KR100644521B1 - 마이크로렌즈의 겉보기 크기가 향상된 이미지센서 및 그제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 보호막 형성시 저온의 증착 공정으로 마이크로렌즈의 변형을 방지하면서 우수한 층덮힘성을 확보할 수 있는 이미지센서 및 그 제조 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은, 기판 상에 형성되며 소정의 간격으로 이격된 복수의 마이크로렌즈; 및 상기 마이크로렌즈 상에 플라즈마 화학기상증착 방식에 의해 형성된 제1산화막과, 상기 마이크로렌즈 사이의 골에서의 층 덮힘성을 확보하기 위해 상기 제1산화막 상에 SOG(Spin On Glass) 방식으로 형성된 제2산화막으로 이루어진 보호막을 포함하는 이미지센서를 제공한다.
또한, 본 발명은, 기판 상에 복수의 마이크로렌즈를 형성하는 단계; 상기 마이크로렌즈 상에 플라즈마 화학기상증착 방식을 이용하여 제1산화막을 형성하는 단계; 및 상기 제1산화막 상에 상기 마이크로렌즈 사이의 골에서의 층 덮힘성을 확보하기 위해 SOG 방식으로 제2산화막을 형성하는 단계를 포함하는 이미지센서 제조 방법을 제공한다.
이미지센서, 마이크로렌즈, 보호막, SOG(Spin On Glass), SiH4, H2O2, 층덮힘성.
Description
도 1은 이미지센서의 단위화소를 도시한 분해 사시도.
도 2는 3색의 단위화소 배열을 도시한 평면도.
도 3은 마이크로렌즈의 형성 공정을 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 보호막이 형성된 마이크로렌즈를 도시한 단면도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 유동성을 갖는 보호막으로 인해 마이크로렌즈의 겉보기 크기가 증가된 단면을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 SOG 방식으로 보호막이 형성된 공정 단면을 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따라 SiH4와 H2O2를 소스로 하는 CVD 방식으로 보호막이 형성된 공정 단면을 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
SUB : 기판 LTO :보호막
ML : 마이크로렌즈 W' : 마이크로렌즈의 증가된 겉보기 크기
본 발명은 이미지센서에 관한 것으로 특히, 마이크로렌즈의 보호막의 구조 및 그 형성 방법에 관한 것이다.
이미지센서는 광학 영상(Optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체소자이며, 전하결합소자(CCD : Charge Coupled Device)와 CMOS(Complementary MOS; 이하 CMOS) 이미지센서 등이 이에 속한다.
CCD는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 캐패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 소자이다.
반면, CMOS 이미지센서는 제어회로(Control circuit) 및 신호처리회로(Signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소수만큼 MOS 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(Output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.
CMOS 이미지센서는 높은 집적도 및 낮은 구동 전압 등의 장점에 의해 현재 휴대용 촬상 장치 등에 광범위하게 사용된다.
도 1은 이미지센서의 단위화소를 도시한 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 기판(SUB)에 포텐셜(Potential) 웰(Well)이 형성되어 있으며, 그 상부에 고농도의 N형 불순물 영역(n+)을 포함하는 포토다이오드(PD)가 형성되어 있다. 포토다이오드(PD) 주변에는 트랜스퍼 트랜지스터(도시하지 않음)와 리셋 트랜지스터(Rx)와, 증폭용 트랜지스터(Amp Tr; Amplifier Transistor) 등이 형성되어 있다. 한편, 칼럼 버스 구동을 위한 칼럼 버스 트랜지스터(CB Tr; Column Bus Transistor)와 로 셀렉트 버스(RSB; Row Select Bus) 등이 배치되어 있으며, 포토다이오드(PD)와 오버랩되는 상부에는 칼라필터(CF)와 마이크러렌즈(ML)가 형성되어 있다.
디자인 룰의 감소에 따라 이러한 단위화소의 멱적이 감소하게 되고, 이에 따라 단위소자들의 배열 또한 적층 구조로 이루어진다.
