KR100988779B1 - 이미지 센서의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

이미지 센서의 제조 방법이 개시된다. 이 방법은, 적어도 하나의 포토 다이오드가 형성된 반도체 기판상에 절연층을 형성하는 단계와, 절연층상의 전면에 각 포토 다이오드에 대응되도록 컬러 필터층을 형성하는 단계와, 컬러 필터층상의 전면에 각 포토 다이오드에 대응되도록 마이크로 렌즈 패턴을 형성하는 단계와, 컬러별로 다른 광 투과율을 갖는 전면 포토 마스크를 이용하여, 마이크로 렌즈 패턴들을 전면 노광하는 단계 및 전면 노광된 마이크로 렌즈 패턴들을 리플로우하여 각 포토 다이오드별로 다른 형태를 갖는 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다. 그러므로, 간단한 공정을 통해 각 컬러별로 최적화된 형태 예를 들면 두께 또는 구면 반경을 갖는 마이크로 렌즈를 손쉽게 제작할 수 있는 효과를 갖는다.
이미지 센서, 투과율, 마이크로 렌즈, 구면 반경

Description

이미지 센서의 제조 방법{Method for manufacturing image sensor}
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로서, 특히 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것이다.
이미지 센서(Image Sensor)는 1차원 또는 2차원 이상의 광학 정보를 전기적인 신호로 전환하는 장치로서, 크게 촬상관과 고체 촬상 소자로 분류될 수 있다. 촬상관은 화상 처리 기술을 구사하는 계측, 제어 또는 인식 등의 응용 기술에서 주로 사용되고 있다. 고체 촬상 소자는 씨씨디(CCD:Chared Coupled Device) 이미지 센서와 씨모스(CMOS:Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서 소자로 크게 구분된다.
일반적으로 씨모스 이미지 센서는 적(R:Red), 녹(G:Green), 청(B:Blue) 각 컬러별로 할당된 픽셀(pixel)이 있으며, 이들 픽셀(pixel)들에 모두 동일한 두께 및 구면 반경의 마이크로 렌즈(microlens)를 형성한다. 그러나, 각 컬러 또는 입사 광의 파장에 따라 초점 거리가 달라지므로, 각 컬러마다 적절한 구면 반경을 갖는 마이크로 렌즈를 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 마이크로 렌즈를 형성하기 위해서 각 컬러별로 각각 별도의 공정이 필요하다. 그러므로, RGB 세 가지 컬러가 존 재할 때, 3번의 동일한 공정을 수행해야 하며, 이는 필요 이상으로 공정을 복잡하게 하는 문제점을 갖는다.
종래 2㎛ 이상의 픽셀 크기를 갖는 이미지 센서의 경우 마이크로 렌즈 구경 (또는, pixel pitch)이 마이크로 렌즈로부터 포토 다이오드(photo diode)까지의 수직 거리에 비해 충분히 크기 때문에 컬러별로 조금 다른 초점 거리를 갖는 경우라도 큰 문제가 되지 않는다. 그러나, 픽셀의 피치(pitch)가 2㎛ 이하인 제품의 경우 마이크로 렌즈로부터 포토 다이오드까지의 수직 거리는 크게 줄어들지 않는 반면 마이크로 렌즈의 크기는 줄어드는 경우이므로 문제가 대두될 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 컬러별로 서로 다른 두께 또는 서로 다른 구면 반경 등의 다른 형태를 갖는 마이크로 렌즈를 간단하게 제조할 수 있는 이미지 센서의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 이미지 센서의 제조 방법은, 적어도 하나의 포토 다이오드가 형성된 반도체 기판상에 절연층을 형성하는 단계와, 상기 절연층상의 전면에 상기 각 포토 다이오드에 대응되도록 컬러 필터층을 형성하는 단계와, 상기 컬러 필터층상의 전면에 상기 각 포토 다이오드에 대응되도록 마이크로 렌즈 패턴을 형성하는 단계와, 컬러별로 다른 광 투과율을 갖는 전면 포토 마스크를 이용하여, 상기 마이크로 렌즈 패턴들을 전면 노광(bleach exposing)하는 단계 및 상기 전면 노광된 마이크로 렌즈 패턴들을 리플로우하여 상기 각 포토 다이오드별로 다른 형태를 갖는 마이크로 렌즈를 형성하는 단계로 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 이미지 센서의 제조 방법은 간단한 공정을 통해 각 컬러별로 최적화된 형태 예를 들면 두께 또는 구면 반경을 갖는 마이크로 렌즈를 손쉽게 제작할 수 있는 효과를 갖는다.
이하, 본 발명에 의한 이미지 센서의 제조 방법의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 1a 내지 도 1f들은 본 발명의 실시예에 의한 이미지 센서의 제조 방법에 의한 공정 단면도들을 나타낸다.
도 1a를 참조하면, 적어도 하나의 포토 다이오드(120)가 형성된 반도체 기판(100) 상에 절연층(140)을 형성한다. 절연층(140)은 도 1a에 도시된 바와 달리 복수 개의 절연막들을 순차적으로 수직 적층하여 형성될 수도 있다. 도 1a에 도시되지는 않았지만, 절연층(140)의 내부에 금속 배선(미도시) 등이 형성될 수 있음은 물론이다.
이후, 절연층(140)상의 전면에 각 포토 다이오드(120)에 대응되도록 컬러 필터층(160)을 형성한다. 예를 들어, 가염성 레지스트를 절연층(140)상에 도포한 후, 노광 및 현상 공정을 진행하여 각 컬러의 파장대별로 빛을 필터링하는 컬러 필터층(160)을 형성할 수 있다. 이때, 절연층(140) 상에 증착력을 높이고 초점 거리를 조절하기 위한 별도의 평탄화층(미도시)을 형성할 수 있다. 이 경우, 평탄화층(미도시)의 상부 전면에 컬러 필터층(160)이 형성된다.
