KR100905597B1 - 이미지센서 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

실시예에 따른 이미지센서는 기판에 형성된 소자분리막과 포토다이오드; 상기 포토다이오드 상에 형성된 제1 층간절연층; 상기 제1 층간절연층 상에 형성된 제1 마이크로렌즈; 상기 제1 마이크로렌즈 상에 형성된 제2 층간절연층; 상기 제2 층간절연층 상에 형성된 컬러필터; 및 상기 컬러필터 상에 형성된 제2 마이크로렌즈;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이미지센서, 마이크로렌즈, 스트라이에이션(striation)

Description

이미지센서 및 그 제조방법{Image Sensor and Method for Manufacturing thereof}

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) 영역과, 이 전기 신호를 처리하는 트랜지스터 영역으로 구분할 수 있다.

한편, 종래기술에 의한 씨모스 이미지센서에서의 마이크로렌즈(Micro Lens: ML)의 형성은 컬러필터층(color filter array) 상에 ML PR(Photoresist)을 코 팅(coating)한 후 노광을 통해 형성하였다.

이와 같은 종래기술의 방법은 0.25~0.13급 CIS 제품으로 가면서 픽셀사이즈(pixel size)가 축소(shrink) 됨에 따라 문제점이 발생한다.

즉, 픽셀사이즈(Pixel size)가 줄어듦에 따라 빛을 받는 표면적이 줄어들게 되고 빛의 양이 줄어듦에 따라 포토다이오드에 들어가는 빛의 양을 나타내는 필팩터(fill factor)가 낮아진다.

또한, 종래기술에 의하면 픽셀사이즈(Pixel size)가 줄어듦에 따라 ML의 사이즈(size)도 줄어드는데, 줄어든 ML을 형성하기 위해서는 PR 두께(thickness)를 낮추게 되는데 PR 두께가 낮아짐에 따라 코팅(coating)불량인 스트라이에이션(striation)이 발생하게 된다. 이러한 두 가지 문제점을 기본적으로 해결해야 한다.

실시예는 마이크로렌즈를 개선함으로써 픽셀사이즈(Pixel size)가 줄어들어도 필팩터(fill factor)가 낮아지지 않고 , ML 리지스트 두께(resist thickness)를 낮추지 않고 ML 스트라이에이션(striation)을 해결할 수 있는 이미지센서 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.

실시예에 따른 이미지센서는 기판에 형성된 소자분리막과 포토다이오드; 상기 포토다이오드 상에 형성된 제1 층간절연층; 상기 제1 층간절연층 상에 형성된 제1 마이크로렌즈; 상기 제1 마이크로렌즈 상에 형성된 제2 층간절연층; 상기 제2 층간절연층 상에 형성된 컬러필터; 및 상기 컬러필터 상에 형성된 제2 마이크로렌즈;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법은 기판에 소자분리막과 포토다이오드를 형성하는 단계; 상기 포토다이오드 상에 제1 층간절연층을 형성하는 단계; 상기 제1 층간절연층 상에 제1 마이크로렌즈를 형성하는 단계; 상기 제1 마이크로렌즈 상에 제2 층간절연층을 형성하는 단계; 상기 제2 층간절연층 상에 컬러필터를 형성하는 단계; 및 상기 컬러필터 상에 제2 마이크로렌즈를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

실시예에 따른 이미지센서 및 그 제조방법에 의하면, 열경화성수지(Thermal resin)를 이용한 자기정렬(self align) 내부렌즈(Inner lens)를 형성함으로써 픽셀사이즈(Pixel size)가 줄어들어도 필팩터(fill factor)가 낮아지지 않고, ML 리지스트 두께(resist thickness)를 낮추지 않고 ML 스트라이에이션(striation)을 해결할 수 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 마이크로렌즈가 채용될 수 있는 모든 이미지센서에 적용이 가능하다.

(실시예)

도 1은 실시예에 따른 이미지센서의 단면도이다.

실시예에 따른 이미지센서는 기판(110)에 형성된 소자분리막(120)과 포토다이오드(130); 상기 포토다이오드(130) 상에 형성된 제1 층간절연층(172); 상기 제1 층간절연층(172) 상에 형성된 제1 마이크로렌즈(180); 상기 제1 마이크로렌즈(180) 상에 형성된 제2 층간절연층(174); 상기 제2 층간절연층(174) 상에 형성된 컬러필터(210); 및 상기 컬러필터(210) 상에 형성된 제2 마이크로렌즈(230);를 포함할 수 있다.

실시예에서 상기 제1 마이크로렌즈(180)는 내부렌즈(Inner lens)로서 열경화성 수지로 형성될 수 있다.

또한, 상기 제1 마이크로렌즈(180)는 상기 제1 층간절연층(172)이 선택적으로 식각되어 잔존하는 시드(seed) 제1 마이크로렌즈(173)(도 5 참조)와 상기 시드 제1 마이크로렌즈(173) 상에 형성된 열경화성 수지를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 마이크로렌즈(180)는 첫 번째 배선(first metal line)(M1)에 대응되는 높이의 제1 층간절연층(172)에 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 상기 제1 마이크로렌즈(180)는 제2 배선(M2), 제3 배선(M3) 등의 높이에 대응되는 층간절연층에 형성될 수 있다. 한편, 미설명 도면부호는 하기 제조방법에서 설명한다.

