KR100748313B1 - 이미지센서의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이미지센서에 관한 것으로 질화막 또는 산화질화막을 이용한 마이크로렌즈를 페시베이션 보호막 바로 위에 형성함으로써 촛점거리를 감소시키며 또한 굴절률이 큰 질화막 또는 산화질화막을 이용하여 마이크로렌즈를 형성하고 마이크로렌즈 상에 마이크로렌즈 보다 굴절률이 작은 물질로 구성된 칼라필터를 형성함으로써, 각도를 가지고 마이크로렌즈로 입사하는 광을 효율적으로 집광할 수 있다. 이를 위한 본 발명은 소정공정이 완료된 기판 상에 형성된 소자보호막; 상기 소자보호막 상에 광투과절연막으로 형성된 마이크로렌즈; 상기 마이크로렌즈 상에 형성된 평탄화막; 및 상기 마이크로렌즈와 오버랩되는 영역의 상기 평탄화막 상에 형성된 칼라필터를 포함하여 이루어진다.
기판에 포토다이오드를 포함하는 관련소자들과 금속배선이 형성된 후 보호막을 형성하는 제1단계; 상기 제1단계의 결과물상에 질화막 또는 산화질화막을 형성하는 제2단계; 상기 질화막 또는 산화질화막을 밑변이 긴 사다리꼴 형태로 경사식각하여 마이크로렌즈를 형성하는 제3단계; 상기 제3단계의 결과물상에 상기 제2단계의 질화막 또는 산화질화막을 형성하고 전면식각하여 스페이서를 형성하는 제4단계; 상기 제4단계의 결과물상에 포토레지스트를 도포하고 평탄화하는 제5단계; 상기 제5단계의 결과물상에 칼라필터와 산화막을 차례로 형성하는 제6단계;를 포함하여 이루어진다.
이미지센서, 마이크로렌즈, 촛점거리
Description
도1은 기존의 마이크로렌즈를 포함한 이미지 센서의 단면도
도2 내지 도4는 마이크로렌즈의 촛점거리에 따른 광 특성을 보인 도면
도5는 본 발명의 기술적 원리를 도시한 도면
도6 내지 도8은 본 발명에 따른 실시예를 도시한 도면
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 기판 2 : 포토다이오드
3 : 필드산화막 4 : 하부막
5 : 칼라필터 6 : 오버코팅레이어
7 : 마이크로렌즈 8 : 산화막
9 : 질화막/산화질화막 10 : 스페이서 질화막/산화질화막
11 : 포토레지스트 12 : 칼라필터
13 : 산화막
일반적으로 이미지센서라 함은 광학영상을 전기신호로 변환시키는 반도체 소자로서 이중 전하결합소자(CCD : charge coupled device)는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 커패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 저장되고 이송되는 소자이며 CMOS 이미지 센서는 제어회로 및 신호처리회로를 주변회로로 사용하는 CMOS기술을 이용하여 화소수만큼 MOS트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다
이러한 다양한 이미지센서를 제조함에 있어서, 이미지센서의 감광도(photo sensitivity)를 증가시키기 위한 노력들이 진행되고 있는바 그 중 하나가 집광기술이다. 예컨대, CMOS 이미지센서는 빛을 감지하는 광감지부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 CMOS 로직회로부분으로 구성되어 있는바, 광감도를 높이기 위해서는 전체 이미지센서 면적에서 광감지부분의 면적이 차지하는 비율(이를 통상 "Fill Factor"라 한다)을 크게 하려는 노력이 진행되고 있지만, 근본적으로 로직회로 부분을 제거할 수 없기 때문에 제한된 면적 하에서 이러한 노력에는 한계가 있다. 따라서 광감도를 높여주기 위하여 광감지부분 이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 바꿔서 광감지부분으로 모아주는 집광기술이 많이 연구되고 있다.
도1은 종래의 방법으로 형성된 이미지센서와 마이크로렌즈의 촛점거리를 도시한 도면인데 이를 참조하여 종래의 이미지센서 제조 방법을 설명한다.
