KR102149772B1 - 이미지 센서 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents

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Abstract

이미지 센서 및 이를 제조하는 방법을 제공한다. 이미지 센서는, 광전 변환부들을 포함하며, 수광 영역 및 차광 영역을 포함하는 반도체층과, 반도체층 일면 상에, 차광 영역에 대응되는 위치에 배치되는 광차단막과, 광차단막 및 반도체층 상에 배치되며, 광차단막에 의해 발생되는 단차에서 적어도 일부 식각된 컬러 필터들과, 컬러 필터들 상에 배치되는 마이크로 렌즈들을 포함한다.

Description

이미지 센서 및 이를 제조하는 방법{Image sensor and method of manufacturing the same}
본 발명은 이미지 센서에 관련된 것으로서, 더욱 상세하게는 씨모스 이미지 센서(CMOS image sensor, CIS)에 관련된 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.
이미지 센서로는 전하 결합 소자(CCD: Charge Coupled Device) 및 CMOS 이미지 센서가 있다. 이 중, CMOS 이미지 센서는 구동 방식이 간편하고, 신호 처리 회로를 단일칩에 집적할 수 있어 제품의 소형화가 가능하다. CMOS 이미지 센서는 전력 소모 또한 매우 낮아 배터리 용량이 제한적인 제품에 적용이 용이하다. 또한, CMOS 이미지 센서는 CMOS 공정 기술을 호환하여 사용할 수 있어 제조 단가를 낮출 수 있다. 따라서, CMOS 이미지 센서는 기술 개발과 함께 고해상도가 구현 가능함에 따라 그 사용이 급격히 늘어나고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 일 기술적 과제는, 색 왜곡 현상이 개선된 이미지 센서를 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기 이미지 센서를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 개념에 따른 일 실시예는 이미지 센서를 제공한다. 상기 이미지 센서는, 광전 변환부들을 포함하며, 수광 영역 및 차광 영역을 포함하는 반도체층; 상기 반도체층 일면 상에, 상기 차광 영역에 대응되는 위치에 배치되는 광차단막; 상기 반도체 반도체층 및 광차단막 상에 배치되며, 상기 수광 영역과 상기 차광 영역의 일부에서 제거된 컬러 필터들; 및 상기 컬러 필터들 상에 배치되는 마이크로 렌즈들을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 차광 영역은 상기 수광 영역의 외곽을 감싸는 영역이고, 상기 수광 영역은 유효 이미지 영역 및 더미 영역을 포함하되, 상기 더미 영역은 상기 유효 이미지 영역 및 상기 차광 영역 사이의 영역일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 컬러 필터들의 일부가 제거된 부분은 상기 차광 영역의 적어도 일부와 상기 더미 영역의 적어도 일부에 대응될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 광전 변환부들 각각은 상기 컬러 필터들 각각 및 상기 마이크로 렌즈들 각각과 대응될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 이미지 센서는 상기 컬러 필터들의 일부가 제거된 부분을 채우는 상부 평탄막을 더 포함하되, 상기 컬러 필터들의 일부가 제거된 부분에 대응되는 마이크로 렌즈들의 저면이 평평할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 이미지 센서는, 상기 광차단막 및 상기 컬러 필터들 사이에 하부 평탄막을 더 포함하되, 상기 컬러 필터들의 일부가 제거된 부분은 상기 하부 평탄막을 노출시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 이미지 센서는, 상기 반도체층의 일면에 대향되는 타면 상에 배치되는 배선층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 이미지 센서는, 상기 광차단막 및 상기 반도체층 사이에 배치되는 배선층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 개념에 따른 일 실시예는 이미지 센서의 제조 방법을 제공한다. 상기 이미지 센서의 제조 방법은, 수광 영역 및 차광 영역을 포함하는 반도체층에 광전 변환부들을 형성하는 단계; 상기 차광 영역에 대응되는 반도체층의 일면을 덮는 광차단막을 형성하는 단계; 상기 광차단막 상에, 상기 광전 변환부들 각각에 대응하는 컬러 필터들을 형성하는 단계; 상기 컬러 필터들의 일부를 제거하는 단계; 및 상기 일부가 제거된 컬러 필터들 상에, 상기 컬러 필터들 각각에 대응하는 마이크로 렌즈들을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 차광 영역은 상기 수광 영역의 외곽을 감싸며 영역이고, 상기 수광 영역은 유효 이미지 영역 및 더미 영역을 포함하되, 상기 더미 영역은 상기 유효 이미지 영역 및 상기 차광 영역 사이의 영역일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 컬러 필터들의 일부를 제거하는 단계는, 상기 반도체층 및 광차단막 상에 포토레지스트층을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트층을 