KR100382723B1 - 고체촬상소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

균일한 크기의 마이크로 렌즈를 제공하며, 마이크로 렌즈의 곡률 특성을 향상시킬 수 있는 고체촬상소자 및 그 제조방법을 개시한다. 개시된 본 발명의 고체 촬상 소자의 구성은 다음과 같다. 수광 영역(a) 및 차광 영역(b)이 한정된 반도체 기판상에 보호막(220)이 형성된다. 이때, 보호막(220)은 각각 이격된 사다리꼴 모양을 갖는다. 이때, 이격 부분(221)은 하부로 갈수록 좁아지는 쐐기 형상을 가지며, 차광 영역(b) 상부에 위치될 수 있다. 그후, 보호막(220) 상부에 볼록 렌즈 형상의 마이크로 렌즈(222b)가 형성된다. 이때, 보호막(220) 사이의 이격 부분으로 마이크로 렌즈(222b)를 구성하는 포토레지스트가 흘러들어가므로, 자연적으로 마이크로 렌즈(222b)의 경계가 형성되고, 보호막(220)이 모두 균일한 크기 및 간격으로 형성되는 경우, 균일한 크기의 마이크로 렌즈(222b)가 제공된다.

Description

고체촬상소자 및 그 제조방법{Solid state image sensor and manufacturing method thereof}
본 발명은 반도체 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고체촬상소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
고체촬상소자는 민생용, 산업용, 방송용, 군수용 등 매우 다양한 응용분야를 가지고 있다. 예컨대, 고체촬상소자는 카메라, 캠코더, 멀티미디어, 감시카메라 등의 다양한 기기에 응용되고 있다. 특히 고체촬상소자의 소형화 및 다화소화가 진행됨에 따라, 온칩(on-chip)방식으로 마이크로렌즈를 포함하는 고체촬상소자는 그 수요가 점차 증가되고 있다.
고체촬상소자를 제조함에 있어서, 감도와 수율(yield)은 매우 중요한 항목이다. 따라서, 감도 향상을 위해 소자 상부에 마이크로렌즈를 형성하게 된다. 고체촬상소자로 입사된 광은 집광효율을 높이기 위해 설치된 마이크로렌즈를 통과한 후, 광 다이오드로 집광된다. 광 다이오드에 집광된 광은 신호전하로 전환되고, 이 신호전하는 수직전송 CCD(Charge coupled device)와 수평 전송 CCD와 같은 전송소자에 의해 출력단으로 전달된다. 출력단에 전달된 신호전하는 그 양에 대응하는 전기적 신호로 출력된다.
도 1은 일반적인 마이크로렌즈를 포함하는 고체촬상소자를 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 마이크로렌즈(122)는 평탄화된 보호막(120) 상에 형성되어 있다. 마이크로렌즈(122)는 통상 유기물로 형성되는데, 포토레지스트 패턴을 형성한 뒤 이를 열처리하여 플로우(flow)시킴으로써 적절한 곡률 반경을 가진 볼록렌즈형태로 만들어진다. 그러나 평탄한 2차원 보호막(120) 상에서 포토레지스트 패턴을 열적 플로우에 의하여 형성할 경우, 넓은 면적에 있어서의 국부적인 표면에너지 차이로 인하여 개개의 마이크로렌즈(122)의 크기가 조금씩 다르게 형성될 수 있다. 또한 마이크로렌즈(122) 형성 시 열 에너지를 계속 인가하여 마이크로렌즈와 보호막과의 접촉면적을 크게 하는 경우, 즉 곡률 반경을 증가시킬 경우, 일부 마이크로렌즈는 인접 마이크로렌즈와 서로 붙게 되기도 하고 다른 일부 마이크로렌즈는 인접 마이크로렌즈와 서로 붙지 않을 수도 있다. 한편 서로 붙게되는 마이크로렌즈에서도 중첩되는 부분의 포토레지스트 두께가 다를 수 있으며, 과도한 중첩이 발생하여 난반사의 원인이 되기도 한다. 따라서 각각의 마이크로렌즈에서는 화상의 집속 효율의 차이로 인하여 감도 차이가 발생하게 되고, 감도의 균일성(uniformity)이 저하되게 된다. 따라서 마이크로렌즈의 감도 향상 및 크기의 균일성을 확보하기 위해 마이크로렌즈의 곡률 반경을 키우는 것은 한계가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 마이크로렌즈의 곡률 반경을 가능한 크게 형성하여 마이크로렌즈의 크기 균일성을 유지하면서 감도의 균일성을 확보할 수 있는 고체촬상소자를 제공함에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 마이크로렌즈의 크기 균일성을 유지하면서 감도의 균일성을 확보할 수 있고, 마이크로렌즈의 곡률 반경을 가능한 크게 형성할 수 있는 고체촬상소자의 제조방법을 제공함에 있다.
