KR100729736B1 - 이미지 센서 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 이미지 센서 모듈 밖의 외부렌즈와 이미지 센서간의 초점을 조절하여, 픽셀간의 크로스 토크 현상을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
이를 위한 본 발명에 의한 이미지 센서는, 복수의 광활성 영역이 형성된 기판 상에 형성되며, 금속배선을 포함하는 다층의 절연막; 상기 절연막 상에 형성되며, 상기 기판의 양측 가장자리에 형성된 상기 광활성 영역과 대응하는 볼록렌즈가 형성된 보호막; 상기 볼록렌즈를 포함한 상기 보호막 상부에 형성된 컬러필터; 및 상기 컬러필터 상부에 형성된 마이크로 렌즈를 포함하되, 기 볼록렌즈는, 상기 기판의 최외각 양측 가장자리에 형성된 광활성 영역에서부터 1 내지 2,000번째 픽셀라인에 형성된 각각의 광활성 영역과 대응하도록 형성된 것이다.
이미지 센서, 볼록렌즈, 외부렌즈, 픽셀, 초점
Description
도 1은 종래기술에 따른 이미지 센서에서 외부렌즈의 광굴절에 의해 픽셀어레이로 입사되는 광의 경로를 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 구조를 나타내는 단면도.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도.
도 4a 및 도 4b는 전자그림자 효과에 의한 패턴 가장자리의 식각속도 증가현상을 설명하기 위한 단면도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
50: 반도체 기판 1: 포토 다이오드
2: 제 1 절연막 3: 제 1 금속배선
4: 제 2 절연막 5: 제 2 금속배선
6: 제 3 절연막 7: 제 1 보호막
8: 제 2 보호막 PR: 감광막 패턴
9: 볼록렌즈 10: 제 1 평탄화막
11: 컬러필터 12: 제 2 평탄화막
13: 마이크로 렌즈 14: 외부렌즈
본 발명은 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 이미지 센서 모듈 밖의 외부렌즈와 이미지 센서간의 초점을 조절하여, 픽셀간의 크로스 토크 현상을 감소시킬 수 있는 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지 센서(image sensor)는 광학적 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로써, 크게 전하 결합 소자(charge coupled device; CCD)와 씨모스(CMOS; complementary metal oxide silicon) 이미지 센서로 구분된다.
상기 CCD는 빛의 신호를 전기적 신호로 변환하는 복수개의 포토 다이오드(photo diode; PD)가 매트릭스 형태로 배열되고, 상기 매트릭스 형태로 배열된 각 수직 방향의 포토 다이오드 사이에 형성되어 상기 각 포토 다이오드에서 생성된 전하를 수직방향으로 전송하는 복수개의 수직 방향 전하 전송 영역(vertical charge coupled device; VCCD)과, 상기 각 수직 방향 전하 전송 영역에 의해 전송된 전하를 수평방향으로 전송하는 수평 방향 전하 전송 영역(horizontal charge coupled device; HCCD) 및 상기 수평방향으로 전송된 전하를 센싱하여 전기적인 신호를 출력하는 센스 증폭기(sense amplifier)를 구비하여 구성된 것이다.
그러나, 이와 같은 CCD는 구동 방식이 복잡하고, 전력 소비가 클 뿐만 아니라, 다단계의 포토 공정이 요구되므로 제조 공정이 복잡한 단점을 갖고 있다. 또한, 상기 CCD는 제어 회로, 신호 처리 회로, 아날로그/디지털 변환 회로(A/D converter) 등을 전하 결합 소자 칩에 집적시키기가 어려워 제품의 소형화가 곤란하다는 단점을 갖는다.
최근에는 상기 CCD의 단점을 극복하기 위한 차세대 이미지 센서로서 CMOS 이미지 센서가 주목을 받고 있다.
상기 CMOS 이미지 센서는 제어 회로 및 신호 처리 회로 등을 주변 회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 단위 화소의 수량에 해당하는 모스 트랜지스터들을 반도체 기판에 형성함으로써, 상기 모스 트랜지스터들에 의해 각 단위 화소의 출력을 순차적으로 검출하는 스위칭 방식을 채용한 소자이다.
즉, 상기 CMOS 이미지 센서는 단위 화소 내에 포토 다이오드와 모스 트랜지스터를 형성시킴으로써 스위칭 방식으로 각 단위 화소의 전기적 신호를 순차적으로 검출하여 영상을 구현한다.