노광 및 현상하여, 픽셀에 대응되는 포토레지스트 패턴들을 형성하는 단계; 및 상기 포토레지스트 패턴들을 각 픽셀에 대응되는 색을 염색하여 컬러 필터들을 완성하는 단계를 포함하되, 상기 포토레지스트층을 노광 및 현상할 때, 상기 제거되는 컬러 필터 부분을 함께 노광 및 현상할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 컬러 필터들의 일부를 제거하는 단계는, 상기 반도체층 및 광차단막 상에 포토레지스트층을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트층을 노광 및 현상하여, 픽셀에 대응되는 포토레지스트 패턴들을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴들을 각 픽셀에 대응되는 색을 염색하여 컬러 필터들을 형성하는 단계; 상기 컬러 필터 상에 마스크 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 마스크 패턴에 의해 노출된 부분의 컬러 필터를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 이미지 센서의 제조 방법은, 상기 광차단막 및 상기 컬러 필터들 사이에 평탄막을 형성하는 단계를 더 포함하되, 상기 컬러 필터들의 일부를 제거하는 단계는, 상기 평탄막의 상부면을 노출시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 이미지 센서의 제조 방법은, 상기 반도체층의 일면에 대향되는 타면에 배선층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 이미지 센서의 제조 방법은, 상기 반도체층의 일면 상에 배선층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 개념에 따른 실시예들에 따르면, 수광 및 차광 영역에 걸쳐 형성되어 있는 컬러 필터들의 일부를 제거하여, 마이크로 렌즈들의 바닥면을 평평하게 함으로써, 마이크로 렌즈에 의해 집광된 광의 진행 경로 왜곡을 방지하여, 이미지 센서의 색 왜곡 현상을 개선시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 블록도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이의 회로도들이다.
도 3a은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 평면도이다.
도 3b 내지 도 3d는 도 3a의 이미지 센서를 I-I'으로 절단한 단면도들이다.
도 4 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 일 실시예에 따른 컬러 필터들을 형성하는 공정을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 컬러 필터들을 형성하는 공정을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 포함하는 프로세서 기반 시스템을 나타내는 개략적 블록도이다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 포함하는 전자 장치를 나타내는 사시도이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다.
(이미지 센서_제1 실시예 )
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 블록도이다. 도 1의 이미지 센서는 씨모스 이미지 센서(CMOS image sensor)를 예시적으로 설명하고 있으나, 본 발명에서 이미지 센서를 씨모스 이미지 센서로 한정하는 것은 아니다.
도 1을 참조하면, 이미지 센서는 액티브 픽셀 센서 어레이(active pixel sensor array, 10), 행 디코더(row decoder, 20), 행 드라이버(row driver, 30), 열 디코더(column decoder, 40), 타이밍 발생기(timing generator, 50), 상관 이중 샘플러(correlated double sampler, 60), 아날로그 디지털 컨버터(analog to digital converter, 70) 및 입출력 버퍼(I/O buffer, 80)를 포함할 수 있다.
상기 액티브 픽셀 센서 어레이(10)는 2차원적으로 배열된 복수의 단위 픽셀들을 포함하며, 광 신호를 전기적 신호로 변환할 수 있다. 상기 액티브 픽셀 센서 어레이(10)는 상기 행 드라이버(30)로부터 픽셀 선택 신호, 리셋 신호 및 전하 전송 신호와 같은 복수의 구동 신호들에 의해 구동될 수 있다. 또한, 상기 변환된 전기적 신호는 상기 상관 이중 샘플러(60)에 제공될 수 있다.
상기 행 드라이버(30)는 상기 행 디코더(20)에서 디코딩된 결과에 따라 다수의 단위 픽셀들을 구동하기 위한 다수의 구동 신호들을 상기 액티브 픽셀 센서 어레이(10)로 제공할 수 있다. 단위 픽셀들이 행렬 형태로 배열된 경우에는 각 행별로 구동 신호들이 제공될 수 있다.
상기 타이밍 발생기(50)는 상기 행 디코더(20) 및 상기 열 디코더(40)에 타이밍(timing) 신호 및 제어 신호를 제공할 수 있다.
상기 상관 이중 샘플러(60)는 상기 액티브 픽셀 센서 어레이(10)에서 생성된 전기 신호를 수신하여 유지(hold) 및 샘플링할 수 있다. 상기 상관 이중 샘플러(60)는 특정한 잡음 레벨(noise level)과 전기적 신호에 의한 신호 레벨을 이중으로 샘플링하여, 잡음 레벨과 신호 레벨의 차이에 해당하는 차이 레벨을 출력할 수 있다.
