KR100875179B1 - 이미지 센서 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이미지 센서 제조 방법에 있어서, 특히 씨모스 이미지 센서의 층간절연막을 이용하여 볼록렌즈를 형성함으로써, 수광부와 포토다이오드 사이의 거리를 감소시키는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 이미지 센서 제조 방법은, 포토다이오드를 구비하는 반도체 기판상에 다수의 금속배선 및 다수의 층간절연막이 교대로 적층되는 다층 금속배선 구조를 형성하는 단계, 상기 다층 금속배선 구조의 최상부 금속배선을 포함한 최상부 층간절연막 상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계, 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 상기 층간절연막을 식각하여 저면이 볼록한 홈을 형성하는 단계 및 상기 홈에 절연막을 매립하여 볼록렌즈 형태의 컬러 필터를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.
층간 절연막, 언더컷(under cut), 컬러 필터(color filter), 이미지 센서(image sensor)
Description
본 발명은 이미지 센서 제조 방법에 있어서, 특히 씨모스 이미지 센서의 층간절연막을 이용한 볼록렌즈 형성 방법에 관한 것이다.
이미지 센서(image sensor)는 1차원 또는 2차원 이상의 광학 정보를 전기적으로 변환하는 장치로서, 크게 CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)형과 CCD(Charge Coupled Device)형의 2종류로 분류될 수 잇다.
이 중, CMOS 이미지 센서는 CMOS를 이용하여 광학적 이미지를 전기적 신호로 변환시키는 소자로서, 픽셀(pixel) 수 만큼 MOS 트랜지스터를 만들고, 이것을 이용하여 차례차례 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용하고 있다. 특히, 상기 CMOS 이미지 센서는 종래 이미지 센서로 널리 사용되고 있는 CCD 이미지 센서에 비해 구동 방식이 간편하고, 다양한 스캐닝 방식의 구현이 가능하며, 신호처리 회로를 단일칩에 집적할 수 있어서, 제품의 소형화가 가능할 뿐만 아니라, 호환성의 CMOS 기술을 사용하므로 제조 단가를 낮출 수 있고, 전력 소모 또한 크게 낮다는 장점을 가지고 있으므로, 그 이용이 점점 증대되고 있다.
한편, 0.18㎛급 CMOS 이미지 센서는 4층 배선 구조의 센서 드라이버(sensor driver) 즉, 로직소자(logic device)를 필요로 한다. 다시 말해, 상기 로직 소자는 4층의 금속배선은 물론 3층의 금속배선간 층간절연막(Inter Metal Dielectric: 이하 IMD)을 필요로 하며, 아울러, 1층의 절연막(Inter Layer Dielectric: 이하 ILD)을 필요로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래기술에 따른 씨모스 이미지 센서의 문제점을 설명하기로 한다.
도 1은 종래기술에 따른 씨모스 이미지 센서의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 씨모스 이미지 센서는, 포토다이오드(11)가 구비된 반도체 기판(10)과, 상기 기판(10)상에 형성된 층간절연막(20)과, 상기 층간절연막(20) 상에 형성된 마이크로렌즈(30)를 포함한다.
그런데, 이와 같은 4층 배선 구조는, 도 1에 도시된 바와 같이, 집광부인 마이크로렌즈(30)로부터 포토다이오드(11)까지의 층간절연막(20) 깊이를 깊게 만드는 원인이 되는바,이로 인해, 마이크로렌즈(30)로부터 전달되는 광의 초점(A)을 조절함에 어려움을 겪고 있다.
이에, 현재 마이크로렌즈(30)의 곡률을 감소시키는 방식으로 초점 조절의 어려움을 보완하고 있다. 그러나, 실제적으로 초점 조절이 쉽지 않아 어려움을 겪고 있으며, 그에 따라, 마이크로렌즈(30)로부터 포토다이오드(11)까지의 광전달률이 저하되고 있다. 아울러, 초점(A)이 포토다이오드(11) 상부에 맺히게 되는바, 종래의 씨모스 이미지 센서는 광감도가 떨어지게 되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기한 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 층간 절연막을 이용해 볼록 렌즈를 형성함으로써, 수광부와 포토다이오드 사이의 거리가 획기적으로 감소된 이미지 센서 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시 예에 따른 이미지 센서 제조 방법의 일 특징은, 포토다이오드를 구비하는 반도체 기판상에 다수의 금속배선 및 다수의 층간절연막이 교대로 적층되는 다층 금속배선 구조를 형성하는 단계, 상기 다층 금속배선 구조의 최상부 금속배선을 포함한 최상부 층간절연막 상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계, 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 상기 층간절연막을 식각하여 저면이 볼록한 홈을 형성하는 단계 및 상기 홈에 절연막을 매립하여 볼록렌즈 형태의 컬러 필터를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 컬러 필터의 굴절률은 상기 층간절연막의 굴절률에 비해 높은 것을 특징으로 한다.
보다 바람직하게, 상기 층간절연막은 USG(Undoped Silcate Glass)막이다.
보다 바람직하게, 상기 층간절연막은 내부에 이미지 센서 구동을 위한 금속배선 및 논리회로를 구동하기 위한 금속배선을 포함한다.
보다 바람직하게, 상기 층간절연막은 불소 및 염소가 함유된 용액을 이용하여 습식식각 한다.
보다 바람직하게, 상기 층간절연막을 식각한 후, 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 더 포함한다.
