KR100700264B1

KR100700264B1 - 이미지센서의 칼라필터 형성방법

Info

Publication number: KR100700264B1
Application number: KR1020010037406A
Authority: KR
Inventors: 임연섭
Original assignee: 매그나칩 반도체 유한회사
Priority date: 2001-06-28
Filing date: 2001-06-28
Publication date: 2007-03-26
Also published as: KR20030001076A

Abstract

본 발명은 이미지센서의 칼라필터에 관한 것으로 페시베이션막상에 사분파 하부반사층을 이중으로 형성한 뒤 마스킹/식각공정을 수행하여 레드, 그린, 블루중 어느 한 색을 필터링하는 제1필터를 형성하는 제1단계; 상기 제1단계의 결과물상에 평탄화공정을 수행한 뒤 사분파 하부반사층을 이중으로 형성하고 마스킹/식각공정을 수행하여 레드, 그린, 블루중 다른 한 색을 필터링하는 제2필터를 형성하는 제2단계; 및 상기 제2단계의 결과물상에 평탄화공정을 수행한 뒤 사분파 하부반사층을 이중으로 형성하고 마스킹/식각공정을 수행하여 레드, 그린, 블루중 나머지 한 색을 필터링하는 제3필터를 형성하는 제3단계를 포함하여 이루어진다.

이미지센서, 칼라필터, 다층칼라필터

Description

이미지센서의 칼라필터 형성방법 { Method for fabricating color filter of image sensor}

도1은 본 발명에 따른 블루색을 필터링하는 필터를 도시한 도면,

도2는 본 발명에 따른 그린색을 필터링하는 필터를 도시한 도면,

도3은 본 발명에 따른 레드색을 필터링하는 필터를 도시한 도면,

도4는 본 발명에 따른 칼라필터가 형성된 모습을 보인 도면,

도5는 본 발명에 따른 칼라필터의 광 투과 특성을 도시한 도면.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 페시베이션막 101 : 블루필터용 제1산화막

102 : 블루필터용 제1질화막 103 : 블루필터용 제2산화막

104 : 블루필터용 제2질화막 105 : 평탄화막

106 : 블루필터 201 : 그린필터용 제1산화막

202 : 그린필터용 제1질화막 203 : 그린필터용 제2산화막

204 : 그린필터용 제2질화막 205 : 평탄화막

206 : 그린필터 301 : 레드필터용 제1산화막

302 : 레드필터용 제1질화막 303 : 레드필터용 제2산화막

304 : 레드필터용 제2질화막 305 : 평탄화막

306 : 레드필터

본 발명은 이미지센서의 칼라필터 형성방법에 관한 것으로 특히, 칼라필터를 다층으로 구성하는 방법에 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) 커패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 커패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, CMOS(Complementary MOS; 이하 CMOS) 이미지센서는 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로 (signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소수만큼 MOS트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.

잘 알려진 바와 같이, 칼라 이미지를 구현하기 위한 이미지센서는 외부로부터의 빛을 받아 광전하를 생성 및 축적하는 광감지부분 상부에 칼라 필터가 어레이되어 있다. 칼라필터어레이(CFA : Color Filter Array)는 레드(Red), 그린(Green) 및 블루(Blue)의 3가지 칼라로 이루어지거나, 옐로우(Yellow), 마젠타(Magenta) 및 시안(Cyan)의 3가지 칼라로 이루어진다.

또한, 이미지센서는 빛을 감지하는 광감지부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 로직회로 부분으로 구성되어 있는바, 광감도를 높이기 위하여 전체 이미지센서 소자에서 광감지부분의 면적이 차지하는 비율(Fill Factor)을 크게 하려는 노력이 진행되고 있지만, 근본적으로 로직회로 부분을 제거할 수 없기 때문에 제한된 면적하에서 이러한 노력에는 한계가 있다. 따라서 광감도를 높여주기 위하여 광감지부분 이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 바꿔서 광감지부분으로 모아주는 집광기술이 등장하였는데, 이러한 집광을 위하여 이미지센서는 칼리필터 상에 마이크로렌즈(microlens)를 형성하는 방법을 사용하고 있다.

종래의 이미지센서의 칼라필터는 포토레지스트 성분을 이용하여 형성되는데 이러한 물질을 이용한 칼라필터는 필터 상호간의 오버랩이 상대적으로 크고 또한 온도 특성이 민감하여 후속 패키지 공정을 조심스럽게 수행하여야 하는 단점이 있었다.

