KR100731123B1 - 씨모스 이미지 센서의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 씨모스 이미지 센서의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 씨모스 이미지센서는 다수의 포토다이오드들이 형성된 반도체 기판상에 층간 절연층을 형성하는 단계와, 상기 층간 절연층상에 일정한 간격을 갖는 다수의 칼라 필터층들을 형성하는 단계와, 상기 각 칼라 필터층을 포함한 반도체 기판의 전면에 평탄화층을 형성하는 단계와, 상기 평탄화층 상에 절연막을 형성하고, 상기 절연막 상에 마이크로렌즈용 패턴을 형성하는 단계와, 상기 마이크로렌즈용 패턴을 마스크로 이용하여 상기 절연막을 식각하여, 절연막으로 형성된 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함한다.

마이크로렌즈, 스페이서

Description

씨모스 이미지 센서의 제조방법{method for manufacturing of CMOS image sensor}

도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 의한 씨모스 이미지 센서의 제조방법을 나타낸 공정 단면도

도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서의 제조방법을 나타낸 공정 단면도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

31 : 포토다이오드 32 : 층간 절연층

33 : 보호막 34 : 칼라 필터층

35 : 평탄화층 36 : 희생 마이크로렌즈 패턴

38: 스페이서 40: 레지스트층

42: 마이크로렌즈

본 발명은 이미지 센서의 제조방법에 관한 것으로, 특히 씨모스 이미지 센서의 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 센서(Image Sensor)로 구분된다.

상기 전하 결합 소자(charge coupled device: CCD)는 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 수평방향 전하전송영역(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 전하 결합 소자는 제어회로, 신호처리회로, 아날로그/디지털 변환회로(A/D converter) 등을 전하 결합 소자 칩에 집적시키기가 어려워 제품의 소형화가 곤란한 단점을 갖는다.

최근에는 상기 전하 결합 소자의 단점을 극복하기 위한 차세대 이미지 센서로서 씨모스 이미지 센서가 주목을 받고 있다.

상기 씨모스 이미지 센서는 제어회로 및 신호처리회로 등을 주변회로로 사용하는 씨모스 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 씨모스 이미지 센서는 단위 화소 내에 포토 다이오드와 모스 트랜지스터를 형성시킴으로써 스위칭 방식으로 각 단위 화소의 전기적 신호를 순차적으로 검출하여 영상을 구현한다.

상기 씨모스 이미지 센서는 씨모스 제조 기술을 이용하므로 적은 전력 소모, 적은 포토공정 스텝에 따른 단순한 제조공정 등과 같은 장점을 갖는다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래 기술에 의한 씨모스 이미지 센서의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 의한 CMOS 이미지 센서의 제조방법을 나타낸 공정 단면도이다.

도 1a에 도시한 바와 같이, 복수 개의 광감지 소자들 예를 들면, 포토 다이오드(11)들이 형성된 반도체 기판상에 층간 절연층(12)을 형성한다.

여기서, 상기 층간 절연층(12)은 다층으로 형성될 수도 있고, 도시되지 않았지만, 하나의 층간 절연층 형성후에 포토 다이오드(11) 영역 이외의 부분으로 빛이 입사되는 것을 막기 위한 차광층을 형성 한 후에 다시 층간 절연층이 형성된다.

이어, 상기 층간 절연층(12)상에 수분 및 스크래치로부터 소자를 보호하기 위한 평탄화된 보호막(13)을 형성한다.

그리고 상기 보호막(13)상에 가염성 레지스트를 사용하여 도포한 후, 노광 및 현상 공정을 진행하여 각각의 파장대별로 빛을 필터링하는 칼라 필터층(14)들을 형성한다.

여기서, 상기 칼라 필터층(14)은 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 칼라 레지스트층을 선택적으로 세 번에 걸쳐서 포토리소그래피(photo lithography) 공정을 행하여 색분리층을 형성하게 된다.

이어, 상기 칼라 필터층(14)상에 초점 거리 조절 및 렌즈층을 형성하기 위한 평탄도 확보 등을 위하여 평탄화층(15)을 형성한다.

그리고 상기 평탄화층(15)을 경화시키기 위해 200℃ 이상의 온도에서 열처리를 실시한다.

이어, 상기 평탄화층(15)상에 마이크로렌즈용 레지스트층을 도포하고, 상기 레지스트층(16a)의 상부에 개구부를 갖는 레티클을 정렬한다. 이어, 상기 레티클을 마스크로 이용하여 전면에 레이저 등의 빛을 조사하여 상기 레티클의 개구부에 대응되도록 상기 레지스트층을 선택적으로 노광한다.

이어, 상기 노광된 레지스트층(16a)을 현상하여 마이크로렌즈 패턴(20)을 형성한다.

이어, 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 마이크로렌즈 패턴(20)을 소정온도에서 리플로우(reflow)하여 마이크로 렌즈(22)를 형성한다.

상기와 같이 레지스트층을 이용하여 형성된 종래의 마이크로렌즈는 그 특성 이 맞는 별도의 레지스트가 필요하고 이에 따라 요구되는 공정단계 또한 복잡해지는 문제점이 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 별도의 마이크로 렌즈용 레지스트의 사용을 방지하면서 공정단계의 축소를 가져올 수 있는 씨모스 이미지센서의 제조방법을 제공함에 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 씨모스 이미지센서는 다수의 포토다이오드들이 형성된 반도체 기판상에 층간 절연층을 형성하는 단계와, 상기 층간 절연층상에 일정한 간격을 갖는 다수의 칼라 필터층들을 형성하는 단계와, 상기 각 칼라 필터층을 포함한 반도체 기판의 전면에 평탄화층을 형성하는 단계와, 상기 평탄화층 상에 절연막을 형성하고, 상기 절연막 상에 마이크로렌즈용 패턴을 형성하는 단계와, 상기 마이크로렌즈용 패턴을 마스크로 이용하여 상기 절연막을 식각하여, 절연막으로 형성된 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함한다.

