KR100836506B1 - 이미지 센서의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
이미지 센서의 제조 방법이 개시되어 있다. 이미지 센서의 제조 방법은 포토 다이오드 및 패드를 포함하는 포토 다이오드 구조물을 형성하는 단계, 상기 포토 다이오드 구조물 상에 상기 패드의 부식을 방지하는 부식 방지막을 형성하는 단계, 상기 부식 방지막 상에 임시적으로 친수기를 형성하는 단계, 상기 부식 방지막 상에 상기 각 포토 다이오드와 대응하며, 친수성을 갖는 컬러필터를 형성하는 단계 및 상기 컬러필터 상에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함한다.
Description
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 포토다이오드 구조물을 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 화소의 평면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 포토 다이오드 구조물 상에 평탄화막 및 부식 방지막을 형성한 것을 도시한 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 부식 방지막에 임시적으로 친수기를 형성한 것을 도시한 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 부식 방지막 상에 컬러필터들을 형성한 것을 도시한 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 컬러필터상에 평탄화층이 형성된 것을 도시한 단면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 평탄화층 상에 마이크로 렌즈를 형성한 것을 도시한 단면도이다.
본 발명은 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지 센서는 광학적 영상을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로 정의된다. 종래 이미지 센서는 전하 결합 소자(CCD), 씨모스 이미지 센서(CMOS image Sensor) 등이 대표적이다.
전하 결합 소자는 빛의 신호를 전기적 신호로 변환하는 복수개의 포토 다이오드들, 매트릭스 형태로 배열된 각 수직 방향의 포토 다이오드 사이에 형성되어 각 포토 다이오드에서 생성된 전하를 수직방향으로 전송하는 복수개의 수직 방향 전하 전송 영역, 각 수직 방향 전하 전송 영역에 의해 전송된 전하를 수평방향으로 전송하는 수평방향 전하전송영역(HCCD) 및 수평방향으로 전송된 전하를 센싱하여 전기적인 신호를 출력하는 센스 증폭기(Sense Amplifier)를 포함한다.
그러나, 이와 같은 전하결합소자는 구동 방식이 복잡하고, 전력 소비가 클 뿐만 아니라, 다단계의 포토 공정이 요구되므로 제조 공정이 복잡한 단점을 갖고 있다.
또한, 전하 결합 소자는 제어회로, 신호처리회로, 아날로그/디지털 변환회로(A/D converter) 등을 전하 결합 소자 칩에 집적시키기가 어려워 제품의 소형화가 곤란한 단점을 갖는다.
최근에는 전하 결합 소자의 단점을 극복하기 위한 차세대 이미지 센서로서 씨모스 이미지 센서가 주목을 받고 있다. 씨모스 이미지 센서는 제어회로 및 신호처리회로 등을 주변회로로 사용하는 씨모스 기술을 이용하여 단위 화소의 수량에 해당하는 모스 트랜지스터들을 반도체 기판에 형성함으로써 모스 트랜지스터들에 의해 각 단위 화소의 출력을 순차적으로 검출하는 스위칭 방식을 채용한 소자이다.
즉, 씨모스 이미지 센서는 단위 화소 내에 포토 다이오드와 모스 트랜지스터를 형성시킴으로써 스위칭 방식으로 각 단위 화소의 전기적 신호를 순차적으로 검출하여 영상을 구현한다.
씨모스 이미지 센서는 씨모스 제조 기술을 이용하므로 적은 전력 소모, 적은 포토공정 스텝에 따른 단순한 제조공정 등과 같은 장점을 갖는다. 또한, 상기 씨모스 이미지 센서는 제어회로, 신호처리회로, 아날로그/디지털 변환회로 등을 씨모스 이미지 센서 칩에 집적시킬 수가 있으므로 제품의 소형화가 용이하다는 장점을 갖고 있다. 따라서, 씨모스 이미지 센서는 현재 디지털 정지 카메라(digital still camera), 디지털 비디오 카메라 등과 같은 다양한 응용 부분에 널리 사용되고 있다.
