KR100851753B1 - 이미지센서의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른 이미지센서의 제조방법은 기판상에 보호층을 형성하는 단계; 상기 보호층 상에 컬러필터층을 형성하는 단계; 상기 컬러필터층 상에 산화막을 형성하는 단계; 상기 산화막 상에 제1 감광막 패턴을 형성하는 단계; 상기 제1 감광막 패턴을 마스크로 하여 상기 산화막에 플라즈마 처리를 하는 단계; 및 상기 제1 감광막 패턴을 제거하고 상기 플라즈마 처리된 산화막을 등방성 식각하여 산화막 마이크로렌즈를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이미지센서, 씨모스 이미지센서, 마이크로렌즈
Description
도 1은 실시예에 따른 이미지센서의 단면도.
도 2 내지 도 6은 제1 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법의 공정단면도.
도 7 내지 도 11은 제2 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법의 공정단면도.
실시예는 이미지센서의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지 센서(Image sensor)는 광학적 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로써, 크게 전하결합소자(charge coupled device: CCD)와 씨모스(CMOS; Complementary Metal Oxide Silicon) 이미지 센서(Image Sensor)(CIS)로 구분된다.
씨모스 이미지센서는 단위 화소 내에 포토 다이오드와 모스 트랜지스터를 형성시킴으로써 스위칭 방식으로 각 단위 화소의 전기적 신호를 순차적으로 검출하여 영상을 구현한다.
한편, 이미지센서에서는 광 감도를 높이기 위해서 이미지 센서의 전체 면적 중에서 포토 다이오드의 면적이 차지하는 비율(Fill Factor)을 크게 하거나, 포토 다이오드 이외의 영역으로 입사되는 광의 경로를 변경하여 상기 포토 다이오드로 집속시켜 주는 기술이 사용된다.
상기 집속 기술의 대표적인 예가 마이크로 렌즈를 형성하는 것이다.
종래기술에 의하면, 이미지센서의 제조과정 중 마이크로렌즈를 형성하는 방법은 일반적으로 마이크로렌즈용 특수 감광막(photo resist)를 이용하여 마이크로포토공정(micro photo) 진행 후 리플로우(reflowing) 방식을 이용하여 왔다.
그러나, 종래기술에 의하면 감광막의 리플로우시 소실되는 감광막의 양이 많아져 마이크로렌즈 사이에 갭(G:gap)이 존재하게 되어 포토다이오드(photo diode)에 입사되는 빛의 양이 줄어들게 되어 이미지(image) 불량이 발생하는 단점이 있다.
또한, 종래기술에 의한 경우 유기(Organic)물질의 마이크로렌즈를 적용하는 경우, 패키지(Package)나 반도체 칩 실장공정의 범프(Bump) 등의 후공정에서 기판절단(Wafer Sawing)시 유발되는 파티클(Particle)이 마이크로렌즈를 손상시키거나, 마이크로렌즈에 부착되어 이미지결함을 유발하게 된다.
또한, 종래기술에 의한 경우 기존의 마이크로 렌즈는 마이크로렌즈 형성시 횡축과 대각선축으로의 초점거리(Focal Length)의 차이가 발생하게 되고, 결국 인접 픽셀(Pixel)로의 크로스토크(Crosstalk) 현상 등을 유발하게 된다.
