KR100881013B1 - 이미지센서 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른 이미지센서는 기판상에 형성된 컬러필터층; 상기 컬러필터층 상에 형성된 홈을 포함하는 평탄화층; 및 상기 평탄화층 상에 형성된 마이크로렌즈;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이미지센서, 씨모스 이미지센서, 마이크로렌즈
Description
도 1은 실시예에 따른 이미지센서의 평면도.
도 2는 실시예에 따른 이미지센서의 단면도.
도 3은 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법에서 사용되는 마스크의 개념도.
실시예는 이미지센서 및 그 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 이미지 센서는 단위 화소 내에 포토 다이오드와 모스 트랜지스터를 형성시킴으로써 스위칭 방식으로 각 단위 화소의 전기적 신호를 순차적으로 검출하여 영상을 구현한다.
종래기술에 의한 CIS소자는 빛 신호를 받아서 전기 신호로 바꾸어 주는 포토다이오드(Photo Diode) 영역(미도시)과, 이 전기 신호를 처리하는 트랜지스터 영역(미도시)으로 구분할 수 있다.
한편, CMOS 이미지센서는 블루(Blue), 그린(Green), 레드(Red)를 이용하여 컬러필터어레이(CFA:Color Filter Array)를 형성하고, 그 위에 마이크로렌즈(ML:Micro Lens)를 형성하였다.
그런데, 기존 마이크로렌즈(ML) 코너 부분(마이크로렌즈 4개가 만나는 부분)에 라운딩(rounding)이 생성되어 갭(Gap)이 형성됨으로써 가장 취약 부분이 만들어진다.
이러한 코너는 소자가 작아지면서 더욱더 중요시된다. 그 이유는 포토다이오드 사이즈는 점점 작아지면서 들어오는 빛이 작아져, 코너 부분이 이슈가 되고 있기 때문이다.
기존 ML형성 방법은 ML PEP 후 리플로우(Reflow) 공정을 통해 ML 만든다. 이러한 방법은 코너 부분이 Rounding이 생겨서 상당히 큰 갭(Gap)이 생기는 문제가 있다.
이러한, 마이크로렌즈 갭에 의해 빛이 포토다이오드에 도달하지 못하고 노이즈를 발생시킨다.
실시예는 마이크로렌즈 사이의 갭을 줄일 수 있는 이미지센서 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 이미지센서는 기판상에 형성된 컬러필터층; 상기 컬러필터층 상에 형성된 홈을 포함하는 평탄화층; 및 상기 평탄화층 상에 형성된 마이크로렌즈;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법은 기판상에 컬러필터층을 형성하는 단계; 상기 컬러필터층 상에 홈을 포함하는 평탄화층을 형성하는 단계; 및 상기 평탄화층 상에 마이크로렌즈를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 실시예에 따른 이미지센서 및 그 제조방법에 의하면 평탄화층에 홈을 형성함으로써 마이크로렌즈 리플로우시 코너라운딩을 줄여 마이크로렌즈 간의 갭을 줄일 수 있고, 또한, 실시예에 의하면 마이크로렌즈의 코너라운딩을 줄여 필 팩터(fill factor)를 높일 수 있으며, 또한, 실시예에 의하면 마이크로렌즈의 코너라운딩을 줄여 노이즈를 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
이하, 실시예에 따른 이미지센서 및 그 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.
(실시예)
실시예는 트랜지스터의 개수에 따라 1Tr형, 2Tr형, 3Tr형, 4Tr형, 5Tr형 등에 적용이 가능하다. 예를 들어, 3Tr형은 1개의 포토다이오드와 3개의트랜지스터(리셋트랜지스터, 드라이브트랜지스터, 셀렉트랜지스터)로 구성되며, 4Tr형은 1개의 포토다이오드와 4개의 트랜지스터(트랜스퍼트랜지스터, 리셋트랜지스터, 드라이브트랜지스터, 셀렉트랜지스터)로 구성된다.
도 1은 실시예에 따른 이미지센서의 평면도이며, 도 2는 실시예에 따른 이미지센서의 I-I'선을 따른 단면도이다.
실시예에 따른 이미지센서는 기판(200)상에 형성된 컬러필터층(208); 상기 컬러필터층(208) 상에 형성된 홈(212)을 포함하는 평탄화층(209); 및 상기 평탄화층(209) 상에 형성된 마이크로렌즈(미도시);를 포함할 수 있다.
실시예에 따른 이미지센서는 평탄화층(209)에 홈(212)을 형성함으로써 마이크로렌즈 리플로우시 코너라운딩을 줄여 마이크로렌즈(미도시) 간의 갭을 줄일 수 있는 효과가 있다.
예를들어, 상기 마이크로렌즈(미도시)의 모서리에 대응하는 평탄화층(209)에 홈(212)이 형성될 수 있다.
또한, 상기 마이크로렌즈의 모서리에 대응하는 평탄화층(209)에 마름모 형태의 홈(212)이 형성될 수 있다.
