KR100887886B1 - 이미지센서 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

실시예에 따른 이미지센서는 기판에 형성된 포토다이오드와 회로(circuitry); 상기 포토다이오드 상에 형성된 컬러필터층; 픽셀간의 경계에 홈을 포함하면서 상기 컬러필터층 상에 형성된 평탄화층; 및 상기 홈을 메우면서 상기 평탄화층 상에 형성된 마이크로렌즈;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이미지센서, 마이크로렌즈, 갭(Gap)

Description

이미지센서 및 그 제조방법{An Image Sensor and Method for Manufacturing the same}

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.

이미지센서에서는 광 감도를 높이기 위해서 이미지 센서의 전체 면적 중에서 포토 다이오드의 면적이 차지하는 비율(Fill Factor)을 크게 하거나, 포토다이오드 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 의한 경우 유기(Organic)물질의 마이크로렌즈를 적용하는 경우, 마이크로 렌즈 간 갭(gap) 이 생기거나 브릿지(bridge) 가 발생하는 단점이 있다. 갭이 발생하면 원하지 않는 신호가 발생하여 이미지 화질이 떨어지게 된며, 브릿지가 발생하면 많은 신호 노이즈로 발생하여 또한 이미지 화질에 영향을 준다.

실시예는 마이크로 렌즈(micro lens)의 브릿지(bridge)를 방지하고, 마이크로 렌즈 사이의 갭(gap)을 최소화할 수 있는 이미지센서 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.

실시예에 따른 이미지센서는 기판에 형성된 포토다이오드와 회로(circuitry); 상기 포토다이오드 상에 형성된 컬러필터층; 픽셀간의 경계에 홈을 포함하면서 상기 컬러필터층 상에 형성된 평탄화층; 및 상기 홈을 메우면서 상기 평탄화층 상에 형성된 마이크로렌즈;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법은 기판에 포토다이오드와 회로(circuitry)를 형성하는 단계; 상기 포토다이오드 상에 컬러필터층을 형성하는 단계; 상기 컬러필터층 상에 평탄화층을 형성하는 단계; 상기 평탄화층의 픽셀간의 경계에 홈을 형성하는 단계; 및 상기 홈을 메우면서 상기 평탄화층 상에 마이크로렌즈를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

실시예에 따른 이미지센서 및 그 제조방법에 의하면, 픽셀 경계의 평탄화층에 홈을 형성함으로써 마이크로 렌즈(micro lens)의 브릿지(bridge)를 방지하고, 마이크로 렌즈 사이의 갭(gap)을 최소화할 수 있으므로 노이지 신호에 위한 이미지 화질 저하에 대하여 개선할 수 있는 효과가 있다.

이하, 실시예에 따른 이미지센서 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

실시예의 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.

실시예의 설명에 있어서 씨모스이미지센서(CIS)에 대한 구조의 도면을 이용하여 설명하나, 본 발명은 씨모스이미지센서에 한정되는 것이 아니며, CCD 이미지센서 등 모든 이미지센서에 적용이 가능하다.

(실시예)

도 1은 실시예에 따른 이미지센서의 단면도이다.

실시예에 따른 이미지센서는 기판(110)에 형성된 포토다이오드(미도시)와 회로(circuitry)(미도시); 상기 포토다이오드 상에 형성된 컬러필터층(130); 픽셀간의 경계에 홈(H)(도 4 참조)을 포함하면서 상기 컬러필터층(130) 상에 형성된 평탄화층(140); 및 상기 홈(H)을 메우면서 상기 평탄화층(140) 상에 형성된 마이크로렌즈(160);를 포함할 수 있다.

실시예에 따른 이미지센서에 의하면, 픽셀 경계의 평탄화층에 홈을 형성함으로써 마이크로 렌즈(micro lens)의 브릿지(bridge)를 방지하고, 마이크로 렌즈 사이의 갭(gap)을 최소화할 수 있으므로 노이지 신호에 위한 이미지 화질 저하에 대하여 개선할 수 있는 효과가 있다.

(제1 실시예)

이하, 도 2 내지 도 6를 참조하여 제1 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법을 설명한다.

우선, 도 2와 같이 기판(110)에 포토다이오드(미도시)와 회로(circuitry)(미도시)를 형성한다.

이후, 포토다이오드를 포함하는 기판(110)상에 층간절연층(120)을 형성한다.

상기 층간절연층(120)은 다층으로 형성될 수도 있고, 하나의 층간절연층을 형성한 후에 포토다이오드 영역 이외의 부분으로 빛이 입사되는 것을 막기 위한 차광층(미도시)을 형성한 후에 다시 층간절연층을 형성할 수도 있다.

이후, 상기 층간절연층(120) 상에 수분 및 스크래치로부터 소자를 보호하기 위한 보호막(미도시)을 더 형성할 수 있다.

이후, 상기 층간절연층(120) 상에 가염성레지스트를 사용하여 도포한 후, 노광 및 현상 공정을 진행하여 각각의 파장대별로 빛을 필터링하는 R, G, B의 컬러필터층(130)을 형성한다.

