KR100720460B1

KR100720460B1 - 이미지 센서 및 그의 제조방법

Info

Publication number: KR100720460B1
Application number: KR1020050131369A
Authority: KR
Inventors: 김상식
Original assignee: 동부일렉트로닉스 주식회사
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2005-12-28
Publication date: 2007-05-22

Abstract

본 발명은 복수개의 포토다이오드가 형성된 반도체 기판; 상기 반도체 기판 상에 형성된 층간절연층; 상기 층간절연층 상에 형성된 컬러필터층; 상기 컬러필터층의 각 픽셀 상에 매트릭스 형식으로 형성된 평탄화층; 상기 평탄화층 상에 형성된 마이크로 렌즈를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 및 그의 제조방법에 관한 것으로서,

본 발명에 따르면, 상기 컬러필터층의 각 픽셀 상에 매트릭스 형식으로 평탄화층을 형성하여, 마이크로 렌즈의 균일성을 확보함으로써, 감도 향상 및 색재현성이 향상된 고품위의 이미지 센서의 제작이 가능해진다.

평탄화층, 마이크로 렌즈

Description

이미지 센서 및 그의 제조방법{Image Sensor and Method of manufacturing the same}

도 1은 종래기술에 따른 이미지 센서를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 2a 내지 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서를 개략적으로 도시한 평면도 및 A-A'라인의 단면도이다.

도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서 제조공정을 개략적으로 도시한 공정단면도이다.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 평탄화층 사이에 마이크로 렌즈를 형성하는 공정을 도시한 공정단면도이다.

<도면의 주요부의 부호에 대한 설명>

100 : 반도체 기판 200 : 층간절연층

250 : 평탄화층 300 : 컬러필터층

400 : 포토다이오드 500 : 마이크로 렌즈

본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로 보다 구체적으로는 마이크로 렌즈의 균일성을 확보하여 균일한 화상을 제공하는 이미지 센서에 관한 것이다.

일반적으로 이미지 센서는 광학 영상(optical image)을 전기적인 신호로 변환시키는 반도체 장치로써, CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서 소자와 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서 소자로 크게 나눌 수 있다.

이러한 이미지 센서는 조사되는 빛을 감지하는 포토 다이오드부와 감지된 빛을 전기적인 신호로 처리하여 데이터화하는 로직 회로부로 구성되는데, 상기 포토다이오드의 수광량이 많을수록 상기 이미지 센서의 광 감도(Photo Sensitivity) 특성이 양호해진다.

이러한, 광 감도를 높이기 위해서 이미지 센서의 전체면적 중에서 포토다이오드의 면적이 차지하는 비율(Fill Factor)을 크게 하거나, 포토다이오드 이외의 영역으로 입사되는 광의 경로를 변경하여 상기 포토다이오드로 집광시켜 주는 기술이 사용된다.

상기 집광 기술의 대표적인 예가 마이크로 렌즈를 형성하는 것인데, 이는 포토다이오드 상부에 광투과율이 좋은 물질로 통상적으로 볼록형 마이크로 렌즈를 만들어 입사광의 경로를 굴절시켜 보다 많은 양의 빛을 포토다이오드 영역으로 조사하는 방법이다.

이 경우 마이크로 렌즈의 광축과 수평한 빛이 마이크로 렌즈에 의해서 굴절되어 광축상의 일정 위치에서 그 초점이 형성되어 진다.

한편, 일반적인 이미지 센서는 간단히 포토다이오드(Photo Diode), 층간절연 층, 컬러필터(Color Filter), 마이크로 렌즈(Micro Lens) 등으로 구성된다.

상기 포토다이오드는 빛을 감지하여 전기적 신호로 바꾸어 주는 역할을 하고, 상기 층간절연층은 각 금속배선들 간에 절연을 시키는 역할을 하고, 상기 컬러필터는 RGB의 빛의 삼원색을 표현하며, 상기 마이크로 렌즈는 빛을 포토다이오드에 집광시켜주는 역할을 하게 된다.

이하에서, 도면을 참조로 종래의 이미지 센서를 설명하기로 한다.

도 1에서 알 수 있듯이, 복수개의 포토다이오드(40)가 형성된 반도체 기판(10) 상에 층간절연층(20)이 형성되어 있고, 상기 층간절연층(20) 상에 RGB 컬러필터층(30)이 상기 복수개의 포토다이오드(40)와 각각 대응되도록 형성되어 있다.

상기 컬러필터층(30) 상에는 컬러필터층(30)의 불균일한 표면층을 평탄화하기 위한 평탄화층(25)이 형성되어 있고, 상기 평탄화층(25) 상에는 마이크로 렌즈(50)가 상기 복수개의 포토다이오드(40) 및 컬러필터층(40)과 각각 대응되도록 형성되어 있다.

