KR100875178B1 - 이미지 센서 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이미지 센서에 있어서, 특히 감도 개선을 위한 이미지 센서 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 증착시 컬러필터에 영향을 주지 않으면서도 컬러필터들 간을 반사 특성이 좋은 금속으로 격리하여 감도를 개선함으로써 광 손실을 최소화하도록, 웨이퍼 상에 제1컬러필터들을 일정 간격으로 형성하는 단계와, 상기 제1컬러필터들을 포함하는 상기 웨이퍼 전면 상에 요철 형태의 절연막을 형성하는 단계와, 상기 절연막의 요철 형태에서 요부 내측벽에 전반사 특성을 갖는 금속막을 형성하는 단계와, 상기 절연막의 요철 형태에서 상기 요부의 상기 금속막 사이에 제2컬러필터를 형성하는 단계를 포함하여 이미지 센서 제조 방법이 이루어지며, 그 방법을 통해 제조되는 이미지 센서에 관한 발명이다.
이미지 센서, 컬러필터
Description
본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로, 특히 감도 개선을 위한 이미지 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
이미지 센서(image sensor)는 1차원 또는 2차원 이상의 광학 정보, 예컨데 광학적 이미지를 전기적 신호로 변형시키는 소자이다.
이미지 센서는 크게 CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) 이미지 센서와 CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서로 분류될 수 있다.
CCD 이미지 센서는 CMOS 이미지 센서에 비하여 광감도(Photo sensitivity) 및 노이즈(noise)에 대한 특성이 우수하나, 고집적화에 어려움이 있고, 전력 소모가 높다.
이에 반하여, CMOS 이미지 센서(CIS)는 CCD 이미지 센서에 비하여 공정들이 단순하고, 고집적화에 적합하며, 전력 소모가 낮다.
따라서, 최근에는 반도체 소자의 제조 기술이 고도로 발전함에 따라, CIS의 제조 기술 및 특성이 크게 향상되어 CIS에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
CIS에서 감도 개선은 가장 중요한 연구과제이다. CIS의 감도 개선을 위해서는 광을 손실 없이 최대한 많이 흡수하는 것이 중요하다.
감도 개선을 위해서는 마이크로렌즈의 형상이나 절연막(Dielectric)의 두께나 포토다이오드의 감도 등등 여러 부분에 대해 고려되어야 한다.
한편, 종래 기술에서는 컬러필터가 포토레지스트 재질이기 때문에 금속을 광 손실을 막기 위해 직접 필터 상에 증착하지 못한다는 문제가 있었다. 그에 따라, 컬러필터에 대한 격리를 통해 감도를 개선하는 데는 한계가 있었다.
본 발명의 목적은 상기한 점들을 감안하여 안출한 것으로, 감도 개선을 위해 광 손실을 줄여주는데 적당한 이미지 센서 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또다른 목적은, 증착시 컬러필터에 영향을 주지 않으면서도 컬러필터들 간을 반사 특성이 좋은 금속으로 격리하여 감도를 개선함으로써 광 손실을 최소화하도록 한 이미지 센서 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이미지 센서의 일 특징은, 웨이퍼와, 상기 웨이퍼 상에 형성되는 다수 컬러필터들과, 상기 컬러필터들 간의 격리를 위해, 상기 컬러필터들 사이에 형성되는 금속막을 포함하여 구성되는 것이다.
바람직하게, 상기 금속막은 전반사 특성을 갖는다.
바람직하게, 상기 컬러필터들과 상기 금속막 간의 격리를 위해, 상기 컬러필터들 사이에서 상기 금속막에 인접하여 형성되는 절연막을 더 포함한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이미지 센서의 다른 특징은, 웨이퍼와, 상기 웨이퍼 상에 일정 간격으로 형성되는 제1컬러필터들과, 상기 제1컬러필터들을 포함하여 상기 웨이퍼 전면 상에 형성되는 요철 형태의 절연막과, 상기 절연막의 요철 형태에서 요부의 내측벽에 형성되는 금속막과, 상기 절연막의 요철 형태에서 상기 요부의 상기 금속막 사이에 형성되는 제2컬러필터를 포함하여 구성되는 것이다.
바람직하게, 상기 금속막은 전반사 특성을 갖는 탄탈룸(Ta) 계열이나 티타늄(Ti) 계열의 금속일 수 있다.
바람직하게, 상기 제1컬러필터들은 블루(blue) 컬러필터들이며, 상기 제2컬러필터는 그린(green) 컬러필터와 레드(red) 컬러필터 중 하나일 수 있다.