상기 CMOS 이미지 센서는 CMOS 제조 기술을 이용하므로 비교적 적은 전력 소모, 비교적 적은 포토 공정 스텝 수에 따른 단순한 제조공정 등과 같은 장점을 갖는다. 또한, 상기 CMOS 이미지 센서는 제어 회로, 신호 처리 회로, 아날로그/디지털 변환 회로 등을 CMOS 이미지 센서 칩에 집적시킬 수가 있으므로 제품의 소형화 가 용이하다는 장점을 갖고 있다.
따라서, 상기 CMOS 이미지 센서는 현재 디지털 스틸 카메라(digital still camera), 디지털 비디오 카메라 등과 같은 다양한 응용 부분에 널리 사용되고 있다.
상기 CMOS 이미지 센서에는 각종 금속배선을 포함한 절연막이 형성되며, 이미지 센서의 제작 공정이 완료된 후, 패키지 공정 등을 거치고 그 상부에 외부렌즈가 부착된다.
도 1은 종래기술에 따른 이미지 센서에서 외부렌즈의 광굴절에 의해 픽셀어레이로 입사되는 광의 경로를 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 외부렌즈(10)로부터 입사된 빛이, 이미지 센서의 최상부에 형성되어 있는 마이크로 렌즈(20)와 그 하부의 컬러필터(30)를 통과하여, 픽셀의 중앙부에 상이 맺히는데 전혀 문제가 없지만, 이미지 센서의 픽셀 가장자리부로 갈수록 광활성 영역인 포토 다이오드(40)로 들어오는 빛의 양은 감소하게 된다(도면부호 "A" 참조).
이와 같이, 단위 픽셀에 입사되는 빛의 양이 달라지게 되면, 발생되는 전자의 개수도 달라지게 되며, 이에 따라 원래의 이미지는 같은 색상을 가진다 할지라도, 이미지 센서의 중앙부에 입사되는 이미지와 가장자리부에 입사되는 이미지의 색상은 다른 색상으로 나타나게 된다. 이러한 현상은 크로스 토크(crosstalk) 현상과 더불어, 이미지 센서의 신뢰성에 심각한 지장을 초래하게 된다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, 이미지 센서 모듈 밖의 외부렌즈와 이미지 센서간의 초점을 조절하여, 픽셀간의 크로스 토크 현상을 감소시킬 수 있는 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 이미지 센서는,
복수의 광활성 영역이 형성된 기판 상에 형성되며, 금속배선을 포함하는 다층의 절연막;
상기 절연막 상에 형성되며, 상기 기판의 양측 가장자리에 형성된 상기 광활성 영역과 대응하는 볼록렌즈가 형성된 보호막;
상기 볼록렌즈를 포함한 상기 보호막 상부에 형성된 컬러필터; 및
상기 컬러필터 상부에 형성된 마이크로 렌즈를 포함하되,
상기 볼록렌즈는, 상기 기판의 최외각 양측 가장자리에 형성된 광활성 영역에서부터 1 내지 2,000번째 픽셀라인에 형성된 각각의 광활성 영역과 대응하도록 형성된 것이다.
상기 볼록렌즈는, 상기 기판의 최외각 양측 가장자리에 형성된 광활성 영역에서부터 1 내지 2,000번째 픽셀라인에 형성된 각각의 광활성 영역과 대응하도록 형성된 것이다.
여기서, 상기 보호막은 질화막으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 볼록렌즈가 형성된 보호막과 상기 절연막 사이에 형성된 산화막을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 볼록렌즈를 포함한 상기 보호막과 상기 컬러필터 사이에 형성된 평탄화막을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
삭제
또한, 상기 컬러필터와 상기 마이크로 렌즈 사이에 형성된 평탄화막을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 마이크로 렌즈의 상부에 형성된 유전막을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유전막은 300℃ 이하의 온도에서 증착되는 LTO(Low Temperature Oxide)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 이미지 센서의 제조방법은,
복수의 광활성 영역이 형성된 기판 상에, 금속배선을 포함하는 다층의 절연막을 형성하는 단계;
상기 절연막 상에, 상기 기판의 양측 가장자리에 형성된 상기 광활성 영역과 대응하는 볼록렌즈가 형성된 보호막을 형성하는 단계;
상기 볼록렌즈를 포함한 상기 보호막 상부에 컬러필터를 형성하는 단계; 및
상기 컬러필터 상부에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하되,
상기 볼록렌즈는, 상기 기판의 최외각 양측 가장자리에 형성된 광활성 영역에서부터 1 내지 2,000번째 픽셀라인에 형성된 각각의 광활성 영역과 대응하도록 형성하는 것이다.
