KR100749271B1 - 칼라특성 향상을 위한 이미지 센서의 칼라필터 어레이 및 그 제조방법 - Google Patents
칼라특성 향상을 위한 이미지 센서의 칼라필터 어레이 및 그 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 블랙필터를 배제하여 칼라필터 공정수를 감소시킴과 동시에 칼라특성을 향상시킬 수 있는 이미지 센서의 칼라필터를 제공한다. 본 발명은 제1, 제2 및 제3 수광영역에 각기 대응되는 레드칼라필터, 그린칼라필터 및 블루칼라필터를 포함하는 칼라필터 어레이에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3 수광영역의 각각의 가장자리에서 레드칼라필터, 그린칼라필터 및 블루칼라필터의 물질층들이 적층되어 블랙필터를 구성하는 것을 특징으로하는 칼라필터 어레이를 제공한다.
칼라필터, 블랙층, 이미지 센서
Description
도 1a 내지 도 1f는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 칼라필터 제조방법을 설명하기 위한 단면도.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 반도체 기판 11 : 절연막
12A, 12B : 금속배선 13A, 13B : 층간절연막
14 : 평탄화막 15 : 비아홀
16 : 패시배이션막 R11, R12, R13 : 제 1 레드패턴
R2 : 제 2 레드패턴 R : 레드 칼라필터
G11, G12 : 제 1 그린패턴
G2 : 제 2 그린패턴 G : 그린 칼라필터
B1 : 제 1 블루패턴 B21, B22 : 제 2 블루패턴
B : 블루 칼라필터 100 : 칼라필터 오버랩영역
본 발명은 이미지 센서 기술에 관한 것으로, 특히 칼라특성 향상을 위한 이미지 센서의 칼라필터 에리이 및 그 제조방법에 관한 것이다.
이미지 센서는 빛을 감지하는 광감지 부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 로직회로 부분으로 구성되어 있다. 또한, 광감도를 높이기 위하여 전체 이미지 센서 소자에서 광감지 부분의 면적이 차지하는 비율(fill factor)을 크게 하려는 노력을 진행하고 있으나, 근본적으로 로직회로 부분을 제거할 수 없기 때문에 제한된 면적하에서 이러한 노력에는 한계가 있다. 따라서, 감감도를 높이기 위하여 광감지 부분 이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 변경하여 광감지 부분으로 모아주는 집광기술이 등장하였는데, 이 기술이 바로 마이크로 렌즈 형성 기술이다.
또한, 칼라 이미지를 구현하기 위한 이미지센서는 외부로부터의 빛을 받아 광전하를 생성 및 축적하는 광감지부분 상부에 칼라 필터가 어레이되어 있으며, 이러한 칼라 필터 어레이(CFA : Color Filter Array)는 일반적으로 레드(Red), 그린(Green) 및 블루(Blue)의 3 가지 칼라필터로 이루어져서 비교적 복잡한 공정을 갖는다. 따라서, 생산원가를 절감시키고 경쟁력을 향상시키기 위해서는 칼라필터 공정을 단순화하기 위한 공정 개발이 중요하나, 이미지 센서의 칼라특성을 향상시키기 위해서는, 칼라필터 사이 또는 화소 가장자리로 입사하는 빛을 차단시켜 빛의 간섭현상을 최소화해야 하므로 상기 3가지의 칼라필터 이외에도 칼라필터 사이 또는 화소 가장자리에 별도의 블랙필터를 적용해야 하기 때문에, 사실상 칼라 필터 공정을 단순화하는 데에는 많은 어려움이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 블랙필터를 배제하여 칼라필터 공정수를 감소시킴과 동시에 칼라특성을 향상시킬 수 있는 이미지 센서의 칼라필터 어레이 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 제1, 제2 및 제3 수광영역에 각기 대응되는 레드칼라필터, 그린칼라필터 및 블루칼라필터를 포함하는 칼라필터 어레이에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3 수광영역의 각각의 가장자리에서 레드칼라필터, 그린칼라필터 및 블루칼라필터의 물질층들이 적층되어 블랙필터를 구성하는 것을 특징으로하는 칼라필터 어레이를 제공한다.
바람직하게, 상기 블랙필터를 구성하는 레드칼라필터, 그린칼라필터 및 블루칼라필터의 각 물질층은 상기 블랙필터의 총 두께의 1/3 두께씩을 갖는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 블랙필터를 구성하는 레드칼라필터, 그린칼라필터 및 블루칼라필터의 각 물질층은 상기 블랙필터의 총 두께의 1/3 두께씩을 갖는 것을 특징으로 한다.
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이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 1a 내지 도 1f는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 칼라필터 형성방법을 설명하기 위한 단면도이다.
먼저, 도 1a를 참조하면, 포토다이오드로 이루어진 제 1 내지 제 3 수광영역(P1∼P3)을 포함하는 화소(미도시)가 형성된 반도체 기판(10) 상에 절연막(11)을 형성하고, 절연막(11) 상에 제 1 금속배선(12A)을 형성하고, 두 층의 절연막(13A-1, 13A-2)으로 이루어진 제 1 층간절연막(13A)을 형성한다. 그 다음, 기판의 표면을 평탄화하기 위하여 기판 전면 상에 평탄화막(14)을 형성하고, 제 1 금속배선(12A)의 일부가 노출되도록 평탄화막(14) 및 제 1 층간절연막(13B-1)을 식 각하여 비아홀(15)을 형성한다.
그리고 나서, 비아홀(15)이 충전되도록 평탄화막(14) 상에 금속층을 증착하고 패터닝하여 제 1 금속배선(12A)과 콘택하는 제 2 금속배선(12B)을 형성하고, 두 층의 절연막(13B-1, 13B-2)으로 제 2 층간절연막(13B)을 형성한 후, 제 2 층간절연막(13B) 상에 수분이나 스크래치로부터 소자를 보호하기 위하여 패시배이션막(16)을 형성한다.
