KR101503683B1 - 이미지 센서 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
이미지 센서 및 그 제조 방법이 제공된다. 상기 이미지 센서는 제1 영역과 제2 영역이 정의된 기판, 제1 영역 내에 형성된 다수의 광전 변환 소자, 제1 영역 상에 형성되고, 제1 다층 배선을 포함하는 제1 절연막 구조체, 제2 영역 상에 형성되고, 제2 다층 배선을 포함하는 제2 절연막 구조체, 제1 절연막 구조체 상에, 다수의 광전 변환 소자에 대응되도록 형성된 다수의 렌즈, 제2 절연막 구조체 상에 형성된 적어도 하나의 엠보싱 패턴(embossing pattern), 및 다수의 렌즈 및 엠보싱 패턴이 형성된 제1 및 제2 절연막 구조체 상에 형성된 보호막을 포함한다.
이미지 센서, 엠보싱 패턴, 보호막
Description
본 발명은 이미지 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
이미지 센서는 광학 영상을 전기 신호로 변환시킨다. 최근 들어 컴퓨터 산업과 통신 산업의 발달에 따라 디지털 카메라, 캠코더, PCS(Personal Communication System), 게임기기, 경비용 카메라, 의료용 마이크로 카메라 등 다양한 분야에서 성능이 향상된 이미지 센서의 수요가 증대하고 있다.
특히, MOS 이미지 센서는 구동 방식이 간편하고 다양한 스캐닝(scanning) 방식으로 구현 가능하다. 또한, 신호 처리 회로를 단일 칩에 집적할 수 있어 제품의 소형화가 가능하며, MOS 공정 기술을 호환하여 이용할 수 있어 제조 단가를 낮출 수 있다. 전력 소모 또한 매우 낮아 배터리 용량이 제한적인 제품에 적용이 용이하다. 따라서, MOS 이미지 센서는 기술 개발과 함께 고해상도가 구현 가능함에 따라 그 이용이 급격히 늘어나고 있다.
MOS 이미지 센서는 다수의 단위 픽셀들이 형성되어 있는 센서 어레이 영역과, 다수의 단위 픽셀들을 제어/구동하기 위한 회로들이 형성되어 있는 주변 회로 영역으로 구분할 수 있다. 센서 어레이 영역은 다수의 광전 변환 소자 및 다수의 MOS 트랜지스터를 포함하고, 주변 회로 영역은 다수의 MOS 트랜지스터를 포함할 수 있다. 센서 어레이 영역과 주변 회로 영역은 하나의 기판에 집적될 수 있고, 센서 어레이 영역과 주변 회로 영역에 형성되는 MOS 트랜지스터들은 동시에 형성될 수 있다. 또한, 집광 효율을 높이기 위해서, 다수의 광전 변환 소자 각각에 대응되도록 다수의 렌즈가 형성되어 있다. 또한, 다수의 렌즈가 형성된 기판 상에는 예를 들어, LTO(Low Temperature Oxide)로 이루어진 보호막이 형성되어 있을 수 있다.
그런데, MOS 이미지 센서를 패키지로 조립할 때, MOS 이미지 센서는 열적/기계적 스트레스를 받게 된다. 이러한 열적/기계적 스트레스에 의해, LTO에는 크랙(crack)이 발생할 수 있다. 크랙은 주로 주변 회로 영역에서 시작되어, 센서 어레이 영역까지 길게 형성될 수 있다. 센서 어레이 영역 상에 있는 크랙은 입사되는 광의 경로에 영향을 줄 수 있기 때문에, MOS 이미지 센서의 광학 특성을 떨어뜨린다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 광학 특성이 개선된 이미지 센서를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 광학 특성이 개선된 이미지 센서의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 이미지 센서의 일 태양은 제1 영역과 제2 영역이 정의된 기판, 제1 영역 내에 형성된 다수의 광전 변환 소자, 제1 영역 상에 형성되고, 제1 다층 배선을 포함하는 제1 절연막 구조체, 제2 영역 상에 형성되고, 제2 다층 배선을 포함하는 제2 절연막 구조체, 제1 절연막 구조체 상에, 다수의 광전 변환 소자에 대응되도록 형성된 다수의 렌즈, 제2 절연막 구조체 상에 형성된 적어도 하나의 엠보싱 패턴(embossing pattern), 및 다수의 렌즈 및 엠보싱 패턴이 형성된 제1 및 제2 절연막 구조체 상에 형성된 보호막을 포함한다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 이미지 센서의 다른 태양은 주변 회로 영역이 정의된 기판, 주변 회로 영역 상에 형성되고, 다층 배선을 포함하는 절연막 구조체, 절연막 구조체 상에 형성된 적어도 하나의 렌즈 형상의 패턴, 및 렌즈 형상의 패턴이 형성된 절연막 구조체 상에 형성된 무기물 산화막을 포함한다.