상기 아날로그 디지털 컨버터(70)는 상기 상관 이중 샘플러(60)에서 출력된 차이 레벨에 해당하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력할 수 있다.
상기 입출력 버퍼(80)는 디지털 신호를 래치(latch)하고, 래치된 신호는 상기 열 디코더(40)에서의 디코딩 결과에 따라 순차적으로 영상 신호 처리부(도시되지 않음)로 디지털 신호를 출력할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이의 회로도들이다.
상기 액티브 픽셀 센서 어레이(10)는 복수의 단위 픽셀들을 포함하며, 상기 단위 픽셀들은 매트릭스(matrix) 형태로 배열될 수 있다. 일 실시예에서, 둘의 단위 픽셀 각각은 빛을 받아 전하를 생성 및 축적하는 광전 변환부(110)와, 상기 광전 변환부(110)에서 생성된 광 신호를 독출하는 독출 소자를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 독출 소자는 리셋부(reset element; 140), 증폭부(amplification element; 150) 및 선택부(selection element; 160)를 포함할 수 있다.
도 2a는 4개의 NMOS 트랜지스터 구조로 이루어진 단위 픽셀들을 나타낸다. 도 2a를 참조하면, 일 실시예에서, 하나의 단위 픽셀(P1)이 1개의 광전 변환부(110)와 4개의 MOS 트랜지스터들(130, 140, 150, 160)로 구성될 수 있다. 이와 달리, 단위 픽셀(P1)은 3개의 MOS 트랜지스터들 또는 5개의 MOS 트랜지스터들로 구성될 수도 있다.
보다 상세히 설명하면, 상기 광전 변환부(110)는 입사광에 대응하는 전하를 생성 및 축적하며, 상기 광전 변환부(110)로는 포토 다이오드(photo diode), 포토 트랜지스터(photo transistor), 포토 게이트(photo gate), 핀드 포토 다이오드(Pinned Photo Diode; PPD) 및 이들의 조합이 사용될 수 있다. 본 발명의 실시예들에서는 상기 광전 변환부(110)로서 포토 다이오드가 예시된다. 그리고, 상기 광전 변환부(110)는 축적된 전하를 검출부(120)로 전달하는 전하 전송부(130)와 연결될 수 있다.
상기 검출부(120)는 반도체층 내에 n형 불순물이 도핑된 플로팅 확산 영역(FD; Floating Diffusion region)일 수 있으며, 광전 변환부(110)에서 축적된 전하를 전송 받아 누적적으로 저장한다. 또한, 상기 검출부(120)는 증폭부(150)와 전기적으로 연결되어 상기 증폭부(150)를 제어한다.
상기 전하 전송부(130)는 상기 광전 변환부(110)에 축전된 전하를 상기 검출부(120)로 전송한다. 상기 전하 전송부(130)는 일반적으로 1개의 MOS 트랜지스터의 게이트 전극으로 이루어지며, 전하 전송 신호 라인(TX(i))에 의해 제어된다.
상기 리셋부(140)는 상기 검출부(120)에 저장되어 있는 전하를 주기적으로 리셋시키며, 1개의 MOS 트랜지스터일 수 있다. MOS 트랜지스터로 이루어진 리셋부(140)의 소오스 전극은 상기 검출부(120)와 연결될 수 있으며, 드레인 전극은 전원 전압(VDD)에 연결될 수 있다. 그리고, 상기 리셋부(140)는 리셋 신호 라인(RX(i))에 의해 제공되는 바이어스에 의해 구동될 수 있다. 상기 리셋 신호 라인(RX(i))에 의해 제공되는 바이어스에 의해, 상기 리셋부(140)가 턴 온(turn on)되면, 상기 리셋부(140)의 드레인 전극과 연결된 전원 전압(VDD)이 검출부(120)로 전달될 수 있다. 따라서, 상기 리셋부(140)가 턴 온 시 상기 검출부(120)를 리셋시킬 수 있다.
상기 증폭부(150)는 단위 픽셀(P1) 외부에 위치하는 정전류원(도시되지 않음)과 조합하여 소오스 팔로워 버퍼 증폭기(source follower buffer amplifier) 역할을 하며, 상기 검출부(120)에서의 전위 변화를 증폭하고 이를 출력 라인(Vout)으로 출력한다.