실시예는 산화막을 이용한 마이크로렌즈를 채용한 이미지센서의 제조방법을 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 기존에 폴리머(polymer)를 이용하여 마이크로렌즈(micro lens)를 만드는 것이 아니라 산화막을 이용한 마이크로렌즈를 채용함으로써 수율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이미지센서의 제조방법을 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 산화막을 이용한 마이크로렌즈를 채용함으로써 마이크로렌즈 사이의 갭(Gap)을 최소화할 수 있는 이미지센서의 제조방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 이미지센서의 제조방법은 기판상에 보호층을 형성하는 단계; 상기 보호층 상에 컬러필터층을 형성하는 단계; 상기 컬러필터층 상에 산화막을 형성하는 단계; 상기 산화막 상에 제1 감광막 패턴을 형성하는 단계; 상기 제1 감광막 패턴을 마스크로 하여 상기 산화막에 플라즈마 처리를 하는 단계; 및 상기 제1 감광막 패턴을 제거하고 상기 플라즈마 처리된 산화막을 등방성 식각하여 산화막 마이크로렌즈를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법은 기판상에 보호층을 형성하는 단계; 상기 보호층 상에 컬러필터층을 형성하는 단계; 상기 컬러필터층 상에 산화막을 형성하는 단계; 상기 산화막 상에 제2 감광막 패턴을 형성하는 단계; 상기 제2 감광막 패턴을 마스크로 하여 상기 산화막에 이온주입을 하는 단계; 및 상기 제2 감광막 패턴을 제거하고 상기 이온주입된 산화막을 등방성 식각하여 산화막 마이크로렌즈를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법에 의하면 산화막을 이용한 마이크로렌즈를 채용한 이미지센서의 제조방법을 제공할 수 있고, 또한, 실시예는 기존에 폴리머(polymer)를 이용하여 마이크로렌즈(micro lens)를 만드는 것이 아니라 산화막을 이용한 마이크로렌즈를 채용함으로써 수율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 또한, 실시예는 산화막을 이용한 마이크로렌즈를 채용함으로써 마이크로렌즈 사이의 갭(Gap)을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
이하, 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
실시 예의 설명에 있어서, 각 층의 "상/아래(on/under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상/아래는 직접(directly)와 또는 다른 층을 개재하여(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.
실시 예의 설명에 있어서 씨모스이미지센서(CIS)에 대한 구조의 도면을 이용하여 설명하나, 본 발명은 씨모스이미지센서에 한정되는 것이 아니며, CCD 이미지센서 등 마이크로렌즈를 채용하는 모든 이미지센서에 적용이 가능하다.
예들 들어, 본 발명은 포토다이오드가 회로영역과 수직이게 형성되는 Above IC 형태의 이미지센서에 대해서도 적용이 가능하다.
도 1은 실시예에 따른 이미지센서의 단면도이다.
실시예에 따른 이미지센서는 기판(110)상에 형성된 보호층(120), 상기 보호층(120) 상에 형성된 컬러필터층(130), 상기 컬러필터층(130) 상에 형성된 산화막 마이크로렌즈(140)를 포함 할 수 있다.
실시예에 따른 이미지센서에 의하면 산화막을 이용한 마이크로렌즈를 채용한 이미지센서의 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 실시예는 기존에 폴리머(polymer)를 이용하여 마이크로렌즈(micro lens)를 만드는 것이 아니라 산화막을 이용한 마이크로렌즈를 채용함으로써 수율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 실시예는 산화막을 이용한 마이크로렌즈를 채용함으로써 마이크로렌즈 사이의 갭(Gap)을 최소화할 수 있다.
이하, 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법을 설명한다.
실시예에 따른 이미지센서의 제조방법은 산화막 마이크로렌즈를 형성함에 있어서 식각선택비를 이용한 등방성식각을 진행하는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 실시예의 설명에 있어서 마이크로렌즈에 대응되는 컬러필터의 수는 한정된 것이 아니다. 예를 들어, 1개의 마이크로렌즈에 1개의 컬러필터가 대응되거나, 또는 3개, 5개 등으로 복수로 대응될 수도 있다.
(제1 실시예)
도 2 내지 도 6은 제1 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법의 공정단면도이다.
제1 실시예는, 우선 기판(110)상에 보호층(120)을 형성한다. 상기 기판(110)에는 포토다이오드(미도시)가 더 형성되어 있을 수 있다.
상기 보호층(120)은 수분 및 스크래치로부터 소자를 보호하기 위한 것으로, 산화막, 질화막 등으로 형성될 수 있다.