상기 볼록렌즈는, 상기 기판의 최외각 양측 가장자리에 형성된 광활성 영역에서부터 1 내지 2,000번째 픽셀라인에 형성된 각각의 광활성 영역과 대응하도록 형성하는 것이다.
여기서, 상기 볼록렌즈가 형성된 보호막을 형성하는 단계는,
상기 절연막 상에 제 1 보호막 및 제 2 보호막을 차례로 증착하는 단계;
상기 제 2 보호막 상에, 상기 기판의 양측 가장자리에 형성된 광활성 영역과 대응하는 부분을 노출시키는 감광막 패턴을 형성하는 단계;
상기 감광막 패턴을 식각 마스크로 이용하여, 상기 제 2 보호막의 표면을 소정 두께만큼 건식 식각하여 볼록렌즈를 형성하는 단계; 및
상기 감광막 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제 1 보호막은 산화막을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 2 보호막은 질화막을 이용하여 1,000 내지 20,000 Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 2 보호막의 건식 식각 공정은, CxHyFz(x, y, z는 0 또는 자연수이나 x가 0인 경우는 제외) 가스와, Ar, He, O2 및 N2 중 어느 하나의 불활성 기체 원자 또는 분자를 이용하여 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 컬러필터를 형성하기 전에,
삭제
상기 볼록렌즈를 포함한 전체구조 상부에, 평탄화막을 50 내지 15,000 Å의 두께로 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 마이크로 렌즈를 형성하기 전에,
상기 컬러필터를 포함한 전체구조 상부에, 평탄화막을 50 내지 15,000 Å의 두께로 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 마이크로 렌즈를 형성한 후에,
상기 마이크로 렌즈의 상부에 유전막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유전막으로서 300℃ 이하의 온도에서 증착되는 LTO(Low Temperature Oxide)를 이용하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
이미지 센서의 구조
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 구조를 나타내는 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는, 도 2에 도시한 바와 같이, 소자분리막(도시안함)에 의해 한정된 활성영역을 갖는 반도체 기판(50)의 상기 활성영역의 표면부위에 광활성 영역인 포토 다이오드(1)가 복수개 형성되어 있다. 여기서, 도면에는 포토 다이오드(1)만이 도시되어 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 것이며, 스위칭 소자인 트랜지스터, 즉 게이트 전극과, 소스 및 드레인 영역 등은 도시하지 않았다.
상기 반도체 기판(50) 상에는, 금속배선(3, 5)을 포함하는 다층의 절연막(2, 4, 6)이 형성되어 있다.
즉, 상기 복수의 포토 다이오드(1)를 포함한 상기 반도체 기판(50)의 상부에는 상기한 트랜지스터 등을 매몰하는 제 1 절연막(2)이 형성되어 있다.
상기 제 1 절연막(2) 상에는 제 1 금속배선(3)이 형성되어 있다. 상기 제 1 금속배선(3)은 구리 또는 알루미늄 등으로 이루어질 수 있다.
상기 제 1 절연막(2) 상에는 상기 제 1 금속배선(3)을 매몰하는 제 2 절연막(4)이 형성되어 있다.
상기 제 2 절연막(4) 상에는 제 2 금속배선(5)이 형성되어 있으며, 상기 제 2 금속배선(5)은 상기 제 1 금속배선(3)과 마찬가지로 구리 또는 알루미늄 등으로 이루어질 수 있다.
상기 제 2 절연막(4) 상에는 상기 제 2 금속배선(5)을 매몰하는 제 3 절연막(6)이 형성되어 있다.
상기한 금속배선(3, 5) 및 절연막(2, 4, 6) 구조물의 형성은 일반적인 로직소자의 제조공정을 따르며, 셀 어레이의 구동을 위해서는 최소 두 층의 금속배선이 필요하므로, 본 발명의 실시예에서는 제 3 층 이상의 금속배선은 도시하지 않았다.