상기 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명의 이미지 센서의 제조 방법의 일 태양은 기판 내에 제1 영역과 제2 영역을 정의하고, 제1 영역 내에 다수의 광전 변환 소자를 형성하고, 기판 상에 다층 배선을 포함하는 절연막 구조체를 형성하고, 제1 영역 상의 절연막 구조체 상에, 다수의 광전 변환 소자에 대응되도록 다수의 렌즈를 형성하고, 제2 영역 상의 절연막 구조체 상에, 적어도 하나의 엠보싱 패턴(embossing pattern)을 형성하고, 다수의 렌즈 및 엠보싱 패턴이 형성된 절연막 구조체 상에 보호막을 형성하는 것을 포함한다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 공정 단계들, 잘 알려진 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.
하나의 소자(elements)가 다른 소자와 "접속된(connected to)" 또는 "커플링된(coupled to)" 이라고 지칭되는 것은, 다른 소자와 직접 연결 또는 커플링된 경우 또는 중간에 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 소자가 다른 소자와 "직접 접속된(directly connected to)" 또는 "직접 커플링된(directly coupled to)"으로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자를 개재하지 않은 것을 나타낸다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는" 은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 이용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 이용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 이용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 이용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 그리고, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또, 이하 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 이용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 이용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 이용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 블록도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서는 광전 변환 소자를 포함하는 픽셀들이 이차원적으로 배열되어 이루어진 센서 어레이(10), 타이밍 발생기(timing generator)(20), 행 디코더(row decoder)(30), 행 드라이버(row driver)(40), 상관 이중 샘플러(Correlated Double Sampler, CDS)(50), 아날로그 디지털 컨버터(Analog to Digital Converter, ADC)(60), 래치부(latch)(70), 열 디코더(column decoder)(80) 등을 포함한다.
센서 어레이(10)는 2차원적으로 배열된 다수의 단위 픽셀들을 포함한다. 다수의 단위 픽셀들은 광학 영상을 전기적인 출력 신호로 변환하는 역할을 한다. 센서 어레이(10)는 행 드라이버(40)로부터 행 선택 신호, 리셋 신호, 전하 전송 신호 등 다수의 구동 신호를 수신하여 구동된다. 또한, 변환된 전기적인 출력 신호는 수직 신호 라인을 통해서 상관 이중 샘플러(50)에 제공된다.
타이밍 발생기(20)는 행 디코더(30) 및 열 디코더(80)에 타이밍(timing) 신호 및 제어 신호를 제공한다.
행 드라이버(40)는 행 디코더(30)에서 디코딩된 결과에 따라 다수의 단위 픽셀들을 구동하기 위한 다수의 구동 신호를 액티브 픽셀 센서 어레이(10)에 제공한다. 일반적으로 행렬 형태로 단위 픽셀이 배열된 경우에는 각 행별로 구동 신호를 제공한다.
상관 이중 샘플러(50)는 액티브 픽셀 센서 어레이(10)에 형성된 출력 신호를 수직 신호 라인을 통해 수신하여 유지(hold) 및 샘플링한다. 즉, 특정한 잡음 레벨(noise level)과, 상기 출력 신호에 의한 신호 레벨을 이중으로 샘플링하여, 잡 음 레벨과 신호 레벨의 차이에 해당하는 차이 레벨을 출력한다.
아날로그 디지털 컨버터(60)는 차이 레벨에 해당하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다.
래치부(70)는 디지털 신호를 래치(latch)하고, 래치된 신호는 컬럼 디코더(80)에서 디코딩 결과에 따라 순차적으로 영상 신호 처리부(도면 미도시)로 출력된다.
