KR100812088B1 - 씨모스 이미지 센서의 마이크로 렌즈 형성 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 실시 예인 빛을 집광하는 마이크로 렌즈가 구비되어 있는 씨모스 이미지 센서의 마이크로 렌즈 형성 방법은 상기 마이크로 렌즈상에 산화막을 형성하는 단계를 구비한다.
본 발명에 따른 마이크로 렌즈 형성 방법을 사용하는 경우 다음과 같은 이점이 있다.
1. 종래에 비하여 마이크로 렌즈 모양의 재연성이 확보 된다. 이는 경도가 높은 산화막을 이용하기 때문이다.
2. 마이크로 렌즈 사이의 간격을 좁힐 수 있는 이점이 있다.
3. 경도가 높은 산화막이 증착된 마이크로 렌즈를 구현할 수 있다. 따라서, 내습력 증가, 및 외부 마찰에 대한 저항이 증가한다.

Description

씨모스 이미지 센서의 마이크로 렌즈 형성 방법{Method for forming micro-lense of CMOS image sensor}
도 1은 종래 씨모스 이미지 센서의 단면도이다.
도 2와 도 3은 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 공정을 설명하는 단면도이다.
본 발명은 씨모스 이미지 센서에 관한 것으로, 특히 씨모스 이미지 센서의 마이크로 렌즈 형성 방법에 관한 것이다.
도 1 에는 종래 씨모스 이미지 센서의 단면도가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이, 씨모스 이미지 센서는 포토 다이오드(111), 금속간 절연층(122: Inter-Metal Dielectric layer), 평탕화층(131), R,G,B로 이루어지는 컬러 필터층(141), 스페이서(151), 그리고 마이크로 렌즈(161)가 순차적으로 적층되어 형성된다. 여기서, 금속간 절연층(122) 내부에는 도전성 금속 배선(121)이 형성되어 있다.
주지된 바와 같이, 마이크로 렌즈(161)는 빛을 집광시키는 역할을 하며, 포 토 다이오드(111)는 마이크로 렌즈(161)를 통하여 입사되는 빛을 감지하여 전기적 신호로 바꾸어 주는 역할을 한다. 나머지 구성 요소의 기능은 일반적인 사항이므로 추가적인 설명은 생략한다.
그런데, 상기와 같은 씨모스 이미지 센서를 제조하는 단계 중에서 가장 표준화되어 있지 않은 공정 단계가 마이크로 렌즈(161)의 제조 공정이다.
종래 마이크로 렌즈(161)의 제조 방법은 포토 레지스트(161) 패턴을 형성한 다음 리플로우(reflow) 공정을 통해 타원형의 렌즈를 제조하는 방식으로 진행된다.
그러나, 종래의 이러한 리플로우 공정은 표준화시키기가 까다롭기 때문에 리플로우 공정중 포토 레지스터가 민감하게 반응하므로 마이크로 렌즈(161)의 형상을 균일하게 형성하지 못하다는 단점이 있다.
또한, 마이크로 렌즈가 외부에 노출되어 있는 관계로 마찰 등에 의하여 손상될 염려가 있다는 단점이 있다.
또한, 종래에는 마이크로 렌즈간의 간격이 넓어 크로스 토크(cross-talk)가 존재한다는 문제점이 있었다.