상기 제 3 절연막(6) 상에는 제 1 보호막(7)이 형성되어 있다. 상기 제 1 보호막(7)은 PE-TEOS(plasma enhanced-tetra ethyl ortho silicate)막 등과 같은 산화막을 이용하여, 2,000 Å 정도의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 제 1 보호막(7) 상에는, 상기 기판(50)의 양측 가장자리에 형성된 상기 포토 다이오드(1)와 대응하는 볼록렌즈(9)가 형성된 제 2 보호막(8)이 형성되어 있다. 상기 제 2 보호막(8)은 PE-나이트라이드(plasma enhanced-nitride)막 등과 같은 질화막을 이용하여, 1,000 내지 20,000 Å의 두께로 형성되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 4,000 Å정도의 두께로 형성될 수 있다.
여기서, 상기한 바와 같이, 기판(50)의 양측 가장자리에 형성된 포토 다이오드(1)와 대응하는 상기 볼록렌즈(9)는, 상기 기판(50)의 최외각 양측 가장자리에 형성된 포토 다이오드(1)에서부터 1 내지 2,000번째 픽셀라인에 형성된 각각의 포토 다이오드(1)와 대응하도록 형성되는 것이 바람직하다.
이와 같이, 이미지 센서의 픽셀 가장자리부에 형성되는 볼록렌즈(9)는, 후술하는 외부렌즈(14)로부터 이미지 센서의 가장자리부 픽셀로 입사되는 빛(도면부호 "B" 참조)의 초점을 조절하여, 픽셀 가장자리부의 포토 다이오드(1)로 들어가는 빛의 양이 감소되는 것을 방지하고, 픽셀간의 크로스 토크 현상을 감소시키게 된다.
상기 볼록렌즈(9)를 포함한 상기 제 2 보호막(8) 상에는, 상기 볼록렌즈(9)로 인한 단차를 보상해주기 위한 제 1 평탄화막(10)이 형성되어 있다. 상기 제 1 평탄화막(10)은 탄소를 함유한 유기물질을 이용하여 50 내지 15,000 Å정도의 두께로 형성될 수 있다.
상기 제 1 평탄화막(10) 상에는 하부의 포토 다이오드(1)와 대응하는 컬러필터(11)가 형성되어 있다.
상기 컬러필터(11)를 포함한 상기 제 1 평탄화막(10) 상에는, 상기 컬러필터(11)로 인한 단차를 보상해주기 위한 제 2 평탄화막(12)이 형성되어 있다. 상기 제 2 평탄화막(12)은 상기 제 1 평탄화막(10)과 동일하게, 탄소를 함유한 유기물질을 이용하여 50 내지 15,000 Å정도의 두께로 형성될 수 있다.
상기 제 2 평탄화막(12) 상에는, 상기 포토 다이오드(1)로 광을 모아주기 위한 마이크로 렌즈(13)가 형성되어 있다.
그리고, 도면에 도시하지는 않았지만, 상기 마이크로 렌즈(13)의 상부에는, 상기한 바와 같은 유기물질로 이루어진 집광부를 보호하기 위해 유전막이 추가로 형성될 수 있다. 상기 유전막은, 300℃ 이하의 온도에서 증착되는 LTO(Low Temperature Oxide)로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 마이크로 렌즈(13)를 포함한 이미지 센서의 상부에는 외부렌즈(14)가 형성된다. 여기서, 본 발명의 실시예에 의하면, 이미지 센서의 픽셀 가장자리부에 형성된 볼록렌즈(9)에 의해, 외부렌즈(14)로부터 이미지 센서의 가장자리부 픽셀로 입사되는 빛(도면부호 "B" 참조)의 초점이 조절되어, 픽셀 가장자리부의 포토 다이오드(1)로 들어가는 빛의 양이 감소되는 것을 방지할 수 있고, 픽셀간의 크로스 토크 현상을 감소시킬 수 있다. 결국, 본 발명의 실시예에 의하면, 이미지 센서의 입사위치에 따른 아웃풋 시그널(output signal)의 변화를 최소화하여, 이미지 센서의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이미지 센서의 제조방법
이하에서는, 전술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도이다.
도 3a를 참조하면, 반도체 기판(50)에 소자분리막(도시안함)을 형성하여 활성영역을 정의하고, 상기 반도체 기판(50)의 활성영역의 표면부위에 광활성 영역인 포토 다이오드(1)를 복수개 형성한다. 그런 다음, 도면에 도시하지는 않았지만, 상기 반도체 기판(50)에 스위칭 소자인 트랜지스터, 즉 게이트 전극과, 소스 및 드레인 영역 등을 형성한다.