도 2는 도 1의 센서 어레이의 등가 회로도이다.
도 2를 참조하면, 픽셀(P)이 행렬 형태로 배열되어 센서 어레이(10)를 구성한다. 각 픽셀(P)은 광전 변환 소자(11), 플로팅 확산 영역(13), 전하 전송 소자(15), 드라이브 소자(17), 리셋 소자(18), 선택 소자(19)를 포함한다. 이들의 기능에 대해서는 i행 픽셀(P(i, j), P(i, j+1), P(i, j+2), P(i, j+3), … )을 예로 들어 설명한다.
광전 변환 소자(11)는 입사광을 흡수하여 광량에 대응하는 전하를 축적한다. 광전 변환 소자(11)로 포토 다이오드, 포토 트랜지스터, 포토 게이트, 핀형(pinned) 포토 다이오드 또는 이들의 조합이 적용될 수 있으며, 도면에는 포토 다이오드가 예시되어 있다.
각 광전 변환 소자(11)는 축적된 전하를 플로팅 확산 영역(13)으로 전송하는 각 전하 전송 소자(15)와 커플링된다. 플로팅 확산 영역(Floating Diffusion region)(FD)(13)은 전하를 전압으로 전환하는 영역으로, 기생 커패시턴스를 갖고 있기 때문에, 전하가 누적적으로 저장된다.
소오스 팔로워 증폭기로 예시되어 있는 드라이브 소자(17)는 각 광전 변환 소자(11)에 축적된 전하를 전달받은 플로팅 확산 영역(13)의 전기적 포텐셜의 변화를 증폭하고 이를 출력 라인(Vout)으로 출력한다.
리셋 소자(18)는 플로팅 확산 영역(13)을 주기적으로 리셋시킨다. 리셋 소자(18)는 소정의 바이어스(즉, 리셋 신호)를 인가하는 리셋 라인(RX(i))에 의해 제공되는 바이어스에 의해 구동되는 1개의 MOS 트랜지스터로 이루어질 수 있다. 리셋 라인(RX(i))에 의해 제공되는 바이어스에 의해 리셋 소자(18)가 턴 온되면 리셋 소자(18)의 드레인에 제공되는 소정의 전기적 포텐셜, 예컨대 전원 전압(VDD)이 플로팅 확산 영역(13)으로 전달된다.
선택 소자(19)는 행 단위로 읽어낼 픽셀(P)을 선택하는 역할을 한다. 선택 소자(19)는 행 선택 라인(SEL(i))에 의해 제공되는 바이어스(즉, 행 선택 신호)에 의해 구동되는 1개의 MOS 트랜지스터로 이루어질 수 있다. 행 선택 라인(SEL(i))에 의해 제공되는 바이어스에 의해 선택 소자(19)가 턴 온되면 선택 소자(19)의 드레인에 제공되는 소정의 전기적 포텐셜, 예컨대 전원 전압(VDD)이 드라이브 소자(17)의 드레인 영역으로 전달된다.
전하 전송 소자(15)에 바이어스를 인가하는 전송 라인(TX(i)), 리셋 소자(18)에 바이어스를 인가하는 리셋 라인(RX(i)), 선택 소자(19)에 바이어스를 인가하는 행 선택 라인(SEL(i))은 행 방향으로 실질적으로 서로 평행하게 연장되어 배열될 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 평면도 및 단면도이다. 또한, 도 3에서는 센서 어레이 영역 내에 형성된 렌즈와, 주변 회로 영역에 형성된 엠보싱 패턴(embossing pattern)을 동시에 도시하였다. 도 4는 설명의 편의를 위해서, 센서 어레이 영역의 일부와 주변 회로 영역의 일부를 도시하고, 센서 어레이 영역에는 광전 변환 소자를 중심으로 도시하였다.