일반적인 씨모스 이미지 센서는 화소 영역에 배치되어 광량을 디텍팅 하는 복수개의 화소들 및 화소로 광을 집광하기 위해 화소와 대응하는 마이크로 렌즈 및 화소들 및 마이크로 렌즈들 사이에 배치된 컬러필터를 포함한다.
최근 들어, 씨모스 이미지 센서의 화소 사이즈가 크게 감소됨에 따라 컬러필터의 부착 면적이 감소되어 컬러필터의 박리가 빈번하게 발생되고 있다. 더욱이, 컬러필터의 면적이 감소됨에 따라 네거티브 감광물질을 사용하는 컬러필터에 광이 충분히 제공되지 않아 컬러필터, 예를 들면, 청색 컬러필터의 박리가 빈번하게 발생되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 컬러필터의 박리를 방지한 이미지 센서의 제조 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 목적을 구현하기 위한 이미지 센서의 제조 방법은 포토 다이오드 및 패드를 포함하는 포토 다이오드 구조물을 형성하는 단계, 상기 포토 다이오드 구조물 상에 상기 패드의 부식을 방지하는 부식 방지막을 형성하는 단계, 상기 부식 방지막 상에 임시적으로 친수기를 형성하는 단계, 상기 부식 방지막 상에 상기 각 포토 다이오드와 대응하며, 친수성을 갖는 컬러필터를 형성하는 단계 및 상기 컬러필터 상에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 제조 방법에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다.
도 1 내지 도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 이미지 센서의 제조 방법을 도시한 평면도 및 단면도들이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 포토다이오드 구조물을 도시한 단면도이다. 도 2는 도 1의 화소의 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 이미지 센서를 제조하기 위해서 먼저 반도체 기판(10) 상에는 포토 다이오드 구조물(100)이 제조된다.
포토 다이오드 구조물(100)을 형성하기 위해서는 먼저, 반도체 기판(10) 상 에 포토 다이오드(PD) 및 트랜지스터 구조물(TS)를 포함하는 화소(110)가 형성된다.
도 2를 참조하면, 화소(110)는 광의 광량을 감지하는 포토 다이오드(PD), 트랜스퍼 트랜지스터(Tx), 리셋 트랜지스터(Rx), 셀렉트 트랜지스터(Sx) 및 억세스 트랜지스터(Ax)를 포함한다.
포토 다이오드(PD)에는 트랜스퍼 트랜지스터(Tx) 및 리셋 트랜지스터(Rx)가 직렬로 접속된다. 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 소오스는 포토 다이오드(PD)와 접속되고, 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 드레인은 리셋 트랜지스터(Rx)의 소오스와 접속된다. 도시되지 않았으나, 리셋 트랜지스터(Rx)의 드레인에는 전원 전압(Vdd)이 인가된다.
트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 드레인은 부유 확산층(FD, floating diffusion) 역할을 한다. 도시되지 않았으나, 부유 확산층(FD)은 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 게이트에 접속된다. 셀렉트 트랜지스터(Sx) 및 억세스 트랜지스터(Ax)는 직렬로 접속된다. 즉, 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 소오스와 억세스 트랜지스터(Ax)의 드레인이 서로 접속된다. 억세스 트랜지스터(Ax)의 드레인 및 리셋 트랜지스터(Rx)의 소오스에는 전원 전압(Vdd)이 인가된다. 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 드레인은 출력단(Out)에 해당하고, 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 게이트에는 선택 신호(Row)가 인가된다.
상술한 화소(110)의 동작을 간략히 설명한다. 먼저, 리셋 트랜지스터(Rx)를 턴 온(turn on)시켜 부유 확산층(FD)의 전위를 상기 전원 전압(Vdd)과 동일하게 한 후에, 리셋 트랜지스터(Rx)를 턴 오프(turn off)시킨다. 이러한 동작을 리셋 동작이라 정의한다.
외부의 광이 포토 다이오드(PD)에 입사되면, 포토 다이오드(PD)내에 전자-홀 쌍(EHP; electron-hole pair)들이 생성되어 신호 전하들이 포토 다이오드(PD)내에 축적된다. 이어서, 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)가 턴 온됨에 따라 포토 다이오드(PD)내 축적된 신호 전하들은 부유 확산층(FD)으로 출력되어 부유 확산층(FD)에 저장된다.
