KR100660321B1 - 시모스 이미지 센서의 마이크로 렌즈 및 그의 제조방법 - Google Patents

시모스 이미지 센서의 마이크로 렌즈 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마이크로 렌즈사이의 간극이 존재하지 않아 광감지소자 영역 밖에서 유도되는 빛에 대해서도 최종적으로 광감지소자 영역 내부로 유도하여 광감응도를 개선하는 시모스 이미지 센서의 마이크로 렌즈 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 광감지 소자영역, 게이트전극, 층간절연막, 금속배선이 형성된 반도체 기판상에 다수의 컬러필터층을 형성하는 단계, 상기 다수의 컬러필터층 상에 오버코팅층을 형성하는 단계, 상기 오버코팅층 상에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계, 상기 마이크로 렌즈와 마이크로 렌즈 사이의 상기 컬러필터층의 경계지역에 상기 오버코팅층을 식각하여 홈을 형성하는 단계, 플로우공정을 진행하여 상기 홈을 상기 마이크로 렌즈의 곡면에 연장시키는 단계를 포함한다.
시모스 이미지 센서, 마이크로 렌즈, 오버코팅층, 플로우

Description

시모스 이미지 센서의 마이크로 렌즈 및 그의 제조방법{Micro Lens and method of manufacturing the same in CMOS image sensor}
도 1 내지 도 3은 종래기술의 시모스 이미지 센서의 마이크로 렌즈의 공정단면도
도 4는 종래기술의 마이크로 렌즈의 집광도
도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 시모스 이미지 센서의 마이크로 렌즈의 공정단면도
도 8은 본 발명에 따른 마이크로 렌즈의 집광도
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
21 : 반도체 기판 22 : 소자보호막
23 : 청색 컬러필터 패턴 24 : 적색 컬러필터 패턴
25 : 녹색 컬러필터 패턴 27 : 마이크로 렌즈
28 : 간극 29 : 오버코팅층
본 발명은 반도체 시모스 이미지 센서의 마이크로 렌즈 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 특히 마이크로 렌즈사이의 간극이 존재하지 않아 광감지소자 영역 밖에서 유도되는 빛에 대해서도 최종적으로 광감지소자 영역 내부로 유도하여 광감응도를 개선하는 시모스 이미지 센서의 마이크로 렌즈 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 이미지 센서는 광학 영상(optical image)을 전기신호로 변환시키는 반도체 소자로써, 개별 모스(MOS:metal-oxide-silicon) 캐패시터(capacitor)가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 이중결합소자(CCD:charge coupled device)와 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로에 사용하는 시모스(CMOS)기술을 이용하여 화소수 만큼 모스 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용한 시모스(CMOS:complementary MOS) 이미지 센서가 있다.
그리고 피사체의 정보를 전기적인 신호로 변환하는 시모스 이미지 센서는 포토다이오드가 들어있는 시그날 처리칩 들로 구성되어 있으며, 칩 하나에 증폭기(Amplifier), 아날로그/디지탈 변환기(A/D converter), 내부 전압 발생기(Internal voltage generator), 타이밍 제너레이터(Timing generator) 그리고 디지털 로직(Digital logic) 등이 결합되기도 하는데, 이는 공간과 전력 그리고 비용절감에 큰 장점을 갖고 있다. 이중결합소자(CCD)가 전문공정을 통하여 제조하지만, 시모스 이미지 센서는 이중결합소자보다 가격이 저렴한 실리콘 웨이퍼(Wafer)의 식각 공정을 통하여 대량생산이 가능하며, 집적도에서도 장점이 있다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 종래 기술의 시모스 이미지 센서의 마이크로 렌즈에 대하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 3은 종래기술의 시모스 이미지 센서의 마이크로 렌즈의 공정단면도이다.