이후, 상기 보호층(130) 상에 가염성레지스트를 사용하여 도포한 후, 노광 및 현상 공정을 진행하여 각각의 파장대별로 빛을 필터링하는 Red, Green, Blue의 컬러필터층(130)을 형성한다.
다음으로, 상기 컬러필터층(130)상에 초점거리 조절 및 렌즈층을 형성하기 위한 평탄도확보 등을 위하여 평탄화층(PL:planarization layer)(미도시)을 더 형성할 수 있다.
다음으로, 상기 평탄화층(미도시) 상에 산화막(142)을 형성한다.
상기 산화막(142)은 약 200℃ 이하에서 산화막(oxide film)을 증착할 수 있다. 상기 산화막(142)은 SiO2 일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 상기 산화막(142)은 CVD, PVD, PECVD 등으로 형성될 수 있다.
다음으로, 상기 산화막(142) 상에 제1 감광막 패턴(210)을 형성한다.
상기 제1 감광막 패턴(210)은 마이크로렌즈가 형성될 중앙부분을 노출시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 감광막 패턴(210)은 마이크로렌즈가 형성될 중심을 기준으로 양측으로 각각 10~30%(총 20~60%) 정도를 노출시킬 수 있다.
즉, 실시예는 마이크로렌즈(micro lens)를 형성할 때 기존의 폴리머(polymer)를 사용하는 것이 아니라 수율면에서 우수한 산화막(oxide)를 이용하여 마이크로렌즈(micro lens)를 만들 수 있다. 컬러필터층(130) 상에 산화막(oxide)(142)을 증착(dep)을 한 후 마이크로렌즈를 만들기 위해서 패터닝(patterning)을 한다.
패터닝(Patterning)을 한 후 식각을 통해서 볼록한 마이크로렌즈를 만들어야 한다. 그런데, 그냥 RIE 등을 진행하면 슬로프(SLOPE)가 없이 직사각형의 렌즈(LENS)가 만들어진다.
이것을 볼록한 형태의 렌즈(LENS)를 만들기 위해서 슬로프(SLOPE)이 있게 하는 것이 중요하다. 그래서 RIE 등의 등방성 식각 시 선택비를 갖기 위해서 PEP공정을 하고 렌즈(lens)가 형성되는 부분에 N2 Treatment를 해줄 수 있다.
즉, 도 3과 같이 상기 제1 감광막 패턴(210)을 마스크로 하여 상기 산화막(142)에 플라즈마 처리를 진행할 수 있다.
상기 산화막(142)에 플라즈마 처리를 하는 단계에 의해 마이크로렌즈가 형성될 중앙부분에 플라즈마처리가 진행될 수 있다.
상기 산화막(142)의 플라즈마 처리에 의해 마이크로렌즈가 형성될 중앙부분에 질화막(145)이 형성될 수 있다.
상기 산화막(142)에 플라즈마 처리를 하는 단계는, RF Power: 200W ~ 1500W, Gas : N2, Gas Flow Rate : 10~60sccm, N2 Plasma Treatment Time : 10~30sec, Pressure : 5~10 mtorr, Equipment: PVD 인 조건에서 진행될 수 있다.
다음으로, 도 4와 같이 상기 제1 감광막 패턴(210)을 제거하고, 그 후 도 5와 같이 상기 플라즈마 처리된 산화막(142)을 등방성 식각하여 도 6과 같이 산화막 마이크로렌즈(140)를 형성한다.
상기 질화막(145)과 상기 산화막(142)의 식각선택비는 1:5~6일 수 있다.
상기 플라즈마 처리된 산화막(142)을 등방성 식각하여 산화막 마이크로렌즈(140)를 형성하는 단계는, RF Power : 1400W(source)/ 0V(bias), Gas (Flow Rate_sccm)): CF4(90)/O2(10)/Ar(100), Process Time: 60~90sec, Pressure :70~100mtorr, Equipment : CVD인 조건에서 진행될 수 있다.