본 발명은 씨모스 이미지 센서의 마이크로 렌즈의 형성을 상대적으로 균일하게 처리할 수 있는 씨모스 이미지 센서의 마이크로 렌즈 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 외부의 마찰 등에 대한 내구성을 가질 수 있는 씨모스 이미지 센서의 마이크로 렌즈 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 마이크로 렌즈간의 간격을 감소시켜 크로스 토크의 발생 가능성을 감소시킨 씨모스 이미지 센서의 마이크로 렌즈 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 씨모스 이미지 센서의 마이크로 렌즈 형성 방법은, 빛을 집광하는 마이크로 렌즈가 구비되어 있는 씨모스 이미지 센서의 마이크로 렌즈 형성 방법에 있어 상기 마이크로 렌즈 위에 산화막을 형성하는 단계; 상기 산화막을 식각하여 마이크로 렌즈 형상으로 형성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 산화막은 저온 CVD 공정에 의하여 SiO2층으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 저온 CVD 공정시 상기 저온 범위는 대략 140℃~230℃인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 마이크로 렌즈 형상으로 형성하는 단계에서 C5F8, O2, CF4, 및 Ar로 이루어진 혼합 가스를 주입하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 C5F8, O2, CF4, 및 Ar의 혼합비는 1: 1.1~3: 11~13: 50~60인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 씨모스 이미지 센서의 마이크로 렌즈 형성 방법은, 빛을 집광하는 마이크로 렌즈가 구비되어 있는 씨모스 이미지 센서의 마이크로 렌즈 형성 방법에 있어서, 상기 마이크로 렌즈상에 상기 마이크로 렌즈의 재질보다 경도가 더 큰 투명막을 형성하는 단계; 상기 투명막을 식각하여 마이크로 렌즈 형상으로 형성하는 단계; 를 포함한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에서 제안하는 실시예에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 발명에서 제안하는 씨모스 이미지 센서의 마이크로 렌즈의 형성 방법은 포토 레지스터 패턴에 대한 리플로우 공정에 의하여 생성된 일반적인 마이크로 렌즈에 대하여 이루어지게 된다.
따라서, 본 발명에서 제안하는 마이크로 렌즈의 형성 방법은 기본적으로 도 1에서 도시한 씨모스 이미지 센서의 기본 구조를 갖는 모든 씨모스 이미지 센서에 적용된다.
특히, 본 발명에서 설명될 기술적 사상은 씨모스 이미지 센서의 기본 구조가 도 1에 예시적으로 도시된 일반적인 씨모스 이미지 센서의 구조와 상이한 경우에도 포토 레지스터 패턴에 대한 리플로우 공정에 의하여 마이크로 렌즈를 형성하는 모는 씨모스 이미지 센서에 적용된다는 것을 명심하여야 할 것이다.
즉, 이하에서 설명될 본 발명의 기술적 사상은 마이크로 렌즈를 갖는 모든 종류의 씨모스 이미지 센서에 대하여 포괄적으로 적용 가능한 것이다.
도 2에는 본 발명에서 제안하는 씨모스 이미지 센서의 마이크로 렌즈 형성 방법을 설명하는 도면이 도시되어 있다. 참고로, 본 발명에서는 종래의 구성과 실질적으로 동일하다고 판단되는 구성에 대하여서는 설명의 편의를 위하여 동일한 부 호를 하였다.
도 2에서, 마이크로 렌즈(161)를 형성하기 까지의 기본 제조 공정은 당업계에 널리 알려져 있으므로 불필요한 설명을 생략하기로 한다. 이렇게 생략하는 이유는 본 발명의 기술적 특징이 씨모스 이미지 센서의 각 제조 단계에 있는 것이 아니라 마이크로 렌즈의 형성이 완료된 후에 행해지기 때문이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 경우, 씨모스 이미지 센서를 구성하는 마이크로 렌즈(161)상에 산화막(171)을 형성하였다. 산화막(171)은 저온 CVD 공정에 의하여 하나의 예로서 SiO2층이 마이크로 렌즈(161)상에 증착될 수 있다. 이때, 저온의 범위는 대략 140℃~230℃인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 180℃에서 ±20%의 편차를 갖는 범위내에서 수행하는 것이 바람직하다.
저온 CVD 공정에 의하여 박막의 산화막(171)을 도 2와 같이 증착 형성하는 경우 마이크로 렌즈(161) 사이의 골 영역에 적층되는 산화막(171)의 두께가 렌즈(161)의 정상 부분에 적층되는 산화막(171)의 두께보다 더 두꺼워지는 현상이 나타나게 된다.
이에 본 발명에서는 도 3과 같이 소정의 가스를 주입하여 산화막(171)의 두께를 다듬는 과정을 추가로 수행하였다.
즉, 본 발명에서는 C5F8, O2, CF4, 및 Ar을 소정의 비율로 조합하여 주입함으로써 산화막(171)의 두께를 다듬는 과정을 수행하였다.