바람직하게, 상기 절연막은 저온산화막일 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이미지 센서 제조 방법의 일 특징은, 웨이퍼 상에 제1컬러필터를 형성하는 단계와, 상기 제1컬러필터의 측벽에 금속막을 형성하는 단계와, 상기 금속막을 사이에 두고 상기 제1컬러필터에 인접하게 제2컬러필터를 형성하는 단계로 이루어지는 것이다.
바람직하게, 상기 금속막을 형성하는 단계는, 상기 제1컬러필터를 포함하여 상기 웨이퍼 전면 상에 요철 형태의 절연막을 증착하는 단계와, 상기 절연막 상에 요철 형태로 전반사 특성의 금속을 증착하는 단계와, 상기 요철 형태에서 요부의 내측벽에 증착된 금속을 제외한 금속을 제거하는 단계로 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 절연막을 저온산화막으로 증착하며, 상기 금속을 물리적 기상 증착(PVD: Physical Vapor Deposition)을 이용하여 증착할 수 있다. 또한, 상기 요부의 내측벽에 증착된 금속을 제외한 금속을 블랭킷 식각(blanket etch)을 이용하여 제거할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이미지 센서 제조 방법의 다른 특징은, 웨이퍼 상에 제1컬러필터들을 일정 간격으로 형성하는 단계와, 상기 제1컬러필터들을 포함하여 상기 웨이퍼 전면 상에 요철 형태의 절연막을 형성하는 단계 와, 상기 절연막의 요철 형태에서 요부 내측벽에 전반사 특성을 갖는 금속막을 형성하는 단계와, 상기 절연막의 요철 형태에서 상기 요부의 상기 금속막 사이에 제2컬러필터를 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것이다.
바람직하게, 상기 금속막을 형성하는 단계는, 상기 절연막 상에 요철 형태로 전반사 특성의 금속을 증착하는 단계와, 상기 요철 형태에서 상기 요부의 내측벽에 증착된 금속을 제외한 금속을 제거하는 단계로 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 금속을 물리적 기상 증착(PVD)을 이용하여 증착할 수 있다. 그리고, 상기 요부의 내측벽에 증착된 금속을 제외한 금속을 블랭킷 식각(blanket etch)을 이용하여 제거할 수 있다.
바람직하게, 상기 절연막을 형성하는 단계는, 상기 제1컬러필터들을 포함하여 상기 웨이퍼 전면 상에 저온산화막으로 증착하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 상기 금속막을 전반사 특성을 갖는 탄탈룸(Ta) 계열이나 티타늄(Ti) 계열의 금속을 사용하여 형성할 수 있다.
바람직하게, 상기 제1컬러필터들을 일정 간격으로 형성하는 단계는, 블루(blue) 컬러필터들을 일정 간격으로 상기 웨이퍼 상에 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 컬러필터들 간에 전반사 특성의 금속막을 증착하여 컬러필터들 간을 서로 격리시킴으로써 광 손실을 최소화할 수 있다. 그에 따라, 이미지 센서의 감도를 개선해 준다.
또한 금속막을 증착하는데 최소한의 공정이 요구되며 금속막으로써 전반사를 유도하기 때문에, 전체 공정에 부담이 없으면서도 이미지 센서의 감도 개선에 큰 효과를 발휘한다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예의 구성과 그 작용을 설명하며, 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.
본 발명에서는 컬러필터들 간의 격리를 위해, 그 컬러필터들 사이에 전반사 특성을 갖는 금속막을 형성한다. 물론, 금속막 형성 공정에 의해 컬러필터가 손상되는 것을 막기 위해서, 금속막 형성 이전에 컬러필터들과 금속막 간의 격리를 위한 절연막을 더 형성한다. 결국, 본 발명에서는 컬러필터들 간을 절연막과 금속막의 이중막으로 격리시켜 광 손실을 최소화하는 것이 핵심이다.
도 1 내지 5는 본 발명에 따른 CIS 이미지 센서 및 그 제조 절차를 설명하기 위한 도면들이다.
먼저 도 1을 참조하면, 웨이퍼 상에 블루 컬러필터(Blue color filter)(10)를 형성한다. 여기서, 웨이퍼는 포토다이오드, 금속배선 및 기타 다수 막들을 포함하는 것으로, 일반적인 이미지 센서의 구성으로써 이해되어야 한다.
한편, 상기 블루 컬러필터(10)는 각 블루 컬러필터(10) 사이에 다른 컬러필터들 즉, 그린 컬러필터(green color filter)나 레드 컬러필터(red color filter)가 위치하도록 일정 간격으로 형성된다. 그에 따라, 같은 컬러필터는 서로 인접하지 않게 형성된다.