이에 따라, 부유 확산층(FD)의 전위는 포토 다이오드(PD)에서 출력된 전하의 전하량에 비례하여 변화되고, 이로 인해 억세스 트랜지스터(Ax)의 게이트의 전위가 변한다. 이때, 선택 신호(Row)에 의해 셀렉트 트랜지스터(Sx)가 턴 온되면, 데이타가 출력단(Out)으로 출력된다.
데이타가 출력된 후에, 화소(110)는 다시 리셋 동작을 수행한다. 각 화소(110)는 이러한 과정들을 반복하여 광을 전기적 신호로 변환시켜 출력한다.
이어서, 화소(110)로 구동 신호를 제공 또는 광량에 대응하는 신호를 출력하기 위한 배선(120) 및 배선(120)들을 절연하기 위한 적어도 한 층의 층간 절연막(130)이 형성된다.
도 3은 도 1에 도시된 포토 다이오드 구조물 상에 평탄화막 및 부식 방지막을 형성한 것을 도시한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 포토 다이오드 구조물(100)이 형성된 후, 포토 다이오드 구조물(100) 상에는 전면적에 걸쳐 평탄화막(140)이 형성된다.
평탄화막(140)이 형성된 후, 평탄화막(140) 상에는 얇은 두께를 갖는 부식 방지막(150)이 형성된다. 부식 방지막(150)은 배선(120)과 연결되어 신호가 입/출 입되는 패드를 덮어 패드의 부식을 방지한다.
본 실시예에서, 부식 방지막(150)으로 사용될 수 있는 막의 예로서는 TEOS 막을 들 수 있고, 부식 방지막(150)의 두께는 약 50Å 내지 약 150Å일 수 있고, 바람직하게 100Å이다.
도 4는 도 3에 도시된 부식 방지막에 임시적으로 친수기를 형성한 것을 도시한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 부식 방지막(150)이 형성된 후, 부식 방지막(150) 상에는 폴리머를 포함하는 써멀 레진(thermal resin)이 얇은 두께로 도포된 후 곧바로 현상되어 제거되고, 이 과정에서 써멀 레진에 포함된 폴리머가 부식 방지막(150) 상에 배치될 뿐만 아니라 부식 방지막(150)상에는 친수기(155)가 형성된다.
본 실시예에서, 부식 방지막(150)상에 친수기(155)를 형성하는 것은 부식 방지막(150) 및 부식 방지막(150) 상에 배치되는 컬러 필터 사이의 부착력을 강화하기 위함이다.
그러나, 부식 방지막(150) 상에 형성된 친수기(155)는 약 48 시간이 경과되면 대기중의 수산화기가 부식 방지막(150)에 형성되어 제거되기 때문에 부식 방지막(150) 상에 친수기(155)를 형성한 후 약 48 이내에 부식 방지막(150) 상에 컬러필터(155)를 형성하는 것이 바람직하다.
도 5는 도 4에 도시된 부식 방지막 상에 컬러필터들을 형성한 것을 도시한 단면도이다.
도 5를 참조하면, 부식 방지막(150) 상에 임시적으로 친수기(155)를 형성한 후, 친수기(155)를 갖는 부식 방지막(150)상에는 컬러필터(160)가 형성된다. 각 컬러필터(160)는 각 화소(110)에 대응하여 형성된다.
본 실시예에서, 컬러필터(160)는 적색 파장을 갖는 적색광을 통과시키는 적색 컬러필터(162), 녹색 파장을 갖는 녹색광을 통과시키는 녹색 컬러필터(164) 및 청색 파장을 갖는 청색광을 통과시키는 청색 컬러필터(166)를 포함한다.
본 실시예에서, 부식 방지막(150)의 표면으로부터 측정된 각 컬러필터(160)들은 두께는 서로 다를 수 있다. 이와 다르게, 부식 방지막(150)의 표면으로부터 측정된 각 컬러필터(160)의 두께들은 실질적으로 동일할 수 있다.
컬러필터(160)는 감광물질, 안료 및/또는 염료를 포함하는 감광물질을 임시적으로 친수기(155)가 형성된 부식 방지막(150) 상에 도포하고, 이들을 사진-식각 방식으로 패터닝 하여 형성할 수 있다.
