KR100410594B1 - 씨모스 이미지센서의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마이크로렌즈의 중앙부분을 제거하여 종래와 같은 집광이 가능하면서도 빛에너지의 손실을 감소시키는 씨모스 이미지센서의 제조방법에 관한 것으로, 이를 위해 본 발명은, 수광소자를 포함하는 관련소자가 형성된 기판 상에 소자보호막을 형성하는 단계; 상기 소자보호막 상에 칼라필터어레이와 평탄화막을 차례로 형성하는 단계; 및 상기 평탄화막상에 수광소자의 가장자리 주변부를 제외한 영역을 덮는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 포함하는 상기 평탄화막상에 플라즈마화학기상 증착 방식을 이용하여 산화막을 형성하는 단계; 상기 산화막을 이방성 식각하여 상기 수광소자의 가장자리 주변부에 대응하는 상기 평탄화막 상에 스페이서 형상의 마이크로렌즈를 형성하는 단계; 및 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 씨모스 이미지센서의 제조방법을 제공한다.

Description

씨모스 이미지센서의 제조방법 { The method of fabricating for CMOS Image sensor }

본 발명은 씨모스 이미지센서의 제조방법에 관한 것으로 특히, 마이크로렌즈의 중앙부분을 제거하여 종래와 같은 집광이 가능하면서도 빛에너지의 손실을 감소시키는 씨모스 이미지센서의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 이미지센서라 함은 광학 영상(optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체소자로서, 이중 전하결합소자(CCD : charge coupled device)는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 캐패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, CMOS(Complementary MOS; 이하 CMOS) 이미지센서는 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소 수 만큼 MOS트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.

이러한 다양한 이미지센서를 제조함에 있어서, 이미지센서의 감광도(photo sensitivity)를 증가시키기 위한 노력들이 진행되고 있는바 그 중 하나가 집광기술이다. 예컨대, CMOS 이미지센서는 빛을 감지하는 광감지부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 CMOS 로직회로부분으로 구성되어 있는바, 광감도를 높이기 위해서는 전체 이미지센서 면적에서 광감지부분의 면적이 차지하는비율(이를 통상 "Fill Factor"라 한다)을 크게 하려는 노력이 진행되고 있지만, 근본적으로 로직회로 부분을 제거할 수 없기 때문에 제한된 면적 하에서 이러한 노력에는 한계가 있다. 따라서 광감도를 높여주기 위하여 광감지부분 이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 바꿔서 광감지부분으로 모아주는 집광기술이 많이 연구되고 있다.

종래의 일반적인 이미지센서의 제조방법을 도1 내지 도2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도1은 세가지 칼라필터(2)가 형성되어 있고 각각의 칼라필터상에 마이크로렌즈(4)가 형성된 이미지센서를 도시한 도면이다.

도1에서 도면부호 (1)은 도2에서 제1층간절연막(11), 금속배선(12), 제2층간절연막(13)을 포함하는 하부막(1)을 가리킨다.

기판(0)위에 포토다이오드(10)를 비롯한 수광소자와 트랜지스터, 제1층간절연막(11), 금속배선 (12), 제2층간절연막(13)등 소정의 공정을 진행하고 이러한 소정공정이 완료된 하부막(1)상에 칼라 이미지 구현을 위한 세가지 종류의 칼라필터(2) 형성공정을 진행한다. 그 이후에 OCM(Over Coating Material) (3)을 이용한 평탄화 공정을 진행한다.

칼라필터의 물질은 통상 염색된 포토레지스트를 사용하며 OCM막(3)은 일종의 감광막으로서 후속 마이크로렌즈 마스크 패터닝을 용이하게 하기 위한 평탄화 목적으로 쓰인다. OCM막을 이용하여 평탄화공정을 수행한 다음 광집속율을 증가시키기 위해 마이크로렌즈(4)를 형성하는데 마이크로렌즈는 주로 유기물 포토레지스트 물질을 이용하여 형성되며 다음과 같이 수행된다.

마이크로렌즈 감광제를 도포한 후 마스크 공정을 통해 패턴을 형성한다. 이후 베이킹을 하여 마이크로렌즈를 플로우 시켜서 돔 형태의 마이크로렌즈를 형성시키게 된다.

도2는 이러한 종래기술에 따른 이미지센서의 마이크로렌즈가 갖는 문제점을 도시한 도면이다.

도2에 도시된 바와 같이 ① 과 ②에서 입사하는 빛은 볼록렌즈 형태의 마이크로렌즈를 통하여 유효(Effective) 포토다이오드 영역으로 집광되지만 ③에서 입사하는 빛은 마이크로렌즈의 두꺼운 부분을 통과하기 때문에 오히려 투과율이 저하된다.

이와같이 ③에서 입사하는 빛의 광에너지는 효율적인 집광을 위한 마이크로렌즈를 통과하면서 오히려 감소하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 포토다이오드로 입사하는 빛의 광에너지가 손실되지 않고 효율적인 집광이 가능한 씨모스 이미지센서의 제조방법을 제공함을 그 목적으로 한다.

도1은 종래의 마이크로렌즈를 포함하여 구성된 이미지센서를 도시한 도면.

도2는 종래의 문제점을 도시한 도면.

도3은 본 발명의 기술적 요지를 도시한 도면.

