KR100881519B1 - 반도체 소자의 ｃｉｓ 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 빛이 들어오는 맨 윗층의 픽셀 마이크로렌즈의 곡률(Curvature)을 각 칼라 별로 상이하게 제어하여 초점 길이(Focal Length)를 동일하게 하기 위한 것으로, 이를 위한 본 발명은, (a) 굴절률이 가장 높은 파랑(Blue) 픽셀 영역에 대응되는 포토 마스크의 패턴을 다르게 형성하여, 포토 마스크 패턴에 의해 표백 처리시에 마이크로 렌즈 형성용 감광막에 조사되는 가장 많은 광량으로 제어하여 파랑 포토 마스크를 제조하는 단계와, (b) 녹색(Green) 픽셀 영역에 (a)단계에서의 파랑 픽셀 영역 보다 적은 광량으로 제어하여 녹색 포토 마스크를 제조하는 단계와, (c) 굴절률이 가장 낮은 적색(Red) 픽셀 영역에 마이크로 렌즈의 굴절 각도가 커지도록 (a)단계와 (b)단계에서의 광량 보다 가장 낮게 제어하여 적색 포토 마스크를 제조하는 단계를 포함한다. 따라서, Image Sensor의 각 화소 별 출력차이가 위치 상관없이 균일한 상태로 되기 때문에 균일성(Uniformity)이 향상되며, 특정 영역이 칼라 특성이 다르게 되는 칼라 차이 현상을 줄일 수 있게 된다. 아울러 Image 영역의 에지 부분에서의 출력저하를 줄일 수 있으며, 인접 화소로의 잘못된 입사를 방지하여 선명한 화질을 득할 수 있게 되어 신뢰성이 향상되어 반도체 소자의 수율 및 신뢰성을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
마이크로렌즈, 굴절률, 포토 다이오드
Description
도 1은 종래 마이크로렌즈 형성 시, 각 칼라 별 상이한 굴절율에 따라 포토 다이오드에 집속하지 못하고 벗어나는 도면,
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 반도체 소자의 CIS 제조방법에서 각 칼라별 마이크로렌즈의 곡률을 달라지게 제어하여 초점 길이를 동일하게 한 도면,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 반도체 소자의 CIS 제조방법이 적용된 도면.
본 발명은 반도체 소자의 CIS(CMOS Image Sensor) 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 빛이 들어오는 맨 윗층의 픽셀 마이크로렌즈를 각 칼라 별로 상이하게 제어할 수 있도록 하는 제조방법에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 반도체 소자의 CIS는 렌즈로 들어오는 빛을 받아 전기적 신호로 바꿔 주는 역할을 하는 반도체로서, CMOS 제조 공정을 이용하며 소비 전력 과, 집적화, 그리고 가격 등의 다양한 면에서 경쟁력을 가지고 있다.
이러한 CIS는 휴대폰뿐만 아니라 디지털카메라, 디지털캠코더, 자동차용 센서, 생명 공학, 로봇, 의료 등 적용 범위가 매우 넓다.
상술한 바와 같이 CIS를 제조함에 있어서, 마이크로렌즈 형성 공정은 마이크로렌즈 형성용 감광막(Photo Resist, PR)을 도포, 노광, 현상을 진행한 후, 투과율을 위해 포토 액티브 컴파운드(Photo Active compound) 분해를 위한 표백(Bleach) 처리를 진행한다.
이후에, 열처리 공정을 실시하여 원하는 형상을 획득하는 공정으로써, 투과율 향상을 위한 표백 처리시 표백시키는 빛 에너지(Light energy)에 따라 Photo acid 발생량의 차이를 활용하여 Reflow후 마이크로렌즈의 두께(Thickness)와 곡률(Curvature)의 변화 정도가 각 칼라 픽셀 별로 다른 집광 마이크로 렌즈를 사용한다.
그러나, 상기와 같이 CIS 제조에서 감광도(Sensitivity)를 향상하기 위해 집광 마이크로렌즈를 형성할 수 있지만, 도 1에 도시된 바와 같이 동일한 형태의 One shot formation에 따른 마이크로렌즈 형성 시, 각 칼라(파랑, 녹색, 적색) 별 상이한 굴절율에 따른 Ray tracing시 경사진 광에 대해서는 빛을 받아들이는 포토 다이오드(Photo diode)에 집속 시 초점 길이(Focal Length) 차이를 유발하게 됨으로써, 감도의 저하뿐만 아니라 인접화소로의 입사로 인하여 cross-talk 현상을 유발하여 이미지 질(image quality)을 저하시켜 신뢰성에 심각한 악영향을 줄 수 있어 반도체 소자의 수율 및 신뢰성을 감소시키게 되는 문제점을 갖는다.