이후, 상기 컬러필터층(130) 상에 초점거리 조절 및 렌즈층을 형성하기 위한 평탄도확보 등을 위하여 평탄화층(PL:planarization layer)(140)을 더 형성할 수 있다.

다음으로, 도 3과 같이 상기 평탄화층(140) 상에 픽셀간의 경계를 노출하는 일반감광막패턴(150)을 형성한다. 일반감광막이라 함은 마이크로렌즈용 감광막이 아닌 것을 의미한다.

다음으로, 도 4와 같이 상기 일반감광막패턴(150)을 애싱(ashing)하여 상기 평탄화층(140)의 픽셀간의 경계에 홈(H)을 형성한다. 예를 들어, 일반감광막패턴(150)을 산소플라즈마(O₂ plasma) 등에 의해 애싱할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

다음으로, 도 5와 같이 홈(H)이 형성된 상기 평탄화층(140) 상에 마이크로렌즈용 감광막패턴(160a)을 형성한다.

다음으로, 도 6과 같이 상기 마이크로렌즈용 감광막패턴(160a)을 리플로우하여 상기 홈(H)을 메우면서 상기 평탄화층(140) 상에 마이크로렌즈(160)를 형성한다.

제1 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법에 의하면 컬러필터공정과 리플로우 공정 사이의 공정에 애싱(ashing) 공정을 이용하여 마이크로렌즈 사이에 식각(etch)을 한다.

식각(Etch)된 부분은 추후 마이크로 렌즈 열공정(thermal process)에서 마이크로렌즈용 감광막(160a)이 갭(gap) 사이에 들어가서 마이크로렌즈 사이의 브릿지를 예방하고 제로 갭을 형성할 수 있다.

실시예에 따른 이미지센서의 제조방법에 의하면, 픽셀 경계의 평탄화층에 홈을 형성함으로써 마이크로 렌즈(micro lens)의 브릿지(bridge)를 방지하고, 마이크로 렌즈 사이의 갭(gap)을 최소화할 수 있으므로 노이지 신호에 위한 이미지 화질 저하에 대하여 개선할 수 있는 효과가 있다.

(제2 실시예)

도 7 내지 도 10을 참조하여 제2 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법을 설명한다.

제1 실시예는 일반감광막의 애싱에 의해 홈이 형성되었으나, 제2 실시예는 마이크로렌즈용 감광막을 이용하여 홈을 형성하는 점에서 상호간에 구별된다.

도 7은 도 2의 설명과 같이 기판(110)상에 층간절연층(120), 컬러필터층(130), 평탄화층(140)을 포함할 수 있다.

다음으로, 도 8과 같이 상기 평탄화층(140) 상에 픽셀간의 경계를 노출하는 마이크로렌즈용 감광막패턴(160a)을 형성한다.

다음으로, 도 9와 같이 상기 마이크로렌즈용 감광막패턴(160a)을 애싱(ashing)하여 상기 평탄화층(140)의 픽셀간의 경계에 홈(H)을 형성한다.

이때, 일반감광막과는 달리 마이크로렌즈용 감광막패턴(160a)은 애싱(ashing)에 의해 큰 손상을 받지 않는다.

다음으로, 도 10과 같이 상기 평탄화층(140)의 픽셀간의 경계에 홈(H)을 형성하는 단계 후에, 상기 마이크로렌즈용 감광막패턴(160a)을 리플로우하여 상기 홈(H)을 메우면서 상기 평탄화층(140) 상에 마이크로렌즈(160)를 형성한다.

실시예에 따른 이미지센서 및 그 제조방법에 의하면, 픽셀 경계의 평탄화층에 홈을 형성함으로써 마이크로 렌즈(micro lens)의 브릿지(bridge)를 방지하고, 마이크로 렌즈 사이의 갭(gap)을 최소화할 수 있으므로 노이지 신호에 위한 이미지 화질 저하에 대하여 개선할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 기재된 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 청구항의 권리범위에 속하는 범위 안에서 다양한 다른 실시예가 가능하다.

도 1은 실시예에 따른 이미지센서의 단면도.

도 2 내지 도 6은 제1 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법의 공정단면도.

도 7 내지 도 10은 제2 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법의 공정단면도.

Claims (6)

1. 삭제
2. 기판에 포토다이오드와 회로(circuitry)를 형성하는 단계;

   상기 포토다이오드 상에 컬러필터층을 형성하는 단계;

   상기 컬러필터층 상에 평탄화층을 형성하는 단계;

   상기 평탄화층 상에 픽셀간의 경계를 노출하는 마이크로렌즈용 감광막패턴을 형성하는 단계;

   상기 마이크로렌즈용 감광막패턴을 애싱(ashing)하여 상기 평탄화층의 픽셀간의 경계에 홈을 형성하는 단계; 및

   상기 애싱된 마이크로렌즈용 감광막패턴을 리플로우하여 상기 홈을 메우면서 상기 평탄화층 상에 마이크로렌즈를 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제

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