또한, 상기 마이크로렌즈가 모이는 지점에 대응하는 평탄화층(209)에 홈이 형성될 수 있다.
이하, 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법을 설명한다.
우선, 도 2와 같이 기판(200)상에 컬러필터층(208)을 형성한다.
상기 기판(200)상에는 포토다이오드(205)가 더 형성될 수 있으며, 상기 기판(200)상에 층간절연층(207)이 형성될 수 있다.
상기 층간절연층(207)은 다층으로 형성될 수도 있고, 하나의 층간절연층을 형성한 후에 포토다이오드(205) 영역 이외의 부분으로 빛이 입사되는 것을 막기 위한 차광층(미도시)을 형성한 후에 다시 층간절연층을 형성할 수도 있다.
이후, 상기 층간절연층(207)상에 수분 및 스크래치로부터 소자를 보호하기 위한 보호막(미도시)을 더 형성할 수 있다.
다음으로, 상기 층간절연층(207) 상에 가염성레지스트를 사용하여 도포한 후, 노광 및 현상 공정을 진행하여 각각의 파장대별로 빛을 필터링하는 R, G, B의 컬러필터층(208)을 형성할 수 있다.
다음으로, 상기 컬러필터층(208)상에 초점거리 조절 및 렌즈층을 형성하기 위한 평탄도확보 등을 위하여 평탄화층(PL:planarization layer)(209)을 형성할 수 있다.
이때, 상기 평탄화층(209)은 홈을 포함하여 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 평탄화층(209)을 형성하는 단계는, 상기 마이크로렌즈(미도시)의 모서리에 대응하는 평탄화층(209)에 홈(212)을 형성할 수 있다.
또는, 상기 평탄화층(209)을 형성하는 단계는 상기 마이크로렌즈의 모서리에 대응하는 평탄화층(209)에 마름모 형태의 홈(212)을 형성할 수 있다.
또는, 상기 평탄화층(209)을 형성하는 단계는 상기 마이크로렌즈가 모이는 지점에 대응하는 평탄화층(209)에 홈을 형성할 수 있다.
실시예에 따른 이미지센서의 제조방법은 상기 홈(212)에 의해 마이크로렌즈의 리플로우시 코너라운딩을 저지할 수 있다.
도 3은 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법에서 사용되는 마스크(110)의 개념도이다.
실시예에 따른 이미지센서의 제조방법은 마이크로렌즈의 코너라운딩(Corner Rounding)의 문제점을 해결하고자 평탄화층 마스크(110)에 다이아몬드 형 패턴(112)을 주입하여 홈(212)을 만들어 홈(212) 부분에 마이크로렌즈가 코너라운딩이 발생하는 문제점을 해결하고자 한다.
즉, 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법은 홈(212)의 에 의해 표면적을 높여서 코너라운딩(Corner Rounding)을 저지할 수 있다.
도 3은 음의 감광막에 대한 예이나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 따른 이미지센서의 제조방법은 평탄화층(209)에 홈을 만들어서, 마이크로렌즈 PEP 후 리플로우공정을 통해 최종 마이크로렌즈를 만들 수 있다.
실시예에 따른 이미지센서의 제조방법에 의하면 코너라운딩(Corner Rounding)이 상당부분 개선되었다. 이러한 방법으로 마이크로렌즈를 형성하면 기존 마이크로렌즈보다 코너 쪽에서 많은 빛을 포토다이오드 쪽에 받을 수 있다. 또한, 이에 따라 노이즈도 감소한다.
본 발명은 전술한 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 하기 된 청구항의 권리범위에 속하는 범위 안에서 다양한 다른 실시예가 가능하다.
실시예에 따른 이미지센서 및 그 제조방법에 의하면 평탄화층에 홈을 형성함으로써 마이크로렌즈 리플로우시 코너라운딩을 줄여 마이크로렌즈 간의 갭을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 실시예에 의하면 마이크로렌즈의 코너라운딩을 줄여 필 팩터(fill factor)를 높일 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 마이크로렌즈의 코너라운딩을 줄여 노이즈를 감소시킬 수 있다.
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- 기판상에 컬러필터층을 형성하는 단계;상기 컬러필터층 상에 홈을 포함하는 평탄화층을 형성하는 단계; 및상기 평탄화층 상에 복수의 마이크로렌즈를 형성하는 단계;를 포함하며,상기 평탄화층을 형성하는 단계는,상기 마이크로렌즈의 모서리에 대응하는 지점에 홈 패턴이 형성된 마스크를 이용하여 상기 마이크로렌즈들의 모서리가 모이는 지점에 대응하는 상기 평탄화층에 홈을 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
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- 제4 항에 있어서,상기 평탄화층을 형성하는 단계는,상기 마이크로렌즈의 모서리에 대응하는 평탄화층에 마름모 형태의 홈을 형성하며, 상기 마름모 형태인 홈의 4 변은 상기 마이크로렌즈 모서리들에 대응하는 평탄화층에 모두 접하도록 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
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