도 1은 일반적인 마이크로렌즈를 포함하는 고체촬상소자를 도시한 단면도이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 고체촬상소자의 제조방법을 공정순서에 따라 도시한 단면도들이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 고체촬상소자의 제조방법을 공정순서에 따라 도시한 단면도들이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 고체촬상소자의 제조방법을 공정순서에 따라 도시한 단면도들이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 수광 영역 및 차광 영역을 갖는 반도체 기판 상에 형성되어 있으며, 상호 이격된 사다리꼴 모양의 보호막, 및 상기 보호막 사이의 이격부분에 포토레지스트가 채워져서 상호 연결되어 있으며, 소정의 곡률 반경을 갖는 볼록렌즈 형상의 마이크로렌즈를 포함하며, 상기 인접하는 사다리꼴 모양의 보호막의 경계는 상기 차광 영역상에 위치하고, 상기 이격부분은 하부로 갈수록 간격이 점점 좁아지는 형상을 갖는다.상기기 반도체 기판과 상기 보호막 사이에 평탄화층을 더 포함하고, 상기 평탄화층과 상기 보호막 사이에 상기 보호막에 대응하는 칼라 필터층을 더 포함할 수 있다.또한, 상기 보호막 사이의 이격부분은 쐐기 형상을 갖으며, 상기 상호 연결된 마이크로렌즈의 상부 연결 접점은 상기 이격부분 상단 부근에 형성된다.또한, 상기 반도체 기판 상부에는 광다이오드, 채널영역, 전하전송영역, 게이트 절연막, 전하전송전극, 층간절연막 및 차광막이 형성되어 있으며, 상기 보호막은 하이브리드 타입의 폴리아크릴 계열의 폴리이미드층으로 이루어지고, 상기 마이크로렌즈는 유기물인 노보랙 레진으로 이루어질 수 있다.또한, 본 발명의 다른 견지에 따른 고체촬상소자의 제조방법은, 수광 영역 및 차광 영역을 포함하는 기판 상에 폴리이미드를 도포하고, 사진식각공정을 이용하여 상호 이격된 사다리꼴 모양의 보호막을 형성한다. 그후에, 상기 보호막 상에 포토레지스트를 도포하고 포토레지스트 패턴을 형성한다음, 상기 포토레지스트 패턴에 열 에너지를 가하여 상기 이격부분에 포토레지스트가 흘러들어가도록 상기 포토레지스트 패턴을 플로우시켜, 각각이 상호 연결된 마이크로렌즈를 형성한다.또한, 보호막 형성 단계 전에, 상기 반도체 기판상에 평탄화층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 평탄화층 형성 후 상기 보호막 형성 전에, 상기 보호막에 대응하는 칼라 필터층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.아울러, 포토레지스트 패턴의 플로우는 상기 포토레지스트 패턴을 1차 플로우하여 상기 보호막 상에 제1 곡률 반경을 갖는 마이크로렌즈 패턴을 형성하는 단계와, 상기 마이크로렌즈 패턴에 열 에너지를 가하여 상기 이격부분에 포토레지스트가 흘러들어가도록 2차 플로우를 실시하여 상기 제1 곡률 반경보다 큰 제2 곡률 반경을 갖는 상기 마이크로렌즈를 형성하는 단계로 더 포함할 수 있다.상기 상호 연결된 마이크로렌즈의 상부 연결 접점은 상기 이격부분 상단 부근에서 형성되고, 상기 보호막 사이의 이격부분은 하부로 갈수록 점점 좁아지는 쐐기 형상을 갖도록 형성될 수 있다.