도 1과 같이, 반도체 기판(10) 상에 도시하지 않았지만, 광감지 소자영역, 게이트전극, 층간절연막, 금속배선등 필요한 구성요소를 형성하고, 소자보호막(passivation layer)(11)을 적층하고, 소자보호막(11) 상에 청색 컬러필터 패턴(12), 적색 컬러필터 패턴(13), 그리고 녹색 컬러필터 패턴(14)을 순차적으로 형성한다. 도 2와 같이, 청색 컬러필터 패턴(12), 적색 컬러필터 패턴(13), 그리고 녹색 컬러필터 패턴(14) 상에 오버코팅층(overcoating layer)(15)을 형성하고, 오버코팅층(15) 상에 마이크로 렌즈 패턴(16)을 형성한다.
도 3과 같이, 마이크로 렌즈 패턴(16)에 대해 브리칭(bleaching)공정을 진행하고, 플로우(flow)시켜 마이크로 렌즈(17)를 형성한다. 마이크로 렌즈(17)를 형성하면, 마이크로 렌즈(17)와 마이크로 렌즈(17) 사이에 간극(A)이 발생한다.
도 4는 종래기술의 마이크로 렌즈의 집광도이다.
오버코팅층(15) 상에 마이크로 렌즈(17)가 형성되며, 마이크로 렌즈(17)의 양측면은 시모스 이미지 센서의 필요한 구성요소(18)에 의해서 차폐되고 중심부가 개구되는 형태이고, 마이크로 렌즈(17)의 중심을 통과한 빛이 광감지 소자(photo diode)(20)에 도달하게 된다. 따라서 B 또는 C 지역을 통과하는 광은 광감지 소자(20)에 도달하지만, 마이크로 렌즈(17)과 마이크로 렌즈(17) 사이의 간극(A)에 입사되는 빛은 어떤 광감지 소자(20)에도 도달하지 못하게 된다.
간극(A)은 0.1 ~ 0.4 um 정도이며, 간극(A)으로 인해 입사광이 광감지소자(20)에 도달하지 시모스 이미지 센서의 감응도 개선에 어려운 문제가 있다.
이와 같은 종래 기술의 시모스 이미지 센서는 다음과 같은 문제가 있다.
마이크로 렌즈사이에 간극이 존재하고, 간극을 통하여 입사하는 빛이 광감지 소자에 유도되지 못하여 시모스 이미지 센서의 광감응도를 개선하기 어려운 문제가 있다.
본 발명은 이와 같은 종래기술의 시모스 이미지 센서의 문제를 해결하기 위한 것으로, 마이크로 렌즈사이의 간극이 존재하지 않아 광감지소자 영역 밖에서 유도되는 빛에 대해서도 최종적으로 광감지소자 영역 내부로 유도하여 광감응도를 개선하는 시모스 이미지 센서의 마이크로 렌즈 및 그의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 따른 시모스 이미지 센서의 마이크로 렌즈는 광감지 소자영역, 게이트전극, 층간절연막, 금속배선이 형성된 반도체 기판상의 다수의 컬러필터층; 상기 다수의 컬러필터층 상에 각각의 상기 컬러필터층의 경계지역을 개구하는 오버코팅층 패턴; 상기 컬러필터층의 경계지역과 상기 오버코팅층 패턴 상의 마이크로 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 시모스 이미지 센서의 마이크로 렌즈 제조방법은 광감지 소자영역, 게이트전극, 층간절연막, 금속배선이 형성된 반도체 기판상에 다수의 컬러필터층을 형성하는 단계, 상기 다수의 컬러필터층 상에 오버코팅층을 형성하는 단계, 상기 오버코팅층 상에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계, 상기 마이크로 렌즈와 마이크로 렌즈 사이의 상기 컬러필터층의 경계지역에 상기 오버코팅층을 식각하여 홈을 형성하는 단계, 플로우공정을 진행하여 상기 홈을 상기 마이크로 렌즈의 곡면에 연장시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 시모스 이미지 센서의 마이크로 렌즈 제조방법에 있어서, 플로우공정을 진행하여 상기 오버코팅층의 일부와 상기 마이크로 렌즈으로 상기 간극에 상기 마이크로 렌즈의 곡면을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 시모스 이미지 센서의 마이크로 렌즈 제조방법에 있어서, 상기 오버코팅층은 O2 플라즈마 방법으로 식각하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 시모스 이미지 센서의 마이크로 렌즈 및 그의 제조방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 시모스 이미지 센서의 마이크로 렌즈의 공정단면도이다.