기판(1) 위에 소자간의 전기적인 절연을 위하여 필드산화막(2)을 형성한 후 폴리실리콘과 텅스텐 실리사이드막을 연속적으로 도포하고 패턴닝함으로써 게이트 전극을 형성한다. (게이트 전극은 도1에 도시않됨)
이후 적절한 이온주입 공정을 진행함으로써 포토다이오드(3)를 형성하고 트랜지스터의 소오스/드레인 및 센싱노드를 형성하기 위한 이온주입을 실시하고 금속층간 절연막, 금속접속창 및 금속배선들을 형성하고 패시베이션 보호막을 형성하면 일반 시모스 로직 프로세스가 완료된다. 도1에서 도면부호(4)는 층간절연막과 금속배선이 형성되고 페시베이션 보호막이 형성된 하부막을 나타낸다.
이후 칼라 이미지 구현을 위한 세가지 종류의 칼라필터(5)를 형성하고 OCL(Over Coating Layer)막(6)을 이용한 평탄화 공정을 진행하여 칼라필터어레이를 형성한다. 칼라필터의 물질은 통상 염색된 포토레지스트를 사용한다.
OCL(6)은 일종의 감광막으로서 후속 마이크로렌즈 마스크 패터닝을 용이하게 하기 위한 평탄화 목적으로 쓰인다. OCL막을 이용하여 평탄화공정을 수행한 다음 광집속율을 증가시키기 위해 마이크로렌즈(7)를 형성하는데 마이크로렌즈는 주로 유기물 포토레지스트 물질을 이용하여 형성한다.
마이크로렌즈의 형성은 다음과 같이 수행된다. 마이크로렌즈 감광제를 도포한 후 마스크 공정을 통해 패턴을 형성한다. 이후 베이킹을 하여 마이크로렌즈를 플로우 시켜서 돔 형태의 마이크로렌즈(7)를 형성시키고 산화막(8)을 보호용으로 형성한다.
종래에는 전술한 바와 같이 최종 금속배선을 형성한 후에 페시베이션 보호막 을 증착하고 상기 페시베이션 보호막위에 칼라필터(5)를 형성하고 평탄화 물질(6)을 사용하여 평탄화 시킨뒤 마이크로렌즈(7)를 형성하여 왔다.
이와 같은 종래의 방법으로 마이크로렌즈를 형성하게 되면 마이크로렌즈의 촛점거리(F)가 길어지게 되는데 소자가 고집적화되고 사용되는 금속배선의 수가 증가하면서 층간절연막과 금속배선이 형성된 영역인 하부막(4)의 두께가 증가하게 되고 따라서 마이크로렌즈의 촛점거리(F)는 점점 더 증가하는 현상이 발생한다.
도2는 촛점거리가 다른 경우에 입사하는 빛의 각도에 따라 변화하는 광의 감도 특성을 도시한 도면이다. 도2에 도시된 바와 같이 촛점거리가 크면 클수록, 입사하는 각도가 크면 클수록 입사하는 광의 감도 특성이 저하되는 것을 볼 수 있다.
도3은 촛점거리가 다른 경우에 입사하는 빛의 각도에 따라 smear 현상이 발생하는 정도를 도시한 도면이다. 도1b에 도시된 바와 같이 촛점거리가 크면 클수록, 입사하는 각도가 크면 클수록 smear현상이 많이 발생하는 것을 볼 수 있다.
도4는 입사하는 광의 궤적이 촛점거리에 따라 변화되는 것을 보인 도면이다. 촛점거리가 크면 클수록 포토다이오드에 집광이 잘 안되는 것을 볼 수 있다.