이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되어져서는 아니된다. 이하의 설명에서 어떤 층이 다른 층의 위에 존재한다고 기술될 때, 이는 다른 층의 바로 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 제3의 층이 게재될 수도 있다. 또한 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되었다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
<실시예1>
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 고체촬상소자를 도시한 단면도이다. 도 5는 고체촬상소자중 특히 고감도용 고체촬상소자의 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 고체촬상소자는 수광 영역(a) 및 차광 영역(b)이 한정된 반도체 기판(200) 상에 형성되어 있으며, 서로 이격되어 있는 사다리꼴 모양의 보호막(220) 및 보호막(220) 사이의 이격부분(221)에 포토레지스트가 채워져서 상호 연결되어 있으며, 종래의 마이크로렌즈에 비해 증가된 곡률 반경을 갖는 볼록렌즈 형상의 마이크로렌즈(222b)를 포함하는 구조를 갖는다.
이때, 반도체 기판(200)에는 광다이오드(미도시), 채널영역(미도시), 게이트 절연막(202), 전하전송영역(미도시), 게이트 절연막(202), 전하전송전극(204, 208), 층간절연막(206, 210, 214) 및 차광막(212)이 형성되어 있을 수 있다. 수광 영역(a)은 마이크로렌즈(222b)를 통과한 빛을 차단하는 역할을 한다. 상기 수광 영역(a)의 반도체 기판(200)에는 광 다이오드가 형성되어 있으며, 차광 영역(b)의 반도체 기판(200)에는 전하 전송을 위한 채널영역과 전하전송영역이 형성되어 있다. 반도체 기판(200) 상에는 게이트 절연막(202)이 형성되어 있고, 게이트 절연막(202) 상에 형성된 전하전송전극(204, 208)은 광 다이오드에서 공급된 전하를 전송하는 역할을 한다. 차광막(212)은 빛을 차단할 수 있는 물질, 예컨대 금속물질로 구성되며, 차광 영역(b) 전체에 걸쳐 형성되어 있다. 보호막(220)은 상기 차광영역(b) 상부에 형성된 소자들 (예컨대, 전하전송전극(204, 208), 차광막(212) 등)에 의한 요철부위를 평탄화하며, 전하전송전극(204, 208) 및 차광막(212) 등을 보호한다. 이격부분(221)은 그의 상부가 하부보다 넓은 구조, 예를들어, 도 5에 도시된 바와 같이 쐐기 형상을 갖으며, 이러한 이격부분(221) 역시 도 5에 도시된 바와 같이 차광막(212)이 형성된 부분상에 위치한다. 보호막(220)은 하이브리드 타입의 폴리아크릴 계열의 폴리이미드층으로 이루어져 있다. 여기서, 사다리꼴 형태의 보호막(220)은 도면에서 보여지는 바와 같이, 각각 동일한 크기 및 동일한 간격으로 형성됨이 바람직하다. 패드(미도시)는 외부의 전기적 신호를 고체촬상소자로 공급하거나 고체촬상소자의 내부 전기적 신호를 외부로 전달하는 역할을 한다.
