KR100972059B1

KR100972059B1 - 마이크로 렌즈의 도포 균일성을 개선한 씨모스 이미지 센서의 제조방법

Info

Publication number: KR100972059B1
Application number: KR1020020087351A
Authority: KR
Inventors: 정명안
Original assignee: 동부일렉트로닉스 주식회사
Priority date: 2002-12-30
Filing date: 2002-12-30
Publication date: 2010-07-22
Also published as: KR20040060544A; JP3845634B2; US20040142568A1; US7094519B2; JP2004214672A

Abstract

광감지 센서부의 상부에 형성되어 있는 칼라 필터 어레이의 위에 저감도 고투과율을 가진 평탄용 레지스트를 도포하는 단계와, 마스크를 이용하여 평탄용 레지스트의 일부분을 노광시킴으로써 마이크로 렌즈 형성부위용 노광부를 형성하는 단계와, 고감도의 포지티브 마이크로 렌즈용 레지스트를 도포하는 단계와, 마이크로 렌즈용 마스크를 이용하여 포지티브 마이크로 렌즈용 레지스트의 일부분을 감광시키고, 네가티브 레지스트는 감광시킬 수 없는 정도의 에너지를 이용하여 노광을 하는 단계와, 마이크로 렌즈용 레지스트의 노광된 부분을 고농도의 현상액으로 현상함으로써 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하여 이루어지며,

마이크로 렌즈 형성부위용 노광부를 현상하지 않고 그 위에 마이크로 렌즈용 레지스트를 도포한 후에 패턴을 형성하고 열처리에 의해 마이크로 렌즈용 레지스트를 플로우시킨 다음 베이킹하여 경화시킴으로써 마이크로 렌즈의 특성을 일정하게 할 수 있는, 마이크로 렌즈의 도포 균일성을 개선한 씨모스 이미지 센서의 제조방을 제공한다.

칼라 필터, 마이크로 렌즈, 레지스트, 마스크, 현상액, 이미지 센서, 반도체

Description

마이크로 렌즈의 도포 균일성을 개선한 씨모스 이미지 센서의 제조방법{CMOS image sensor manufacturing method for improving uniformity ot micro lens}

도 1은 종래의 마이크로 렌즈를 이용한 씨모스 이미지 센서의 구성도이다.

도 2a 내지 도 2f는 종래의 마이크로 렌즈를 이용한 씨모스 이미지 센서의 제조방법의 공정도이다.

도 3은 이 발명의 일실시예에 따른 마이크로 렌즈의 도포 균일성을 개선한 씨모스 이미지 센서의 제조방법의 공정도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

21 : 광감지 센서부 22 : 칼라 필터 어레이

23 : 평탄용 레지스트 24 : 노광부

25 : 마스크 26 : 마이크로 렌즈용 레지스트

27 : 노광된 부분 28 : 마이크로 렌즈용 마스크

이 발명은 이미지 센서(image sensor) 분야에 관한 것으로서, 좀더 세부적으로 말하자면 마이크로 렌즈 형성부위용 노광부를 현상하지 않고 그 위에 마이크로 렌즈용 레지스트를 도포한 후에 패턴을 형성하고 열처리에 의해 마이크로 렌즈용 레지스트를 플로우(flow)시킨 다음 베이킹(baking)하여 경화시킴으로써 마이크로 렌즈의 특성을 일정하게 할 수 있는, 마이크로 렌즈의 도포 균일성을 개선한 씨모스 이미지 센서의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 이미지 센서라 함은 전하 결합소자(Charge Coupled Device, CCD), 씨모스 이미지 센서(CMOS image sensor) 등과 같이 광학 영상신호를 전기신호로 변환시키는 반도체 소자를 일컫는 말로서, 상기한 전하결합소자는 개개의 모스 커패시터(MOS capacitor)가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 커패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, 상기한 씨모스 이미지 센서는 제어 회로(control circuit) 및 신호처리 회로(signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 씨모스(CMOS) 기술을 이용하여 화소수만큼 모스 트랜지스터(MOS transistor)를 만들고 이것을 이용하여 차례차례로 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용한 소자이다.

상기한 이미지 센서를 제조함에 있어서, 이미지 센서의 광감도를 증가시키기 위한 노력들이 진행되고 있다.

씨모스 이미지 센서의 경우에는, 빛을 감지하는 광감지 부분과, 이와 같이 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 씨모스 로직회로 부분으로 구성되어 있는 바, 광감도를 높이기 위해서는 전체 이미지 센서 면적에서 광감지 부분의 면적이 차지하는 비율인 필팩터(Fill Factor)를 크게 해주기 위한 시도가 진행되어 왔다.

그러나, 상기한 씨모스 이미지 센서의 경우에 근본적으로 씨모스 로직회로 부분을 제거할 수가 없기 때문에 전체적으로 제한된 면적하에서 광감지 부분의 면적을 크게 하기 위한 노력에는 한계가 있는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 극복하기 위한 대안으로서, 광감도를 높여주기 위하여 광감지 부분이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 바꾸어서 광감지 부분으로 모아주는 집광기술이 많이 연구되어지고 있다.