이에, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 그 목적은 빛이 들어오는 맨 윗층의 픽셀 마이크로렌즈의 곡률(Curvature)을 각 칼라 별로 상이하게 제어하여 초점 길이(Focal Length)를 동일하게 할 수 있도록 하는 반도체 소자의 CIS 제조방법을 제공함에 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에서 반도체 소자의 CIS 제조방법은 (a) 굴절률이 가장 높은 파랑(Blue) 픽셀 영역에 대응되는 포토 마스크의 패턴을 다르게 형성하여, 포토 마스크 패턴에 의해 표백 처리시에 마이크로 렌즈 형성용 감광막에 조사되는 가장 많은 광량으로 제어하여 파랑 포토 마스크를 제조하는 단계와, (b) 녹색(Green) 픽셀 영역에 (a)단계에서의 파랑 픽셀 영역 보다 적은 광량으로 제어하여 녹색 포토 마스크를 제조하는 단계와, (c) 굴절률이 가장 낮은 적색(Red) 픽셀 영역에 마이크로 렌즈의 굴절 각도가 커지도록 (a)단계와 (b)단계에서의 광량 보다 가장 낮게 제어하여 적색 포토 마스크를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시 예는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이 기술 분야의 숙련자라면 이 실시 예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 잘 이해하게 될 것이다.
본 발명의 핵심 기술요지를 살펴보면, 마이크로 렌즈의 형성 시, 굴절률이 가장 높은 파랑(Blue) 픽셀 영역(S1)에 굴절 각도가 작아지도록 가장 많은 빛 에너 지를 조사하여 파랑 픽셀을 클리어(Clear)시킨 파랑 포토 마스크를 제조한다. 다음으로, 마이크로 렌즈의 형성 시, 녹색(Green) 픽셀 영역(S2)에 파랑 픽셀 영역 보다 빛 에너지를 투과률이 5∼20% 이내로 낮게 조사하여 녹색 포토 마스크를 일 예로, 도 2b에 도시된 바와 같이 제조한다. 마지막으로, 마이크로 렌즈의 형성 시, 적색(Red) 픽셀 영역(S3)에 굴절 각도가 커지도록 파랑 픽셀 영역과 녹색 픽셀 영역에 조사된 빛 에너지보다 가장 낮은, 즉 파랑 픽셀 영역 보다 빛 에너지를 투과률이 10∼50% 이내로 낮게 조사하여 적색 포토 마스크를 제조할 수 있는 것으로, 이러한 기술적 작용을 통해 본 발명에서 목적으로 하는 바를 쉽게 달성할 수 있다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 반도체 소자의 CIS 제조방법에서 각 칼라별 마이크로렌즈의 곡률을 달라지게 제어하여 초점 길이를 동일하게 한 도면이다.
즉, 도 2a를 참조하면, 마이크로 렌즈의 형성 시, 마이크로 렌즈 형성용 감광막의 표백(bleach) 처리에 사용되는 포토 마스크의 패턴들 중에서 굴절률이 가장 높은 파랑(Blue) 픽셀 영역(S1)에 대응되는 포토 마스크의 패턴을 다르게 형성하여, 포토 마스크 패턴에 의해 표백 처리시에 마이크로 렌즈 형성용 감광막에 조사되는 가장 많은 광량(예컨대, 가장 많은 빛 에너지)으로 제어, 즉 파랑 픽셀 영역의 포토 마스크를 클리어(Clear) 상태로 제어(예컨대, 투과율의 저하가 전혀 없도록 제어)하여 파랑 포토 마스크를 제조할 수 있어 그 결과로 최종 마이크로 렌즈의 곡률이 제어된다. 여기서, 빛 에너지는, 크롬(Cr)의 두께와, 그리고 슬릿(Slit)의 간격 및 개수를 이용하여 그 양을 달라지게 한다.
다음으로, 마이크로 렌즈의 형성 시, 마이크로 렌즈 형성용 감광막의 표백(bleach) 처리에 사용되는 포토 마스크의 패턴들 중에서 순차적으로 굴절률이 차이가 나는 녹색(Green) 픽셀 영역(S2)에 대응되는 포토 마스크의 패턴을 다르게 형성하여, 포토 마스크 패턴에 의해 표백 처리시에 마이크로 렌즈 형성용 감광막에 조사되는 광량(예컨대, 파랑 픽셀 영역보다 적게 조사되는 빛 에너지)으로 제어, 즉 녹색 픽셀 영역의 포토 마스크를 ND 필터 개념으로 투과율이 5∼20% 이내로 낮게 제어하여 녹색 포토 마스크를 일 예로, 도 2b에 도시된 바와 같이 제조할 수 있어 그 결과로 최종 마이크로 렌즈의 곡률이 제어된다. 여기서, 빛 에너지는, 크롬(Cr)의 두께와, 그리고 슬릿의 간격 및 개수를 이용하여 그 양을 달라지게 한다.