보호막(220) 상에는 마이크로렌즈(222b)가 형성되어 있다. 마이크로렌즈(222b)는 유기물인 포토레지스트, 예컨대 노보랙 레진으로 이루어져 있다. 마이크로렌즈(222b)를 형성하는 포토레지스트가 보호막(220) 상면 및 이격부분(221)을 점유하므로, 마이크로렌즈(222b)는 상호 연결되게 된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로렌즈(222b)는 종래의 마이크로렌즈(도 1의 122 참조)에 비해 큰 곡률 반경을 갖는 볼록렌즈 형상을 갖는다. 상호 연결된 마이크로렌즈(222b)의 상부 연결 접점, 즉 마이크로렌즈의 중첩부분은 보호막(222) 사이의 이격부분(221) 상단 부근에 형성되어 있다. 외부에서 입사된 빛은 이런 마이크로렌즈(222b)를 통과하면서 집속되어 반도체 기판(200)의 수광부, 즉 광 다이오드(a)로 입사된 후 전기적 신호로 바뀐다.
<실시예2>
도 7은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 고체촬상소자를 도시한 단면도이다. 도 7은 고체촬상소자중 특히 고감도용 고체촬상소자의 단면도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 고체촬상소자는 수광 영역(a) 및 차광 영역(b)이 한정된 반도체 기판(300) 상에 형성된 평탄화층(316)과, 평탄화층(316) 상에 형성되어 있으며, 서로 이격되어 있는 사다리꼴 모양의 보호막(320) 및 보호막(320) 사이의 이격부분(321)에 포토레지스트가 채워져서 상호 연결되어 있으며, 종래의 마이크로렌즈에 비해 증가된 곡률 반경을 갖는 볼록렌즈 형상의 마이크로렌즈(322b)를 포함하는 구조를 갖는다.
반도체 기판(300)에는 광다이오드(미도시), 채널영역(미도시), 게이트 절연막(302), 전하전송영역(미도시), 게이트 절연막(302), 전하전송전극(304, 308), 층간절연막(306, 310, 314) 및 차광막(312)이 형성되어 있을 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 수광 영역(a)은 마이크로렌즈(322b)를 통과한 빛을 수광하고, 차광 영역(b)은 빛을 차단하는 역할을 한다. 수광 영역(a)의 반도체 기판(300)에는 광 다이오드가 형성되어 있으며, 차광 영역(b)의 반도체 기판(300)에는 전하 전송을 위한 채널영역과 전하전송영역이 형성되어 있다. 반도체 기판(300) 상에는 게이트 절연막(302)이 형성되어 있고, 게이트 절연막(302) 상에 형성된 전하전송전극(304, 308)은 광 다이오드에서 공급된 전하를 전송하는 역할을 한다. 차광막(312)은 빛을 차단할 수 있는 물질, 예컨대 금속물질로 구성되며, 차광 영역(b) 전체에 걸쳐 형성되어 있다. 평탄화층(316)은 상기 차광영역(b) 상부에 형성된 소자들 (예컨대, 전하전송전극(304, 308), 차광막(312) 등)에 의한 요철부위를 평탄화하기 위해 형성되어 있으며, 전하전송전극(304, 308) 및 차광막(312) 등을 보호한다. 평탄화층(316)은 하이브리드 타입의 폴리아크릴 계열의 폴리이미드층으로 이루어지는 것이 바람직하다. 평탄화층(316) 상에는 서로 이격된 사다리꼴 모양의 보호막(320)이 형성되어 있다. 이격 부분(321)은 그의 상부가 하부보다 넓은 구조, 예를들어, 하부로 갈수록 점점 좁아지는 쐐기 형상을 가지며, 차광 영역(b) 상부에 위치할 수 있다. 보호막(320)은 하이브리드 타입의 폴리아크릴 계열의 폴리이미드층으로 이루어지는 것이 바람직하다. 패드(미도시)는 외부의 전기적 신호를 고체촬상소자로 공급하거나 고체촬상소자의 내부 전기적 신호를 외부로 전달하는 역할을 한다.
