KR100823031B1 - 이미지 센서 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법은, 컬러필터층 위에 마이크로 렌즈 형성을 위한 감광막을 형성하는 단계와, 감광막에 대해 노광을 수행하여 상부면으로부터 제 1 깊이를 갖는 패턴을 형성하는 단계와, 감광막에 대해 열처리를 수행하여 예비 마이크로 렌즈를 형성하는 단계와, 예비 마이크로 렌즈에 대해 식각을 수행하여 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법은, 컬러필터층 위에 평탄화층을 형성하는 단계와, 평탄화층 위에 마이크로 렌즈 형성용 감광막을 형성하는 단계와, 감광막에 대해 열처리를 수행하여 예비 마이크로 렌즈를 형성하는 단계와, 예비 마이크로 렌즈에 대해 식각을 수행하여 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함한다.
Description
도 1 및 도 2는 종래 이미지 센서 제조방법을 나타낸 도면.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법을 개념적으로 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서를 개략적으로 나타낸 수직 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
31... 컬러필터층 33... 감광막
33a... 예비 마이크로 렌즈 33b... 마이크로 렌즈
35... LTO층 100... 필드 절연막
102... 수광부 104, 108, 114... 층간 절연막
106... 광차폐막 110... 보호막
112a, 112b, 112c... 컬러필터 116... 평탄화층
118... 마이크로 렌즈 120... LTO층
본 발명은 이미지 센서 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지 센서라 함은 광학 영상(optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 이중 전하결합소자(CCD : Charge Coupled Device)는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 커패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 커패시터에 저장되고 이송되는 소자이다. 더욱이, 씨모스(Complementary MOS; 이하 CMOS라 함) 이미지 센서는 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소수만큼 MOS 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.
이러한 이미지 센서에는 입사되는 빛을 포토 다이오드에 집광하기 위한 마이크로 렌즈가 구비된다.
도 1 및 도 2는 종래의 이미지 센서 제조방법을 나타낸 도면이다.
종래의 이미지 센서 제조방법에 의하면, 도 1에 나타낸 바와 같은 형상으로 가로 방향 및 세로 방향으로 배열된 감광막(11)을 형성하고, 리플로우(reflow) 공정과 같은 열처리 공정을 수행하여 도 2에 나타낸 바와 같은 마이크로 렌즈(11a)를 형성한다.
이와 같은 공정을 통하여 가로 방향 및 세로 방향으로 배열된 마이크로 렌즈(11a)를 형성할 수 있게 된다. 이에 따라, 상기 마이크로 렌즈(11a)는 가로 방향으로 이웃하는 렌즈 간에도 소정 간격(s)이 형성되고, 세로 방향으로 이웃하는 렌즈 간에도 소정 간격(s)이 형성된다.
상기 감광막(11)에 형성되는 패턴은 노광기의 해상력의 한계로 인하여 0.3~0.5㎛의 간격을 갖도록 형성된다. 열처리 공정을 통하여 완성된 상기 마이크로 렌즈(11a)는 이웃하는 렌즈 간에 대략 0.2~0.4㎛의 간격을 갖도록 형성된다.
그런데, 이미지 센서를 제조함에 있어서 해결하여야 하는 과제 중의 하나는 입사되는 빛 신호를 전기신호로 바꾸어 주는 율(rate), 즉 감도를 증가시키는 것이다.
한편, 고집적의 이미지 센서를 제조함에 있어서, 픽셀 피치(pixel pitch)가 작아짐에 따라 입사광을 효과적으로 포토 다이오드로 유도하기 위한 방안으로서 제로 갭(zero gap)을 갖는 마이크로 렌즈가 요청되고 있다.
이에 따라, 집광을 위한 마이크로 렌즈를 형성함에 있어, 마이크로 렌즈를 구성하는 이웃하는 렌즈 간에 간격이 발생되지 않는 제로 갭(zero gap)을 구현하는 방안이 다양하게 모색되고 있다.
