KR100793563B1 - 시모스 이미지센서 제조방법 - Google Patents

Abstract

OCM층 없이 칼라필터 상에 직접적으로 형성하여 마이크로렌즈를 형성하여 광투과율을 향상시킨 시모스 이미지센서 제조 방법이 개시된다. 본 발명은 기판 상부에 칼라필터를 형성하는 단계; 상기 칼라필터상에 제1 포토레지스트를 도포하고 패터닝하여 제1 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 결과물 상에 제2 포토레지스트를 도포하고 패터닝하여 상기 제1 포토레지스트 패턴을 감싸는 형상으로 제2 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및 열공정에 의해 상기 제1 및 제2 포토레지스트 패턴을 플로우시켜 돔형태의 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 시모스 이미지센서 제조방법을 제공한다.

이미지센서, 마이크로렌즈, 포토레지스트

Description

시모스 이미지센서 제조방법 {The method of fabrication for CMOS image sensor}

도1 내지 도3은 마이크로렌즈를 포함한 종래의 이미지센서를 도시한 도면

도4 내지 도7은 본 발명에 따른 일 실시예를 도시한 도면

도8은 본발명에 따른 다른 실시예를 도시한 도면

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

0 : 기판 1 : 하부막

2 : 칼라필터 3 : 오버코팅물질

4 : 마이크로렌즈 5 : 제1포토레지스터

6 : 제2포토레지스터 7 : 마이크로렌즈

본 발명은 시모스 이미지센서에 관한 것으로 특히, 시모스 이미지센서의 마 이크로렌즈와 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 이미지센서라 함은 광학 영상(optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체소자로서, 이중 전하결합소자(CCD : charge coupled device)는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 커패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 커패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, CMOS(Complementary MOS; 이하 CMOS) 이미지센서는 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소수만큼 MOS트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.

이러한 다양한 이미지센서를 제조함에 있어서, 이미지센서의 감광도(photo sensitivity)를 증가시키기 위한 노력들이 진행되고 있는 바 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.

종래의 이미지센서의 제조공정을 도1 내지 도3에 도시하였다.

기판(0)위에 소자간의 전기적인 절연을 위하여 필드산화막을 형성한 후 폴리실리콘과 텅스텐 실리사이드막을 연속적으로 도포하고 패턴닝함으로써 게이트 전극을 형성한다.

이후 적절한 이온주입 공정을 진행함으로써 포토다이오드를 형성하고 트랜지스터의 소오스/드레인 및 센싱노드를 형성하기 위한 이온주입을 실시하고 층간 절연막, 금속접속창 및 금속배선을 형성하고 패시베이션막을 형성하면 일반 시모스 로직 프로세스가 완료된다.

도1의 도면부호(1)은 이러한 관련소자들이 형성되어 있는 하부막(1)을 나타낸 것이다. 상기 하부막(1)상에 칼라필터어레이 (CFA : Color Filter Array)(2)를 형성한다. CFA는 레드(Red), 그린(Green) 및 블루(Blue)의 3가지 칼라로 이루어지거나, 옐로우(Yellow), 마젠타(Magenta) 및 시안(Cyan)의 3가지 칼라로 이루어진다.

이와 같이 CFA가 형성된 후에 추후 형성될 마이크로렌즈의 마스크 패터닝 공정을 용이하게 하기 위한 목적으로 OCM (Over Coating Material)(3)을 형성한다.

평탄화 목적의 OCM상에 도2에 도시된 바와 같이 염색된 포토레지스트를 도포하고 노광/현상을 통하여 마이크로렌즈(4)를 형성한다. 그리고 나서 도3에 도시된 바와 같이 후속 열공정을 통하여 상기 마이크로렌즈(4)를 플로우 시켜 돔 형태의 마이크로렌즈(4)를 형성한다.

종래에는 칼라필터를 형성하고 나서 평탄화 목적의 OCM막(3)을 사용한 후에 마이크로렌즈(4)를 형성하는데 OCM막 자체가 열경화 되었을 경우에는 빛 투과성이 크게 떨어지는 단점이 있고 또한 마이크로렌즈 형성시에 도2 및 도3에 도시된 A, B의 두께가 너무 두꺼워지는 단점이 있게 된다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로 광투과율을 향상시킨 시모스 이미지센서 제조방법을 제공함을 그 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적달성을 위한 본 발명은, 기판 상부에 칼라필터를 형성하는 단계; 상기 칼라필터상에 제1 포토레지스트를 도포하고 패터닝하여 제1 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 결과물 상에 제2 포토레지스트를 도포하고 패터닝하여 상기 제1 포토레지스트 패턴을 감싸는 형상으로 제2 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및 열공정에 의해 상기 제1 및 제2 포토레지스트 패턴을 플로우시켜 돔형태의 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 시모스 이미지센서 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 기판 상부에 칼라필터를 형성하는 단계; 상기 칼라필터가 형성된 결과물 상에 OCM층을 도포하고 패터닝하여, 주변회로 영역은 상기 OCM층으로 평탄화시키고, 상기 칼라필터 상에는 OCM 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 OCM 패턴을 감싸는 형상으로 포토레지스트 재질의 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 시모스 이미지센서 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.