인접하는 필터들간에 오버랩되는 부분이 많기 때문에 순수한 색 신호성분이 감소되고 이는 이미지센서의 색 재현성에 영향을 줄 뿐만 아니라 신호 대 잡음비의 저하를 초래하게 된다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 온도변화에 안정 하고 이미지센서의 색 재현성을 높인 칼라필터 제조방법을 제공함을 그 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 칼라필터 형성방법은,페시베이션막상에 사분파 하부반사층을 이중으로 형성한 뒤 마스킹/식각공정을 수행하여 레드, 그린, 블루중 어느 한 색을 필터링하는 제1필터를 형성하는 제1단계; 상기 제1단계의 결과물상에 평탄화공정을 수행한 뒤 사분파 하부반사층을 이중으로 형성하고 마스킹/식각공정을 수행하여 레드, 그린, 블루중 다른 한 색을 필터링하는 제2필터를 형성하는 제2단계; 및 상기 제2단계의 결과물상에 평탄화공정을 수행한 뒤 사분파 하부반사층을 이중으로 형성하고 마스킹/식각공정을 수행하여 레드, 그린, 블루중 나머지 한 색을 필터링하는 제3필터를 형성하는 제3단계를 포함하여 이루어진다.

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.

본 발명은 기존의 포토레지스트 성분의 칼라필터 대신에 산화막 및 질화막을 다중으로 구성하여 특정 파장대역의 광 신호만을 투과시키는 다중 광학 필터 (Multilayer Optical Filter)를 구성하여 이미지센서에 적용한 것이다.

본 발명에 따른 다중 광학 필터는 특정 컬러가 갖는 파장대역 이외의 빛에 대해서는 반사를 하는 사분파 하부반사층 (QWRS:Quarter Wavelength Reflector Stack) 형태의 반사층 구조를 갖는다.

QWRS 형태의 반사층은 투과시켜 주는 파장대역을 제외한 나머지 파장을 갖는 빛에 대하여는 반사를 시키는 반사층인데, 본 발명에서는 이러한 QWRS 형태의 반사층을 이중으로 형성하여 칼라필터를 형성한다.

먼저 도1에 도시되 본 발명에 따른 블루필터의 구조에 대해 설명한다.

블루필터는 두개의 QWRS 반사층으로 구성되어 있으며 각각의 QWRS 반사층의 기준 파장은 0.57㎚, 0.7㎚로 설정하였다.

상대적으로 작은 굴절률을 가진 산화막(굴절률 1.46)과 상대적으로 큰 굴절률을 가진 질화막(굴절률 2.2)을 교번하여 적층시켜 각각의 QWRS 반사층을 형성하였는데 먼저 형성되는 QWRS 반사층은 0.098㎚두께의 산화막(101)과 0.055㎚두께의 질화막(102)을 차례로 형성하고 이를 1쌍으로 하여 5쌍을 적층시켜 구성하였다.

나중에 형성되는 QWRS 반사층은 0.12㎚두께의 산화막(103)과 0.067㎚두께의 질화막(104)을 차례로 형성하고 이를 1쌍으로 하여 5쌍을 적층시켜 구성하였다.

이렇게 형성된 블루필터의 광투과 특성은 도 6에 도시된 바와 같이 각각의 QWRS 반사층의 기준파장인 0.57㎚, 0.7㎚ 파장대역을 갖는 빛을 반사시키고 있음을 볼 수 있다.

다음으로 그린필터의 구조에 대해 도2를 참조하여 설명하면, 블루필터와 유사하게 두개의 QWRS 반사층으로 구성되어 있으며 각각의 QWRS 반사층의 기준 파장 은 0.38㎚, 0.75㎚로 설정하였다. 그리고 먼저 형성되는 QWRS 반사층은 0.065㎚두께의 산화막(201)과 0.037㎚두께의 질화막(202)을 차례로 형성하고 이를 1쌍으로 하여 5쌍을 적층시켜 구성하였으며 나중에 형성되는 QWRS 반사층은 0.128㎚두께의 산화막(203)과 0.072㎚두께의 질화막(204)을 차례로 형성하고 이를 1쌍으로 하여 5쌍을 적층시켜 구성하였다.

이렇게 형성된 그린필터의 광투과 특성은 도 6에 도시된 바와 같이 각각의 QWRS 반사층의 기준파장인 0.38㎚, 0.75㎚ 파장대역을 갖는 빛을 반사시키고 있음을 볼 수 있다.

마지막으로 본 발명에 따른 레드필터를 도3을 참조하여 설명한다.

레드필터는 도3에 도시된 바와같이 먼저 형성되는 QWRS 반사층은 0.065㎚두께의 산화막(301)과 0.037㎚두께의 질화막(302)을 차례로 형성하고 이를 1쌍으로 하여 5쌍을 적층시켜 구성하였으며 나중에 형성되는 QWRS 반사층은 0.08㎚두께의 산화막(303)과 0.045㎚두께의 질화막(304)을 차례로 형성하고 이를 1쌍으로 하여 5쌍을 적층시켜 구성하였다.