그러나, 감광막에 의한 마이크로 렌즈를 형성함에 있어, 노광기의 해상력의 한계 때문에 마이크로 렌즈를 구성하는 이웃하는 렌즈 간의 간격을 제로 갭(zero gap)으로 형성하기가 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명은 마이크로 렌즈를 구성하는 이웃하는 렌즈 간의 간격을 제로 갭(zero gap)으로 형성함으로써 감도를 향상시킬 수 있는 이미지 센서 제조방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법은, 컬러필터층 위에 마이크로 렌즈 형성을 위한 감광막을 형성하는 단계; 상기 감광막에 대해 노광을 수행하여 상부면으로부터 제 1 깊이를 갖는 패턴을 형성하는 단계; 상기 감광막에 대해 열처리를 수행하여 예비 마이크로 렌즈를 형성하는 단계; 상기 예비 마이크로 렌즈에 대해 식각을 수행하여 마이크로 렌즈를 형성하는 단계; 를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법은, 컬러필터층 위에 평탄화층을 형성하는 단계; 상기 평탄화층 위에 마이크로 렌즈 형성용 감광막을 형성하는 단계; 상기 감광막에 대해 열처리를 수행하여 예비 마이크로 렌즈를 형성하는 단계; 상기 예비 마이크로 렌즈에 대해 식각을 수행하여 마이크로 렌즈를 형성하는 단계; 를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법에 의하면, 상기 제 1 깊이를 갖도록 패터닝된 감광막은 이웃하는 패턴 간에 0.1~0.2㎛의 간격을 갖도록 형성된다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법에 의하면, 상기 컬러필터층을 형성하는 단계 이전에, 반도체 기판에 수광부를 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 수광부는 포토 다이오드로 형성된다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법에 의하면, 상기 마이크로 렌즈가 형성된 이후, 상기 마이크로 렌즈 위에 LTO(Low Temperature Oxide)층을 형성하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법에 의하면, 상기 마이크로 렌즈는 이웃하는 렌즈 간에 간격이 없도록(gapless) 구현된다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법에 의하면, 상기 예비 마이크로 렌즈에 대한 식각은 전면 식각으로 수행된다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법에 의하면, 마이크로 렌즈를 구성하는 이웃하는 렌즈 간의 간격을 제로 갭(zero gap)으로 형성함으로써 감도를 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 다른 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 3 내지 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법을 개념적으로 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법은, 도 3 내지 도 6에 나타낸 바와 같이, 컬러필터층(31) 위에 마이크로 렌즈 형성을 위한 감광막을 형성한다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 상기 컬러필터층(31)을 형성하는 단계 이전에, 반도체 기판에 수광부를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 수광부는 하나의 예로서 포토 다이오드로 형성될 수 있다.
이어서, 노광을 수행하여 상부면으로부터 제 1 깊이를 갖는 패턴이 형성된 감광막(33)을 형성한다. 상기 제 1 깊이를 갖도록 패터닝된 감광막(33)은 이웃하는 패턴 간에 0.1~0.2㎛의 간격(t)을 갖도록 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에서는 노광 공정을 통하여 상기 감광막(33)에 패턴을 형성함에 있어, 상기 감광막(33)의 하부면까지 관통되는 패턴을 형성하는 것이 아니라, 제 1 깊이까지만 패턴이 형성될 수 있도록 노광 공정을 수행하게 된다. 이와 같은 노광 공정을 수행함으로써, 노광기의 해상력을 극복하고 보다 작은 간격의 패턴을 형성할 수 있게 된다.
하나의 예로서 종래 노광 공정을 이용할 경우, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 바와 같이, 노광기의 해상력의 한계로 인하여 0.3~0.5㎛의 간격을 갖도록 패턴이 형성된다. 그러나 본 발명의 실시 예에 의하면 상기 제 1 깊이를 갖도록 패터닝된 감광막(33)은 이웃하는 패턴 간에 0.1~0.2㎛의 간격(t)을 갖도록 형성될 수 있다.
이어서, 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 감광막(33)에 대해 열처리를 수행하여 예비 마이크로 렌즈(33a)를 형성한다.
그리고, 도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 예비 마이크로 렌즈(33a)에 대해 식각을 수행하여 마이크로 렌즈(33b)를 형성한다. 상기 예비 마이크로 렌즈(33a)에 대한 식각은 전면 식각으로 수행될 수 있다.
상기 마이크로 렌즈(33b)는 이웃하는 렌즈 간에 간격이 없도록(gapless) 구현될 수 있게 된다. 이에 따라, 입사되는 빛을 집광하여 수광부에 전달하는 비율을 높일 수 있게 되며, 이미지 센서의 감도를 향상시킬 수 있게 된다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법에 의하면, 도 6에 나타낸 바와 같이, 상기 마이크로 렌즈(33b)가 형성된 이후, 상기 마이크로 렌즈(33b) 위에 LTO(Low Temperature Oxide)층(35)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 LTO층(35)은 상기 마이크로 렌즈(33b)가 외부 파티클 등에 의하여 손상되는 것을 방지하는 기능을 수행한다.