그 다음에, 상기 포토 다이오드(1) 등이 형성된 반도체 기판(50) 상에, 상기한 트랜지스터 등을 매몰하는 제 1 절연막(2)을 형성한다. 다음으로, 상기 제 1 절연막(2) 상에 제 1 금속배선(3)을 형성한다. 상기 제 1 금속배선(3)은 구리 또는 알루미늄 등을 이용하여 형성할 수 있다.
그런 다음, 상기 제 1 절연막(2) 상에 상기 제 1 금속배선(3)을 매몰하는 제 2 절연막(4)을 형성한다. 그 다음에, 상기 제 2 절연막(4) 상에 제 2 금속배선(5)을 형성한다. 상기 제 2 금속배선(5)은 상기 제 1 금속배선(3)과 마찬가지로 구리 또는 알루미늄 등을 이용하여 형성할 수 있다.
이어서, 상기 제 2 절연막(4) 상에 상기 제 2 금속배선(5)을 매몰하는 제 3 절연막(6)을 형성한다.
상기한 제 1 및 제 2 금속배선(3, 5)과, 제 1, 제 2 및 제 3 절연막(2, 4, 6) 구조물의 형성은 일반적인 로직소자의 제조공정을 따르며, 셀 어레이의 구동을 위해서는 최소 두 층의 금속배선이 필요하므로, 본 발명의 실시예에서는 제 2 금속 배선(5)층까지의 형성 공정만 설명하였으나, 상기한 바와 같은 금속배선 및 절연막의 형성과정을 반복적으로 더 수행하여 금속배선을 3층 이상의 다층으로 형성할 수도 있다.
다음으로, 상기 제 3 절연막(6) 상에 제 1 보호막(7) 및 제 2 보호막(8)을 차례로 증착한다. 여기서, 상기 제 1 보호막(7)은 PE-TEOS(plasma enhanced-tetra ethyl ortho silicate)막 등과 같은 산화막을 이용하여, 2,000 Å 정도의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 제 2 보호막(8)은 PE-나이트라이드(plasma enhanced-nitride)막 등과 같은 질화막을 이용하여, 1,000 내지 20,000 Å의 두께로 형성하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 4,000 Å정도의 두께로 형성할 수 있다.
도 3b를 참조하면, 상기 제 2 보호막(8) 상에, 상기 기판(50)의 양측 가장자리에 형성된 포토 다이오드(1)와 대응하는 부분을 노출시키는 감광막 패턴(PR)을 형성한다. 이때, 상기 감광막 패턴(PR)은, 상기 기판(50)의 최외각 양측 가장자리에 형성된 포토 다이오드(1)에서부터 1 내지 2,000번째 픽셀라인에 형성된 각각의 포토 다이오드(1)와 대응하는 부분을 노출시키도록 형성하는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 감광막 패턴(PR)을 식각 마스크로 이용하여, 상기 제 2 보호막(8)의 표면을 소정 두께만큼 건식 식각하여 볼록렌즈(9)를 형성한다. 상기 볼록렌즈(9)는, 상기한 바와 같은 감광막 패턴(PR)을 식각 마스크로 이용하므로, 상기 기판(50)의 최외각 양측 가장자리에 형성된 포토 다이오드(1)에서부터 1 내지 2,000번째 픽셀라인에 형성된 각각의 포토 다이오드(1)와 대응하도록 형성된다.
여기서, 상기 제 2 보호막(8)의 건식 식각 공정은, CxHyFz(x, y, z는 0 또는 자연수이나 x가 0인 경우는 제외) 가스와, Ar, He, O2 및 N2 중 어느 하나의 불활성 기체 원자 또는 분자를 이용하여, 50 내지 3,900 Å 정도의 식각 타겟으로 수행하는 것이 바람직하다.
상기 감광막 패턴(PR)을 이용한 제 2 보호막(8)의 건식 식각 공정이 수행됨에 따라, 전자그림자 효과(electro-shading effect)에 의해, 상기 제 2 보호막(8) 내에 상기 볼록렌즈(9)가 형성될 수 있다.