이미지 센서의 소형화, 다화소화로의 변화에 따라 단위면적당 더 많은 화소를 만들게 되면, 단위화소의 크기가 작아져 빛을 받아들이는 포토다이오드의 영역이 축소되어 감도는 줄어들게 된다.

상기 포토다이오드의 감도를 보상하기 위해서는 마이크로 렌즈의 크기를 크게 하여야 하는데, 그 경우 인접한 마이크로 렌즈가 서로 붙거나 떨어지는 정도가 조금씩 다르게 되어 화상의 균일도가 나빠지며, 또 하부의 선명도가 나빠진다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로,

본 발명의 제1목적은 각 픽셀 상에 매트릭스 형식으로 평탄화층을 형성하여, 마이크로 렌즈의 균일성을 확보함으로써, 화상이 균일하고 선명한 이미지 센서를 제공하는 것이고,

본 발명의 제2목적은 상기 이미지 센서를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 제1목적을 달성하기 위해서, 복수개의 포토다이오드가 형성된 반도체 기판; 상기 반도체 기판 상에 형성된 층간절연층; 상기 층간절연층 상에 형성된 컬러필터층; 상기 컬러필터층의 각 픽셀 상에 매트릭스 형식으로 형성된 평탄화층; 상기 평탄화층 상에 형성된 마이크로 렌즈를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이미지 센서를 제공한다.

이 때, 상기 컬러필터층은 모자이크 형식으로 형성될 수 있다.

상기 마이크로 렌즈는 포토레지스트 또는 절연 특성을 가지면서 빛을 투과시키는 절연물질로 이루어질 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 제2목적을 달성하기 위해서, 복수개의 포토다이오드가 형성된 반도체 기판을 준비하는 공정(제1공정); 상기 반도체 기판 상에 층간절연층을 형성하는 공정(제2공정); 상기 층간절연층 상에 컬러필터층을 형성하는 공정(제3공정); 상기 컬러필터층의 각 픽셀 상에 매트릭스 형식으로 평탄화층을 형성하는 공정(제4공정); 상기 평탄화층 상에 마이크로 렌즈를 형성하는 공정(제5공정) 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조방법을 제공한다.

이 때, 상기 층간절연층 상에 컬러필터층을 형성하는 공정(제3공정)은 상기 컬러필터층을 모자이크 형식으로 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.

상기 평탄화층 상에 마이크로 렌즈를 형성하는 공정(제5공정)은 상기 컬러필터층 상에 절연 특성을 가지면서 빛을 투과시키는 절연물질을 도포하는 공정; 상기 컬러필터층 상에 형성 절연물질층을 선택적으로 노광 및 현상하여 절연물질 패턴을 형성하는 공정; 상기 절연물질 패턴을 플러드 노광하여 표백하는 공정; 및 상기 절연물질 패턴을 열 플로우하여 그 표면이 곡면을 갖도록 하는 공정을 포함하여 이루어질 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

1. 이미지 센서

도 2a에서 알 수 있듯이, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는 반도체 기판(100) 상에 컬러필터층(300)이 형성되고, 상기 컬러필터층(300)의 각 픽셀 상에 매트릭스 형식으로 평탄화층(250)이 형성된다.

상기 컬러필터층(300)은 모자이크 형식으로 R(Red) 또는 B(Blue)가 G(Green)와 번갈아가며 형성된다.

상기 평탄화층(250)은 컬러필터층(300)의 보호, 평탄화층(250) 상부에 형성 되는 마이크로 렌즈(도시하지 않음)의 원활한 형성 및 초점거리의 조절을 위해 가시광선 영역에서 투명성이 좋은 유기물질 계열로 형성한다.

상기 평탄화층(250)을 마이크로 렌즈(도시하지 않음)의 유도층으로 활용하여 고품위의 마이크로 렌즈를 제작 가능하도록 함으로써, 감도가 높고 균일도가 우수한 이미지 센서의 제공이 가능해진다.

또한, 도 2b에서 알 수 있듯이, 상기 반도체 기판(100)은 복수개의 포토다이오드(400)를 포함하고 있으며, 반도체 기판(100) 상에는 층간절연층(200)이 형성된다.

상기 층간절연층(200) 상에는 컬러필터층(300)이 상기 복수개의 포토다이오드(400)와 각각 대응되도록 형성된다.

상기 컬러필터층(300)의 각 픽셀 상에 평탄화층(250)이 매트릭스 형식으로 형성되고, 상기 각각의 평탄화층(250) 상에 마이크로 렌즈(500)가 형성된다. 즉, 상기 평탄화층(250)은 도 2b에 도시된 바와 같이 각 픽셀별로 분리되도록 형성된다.

상기 평탄화층(250)은 0.1 ~ 1.0μm의 두께로 형성되며, 각 픽셀 크기의 40 ~ 90% 정도의 크기로 형성된다.