한편, 이상의 설명에서는 컬러필터층 위에 마이크로 렌즈가 형성되는 경우를 기준으로 설명하였다. 그러나, 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법은 이에 한정되는 것이 아니며, 예로서 상기 컬러필터층 위에 평탄화층을 형성하고, 그 평탄화층 위에 마이크로 렌즈가 형성되도록 할 수도 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서를 개략적으로 나타낸 수직 단면도로서, 집광에 관련된 이미지 센서의 주요부분만이 도시되어 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 반도체 기판 상부에 형성된 적어도 하나 이상의 수광부(102)와, 필드 절연막(100)과, 필드 절연막(100)과 수광부(102) 상부를 층간 절연하는 층간 절연막(104, 108)과, 수광부 이외의 영역으로 광이 입사되는 것을 방지하기 위해 층간 절연막(108) 내에 형성된 광차폐막(light shield layer)(106)을 포함한다.
또한, 상기 층간 절연막(108) 상부에 보호막(110)이 형성되어 있으며, 보호 막(110) 상부에 적색(red), 녹색(green), 청색(blue)의 컬러필터(112a, 112b, 112c)가 어레이되어 있다. 이들 컬러필터(112a, 112b, 112c) 위에는 평탄화층(116)이 형성되어 있으며 컬러필터(112a, 112b, 112c)의 대향 위치에 볼록렌즈 형상의 마이크로 렌즈(118)가 각각 형성되어 있다. 상기 마이크로 렌즈(118) 위에는 LTO층(120)이 형성되어 있다. 상기 마이크로 렌즈(118)는 렌즈 간의 간격이 없는(gapless) 마이크로 렌즈를 구현한다. 미 설명된 도면 부호 114는 층간 절연막이다.
입사된 빛은 마이크로 렌즈(118)를 통해 집광되며, 각각의 적색 컬러필터(112a), 녹색 컬러필터(112b), 청색 컬러필터(112c)를 통해 해당 적색 광, 녹색 광, 청색 광을 필터링한다. 필터링된 광은 보호막(110) 및 층간 절연막(108, 104)을 통해서 각 컬러필터 하단에 위치한 포토 다이오드와 같은 수광부(102)에 입사된다. 이때, 광차폐막(106)은 입사된 광이 다른 경로로 벗어나지 않도록 하는 역할을 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법에 의하면, 마이크로 렌즈를 구성하는 이웃하는 렌즈 간의 간격을 제로 갭(zero gap)으로 형성함으로써 감도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
Claims (8)
- 컬러필터층 위에 마이크로 렌즈 형성을 위한 감광막을 형성하는 단계;상기 감광막에 대해 노광을 수행하여, 상기 감광막의 두께 만큼 전부 관통하지 않으며 상부면으로부터 제 1 깊이를 갖는 패턴을 형성하는 단계;상기 감광막에 대해 열처리를 수행하여 예비 마이크로 렌즈를 형성하는 단계;상기 예비 마이크로 렌즈에 대해 식각을 수행하여 마이크로 렌즈를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 컬러필터층 위에 평탄화층을 형성하는 단계;상기 평탄화층 위에 마이크로 렌즈 형성용 감광막을 형성하는 단계;상기 감광막에 대해 노광을 수행하여, 상기 감광막의 두께 만큼 전부 관통하지 않으며 상부면으로부터 제 1 깊이를 갖는 패턴을 형성하는 단계;상기 감광막에 대해 열처리를 수행하여 예비 마이크로 렌즈를 형성하는 단계;상기 예비 마이크로 렌즈에 대해 식각을 수행하여 마이크로 렌즈를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 제 1 깊이를 갖도록 패터닝된 감광막은 이웃하는 패턴 간에 0.1~0.2㎛의 간격을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 컬러필터층을 형성하는 단계 이전에, 반도체 기판에 수광부를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 4항에 있어서,상기 수광부는 포토 다이오드로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 마이크로 렌즈가 형성된 이후, 상기 마이크로 렌즈 위에 LTO(Low Temperature Oxide)층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 마이크로 렌즈는 이웃하는 렌즈 간에 간격이 없도록(gapless) 구현되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 예비 마이크로 렌즈에 대한 식각은 전면 식각으로 수행되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
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