KR100771377B1 - 이미지 센서 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서는, 반도체 기판 위에 형성된 컬러필터층과, 컬러필터층 위에 형성된 마이크로 렌즈와, 마이크로 렌즈 위에 형성된 탄소 도핑된 LTO층(Carbon-doped LTO layer)을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 소자 제조방법은, 컬러필터층을 형성하는 단계와, 컬러필터층 위에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계와, 마이크로 렌즈 위에 탄소 도핑된 LTO층(Carbon-doped LTO layer)을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 이미지 소자 제조방법은, 컬러필터층을 형성하는 단계와, 컬러필터층 위에 평탄화층을 형성하는 단계와, 평탄화층 위에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계와, 마이크로 렌즈 위에 탄소 도핑된 LTO층(Carbon-doped LTO layer)을 형성하는 단계를 포함한다.
Description
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서를 개념적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서에 적용되는 탄소 도핑된 LTO층의 특성을 설명하기 위한 도면.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서에 적용되는 탄소 도핑된 LTO층 형성에 대한 안정성을 설명하기 위한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11... 컬러필터층
13... 마이크로 렌즈
15... 탄소 도핑된 LTO층
본 발명은 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
CIS(CMOS image sensor)에서 밝고 선명한 화질을 얻기 위해서는 빛을 최대한 포토 다이오드(photo-diode)와 같은 수광부에 집광하여야 한다. 그렇게 하기 위해서 마이크로 렌즈(micro-lens)를 사용하는데 일반적으로 포토레지스트(PR)를 이용 하여 제작한다. 하지만 PR은 경도가 매우 약해 웨이퍼 소잉(wafer sawing)때 발생한 파티클(particle)이 표면에 박혀 마이크로 렌즈가 망가지게 된다. 이를 막기 위해 마이크로 렌즈(micro-lens) 위에 낮은 온도 (약 180oC)로 USG (un-doped silicate glass)를 증착하고 이를 LTO(low temperature oxide)라고 일컫는다. 그러나, USG는 일반적으로 단단한 대신 크랙(crack)이 쉽게 일어나고 한 번 발생하면 계속 진행되어 하부층인 마이크로 렌즈(micro-lens)에 영향을 주어 이미지(image)에 문제가 발생한다. 또한, 제작된 USG의 굴절률은 1.48~1.53으로 마이크로 렌즈(micro-lens)에 의해 빛이 굴절되기 전에 이미 굴절되어 오기 때문에 초점이 맺히는 거리가 줄어 들어 BEOL(back-end-of-line)의 두께를 줄여야 하는 문제를 야기한다.
본 발명은 웨이퍼 소잉(wafer sawing) 시에 크랙이 발생되어 진행되는 것을 방지할 수 있으며, 제조 수율을 향상시킬 수 있는 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서는, 반도체 기판 위에 형성된 컬러필터층; 상기 컬러필터층 위에 형성된 마이크로 렌즈; 상기 마이크로 렌즈 위에 형성된 탄소 도핑된 LTO층(Carbon-doped LTO layer); 을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서에 의하면, 상기 컬러필터층과 상기 마이크로 렌즈 사이에 형성된 평탄화층을 더 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서에 의하면, 상기 탄소 도핑된 LTO층은 메틸기(CH3), 폴리 메틸렌기((CH2)n)를 구비하는 그룹 중에서 선택된 치환기를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서에 의하면, 상기 탄소 도핑된 LTO층은 1.2~1.48의 굴절율을 갖도록 형성된다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 소자 제조방법은, 컬러필터층을 형성하는 단계; 상기 컬러필터층 위에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계; 상기 마이크로 렌즈 위에 탄소 도핑된 LTO층(Carbon-doped LTO layer)을 형성하는 단계; 를 포함한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 이미지 소자 제조방법은, 컬러필터층을 형성하는 단계; 상기 컬러필터층 위에 평탄화층을 형성하는 단계; 상기 평탄화층 위에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계; 상기 마이크로 렌즈 위에 탄소 도핑된 LTO층(Carbon-doped LTO layer)을 형성하는 단계; 를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 소자 제조방법에 의하면, 상기 탄소 도핑된 LTO층에 대하여 전자 빔(E-beam) 또는 자외선(UV) 조사를 수행하는 단계; 를 더 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 소자 제조방법에 의하면, 상기 탄소 도핑된 LTO층은 메틸기(CH3), 폴리 메틸렌기((CH2)n)를 구비하는 그룹 중에서 선택된 치환기를 포함하여 형성된다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 소자 제조방법에 의하면, 상기 탄소 도핑 된 LTO층은 1.2~1.48의 굴절율을 갖도록 형성된다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 소자 제조방법에 의하면, 상기 전자 빔(E-beam) 또는 자외선(UV) 조사에 의하여, 상기 탄소 도핑된 LTO층을 구성하는 물질의 특정 결합이 끊어지고 재결합되어 경도가 향상되며, 상기 탄소 도핑된 LTO층을 구성하는 물질의 특정 결합은 Si-O 결합, Si-H 결합, Si-C 결합, C-C 결합, C-H 결합을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 소자 제조방법에 의하면, 상기 전자 빔(E-beam) 또는 자외선(UV) 조사에 이용되는 에너지는 1~10eV 의 에너지 대역이 전체적으로 이용되거나 또는 1~10eV 중에서 일부 구간의 eV를 갖는 에너지 대역이 이용된다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 소자 제조방법에 의하면, 상기 탄소 도핑된 LTO층은 20~350℃의 온도 범위에서 형성된다.
