료만을 함유하는 적색 레지스트, 상기 적색 레지스트(resist)에 인접하여 상기 오버 코팅층 상에 형성되고 순수 청색 안료만을 함유하는 청색 레지스트, 그리고 상기 적색 레지스트 및 청색 레지스트에 인접하여 상기 오버 코팅층 상에 형성되고 순수 녹색 안료만을 함유하는 녹색 레지스트를 포함한다.An image sensor of one embodiment of the present invention includes a substrate having an uneven topography, an overcoating layer formed on a surface of the substrate, the yellow coating being formed on the surface of the substrate to planarize the topography of the substrate, and the overcoating layer. A red resist formed and containing only pure red pigment, on the overcoating layer adjacent to the red resist, and forming a blue resist containing only pure blue pigment, and on the overcoating layer adjacent to the red resist and blue resist And green resist formed on and containing only pure green pigments.
도 1은 컬러 필터 어레이의 일 예를 보여주는 다이어그램1 is a diagram showing an example of a color filter array
도 2는 종래 컬러 이미지 센서의 단면을 보여주는 다이어그램2 is a diagram showing a cross section of a conventional color image sensor
도 3은 본 발명에 따른 컬러 이미지 센서의 단면을 보여주는 다이어그램3 is a diagram showing a cross section of a color image sensor according to the invention;
이하에서 도 3을 참조하여 본 발명의 적절한 실시예를 상세히 설명 하기로 한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention with reference to Figure 3 will be described in detail.
도 3의 컬러 이미지 센서는 울퉁 불퉁한 토포러지를 갖는 CMOS 기판, 황색 안료를 함유하여 조성되고 상기 기판의 토포러지를 평탄화 시키기 위하여 상기 기판의 표면 상에 형성되는 오버 코팅층, 상기 오버 코팅층 상에 형성되고 순수 적색 안료만을 함유하는 적색 레지스트, 상기 적색 레지스트(resist)에 인접하여 상기 오버 코팅층 상에 형성되고 순수 청색 안료만을 함유하는 청색 레지스트, 그리고 상기 적색 레지스트 및 청색 레지스트에 인접하여 상기 오버 코팅층 상에 형성되고 순수 녹색 안료만을 함유하는 녹색 레지스트를 포함한다. 도3에서는 각각 하나씩의 청색, 적색, 녹색 레지스트를 도시하였으나 실질적으로 복수개의 레지스트들이 형성된다. 즉, 본 발명에서는 상기 컬러 이미지 센서의 평탄화 층으로 사용되는 오버 코팅 층의 물질을 다른 컬러 물질, 즉 황색(yello) 안료로 대체하여 상기 이미지 센서의 빛에 대한 감도를 증가 시키도록 한다.The color image sensor of FIG. 3 is formed on a CMOS substrate having an uneven topography, an overcoating layer formed on a surface of the substrate, the overcoating layer formed on a surface of the substrate to contain a yellow pigment and to planarize the topography of the substrate. A red resist containing only pure red pigment, formed on the overcoating layer adjacent to the red resist and a blue resist containing only pure blue pigment, and formed on the overcoating layer adjacent to the red resist and blue resist And green resist containing only pure green pigments. 3 shows one blue, one red, one green resist, but substantially a plurality of resists are formed. That is, in the present invention, the overcoating layer used as the planarization layer of the color image sensor is replaced with another color material, that is, a yellow (yello) pigment to increase the sensitivity to the light of the image sensor.
본 발명의 방법은 컬러 레지스트 물질에 사용되는 컬러 안료(pigment) 배합 분리를 통해서 투과도를 증가 시키는 방법에 관한 기술이다. 즉, 적색 컬러 레지스트에 함유되어 있는 적색 안료와 황색 안료를 처음부터 혼합하지 않고 순수 적색 안료만을 가지고 상기 적색 레지스트를 만든다. 또한, 녹색 컬러 레지스트(또는 필터)에도 황색 원료가 혼합되지 않고 순수 녹색 안료만을 사용한 녹색 컬러 레지스트가 만들어 진다. 따라서, 상기 적색 레지스트에는 순수한 적색 안료만이 포함된다. 한편, 부드러운 색감을 주는 상기 황색 안료는 상기 컬러 필터들의 하측에 위치하는 상기 오버 코팅 물질층에 포함 시킨다. 다시말하면, 본 발명에서는 종래 투명(transparency) 오버 코팅 물질층 대신에 상기 컬러 필터층 하측에 황색 오버 코팅 물질층을 형성하는 것이다.The method of the present invention is a technique for increasing the transmittance through color pigment compounding separation used in color resist materials. That is, the red resist is made with only pure red pigment without mixing the red pigment and the yellow pigment contained in the red color resist from the beginning. In addition, a yellow color raw material is not mixed with the green color resist (or filter), and a green color resist using only pure green pigment is produced. Thus, the red resist contains only pure red pigments. On the other hand, the yellow pigment giving a soft color is included in the overcoat material layer located under the color filters. In other words, in the present invention, a yellow overcoating material layer is formed under the color filter layer instead of the conventional transparent overcoating material layer.
위와 같이, 황색 오버 코팅 물질층을 사용할 때 상기 컬러 필터층 및 상기황색 오버 코팅 물질층을 통과하여 포토 다이오드(도2와 도3에서 도시되지는 않았으나 통상 상기 오버 코팅 물질층과 상기 CMOS 기판 사이에 형성된다) 내부로 투과되어 도달하는 빛의 색상은 상기 종래 투명 오버 코팅 물질층을 적용하였을 때와 비교하여 동일하게 된다.As described above, when a yellow overcoating material layer is used, a photodiode (not shown in FIGS. 2 and 3, but typically shown between FIGS. 2 and 3) is formed between the color filter layer and the yellow overcoating material layer and the CMOS substrate. The color of the light transmitted through the inside is the same as compared with the conventional transparent overcoating material layer.