본 실시예에서, 화소(110)의 사이즈가 크게 감소될 경우, 컬러필터(160), 특히 청색 컬러필터의 경우, 쉽게 부식 방지층(150)으로부터 박리될 수 있으나, 컬러필터(160)와 접촉하는 부식 방지막(150)의 표면에 친수기를 형성함으로써, 컬러필터(160)와 부식 방지막(150)이 박리 되는 것을 방지할 수 있다.
도 6은 도 5에 도시된 컬러필터상에 평탄화층이 형성된 것을 도시한 단면도이다.
도 6을 참조하면, 컬러필터(160)를 형성한 후, 컬러필터(160) 상에는 평탄화층(170)이 형성된다. 본 실시예에서, 평탄화층(170)은 특히 컬러필터(160)의 두께가 서로 다를 때 형성하는 것이 바람직하다.
도 7은 도 6에 도시된 평탄화층 상에 마이크로 렌즈를 형성한 것을 도시한 단면도이다.
도 7을 참조하면, 평탄화층(170) 상에는 포토레지스트 필름(미도시)이 형성되고, 포토레지스트 필름은 패터닝되어 각 화소에 대응하는 곳에는 포토레지스트 패턴이 형성된다.
평탄화층(170) 상에 형성된 포토레지스트 패턴은 열에 의하여 리플로우 되어 평탄화층(170) 상에는 광을 집광하여 화소(110)의 포토 다이오드(PD)로 제공하는 마이크로 렌즈(180)들이 형성되어 이미지 센서(200)가 제조되고, 이후, 패드를 덮고 있는 부식 방지층(150)을 제거하여 패드를 노출 시킨다.
이상에서 상세하게 설명한 바에 의하면 패드의 부식을 방지하는 부식 방지층에 임시적으로 친수기를 형성하여 부식 방지층 및 컬러필터의 부착력을 크게 향상시켜 컬러 필터가 이미지 센서로부터 쉽게 박리 되는 것을 방지한다.
본 실시예에서는, 예를 들어, 부식 방지층에 친수기를 형성하였지만, 포토 다이오드 구조물(100)의 층간 절연막(130)의 표면에 친수기를 형성하여도 무방하며, 평탄화층(140)에 친수기를 형성하고, 이들 상에 컬러필터를 형성하여도 무방하다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부 터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (8)
- 포토 다이오드 및 패드를 포함하는 포토 다이오드 구조물을 형성하는 단계;상기 포토 다이오드 구조물 상에 상기 패드의 부식을 방지하는 부식 방지막을 형성하는 단계;상기 부식 방지막 상에 폴리머를 포함하는 써멀 레진(thermal resin)을 형성하는 단계; 및상기 써멀 레진을 현상하여 상기 부식 방지막으로부터 제거하여 상기 부식 방지막 상에 일정 시간 유지되는 친수기를 갖는 상기 폴리머의 일부를 잔류시키는 단계;상기 일정 시간 내에 상기 친수기를 갖는 상기 잔류된 폴리머 상에 상기 각 포토 다이오드와 대응하며, 친수성을 갖는 컬러필터를 형성하는 단계; 및상기 컬러필터 상에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 부식 방지막은 TEOS막인 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 부식 방지막의 두께는 50Å 내지 150Å인 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 마이크로 렌즈를 형성하는 단계 이후, 상기 패드가 노출되도록 노출된 상기 부식 방지막을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 친수기를 유지하는 시간은 12 시간 내지 48시간인 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 컬러필터는 네거티브 타입 감광물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 포토 다이오드 구조물 및 상기 부식 방지막 사이에 평탄화막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR20040004900A (ko) * | 2002-07-06 | 2004-01-16 | 주식회사 하이닉스반도체 | 이미지센서 제조 방법 |
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2006
- 2006-12-27 KR KR1020060135643A patent/KR100836506B1/ko not_active IP Right Cessation
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| KR20040004900A (ko) * | 2002-07-06 | 2004-01-16 | 주식회사 하이닉스반도체 | 이미지센서 제조 방법 |
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