수광영역인 포토다이오드(PD)의 면적 감소로 인한 광감도 저하를 방지하기 위해 마이크로렌즈(ML)를 볼록 또는 오목형태로 형성하여 빛을 최대한 포토다이오드(PD)로 집중시키고 있다.
도 2는 3색의 단위화소 배열을 도시한 평면도이다.
도 2를 참조하면, 두개의 그린(G) 칼라와 각각 하나씩의 레드(R) 및 블루(B) 칼라의 단위화소가 배열되어 있다.
이렇듯 CMOS 이미지센서는 하나의 화소에 하나의 칼라만을 구현하고 이를 보간(Interpolation)의 방식으로 각 화소에 대한 RGB 각각의 색을 표현한다.
상기한 바와 같이, CMOS 이미지센서는 소자 위에 들어오는 빛을 실리콘 기판에 형성된 포토다이오드(PD)에 집광하기 위해 하나의 단위 화소에 각각 하나의 마 이크로렌즈(ML)를 갖는다.
도 3은 마이크로렌즈의 형성 공정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 마이크로렌즈(ML)는 포토레지스트(PR)와 같은 폴리머로 이루어져 있으며, 포토리소그라피(Photo lithography) 공정을 통해 패터닝된 후, 고온의 베이크(Bake) 공정에 의해 플로우(Flow)되어 형성된다.
이러한 플로우 공정의 특성상 마이크로렌즈는 인접 마이크로렌즈와 일정 거리 이상 이격되어야 한다. 일정 거리 이상 이격이 되지 않을 경우 플로우 공정에서 인접하는 마이크로렌즈 끼리 붙게 되어 정상적인 렌즈 형성이 안되는 불량이 발생한다.
마이크로렌즈 간의 이격은 입사된 빛을 100% 활용하지 못함을 의미한다. 예를 들면, 단위 화소의 사이즈가 3㎛ × 3㎛의 크기이고, 마이크로렌즈 크기를 이보다 0.2㎛ 작게 형성할 경우 영역 커버(Area coverage)는 약 87%(2.8×2.8/3.0×3.0)이 된다. 즉, 이 경우 빛의 13%를 사용하지 못하게 되는 것이다.
이러한 문제점은 CMOS 이미지센서의 고집적화에 따라 단위 화소의 사이즈가 감소하면 더욱 심각한 문제를 야기한다.
한편, 마이크로렌즈의 외부 충격으로 인한 스크래치(Scratch) 등의 문제를 해결하기 위해 보호막을 사용한다. 보호막으로는 마이크로렌즈의 변형을 방지하기 위해 저온산화막(Low Temperature Oxide; 이하 LTO라 함)을 사용한다.
도 4는 보호막이 형성된 마이크로렌즈를 도시한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 마이크로렌즈(ML) 상에 LTO가 보호막으로 형성되어 있다. LTO는 150℃ 정도의 온도에서 플라즈마 화학기상증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition; 이하 PECVD라 함) 방식에 의해 형성된다.
통상, LTO는 보호막으로서의 역할을 할 뿐만 아니라 마이크로렌즈(ML)의 겉보기 크기를 증가시키는 역할을 한다.
한편, PECVD 방식에 의한 LTO막은 150℃ 정도의 저온에서 형성하므로 저온 공정으로 인해 마이크로렌즈(ML)의 변형을 방지할 수 있으나. 층덮힘성이 우수하지 못하다.
이로 인해 마이크로렌즈(ML)의 상부에서는 균일하게 형성이 되는 반면, 마이크로렌즈(ML)의 측면에서는 원하는 증착 두께가 확보되지 않는다.
이러한 불량한 층덮힘성으로 인해, 마이크로렌즈(ML)의 원래의 크기와 LTO로 인한 겉보기 크기가 'W'로 사실상 동일하다.
