KR100485644B1 - 이미지 센서 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
이미지 센서 제조 방법을 개시한다.
본 발명은, 광 다이오드와 금속 배선의 공정이 완료된 반도체 기판 상에 보호막을 적층시키는 단계와; 보호막 상에 1차 평탄화층을 형성하는 단계와; 1차 평탄화층의 단위 화소의 광 다이오드 영역에 컬러 필터 어레이를 형성하는 단계와; 컬러 필터 어레이 상부에 OCM층(Over Coating Material layer)을 형성하는 단계와; OCM층 상부에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계와; 마이크로 렌즈 상부에 걸쳐 저온 산화막을 도포하는 단계와; 마이크로 렌즈와 저온 산화막 상에 광 다이오드의 크기만큼 마이크로 렌즈의 중앙 부분이 오픈(open)된 포토레지스트 마스크를 형성하고, OCM층이 노출될 때까지 보호막 및 마이크로 렌즈의 중앙 부분을 식각하는 단계와; 포토레지스트 마스크를 제거하는 단계로 이루어진다.
따라서, 본 발명은, 광 다이오드의 크기에 대응되게 마이크로 렌즈의 중앙 부분을 오픈시킴으로써, 광 다이오드로 수직으로 입사되는 빛의 투과량을 증가시켜 이미지 센서의 수광 효율을 증가시킬 수 있다.
Description
본 발명은 이미지 센서 제조 기술에 관한 것으로, 특히, 마이크로 렌즈의 중앙 부분에서의 수광(light transmittance) 효율을 높이는데 적합한 이미지 센서 제조 방법에 관한 것이다.
이미지 센서는 1차원 또는 2차원 이상의 광학 정보를 전기적 신호로 변환하는 장치로서, 크게 촬상관과 고체 촬상 소자로 분류될 수 있다. 여기서, 촬상관은 텔레비전을 중심으로 하여 화상처리기술을 구사하는 계측, 제어, 인식 등의 분야에서 널리 상용되면서 그 응용 기술이 발전되었다. 시판되는 고체의 이미지 센서는 MOS(Metal Oxide Semiconductor)형과 CCD(Charge Coupled Device)형의 2종류가 있다.
CMOS 이미지 센서는 CMOS 제조 기술을 이용하여 광학적 이미지를 전기적 신호로 변환시키는 소자로서, 픽셀 수만큼 MOS 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용하고 있다. CMOS 이미지 센서는, 종래 이미지 센서로 널리 사용되고 있는 CCD 이미지 센서에 비하여 구동 방식이 간편하고 다양한 스캐닝 방식의 구현이 가능하며, 신호처리 회로를 단일 칩에 집적할 수 있어 제품의 소형화가 가능할 뿐만 아니라, 호환성의 CMOS 기술을 사용하므로 제조 단가를 낮출 수 있고, 전력 소모 또한 크게 낮다는 여러 가지 장점을 지니고 있다.
한편, 통상적인 CMOS 이미지 센서는 빛을 감지하는 광감지소자 부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 로직회로 부분으로 구성되어 있다. 광감도를 높이기 위해서는 전체 이미지 센서 소자에서 광감지소자가 차지하는 면적 비율(통상, 'Fill Factor'라 칭함)을 크게 하는 것이 바람직하지만, 근본적으로 로직회로 부분을 완전히 제거할 수는 없기 때문에 면적에 있어서 어느 정도 제한적일 수밖에 없는 실정이다.
따라서, 광감지 부분 이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 변경하여 광감지 부분으로 모아줌으로써 광감도를 높이는 집광 기술이 필요한 바, 통상적으로 이미지 센서의 컬러 필터 어레이 상단부에는 집광을 위한 마이크로 렌즈가 구비된다.
도 1a 내지 도 1e는 이러한 전형적인 이미지 센서 제조 과정을 나타낸 공정 단면도이다.