마지막으로, 마이크로 렌즈의 형성 시, 마이크로 렌즈 형성용 감광막의 표백(bleach) 처리에 사용되는 포토 마스크의 패턴들 중에서 다른 칼라 대비 상대적으로 가장 낮은 굴절률을 갖는 적색(Red) 픽셀 영역(S3)에 대응되는 포토 마스크의 패턴을 다르게 형성하여, 포토 마스크 패턴에 의해 표백 처리시에 마이크로 렌즈 형성용 감광막에 조사되는 광량(예컨대, 다른 칼라 대비 상대적으로 가장 낮은 굴절률을 갖기 때문에 상대적으로 가장 낮은 표백용 빛 에너지)으로 제어, 즉 적색 픽셀 영역의 포토 마스크를 10∼50% 정도 투과율이 낮아지도록 제어하여 적색 포토 마스크를 일 예로, 도 2c에 도시된 바와 같이 제조할 수 있어 그 결과로 최종 마이크로 렌즈의 곡률이 제어된다. 여기서, 빛 에너지는, 크롬(Cr)의 두께와, 그리고 슬릿의 간격 및 개수를 이용하여 그 양을 달라지게 한다.
한편, 도 3은, 도 2에서와 같이 각 칼라별 마이크로렌즈의 곡률을 달라지게 제어하여 초점 길이를 동일하게 한 각 칼라별 픽셀을 반도체 소자의 CIS 제조방법에 적용시킨 도면이다.
따라서, 본 발명에 따르면, 빛이 들어오는 맨 윗층의 픽셀 마이크로렌즈의 곡률(Curvature)을 각 칼라 별로 상이하게 제어하여 초점 길이(Focal Length)를 동일하게 함으로써, 기존에서와 같이 포토 다이오드(Photo diode)에 집속 시 칼라별 굴절률 차이로 인하여 초점 길이(Focal Length) 차이를 유발하게 되어 감도의 저하뿐만 아니라 인접화소로의 입사로 인하여 cross-talk 현상을 유발하여 이미지 질(image quality)을 저하시키게 되는 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 본 발명의 사상 및 특허청구범위 내에서 권리로서 개시하고 있으므로, 본원 발명은 일반적인 원리들을 이용한 임의의 변형, 이용 및/또는 개작을 포함할 수도 있으며, 본 명세서의 설명으로부터 벗어나는 사항으로서 본 발명이 속하는 업계에서 공지 또는 관습적 실시의 범위에 해당하고 또한 첨부된 특허청구범위의 제한 범위 내에 포함되는 모든 사항을 포함한다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 빛이 들어오는 맨 윗층의 픽셀 마이크로렌즈의 곡률(Curvature)을 각 칼라 별로 상이하게 제어하여 초점 길이(Focal Length)를 동일하게 함으로써, 기존에서와 같이 포토 다이오드(Photo diode)에 집속 시 칼라별 굴절률 차이로 인하여 초점 길이(Focal Length) 차이를 유발하게 되어 감도의 저하뿐만 아니라 인접화소로의 입사로 인하여 cross-talk 현상을 유발하여 이미지 질(image quality)을 저하시키게 되는 문제점을 해결할 수 있다.
또한, Image Sensor의 각 화소 별 출력차이가 위치 상관없이 균일한 상태로 되기 때문에 균일성(Uniformity)이 향상되며, 특정 영역이 칼라 특성이 다르게 되는 칼라 차이 현상을 줄일 수 있게 된다. 아울러 Image 영역의 에지 부분에서의 출력저하를 줄일 수 있으며, 인접 화소로의 잘못된 입사를 방지하여 선명한 화질을 득할 수 있게 되어 신뢰성이 향상되어 반도체 소자의 수율 및 신뢰성을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
Claims (6)
- 반도체 소자의 CIS 제조방법으로서,(a) 굴절률이 가장 높은 파랑(Blue) 픽셀 영역에 대응되는 포토 마스크의 패턴을 다르게 형성하여, 포토 마스크 패턴에 의해 표백 처리시에 마이크로 렌즈 형성용 감광막에 조사되는 가장 많은 광량으로 제어하여 파랑 포토 마스크를 제조하는 단계와,(b) 녹색(Green) 픽셀 영역에 상기 (a)단계에서의 파랑 픽셀 영역 보다 적은 광량으로 제어하여 녹색 포토 마스크를 제조하는 단계와,(c) 굴절률이 가장 낮은 적색(Red) 픽셀 영역에 상기 마이크로 렌즈의 굴절 각도가 커지도록 상기 (a)단계와 (b)단계에서의 광량 보다 가장 낮게 제어하여 적색 포토 마스크를 제조하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 CIS 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 (a)단계에서 파랑 포토 마스크는, 상기 (a)단계에서의 광량 제어에 의해 파랑 픽셀 영역의 포토 마스크를 투과율의 저하가 전혀 없도록 제어하여 제조하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 CIS 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 (b)단계에서의 녹색 포토 마스크는, 상기 (a)단계의 광량 보다 5∼20% 감쇄된 광량으로 제어하여 제조하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 CIS 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 (c)단계에서의 적색 포토 마스크는, 상기 (a)단계의 광량 보다 10∼50% 감쇄된 광량으로 제어하여 제조하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 CIS 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 (a)(b)(c) 각 단계에서의 광량은, 크롬(Cr)의 두께를 이용하여 그 양을 달라지게 하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 CIS 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 (a)(b)(c) 각 단계에서의 광량은, 슬릿의 간격과 개수를 이용하여 그 양을 달라지게 하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 CIS 제조방법.
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Payment date: 20111220 Year of fee payment: 4 |
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