우선, 도 3을 참조하면, 센서 어레이 영역(I)은 도 1의 센서 어레이(10)가 형성되는 영역일 수 있고, 주변 회로 영역(II)은 예를 들어, 타이밍 발생기(20), 행 디코더(30), 행 드라이버(40), 상관 이중 샘플러(50), 아날로그 디지털 컨버터(60), 래치부(70), 열 디코더(80) 등이 형성되는 영역일 수 있고, 또한, 도시된 것과 같이, 주변 회로 영역(II)은 센서 어레이 영역(I)을 둘러싸도록 형성될 수 있으나, 본 발명의 권리 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4를 참조하면, 기판(110) 내에는 STI(Shallow Trench Isolation)과 같은 소자 분리 영역(120)을 형성되어 있고, 소자 분리 영역(120)에 의해 액티브 영역이 정의된다. 액티브 영역은 크게 센서 어레이 영역(I)과 주변 회로 영역(II)으로 구분할 수 있다. 기판(110)은 예를 들어, 제1 도전형(예를 들어, p형) 기판을 이용할 수 있고, 도면에는 표시하지 않았으나 기판(110) 상에 에피층(epitaxial layer)이 형성되어 있거나, 기판(110) 내에 다수의 웰(well)이 형성되어 있을 수 있다.
센서 어레이 영역(I) 상에는 제1 절연막 구조체(140)가 형성되어 있을 수 있고, 주변 회로 영역(II) 상에는 제2 절연막 구조체(150)가 형성되어 있을 수 있다.
제1 절연막 구조체(140)는 제1 다층 배선(M1a, M2a), 다층의 층간 절연막(141a, 141b, 141c, 141d), 다층의 확산 방지막(142a, 142b, 142c) 등을 포함한 다. 제2 절연막 구조체(150)는 제2 다층 배선(M1b, M2b, M3b), 다층의 층간 절연막(151a, 151b, 151c, 151d, 151e, 151f), 다층의 확산 방지막(152a, 152b, 152c, 152d, 152e) 등을 포함한다.
본 발명에서는, 설명의 편의를 위해서 제1 다층 배선(M1a, M2a), 제2 다층 배선(M1b, M2b, M3b)이 구리 배선인 경우를 예로 들었으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 제1 다층 배선(M1a, M2a) 중 일부 배선(M2a), 제2 다층 배선(M1b, M2b, M3b) 중 일부 배선(M2b, M3b)은 듀얼 다마신 배선(dual damascene interconnection)으로 구성되어 있는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 제1 절연막 구조체(140)와 제2 절연막 구조체(150)는 서로 다른 높이를 가질 수 있다. 즉, 제1 절연막 구조체(140)의 최상면(즉, 층간 절연막(141d)의 상면)은, 제2 절연막 구조체(150)의 최상면(즉, 층간 절연막(151f)의 상면)보다 낮을 수 있다.
제1 다층 배선(M1a, M2a)의 배선 층수는 제2 다층 배선(M1b, M2b, M3b)의 배선 층수보다 작을 수 있다. 예를 들어, 도시된 것처럼, 제1 다층 배선(M1a, M2a)은 2층의 배선을 포함하고, 제2 다층 배선(M1b, M2b, M3b)은 3층의 배선을 포함할 수 있다. 이와 같은 경우에, 센서 어레이 영역(I)의 불필요한 층간 절연막(즉, 제2층의 배선(M2a) 위에 형성될 층간 절연막)을 식각/제거할 수 있다. 따라서, 제1 절연막 구조체(140)의 최상면은, 제2 절연막 구조체(150)의 최상면보다 낮게 된다. 이와 같이 하면, 광전 변환 소자(130)에 입사되는 광의 양이 증가하게 되어, 이미지 센서의 감도가 증가하게 된다.
또한, 이미지 센서의 감도를 증가시키기 위해, 제1 절연막 구조체(140) 내에, 광전 변환 소자(130)에 대응되도록 광투과부(145)가 형성되어 있을 수 있다.
구체적으로, 확산 방지막(142a, 142b, 142c)으로 실리콘 질화막을 주로 사용하는데, 실리콘 질화막은 광에 대한 투과율이 낮기 때문에, 입사광이 광전 변환 소자(130)에 도달하는 것을 방해하게 된다. 따라서, 광전 변환 소자(130) 상의 다층의 층간 절연막(141a, 141b, 141c, 141d), 확산 방지막(142a, 142b, 142c)을 제거할 수 있도록 캐버티(144)를 형성한다. 그 후, 캐버티(144) 내에 광투과 물질(예를 들어, 유기 고분자 화합물, 예를 들면 Cytop™ 이라는 환구조를 갖는 불소계 고분자, 또는 PMMA 계열의 고분자)를 채워 넣어 광투과부(145)를 완성한다.