이처럼 촛점거리가 증가함에 따라 수직으로 입사하는 광 이외에 각도를 가지고 입사하는 광의 감도는 저하되고 또한 smear현상도 발생하여 이미지센서의 광특성을 열화시키는 문제가 있었다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로 마이크로렌즈의 촛점거리를 줄이고 이미지센서의 광감도를 향상시킨 마이크로렌즈의 제조방법을 제공함을 그 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 포토다이오드와 복수의 절연막이 형성된 기판 상에 소자보호막을 형성하는 단계와, 상기 소자보호막 상에 마이크로렌즈를 형성하는 단계와, 상기 마이크로렌즈 상에 광투과절연막으로 평탄화막을 형성하는 단계와, 상기 마이크로렌즈와 오버랩되는 영역의 상기 평탄화막 상에 칼라필터를 형성하는 단계를 포함하되, 상기 마이크로렌즈를 형성하는 단계는, 상기 소자보호막 상에 사다리꼴 형상을 갖도록 제1절연막패턴을 형성하는 단계와, 상기 제1절연막패턴의 양측벽에 스페이서 형태로 제2 절연막패턴을 형성하는 단계를 포함하는 이미지센서의 제조방법을 제공한다.
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.
시모스 이미지센서 제작시, 기존의 경우는 페시베이션 보호막 위에 칼라필터를 형성하고, 평탄화를 위한 물질을 도포한 후에 마이크로렌즈를 형성하였다.
본 발명에서는 질화막 또는 산화질화막으로 이루어진 광투과절연막을 이용한 마이크로렌즈를 페시베이션 보호막 바로 위에 형성함으로써 컬러필터의 두께 및 평탄화를 위해 도포되는 물질의 두께만큼 촛점거리가 감소하게 된다.
그리고 본 발명에서는 굴절률이 큰 광투과벌연막을 이용하여 마이크로렌즈를 형성하고 마이크로렌즈 상에 마이크로렌즈 보다 굴절률이 작은 물질로 구성된 칼라필터를 형성함으로써, 각도를 가지고 마이크로렌즈로 입사하는 광을 효율적으로 집광할 수 있다.
도5는 효율적으로 광을 집광하는 원리를 도시한 도면으로 이를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도5의 A 부분은 굴절률이 낮은 공기중에서 공기 보다는 굴절률이 높은 컬러필터로 광이 입사하면서 입사각이 작아지는 현상을 보이고 있다.
도5의 B 부분은 굴절률이 칼라필터보다 큰 마이크로렌즈로 광이 입사하면서 입사광이 마이크로렌즈의 중심부로 모이는 현상을 보이고 있다. 이때 마이크로렌즈의 평평한 부분으로 입사하는 빛은 각도의 변화없이 포토다이오드로 입사한다.
도5의 C 부분은 마이크로렌즈를 지난 광이 굴절률이 낮은 산화막으로 입사하면서 더욱 더 렌즈의 중심부로 모아지고 있음을 보이고 있다.
이와 같이 마이크로렌즈의 촛점거리를 줄인 본 발명에 따른 마이크로렌즈의 형성방법을 도6 내지 도8을 참조하여 설명한다.
먼저 기판상(1)에 포토다이오드(2)와 폴리게이트를 형성하고 절연막을 증착한다. 이때 절연막은 굴절률이 작은 산화막을 사용한다. 로직 회로 구성을 위해 금속콘택 및 금속배선을 형성하고 다시 절연막으로 산화막을 증착한다.
평탄화 공정을 거친후에 상위 금속배선과 하위 금속배선간의 콘택 및 상위 금속배선을 형성한다. 최상위 금속배선의 경우는 포토다이오드 이외의 지역에 금속배선을 형성하여 차단막역할을 하도록 한다. 최상위 금속배선 형성이 끝나면 보호막으로 페시베이션 보호막을 증착한다.
도6의 하부막(4)는 이러한 층간절연막, 금속배선, 콘택, 금속층간절연막, 페시베이션 보호막등이 형성되어 있는 영역을 나타내고 있다.