종래에는 광감지 부분의 상부에 광투과율이 좋은 물질을 사용하여 볼록하게 마이크로 렌즈를 만들어 줌으로써 입사광의 경로를 굴절시켜 광감지 부분에 보다 많은 양의 빛이 전달되도록 하는 집광기술이 사용되고 있다.

종래의 마이크로 렌즈를 이용한 씨모스 이미지 센서의 구조는, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 포토 게이트 또는 포토 다이오드 등으로 구성되어 있으며 빛을 감지하여 전기적인 신호로서 출력하는 광감지 센서(1)와, 광감지 센서(1)의 광감지 센싱 이외의 영역으로 빛이 입사되는 것을 방지하기 위한 금속층으로 형성되는 광차폐층(2)과, 상기한 광차폐층(2)의 위에 형성되어 있는 층간 절연막(3)과, 염색된 포토 레지스트를 이용하여 상기한 광감지 센서(1)로 특정한 파장의 빛을 투과시켜 전달되도록 하기 위한 칼라 필터(4)와, 상기한 칼라 필터(4)의 단차를 극복하기 위해서 도포되는 높은 에너지를 필요로 하는 저감도의 평탄층(5)과, 폴리머 계열의 수지로 이루어지며 상기한 평탄층(5)의 위에 형성되어 빛을 집광하기 위한 마이크로 렌즈(6)를 포함하여 이루어진다.

상기한 바와 같은 구조를 갖는 마이크로 렌즈를 이용한 씨모스 이미지 센서 는, 마이크로 렌즈의 광축과 수평한 빛이 마이크로 렌즈에 의해서 굴절되어 광축상의 일정 위치에서 그 초점이 형성되는 구조로 이루어지는데, 1개의 이미지 센서에는 수만개의 마이크로 렌즈가 형성되어 있으므로, 각각의 마이크로 렌즈의 특성이 동일한 효과를 낼 수 있어야 선명한 이미지를 확보할 수 있게 된다.

따라서 마이크로 렌즈를 이용한 씨모스 이미지 센서에서는 마이크로 렌즈의 제조공정이 매우 중요하다.

종래의 마이크로 렌즈를 이용한 씨모스 이미지 센서의 구조에 있어서 마이크로 렌즈를 제조하는 과정을, 도 2a 내지 도 2f를 참조로 하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 2a에 도시되어 있는 바와 같이, 광감지 센서부(11)의 상부에 형성되어 있는 칼라 필터 어레이(12)의 위에 저감도 고투과율의 평탄용 레지스트(13)를 도포한다.

다음에, 도 2b에 도시되어 있는 바와 같이, 마스크(15)를 이용하여 평탄용 레지스트(13)의 일부분을 노광시킴으로써 마이크로 렌즈 형성부위용 노광부(14)를 형성한다.

이어서, 도 2c에 도시되어 있는 바와 같이, 마이크로 렌즈 형성부위용 노광부(14)를 현상한다.

다음에, 도 2d에 도시되어 있는 바와 같이, 마이크로 렌즈용 레지스트(16)를 도포한다.

이어서, 도 2e에 도시되어 있는 바와 같이, 마이크로 렌즈용 마스크(18)를 이용하여 마이크로 렌즈용 레지스트(16)의 일부분을 노광시킴으로써 노광된 부분(17)을 형성한다.

다음에, 도 2f에 도시되어 있는 바와 같이, 마이크로 렌즈용 레지스트의 노광된 부분(17)을 현상함으로써 마이크로 렌즈를 형성한 후 고온으로 마이크로 렌즈를 플로우시키고 베이킹하여 경화시킨다.

그러나 상기한 바와 같은 종래의 마이크로 렌즈를 이용한 씨모스 이미지 센서는, 마이크로 렌즈용 레지스트를 도포하는 경우에 단차에 의해서 도포 균일성이 불량하게 되어 마이크로 렌즈의 특성이 일정하지 않고 중앙부분과 모서리 부분에서 차이가 발생하거나 웨이퍼의 중앙부분에서 멀어질수록 디포커스 상태가 발생하게 되는 문제점이 있다.

이 발명의 목적은 이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 것으로서, 마이크로 렌즈 형성부위용 노광부를 현상하지 않고 그 위에 마이크로 렌즈용 레지스트를 도포한 후에 패턴을 형성하고 열처리에 의해 마이크로 렌즈용 레지스트를 플로우시킨 다음 베이킹하여 경화시킴으로써 마이크로 렌즈의 특성을 일정하게 할 수 있는, 마이크로 렌즈의 도포 균일성을 개선한 씨모스 이미지 센서의 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 구성은, 광감지 센서부의 상부에 형성되어 있는 칼라 필터 어레이의 위에 저감도 고투과율을 가진 평탄용 레지스트를 도포하는 단계와, 마스크를 이용하여 평탄용 레지스트의 일부분을 노광시킴으로써 마이크로 렌즈 형성부위용 노광부를 형성하는 단계와, 고감도의 포지티브 마이크로 렌즈용 레지스트를 도포하는 단계와, 마이크로 렌즈용 마스크를 이용하여 포지티브 마이크로 렌즈용 레지스트의 일부분을 감광시키고, 네가티브 레지스트는 감광시킬 수 없는 정도의 에너지를 이용하여 노광을 하는 단계와, 마이크로 렌즈용 레지스트의 노광된 부분을 고농도의 현상액으로 현상함으로써 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.

