KR100738257B1 - 컬러필터가 형성된 이미지센서 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 각 컬러 필터 사이의 단차를 최소화하여 평탄화를 이루며, 입사하는 빛이 포토다이오드까지의 도달하는 거리를 최소화 시킬 수 있는 컬러필터가 형성된 이미지센서와 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 컬러필터가 형성된 이미지센서는 감광막을 통해 개구된 층간 절연 SiO2에 금속을 첨가한 후 열처리를 통하여 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)의 컬러 필터를 형성한다. 이 경우 컬러필터 어레이를 제작하기 위해 순차적으로 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)의 컬러 필터를 코팅하는 기존 방식에서 발생하는 각 컬러 필터들 사이의 단차를 제거하여 평탄화 시킬 수 있게 되며, 층간 절연 SiO2 층 내에 컬러 필터를 형성함에 따라 컬러 필터를 투과한 빛이 포토다이오드까지 입사되는 거리가 짧아지게 되어 감도가 향상된 이미지센서를 제공한다.
이미지 센서, 컬러 필터, 금속 원소, SiO2
Description
도 1은 종래의 컬러 필터가 형성된 이미지 센서를 도시한 단면도.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 의한 컬러필터가 형성된 이미지센서의 일실시예들을 도시한 단면도.
도 3은 본 발명에 의한 컬러필터가 형성된 이미지센서의 제조 방법을 나타내는 순서도.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 의한 컬러필터가 형성된 이미지센서의 제조 방법의 일실시예들을 도시한 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110, 210 : 실리콘 기판 120, 220 : 포토다이오드
130, 230 : 층간 절연 SiO2 층 140, 240 : 금속 배선
150, 250 : Green 필터 160, 260 : Red 필터
170, 270 : Blue 필터 180, 280 : 마이크로 렌즈
450 : 마스킹 막 460 : 금속 이온 주입 경로
470 : 금속이 포함된 SOG 막 480 : 식각된 영역
490 : 컬러필터가 형성될 영역
본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리머 성분의 컬러 필터를 대신하여 평탄화 층으로 사용되는 SiO2 막에 금속을 주입하고, 이후 열처리를 통하여 적(Red), 녹(Green), 청(Blue)의 컬러 필터가 형성된 이미지센서와 그 제조 방법에 관한 것이다.
이미지 센서는 컬러 필터를 사용하여 피사체의 이미지 신호를 출력하는 소자인데, 일반적으로 폴리머 성분의 컬러 필터를 사용하여 제조되고 있다.
도 1은 종래의 컬러 필터가 형성된 이미지 센서의 단면도를 도시한 것으로 실리콘 기판(110) 위에 포토다이오드(120)가 형성되고, 층간 절연막(130) 및 복수의 금속 배선(140) 상부에 녹색(150), 적색(160), 청색(170)의 컬러 필터 어레이와 마이크로 렌즈(180)가 형성된다.
종래의 컬러 필터는 층간 절연막 상부에 녹(160), 적(170), 청(180)의 각 폴리머 성분의 컬러 필터가 순차적으로 코팅 및 현상의 반복적인 절차에 의해 형성됨으로써 각 컬러 필터사이에 단차가 발생하게 되며, 이에 따라 상부 마이크로 렌즈를 형성하기 전 컬러필터 위에 추가적인 평탄화 층을 형성하고 있다.
그러나, 추가적인 평탄화 층으로 인해 마이크로 렌즈를 투과한 각 파장대의 빛에 균일도가 떨어지는 단점이 있다.