따라서, 보호막 형성시 저온의 증착 공정으로 마이크로렌즈의 변형을 방지하면서 우수한 층덮힘성을 확보할 수 있는 공정 기술의 개발이 필요한 실정이다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 본 발명은, 보호막 형성시 저온의 증착 공정으로 마이크로렌즈의 변형을 방지하면서 우수한 층덮힘성을 확보할 수 있는 이미지센서 및 그 제조 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 기판 상에 형성되며 소정의 간격으로 이격된 복수의 마이크로렌즈; 및 상기 마이크로렌즈 상에 플라즈마 화학기상증착 방식에 의해 형성된 제1산화막과, 상기 마이크로렌즈 사이의 골에서의 층 덮힘성을 확보하기 위해 상기 제1산화막 상에 SOG(Spin On Glass) 방식으로 형성된 제2산화막으로 이루어진 보호막을 포함하는 이미지센서를 제공한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 기판 상에 형성되며 소정의 간격으로 이격된 복수의 마이크로렌즈; 및 상기 마이크로렌즈 상에 플라즈마 화학기상증착 방식에 의해 형성된 제1산화막과, 상기 마이크로렌즈 사이의 골에서의 층 덮힘성을 확보하기 위해 상기 제1산화막 상에 SiH4와 H2O2를 소스로 사용하는 화학기상증착 방식으로 형성된 제2산화막으로 이루어진 보호막을 포함하는 이미지센서를 제공한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 기판 상에 복수의 마이크로렌즈를 형성하는 단계; 상기 마이크로렌즈 상에 플라즈마 화학기상증착 방식을 이용하여 제1산화막을 형성하는 단계; 및 상기 제1산화막 상에 상기 마이크로렌즈 사이의 골에서의 층 덮힘성을 확보하기 위해 SOG 방식으로 제2산화막을 형성하는 단계를 포함하는 이미지센서 제조 방법을 제공한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 기판 상에 복수의 마이크로렌즈를 형성하는 단계; 상기 마이크로렌즈 상에 플라즈마 화학기상증착 방식을 이용하여 제1산화막을 형성하는 단계; 및 상기 제1산화막 상에 상기 마이크로렌즈 사 이의 골에서의 층 덮힘성을 확보하기 위해 SiH4와 H2O2를 소스로 사용하는 화학기상증착 방식으로 제2산화막을 형성하는 단계를 포함하는 이미지센서 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 SOG(Spin On Glass) 방식으로 보호막을 형성하여 마이크로렌즈의 골 사이에서의 층덮힘성을 높인다. 이 때, 1.5 ∼ 2.5 범위의 점도(Viscosity)를 가지고, 순수한 SiO2 로만 이루어진 실리케이트(Silicate) SOG막를 사용한다.
또한, SiH4와 H2O2를 소스로 사용하는 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition; 이하 CVD라 함) 방식을 이용하여 보호막을 형성한다. 이 방식의 경우로 저온 공정이 가능하고 막의 유동성을 확보할 수 있다.
따라서, 저온 공정에 의한 LTO의 구현이 가능하여 마이크로렌즈의 변형을 방지하면서, 마이크로렌즈 사이인 골에서의 층덮힘성을 확보하여 렌즈의 겉보기 크기를 증가시킬 수 있다.
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 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 유동성을 갖는 보호막으로 인해 마이크로렌즈의 겉보기 크기가 증가된 단면을 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 포토다이오드 등의 수광소자와 각종 트랜지스터 및 금속배선과 칼라필터 등이 형성된 기판(SUB) 상에 마이크로렌즈(ML)가 형성되어 있으며, 마이크로렌즈(ML) 상에 보호막인 저온산화막(LTO)이 형성되어 있다.
본 발명에서는 저온산화막(LTO) 형성시 저온 공정이 가능하면서도 층덮힘성이 우수한 산화막을 형성한다. 따라서, 마이크로렌즈(ML) 사이의 골에서의 우수한 층덮힘성을 확보할 수 있고, 마이크로렌즈(ML)의 겉보기 크기를 W'으로 증가시킬 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 보호막은 PECVD 방식에 의한 LTO와 층덮힘성이 우수한 SOG 방식에 의한 LTO가 적층된 구조 또는 PECVD 방식에 의한 LTO와 층덮힘성이 우수한 SiH4와 H2O2를 소스로 하는 CVD 방식에 의한 LTO가 적층된 구조를 갖는다.
이하에서는, 상기한 보호막 형성 공정을 실시예를 통해 알아 본다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 SOG 방식으로 보호막이 형성된 공정 단면을 나타낸다.