여기서, 상기한 전자그림자 효과에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 4a 및 도 4b는 전자그림자 효과에 의한 패턴 가장자리의 식각속도 증가현상을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 소정의 감광막 패턴(PR)을 식각 마스크로 이용하여 식각되는 식각면의 측벽과, 상기 감광막 패턴(PR)의 측벽을 따라 유기되는 전자그림자 효과에 의해, 패턴 가장자리부분의 식각 속도가 패턴 중앙부분의 식각 속도보다 높아지게 됨으로써, 패턴의 바닥면이 볼록한 프로파일로 형성됨을 확인할 수가 있다.
이와 같이, 이미지 센서의 픽셀 가장자리부에 형성되는 상기 볼록렌즈(9)는, 후술하는 외부렌즈(14)로부터 이미지 센서의 가장자리부 픽셀로 입사되는 빛(도 3d의 도면부호 "B" 참조)의 초점을 조절하여, 픽셀 가장자리부의 포토 다이오드(1)로 들어가는 빛의 양이 감소되는 것을 방지하고, 픽셀간의 크로스 토크 현상을 감소시 키게 된다.
도 3c를 참조하면, 상기 감광막 패턴(PR)을 제거한 후, 상기 볼록렌즈(9)를 포함한 상기 제 2 보호막(8) 상에, 상기 볼록렌즈(9)로 인한 단차를 보상해주기 위해 제 1 평탄화막(10)을 형성한다. 상기 제 1 평탄화막(10)은 탄소를 함유한 유기물질을 이용하여 50 내지 15,000 Å정도의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 제 1 평탄화막(10) 상에 하부의 포토 다이오드(1)와 대응하는 컬러필터(11)를 형성한다. 이어서, 상기 컬러필터(11)로 인한 단차를 보상해주기 위해 제 2 평탄화막(12)을 형성한다. 상기 제 2 평탄화막(12)은, 상기 제 1 평탄화막(10)과 마찬가지로, 탄소를 함유한 유기물질을 이용하여 50 내지 15,000 Å정도의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
그 다음에, 상기 제 2 평탄화막(12) 상에 상기 포토 다이오드(1)로 광을 모아주기 위한 마이크로 렌즈(13)를 형성한다. 그리고, 도면에 도시하지는 않았지만, 상기 마이크로 렌즈(13)의 상부에, 상기한 바와 같은 유기물질로 이루어진 집광부를 보호하기 위해 유전막을 추가로 형성할 수도 있다. 상기 유전막으로서, 300℃ 이하의 온도에서 증착되는 LTO(Low Temperature Oxide)를 이용하는 것이 바람직하다.
도 3d를 참조하면, 상기 마이크로 렌즈(13)를 포함한 이미지 센서의 상부에는 외부렌즈(14)가 형성된다. 여기서, 본 발명의 실시예에서는, 상술한 바와 같은 전자그림자 효과에 의한 패턴 가장자리부분의 식각속도 증가 현상을 이용하여, 이미지 센서의 픽셀 가장자리부에 볼록렌즈(9)를 형성함으로써, 외부렌즈(14)로부터 이미지 센서의 가장자리부 픽셀로 입사되는 빛(도면부호 "B" 참조)의 초점을 조절하여, 픽셀 가장자리부의 포토 다이오드(1)로 들어가는 빛의 양이 감소되는 것을 방지할 수 있고, 픽셀간의 크로스 토크 현상을 감소시킬 수 있다.
따라서, 이미지 센서의 입사위치에 따른 아웃풋 시그널(output signal)의 변화를 최소화하여, 수광신호의 처리, 전달 및 증폭 등의 단계 이후에 이미지가 왜곡되는 현상을 개선할 수 있으며, 이미지 센서의 광 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
앞에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이미지 센서 및 그 제조방법에 의하면, 픽셀 가장자리부와 대응하는 이미지 센서의 내부에 볼록렌즈를 형성함으로써, 외부렌즈로부터 이미지 센서의 가장자리부 픽셀로 입사되는 빛의 초점을 조절하여, 픽셀 가장자리부의 포토 다이오드로 들어가는 빛의 양이 감소되는 것을 방지할 수 있고, 픽셀간의 크로스 토크 현상을 감소시킬 수 있다.