먼저, 도 1a에서는, 필드 산화막이 형성된 반도체 기판 상에 광다이오드(101)와 트랜지스터(도시 생략됨)들을 형성하고, 금속배선 공정을 완료한 다음, 외부의 수분이나 스크래치로부터 소자를 보호하기 위한 보호막으로서 산화막(102)과 질화막(103)을 적층시킨다.
이후, 도 1b에서는 이러한 산화막(102)과 질화막(103) 상에 1차 평탄화층(104)을 형성함으로써, 토폴로지(topology) 단차를 극복하고, 양호한 점착력(adhesion)을 확보한다.
이러한 1차 평탄화층(104)을 형성한 후, 도 1c에서는 단위 화소의 광 다이오드(101) 영역에 컬러 필터 어레이(105)를 형성시킨다. 이러한 공정은 염색된 포토레지스터 도포, 노광 및 현상 공정에 의한 것으로, 포토 다이오드 영역 상에만 레드(R), 그린(G), 블루(B)의 컬러 필터(105)가 형성되는 것이다.
그런 다음, 도 1d에서는, 이러한 단위 화소 어레이 상부에 OCM층(Over Coating Material layer)(106)을 형성함으로써, 컬러 필터 어레이의 단차를 극복한다. 이러한 OCM층(106)은 후술하는 마이크로 렌즈를 균일하게 제조하고, 포커스 길이를 조절하기 위한 목적으로 이용된다. 이때, OCM층(106)은 레지스트 또는 산화막 또는 질화막 계열의 절연막이 사용될 수 있다.
끝으로, 도 1e에서는, 각 컬러 필터(105) 상에 광을 집약시켜주는 마이크로 렌즈(107)를 형성한 후, 마이크로 렌즈 표백(bleaching) 공정을 실시한다. 여기서, 마이크로 렌즈(107)의 재질은 포토레지스트로서, 이러한 마이크로 렌즈(107)를 형성하는 공정에서 노광 및 현상 공정 등이 수반된다.
이때, 이러한 마이크로 렌즈(107)를 통과하는 빛은, 예를 들어, 도 1e에 도시한 1-a, 1-b, 1-c의 경로를 거치는데, 각각의 경로(1-a, 1-b, 1-c)에서의 광 전송률, 즉, 수광 효율은 통상 70 내지 80% 범위로 제한되는 것이 일반적이다. 즉, 이상적인 마이크로 렌즈의 수광 효율은 100%가 되어야 하나, 실제 제조 공정에서는 표백 공정을 거친다 하더라도 그 효율이 70 내지 80% 정도 밖에 되지 않는다.
이러한 제한은, 특히, 컬러 이미지 센서에서 감도 저하의 체감 정도가 클 수 있다.
따라서, 보다 이상적인 수광 효율을 갖는 이미지 센서 제조 기법이 요망된다.
따라서, 본 발명은 상술한 요망에 의해 안출한 것으로, 광 다이오드의 크기에 대응되게 마이크로 렌즈의 중앙 부분을 오픈(open)시킴으로써, 광 다이오드로 수직으로 입사되는 빛의 투과량을 증가시켜 이미지 센서의 수광 효율을 증가시키도록 한 이미지 센서 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 이미지 센서 제조 방법에 있어서, 광 다이오드와 금속 배선의 공정이 완료된 반도체 기판 상에 보호막을 적층시키는 단계와; 보호막 상에 1차 평탄화층을 형성하는 단계와; 1차 평탄화층의 단위 화소의 광 다이오드 영역에 컬러 필터 어레이를 형성하는 단계와; 컬러 필터 어레이 상부에 OCM층(Over Coating Material layer)을 형성하는 단계와; OCM층 상부에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계와; 마이크로 렌즈 상부에 걸쳐 저온 산화막을 도포하는 단계와; 마이크로 렌즈와 저온 산화막 상에 광 다이오드의 크기만큼 마이크로 렌즈의 중앙 부분이 오픈된 포토레지스트 마스크를 형성하고, OCM층이 노출될 때까지 보호막 및 마이크로 렌즈의 중앙 부분을 식각하는 단계와; 포토레지스트 마스크를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조 방법을 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
설명에 앞서, 본 발명의 핵심 기술 요지는, 광 다이오드의 넓이 만큼에 해당하는 마이크로 렌즈의 중앙 부분을 오픈시켜서 광 전송률이 거의 100%에 도달하도록 컬러 이미지 센서의 감도를 개선한다는 것으로, 이러한 기술 사상으로부터 본 발명에서 목적으로 하는 바를 용이하게 달성할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명에 따른 이미지 센서 제조 방법은, 앞서 기술한 도 1a 내지 도 1e의 과정이 전제되어야만 하지만, 설명의 편의를 위해 중복되는 설명은 생략하기로 하고 도 1e의 후속 공정인 도 2a부터 본 발명의 실시예를 구체적으로 기술하기로 한다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이미지 센서 제조 과정을 도시한 단면도이다.