도 6을 참조하면, 기판(SUB) 상에 마이크로렌즈(ML)를 형성한 다음, 마이크로렌즈(ML) 상에 LTO인 보호막을 SOG 방식으로 형성하여 마이크로렌즈(ML) 사이인 골에서의 층덮힘성을 확보하고 있음을 알 수 있다.
보호막 형성시 먼저 PECVD 방식으로 보호막을 증착하여 'a'와 같이 얇게 형성 한 후, SOG 방식으로 'b'와 같이 골이 충분히 덮히도록 한다.
SOG 방식의 도포 특성상 유동성을 가지므로 주로 토폴로지가 낮은 부분 여 기서는, 골 부분에서 집중적으로 보호막이 형성된다.
도 6의 보호막 형성 공정을 보다 구체적으로 살펴 본다.
먼저, PECVD 방식으로 LTO막을 형성한 다음, SOG 방식으로 SOG막을 형성한다, 이 때, 사용되는 SOG 케미컬은 점도가 상당히 작아야 한다, 즉, 1.0 ∼ 2.5 범위의 점도를 갖는 SOG막을 사용한다. 실리케이트 SOG막(순수 SiO2로만 이루어진 SOG막)을 사용한다, 통상의 SOG막은 막의 안정성 및 내균일성 확보를 위하여 카본(Carbon)이나 수소(Hydrogen)을 함유한 재료를 사용하나, 본 발명의 경우에는 광특성을 고려하여 순수 SiO2로만 이루어진 실리케이트 SOG막을 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 광투과율을 고려하여 실록산(Siloxane), 하이드로젠 실세스퀴산(Hydrogen Silsesquioxane) SOG막을 사용할 수도 있다.
통상적인 마이크로렌즈 형상을 기준으로는 평판 웨이퍼에서 두께 100Å ∼ 2000Å의 범위로 SOG막을 두께를 설정하는 것이 바람직하다. 막 형성 후 100℃ ∼ 200℃의 온도에서 베이킹 공정을 실시하여 SOG막 내에 있는 수분을 제거한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따라 SiH4와 H2O2를 소스로 하는 CVD 방식으로 보호막이 형성된 공정 단면을 나타낸다.
도 7을 참조하면, 기판(SUB) 상에 마이크로렌즈(ML)를 형성한 다음, 마이크로렌즈(ML) 상에 LTO인 보호막을 SiH4와 H2O2를 소스로 하는 CVD 방식으로 형성하여 마이크로렌즈(ML) 사이인 골에서의 층덮힘성을 확보하고 있음을 알 수 있다.
보호막 형성시 먼저 PECVD 방식으로 보호막을 증착하여 마이크로렌즈(ML) 상 부에 얇게 형성 한 후, SiH4와 H2O2를 소스로 하는 CVD 방식으로 골이 충분히 덮히도록 한다.
SiH4와 H2O2를 소스로 하는 CVD 방식의 도포 특성상 유동성을 가지므로 주로 토폴로지가 낮은 부분 여기서는, 골 부분에서 집중적으로 보호막이 형성된다.
도 7의 보호막 형성 공정을 보다 구체적으로 살펴 본다.
먼저, PECVD 방식으로 LTO막을 형성한 다음, SiH4와 H2O2를 소스로 하는 CVD 방식으로 LTO막을 형성한다, SiH4와 H2O2를 소스로 0℃ ∼ 100℃의 온도 범위에서 SiH4와 H2O2를 반응시키면 웨이퍼 위에는 Si(OH)4막이 형성된다.
그런데, 이러한 Si(OH)4막은 준 액체 상태의 유동성을 보이기 때문에 마이크로렌즈(ML) 사이의 골에서 두껍게 형성되고 마이크로렌즈(ML)의 상부에서는 얇게 형성된다. 이 상태에서 150℃ ∼ 250℃의 온도에서 베이킹 공정을 실시하여 -OH기를 제거하면 SiO2막이 형성된다.
