KR100782778B1 - 이미지 센서의 평탄화층을 제조하는 방법 및 상기 평탄화층을 포함하는 이미지 센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 평탄화층은 마이크로 렌즈의 하부에 위치하는 평탄화층에 있어서, 상기 평탄화층은 소정 크기로 패턴화된 골을 갖는 것을 특징으로 한다.
다른 측면에 따른 평탄화층의 제조 방법은 마이크로 렌즈의 하부에 위치하는 평탄화층의 제조 방법에 있어서, 소정의 패턴화된 마스크를 이용하여 포토 레지스트를 노광하여, 상기 포토 레지스트의 노광된 부위가 평탄화된 면을 갖도록 하고, 상기 마스크는 소정 간격을 두고서 형성된 크로스 라인들이 패턴화된 것을 특징으로 한다.
이미지 센서, 평탄화층, 마이크로 렌즈

Description

이미지 센서의 평탄화층을 제조하는 방법 및 상기 평탄화층을 포함하는 이미지 센서{Planar layer of image sensor, method for manufacturing the planar layer and image sensor comprising the planar layer}
도 1은 종래기술에 따라 제조된 이미지 센서를 나타내는 도면.
도 2은 마이크로 렌즈부를 확대한 도면.
도 3은 종래기술에 따라 마이크로 렌즈 형성 공정을 설명하기 위한 도면.
도 4는 상기 도 3에 의해 제조된 평탄화층의 단면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 수광부를 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 평탄화층을 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 7에 도 6에 의해 제조된 평탄화층의 단면도.
도 8은 본 발명에 따른 평탄화층을 확대한 도면.
본 발명은 이미지 센서에 대한 것으로서, 상세하게는, 시모스 이미지 센서에 있어서의 마이크로 렌즈를 형성하기 위한 공정에 있어서 평탄화를 제조하는 방법에 대한 것이다.
이미지 센서의 성능을 좌우하는 가장 중요한 공정중 하나로서 마이크로 렌즈 형성 공정이 있다.
그리고, 마이크로 렌즈 형성 공정에서 가장 중요하고도 어려운 부분은 포토 리소그라피(photolithography)를 이용하여 렌즈의 패턴을 형성하기 때문에, 렌즈 사이의 갭(gap)을 없애기는 매우 어렵다는 점이다.
이러한 갭을 통해서 하부층으로 전달되는 빛 신호에 대해서는 그 진행 방향을 조절하기가 매우 어려운 일이며, 하부의 포토 다이오드(photodiode) 층에 전달될 때에 이웃한 픽셀(pixel)로 전달되어 크로스-토크(cross-talk)을 유발시키는등 이미지 센서의 성능을 크게 열화시키는 원인이 된다.
도 1은 종래기술에 따라 제조된 이미지 센서를 나타내는 도면이고, 도 2은 마이크로 렌즈부를 확대한 도면이고, 도 3은 종래기술에 따라 마이크로 렌즈 형성 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에는 시모스 이미지 센서가 도시되어 있고, 시모스 이미지 센서의 경우 마이크로 렌즈등을 이용하여 빛을 수광하는 포토 다이오드 영역과 층 간의 신호전달이 수행되도록 하는 로직 영역이 있다.
로직 영역에 대해서는, 기판(10) 상에 제 1 메탈층(21), 유전체층(22) 및 제 2 메탈층(23)으로 이루어진 MIM층(Metal/Insulator/Metal)(20)이 형성된다.
그리고, 포토 다이오드 영역에 대해서는, 상기 기판(10) 상에 제 3 메탈층(60)이 형성되고, 상기 포토 다이오드 영역 및 로직 영역 전체에 대하여 제 1 층 간 절연막(30)이 형성된다.
그리고, 상기 제 1 층간 절연막(30)을 식각하여 소정의 컨택홀을 형성한 다음에, 금속을 증착시켜 컨택 플러그(40)를 형성하고, 상기 컨택 플러그(40) 상에 제 4 메탈층(50)을 형성하여, 상기 제 4 메탈층(50)에 의한 상부 금속배선이 형성되도록 한다.
그리고, 상기 포토 다이오드 영역 및 로직 영역 전체에 대하여 제 2 층간 절연막(70)을 형성한 다음에, 상기 포토 다이오드 영역에 마이크로 렌즈 형성 공정을 진행한다.