블루 컬러필터(10)는 기판의 단면으로 볼 때 일정 간격으로 형성되지만, 기판의 상측에서 전체적으로 볼 때는 격자무늬로 형성된다.
상기 블루 컬러필터(10)가 일정 간격으로 형성된 후에, 그들(10)의 측벽에 컬러필터들 간의 격리를 위한 금속막을 형성한다. 이러한 금속막은 전반사 특성을 갖는 금속을 물리적 기상 증착(PVD: Physical Vapor Deposition)이나 화학적 기상 증착(CVD: Chemical Vapor Deposition)이나 원자층 증착(ALD: Automic Layer Deposition)이나 전기도금과 무전해 도금 중 하나를 이용하여 증착할 수 있다.
그러나, 컬러필터가 포토레지스트 재질인 경우를 감안하여, 본 발명에서는 PVD을 이용하여 금속막을 증착하는 것이 바람직하다. 물론, PVD에 의한 컬러필터의 손상도 가능하기 때문에, 본 발명에서는 컬러필터 상에 직접 금속막을 증착하지 않고, 금속막 형성 이전에 완충막으로써 절연막(20)을 형성한다. 즉, 본 발명에서는 도 2에 도시된 바와 같이 블루 컬러필터(10)를 형성한 후에 그 블루 컬러필터(10)를 포함하는 웨이퍼 전면 상에 절연막(20)을 증착한다. 이때, 절연막(20)은 블루 컬러필터(10)가 일정 간격으로 형성되기 때문에, 도시된 바와 같이 요철 형태로 형성된다.
그리고, 절연막(20)은 저온산화막(Low temperature Oxide)인 것이 바람직하 다. 여기서, 상기 저온산화막은 섭씨 180도 수준에서 형성된다. 참고로, 포토레지스트 재질의 블루 컬러필터(10)는 섭씨 200도 수준에서 용해된다. 따라서, 저온산화막 형성은 블루 컬러필터(10)에 영향을 주지 않는다.
특히, 저온산화막의 절연막(10)은 금속막을 증착하기 위한 스퍼터링(sputtering) 시에 이온에 의한 블루 컬러필터(10)의 손상을 막는다.
이어, 도 3에 도시된 바와 같이, 요철 형태의 절연막(20) 상에 전반사 특성의 금속을 증착한다. 도 3에서 음영으로 도시된 금속은 절연막(20)의 형태에 영향을 받으므로 요철 형태를 갖는다. 여기서, 증착된 금속은 전반사 특성을 갖는 탄탈룸(Ta) 계열이나 티타늄(Ti) 계열의 금속일 수 있다.
이어, 도 4에 도시된 바와 같이, 요철 형태로 증착된 금속의 일부를 제거하여 전술된 컬러필터들 간의 격리를 위한 금속막(30)을 형성한다. 즉, 요철 형태에서 요부의 내측벽에 증착된 금속을 제외한 금속을 제거한다. 상세하게, 블루 컬러필터(10)의 상부에 형성된 금속을 제거하고 또한 요철 형태에서 요부의 밑면에 형성된 금속을 제거한다. 여기서, 상기 금속의 일부를 제거하는 데는 블랭킷 식각(blanket etch)을 이용한다. 그리고, 금속의 잔여물이 남지 않도록, 본 발명에서는 블루 컬러필터(10)의 상부와 요철 형태의 요부 밑면에서 금속을 완전히 제거하는 것이 바람직하다.
결국, 절연막(20)에 의해 형성된 요부의 내측벽에만 전반사 특성의 금속막(30)이 잔류한다.
이어, 도 5에 도시된 바와 같이, 블루 컬러필터(10)에 인접하면서 그 블루 컬러필터(10) 사이에 그린 컬러필터(green color filter)(40)나 레드 컬러필터(red color filter)(50)를 형성한다. 그에 따라, 그린 컬러필터(green color filter)(40)나 레드 컬러필터(red color filter)(50)는 절연막(20)에 의해 형성된 요부의 내부에 형성되며 특히, 그 요부의 내측벽에 형성된 금속막(30) 사이에 형성된다.
이상의 과정을 통해 형성되는 CIS 이미지 센서는 도 5 및 6에 도시된 바와 같이 웨이퍼 상에 서로 교번하여 형성되는 다수 컬러필터들(10,40,50)과, 그 컬러필터들(10,40,50) 간의 격리를 위해 그들(10,40,50) 사이에 형성되는 금속막(30)을 포함하여 구성된다.