컬러필터층(300) 상부 전면에 평탄화층을 형성하는 것이 아니라, 상기 컬러필터층(300)의 각 픽셀 상에 그 크기의 40 ~ 90% 정도로 평탄화층(250)을 형성함으로써, 마이크로 렌즈(500)의 곡률을 쉽게 만들 수 있고, 마이크로 렌즈(500)의 크기도 균일하게 만들 수 있다.

마이크로 렌즈(500)가 균일하게 형성될 경우, 화상의 균일도 및 선명도가 좋아진다.

상기 마이크로 렌즈(500)는 포토레지스트 또는 절연 특성을 가지면서 빛을 투과시키는 절연물질로 이루어진다.

2. 이미지 센서 제조방법

우선, 도 3a에서 알 수 있듯이, 복수개의 포토다이오드(400)가 형성된 반도체 기판(100)을 준비한다.

그 후, 도 3b에서 알 수 있듯이, 상기 반도체 기판(100) 상에 층간절연층(200)을 형성한다.

그 후, 도 3c에서 알 수 있듯이, 상기 층간절연층(200) 상에 RGB 컬러필터층(300)을 형성한다.

이 때, 상기 컬러필터층(300)을 모자이크 형식으로 형성한다.

그 후, 도 3d에서 알 수 있듯이, 상기 컬러필터층(300)의 각 픽셀 상에 매트릭스 형식으로 평탄화층(250)을 형성한다. 즉, 상기 평탄화층(250)은 도 3d에 도시된 바와 같이 각 픽셀별로 분리되도록 형성된다.

상기 평탄화층(250)이 마이크로 렌즈(500)의 곡률을 쉽게 만들 수 있게 할 뿐 아니라 마이크로 렌즈를 균일하게 형성할 수 있도록 한다.

그 후, 도 3e에서 알 수 있듯이, 상기 매트릭스 형식의 평탄화층(250) 상에 마이크로 렌즈(500)를 형성하여 이미지 센서를 제조한다.

이 때, 상기 마이크로 렌즈(500)를 형성하는 공정은 도 4a 내지 도 4c에서 도시하였다.

우선, 도 4a에서 알 수 있듯이, 상기 컬러필터층(300) 상에 절연 특성을 가지면서 빛을 투과시키는 절연물질(520)을 도포한다.

그 후, 도 4b에서 알 수 있듯이, 상기 컬러필터층(300) 상에 형성 절연물질층(520)을 선택적으로 노광 및 현상하여 절연물질 패턴을 형성한다.

상기 패턴을 형성한 후, 상기 절연물질 패턴을 플러드 노광하여 표백한다.

그 후, 도 4c에서 알 수 있듯이, 상기 절연물질 패턴을 열 플로우하여 그 표면이 곡면을 갖도록 하면 마이크로 렌즈(500)가 완성된다.

상기 마이크로 렌즈(500)는 매트릭스 형식의 평탄화층(250)으로 인하여, 균일하게 형성되고, 상기 균일한 마이크로 렌즈(500)는 균일하고 선명한 화상을 제공한다.

상기 구성에 의한 본 발명에 따르면,

상기 컬러필터층의 각 픽셀 상에 매트릭스 형식으로 평탄화층을 형성하여, 상기 평탄화층을 마이크로 렌즈의 유도층으로 활용함으로써, 마이크로 렌즈의 균일성을 확보한다.

균일한 마이크로 렌즈의 제작이 가능해짐에 따라, 감도 및 색재현성이 향상된 고품위의 이미지 센서의 제작이 가능하다.

Claims

복수개의 포토다이오드가 형성된 반도체 기판;

상기 반도체 기판 상에 형성된 층간절연층;

상기 층간절연층 상에 형성된 컬러필터층;

각 픽셀별로 분리되도록 매트릭스 형식으로 상기 각 컬러필터층 상에 형성된 평탄화층;

상기 각 픽셀별로 분리된 상기 각각의 평탄화층을 덮도록 각각 형성된 마이크로 렌즈를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
제1항에 있어서,

상기 컬러필터층은

R(Red) 또는 B(Blue)가 G(Green)와 번갈아가며 모자이크 형식으로 형성된 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
삭제
복수개의 포토다이오드가 형성된 반도체 기판을 준비하는 공정;

상기 반도체 기판 상에 층간절연층을 형성하는 공정;

상기 층간절연층 상에 컬러필터층을 형성하는 공정;

각 픽셀별로 분리되도록 매트릭스 형식으로 상기 각 컬러필터층 상에 평탄화층을 형성하는 공정; 및

상기 각 픽셀별로 분리된 상기 각각의 평탄화층을 덮도록 각각의 마이크로 렌즈를 형성하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조방법.
제4항에 있어서,

상기 컬러필터층을 형성하는 공정은

R(Red) 또는 B(Blue)가 G(Green)와 번갈아가도록 모자이크 형식으로 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
삭제