이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 발명의 목적, 작용, 효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 동작상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다.

참고로, 여기에서 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시예가 가능함을 밝혀 둔다.

이 발명의 일실시예에 따른 마이크로 렌즈의 도포 균일성을 개선한 씨모스 이미지 센서 구조의 제조방법의 구성은, 도 3a에 도시되어 있는 바와 같이 광감지 센서부(21)의 상부에 형성되어 있는 칼라 필터 어레이(22)의 위에 저감도 고투과율을 가진 네가티브 평탄용 레지스트(23)를 도포하는 단계와, 도 3b에 도시되어 있는 바와 같이 마스크(25)를 이용하여 네가티브 평탄용 레지스트(23)의 일부분을 노광시킴으로써 마이크로 렌즈 형성부위용 노광부(24)를 형성하는 단계와, 도 3d에 도시되어 있는 바와 같이 고감도의 포지티브 마이크로 렌즈용 레지스트(26)를 도포하는 단계와, 도 3e에 도시되어 있는 바와 같이 마이크로 렌즈용 마스크(28)를 이용하여 포지티브 마이크로 렌즈용 레지스트(26)의 일부분을 감광시키고, 네가티브 평탄용 레지스트(23)는 감광시킬 수 없는 정도의 에너지를 이용하여 노광을 하는 단계와, 도 3f에 도시되어 있는 바와 같이 마이크로 렌즈용 레지스트의 노광된 부분(27)을 고농도의 현상액으로 현상함으로써 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.

상기한 구성에 의한, 이 발명의 일실시예에 따른 마이크로 렌즈의 도포 균일성을 개선한 씨모스 이미지 센서의 제조방법의 작용은 다음과 같다.

먼저, 도 3a에 도시되어 있는 바와 같이, 광감지 센서부(21)의 상부에 형성되어 있는 칼라 필터 어레이(22)의 위에 저감도 고투과율을 가진 네가티브 평탄용 레지스트(23)를 도포한다.

다음에, 도 3b에 도시되어 있는 바와 같이, 마스크(25)를 이용하여 네가티브 평탄용 레지스트(23)의 일부분을 노광시킴으로써 마이크로 렌즈 형성부위용 노광부(24)를 형성한다.

이어서, 도 3c에 도시되어 있는 바와 같이 마이크로 렌즈 형성부위용 노광부(24)를 현상하지 않고, 도 3d에 도시되어 있는 바와 같이 그 위에 고감도의 포지티브 마이크로 렌즈용 레지스트(26)를 도포한다.

다음에, 도 3e에 도시되어 있는 바와 같이, 마이크로 렌즈용 마스크(28)를 이용하여 포지티브 마이크로 렌즈용 레지스트(26)의 일부분을 감광시키고, 네가티브 평탄용 레지스트(23)는 감광시킬 수 없는 정도의 에너지를 이용하여 노광을 한다.

이어서, 도 3f에 도시되어 있는 바와 같이, 마이크로 렌즈용 레지스트의 노광된 부분(27)을 고농도의 현상액으로 현상함으로써 마이크로 렌즈를 형성한 후, 고온으로 마이크로 렌즈를 플로우시키고 베이킹하여 경화시킨다.

이상의 실시예에서 살펴 본 바와 같이 이 발명은, 마이크로 렌즈 형성부위용 노광부를 현상하지 않고 그 위에 마이크로 렌즈용 레지스트를 도포한 후에 패턴을 형성하고 열처리에 의해 마이크로 렌즈용 레지스트를 플로우시킨 다음 베이킹하여 경화시킴으로써 마이크로 렌즈의 특성을 일정하게 할 수 있는 효과를 갖는다.

Claims

광감지 센서부의 상부에 형성되어 있는 칼라 필터 어레이의 위에 저감도 고투과율을 가진 네가티브 평탄용 레지스트를 도포하는 단계와,

마스크를 이용하여 네가티브 평탄용 레지스트의 일부분을 노광시킴으로써 마이크로 렌즈 형성부위용 노광부를 형성하는 단계와,

고감도의 포지티브 마이크로 렌즈용 레지스트를 도포하는 단계와,

마이크로 렌즈용 마스크를 이용하여 포지티브 마이크로 렌즈용 레지스트의 일부분을 감광시키고, 네가티브 평탄용 레지스트는 감광시킬 수 없는 정도의 에너지를 이용하여 노광을 하는 단계와,

마이크로 렌즈용 레지스트의 노광된 부분을 고농도의 현상액으로 현상함으로써 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈의 도포 균일성을 개선한 씨모스 이미지 센서의 제조방법.