또한 층간 절연 SiO2 막이 형성된 후 컬러 필터 어레이를 코팅하게 됨으로써 마이크로 렌즈와 포토다이오드 사이의 거리가 멀어짐으로 인하여 입사하는 빛의 강도와 집적도가 떨어지게 되는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 평탄화 층으로 사용된 층간 절연 SiO2 막에 금속을 주입함으로써 각각의 컬러 필터 어레이 사이에 단차가 발생하지 않는 평탄화된 층으로 형성하게 되어, 이후 적층되는 마이크로 렌즈의 형상이 보다 균일하게 되며, 컬러 필터를 투과한 빛이 포토다이오드로 입사되는 거리가 짧아지게 되어 감도를 향상시킬 수 있는 컬러필터가 형성된 이미지센서 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 이미지 센서용 SiO2 컬러 필터가 형성된 이미지 센서는 실리콘 기판 내부에 형성되는 복수의 포토다이오드; 상기 실리콘 기판 위에 형성되어 평탄화된 층간 절연 SiO2 층; 상기 층간 절연 SiO2 층 내에 형성되는 복수의 금속배선; 상기 층간 절연 SiO2 층 표면으로부터 금속이 도핑되어 형성되는 녹색, 적색, 청색을 표시하는 복수의 컬러필터; 및 상기 복수의 컬러필터 위에 형성되는 복수의 마이크로 렌즈를 포함하여 이루어진다.
또한 상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 컬러필터가 형성된 이미지 센서 제조 방법은 (a)실리콘 기판의 표면으로부터 복수의 포토다이오드를 형성하는 단계; (b)상기 실리콘 기판 위에 평탄화된 층간 절연 SiO2 층을 형성하는 단계; (c)상기 형성된 층간 절연 SiO2 층 내에 복수의 금속배선을 형성하는 단계; (d)금속을 도핑하여 상기 층간 절연 SiO2 층 표면으로부터 녹색, 적색, 청색 각각에 대한 컬러필터를 형성하는 단계; 및 (e)상기 형성된 복수의 컬러필터 위에 마이크로 렌즈들을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 컬러 필터가 형성된 이미지 센서의 단면도를 나타낸 것이고, 도 2b는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 컬러 필터가 형성된 이미지 센서의 단면도를 나타낸 것이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명에 의한 컬러 필터가 형성된 이미지 센서는 실리콘 기판(210), 실리콘 기판 내에 형성되는 복수의 포토다이오드(220), 실리콘 기판 상에 형성되는 층간 절연 SiO2 층(230), 층간 절연 SiO2 층 내에 형성되는 금속배선들(240), 층간 절연 SiO2 층 표면으로부터 소정의 깊이까지 형성되는 녹색, 적색, 청색을 표시하는 복수의 컬러필터(250,260,270) 및 각각의 컬러필터 위에 형성되는 복수의 마이크로 렌즈(280)로 구성된다.
특히, 복수의 컬러필터(250,260,270)는 실리콘 기판 위에 형성되는 평탄화된 층간 절연 SiO2 층(230) 내에 녹색(250), 적색(260), 그리고 청색(270)의 컬러 필터 어레이 각각의 색에 대응하는 각각의 포토다이오드(220)에 수직으로 형성되는데, 각각의 컬러 필터(250,260,270)는 층간 절연 SiO2 층(230)에 철(Fe), 구리(Cu), 코발트(Co) 등의 금속이 후술할 금속 임플란트 및 열처리 방법, 금속이 포함된 SOG 막을 통한 방법, 그리고 금속 증착 및 열처리 방법 중 어느 하나의 방법으로 주입되어 형성된다.
도 2a는 본 발명에 의한 컬러필터가 형성된 이미지센서의 일실시예 중에서 감광막 마스킹을 이용하여 형성된 컬러필터를 나타내고, 도 2b는 다른 일실시예로서 금속이 포함된 SOG(Spin on glass) 막을 통하여 형성된 컬러필터를 나타낸다.
두가지 방법 중에서 어느 방법으로 컬러필터가 형성되든 간에 컬러필터가 평탄화된 층간 절연 SiO2 층 내부에 형성되기 때문에 본 발명에 의한 컬러필터가 형성된 이미지 센서는 종래의 컬러 필터가 형성된 이미지 센서에 비해 감도가 향상된다.