보다 바람직하게, 상기 컬러 필터의 굴절률은 상기 층간절연막의 굴절률에 비해 0.5 % 이상 높다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이미지 센서 제조 방법은, 층간절연막을 식각함하여 볼록렌즈를 형성함으로써, 수광부와 포토다이오드 사이의 거리를 획기적으로 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 저면이 볼록하게 형성된 홈 내에 절연물질을 매립하여 컬러필터를 형성함으로써, 상기 컬러필터가 볼록렌즈 역할을 하여 이후 공정에서 마이크로 렌즈를 따로 형성하지 않아도 되어, 공정 및 비용이 줄어드는 효과가 있다.
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.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일실시 예에 따른 이미지 센서 제조 방법을 나타낸 공정 단면도이다.
먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 포토다이오드(11)를 구비하는 반도체 기판(10)상에 다수의 금속배선(21,22,23) 및 다수의 층간절연막(20)이 교대로 적층되는 다층 금속배선 구조를 형성한다. 이때, 상기 층간절연막(20)은 USG(Undoped Silcate Glass)막이고, 상기 층간절연막(20) 내부에 형성된 다수의 금속배선 (21,22,23)은 이미지 센서 구동을 위한 금속배선 및 논리회로를 구동하기 위한 금속배선을 포함한다. 이때, 상기 금속배선은 2 ~ 5층으로 형성되는데, 상기 층간절연막 내부에 다층 금속배선을 형성한 후, USG 증착 및 평탄화, 질화막 증착 및 어닐링 그리고, 질화막을 제거하는 과정을 반복하여 상기 다층 금속배선 구조를 완성한다.
그런 다음, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 층간절연막(20) 상에 포토레지스트 패턴(30)을 형성한 후, 상기 포토레지스트 패턴(30)을 식각 마스크로 상기 층간절연막(20)을 식각한다.
보다 상세히, 상기 다층 금속배선 구조의 최상부 금속배선(23)을 포함한 최상부 층간절연막(20) 상에 상기 포토다이오드(11)의 상부 영역을 식각하도록 포토레지스트 패턴(30)을 형성한다. 그리고, 상기 포토레지스트 패턴(30)을 식각 마스크로 상기 층간절연막(20)을 습식식각한다. 이때, 상기 습식식각은 불소 및 염소 등 주기율표상 할로겐족 원소가 함유된 용액을 사용하여 이루어진다. 그러면, 상기 습식식각의 특징인 등방성 식각이 이루어져, 상기 포토레지스트 패턴(30) 하부에 저면이 볼록한 홈 형태의 언더컷(B)이 발생한다.
그런 다음, 도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 포토레지스트 패턴(30)을 제거한 후, 상기 홈(B)에 컬러필터용 포토레지스트를 매립하여 볼록렌즈 형태의 컬러 필터(40)를 형성한다. 이때, 상기 포토레지스트 패턴(30)은 애싱(ashing) 및 세정(cleaning) 공정을 수행하여 제거한다.
또한, 이때, 상기 컬러 필터(40)는 각 픽셀(pixel)마다 형성하는 것으로서, 상기 컬러 필터(40)의 굴절률은 상기 층간절연막(20)의 굴절률에 비해 약 0.5 % 이상 높다. 예를 들어, 동일 파장에서 상기 컬러 필터(40)의 굴절률은 약 1.6이고, 층간 절연막(20)의 굴절율은 약 1.45이다. 따라서, 볼록렌즈 역할을 하는 컬러 필터(40)가 형성됨을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 의한 이미지 센서 제조 방법은, 볼록렌즈 형태의 컬러 필터를 형성함으로써, 곡률을 갖는 마이크로 렌즈를 따로 형성하지 않아도 되는 장점이 있다. 또한, 수광부 역할을 하는 컬러필터를 층간절연막 내에 형성함으로써, 상기 수광부로부터 포토다이오드까지 빛이 전달되는 광 전달율을 향상시킬 수 있고, 광감도를 향상시킬 수 있다.
지금까지 본 발명의 구체적인 구현 예를 도면을 참조로 설명하였지만 이것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 평균적 지식을 가진 자가 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것이고 발명의 기술적 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 따라서 본 발명의 기술적 범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의하여 정하여지며, 도면을 참조로 설명한 구현 예는 본 발명의 기술적 사상과 범위 내에서 얼마든지 변형하거나 수정할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 씨모스 이미지 센서의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일실시 예에 따른 이미지 센서 제조 방법을 나타낸 공정 단면도.
Claims (6)
- 포토다이오드를 구비하는 반도체 기판상에 다수의 금속배선 및 다수의 층간절연막이 교대로 적층되는 다층 금속배선 구조를 형성하는 단계;상기 다층 금속배선 구조의 최상부 금속배선을 포함한 최상부 층간절연막 상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 상기 층간절연막을 식각하여 저면이 볼록한 홈을 형성하는 단계; 및상기 홈에 컬러필터용 포토레지스트를 매립하여 볼록렌즈 형태의 컬러 필터를 형성하는 단계를 포함하며,상기 컬러 필터의 굴절률은 상기 층간절연막의 굴절률에 비해 높은 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 층간절연막은 USG(Undoped Silcate Glass)막 인 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 층간절연막은 내부에 이미지 센서 구동을 위한 금속배선 및 논리회로를 구동하기 위한 금속배선을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 층간절연막은 불소 및 염소가 함유된 용액을 이용하여 습식식각 하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 층간절연막을 식각한 후, 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 컬러 필터의 굴절률은 상기 층간절연막의 굴절률에 비해 0.5 % 이상 높은 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조 방법.
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