여기서, 상기 제 2 층간 절연막(70)을 소정 두께 식각한 다음에 수광부 즉, 컬러 필터층(90), 평탄화층(91) 및 렌즈층(92)을 형성한다.
상세히, 상기 컬러 필터층(90)을 형성한 다음, 상기 컬러 필터층(90) 상에 평탄화층(Planar layer)(91)을 형성하고 나서 상기 렌즈층(92)을 형성하기 위한 공정을 진행한다.
여기서, 상기 렌즈층(92)을 형성하는 공정은 상기 평탄화층(91) 상에 형성된 포토 레지스트를 사용한 리플로우(reflow) 공정을 사용하는 방법으로 수행된다.
도 2에는 상기 컬러 필터층, 평탄화층 및 렌즈층으로 이루어진 수광부가 확대되어 도시되어 있으며, 파장에 따라 빛을 수광하는 컬러 필터층(90) 위에는 평탄화된 평탄화층(91)이 형성되며, 상기 평탄화층(91) 위에서 마이크로 렌즈들이 소정의 갭을 두고서 형성된다.
즉, 상기 렌즈층(92)을 구성하는 다수의 마이크로 렌즈들은 소정의 간격을 두고서 형성되고, 이 경우 앞서 설명한 바와 같이 하부층으로 전달되는 빛의 진행방향을 조절하기가 매우 어렵다. 따라서, 도시된 바와 같이 상기의 갭으로 진행되는 빛은 상기 컬러 필터층(90)의 이웃 픽셀로 잘못 진행하게 되는 경우가 발생하게 되는 문제점이 있다.
이는, 상기 평탄화층(91)의 상부에 놓여진 마이크로 렌즈들이 소정의 갭을 두고서 형성되기 때문에 발생되는 문제점이다.
도 3을 참조하여 상기 평탄화층을 제조하는 방법을 설명하면, 종래 구조의 이미지 센서의 경우 픽셀 지역이 아닌 주변회로 지역에 포토 레지스트가 개방(open)된 패턴을 형성해야 하므로, 픽셀 지역만을 투명하게 만든 마스크를 통해 노광을 수행한다.
이때, 빛이 수광된 포토 레지스트는 평탄화된 면을 갖으면서 남게되고, 빛이 수광되지 않은 영역의 포토 레지스트는 제거되어 도 4에 도시된 바와 같이 평탄화된 평탄화층(91)이 제조된다. 상기와 같은 포토 레지스트를 네거티브 포토 레지스트라고도 한다.
전술한 바와 같이, 마이크로 렌즈들이 상부면이 평탄화된 평탄화층 상에 형성되고, 상기 마이크로 렌즈들이 소정의 갭을 두고서 형성됨에 따라 이동하던 빛이 컬러 필터층의 이웃한 픽셀로 진행하게 되는 경우가 발생하여, 이미지 센서의 동작 성능을 저하시키는 문제점이 있다.
본 발명은 상기되는 문제점을 해결하기 위하여 제안되는 것으로서, 이미지 센서의 동작 성능을 향상시킬 수 있는 평탄화층 및 이의 제조 방법, 그리고 상기 평탄화층이 형성된 이미지 센서를 제안하는 것을 목적으로 한다.
본 실시예에 따른 평탄화층의 제조 방법은 마이크로 렌즈의 하부에 위치하는 평탄화층을 제조하는 방법에 있어서, 기 설정된 간격을 갖도록 형성된 크로스 라인들이 패턴화된 마스크를 준비하는 단계; 및 상기 마스크를 이용하여 포토 레지스트를 노광하여, 상기 포토 레지스트의 노광된 부위가 평탄화된 면을 갖도록 하는 단계;가 포함되고, 상기 평탄화층 및 마이크로 렌즈를 형성하기 위하여 사용되는 노광 장치의 정밀도 한계가 C 이고, 상기 마이크로 렌즈들 간의 갭(gap)이 A인 경우에, 상기 평탄화층의 골 간의 간격 B가 상기의 A와 C를 합한 값보다 크도록 상기 크로스 라인이 디자인되는 것을 특징으로 한다.