도 5와 같이, 반도체 기판(21) 상에 도시하지 않았지만, 광감지 소자영역, 게이트전극, 층간절연막, 금속배선등 필요한 구성요소를 형성하고, 소자보호막(passivation layer)(22)을 적층하고, 소자보호막(22) 상에 청색 컬러필터 패턴 (23), 적색 컬러필터 패턴(24), 그리고 녹색 컬러필터 패턴(25)을 순차적으로 형성한다. 그리고 청색 컬러필터 패턴(23), 적색 컬러필터 패턴(24), 그리고 녹색 컬러필터 패턴(25) 상에 오버코팅층(overcoating layer)(29)을 형성한다.
도 6과 같이, 오버코팅층(29) 상에 마이크로 렌즈 패턴(도시하지 않음)을 형성하고, 마이크로 렌즈 패턴에 대해 브리칭(bleaching)공정을 진행하고, 제 1 플로우(flow) 공정을 진행하여 마이크로 렌즈(27)를 형성한다. 도 7과 같이, 제 1 플로우 공정을 진행하여 마이크로 렌즈(27)를 형성한 후 마이크로 렌즈(27)과 마이크로 렌즈(27) 사이의 오버코팅층(29)을 O2 플라즈마(plasma) 공정으로 식각하여 간극(28)을 형성한다. 오버코팅층(29)이 감광막으로 쉽게 식각된다. 오버코팅층(29)의 일부와 마이크로 렌즈 패턴(26)에 대하여 제 2 플로우 공정을 진행하여 마이크로 렌즈(27)의 곡면이 간극(28)까지 연장된다.
도 8은 본 발명에 따른 마이크로 렌즈의 집광도이다.
오버코팅층(29) 상에 마이크로 렌즈(27)가 형성되며, 마이크로 렌즈(27)의 양측면은 시모스 이미지 센서의 필요한 구성요소(31)에 의해서 차폐되고 중심부가 개구되는 형태이고, 마이크로 렌즈(27)의 중심을 통과한 빛이 광감지 소자(photo diode)(30)에 도달하게 된다. 따라서 E 또는 F 지역을 통과하는 광은 광감지 소자(30)에 도달한다. 그리고 마이크로 렌즈(27)와 마이크로 렌즈(27) 사이의 간극(D) 지역은 오버코팅층(29)에 간극을 설정하여 마이크로 렌즈(27)의 에지가 연장되어 형성되어 있어 간극(D)에 입사되는 빛도 광감지 소자(30)에 유도된다.
즉 마이크로 렌즈사이의 간극이 존재하지 않아, 광감지소자 영역 밖으로 유도되는 빛에 대해서도 최종적으로 광감지 소자에 유도되게 하여 광감응도를 크게 개선시킬 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 시모스 이미지 센서의 마이크로 렌즈 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
마이크로 렌즈사이의 간극이 존재하지 않아 광감지소자 영역 밖에서 유도되는 빛에 대해서도 최종적으로 광감지소자 영역 내부로 유도하여 시모스 이미지 센서의 광감응도를 개선하고, 가용 가능한 면적을 최대로 이용하여 마이크로 렌즈를 형성함으로써 고집적화하는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 광감지 소자영역, 게이트전극, 층간절연막, 금속배선이 형성된 반도체 기판상에 다수의 컬러필터층을 형성하는 단계;
    상기 다수의 컬러필터층 상에 오버코팅층을 형성하는 단계;
    상기 오버코팅층 상에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계;
    상기 마이크로 렌즈와 마이크로 렌즈 사이의 상기 컬러필터층의 경계지역에 상기 오버코팅층을 식각하여 홈을 형성하는 단계;
    플로우공정을 진행하여 상기 홈을 상기 마이크로 렌즈의 곡면에 연장시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서의 마이크로 렌즈 제조방법.
  3. 삭제
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 오버코팅층은 O2 플라즈마 방법으로 식각하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서의 마이크로 렌즈 제조방법.
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