이와 같은 레드필터의 기준파장은 각각 0.38㎚, 0.47㎚로 설정하였으며 이렇게 형성된 레드필터의 광투과 특성은 도 6에 도시된 바와 같이 각각의 QWRS 반사층의 기준파장인 0.38㎚, 0.47㎚ 파장대역을 갖는 빛을 반사시키고 있음을 볼 수 있다.

상기에서 기술된 칼라필터를 구성하는 각층의 두꼐와 구성은 본 발명에 따른 일 실시예에 지나지 않으며 마이크로렌즈와 포토다이오드 사이의 거리 또는 층간절 연막이나 마이크로렌즈의 두께등 여러 인자에 의하여 최적의 광특성을 갖도록 형성할 수 있다.

이와같은 3가지 필터를 페시베이션막(100)위에 형성하는 과정을 도4를 참조하여 설명한다.

먼저 페시베이션막(100) 상에 이중 QWRS 반사층을 형성하고 마스킹/에칭 공정과 평탄화막(105)을 형성하면 도5에 도시된 형태의 블루필터(106)가 완성된다. 그 후 이중 QWRS 반사층을 형성하고 마스킹/에칭 공정과 평탄화막(205)을 형성하면 도5에 도시된 형태의 그린필터(206)가 완성된다.

레드필터(306) 역시 같은 방법으로 형성하면 도5에 도시된 바와 같은 필터구조가 만들어 진다.

3가지의 칼라필터를 형성하는 순서는 바꾸어도 상관이 없다.

본 발명과 같이 칼라필터를 형성하게 되면 온도특성이 안정하고 컷오프 특성이 우수하며 색재현성이 뛰어난 칼라필터를 얻을 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 이미지센서에 적용하게 되면 필터간 오버랩을 줄일 수 있어 이미지센서의 색 재현성과 신호 대 잡음비를 향상하는 효과를 얻을 수 있고 또한 온도특성이 안정된 칼라필터를 형성할 수 있어 후속 공정이 용이해지는 효과가 있다.

Claims

이미지센서의 칼라필터 제조방법에 있어서,

페시베이션막상에 사분파 하부반사층을 이중으로 형성한 뒤 마스킹/식각공정을 수행하여 레드, 그린, 블루중 어느 한 색을 필터링하는 제1필터를 형성하는 제1단계;

상기 제1단계의 결과물상에 평탄화공정을 수행한 뒤 사분파 하부반사층을 이중으로 형성하고 마스킹/식각공정을 수행하여 레드, 그린, 블루중 다른 한 색을 필터링하는 제2필터를 형성하는 제2단계; 및

상기 제2단계의 결과물상에 평탄화공정을 수행한 뒤 사분파 하부반사층을 이중으로 형성하고 마스킹/식각공정을 수행하여 레드, 그린, 블루중 나머지 한 색을 필터링하는 제3필터를 형성하는 제3단계

를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 칼라필터 형성방법.
제1항에 있어서,

상기 제1필터는,

하나의 사분파 하부반사층은 0.098㎚두께의 산화막과 0.055㎚두께의 질화막을 차례로 적층하고 이를 1쌍으로 하여 5쌍을 적층시켜 구성하고,

다른 하나의 사분파 하부반사층은 0.12㎚두께의 산화막과 0.067㎚두께의 질화막을 차례로 적층하고 이를 1쌍으로 하여 5쌍을 적층시켜 구성하며,

각각의 사분파 하부반사층의 기준 파장은 0.57㎚, 0.7㎚인 것을 특징으로 하는 이미지센서의 칼라필터 형성방법.
제1항에 있어서,

상기 제2필터는,

하나의 사분파 하부반사층은 0.065㎚두께의 산화막과 0.037㎚두께의 질화막을 차례로 적층하고 이를 1쌍으로 하여 5쌍을 적층시켜 구성하고

다른 하나의 사분파 하부반사층은 0.08㎚두께의 산화막과 0.045㎚두께의 질화막을 차례로 적층하고 이를 1쌍으로 하여 5쌍을 적층시켜 구성하며

각각의 사분파 하부반사층의 기준 파장은 0.38㎚, 0.47㎚인 것을 특징으로 하는 다층 칼라필터 형성방법.
제1항에 있어서,

상기 제3필터는,

하나의 사분파 하부반사층은 0.065㎚두께의 산화막과 0.037㎚두께의 질화막을 차례로 적층하고 이를 1쌍으로 하여 5쌍을 적층시켜 구성하고

다른 하나의 사분파 하부반사층은 0.128㎚두께의 산화막과 0.072㎚두께의 질화막을 차례로 적층하고 이를 1쌍으로 하여 5쌍을 적층시켜 구성하며

각각의 사분파 하부반사층의 기준 파장은 0.38㎚, 0.75㎚인 것을 특징으로 하는 다층 칼라필터 형성방법.