실시예에 따른 이미지센서의 제조방법에 의하면 산화막을 이용한 마이크로렌즈를 채용한 이미지센서의 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 실시예는 기존에 폴리머(polymer)를 이용하여 마이크로렌즈(micro lens)를 만드는 것이 아니라 산화막을 이용한 마이크로렌즈를 채용함으로써 수율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 실시예는 산화막을 이용한 마이크로렌즈를 채용함으로써 마이크로렌즈 사이의 갭(Gap)을 최소화할 수 있다.
(제2 실시예)
도 7 내지 도 11은 제2 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법의 공정단면도이다.
제2 실시예는 상기 제1 실시예의 기술적인 특징을 채용할 수 있다.
예를 들어, 제2 실시예는 기판(110)상에 보호층(120)을 형성하고, 상기 보호층(120) 상에 컬러필터층(130)을 형성하고, 상기 컬러필터층(130) 상에 산화막(142)을 형성할 수 있다.
다음으로, 도 7과 같이 제2 실시예는 상기 산화막(142) 상에 제2 감광막 패턴(220)을 형성한다.
상기 제2 감광막 패턴(220)은 상기 산화막(142) 중 마이크로렌즈가 형성될 양측이 노출되도록 할 수 있다.
상기 제2 감광막 패턴(220)은 마이크로렌즈가 형성될 양측을 노출시킬 수 있 다. 예를 들어, 상기 제2 감광막 패턴(220)은 마이크로렌즈가 형성될 양측을 기준으로 양측으로 각각 10~30%(총 20~60%) 정도를 노출시킬 수 있다.
이후, 도 8과 같이 상기 제2 감광막 패턴(220)을 마스크로 하여 상기 산화막(142)에 이온주입을 진행한다.
상기 산화막(142)에 이온주입 하는 단계는 마이크로렌즈가 형성될 양측에 이온주입할 수 있다.
상기 산화막(142)에 이온주입 하는 단계는, Enegy : 10~20KeV, 질량이 무거운 원소: 예를 들어 Ge 등으로서 원자량이 10 이상인 원소, Dose : 2~5.0E13, Angle : 0~10°인 조건에서 진행될 수 있다.
또한, 상기 제2 감광막 패턴(220)을 마스크로 하여 상기 산화막에 이온주입 하는 단계는, 상기 산화막(142)의 이온주입 처리에 의해 마이크로렌즈가 형성될 양측에 대미지(147)를 줄 수 있다.
상기 대미지(147)를 받은 부분과 상기 산화막(142)의 식각선택비는 4~5:1일 수 있다. 즉, 대미지(147)를 받은 부분은 열역학적으로 불안정한 상태에 있으므로 상대적으로 더 빨리 식각될 수 있다.
그 후 도 9 및 도 10과 같이, 상기 제2 감광막 패턴(220)을 제거하고 상기 이온주입된 산화막(142)을 등방성 식각하여 산화막 마이크로렌즈(140)를 형성한다.
상기 이온주입된 산화막(142)을 등방성 식각하여 도 11과 같이 산화막 마이크로렌즈(140)를 형성하는 단계는, RF Power : 1400W(source)/ 0V(bias), Gas (Flow Rate_sccm)) : CF4(90)/O2(10)/Ar(100), Process Time : 60~90sec, Pressure : 70~100mtorr, Equipment : CVD 인 조건에서 진행될 수 있다.
본 발명은 전술한 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 하기 된 청구항의 권리범위에 속하는 범위 안에서 다양한 다른 실시예가 가능하다.
예들 들어, 본 발명은 씨모스 이미지센서 외에 CCD 이미지센서 등 모든 이미지센서에 대해 적용이 가능할 수 있다.