먼저, 도 2a에서는, 마이크로 렌즈(107) 상부에 걸쳐 저온 산화막(201)을 도포한다. 이러한 저온 산화막(201)은, 바람직하게는, 1000∼2000Å 두께로 도포될 수 있다.
그런 다음, 도 2b에서는, 이러한 마이크로 렌즈(107)와 저온 산화막(201) 상에 광 다이오드(101) 크기(X)만큼 마이크로 렌즈(107)의 중앙 부분이 오픈된 포토레지스트 마스크(202)를 형성하고, OCM층(106)이 노출될 때까지 산화막(201) 및 마이크로 렌즈(107)의 중앙 부분을 식각한다.
이후, 도 2c에서는, 포토레지스트 마스크(202)를 제거함으로써, 마이크로 렌즈(107)의 중앙 부분이 오픈된 상태의 이미지 센서를 제조한다. 이때, 이러한 포토레지스트 마스크(202)의 제거는, 경화된 마이크로 렌즈(107)가 식각되지 않는 범위내에서 선택 식각비를 설정함으로써 구현될 수 있다.
도 2c에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의하면, 광 다이오드(101)로 수직 입사되는 빛(2-a)의 수광 효율이 거의 100%에 이르게 되어 컬러 이미지 센서 제조시 감도를 현저히 향상시킬 수 있을 것이다.
이상, 본 발명을 실시예에 근거하여 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니라, 그 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 변형이 가능한 것은 물론이다.
따라서, 본 발명은, 이미지 센서의 감도를 향상시킬 수 있는 바, 이미지 센서의 제품 성능을 높이는 효과가 있다.
도 1a 내지 도 1e는 전형적인 이미지 센서 제조 과정을 도시한 단면도,
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이미지 센서 제조 과정을 도시한 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101 : 광 다이오드 102 : 산화막
103 : 질화막 104 : 1차 평탄화층
105 : 컬러 필터 106 : OCM층
107 : 마이크로 렌즈 201 : 저온 산화막
202 : 포토레지스트 마스크
Claims (3)
- 이미지 센서 제조 방법에 있어서,광 다이오드와 금속 배선의 공정이 완료된 반도체 기판 상에 보호막을 적층시키는 단계와;상기 보호막 상에 1차 평탄화층을 형성하는 단계와;상기 1차 평탄화층의 단위 화소의 광 다이오드 영역에 컬러 필터 어레이를 형성하는 단계와;상기 컬러 필터 어레이 상부에 OCM층(Over Coating Material layer)을 형성하는 단계와;상기 OCM층 상부에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계와;상기 마이크로 렌즈 상부에 걸쳐 저온 산화막을 도포하는 단계와;상기 마이크로 렌즈와 저온 산화막 상에 상기 광 다이오드의 크기만큼 상기 마이크로 렌즈의 중앙 부분이 오픈(open)된 포토레지스트 마스크를 형성하고, 상기 OCM층이 노출될 때까지 상기 보호막 및 마이크로 렌즈의 중앙 부분을 식각하는 단계와;상기 포토레지스트 마스크를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 보호막은 산화막 및 질화막인 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 저온 산화막의 두께는 1000 내지 2000Å인 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조 방법.
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