삭제
또한, 본 발명의 이미지 센서는 빛을 수광하여 이를 전기적인 신호로 변환하기 위해 사용되는 이미지 센서에 있어서, 상기 이미지 센서의 수광부는 컬러 필터층과, 상기 컬러 필터층 상에 형성된 평탄화층 및 상기 평탄화층의 평탄면에 형성되는 마이크로 렌즈가 포함되고, 상기 평탄화층은 소정 크기의 골과 상기 골 사이에 형성된 평탄면으로 이루어지고, 상기 평탄화층 및 마이크로 렌즈를 형성하기 위하여 사용되는 노광 장치의 정밀도 한계가 C 이고, 상기 마이크로 렌즈들 간의 갭(gap)이 A인 경우에, 상기 평탄화층의 골 간의 간격 B는 상기의 A와 C를 합한 값보다 크도록 디자인되는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상의 범위 내에 든다고 할 것이다.
첨부되는 도면에는 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 그 두께가 확대되어 도시된다. 그리고, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 수광부를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 빛을 수광하여 이를 하부층의 포토 다이오드로 전달하기 위한 수광부로서, 파장에 따라 빛을 수광하는 컬러 필터층(100)과, 상기 컬러 필터층(100) 상에 형성된 평탄화층(110) 및 상기 평탄화층(110) 상에 형성되어 빛을 집광하는 마이크로 렌즈(120)가 포함된다.
상세히, 상기 평탄화층(110)은 상기 마이크로 렌즈(120)에 의해 수광된 빛을 포커싱하여 상기 컬러 필터층(100)의 각 픽셀들로 이동되도록 하며, 본 발명에 의한 상기 평탄화층(110) 역시 마이크로 렌즈들이 형성되는 부위에 있어서는 평탄화된 면을 갖는다.
다만, 상기 평탄화층(110)은 상기 컬러 필터층(100)을 구성하는 각각의 픽셀들 사이의 영역에 소정 크기의 골(valley)이 형성된다.
상기 평탄화층(110)에 형성되어 잇는 골에 의하여, 상기의 마이크로 렌즈들 사이의 갭 사이를 통과하는 빛은 포커싱되어 상기 컬러 필터층(100)의 이웃 픽셀로 잘못 이동되지 않게 된다.
그리고, 상기 평탄화층(110)은 포토 레지스트를 이용한 포토 리소그라피 공정에 의해 제조되며, 이하에는 상기 평탄화층(110)을 제조하는 방법에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 평탄화층을 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 상기 평탄화층을 제조하기 위하여 사용되는 포토 리소그라피용 마스크(200)에는 도시된 바와 같이, 크로스 라인(Crossed lines)(210)들이 형성되어 있으며, 상기 크로스 라인들에 의하여 노광공정이 빛이 하부의 패턴화된 포토 레지스트(220)로 이동하지 않게 된다.
상세히, 상기 포토 레지스트(220)는 앞서 설명한 평탄화층을 제조하기 위한 것이며, 마이크로 렌즈들이 형성될 영역들에 대해서 기 디자인되어 있다.
따라서, 상기 마스크(200)는 마이크로 렌즈들이 형성될 위치에 대해서는 개구되어 있고, 상기 평탄화층의 골을 형성하기 위한 영역들에 대해서는 상기 크로스 라인(210)이 형성된다.
그리고, 노광 공정시 상기 크로스 라인(210)을 통해서는 빛이 상기 포토 레지스트(220)로 전달되지 않으므로, 포토 레지스트(220)가 제거된다. 이를 위해, 상기 포토 레지스트(220)는 네거티브 포토 레지스트를 사용한다.
상기 크로스 라인(210)에 의해 빛이 통과하지 못하게 됨에 따라 상기 포토 레지스트(220)에 소정 크기의 골이 형성되도록 하기 위하여, 상기 크로스 라인(210)은 크로(Cr)을 이용하여 형성하고, 노광 에너지를 조절한다. 포토 리소그라피 공정에 있어서의 노광 에너지를 조절하여 포토 레지스트의 노광율을 조절하는 것은 일반적이므로 상세한 설명은 생략한다.
상기 크롬으로 막힌 패턴을 마스크의 픽셀 지역에 추가함으로써, 도 7에 도 시된 바와 같은 본 발명의 패턴화된 평탄화층(110)이 형성된다.
도 8은 본 발명에 따른 평탄화층을 확대한 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명에 따라 소정 크기의 골(111)이 형성된 평탄화층(110)이 도시되고, 상기 평탄화층(110)의 평탄면(112)상에 형성된 마이크로 렌즈(120)이 도시된다.