캐버티(144)는 도 4에 도시된 것과 같이 층간 절연막(141a)의 일부까지 제거함으로써 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것이 아니다. 또한, 캐버티(144)은 도 4에 도시된 것과 같이 경사진 측벽과, 평탄한 저면을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 캐버티(141)의 측벽은 경사지지 않을 수도 있고, 캐버티(280)의 저면은 평탄하지 않을 수도 있다(즉, 오목 또는 볼록한 형태를 가질 수도 있다).
제1 절연막 구조체(140) 상에는 하부 평탄화막(160), 컬러 필터(170), 상부 평탄화막(175), 렌즈(180)가 순차적으로 형성되어 있고, 제2 절연막 구조체(150) 상에는 상부 평탄화막(175), 엠보싱 패턴(182)이 순차적으로 형성되어 있을 수 있다. 또한, 렌즈(180)가 형성되어 있는 제1 절연막 구조체(140)와, 엠보싱 패 턴(182)이 형성되어 있는 제2 절연막 구조체(150)의 프로파일을 따라 컨포말하게 보호막(190)이 형성되어 있다. 도 4에서는 예시적으로, 컬러 필터(170) 상측, 하측에 모두 평탄화막(160, 175)이 있는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 컬러 필터(170) 상측에만 평탄화막(175)이 있을 수도 있고, 컬러 필터(170) 상측, 하측 모두에 평탄화막이 없을 수도 있다.
렌즈(180)는 PR(PhotoResist)과 같은 유기 물질로 이루어질 수 있다. 물론, 렌즈(180)를 무기 물질로 이용하여 형성할 수도 있다. 유기 물질로 렌즈(180)를 형성할 때에는, 도 9a 및 도 9b를 이용하여 설명하겠으나, 열공정을 이용하여 렌즈(180)를 간단하게 만들 수 있다.
보호막(190)은 무기물 산화막일 수 있다. 예를 들어, 실리콘 산화막(SiO2), 티타늄 산화막(TiO2), 지르코늄 산화막(ZrO2), 헤프늄 산화막(HfO2) 및 이의 적층막, 조합막을 사용할 수 있다. 특히, 보호막(190)으로 실리콘 산화막의 일종인 LTO(Low Temperature Oxide)를 사용할 수 있다. 이와 같이 LTO를 사용하는 이유는, LTO는 저온(약 100 ~ 200℃)에서 제조되기 때문에, 하부막들에 손상(damage)를 적게 준다. 뿐만 아니라, LTO는 비정질(amorphous)이기 때문에, 거칠지 않다. 따라서, 입사광의 반사/굴절/산란 등을 줄일 수 있다.
렌즈(180)가 유기 물질로 이루어져 있기 때문에 외부 충격에 약할 수 있다. 따라서, 보호막(190)은 렌즈(180)를 외부 충격으로부터 보호하는 역할을 한다. 뿐만 아니라, 이웃하는 렌즈(180) 사이에는 약간의 공간이 있을 수 있는데, 보호 막(190)은 이러한 공간을 채우는 역할을 한다. 이웃하는 렌즈(180) 사이의 공간을 채우면, 입사광의 집광 능력을 높일 수 있다. 이웃하는 렌즈(180) 사이의 공간으로 도달하는 입사광의 반사/굴절/산란 등을 줄일 수 있기 때문이다.
특히, 본 발명에서는, 제2 절연막 구조체(150) 상에 엠보싱 패턴(182)이 형성되어 있다.
이미지 센서를 패키지로 조립할 때, 이미지 센서는 열적/기계적 스트레스를 받게 된다. 이러한 열적/기계적 스트레스에 의해 보호막(190)에 크랙(crack)이 발생할 수 있다. 주로, 크랙은 제2 절연막 구조체(150) 상의 보호막(190)에서 생기고, 제1 절연막 구조체(140) 상의 보호막(190)에까지 전파(propagation)된다. 제1 절연막 구조체(140) 상에 있는 크랙은 입사광의 경로에 영향을 줄 수 있다.