따라서, 본 발명은 이미지 센서의 입사위치에 따른 아웃풋 시그널(output signal)의 변화를 최소화하여, 수광신호의 처리, 전달 및 증폭 등의 단계 이후에 이미지가 왜곡되는 현상을 개선할 수 있으며, 이미지 센서의 광 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
Claims (18)
- 복수의 광활성 영역이 형성된 기판 상에 형성되며, 금속배선을 포함하는 다층의 절연막;상기 절연막 상에 형성되며, 상기 기판의 양측 가장자리에 형성된 상기 광활성 영역과 대응하는 볼록렌즈가 형성된 보호막;상기 볼록렌즈를 포함한 상기 보호막 상부에 형성된 컬러필터; 및상기 컬러필터 상부에 형성된 마이크로 렌즈를 포함하되,상기 볼록렌즈는, 상기 기판의 최외각 양측 가장자리에 형성된 광활성 영역에서부터 1 내지 2,000번째 픽셀라인에 형성된 각각의 광활성 영역과 대응하도록 형성된 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서,상기 보호막은 질화막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서,상기 볼록렌즈가 형성된 보호막과 상기 절연막 사이에 형성된 산화막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 볼록렌즈를 포함한 상기 보호막과 상기 컬러필터 사이에 형성된 평탄화막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서,상기 컬러필터와 상기 마이크로 렌즈 사이에 형성된 평탄화막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서,상기 마이크로 렌즈의 상부에 형성된 유전막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 7 항에 있어서,상기 유전막은 300℃ 이하의 온도에서 증착되는 LTO(Low Temperature Oxide)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 복수의 광활성 영역이 형성된 기판 상에, 금속배선을 포함하는 다층의 절연막을 형성하는 단계;상기 절연막 상에, 상기 기판의 양측 가장자리에 형성된 상기 광활성 영역과 대응하는 볼록렌즈가 형성된 보호막을 형성하는 단계;상기 볼록렌즈를 포함한 상기 보호막 상부에 컬러필터를 형성하는 단계; 및상기 컬러필터 상부에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하되,상기 볼록렌즈는, 상기 기판의 최외각 양측 가장자리에 형성된 광활성 영역에서부터 1 내지 2,000번째 픽셀라인에 형성된 각각의 광활성 영역과 대응하도록 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 볼록렌즈가 형성된 보호막을 형성하는 단계는,상기 절연막 상에 제 1 보호막 및 제 2 보호막을 차례로 증착하는 단계;상기 제 2 보호막 상에, 상기 기판의 양측 가장자리에 형성된 광활성 영역과 대응하는 부분을 노출시키는 감광막 패턴을 형성하는 단계;상기 감광막 패턴을 식각 마스크로 이용하여, 상기 제 2 보호막의 표면을 소 정 두께만큼 건식 식각하여 볼록렌즈를 형성하는 단계; 및상기 감광막 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 제 1 보호막은 산화막을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 제 2 보호막은 질화막을 이용하여 1,000 내지 20,000 Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 제 2 보호막의 건식 식각 공정은, CxHyFz(x, y, z는 0 또는 자연수이나 x가 0인 경우는 제외) 가스와, Ar, He, O2 및 N2 중 어느 하나의 불활성 기체 원자 또는 분자를 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
- 삭제
- 제 9 항에 있어서,상기 컬러필터를 형성하기 전에,상기 볼록렌즈를 포함한 전체구조 상부에, 평탄화막을 50 내지 15,000 Å의 두께로 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 마이크로 렌즈를 형성하기 전에,상기 컬러필터를 포함한 전체구조 상부에, 평탄화막을 50 내지 15,000 Å의 두께로 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 마이크로 렌즈를 형성한 후에,상기 마이크로 렌즈의 상부에 유전막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제 17 항에 있어서,상기 유전막으로서 300℃ 이하의 온도에서 증착되는 LTO(Low Temperature Oxide)를 이용하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
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| KR1020050131407A KR100729736B1 (ko) | 2005-12-28 | 2005-12-28 | 이미지 센서 및 그 제조방법 |
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Citations (2)
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| KR980012574A (ko) * | 1996-07-16 | 1998-04-30 | 김광호 | 온 컬러 필터형 고체촬상소자 패키지 |
| KR20050121414A (ko) * | 2004-06-22 | 2005-12-27 | 동부아남반도체 주식회사 | 씨모스 이미지 센서 |
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2005
- 2005-12-28 KR KR1020050131407A patent/KR100729736B1/ko not_active IP Right Cessation
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