본 발명에 따른 이미지 센서 및 그 제조방법에 의하면, 웨이퍼 소잉(wafer sawing) 시에 크랙이 발생되어 진행되는 것을 방지할 수 있으며, 제조 수율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위"에 또는 "아래"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 그 의미는 각 층(막), 영역, 패드, 패턴 또는 구조물들이 직접 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들에 접촉되어 형성되는 경우로 해석될 수도 있으며, 다른 층(막), 다른 영역, 다른 패드, 다른 패턴 또는 다 른 구조물들이 그 사이에 추가적으로 형성되는 경우로 해석될 수도 있다. 따라서, 그 의미는 발명의 기술적 사상에 의하여 판단되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서를 개념적으로 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 컬러필터층(11)이 형성되어 있으며, 상기 컬러필터층(11) 위에 마이크로 렌즈(13)가 형성되어 있다. 또한 상기 마이크로 렌즈(13) 위에 탄소 도핑된 LTO층(Carbon-doped LTO layer)(15)이 형성되어 있다. 상기 탄소 도핑된 LTO층(15)은 이하에서 c-LTO층으로 표기할 수도 있다.
상기 탄소 도핑된 LTO층(15)은 SiO2에서 Si-O 결합의 일부가 메틸기(CH3), 폴리 메틸렌기((CH2)n) 등의 선택된 치환기를 포함하여 형성될 수 있다. 또한 상기 탄소 도핑된 LTO층(15)은 1.2~1.48의 굴절율을 갖도록 형성될 수 있다. 상기 탄소 도핑된 LTO층(15)은 20~350℃의 온도 범위에서 형성되도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 이미지 센서에 의하면, 상기 컬러필터층(11)을 형성하는 단계 이전에, 반도체 기판에 수광부를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 수광부는 하나의 예로서 포토 다이오드로 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 상기 탄소 도핑된 LTO층(15)에 대하여 전자 빔(E-Beam) 또는 자외선(UV) 조사가 수행된다.
상기 전자 빔(E-Beam) 또는 자외선(UV) 조사에 의하여, 상기 탄소 도핑된 LTO층(15)을 구성하는 물질의 특정 결합이 끊어지고 재결합되어 경도가 향상될 수 있게 된다. 상기 탄소 도핑된 LTO층(15)은 특정 결합의 예로서 Si-O, Si-H, Si-C, C-C 결합, C-H 결합 등을 포함할 수 있다.
이에 따라, 소잉(sawing) 공정 등에서 파티클이 발생되는 경우에도 상기 탄소 도핑된 LTO층(15)이 손상되는 것을 방지할 수 있게 된다. 또한, 상기 탄소 도핑된 LTO층(15)에 크랙이 발생되는 것을 방지할 수 있으며, 그 하부에 위치된 상기 마이크로 렌즈(13)가 손상되는 것을 방지할 수 있게 된다. 이에 따라 본 발명에 의하면 제조 수율을 향상시킬 수 있게 된다.
상기 전자 빔(E-Beam) 또는 자외선(UV) 조사에 이용되는 에너지는 1~10eV의 에너지 대역이 전체적으로 이용되거나 또는 1~10eV 중에서 일부 구간의 eV를 갖는 에너지 대역이 이용될 수도 있다. 예컨대, 상기 C-C 결합은 대략적으로 3eV 부근 영역에서 재결합이 발생될 수 있으며, 상기 C-H 결합은 대략적으로 4.5eV 부근 영역에서 재결합이 발생될 수 있다. 또한, 이와 같은 전자 빔(E-Beam) 또는 자외선(UV) 조사는 0~400℃의 온도 범위에서 수행될 수 있다.
이상의 설명에서는 컬러필터층(11) 위에 마이크로 렌즈(13)가 형성되는 경우를 기준으로 설명하였다. 그러나 상기 컬러필터층(11)과 상기 마이크로 렌즈(13) 사이에는 평탄화층이 더 형성될 수도 있다. 즉, 컬러필터층(11) 위에 평탄화층을 형성하여 평탄면을 먼저 형성하고, 상기 평탄화층 위에 상기 마이크로 렌즈(13)가 형성되도록 할 수도 있다.