보호막(320) 상에는 마이크로렌즈(322b)가 형성되어 있다. 마이크로렌즈(322b)는 유기물인 포토레지스트, 예컨대 노보랙 레진으로 이루어져 있다. 마이크로렌즈(322b)를 형성하는 포토레지스트가 보호막(320) 상면 및 이격부분(321)을 점유하므로, 마이크로렌즈(322b)는 상호 연결되게 된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로렌즈(322b)는 종래의 마이크로렌즈(도 1의 122 참조)에 비해 큰 곡률 반경을 갖는 볼록렌즈 형상을 갖는다. 상호 연결된 마이크로렌즈(322b)의 상부 연결 접점, 즉 마이크로렌즈의 중첩부분은 보호막(322) 사이의 이격부분(321) 상단 부근에 형성되어 있다. 외부에서 입사된 빛은 이런 마이크로렌즈(322b)를 통과하면서 집속되어 반도체 기판(300)의 수광부, 즉 광 다이오드(a)로 입사된 후 전기적 신호로 바뀐다.
<실시예3>
도 7은 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 고체촬상소자를 도시한단면도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 고체촬상소자는 수광 영역(a) 및 차광 영역(b)이 한정된 반도체 기판(400) 상에 형성된 평탄화층(416)과, 평탄화층(316) 상에 형성된 칼라필터층(418)과, 칼라필터층(418) 상에 형성되어 있으며, 서로 이격되어 있는 사다리꼴 모양의 보호막(420) 및 보호막(420) 사이의 이격부분(421)에 포토레지스트가 채워져서 상호 연결되어 있으며, 종래의 마이크로렌즈에 비해 증가된 곡률 반경을 갖는 볼록렌즈 형상의 마이크로렌즈(422b)를 포함하는 구조를 갖는다. 즉, 평탄화층(416)과 보호막(420) 사이에 보호막(420)에 대응하는 칼라 필터층(418)을 더 포함하는 것을 제외하고는 상기 제2 실시예의 경우와 동일하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고체촬상소자의 제조방법을 설명한다.
<실시예1>
도 2 내지 도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 고체촬상소자(특히 고감도용 고체촬상소자)의 제조방법을 공정순서에 따라 도시한 단면도들이다.
도 2를 참조하면, 반도체 기판(200) 상에 광다이오드(미도시)와 채널영역(미도시) 및 전하전송영역(미도시) 등을 형성한 후, 게이트 절연막(202)을 형성하고, 상기 전하전송영역 상에 제1 전하전송전극(204)을 형성한다. 제1 전하전송전극(204) 상에 제1 전하전송전극(204)을 다른 소자들로부터 절연하기 위한 제1 층간절연막(206)을 형성한 후, 제2 전하전송전극(208)을 형성한다. 제2 전하전송전극(208) 상에 제2 전하전송전극(208)을 다른 소자들로부터 절연하기 위한 제2 층간절연막(210)을 형성한다. 상기 전하전송전극들(204, 208)은 다결정실리콘으로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 게이트 절연막(202), 제1 층간절연막(206) 및 제2 층간절연막(210)은 실리콘 산화막으로 형성하는 것이 바람직하다. 도 2에는 2개의 전하전송전극들(204, 208)만이 도시되어 있으나, 필요에 따라 3개 이상의 전하전송전극들을 형성할 수도 있다. 상기 전하전송전극들(204, 208)의 상부인 제2 층간절연막(210) 상에 차광막(212)을 형성한다. 차광막(212)은 빛이 투과할 수 없는 금속물질, 예컨대 0.1 중량%의 Si가 도핑된 알루미늄(Al)으로 형성하는 것이 바람직하다. 이어서, 차광막(212)을 다른 소자들로부터 절연하기 위한 제3 층간절연막(214)을 형성한다. 제3 층간절연막(214)은 실리콘 질화막으로 형성하는 것이 바람직하다. 이어서, 패드(미도시)를 형성한 후, 상기 결과물 상에 하이브리드 타입(hybrid type)의 폴리아크릴 계열의 폴리이미드(polyimide)를 도포한다. 상기 폴리이미드는, 예컨대 3㎛∼5㎛ 정도의 두께로 도포하는 것이 바람직하다. 이어서, 상기 폴리이미드층을 평탄화한 후, 사진 식각 공정을 이용하여 상호 이격된 사다리꼴 모양의 보호막(220)을 형성한다. 이격부분(221)은 그의 상부가 하부보다 넓은 구조, 예를들어, 하부로 갈수록 점점 좁아지는 쐐기 형상을 갖도록 형성하는 것이 바람직하다. 이어서, 패드(미도시) 상부의 보호막(220)을 제거하여 패드(미도시)를 노출시킨다.