본 발명에 따른 일실시예를 도4 내지 도7를 참조하여 설명한다.

우선 도4에 도시된 바와 같이 관련소자들이 형성된 하부막(1) 상에 블루, 레드, 그린의 세가지 칼라필터(2)를 형성한다. 칼라필터는 염색된 감광막을 사용하여 형성하는데 이러한 칼라필터를 형성하는 방법은 종래기술과 동일하다.

그 후 도5에 도시된 바와 같이 칼라필터(2)상에 제1 포토레지스트(5)를 도포하고 패터닝한다. 제1포토레지스트(5)는 후속으로 형성되는 제2포토레지스트(6)보다 작게 형성되록 패터닝하며 두께는 마이크로렌즈를 형성하게될 후속 제2포토레지트에 포함되도록 얇게 한다.

즉, 칼라필터 형성후 OCM막을 이용하지 않고 제1 포토레지스트를 도포하는데 제1 포토레지스트는 후속 마이크로렌즈의 기초 패터닝에 사용될 뿐 아니라 픽셀영역 이외의 다른 영역의 평탄화 목적으로도 쓰이게 된다.

다음으로 도6에 도시된 바와 같이 제2 포토레지스트(6)를 도포하고 패터닝한다. 제2 포토레지스트(6)는 마이크로렌즈를 형성하기 위해서 형성되는 것이며 상기 제1 포토레지스트(5)를 포함하는 구조로 형성된다.

이와 같이 제2포토레지스트(6)를 이용하여 마이크로렌즈(7)를 형성할 경우에 형성된 마이크로렌즈(7)의 두께가 종래의 마이크로렌즈의 두께보다 얇게 형성도록 제2포토레지스트를 얇게 형성한다.

이때 제1 포토레지스트(5)와 제2 포토레지스트(6)는 동일한 물질 또는 다른 물질의 감광막이어도 무방하다.

도6에 도시된 바와 같이 형성된 제1, 제2 포토레지스트는 후속 열공정을 통 해 플로우 되어 도7에 도시된 돔 형태의 마이크로렌즈(7)를 최종적으로 형성하게 된다.

이와 같이 본 발명은 광투과율이 나쁜 OCM막을 사용하지 않고 칼라필터 상에 직접적으로 제1 포토레지스트와 제2 포토레지스트를 순차적으로 얇게 형성하여 상대적으로 얇은 두께로 패터닝을 실시하여 마이크로렌즈를 형성하는 방법이다.

이와같이 마이크로렌즈를 형성하게 되면 도2 및 도3에 도시된 종래의 A, B의 두께보다 도6 내지 도7에 도시된 본 발명에 따른 A`, B` 의 두께가 얇아지게 된다. 한편 완성된 마이크로렌즈가 수평선과 이루는 각도인 C`는 도 3에 도시된 종래기술의 C와 동일하게 할 수 있어 마이크로렌즈 자체가 갖는 광투과율은 향상킬 수 있게 된다.

본 발명에 따른 다른 실시예를 도8을 참조하여 설명한다.

본 발명에 따른 다른 실시예는 OCM막을 사용하되 그 사용을 최소화하여 마이크로렌즈를 형성하는 방법이다.

도 8에 도시되 바와 같이 평탄화목적의 OCM 막을 사용하여 픽셀 영역이외의 주변영역(Peripheral)을 평탄화하고 마이크로렌즈가 형성될 영역에는 도8과 같이 작은 크기를 갖도록 패턴을 형성한 후 마이크로렌즈용 포토레지스트로 상기 OCM막을 감싸서 마이크로렌즈를 형성하는 방법이다.

이 경우는 OCM막을 사용하였지만 광투과율이 나쁜 OCM막의 사용을 극소화한 것이다.

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 발명을 적용하면 마이크로렌즈를 통해 수광영역으로 입사하는 광의 흡수성을 향상시켜 광감도가 한층 향상된 특성이 좋은 이미지센서를 제조할 수 있다.

Claims (4)

1. 기판 상부에 칼라필터를 형성하는 단계;

   상기 칼라필터상에 제1 포토레지스트를 도포하고 패터닝하여 제1 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;

   상기 제1포토레지스트 패턴을 포함하는 결과물 상에 제2 포토레지스트를 도포하고 패터닝하여 상기 제1 포토레지스트 패턴을 감싸는 형상으로 제2 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및

   열공정에 의해 상기 제1 및 제2 포토레지스트 패턴을 플로우시켜 돔형태의 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하며,

   상기 제1 및 제2 포토레지스트 패턴은 OCM층 없이 칼라필터 상에 직접적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 포토레지스트는 동일 물질 또는 서로 다른 물질로 이루어진 감광막인 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서 제조방법.
3. 삭제
4. 기판 상부에 칼라필터를 형성하는 단계;

   상기 칼라필터가 형성된 결과물 상에 OCM층을 도포하고 패터닝하여, 주변회로 영역은 상기 OCM층으로 평탄화시키고, 상기 칼라필터 상에는 OCM 패턴을 형성하는 단계; 및

   상기 OCM 패턴을 감싸는 형상으로 포토레지스트 재질의 마이크로렌즈를 형성하는 단계

   를 포함하여 이루어지는 시모스 이미지센서 제조방법.

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