페시베이션 보호막 증착후 곧 바로 마이크로렌즈를 형성할 질화막 또는 산화질화막(9)을 증착한다. 마이크로렌즈가 형성될 영역을 제외하고 상기 질화막 또는 산화질화막을 식각하는데 산화막(9) 식각시에 도7에 도시된 사다리꼴 형태의 마이크로렌즈가 형성되도록 양쪽으로 경사지게 식각한다.
이때 경사각θ에 따라 마이크로렌즈의 특성이 달라지게 되며 경사각θ는 후속 증착되는 스페이서 질화막/산화질화막(10)의 두께, 마이크로렌즈와 포도다이오드까지의 거리 등 여러가지 제반 조건에 따라 최적의 광특성을 갖도록 설정된다.
도6과 도7에 도시된 바와 같이 산화막(9) 식각 후에 스페이서를 형성하기 위하여 다시 질화막 또는 산화질화막(10)을 증착한다. 이때 증착하는 두께 T도 상기의 경사각θ과 마찬가지로 마이크로렌즈의 특성을 결정하게 된다.
이와 같이 마이크로렌즈를 형성하고 난 후에 평탄화를 위해 포토레지스트 (11)를 도포하고 그 위에 칼라필터(12)를 형성하는 모습이 도8에 도시되어 있으며 칼라필터 형성시에는 서로 겹치지 않도록 평평한 형태로 칼라필터를 형성한다.
칼라필터 형성이 끝나면 금속패드 영역을 식각할 때 칼라필터를 보호하기 위하여 산화막(13)을 증착한다.
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 발명에서는 광투과절연막인 질화막 또는 산화질화막을 이용한 마이크로렌즈를 페시베이션 보호막 바로 위에 형성함으로써 컬러필터의 두께 및 평탄화를 위해 도포되는 물질의 두께만큼 촛점거리가 감소시키는 효과가 있으며 또한 굴절률이 큰 질화막 또는 산화질화막을 이용하여 마이크로렌즈를 형성하고 마이크로렌즈 상에 마이크로렌즈 보다 굴절률이 작은 물질로 구성된 칼라필터를 형성함으로써, 각도를 가지고 마이크로렌즈로 입사하는 광을 효율적으로 집광할 수 있는 효과가 있다.
Claims (3)
- 포토다이오드와 복수의 절연막이 형성된 기판 상에 소자보호막을 형성하는 단계;상기 소자보호막 상에 마이크로렌즈를 형성하는 단계;상기 마이크로렌즈 상에 광투과절연막으로 평탄화막을 형성하는 단계; 및상기 마이크로렌즈와 오버랩되는 영역의 상기 평탄화막 상에 칼라필터를 형성하는 단계를 포함하되,상기 마이크로렌즈를 형성하는 단계는,상기 소자보호막 상에 사다리꼴 형상을 갖도록 제1절연막패턴을 형성하는 단계; 및상기 제1절연막패턴의 양측벽에 스페이서 형태로 제2 절연막패턴을 형성하는 단계를 포함하는 이미지센서의 제조방법.
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- 제1항에 있어서,상기 광투과절연막은 상기 칼라필터보다 굴절률이 큰 질화막 또는 산화질화막 임을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
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| JP2000101056A (ja) * | 1998-09-17 | 2000-04-07 | Nec Corp | 固体撮像素子及びその製造方法 |
| KR20000041448A (ko) * | 1998-12-22 | 2000-07-15 | 김영환 | 오목 마이크로렌즈를 갖는 이미지센서 제조방법 |
| KR20010047339A (ko) * | 1999-11-19 | 2001-06-15 | 박종섭 | 산화막 마이크로렌즈를 갖는 이미지센서의 제조방법 |
| KR20010058998A (ko) * | 1999-12-30 | 2001-07-06 | 박종섭 | 광감도를 개선하기 위한 이미지센서의 제조 방법 |
-
2001
- 2001-06-28 KR KR1020010037401A patent/KR100748313B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR20010058998A (ko) * | 1999-12-30 | 2001-07-06 | 박종섭 | 광감도를 개선하기 위한 이미지센서의 제조 방법 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20030001071A (ko) | 2003-01-06 |
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