그런데, 본 발명에서는 보호막(190) 하부에 엠보싱 패턴(182)이 있기 때문에, 크랙이 제2 절연막 구조체(150) 상의 보호막(190)에서 발생되더라도, 제1 절연막 구조체(140) 상까지 전파되지 않는다. 보호막(190)과 엠보싱 패턴(182)이 접하는 면적으로 인해서, 보호막(190)의 표면 에너지가 증가되고, 증가된 표면 에너지는 크랙의 전파를 방해하기 때문이다.
본 발명의 제1 실시예에서, 엠보싱 패턴(182)은 도 3 및 도 4에 도시된 것처럼 도트 형상일 수도 있다. 특히, 엠보싱 패턴(182)은 렌즈 형상일 수 있다. 렌즈(180)와 동일한 형상으로 만들게 되면, 엠보싱 패턴(182)을 렌즈(180)와 동시에 만들 수 있기 때문에, 엠보싱 패턴(182)의 제조 공정이 쉬워진다. 하지만, 엠보싱 패턴(182)이 반드시 렌즈 형상일 필요는 없다. 즉, 엠보싱 패턴(182)은 보호 막(190)의 표면 에너지를 증가시킬 수 있는 형태이면 어떤 형태라도 가능하다.
또한, 엠보싱 패턴(182)은 렌즈(180)와 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 즉, PR(PhotoResist)와 같은 유기물질로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 발명의 제1 실시예에서, 센서 어레이 영역(I)에 렌즈(180)가 형성되고, 주변 회로 영역(II)에 엠보싱 패턴(182)이 형성되는 것으로 설명하였으나, 본 발명이 권리 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 소정의 제1 영역에 렌즈(180)가 형성되고, 제1 영역이 아닌 제2 영역에 엠보싱 패턴(182)이 형성되어 있으면, 본 발명의 권리 범위 안에 포함된다.
또한, 도면에 표시하지 않았으나, 주변 회로 영역(II)에 엠보싱 패턴(182) 하부에 컬러 필터가 배치되어 있을 수 있다. 주변 회로 영역(II)의 컬러 필터는 센서 어레이 영역(I)의 컬러 필터(170)와 동시에 만들어질 수 있다. 주변 회로 영역(II)의 컬러 필터는, 주변 회로 영역(II)측으로 입사되는 광이 반사/굴절되어 센서 어레이 영역(I)측으로 들어가는 것을 방지할 수 있다. 즉, 크로스토크(crosstalk)를 방지할 수 있다.
센서 어레이 영역(I)에는 독출 소자(즉, 전하 전송 소자, 드라이브 소자, 리셋 소자, 선택 소자 등)가, 주변 회로 영역(II)에는 독출소자와 동시에 형성된 CMOS 소자와 저항체 및 커패시터 등이 형성될 수 있으며, 이들은 당업자에게 널리 알려진 다양한 형태로 구현될 수 있으므로, 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 이들을 개시하지 않거나 이들에 대해서는 개별적인 참조부호를 부여하 지 않고 설명을 생략하도록 한다.
이하에서, 도 5 내지 도 8을 참조하여 엠보싱 패턴(182)의 다양한 형태를 예시하기로 한다. 본 발명의 권리 범위는 이러한 예시적 형태에 한정되는 것은 아니다. 도 5 및 도 6은 본 발명의 제2 및 도 3 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 단면도이고, 도 7 및 도 8은 본 발명의 제4 및 도 5 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 평면도이다.
도 5에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 따른 이미지 센서는, 스퀘어(square) 형상의 엠보싱 패턴(183)을 포함한다.
도 6에 도시된 본 발명의 제3 실시예에 따른 이미지 센서는, 삼각(triangle) 형상의 엠보싱 패턴(184)을 포함한다.
도 7 및 도 8에 도시된 본 발명의 제4 및 제5 실시예에 따른 이미지 센서는, 도 3, 도 5, 도 6에 도시된 실시예와 달리, 라인(line) 형상의 엠보싱 패턴(185, 186)을 포함한다.