도 3을 참조하면, 보호막(220) 상에 마이크로렌즈용 포토레지스트, 예컨대 노보랙 레진(Novolak Resin)을 도포한 후 패터닝하여 마이크로렌즈 형성을 위한 포토레지스트 패턴(222)을 형성한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 보호막(220) 상에 형성된 포토레지스트 패턴(222)에 열 에너지를 가하여 보호막(220) 사이의 이격부분(221)에 포토레지스트가 흘러들어가도록 포토레지스트 패턴(222)을 플로우시킨다. 그러면, 플로우된 포토레지스트가 보호막(220) 사이의 이격부분(221)으로 흘러들어가, 상기 이격부분(221)에 포토레지스트가 일부 체워지고, 각각 상호 연결된 마이크로렌즈(도 5의 222b)를 형성한다. 여기서, 상기 각각의 이격부분(221)으로 포토레지스트가 흘러들어가므로, 자연적으로 마이크로렌즈(222b)의 경계가 지어지고, 보호막(220)이 모두 균일한 크기 및 간격으로 형성되는 경우 균일한 크기의 마이크로렌즈가 제공될 수 있다. 또한, 이격부분(221)이 쐐기 형태로 매우 미세하므로, 보다 큰 곡률을 가질 수 있다. 이 경우, 포토레지스트 패턴(222)을 한번에 플로우시켜 도 5에 도시되어 있는 바와 같은 마이크로렌즈(도 5의 222b)를 형성할 수도 있으나, 다음과 같은 1차 및 2차 플로우 단계를 거쳐 형성할 수도 있다. 즉, 포토레지스트 패턴(222)에 열 에너지를 가하여 1차 플로우시킴으로써 보호막(220) 상에 소정의 곡률 반경을 갖는 마이크로렌즈 패턴(도 4의 222a)를 형성한 후, 다시 열 에너지를 가하여 2차 플로우시킴으로써 보호막(220) 사이의 이격부분(221)에도 상기 포토레지스트가 흘러들어간 형태인 최종적인 형상의 마이크로렌즈(도 5의 222b)를 형성할 수도 있다. 2차 플로우 후의 최종 마이크로렌즈(222b)의 곡률 반경은 1차 플로우에 의해 형성된 마이크로렌즈 패턴(222a)의 곡률 반경보다 크게 된다. 포토레지스트 패턴(222)의 플로우 조건은 보호막(220) 사이의 이격부분(221) 상단 부근에서 마이크로렌즈(도 5의 222b)와 인접 마이크로렌즈(도 5의 222b)간의 상부 연결 접점이 생기도록 조절하는 것이 바람직하다.
<실시예2>
도 6 및 도 7은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 고체촬상소자(특히 고감도용 고체촬상소자)의 제조방법을 공정순서에 따라 도시한 단면도들이다.