한편, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서에 적용되는 탄소 도핑된 LTO층의 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 USG와 메틸(methyl)기를 포함한 탄소 도핑된 산화물(carbon-doped oxide)의 크랙 속도(crack velocity)를 나타낸 것이다. 기존 USG보다 탄소 도핑된 산화물(carbon-doped oxide)의 경우 크랙(crack)이 거의 발생하지 않음을 알 수 있다. 이는 탄소 도핑된 산화물(carbon-doped oxide)에 있는 -CH3, -(CH2)n-에 의한 것으로 여겨진다. 도 2의 경우 높은 온도에서 증착하거나 큐어링(curing)한 결과를 보여주는 것이다. 실제로 마이크로 렌즈(micro-lens) 위에 탄소 도핑된 산화물(carbon-doped oxide)을 증착하여야 하기 때문에 PR이 손상되지 않는 조건을 찾아야 한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서에 적용되는 탄소 도핑된 LTO층 형성에 대한 안정성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 실제 PR위에 탄소 도핑된 LTO(carbon-doped LTO:c-LTO)층을 증착하여 SEM으로 관측한 것을 보여준다. PR위에 c-LTO가 잘 증착되어 있고 증착전의 PR두께는 변하지 않았다. 증착온도는 70℃이고 gas는 Si(CH3)3H, He, O2를 이용하였다. 이렇게 얻어진 c-LTO의 굴절률은 n=1.4~1.48 이었다.
도 4는 USG / PR with Barc 구조 위에 c-LTO층을 증착한 구조의 AES (Auger electron spectroscopy) 뎁스 프로파일(depth profile)을 보여준다. c-LTO 박막은 PR 표면에만 있고 PR 내부로 침투하지 않았다. 또한, 하부층의 USG에서는 탄 소(carbon)가 0%인 것에 비해 c-LTO의 carbon 성분은 10~20%임을 알 수 있었다.
본 발명에 따른 이미지 센서 및 그 제조방법에 의하면, 웨이퍼 소잉(wafer sawing) 시에 크랙이 발생되어 진행되는 것을 방지할 수 있으며, 제조 수율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명에 따른 이미지 센서 및 그 제조방법에 의하면, 종래 일반적인 LTO의 굴절률(n=1.48~1.53)보다 c-LTO의 굴절률(n=1.2~1.48)이 훨씬 작기 때문에 빛의 초점거리 감소를 최소화 할 수 있어 BEOL(back-end-of-line)의 두께를 줄이지 않아도 되는 장점이 있다.
Claims (13)
- 반도체 기판 위에 형성된 컬러필터층;상기 컬러필터층 위에 형성된 마이크로 렌즈;상기 마이크로 렌즈 위에 형성된 탄소 도핑된 LTO층(Carbon-doped LTO layer);을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 1항에 있어서,상기 컬러필터층과 상기 마이크로 렌즈 사이에 형성된 평탄화층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 1항에 있어서,상기 탄소 도핑된 LTO층은 메틸기(CH3), 폴리 메틸렌기((CH2)n)를 구비하는 그룹 중에서 선택된 치환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 1항에 있어서,상기 탄소 도핑된 LTO층은 1.2~1.48의 굴절율을 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 컬러필터층을 형성하는 단계;상기 컬러필터층 위에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계;상기 마이크로 렌즈 위에 탄소 도핑된 LTO층(Carbon-doped LTO layer)을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 컬러필터층을 형성하는 단계;상기 컬러필터층 위에 평탄화층을 형성하는 단계;상기 평탄화층 위에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계;상기 마이크로 렌즈 위에 탄소 도핑된 LTO층(Carbon-doped LTO layer)을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 5항 또는 제 6항에 있어서,상기 탄소 도핑된 LTO층에 대하여 전자 빔(E-beam) 또는 자외선(UV) 조사를 수행하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 5항 또는 제 6항에 있어서,상기 탄소 도핑된 LTO층은 메틸기(CH3), 폴리 메틸렌기((CH2)n)를 구비하는 그룹 중에서 선택된 치환기를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 5항 또는 제 6항에 있어서,상기 탄소 도핑된 LTO층은 1.2~1.48의 굴절율을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 7항에 있어서,상기 전자 빔(E-beam) 또는 자외선(UV) 조사에 의하여, 상기 탄소 도핑된 LTO층을 구성하는 물질의 특정 결합이 끊어지고 재결합되어 경도가 향상되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 10항에 있어서,상기 탄소 도핑된 LTO층을 구성하는 물질의 특정 결합은 Si-O 결합, Si-H 결합, Si-C 결합, C-C 결합, C-H 결합을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 7항에 있어서,상기 전자 빔(E-beam) 또는 자외선(UV) 조사에 이용되는 에너지는 1~10eV 의 에너지 대역이 전체적으로 이용되거나 또는 1~10eV 중에서 일부 구간의 eV를 갖는 에너지 대역이 이용되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 5항 또는 제 6항에 있어서,상기 탄소 도핑된 LTO층은 20~350℃의 온도 범위에서 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
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