상세히, 상기 평탄화층(110)에 형성되어 있는 골(111)은 앞서 설명한 바와 같이 크로스 라인이 형성된 마스크를 이용하여 포토 리소그라피 공정을 수행함에 따라 형성된다.
특히, 상기 마이크로 렌즈(120)를 형성함에 있어서는 상기 평탄화층(110)의 평탄면(112)이 노출되지 않도록 리플로우 공정을 수행하여야 한다.
그리고, 도 8에는 상기 골(111) 간의 간격(b)과 상기 마이크로 렌즈(120)간의 간격(a)가 도시된다.
특히, 상기 골(111) 간의 간격(b)과 마이크로 렌즈(120)간의 간격(a)은 마이크로 렌즈 형성을 위한 포토 리소그라피 공정에 사용되는 노광 장치의 얼라인(align) 정밀도 한계(c)를 고려하여 디자인된다.
상세히, 일반적인 노광 장치의 경우 많게는 100nm 정도에 이르는 정밀도 한계(c)를 가지므로, 상기의 정밀도 한계(c)를 고려하여 상기 평탄화층(110)의 골(111) 및 마이크로 렌즈(120)를 형성하여야 한다.
따라서, 상기 골(111)간의 간격(b)은 상기 마이크로 렌즈(120)간의 간격(a)과 노광장치의 정밀도 한계(c)를 합한 값보다 크도록 한다. 즉, b > a + c가 되도 록 상기 평탄화층(110)의 골(111)을 제조한다.
그리고, 상기 평탄화층(110)의 평탄면(112)상에 상기 마이크로 렌즈(120)를 형성함에 있어서는, 상기 평탄면(112)이 노출되지 않도록 한다.
이와 같은 방법에 의해 제조된 마이크로 렌즈 및 평탄화층에 의하여, 상기 마이크로 렌즈들 간의 간격으로 빛이 이동하는 경우에도, 상기 평탄화층이 갖고 있는 골에 의하여 빛의 포커싱이 이루어져 칼라 필터층의 이웃 픽셀로 빛이 잘못 전달되는 현상이 방지된다.
전술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 의해서, 칼라 필터층의 이웃 픽셀로 빛이 잘못 이동되는 현상이 방지되고, 이를 통해 이미지 센서의 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 마이크로 렌즈의 하부에 위치하는 평탄화층을 제조하는 방법에 있어서,
    기 설정된 간격을 갖도록 형성된 크로스 라인들이 패턴화된 마스크를 준비하는 단계; 및
    상기 마스크를 이용하여 포토 레지스트를 노광하여, 상기 포토 레지스트의 노광된 부위가 평탄화된 면을 갖도록 하는 단계;가 포함되고,
    상기 평탄화층 및 마이크로 렌즈를 형성하기 위하여 사용되는 노광 장치의 정밀도 한계가 C 이고, 상기 마이크로 렌즈들 간의 갭(gap)이 A인 경우에, 상기 평탄화층의 골 간의 간격 B가 상기의 A와 C를 합한 값보다 크도록 상기 크로스 라인이 디자인되는 것을 특징으로 하는 평탄화층의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 크로스 라인들은 상기 평탄화층의 하부에 위치하는 컬러 필터층의 픽셀들이 형성될 영역에 위치되는 것을 특징으로 하는 평탄화층의 제조 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 크로스 라인은 크롬(Cr)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 평탄화층의 제조 방법.
  7. 빛을 수광하여 이를 전기적인 신호로 변환하기 위해 사용되는 이미지 센서에 있어서,
    상기 이미지 센서의 수광부는 컬러 필터층과, 상기 컬러 필터층 상에 형성된 평탄화층 및 상기 평탄화층의 평탄면에 형성되는 마이크로 렌즈가 포함되고,
    상기 평탄화층은 소정 크기의 골과 상기 골 사이에 형성된 평탄면으로 이루어지고,
    상기 평탄화층 및 마이크로 렌즈를 형성하기 위하여 사용되는 노광 장치의 정밀도 한계가 C 이고, 상기 마이크로 렌즈들 간의 갭(gap)이 A인 경우에, 상기 평탄화층의 골 간의 간격 B는 상기의 A와 C를 합한 값보다 크도록 디자인되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈는 상기 평탄화층의 평탄면이 노출되지 않도록 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  9. 삭제
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