이하에서는 도 9a 및 도 9b, 도 4를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명한다. 도 9a 및 도 9b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 중간 단계 단면도들이다.
도 9a를 참조하면, 기판(110) 내에 소자 분리 영역(120)을 형성하여 센서 어레이 영역(I)과 주변 회로 영역(II)을 정의한다.
이어서, 센서 어레이 영역(I) 내에 광전 변환 소자(130)를 형성한다. 센서 어레이 영역(I)에는 다수의 독출 소자를 형성하고, 주변 회로 영역(II)에는 다수의 MOS 소자들을 형성한다.
이어서, 센서 어레이 영역(I) 상에는 제1 절연막 구조체(140)를 형성하고, 주변 회로 영역(II) 상에는 제2 절연막 구조체(150)를 형성할 수 있다. 제1 절연막 구조체(140)와 제2 절연막 구조체(150)는 동시에 형성될 수 있다.
이어서, 제1 절연막 구조체(140) 상에 하부 평탄화막(160), 컬러 필터(170), 상부 평탄화막(175)을 순차적으로 형성한다.
이어서, 제1 절연막 구조체(140)의 상부 평탄화막(175) 상에, 유기 물질막 패턴(180a)를 형성하고, 제2 절연막 구조체(150)의 상부 평탄화막(175) 상에, 유기 물질막 패턴(182a)를 형성한다.
도 9b를 참조하면, 유기 물질막 패턴(180a, 182a)이 형성된 기판(110)에 열공정(199)을 수행한다. 열공정(199)을 통해서, 유기 물질막 패턴(180a, 182a)을 렌즈(180)와 엠보싱 패턴(182)으로 변형시킨다. 이와 같이 렌즈(180)와 엠보싱 패턴(182)은 동시에 형성될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 렌즈(180)가 형성된 제1 절연막 구조체(140), 엠보싱 패턴(182)이 형성된 제2 절연막 구조체(150) 상에 보호막(190)을 컨포말하게 형성한다. 보호막(190)으로는 실리콘 산화막의 일종인 LTO(Low Temperature Oxide)를 사용할 수 있고, 공정 온도는 약 100~ 200℃일 수 있다.
본 발명의 제2 내지 제5 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법은, 제1 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법으로부터 당업자가 유추 가능하기 때문에 본 명세서에서는 설명을 생략한다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 포함하는 프로세서 기반 시스템을 나타내는 개략적 블록도이다.
도 10을 참조하면, 프로세서 기반 시스템(200)은 CMOS 이미지 센서(210)의 출력 이미지를 처리하는 시스템이다. 시스템(200)은 컴퓨터 시스템, 카메라 시스템, 스캐너, 기계화된 시계 시스템, 네비게이션 시스템, 비디오폰, 감독 시스템, 자동 포커스 시스템, 추적 시스템, 동작 감시 시스템, 이미지 안정화 시스템 등을 예시할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
컴퓨터 시스템 등과 같은 프로세서 기반 시스템(200)은 버스(205)를 통해 입출력(I/O) 소자(230)와 커뮤니케이션할 수 있는 마이크로프로세서 등과 같은 중앙 정보 처리 장치(CPU)(220)를 포함한다. CMOS 이미지 센서(210)는 버스(205) 또는 다른 통신 링크를 통해서 시스템과 커뮤니케이션할 수 있다. 또, 프로세서 기반 시스템(200)은 버스(205)를 통해 CPU(220)와 커뮤니케이션할 수 있는 RAM(240) 및/또는 포트(260)을 더 포함할 수 있다. 포트(260)는 비디오 카드, 사운드 카드, 메모리 카드, USB 소자 등을 커플링하거나, 또 다른 시스템과 데이터를 통신할 수 있는 포트일 수 있다. CMOS 이미지 센서(210)는 CPU, 디지털 신호 처리 장치(DSP) 또는 마이크로프로세서 등과 함께 집적될 수 있다. 또, 메모리가 함께 집적될 수도 있다. 물론 경우에 따라서는 프로세서와 별개의 칩에 집적될 수도 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 블록도이다.
도 2는 도 1의 센서 어레이의 등가 회로도이다.
도 3 및 도 4는 각각 본 발명의 제1 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 평면도 및 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 단면도이다.