도 3은 본 발명에 의한 컬러필터가 형성된 이미지센서의 제조 방법을 나타내는 것으로서, 포토다이오드 형성 단계(S310), 층간 절연 SiO2 층 형성 단계(S320), 금속배선 형성 단계(S330), 컬러필터 형성 단계(S340) 및 마이크로 렌즈 형성 단계(S350)로 구성된다.
도 3의 구성요소에 의거하여, 또한 도 2를 참조하여 본 발명에 의한 컬러필터가 형성된 이미지센서 제조 방법의 각 단계를 설명하기로 한다.
포토다이오드 형성 단계(S310)에서는 실리콘 기판(210)의 표면으로부터 소정의 깊이로 복수의 포토다이오드(220)를 형성하고, 층간 절연 SiO2 층 형성 단계(S320)에서는 실리콘 기판(210) 위에 층간 절연을 하기 위해 SiO2 층(230)을 형성하며, 금속배선 형성 단계(S330)에서는 형성된 층간 절연 SiO2 층(230) 내에 소정 의 패턴으로 복수의 금속배선(240)을 형성한다.
포토다이오드 형성 단계(S310)로부터 금속배선 형성 단계(S330)까지는 종래의 이미지 센서를 제조하는 방법과 동일하게 형성하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
컬러필터 형성 단계(S340)에서는 소정의 방법으로 금속을 층간 절연 SiO2 층(230)의 표면으로부터 소정의 깊이로 주입시켜 녹색, 적색 및 청색을 표시하는 컬러필터(250,260,270)를 형성한다.
각각의 컬러 필터에 해당하는 금속은 철(Fe), 구리(Cu), 코발트(Co), 망간(Mn), 안티몬(Sb) 등의 금속 원소 중의 어느 하나 또는 둘 이상이 한 예가 될 수 있다.
금속을 층간 절연 SiO2 층에 주입하는 방법은 층간 절연 SiO2 층 내에 금속 임플란트(Metal Implant) 및 열처리하는 방법, 금속 불순물이 포함된 SOG(spin on glasses) 막을 통하여 주입하는 방법 및 층간 절연 SiO2 상에 금속을 증착 후 확산을 통하여 SiO2 층 내에 주입되도록 열처리하는 방법 등이 있다.
마이크로 렌즈 형성 단계(350)에서는 형성된 각각의 컬러필터 위에 마이크로 렌즈를 형성한다.
도 4a는 본 발명에 의한 컬러필터가 형성된 이미지 센서의 제조 방법의 일실시예로서, 도 2a의 이미지 센서의 제조를 위해 감광막 마스킹을 통한 컬러필터 형성 방법을 나타내는 것이다.
감광막 마스킹을 통해 각각의 컬러필터(250,260,270)를 형성할 수 있도록 마스킹 막(450)에 해당 금속 이온 주입 경로(460)를 통한 금속 임플란트를 층간 절연 SiO2(230) 내에 미리 정해진 에너지와 도즈(dose)로 실시한다. 이후 마스킹 막(450)을 제거하고, 미리 정해진 온도에서 열처리를 통해 층간 절연 SiO2 층(230) 내로 해당 금속 이온이 확산될 수 있도록 한다.
도 4b는 본 발명에 의한 컬러필터가 형성된 이미지 센서의 제조 방법의 일실시예로서, 도 2b의 이미지 센서의 제조를 위해 금속이 포함된 SOG 막을 통한 컬러필터 형성 방법을 나타내는 것이다.
컬러필터(250,260,270)가 형성되는 층간 절연 SiO2 층(230)의 영역을 미리 정해진 깊이로 식각하여 우물 모양(480)을 형성한다. 이후 상기 컬러 필터를 구현할 수 있는 금속이 혼합된 SOG와 같은 유동성이 좋은 SiO2 막(470)으로 채워 넣은 후 에치-백(Etch-back)이나 화학 기계적 연마(CMP)와 같은 방법을 이용하여 어레이 하고자 하는 컬러필터가 형성될 영역(490)을 제외한 막을 제거하여 복수의 컬러필터를 형성하게 된다.