실시예에 따른 이미지센서의 제조방법에 의하면 산화막을 이용한 마이크로렌즈를 채용한 이미지센서의 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 실시예는 기존에 폴리머(polymer)를 이용하여 마이크로렌즈(micro lens)를 만드는 것이 아니라 산화막을 이용한 마이크로렌즈를 채용함으로써 수율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 실시예는 산화막을 이용한 마이크로렌즈를 채용함으로써 마이크로렌즈 사이의 갭(Gap)을 최소화할 수 있다.
Claims (12)
- 기판상에 보호층을 형성하는 단계;상기 보호층 상에 컬러필터층을 형성하는 단계;상기 컬러필터층 상에 산화막을 형성하는 단계;상기 산화막 상에 제1 감광막 패턴을 형성하는 단계;상기 제1 감광막 패턴을 마스크로 하여 상기 산화막에 플라즈마 처리하여 상기 산화막의 막질을 변경하는 단계; 및상기 제1 감광막 패턴을 제거하고 상기 플라즈마 처리된 산화막을 등방성 식각하여 산화막 마이크로렌즈를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
- 제1 항에 있어서,상기 산화막에 플라즈마 처리를 하는 단계는,마이크로렌즈가 형성될 중앙부분에 플라즈마 처리하여 상기 산화막의 막질을 변경하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
- 제1 항에 있어서,상기 산화막에 플라즈마 처리를 하는 단계는,RF 파워(Power)가 200W ~ 1500W, N2 가스(Gas)가 10~60sccm, N2 Plasma Treatment Time이 10~30sec, 압력(Pressure)이 5~10 mtorr, 장비(Equipment)가 PVD 인 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
- 제1 항에 있어서,상기 제1 감광막 패턴을 마스크로 하여 상기 산화막에 플라즈마 처리를 하는 단계는,상기 산화막의 플라즈마 처리에 의해 마이크로렌즈가 형성될 중앙부분에 질화막이 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
- 제4 항에 있어서,상기 질화막과 상기 산화막의 식각선택비는 1:5~6인 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
- 제1 항에 있어서,상기 플라즈마 처리된 산화막을 등방성 식각하여 산화막 마이크로렌즈를 형성하는 단계는,RF 파워(Power)가 1400W(source), 0V(bias), Gas의 Flow Rate와 sccm은 각각 CF4(90 sccm), O2(10 sccm), Ar(100 sccm), Process Time이 60~90sec, Pressure가 70~100mtorr, Equipment가 CVD인 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
- 기판상에 보호층을 형성하는 단계;상기 보호층 상에 컬러필터층을 형성하는 단계;상기 컬러필터층 상에 산화막을 형성하는 단계;상기 산화막 상에 제2 감광막 패턴을 형성하는 단계;상기 제2 감광막 패턴을 마스크로 하여 상기 산화막에 이온주입을 하는 단계; 및상기 제2 감광막 패턴을 제거하고 상기 이온주입된 산화막을 등방성 식각하여 산화막 마이크로렌즈를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
- 제7 항에 있어서,상기 산화막에 이온주입 하는 단계는,마이크로렌즈가 형성될 양측에 이온주입하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
- 제7 항에 있어서,상기 산화막에 이온주입 하는 단계는,Enegy : 10~20KeV의 에너지, 0~10°의 각도로 이온주입되는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
- 제7 항에 있어서,상기 제2 감광막 패턴을 마스크로 하여 상기 산화막에 이온주입 하는 단계는,상기 산화막의 이온주입 처리에 의해 마이크로렌즈가 형성될 양측에 대미지를 주는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
- 제10 항에 있어서,상기 대미지를 받은 부분과 상기 산화막의 식각선택비는 4~5:1인 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
- 제7 항에 있어서,상기 이온주입된 산화막을 등방성 식각하여 산화막 마이크로렌즈를 형성하는 단계는,RF Power가 1400W(source), 0V(bias), Gas의 Flow Rate와 sccm은 각각 CF4(90 sccm), O2(10 sccm), Ar(100 sccm), Process Time이 60~90sec, Pressure가 70~100mtorr, Equipment가 CVD 인 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
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