또한, 안료의 총량이 일정하다고 한다면, 상기 적색 안료와 황색 안료를 각각 보다 넓은 부피의 해당 레지스트에 분포 시킬수가 있게 되므로 각 색상 안료의 밀도가 낮아지게 된다. 더욱이, 상기 각 레지스트와 상기 황색 오버 코팅 물질층 내부로 통과하는 빛의 산란(scattering) 효과도 현저히 줄일 수가 있게 되고 빛의 투과도도 증가하게 된다.In addition, if the total amount of the pigment is constant, since the red pigment and the yellow pigment can be distributed in the corresponding resist of a larger volume, respectively, the density of each color pigment is lowered. Furthermore, the scattering effect of the light passing through each of the resist and the yellow overcoating material layer can be significantly reduced and the light transmittance is also increased.
전술한 바와 같이, 위의 예는 적색 컬러 필터의 경우이나 상기 청색 컬러 필터 및 녹색 컬러 필터의 경우 또한 동일한 방법이 적용된다. 이와 같이, 상기 컬러 필터들의 물질들에 함유되는 컬러 안료들을 분리하여 각 컬러 필터의 물질을 제조하였을 때는 상기 컬러 필터들 및 상기 황색 오버 코팅층 내의 안료 분산을 더욱 수월하게 수행할 수 있어서 상기 컬러 필터용 레지스트 물질의 안정성을 극대화 시킬 수 있게 된다.As mentioned above, the same example applies to the red color filter or the blue color filter and the green color filter. As such, when the color pigments contained in the materials of the color filters are separated to prepare the material of each color filter, pigment dispersion in the color filters and the yellow overcoat layer may be more easily performed. The stability of the resist material can be maximized.
이하에서, 상기 본 발명에 따른 개념을 토대로 상기 이미지 센서 제조 방법을 설명하기로 한다.Hereinafter, the image sensor manufacturing method will be described based on the concept according to the present invention.
먼저, 각 컬러 필터 물질을 마련하고, 각 컬러 필터 물질에 함유된 서로 다른 색상의 안료들을 독립적으로 분리해 낸다. 본 실시예에서는 각 색상의 필터 물질로부터 황색 안료를 분리해 낸다. 따라서, 각 컬러 필터 물질은 순수 해당하는물질만을 함유한다. 이어서, 통상 CMOS 기판 상에 이 기판의 평탄화 용도로 사용되는 상기 황색 안료가 함유된 오버 코팅 물질층을 형성한다. 이어서, 상기 황색 안료가 함유된 오버 코팅 물질 층 상에 순수 청색 안료만을 함유한 적어도 하나의 청색 컬러 필터(또는 제 1 빛 색상 필터), 순수 녹색 안료만을 함유한 적어도 하나의 녹색 컬러 필터(제 2 빛 색상 필터), 그리고 순수 적색 안료만을 함유한 적어도 하나의 적색 컬러 필터(제 3 빛 색상 필터)를 형성한다.First, each color filter material is prepared, and the pigments of different colors contained in each color filter material are separated separately. In this example, the yellow pigment is separated from the filter material of each color. Thus, each color filter material contains only purely corresponding material. A layer of overcoating material containing the yellow pigment is then formed on a CMOS substrate, usually used for planarization of the substrate. Subsequently, at least one blue color filter (or first light color filter) containing only pure blue pigment on the overcoated material layer containing yellow pigment, and at least one green color filter containing only pure green pigment (second Light color filter), and at least one red color filter (third light color filter) containing only pure red pigment.
여기서, 위의 예는 빛의 삼원색에 해당하는 적색, 녹색, 그리고 청색 필터에 해당하는 것이나, 두가지 이상의 안료를 사용하는 다른 종류의 컬러 필터 물질들(즉, 시안:cyan, 마젠타:magenta, 황색:yellow)을 사용하는 이미지 센서의 제조에도 상기 안료 분리 방법이 그대로 사용될 수 있다.Here, the above example corresponds to the red, green and blue filters corresponding to the three primary colors of light, but different types of color filter materials using two or more pigments (ie cyan, magenta, magenta, yellow: The pigment separation method may be used as it is in the manufacture of an image sensor using yellow).
전술한 바와 같이 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 갖는다.As described above, the present invention has the following effects.
첫째, 상기 컬러 필터 어레이 물질들은 순수한 해당 색상 안료만을 함유하고, 투명한 오버 코팅 물질 대신 원하는 색상의 안료를 포함하는 오버 코팅 물질층이 사용되므로서, 안료의 밀도 감소 효과를 갖게 되고, 그래서 빛의 산란 효과를 줄일 수 있게 된다. 나아가 포토 다이오드 내부로 입사되는 빛의 총량이 증대되므로 컬러 이미지 센서의 빛에 대한 감도를 증대 시킬 수 있게 된다.First, the color filter array materials contain only pure corresponding color pigments, and instead of the transparent overcoating material, an overcoating material layer containing a pigment of a desired color is used, thereby having a density reducing effect of the pigment, so that light scattering The effect can be reduced. Furthermore, since the total amount of light incident into the photodiode is increased, the sensitivity of light of the color image sensor can be increased.
둘째, 각 컬러 필터의 물질내에 포함된 안료들이 분리되어 독립적으로 분산되어 지므로 각 컬러 필터 물질을 제조할 시 수월하게 되며 제조된 물질 또한 안정성을 갖게 된다.Second, since the pigments contained in the materials of each color filter are separated and dispersed independently, it is easy to prepare each color filter material, and the manufactured material also has stability.
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