여기서, C5F8, O2, CF4, 및 Ar의 혼합비는 바람직하게는 1: 1.1~3: 11~13: 50~60이다.
하나의 예로서, 상기 식각 공정에 대한 식각조건의 예로서 다음과 진행될 수 있다.
Chamber Top [W] 1200
Chamber Bottom [W] 600
C5F8 [sccm] 10
O2 [sccm] 12
CF4 [sccm] 120
Ar [sccm] 550
이와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법에 의하면, SiO2층을 이루는 물질로 볼록 렌즈 형상의 마이크로 렌즈를 형성할 수 있게 된다. 상기 마이크로 렌즈는 이웃하는 렌즈 간에 간격이 없도록(gapless) 형성될 수 있게 된다.
본 공정에 의하여 마이크로 렌즈(161) 사이에 대응하는 골에 적층되는 산화막의 두께가 그렇게 하지 않은 경우보다 상대적으로 얇아지는 것을 알 수 있었다. 즉, 마이크로 렌즈(161) 위에 형성되는 산화막(171)의 두께가 전체적으로 균일하게 형성되는 것을 발견할 수 있었다(도 3 참조).
또한, 본 발명에서는 도 3에서 알 수 있듯이 산화막(171)으로 인하여 마이크로 렌즈간의 간격(gap)이 줄어들게 됨을 알 수 있다.
그 결과, 크로스 토크가 발생가 가능성이 상당한 줄어든다. 실험에 의하면, 마이크로 렌즈간의 간격을 60nm이하로 줄일 수 있었다.
한편, 본 발명의 경우 마이크로 렌즈 상에 포토 레지스트보다 경도가 높은 물질인 산화막이 증착되어 있으므로 외부로부터의 습기 또는 마찰 등에 견디는 내 성이 증가함을 기대할 수 있다.
이상에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 마이크로 렌즈 형성 방법을 사용하는 경우 다음과 같은 이점이 있다.
1. 종래에 비하여 마이크로 렌즈 모양의 재연성이 확보 된다. 이는 경도가 높은 산화막을 이용하기 때문이다.
2. 마이크로 렌즈 사이의 간격을 좁힐 수 있는 이점이 있다.
3. 경도가 높은 산화막이 증착된 마이크로 렌즈를 구현할 수 있다. 따라서, 내습력 증가, 및 외부 마찰에 대한 저항이 증가한다.
본 발명의 기술적 사상은 실시예에 한정되는 것은 아니며, 마이크로 렌즈상에 산화막 이외에 포토 레지스트보다 경도가 높은 투명 재질의 기타 물질을 증착할 수 있는 것은 본 발명의 기술적 범위에 포함되는 개념이다.

Claims (6)

  1. 빛을 집광하는 마이크로 렌즈가 구비되어 있는 씨모스 이미지 센서의 마이크로 렌즈 형성 방법에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈 위에 산화막을 형성하는 단계;
    상기 산화막을 식각하여 마이크로 렌즈 형상으로 형성하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 마이크로 렌즈 형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화막은 저온 CVD 공정에 의하여 SiO2층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 마이크로 렌즈 형성 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 저온 CVD 공정시 상기 저온 범위는 140℃~230℃인 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 마이크로 렌즈 형성 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈 형상으로 형성하는 단계에서 C5F8, O2, CF4, 및 Ar로 이루어진 혼합 가스를 주입하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 마이크로 렌즈 형성 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 C5F8, O2, CF4, 및 Ar의 혼합비는 1: 1.1~3: 11~13: 50~60인 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 마이크로 렌즈 형성 방법.
  6. 빛을 집광하는 마이크로 렌즈가 구비되어 있는 씨모스 이미지 센서의 마이크로 렌즈 형성 방법에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈상에 상기 마이크로 렌즈의 재질보다 경도가 더 큰 투명막을 형성하는 단계;
    상기 투명막을 식각하여 마이크로 렌즈 형상으로 형성하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 마이크로 렌즈 형성 방법.
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