KR101017153B1 - 씨모스 이미지센서 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 씨모스 이미지센서 제조방법에 관한 것으로서, 이를 실현하기 위한 본 발명은, 할로겐화물인 브롬화은(AgBr), 염화은(AgCl) 및 요오드화은(AgI)을 마이크로 렌즈에 직접 이온주입 함으로서 이미지 센서의 명암 표현의 범위가 커지도록 하는 씨모스 이미지센서 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 마이크로 렌즈 전면에 은 할로겐화물을 이온주입하여 입사되는 빛의 세기에 따라 자동적으로 그 밝은 부분만 선택적으로 빛을 적게 통과시킴으로써 명암 차이에 따른 문제점을 해결하고 또한 추가적인 복잡한 공정이 필요 없다는 장점이 있다.
CIS, 마이크로렌즈, 포토크래믹, 씨모스 이미지 센서
Description
본 발명은 씨모스 이미지센서 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 할로겐화물인 브롬화은(AgBr), 염화은(AgCl) 및 요오드화은(AgI)을 마이크로 렌즈에 직접 이온주입 함으로서 이미지 센서의 명암 표현의 범위가 커지도록 하는 씨모스 이미지센서 제조방법에 관한 것이다.
도 1은 일반적인 씨모스 이미지 센서의 구조를 나타낸 회로도 및 레이아웃도이다. 반도체 에피층에 열과 행으로 정렬된 밀집된 다수의 화소로 구성된 이미지 센서는, 외부에서부터 빛을 감지해서 광전자를 생성하는 포토 다이오드(P), 포토 다이오드로부터 생성된 전하를 전달하는 플로팅 확산영역, 포토 다이오드와 플로팅 확산 영역 사이에서 포토 다이오드(P)로부터 생선된 전하를 플로팅 확산영역으로 전달하는 트랜스퍼 트랜지스터(A) 등을 포함하고 있다.
동작의 순서를 간단히 설명하면 리셋 트랜지스터(B)가 온 되면서 아웃풋 플로팅 확산 노드 전압(output floating diffusion node potential)이 VDD가 된다. 이때 기준 값(reference value)을 찾게 된다. 이미지 센서 외부에서 수광부인 포토다이오드(P)에 빛이 입사하게 되면 이에 비례하여 전기마력(EHP : electric horsepower)이 생성된다. 포토다이오드(P)에서 생성된 신호전하에 의하여 트랜스퍼 트랜지스터(A)의 소스(source node)의 전압이 생성된 신호전하의 양에 비례하게 변화한다. 트랜스퍼 트랜지스터(A)가 온 되면 축적된 신호 전하는 플로팅 확산영역으로 전달되게 되며 전달된 신호 전하량에 비례하게 아웃풋 플로팅 확산 노드(Output Floating Diffusion node)의 전압(potential)이 변하며 동시에 구동 트랜지스터(C)의 게이트 바이어스(gate bias)가 변화하게 된다. 이는 결국 구동 트랜지스터(C)의 소스 전압(source potential)의 변화를 초래하게 된다. 이때 셀렉트 트랜지스터(D)가 온 상태가 되면 열(Column)쪽으로 데이터가 출력(Readout)되게 된다. 리셋 트랜지스터(B)가 온 되면서 아웃풋 플로팅 확산 노드 전압(Output Floating Diffusion Node Potential)이 VDD가 되며 이러한 과정이 반복되게 된다.
도 2는 종래의 씨모스 이미지 센서의 구조의 제조방법을 나타낸 공정이다. 먼저, 실리콘 에피층(1) 에 각각 레드, 그린 및 블루신호를 감지할 수 있는 포토다이오드(photodiode:PD)로 구성된 픽셀을 형성한다(2). 이후 신호처리를 위한 소자를 형성시키고 각 부분들을 연결하는 여러 층의 금속배선을 형성한다(3). 패시베이션(4)이후 R/G/B신호를 구별하기 위한 컬러 필터(5)를 형성한 이후 외부의 빛을 받아 신호를 형성하는 포토다이오드에 광집속 효율을 높이기 위하여 픽셀부 제일 위에 일정 공간을 가지고 규칙적으로 마이크로렌즈(Micron Lens :7)를 배열하게 된다. 마이크로렌즈(Micro Lens :7) 하단에는 평탄화를 위해서 평탄화층(planarization layer : 6)이 위치한다.
만약 태양빛을 등지고(역광) 사진을 찍으면 이때 태양빛은 나오지만 실제로 찍고 싶은 피사체는 너무 어둡게 나오는게 일반적인 현상이다. 그래서 보통은 밝은 부분이 하얗게 되는것을 감수하고 노출보정을 한다. 그래서 어두운 부분이 너무 어둡지 않게 맞추게 되는데 이런 현상은 사람의 눈은 분명히 밝은 부분과 어두운 부분이 명암차이를 크게 느끼지 못하므로 잘 식별할 수 있다. 그러나 일반적인 씨모스 이미지 센서는 명암의 차이를 선형적(Linear)으로 인식하기 때문에 밝은 부분이 있는 경우 피사체를 잘 식별할 수 없다. 자세히 설명하면 씨모스 이미지 센서가 피사체를 담을 때 밝은 부분과 어두운 부분의 명암차이를 표현하는 데에는 한계가 있기 때문이다.