다수 컬러필터들(10,40,50) 중 하나는 웨이퍼 상에 먼저 형성되며, 금속막이 형성된 후에 미리 형성된 하나의 양측에 나머지 두 컬러필터들이 형성된다. 예로써, 블루 컬러필터(10)가 웨이퍼 상에 형성된 후에 그 블루 컬러필터(10)의 일측에 그린 컬러필터(green color filter)(40)이 형성되면서 타측에 레드 컬러필터(red color filter)(50)가 형성된다. 물론, 각 컬러필터들(10,40,50) 사이에 금속막(30)이 형성된다.
물론, 금속막(30) 형성에 의한 블루 컬러필터(10)의 손상을 없애기 위해, 금속막(30)의 형성 이전에 블루 컬러필터(10)를 감싸는 절연막(20)이 형성된다. 즉, 절연막(20)은 컬러필터들(10,40,50) 특히, 웨이퍼 상에 가장 먼저 형성되는 컬러필터(10)와 금속막 간의 격리를 위한 완충막이다.
그 절연막(20)은 블루 컬러필터(10)를 포함하는 웨이퍼 전면 상에 형성되어 요철 형태를 갖는다. 요철 형태는 블루 컬러필터(10)가 일정 간격으로 형성되기 때문에 형성된다.
그에 따라, 금속막(30)은 절연막(20)의 요철 형태에서 요부의 내측벽에 형성된다.
그리고, 미리 형성된 블루 컬러필터(10)를 제외한 그린 컬러필터(green color filter)(40)나 레드 컬러필터(red color filter)(50)가 요철 형태의 요부에서 금속막(30) 사이에 형성된다.
도 6은 본 발명에 따른 CIS 이미지 센서에서 입사된 빛이 금속막에 의해 전반사되는 형상을 나타낸 도면이다.
이와 같이, 본 발명에서는 컬러필터들 간을 격리하기 위한 금속막을 더 증착함으로써 입사된 빛이 전반사되어 해당 포토다이오드에 수집되기 때문에, 광 손실을 최소화시킬 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시 예에 기재된 내용으로 한정하는 것이 아니라 특허 청구범위에 의해서 정해져야 한다.
도 1 내지 5는 본 발명에 따른 CIS 이미지 센서 및 그 제조 절차를 설명하기 위한 도면들이다.
도 6은 본 발명에 따른 CIS 이미지 센서에서 입사된 빛이 금속막에 의해 전반사되는 형상을 나타낸 도면이다.
*도면 부호에 대한 설명*
10 : 블루 컬러필터 20 : 절연막
30 : 금속막 40 : 그린 컬러필터
50 : 레드 컬러필터
Claims (15)
- 웨이퍼와;상기 웨이퍼 상에 일정 간격으로 형성되는 제1컬러필터들과;상기 제1컬러필터들 상에 증착된 절연막과;상기 제1컬러필터들의 측면에 증착된 상기 절연막 측벽에 형성된 금속막과;상기 제1컬러필터들 사이에 형성된 제2컬러필터들;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서, 상기 금속막은 전반사 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 제1컬러필터들은 블루(blue) 컬러필터들이고, 상기 제2컬러필터는 그린(green) 컬러필터와 레드(red) 컬러필터 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 절연막은 저온산화막인 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서, 상기 절연막의 요철 형태에서 요부의 내측벽에 상기 금속막이 형성되며, 상기 절연막의 요철 형태에서 상기 요부의 상기 금속막 사이에 상기 제2컬러필터가 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서, 상기 금속막은 전반사 특성을 갖는 탄탈룸(Ta) 계열이나 티타늄(Ti) 계열의 금속인 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 웨이퍼 상에 제1컬러필터들을 형성하는 단계와;상기 제1컬러필터들 상에 절연막을 증착하는 단계와;상기 제1컬러필터들의 측벽에 금속막을 형성하는 단계와;상기 금속막을 사이에 두고 상기 절연막 상에 제2컬러필터들을 형성하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 금속막을 형성하는 단계는,상기 제1컬러필터들을 포함하여 상기 웨이퍼 전면 상에 요철 형태의 절연막을 증착하는 단계와,상기 절연막 상에 요철 형태로 전반사 특성의 금속을 증착하는 단계와,상기 요철 형태에서 요부의 내측벽에 증착된 금속을 제외한 금속을 제거하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조 방법.
- 제 11 항에 있어서, 상기 절연막을 저온산화막으로 증착하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조 방법.
- 제 11 항에 있어서, 상기 금속을 물리적 기상 증착(PVD: Physical Vapor Deposition)를 이용하여 증착하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조 방법.
- 제 11 항에 있어서, 상기 요부의 내측벽에 증착된 금속을 제외한 금속을 블랭킷 식각(blanket etch)을 이용하여 제거하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 금속막을 전반사 특성을 갖는 탄탈룸(Ta) 계열이나 티타늄(Ti) 계열의 금속을 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
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