도 6을 참조하면, 반도체 기판(300) 상에 광다이오드(미도시), 채널영역(미도시), 전하전송영역(미도시), 게이트 절연막(302), 제1 전하전송전극(304), 제1 층간절연막(306), 제2 전하전송전극(308), 제2 층간절연막(310), 차광막(312), 제3 층간절연막(314)을 형성하는 공정은 상기 제1 실시예의 경우와 동일하다. 도 6에는 2개의 전하전송전극들(304, 308)만이 도시되어 있으나, 필요에 따라 3개 이상의 전하전송전극들을 형성할 수도 있음은 물론이다. 이어서, 패드(미도시)를 형성한 후, 반도체 기판(300) 상에 형성된 소자들(예컨대, 전하 전송전극(304, 308), 차광막(312) 등)에 의한 요철부위를 평탄화하기 위한 평탄화층(316)을 형성한다. 평탄화층(316)은 하이브리드 타입(hybrid type)의 폴리아크릴 계열의 폴리이미드(polyimide)로 형성하는 것이 바람직하다. 평탄화층(316) 전면에 폴리이미드를, 예컨대 3㎛∼5㎛ 정도의 두께로 도포하고, 사진 식각 공정을 이용하여 상호 이격된 사다리꼴 모양의 보호막(320)을 형성한다. 이격부분(321)은 그의 상부가 하부보다 넓은 구조를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다. 보호막(320)은 하이브리드 타입의 폴리아크릴 계열의 폴리이미드로 형성하는 것이 바람직하다. 이어서, 패드(미도시) 상부의 보호막(320)과 평탄화층(316)을 제거하여 패드(미도시)를 노출시킨다.
도 7을 참조하면, 이후의 공정, 즉 보호막(320) 상에 마이크로렌즈 형성을 위한 포토레지스트 패턴(도 3의 222 참조)을 형성하고, 포토레지스트 패턴(도 3의 222 참조)에 열 에너지를 가하여 마이크로렌즈(도 7의 322b)를 형성하는 공정은 상기 제1 실시예의 경우와 동일하다.
<실시예3>
도 8 및 도 9는 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 고체촬상소자의 제조방법을 공정순서에 따라 도시한 단면도들이다.
도 8을 참조하면, 반도체 기판 상에 광다이오드(미도시), 채널영역(미도시), 전하전송영역(미도시), 게이트 절연막(402), 전하전송전극(404, 408), 층간절연막(406, 410, 414), 차광막(412) 및 평탄화층(416)까지 형성하는 공정은 상기 제2 실시예의 경우와 같다. 이어서, 평탄화층(416) 상에 포토레지스트를 도포하고 패터닝한 후 이를 제1 염료로 염색하여 제1 칼라 필터층(418a)을 형성한 후, 다시 포토레지스트를 도포하고 패터닝한 후 이를 제2 염료로 염색하여 제2 칼라 필터층(418b)을 형성한다. 이러한 과정을 반복하여 필요한 만큼의 제3 칼라 필터층(418c), 제4 칼라 필터층(미도시) 등도 제조할 수 있다. 칼라 필터층(418) 전면 상에 폴리이미드를, 예컨대 3㎛∼5㎛ 정도의 두께로 도포하고, 사진 식각 공정을 이용하여 상호 이격된 사다리꼴 모양의 보호막(420)을 형성한다. 사다리꼴 모양의 보호막(420) 사이의 이격부분(421)은 그의 상부가 하부보다 넓은 구조를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다. 보호막(420)은 하이브리드 타입의 폴리아크릴 계열의 폴리이미드로 형성하는 것이 바람직하다.
도 9를 참조하면, 보호막(420)을 형성한 이후의 공정, 즉 포토레지스트 패턴(도 3의 222 참조)을 형성하고, 플로우하여 마이크로렌즈(도 9의 422b)를 형성하는 공정은 상기 제1 실시예의 경우와 동일하다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상내에서 당 분야에서 통상의지식을 가진 자에 의하여 많은 변형이 가능함은 명백하다.
본 발명에 의한 고체촬상소자 및 그 제조방법에 의하면, 마이크로렌즈의 크기 균일성과 마이크로렌즈의 큰 곡률 반경을 확보하기 위해 보호막 사이에 형성된 이격부분으로 마이크로렌즈 구성물, 즉 포토레지스트가 채워지도록 하여, 마이크로렌즈의 크기 균일성을 확보함과 더불어 광에 대한 마이크로렌즈의 감도 향상 및 감도의 균일성도 획득할 수 있다. 즉, 마이크로렌즈 하부의 보호막이 상호 이격되도록 패터닝함으로써, 이후의 마이크로렌즈 형성용 포토레지스트의 플로우 공정시 포토레지스트가 이격부분으로 스며들어 마이크로렌즈의 일부를 형성하게 되므로, 입사광의 난반사에 의한 광손실이 상당히 제거되고, 광의 입사통로를 제공하여 입사된 광의 집속 효율을 상당히 높일 수 있다.