이후, 컬러 필터층(160) 상의 전면에 초점 거리 조절 및 렌즈 층을 형성하기 위해 평탄화층(180)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 평탄화층(180)은 산화막 또는 질화막 계열의 레지스트를 사용하여 형성될 수 있다.
이후, 평탄화층(180)의 전면에 각 포토 다이오드(120)에 대응되도록 마이크로 렌즈 패턴(200A)을 형성한다. 예를 들면, 마이크로 렌즈 패턴(200A)은 도 1b 내 지 도 1d에 도시된 바와 같이 형성될 수 있다.
도 1b를 참조하면, 평탄화층(180)의 상부 전면에 마이크로 렌즈용 레지스트층(200)을 형성한다.
도 1c에 도시된 바와 같이, 마이크로 렌즈용 레지스트층(200)의 상부에 투광부(222)와 비투광부(224)를 갖는 레티클(220)을 정렬한다. 이후, 레티클(220)을 포함한 전면에 레이져 등의 빛(230)을 조사하여 레티클(220)의 투광부(222)에 대응하는 마이크로 렌즈용 레지스트층(200)을 선택적으로 노광시킨다.
도 1d에 도시된 바와 같이, 노광된 마이크로 렌즈용 레지스트층(200)을 현상하여 마이크로 렌즈 패턴(200A)을 형성한다. 여기서, 마이크로 렌즈용 패턴(200A)의 두께는 모든 컬러 즉, 픽셀에서 동일하다.
도 1e에 도시된 바와 같이, 전면 포토 마스크(bleach photo mask)(240)의 전면에 빛(230)을 조사하여 마이크로 렌즈 패턴(200A)을 전면 노광(bleach exposing)시킨다. 마이크로 렌즈용 레지스트층(200)의 경우, 레지스트의 크로스 링크(cross-link)의 밀도에 따라 리플로우(reflow)되는 정도가 달라지는데, 이러한 크로스 링크의 량은 i-line 파장의 빛을 사용하는 노광량으로 조절할 수 있으며. 이러한 노광을 전면 노광이라고 한다. 본 발명에 의하면, 전면 포토 마스크(240)는 컬러별 즉, 픽셀별로 다른 광 투과율을 갖는다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 전면 포토 마스크(240)의 평면도이다.
도 2를 참조하면, 전면 포토 마스크(240)는 각 픽셀의 컬러별로 다른 투과율을 갖는 서브 셀들(242, 244, 246 및 248)로 이루어질 수 있다. 전면 포토 마스크(240)는 픽셀의 개수만큼 서브 셀들(242 내지 248)을 갖는다. 예를 들어, 서브 셀(242)은 청색을 투과시키고, 서브 셀들(244 및 246)은 녹색을 투과시키고, 서브 셀(248)은 적색을 투과시킬 수 있다. 이때, 서브 셀(242 내지 248)의 피치는 픽셀의 피치와 동일하도록 설정할 수 있다. 적색이 투과되는 서브 셀(248)의 투과율은 녹색이 투과되는 서브 셀(244 및 246)의 투과율보다 크고, 녹색이 투과되는 서브 셀(244 및 246)의 투과율은 청색이 투과되는 서브 셀(242)의 투과율보다 클 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, RGB의 세 가지 컬러의 경우, 전면 포토 마스크(240)는 3가지의 서로 다른 광 투과율을 갖는 서브 셀들(242 내지 248)을 포함하도록 제작될 수 있다.
이후, 도 1f에 도시된 바와 같이 전면 노광된 마이크로 렌즈 패턴들(200A)을 예를 들면 150 내지 200℃ 온도에서 리플로우시켜 각 포토 다이오드별로 '다른 형태'를 갖는 마이크로 렌즈(200B 및 200C)를 형성한다. 여기서, 마이크로 렌즈(200B 및 200C)는 반구형의 형태로 형성되었으며, '다른 형태'란, 마이크로 렌즈(200B 및 200C)의 구면 반경과 두께 중 적어도 하나를 의미한다. 도 1f에 도시된 바와 같이, 마이크로 렌즈(200B)의 두께가 마이크로 렌즈(200C)의 두께보다 크게 형성될 수 있고, 마이크로 렌즈(200B)의 구면 반경이 마이크로 렌즈(200C)의 구면 반경보다 크게 형성될 수 있다.
결국, 마이크로 렌즈용 패턴(200A)에 노광량이 증가할수록 크로스 링크가 더 많이 깨지게 되므로, 결과적으로 노광 에너지 변화에 따라 리플로우 정도에 차이가 생기게 된다. 따라서, 컬러별로 다른 투과율을 갖는 전면 포토 마스크(240)를 이용하여 마이크로 렌즈 패턴(200A)을 컬러별로 즉, 픽셀별로 다른 투과율로 전면 노광시킨다. 그러므로, 각 서브 셀의 투과율에 따라 마이크로 렌즈 패턴(200A)이 받는 노광 에너지가 서로 달라지므로, 최종적으로 형성되는 마이크로 렌즈(200B 및 200C)의 리플로우 율(reflow rate) 차이에 의해 구면 반경 차이가 발생한다. 그러므로, 컬러별로 다른 구면 반경 및/또는 두께를 갖는 마이크로 렌즈(200B 및 200C)가 형성될 수 있다.
도 1a 내지 도 1f의 경우, 두 개의 픽셀들의 마이크로 렌즈들이 서로 다른 두께 또는 구면 형태로 형성되는 과정을 도시하였지만, 세 개 이상의 픽셀들의 마이크로 렌즈들에 대해서도 전술한 바와 같은 공정이 동일하게 적용될 수 있음은 물론이다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
도 1a 내지 도 1f들은 본 발명의 실시예에 의한 이미지 센서의 제조 방법에 의한 공정 단면도들을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 전면 포토 마스크(240)의 평면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : 반도체 기판 120 : 포토 다이오드
140 : 절연층 160 : 컬러 필터층
180 : 평탄화층 200A : 마이크로 렌즈 패턴
200B, 200C : 마이크로 렌즈 240 : 전면 포토 마스크