상기 절연막은 PE-TEOS(Plasma enhanced -tetraethoxysilane)계열의 산화막으로 형성한다.

상기 마이크로렌즈용 패턴은 상기 산화막을 식각하기 위해 요구되는 두께보다 얇은 두께의 레지스트로 형성한다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조방법에 대한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서의 제조방법을 나타낸 공정 단면도이다.

도 2a에 도시한 바와 같이, 적어도 하나 이상 형성되어 입사되는 광량에 따른 전하를 생성하는 포토 다이오드(31)들이 형성된 반도체 기판의 전면에 층간 절연층(32)을 형성한다.

여기서, 상기 층간 절연층(32)은 다층으로 형성될 수도 있고, 도시되지 않았지만, 하나의 층간 절연층을 형성한 후에 상기 포토 다이오드(31) 이외의 부분으로 빛이 입사되는 것을 막기 위한 차광층을 형성한 후에 다시 층간 절연층이 형성된다.

이어, 상기 층간 절연층(32)상에 수분 및 스크래치로부터 소자를 보호하기 위한 평탄화된 보호막(33)을 형성한다.

그리고 상기 보호막(33)상에 가염성 레지스트를 사용하여 도포 및 패터닝 공정을 진행하여 각각의 파장대별로 빛을 필터링하는 R, G, B의 칼라 필터층(34)들을 형성한다.

여기서, 상기 칼라 필터층(34)은 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 칼라 레지스트층을 선택적으로 세 번에 걸쳐서 포토리소그래피(photo lithography) 공정을 행하여 색분리층을 형성하게 된다.

이어, 상기 각 칼라 필터층(34)에 UV 노광을 실시하여 표면을 불안정한 상태를 개질한다.

이어, 상기 칼라 필터층(34)상에 초점 거리 조절 및 렌즈층을 형성하기 위한 평탄도 확보 등을 위하여 평탄화된 평탄화층(35)을 형성한다.

그리고 상기 평탄화층(35)을 경화시키기 위해 150 ~ 300℃의 온도에서 열처리를 실시한다.

이어, 상기 평탄화층(35)상에 PE-TEOS(Plasma enhanced -tetraethoxysilane)계열의 산화막(36)을 형성한다. 이어, 상기 산화막(36) 상에 레지스트층을 도포하고, 상기 레지스트 상부에 소정의 패턴이 형성된 포토 마스크를 정렬한 후, 광선을 조사하여 노광한 후 현상하여 레지스트를 패터닝하여, 레지스트 패턴(38)을 형성한다.

상기 산화막(36)은 요구되는 마이크로렌즈의 높이보다 높게 형성되도록 하고, 상기 레지스트 패턴(38)은 산화막을 식각하기 위해 요구되는 레지스트의 두께보다 얇게 형성되도록 한다.

이어, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 레지스트 패턴(38)을 마스크로 이용 하고 이를 통해 식각하여 산화막(36)의 소정두께를 패터닝한다.

상기 산화막(36)을 식각하기 위해 요구되는 두께보다 얇게 형성된 레지스트 패턴(38)을 마스크로 이용하여 식각하면, 상기 산화막(36)이 패터닝되면서 동시에 레지스트 패턴(38)의 높이 또한 낮아지게 된다.

이어, 도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 낮아진 레지스트 패턴(38)을 마스크로 이용하여 계속 식각하면, 상기 레지스트 패턴(38)은 모두 제거되면서 동시에 패터닝된 산화막(36)의 모서리부분이 라운딩되어, 산화막으로 형성된 마이크로렌즈(36)가 형성된다.

상기 산화막으로 형성된 마이크로렌즈(36)을 형성함으로써, 별도의 마이크로렌즈용 레지스트를 사용하지 않아도 되고, 이 레지스트에 따른 공정 또한 생략할 수 있게 된다.

또한, 산화막으로 형성된 마이크로렌즈(36)를 형성함으로써, 레지스트로 형성된 마이크로렌즈보다 견고하므로 후속공정에서의 손상을 방지할 수 있게 된다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

본 발명에 의하면, 상기 산화막으로 형성된 마이크로렌즈을 형성함으로써, 별도의 마이크로렌즈용 레지스트를 사용하지 않아도 되고, 이 레지스트에 따른 공정 또한 생략할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 산화막으로 형성된 마이크로렌즈를 형성함으로써, 레지스트로 형성된 마이크로렌즈보다 견고하므로 후속공정에서의 손상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 다수의 포토다이오드들이 형성된 반도체 기판상에 층간 절연층을 형성하는 단계와,

   상기 층간 절연층상에 일정한 간격을 갖는 다수의 칼라 필터층들을 형성하는 단계와,

   상기 각 칼라 필터층을 포함한 반도체 기판의 전면에 평탄화층을 형성하는 단계와,

   상기 평탄화층 상에 이후 형성될 마이크로 렌즈의 높이보다 높은 높이로 절연막을 형성하고, 상기 절연막 상에 상기 절연막을 식각하기 위해 요구되는 두께보다 얇은 두께로 마이크로렌즈용 패턴을 형성하는 단계와,

   상기 마이크로렌즈용 패턴을 마스크로 이용하여 상기 절연막을 식각하여, 절연막으로 형성된 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
2. 제1 항에 있어서, 상기 절연막은

   PE-TEOS(Plasma enhanced -tetraethoxysilane)계열의 산화막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지센서의 제조방법.
3. 삭제

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