전술한 바와 같이 이루어지는 본 발명은, 마이크로렌즈 상에 통상의 방식 즉, PECVD 방식으로 LTO를 형성한 후, SOG막 또는 SiH4와 H2O2를 소스로 하는 CVD 방식으로 LTO를 형성함으로써 마이크로렌즈 사이에서의 층덮힘성을 확보할 수 있어, 저온 공정에 의해 마이크로렌즈의 변형을 방지하면서도 마이크로렌즈의 겉보기 크기를 증가시킬 수 있음을 실시예를 통해 알아 보았다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 본 발명은, 마이크로렌즈 보호막의 층덮힘성을 확보하여 마이크로렌즈의 겉보기 크기를 늘림으로써, 이미지센서의 광감도를 높이는 효과가 있다.
Claims (14)
- 기판 상에 형성되며 소정의 간격으로 이격된 복수의 마이크로렌즈; 및상기 마이크로렌즈 상에 플라즈마 화학기상증착 방식에 의해 형성된 제1산화막과, 상기 마이크로렌즈 사이의 골에서의 층 덮힘성을 확보하기 위해 상기 제1산화막 상에 SOG(Spin On Glass) 방식으로 형성된 제2산화막으로 이루어진 보호막을 포함하되,상기 제2산화막은 실리케이트, 실록산 또는 실세스퀴산을 이용하여 형성된 것을 특징으로 하는 이미지센서.
- 제 1 항에 있어서,상기 제2산화막은 평판 웨이퍼 기준으로 100Å 내지 2000Å의 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 이미지센서.
- 삭제
- 기판 상에 형성되며 소정의 간격으로 이격된 복수의 마이크로렌즈; 및상기 마이크로렌즈 상에 플라즈마 화학기상증착 방식에 의해 형성된 제1산화막과, 상기 마이크로렌즈 사이의 골에서의 층 덮힘성을 확보하기 위해 상기 제1산화막 상에 SiH4와 H2O2를 소스로 사용하는 화학기상증착 방식으로 형성된 제2산화막으로 이루어진 보호막을 포함하는 이미지센서.
- 기판 상에 복수의 마이크로렌즈를 형성하는 단계;상기 마이크로렌즈 상에 플라즈마 화학기상증착 방식을 이용하여 제1산화막을 형성하는 단계; 및상기 제1산화막 상에 상기 마이크로렌즈 사이의 골에서의 층 덮힘성을 확보하기 위해 SOG 방식으로 제2산화막을 형성하는 단계를 포함하되,상기 제2산화막을 형성하는 단계는,SOG 방식으로 상기 제2산화막을 증착하는 단계와, 상기 제2산화막 내의 수분을 제거하기 위해 베이크하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.
- 삭제
- 제 5 항에 있어서,상기 SOG 방식으로 증착시 SOG 케미컬의 점도가 1.0 내지 2.5인 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 제2산화막을 증착하는 단계에서, 평판 웨이퍼 기준으로 100Å 내지 2000Å의 두께로 증착하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 제2산화막을 증착하는 단계에서, 실케이트, 실록산 또는 실세스퀴산을 이용하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 베이크하는 단계는 100℃ 내지 250℃에서 실시하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.
- 기판 상에 복수의 마이크로렌즈를 형성하는 단계;상기 마이크로렌즈 상에 플라즈마 화학기상증착 방식을 이용하여 제1산화막을 형성하는 단계; 및상기 제1산화막 상에 상기 마이크로렌즈 사이의 골에서의 층 덮힘성을 확보하기 위해 SiH4와 H2O2를 소스로 사용하는 화학기상증착 방식으로 제2산화막을 형성하는 단계를 포함하는 이미지센서 제조 방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 제2산화막을 형성하는 단계는,SiH4와 H2O2의 반응을 통해 Si(OH)4막을 형성하는 단계와, 상기 Si(OH)4막을 베이크하여 -OH기를 제거하여 SiO2막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.
- 제 12 항에 있어서,상기 Si(OH)4막을 형성하는 단계는 0℃ 내지 100℃에서 실시하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.
- 제 12 항에 있어서,상기 Si(OH)4막을 베이크하여 -OH기를 제거하는 단계는 50℃ 내지 250℃에서 실시하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.
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