Claims (5)

  1. 적어도 하나의 포토 다이오드가 형성된 반도체 기판상에 절연층을 형성하는 단계;
    상기 절연층상의 전면에 상기 각 포토 다이오드에 대응되도록 컬러 필터층을 형성하는 단계;
    상기 컬러 필터층상의 전면에 상기 각 포토 다이오드에 대응되도록 마이크로 렌즈 패턴을 형성하는 단계;
    컬러별로 다른 광 투과율을 갖는 전면 포토 마스크를 이용하여, 상기 마이크로 렌즈 패턴들을 전면 노광(bleach exposing)하는 단계; 및
    상기 전면 노광된 마이크로 렌즈 패턴들을 리플로우하여 상기 각 포토 다이오드별로 다른 형태를 갖는 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 다른 형태는 상기 마이크로 렌즈의 구면 반경과 두께 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 전면 포토 마스크는 각 픽셀의 컬러별로 다른 투과율을 갖는 서브 셀들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 서브 셀의 피치는 상기 픽셀의 피치와 동일한 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
  5. 제3 항에 있어서, 적색이 투과되는 서브 셀의 투과율은 녹색이 투과되는 서브 셀의 투과율보다 크고, 상기 녹색이 투과되는 서브 셀의 투과율은 청색이 투과되는 서브 셀의 투과율보다 큰 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR960019443A (ko) * 1994-11-30 1996-06-17 김광호 고체촬상장치 및 그 제조방법
KR20010061078A (ko) * 1999-12-28 2001-07-07 박종섭 정확한 컬러이미지 구현을 위한 이미지센서 제조 방법

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR960019443A (ko) * 1994-11-30 1996-06-17 김광호 고체촬상장치 및 그 제조방법
KR20010061078A (ko) * 1999-12-28 2001-07-07 박종섭 정확한 컬러이미지 구현을 위한 이미지센서 제조 방법

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