도 2는 실시예에 따른 이미지센서의 시뮬레이션 결과이다.

도 2와 같이 내부렌즈(Inner lens)(180)를 형성함으로써 소자가 작아져도 스트라이에이션(striation)의 문제가 발생하지 않으며, 또한 마이크로렌즈(ML)의 두께가 높아지기 때문에 빛을 받는 면적도 넓어져서 필팩터(fill factor)가 높아질 수 있다.

실시예에 따른 이미지센서에 의하면, 열경화성수지(Thermal resin)를 이용한 자기정렬(self align) 내부렌즈(Inner lens)를 형성함으로써 픽셀사이즈(Pixel size)가 줄어들어도 필팩터가 낮아지지 않고, ML 리지스트 두께(resist thickness)를 낮추지 않고 ML 스트라이에이션(striation)을 해결할 수 있는 효과가 있다.

이하, 도 1과 도 3 내지 도 5를 참조하여 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법을 설명한다.

우선, 도 1과 같이 기판(110)에 소자분리막(120)을 형성하여 액티브영역을 설정한다. 이후, 액티브영역 상에 게이트(140)를 형성하고, 이온주입에 의해 포토다이오드(130)를 형성한다. 이후, 제1 보호막(150)을 형성하고, PMD(160)을 형성한다.

이후, 상기 PMD(160) 상에 층간절연층(IMD)을 형성한다. 예를 들어, 제1 층간절연층(172)을 형성하고, 상기 제1 층간절연층(172) 상에 내부렌즈인 제1 마이크로렌즈(180)를 형성한다.

이하, 내부렌즈인 제1 마이크로렌즈(180) 형성공정을 상세히 설명한다.

일단, 도 3과 같이 상기 제1 층간절연층(172)을 감광막패턴(250)을 마스크로 선택적으로 식각하여 시드(seed) 제1 마이크로렌즈(173)를 형성한다. 이후, 도 4와 같이 상기 감광막패턴(250)을 제거한다.

다음으로, 도 5와 같이 상기 시드 제1 마이크로렌즈(173) 상에 유기물(Organic material)을 형성한다. 예를 들어, 열경화성 수지(Thermal resin)를 형성한다.

이후, 상기 열경화성 수지에 열처리를 함으로써 자기정렬(Self-Align) 제1 마이크로렌즈(180)가 형성된다. 예를 들어, 130℃±20℃의 온도에서 열처리함으로써 자기정렬 내부렌즈를 형성할 수 있다.

이때, 실시예에서 상기 제1 마이크로렌즈(180)를 형성하는 단계는 첫 번째 배선(first metal line)(M1)에 대응되는 높이의 제1 층간절연층(172)에 상기 제1 마이크로렌즈(180)를 형성할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 상기 제1 마이크로렌즈(180)는 제2 배선(M2), 제3 배선(M3) 등의 높이에 대응되는 층간절연층에 형성될 수 있다.

이후, 도 1을 참조하면 상기 제1 마이크로렌즈(180) 상에 제2 층간절연층(174)을 형성한다. 물론, 제3 층간절연층(176), 제4 층간절연층(178) 등이 더 형성될 수 있다.

이후, 상기 제2 층간절연층(174) 상측에 제2 보호막(190)을 개재하여 컬러필터(210)를 형성할 수 있다. 이후, 상기 컬러필터(210) 상에 평탄화층(220)을 형성하고, 상기 평탄화층(220) 상에 마이크로렌즈용 감광막을 형성하여 리플로우를 통해 제2 마이크로렌즈(230)를 형성할 수 있다.

실시예에 따른 이미지센서의 제조방법에 의하면, 열경화성수지(Thermal resin)를 이용한 자기정렬(self align) 내부렌즈(Inner lens)를 형성함으로써 픽셀사이즈(Pixel size)가 줄어들어도 필팩터(fill factor)가 낮아지지 않고, ML 리지스트 두께(resist thickness)를 낮추지 않고 ML 스트라이에이션(striation)을 해결할 수 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 2는 실시예에 따른 이미지센서의 시뮬레이션결과.

도 3 내지 도 5는 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법의 공정단면도.

Claims (10)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 기판에 소자분리막과 포토다이오드를 형성하는 단계;

   상기 포토다이오드 상에 제1 층간절연층을 형성하는 단계;

   상기 제1 층간절연층 상에 제1 마이크로렌즈를 형성하는 단계;

   상기 제1 마이크로렌즈 상에 제2 층간절연층을 형성하는 단계;

   상기 제2 층간절연층 상에 컬러필터를 형성하는 단계; 및

   상기 컬러필터 상에 제2 마이크로렌즈를 형성하는 단계;를 포함하고,

   상기 제1 마이크로렌즈를 형성하는 단계는,

   상기 제1 층간절연층을 선택적으로 식각하여 시드(seed) 제1 마이크로렌즈를 형성하는 단계;

   상기 시드 제1 마이크로렌즈 상에 열경화성 수지를 형성하는 단계; 및

   상기 열경화성 수지에 열처리를 하여 자기정렬(Self-Align) 제1 마이크로렌즈를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 제6 항에 있어서,

    상기 제1 마이크로렌즈를 형성하는 단계는,

    첫 번째 배선(first metal line)에 대응되는 높이의 제1 층간절연층에 제1 마이크로렌즈를 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.

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