이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
본 발명에 의한 컬러필터가 형성된 이미지센서 및 그 제조 방법에 의해 제조 된 이미지센서는 층간 절연 SiO2 층 내에 금속 주입 및 열처리를 통하여 제조된 컬러필터에 의해 종래의 컬러필터에 비해 우수한 평탄도 및 입사된 빛의 집광 율이 높은 이미지 센서를 만드는 것이 가능한 장점이 있다.
Claims (10)
- 실리콘 기판 내부에 형성되는 복수의 포토다이오드;상기 실리콘 기판 위에 형성되어 평탄화된 층간 절연 SiO2 층;상기 층간 절연 SiO2 층 내에 형성되는 복수의 금속배선;상기 층간 절연 SiO2 층 표면으로부터 금속이 주입되어 형성되는 녹색, 적색, 청색을 표시하는 복수의 컬러필터; 및상기 복수의 컬러필터 위에 형성되는 복수의 마이크로 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터가 형성된 이미지센서.
- 제1항에 있어서, 상기 금속은철(Fe), 구리(Cu), 코발트(Co), 망간(Mn) 및 안티몬(Sb) 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 컬러필터가 형성된 이미지센서.
- (a)실리콘 기판의 표면으로부터 복수의 포토다이오드를 형성하는 단계;(b)상기 실리콘 기판 위에 평탄화된 층간 절연 SiO2 층을 형성하는 단계;(c)상기 형성된 층간 절연 SiO2 층 내에 복수의 금속배선을 형성하는 단계;(d)금속을 주입하여 상기 층간 절연 SiO2 층 표면으로부터 녹색, 적색, 청색 각각에 대한 컬러필터를 형성하는 단계; 및(e)상기 형성된 복수의 컬러필터 위에 마이크로 렌즈들을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터가 형성된 이미지센서 제조 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 금속은철(Fe), 구리(Cu), 코발트(Co), 망간(Mn) 및 안티몬(Sb) 중에서 어느 하나 또는 둘 이상인 것을 특징으로 하는 컬러필터가 형성된 이미지센서 제조 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 (d)단계는상기 층간 절연 SiO2 층의 SiO2 격자 내에 금속 임플란트(Metal Implant) 및 열처리하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 컬러필터가 형성된 이미지센서 제조 방법.
- 제5항에 있어서, 상기 금속 임플란트 및 열처리 방법은,(d11)상기 층간 절연 SiO2 층 표면에 마스킹 막을 형성하는 단계;(d12)상기 마스킹 막을 통하여 금속 이온을 상기 층간 절연 SiO2 층 내로 임플란트시키는 단계; 및(d13)상기 마스킹 막을 제거한 후 층간 절연 SiO2 층 내로 임플란트된 금속 이온이 확산되도록 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터가 형성된 이미지센서 제조 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 (d)단계는금속이 포함된 SOG(Spin on Glasses) 막을 통한 방법으로 상기 금속을 상기 층간 절연 SiO2 층에 주입하는 것을 특징으로 하는 컬러필터가 형성된 이미지센서 제조 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 금속이 포함된 SOG 막을 통한 방법은(d21)컬러필터가 형성될 층간 절연 SiO2 층 영역을 식각하여 우물 모양을 형성하는 단계;(d22)상기 우물모양으로 식각된 공간에 상기 금속이 포함된 SOG 막으로 채우는 단계; 및(d23)컬러필터가 형성될 영역을 제외한 상기 SOG 막을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터가 형성된 이미지센서 제조 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 (d23)단계는에치-백(Etch-back)이나 화학 기계적 연마(CMP) 방법에 의해 SOG 막을 제거하는 것을 특징으로 하는 컬러필터가 형성된 이미지센서 제조 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 (d)단계는상기 층간 절연 SiO2 층 위에 금속을 증착한 후, 상기 층간 절연 SiO2 층 내에 상기 증착된 금속이 확산되도록 열처리하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 컬러필터가 형성된 이미지센서 제조 방법.
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