예를 들면 밝은 부분의 밝기가 400 인데 어두운 부분의 밝기는 10 이라고 한다면 명암 대역은 390 이 되어야 한다. 씨모스 이미지 센서의 경우에 명암을 표현할 수 있는 영역이 300이라고 한다면 명암수치 10의 어두운 부분을 표현할 수 있게 노출을 설정한다면 이미지 센서에 담을 수 있는 노출은 10~310 이고 311~400까지는 표현되지 못하고 300으로 인식이 된다. 그래서 어두운 곳에 노출을 맞추면 밝은 곳이 제대로 표현되지 못하고, 반대로 밝은 곳에 노출을 맞추면 어두운 곳이 제대로 표현되지 못한다. 해결방법은 이미지 센서의 명암 표현의 범위가 커지면 되지만 한계가 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 마이크로 렌즈 전면에 은 할로겐화물을 이온주입하여 입사되는 빛의 세기에 따라 자동적으로 그 밝은 부분만 선택적으로 빛을 적게 통과시킴으로써 명암 차이에 따른 문제를 해결할 수 있는 씨모스 이미지센서 제조방법 제공함에 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 씨모스 이미지 센서의 제조방법은 반도체 기판위에 실리콘 에픽층을 형성하는 단계, 상기 에픽층에 포토다이오드를 형성하는 단계, 상기 포토다이오드와 신호처리를 위한 소자를 형성하고 포도다이오드와 소자를 연결하는 금속배선을 형성하는 단계, 패시베이션층을 형성하는 단계, 상기 패시베이션층위에 컬러필터를 형성하는 단계, 상기 컬러필터 위에 평탄화층을 형성하는 단계, 상기 평탄화층위에 마이크로렌즈를 형성하는 단계 및 상기 마이크로렌즈에 은 활로겐화물질을 이온주입하는 단계를 포함하는 것으로 구성되어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 씨모스 이미지센서 제조방법에 의하면 마이크로 렌즈 전면에 은 할로겐화물을 이온주입하여 입사되는 빛의 세기에 따라 자동적으로 그 밝은 부분만 선택적으로 빛을 적게 통과시킴으로써 명암 차이에 따른 문제점을 해결하고 또한 추가적인 복잡한 공정이 필요 없다는 장점이 있다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 하나의 이미지에서 명암차이가 심한 경우, 보통 아주 밝은 광원이 있을 경우, 이미지 센서의 밝은 영역 표시 한계를 넘을 경우에는 모두 하얗게 표현이 된다.
이러한 현상을 피하기 위해서 이미지 센서 상단에 포토크로믹(광변색) 글래스(glass)를 설치한다. 포토크로믹 글래스는 포토트로픽 글래스, 광변색 유리 또는 광가역변색 유리로도 불린다. 이 유리는 빛을 받으면 유리자체가 어두워지면서 빛을 차단한다. 그리고 빛이 사라지거나 약해지면 원래의 모습으로 되돌아간다.
포토크로믹 글래스는 일반적으로 은 할로겐화물(silver halide)을 유리에 첨가하여 제조한다. 여기에 빛이 조사되면 은이온은 은원자로 전환되면서 빛을 흡수하고 유리는 빛을 차단하게 되는 것이다. 빛이 차단되는 경우, 은원자는 은 할로겐화물의 이온 결정체로 되돌아가고 빛차단 효과는 사라진다.
도 3은 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 구조의 제조방법을 나타낸 공정도이다. 도 3에서는 에픽층(2) 형성부터 마이크로렌즈(7)의 형성까지는 일반적인 씨모스 이미지 센서의 제조방법으로 도 2에 의한 배경기술란에 설명되어 있음으로 여기에서는 생략한다. 도 2의 일반적인 씨모스 이미지 센서의 제조방법에서 마이크로 렌즈(7)를 형성하는 단계 다음으로 마이크로렌즈에 은 활로겐화물질을 이온주입하는 단계가 개시된다.
앞서 기술한 명암차이가 많이 나는 이미지에서 나타나는 문제를 해결하기 위 해서 마이크로 렌즈(7) 전면에 이온주입으로 은 활로겐화물질을 도핑한다. 일반적으로 포토크래믹 글래스 층을 사용하지만 본발명은 은 할로겐화물인 브롬화은(AgBr), 염화은(AgCl) 및 요오드화은(AgI) 중 어느 하나를 마이크로 렌즈에 직접 이온 주입함으로서 공정 단순화와 복합적인 효과를 누릴 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정·변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
도 1은 일반적인 씨모스 이미지 센서의 구조를 나타낸 회로도 및 레이아웃도이다.
도 2는 종래의 씨모스 이미지 센서의 구조의 제조방법을 나타낸 공정이다.
도 3은 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 구조의 제조방법을 나타낸 공정도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
A: 트랜스퍼 트랜지스터(Transfer TR) B: 리셋 트랜지스터(Reset TR)
C: 셀렉트 트랜지스터(Select TR) D: 액세스 트랜지스터(Access TR)
E: 콘택트(Contact) P: 포토다이오드(Photo Diode)
1 : 실리콘 에픽층 2 : 포토다이오드
3 : 신호처리를 위한 소자 및 금속배선 4 : 패시베이션층
5 : 컬러필터 6 : 평탄화층
25 : 마이크로 렌즈
Claims (4)
- 반도체 기판위에 실리콘 에픽층을 형성하는 단계;상기 에픽층에 포토다이오드를 형성하는 단계;상기 포토다이오드와의 신호처리를 위한 소자영역을 형성하고, 상기 포토다이오드와 소자영역을 연결하는 금속배선을 형성하는 단계;상기 금속배선 위에 패시베이션층을 형성하는 단계;상기 패시베이션층 위에 컬러필터를 형성하는 단계;상기 컬러필터 위에 평탄화층을 형성하는 단계; 및상기 평탄화층 위에 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법에 있어서,상기 마이크로렌즈에 브롬화은(AgBr), 염화은(AgCl) 및 요오드화은(AgI) 중에서 선택된 하나의 은 활로겐화물질을 이온주입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
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