Claims (15)

  1. 수광 영역 및 차광 영역을 갖는 반도체 기판 상에 형성되어 있으며, 상호 이격된 사다리꼴 모양의 보호막; 및
    상기 보호막 사이의 이격부분에 포토레지스트가 채워져서 상호 연결되어 있으며, 소정의 곡률 반경을 갖는 볼록렌즈 형상의 마이크로렌즈를 포함하며,
    상기 인접하는 사다리꼴 모양의 보호막의 경계는 상기 차광 영역상에 위치하고, 상기 이격부분은 하부로 갈수록 간격이 점점 좁아지는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반도체 기판과 상기 보호막 사이에 평탄화층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
  3. 제2항에 있어서, 상기 평탄화층과 상기 보호막 사이에 상기 보호막에 대응하는 칼라 필터층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
  4. 제1항에 있어서, 상기 보호막 사이의 이격부분은 쐐기 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
  5. 제1항에 있어서, 상기 상호 연결된 마이크로렌즈의 상부 연결 접점은 상기 이격부분 상단 부근에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
  6. 제1항에 있어서, 상기 반도체 기판 상부에는 광다이오드, 채널영역, 전하전송영역, 게이트 절연막, 전하전송전극, 층간절연막 및 차광막이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
  7. 제1항에 있어서, 상기 보호막은 하이브리드 타입의 폴리아크릴 계열의 폴리이미드층으로 이루어지고, 상기 마이크로렌즈는 유기물인 노보랙 레진으로 이루어진 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
  8. (a) 수광 영역 및 차광 영역을 포함하는 기판 상에 폴리이미드를 도포하고, 사진식각공정을 이용하여 상호 이격된 사다리꼴 모양의 보호막을 형성하는 단계;
    (b) 상기 보호막 상에 포토레지스트를 도포하고 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및
    (c) 상기 포토레지스트 패턴에 열 에너지를 가하여 상기 이격부분에 포토레지스트가 흘러들어가도록 상기 포토레지스트 패턴을 플로우시켜, 각각이 상호 연결된 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 보호막 형성 단계 전에, 상기 반도체 기판상에 평탄화층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 평탄화층 형성 후 상기 보호막 형성 전에, 상기 보호막에 대응하는 칼라 필터층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자의 제조방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 (c) 단계에서 포토레지스트 패턴의 플로우는
    상기 포토레지스트 패턴을 1차 플로우하여 상기 보호막 상에 제1 곡률 반경을 갖는 마이크로렌즈 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 마이크로렌즈 패턴에 열 에너지를 가하여 상기 이격부분에 포토레지스트가 흘러들어가도록 2차 플로우를 실시하여 상기 제1 곡률 반경보다 큰 제2 곡률 반경을 갖는 상기 마이크로렌즈를 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자의 제조방법.
  12. 제8항에 있어서, 상기 상호 연결된 마이크로렌즈의 상부 연결 접점은 상기 이격부분 상단 부근에서 형성되는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자의 제조방법.
  13. 제8항에 있어서, 상기 보호막 사이의 이격부분은 하부로 갈수록 점점 좁아지는 쐐기 형상을 갖도록 형성하는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자의 제조방법.
  14. 제8항에 있어서, 상기 반도체 기판에는 광다이오드, 채널 영역, 전하전송영역, 게이트 절연막, 전하전송전극, 층간절연막 및 차광막이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자의 제조방법.
  15. 제8항에 있어서, 상기 보호막은 하이브리드 타입의 폴리아크릴 계열의 폴리이미드층으로 이루어지고, 상기 마이크로렌즈는 노보랙 레진으로 이루어진 것을 특징으로 하는 고체촬상소자의 제조방법.
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