도4 내지 도7은 본 발명에 따른 이미지센서의 제조공정을 도시한 도면.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

0 : 기판 1 : 하부막

2 : 칼라필터 3 : 오버코팅물질

4 : 마이크로렌즈 5 : 저온산화막

6 : 스페이서산화막 10 : 포토다이오드

11 : 제1층간절연막 12 : 금속배선

13 : 제2층간절연막 14 : 칼라필터

15 : 오버코팅물질 16 : 마이크로렌즈

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 수광소자를 포함하는 관련소자가 형성된 기판 상에 소자보호막을 형성하는 단계; 상기 소자보호막 상에 칼라필터어레이와 평탄화막을 차례로 형성하는 단계; 및 상기 평탄화막상에 수광소자의 가장자리 주변부를 제외한 영역을 덮는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 포함하는 상기 평탄화막상에 플라즈마화학기상 증착 방식을 이용하여 산화막을 형성하는 단계; 상기 산화막을 이방성 식각하여 상기 수광소자의 가장자리 주변부에 대응하는 상기 평탄화막 상에 스페이서 형상의 마이크로렌즈를 형성하는 단계; 및 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 씨모스 이미지센서의 제조방법을 제공한다.

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 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도3은 본 발명의 기술적 요지를 도시한 도면으로 이를 참조하여 본 발명의 기술적 요지를 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 마이크로렌즈의 집광능력을 향상시키는데 있어서 입사하는 빛의 에너지를 최대한으로 수용하기 위하여 마이크로렌즈의 형태를 변화시켰다.

도3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 마이크로렌즈의 형태는 하부에 존재하는 포토다이오드(10)등의 수광소자와 대응되는 평탄화막상의 가장자리 주변부에 스페이서 형상의 마이크로렌즈를 형성하여 효과적인 집광이 가능하도록 한 것이다.

④부분과 ⑤부분으로 입사하는 빛은 종래와 마찬가지로 마이크로렌즈에 의해 포토다이오드 영역으로 집광되지만 ⑥부분으로 입사하는 빛은 광에너지의 손실없이 포토다이오드 영역으로 입사하는 것이 도3에 도시되어 있다.

이와 같은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로렌즈의 형성방법을 도4 내지 도7을 참조하여 설명한다.

도4에 도시된 바와 같이 수광소자를 비롯한 소자들이 형성되어 있는 기판상(0)에 소자보호막 형성등 소정공정이 완료된 하부막(1)을 형성하고 그 상부에 칼라필터(2)를 형성한다.

마이크로렌즈를 형성하기 전에 평탄화목적으로 OCM막(3)을 형성하고 마이크로렌즈용 포토레지스트(4)를 도포하고 패터닝하여 도4에 도시된 바와 같은 사각형 형태를 만든다.

상기 포토레지스터를 패터닝할 때는 수광소자와 오버랩되는 영역에 마이크로렌즈가 형성되도록 패터닝한다.

그 결과물상에 도5에 도시된 바와 같이 저온 산화막(5)을 PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 방법으로 5000Å ~ 10000Å의 두께로 형성한다.

그리고 나서 전면식각을 수행하여 도6에 도시된 바와 같이 사각형 형태의 마이크로렌즈용 포토레지스트(4)의 측벽에 스페이서 산화막(6)을 형성한다.

여기서. 산화막(6)은 수광소자의 가장자리 주변부에 대응하는 상기 평탄화막상에 스페이서 형상으로 형성되며 포토다이오드 영역이외의 지역으로 입사하는 빛을 포토다이오드로 집광하여 주는 마이크로렌즈 역할을 하게 된다.

스페이서 형상의 산화막(6)을 형성한 후에 포토레지스트(4)를 O₂플라즈마 식각을 수행하여 제거하여 최종적으로 도 7에 도시된 형태의 마이크로렌즈를 형성한다.

이와 같이 마이크로렌즈의 형태를 달리하여 형성하게 되면 마이크로렌즈의 중앙부분으로 입사하는 빛은 광손실 없이 포토다이오드 영역으로 입사하게 되고 마이크로렌즈의 가장자리 부분으로 입사하는 빛은 종래와 같이 마이크로렌즈에 의해 포토다이오드 영역으로 집광되므로 씨모스 이미지센서의 광 감도를 높일 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명이 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 명백할 것이다.

본 발명을 이미지센서의 제조에 적용하게 되면 종래와 같은 집광이 가능하면서도 마이크로렌즈의 중앙부분으로 입사하는 빛의 광에너지 손실을 없앨수 있기 때문에 전체 이미지센서의 광감도를 향상시키는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 삭제
2. 수광소자를 포함하는 관련소자가 형성된 기판 상에 소자보호막을 형성하는 단계;

   상기 소자보호막 상에 칼라필터어레이와 평탄화막을 차례로 형성하는 단계; 및

   상기 평탄화막상에 수광소자의 가장자리 주변부를 제외한 영역을 덮는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;

   상기 포토레지스트 패턴을 포함하는 상기 평탄화막상에 플라즈마화학기상 증착 방식을 이용하여 산화막을 형성하는 단계;

   상기 산화막을 이방성 식각하여 상기 수광소자의 가장자리 주변부에 대응하는 상기 평탄화막 상에 스페이서 형상의 마이크로렌즈를 형성하는 단계; 및

   상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계

   를 포함하여 이루어지는 씨모스 이미지센서의 제조방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 산화막은, 5000Å 내지 10000Å의 두께로 증착하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지센서의 제조방법.
4. 제2항에 있어서,

   상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계에서, 산소 플라즈마 식각을 이용하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지센서의 제조방법.