도 7는 본 발명의 제4 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 평면도이다.
도 8는 본 발명의 제5 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 평면도이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 중간 단계 단면도들이다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 포함하는 프로세서 기반 시스템을 나타내는 개략적 블록도이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
10: 센서 어레이 20: 타이밍 발생기
30: 행 디코더 40: 행 드라이버
50: 상관 이중 샘플러 60: 아날로그 디지털 컨버터
70: 래치부 80: 열 디코더
140: 제1 절연막 구조체 150: 제2 절연막 구조체
170: 컬러 필터 180: 렌즈
182: 엠보싱 패턴 190: 보호막
Claims (20)
- 제1 영역과 제2 영역이 정의된 기판;상기 제1 영역 내에 형성된 다수의 광전 변환 소자;상기 제1 영역 상에 형성되고, 제1 다층 배선을 포함하는 제1 절연막 구조체;상기 제2 영역 상에 형성되고, 제2 다층 배선을 포함하는 제2 절연막 구조체;상기 제1 절연막 구조체 상에, 상기 다수의 광전 변환 소자에 대응되도록 형성된 다수의 렌즈;상기 제2 절연막 구조체 상에 형성된 적어도 하나의 엠보싱 패턴(embossing pattern); 및상기 다수의 렌즈 및 엠보싱 패턴이 형성된 제1 및 제2 절연막 구조체 상에 형성된 보호막을 포함하되,상기 제1 절연막 구조체의 최상면은 상기 제2 절연막 구조체의 최상면보다 낮은 이미지 센서.
- 제 1항에 있어서,상기 엠보싱 패턴은 도트 형상 또는 라인 형상인 이미지 센서.
- 제 2항에 있어서,상기 엠보싱 패턴은 렌즈 형상인 이미지 센서.
- 제 1항에 있어서,상기 렌즈와 상기 엠보싱 패턴은 동일한 유기 물질로 이루어진 이미지 센서.
- 제 1항에 있어서,상기 보호막은 LTO(Low Temperature Oxide)인 이미지 센서.
- 제 1항에 있어서,상기 보호막은 상기 다수의 렌즈 및 상기 엠보싱 패턴이 형성된 제1 및 제2 절연막 구조체의 프로파일을 따라 컨포말하게 형성된 이미지 센서.
- 삭제
- 주변 회로 영역이 정의된 기판;상기 주변 회로 영역 상에 형성되고, 다층 배선을 포함하는 절연막 구조체;상기 절연막 구조체 상에 형성된 적어도 하나의 렌즈 형상의 패턴; 및상기 렌즈 형상의 패턴이 형성된 절연막 구조체 상에 형성된 무기물 산화막을 포함하되,상기 무기물 산화막은 상기 적어도 하나의 렌즈 형상의 패턴이 형성된 절연막 구조체의 프로파일을따라 컨포말하게 형성되는 이미지 센서.
- 기판 내에 제1 영역과 제2 영역을 정의하고,상기 제1 영역 내에 다수의 광전 변환 소자를 형성하고,상기 기판 상에 다층 배선을 포함하는 절연막 구조체를 형성하고,상기 제1 영역의 절연막 구조체 상에, 상기 다수의 광전 변환 소자에 대응되도록 다수의 렌즈를 형성하고,상기 제2 영역의 절연막 구조체 상에, 적어도 하나의 엠보싱 패턴(embossing pattern)을 형성하고,상기 다수의 렌즈 및 엠보싱 패턴이 형성된 절연막 구조체 상에 보호막을 형성하는 것을 포함하되,상기 제1 영역의 절연막 구조체의 최상면은 상기 제2 영역의 절연막 구조체의 최상면보다 낮은 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 9항에 있어서, 상기 다수의 렌즈와 엠보싱 패턴은 동시에 형성되고,상기 렌즈와 엠보싱 패턴을 동시에 형성하는 것은,상기 절연막 구조체 상에 유기 물질막 패턴을 형성하고,상기 유기 물질막 패턴이 형성된 기판에 열공정을 수행하여, 상기 유기 물질막 패턴을 상기 렌즈와 상기 엠보싱 패턴으로 변형시키는 것을 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
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