그 다음, 패시배이션막(16) 상부에 공지된 포토리소그라피 및 식각 공정으로, 제 1 수광영역(P1)과 오버랩하는 제 1 레드패턴(R11), 제 2 수광영역(P2)의 우측 가장장리와 오버랩하는 제 2 레드패턴(R12), 및 제 3 수광영역(P3)의 우측 가장자리와 오버랩하는 제 3 레드패턴(R13)으로 이루어진 제 1 레드 칼라필터를 형성한다. 이때, 제 1 레드 칼라필터는 총 레드 칼라필터 두께의 1/3 두께로 형성한다. 그 후, 도 1b에 도시된 바와 같이, 제 1 레드 칼라필터의 제 1 패턴(R11) 상에 포토리소그라피 및 식각공정으로, 제 1 레드패턴(R11)의 우측 가장자리가 일부 노출되도록 총 레드 칼라필터 두께의 2/3 두께로 제 2 레드 칼라필터(R2)를 형성하여 우측 가장자리가 계단 형상을 갖는 레드 칼라필터(R)을 완성한다.
도 1c에 도시된 바와 같이, 제 2 수광영역(P2)과 오버랩하면서 레드 칼라필터(R)의 제 1 레드패턴(R11) 및 제 2 레드패턴(R2)과 오버랩하는 제 1 그린패턴(G11)과, 제 3 레드패턴(R13)과 오버랩하는 제 2 그린패턴(G12)으로 이루어진 제 1 그린 칼라필터를 포토리소그라피 및 식각공정으로 형성한다. 이때, 제 1 그린 칼라필터는 총 그린 칼라필터 두께의 2/3 두께로 형성한다. 그 다음, 제 1 그린 칼라필터의 제 1 그린패턴(G11) 상에 포토리소그라피 및 식각공정으로, 제 1 그린패턴(G11)의 양측 가장자리 부분이 일부 노출되도록, 총 그린 칼라필터 두께의 1/3 두께로 제 2 그린칼라필터를 형성하여, 도 1d에 도시된 바와 같은 그린 칼라필터(G)를 완성한다.
도 1e에 도시된 바와 같이, 포토리소그라피 및 식각공정으로 제 3 수광영역(P3)과 오버랩하도록 제 2 레드패턴(R12) 및 제 1 그린패턴(G11)과, 제 3 레드패턴(R13) 및 제 2 그린패턴(R12)에 의해 형성된 공간에 매립되도록 제 1 블루 칼라필터(B1)를 형성한다. 이때, 제 1 블루 칼라필터(B1)는 총 블루 칼라필터 두께의 2/3 두께로 형성한다.
도 1f에 도시된 바와 같이, 포토리소그라피 및 식각공정으로, 레드 칼라필터(R)와 그린 칼라필터(G) 사이의 노출된 제 1 그린패턴(G11)의 좌측 가장자리와 오버랩하는 제 1 블루패턴(B21)을 형성함과 동시에, 제 1 블루 칼라필터(B1) 상부에 제 1 그린패턴(G11)의 우측 가장자리와 오버랩하면서 제 2 그린패턴(G12)과 오버랩하는 제 2 블루 칼라필터를 형성하여 블루 칼라필터(B)를 완성한다. 이때, 제 2 블루 칼라필터는 총 블루 칼라필터 두께의 1/3 두께로 형성한다. 도 1f에서 도면 부호 100은 칼라필터 오버랩영역을 나타낸 것으로서, 레드, 그린, 블루의 칼라필터들(R, G, B)이 레드층/그린층/블루층의 적층구조를 이루면서 서로 오버랩되어 있음을 알 수 있다. 이때, 이러한 적층구조의 혼색이 블랙층을 형성하여 블랙필터와 같은 작용을 하게 된다.
한편, 상기 실시예에서는 제 1 레드, 그린, 블루 칼라필터 형성 후, 제 2 레 드, 그린, 블루 칼라필터를 형성하기 전에 별도의 열처리를 수행하지는 않았으나, 두 층 사이의 박리를 효과적으로 방지하기 위하여 열처리를 수행하는 것이 바람직하다. 이때, 열처리는 약 180℃ 이상의 온도에서 약 30분 정도로 수행한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 칼라필터와 칼라필터 사이의 영역이 레드/그린/블루의 적층구조를 이루도록 칼라필터들을 서로 오버랩시켜 형성하여 블랙필터와 같은 작용을 하도록 한다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변형시켜 실시할 수 있다.
전술한 본 발명은 별도의 블랙필터를 형성하지 않고서도, 레드/드린/블루의 적층구조에 의해 칼라필터 사이 또는 화소 가장자리로 입사하는 빛을 차단하여 빛의 간섭현상을 최소화함으로써 칼라필터 특성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 칼라필터 공정을 비교적 단순화할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
Claims (4)
- 제1, 제2 및 제3 수광영역에 각기 대응되는 레드칼라필터, 그린칼라필터 및 블루칼라필터를 포함하는 칼라필터 어레이에 있어서,상기 제1, 제2 및 제3 수광영역의 각각의 가장자리에서 레드칼라필터, 그린칼라필터 및 블루칼라필터의 물질층들이 적층되어 블랙필터를 구성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 칼라필터.
- 제 1 항에 있어서,상기 블랙필터를 구성하는 레드칼라필터, 그린칼라필터 및 블루칼라필터의 각 물질층은 상기 블랙필터의 총 두께의 1/3 두께씩을 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 칼라필터 어레이.
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