상기 선택부(160)는 행 단위로 읽어낼 단위 픽셀들(P1)을 선택하며, 1개의 MOS 트랜지스터일 수 있다. 상기 선택부는 행 선택 라인(SEL(i))에 의해 제공되는 바이어스에 의해 구동되며, 상기 선택부(160)가 턴 온 되면, MOS 트랜지스터로 이루어진 증폭부(150)의 드레인 전극과 연결된 전원 전압(VDD)이 선택부(160)의 드레인 전극으로 전달될 수 있다.
상기 전하 전송부(130), 리셋부(140), 및 선택부(160)의 구동 신호 라인들(TX(i), RX(i), SEL(i))은 동일한 행에 포함된 단위 픽셀들(P1)이 동시에 구동되도록 행 방향(수평 방향)으로 연장될 수 있다.
도 2b는 2개의 광전 변환부들이 독출 소자들을 공유하는 구조의 2 공유 픽셀들을 나타낸다. 도 2b에 도시된 실시예에 따르면, 액티브 픽셀 센서 어레이(10)는 매트릭스 형태로 배열된 2 공유 픽셀들(P2)을 포함한다. 상기 2 공유 픽셀(P2)은 2개의 광전 변환부들(110a, 110b)이 독출 소자들(140, 150, 160)을 공유할 수 있다. 즉, 2개의 광전 변환부들(110a, 110b)이 리셋부(140), 증폭부(150) 및/또는 선택부(160)를 공유할 수 있다. 그리고, 각 광전 변환부들(110a, 110b)은 축적된 전하를 전송하는 전하 전송부들(130a, 130b)과 각각 연결된다.
이 실시예에 따르면, 행 선택 라인(SEL(i))에 의해 제공되는 바이어스에 의해 선택부(160)는 행 단위로 읽어낼 2 공유 픽셀(P2)을 선택할 수 있다. 그리고, 전송 라인들(TX(i)a, TX(i)b)에 의해 전하 전송부들(130a, 130b)에 인가되는 바이어스에 따라 2개의 광전 변환부들(110a, 110b) 중 어느 하나에서 검출부(120)로 전하들이 전송될 수 있다.
도 3a은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 평면도이고, 도 3b는 도 3a의 이미지 센서를 I-I'으로 절단한 단면도이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 이미지 센서는, 수광 영역(PHO) 및 차광 영역(BLA)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 수광 영역(PHO)은 상기 이미지 센서의 중앙에 배치되며, 상기 차광 영역(BLA)은 상기 수광 영역(PHO)의 외곽을 따라 상기 이미지 센서의 가장자리에 배치될 수 있다.
상기 수광 영역(PHO)은 유효 이미지 영역(effective image area, EFF) 및 더미 영역(dummy area, DUM)을 포함할 수 있다. 상기 더미 영역(DUM)은 상기 유효 이미지 영역(EFF) 및 상기 차광 영역(BLA) 사이에 배치될 수 있다. 상기 수광 영역(PHO)의 유효 이미지 영역(EFF) 및 더미 영역(DUM)에 다수의 액티브 픽셀들을 포함할 수 있다. 상기 유효 이미지 영역(EFF)은 외부로부터 조사된 광을 받아들여 실제적으로 이미지를 출력하는 영역일 수 있다. 상기 더미 영역(DUM)은 상기 유효 이미지 영역(EFF)의 신호를 처리하기 위한 공간으로 제공될 수 있다.
상기 차광 영역(BLA)은 블랙(black) 상태에서 소자들이 작동되며, 상기 차광 영역(BLA)에서 발생된 전하량은 광에 의해 생성되지 않은 전하량의 기준 신호로서의 역할을 한다. 구체적으로 설명하면, 상기 이미지 센서는 광 신호가 전기적인 신호로 변화함으로써 이미지를 출력하기 때문에, 광전 변환부(110)들 내에서 열 발생 등에 의해 생성되는 전자들은 출력 신호에서 배제시켜야 한다. 이 때문에, 열 발생에 의해 생성되는 전자들을 배제하기 위하여, 상기 이미지 출력을 위한 수광 영역(PHO)뿐 아니라 광전 변환이 일어나지 않는 특정 영역, 즉 차광 영역(BLA)을 별도로 형성하여야 한다. 또한, 광전 변환이 일어나는 상기 수광 영역(PHO)의 액티브 픽셀에서 발생된 전하량에서 상기 광전 변환이 일어나지 않은 차광 영역(BLA)의 픽셀에서 발생된 전하량을 빼주어야 한다. 이때, 상기 차광 영역(BLA)에는 광이 투과되지 않도록 금속 등으로 이루어진 차광막이 상부 전면에 형성되어 있으며, 하부에는 상기 액티브 픽셀과 동일하게 형성되어 있다.
도 3b를 참조하면, 상기 이미지 센서는 반도체층(100), 배선층(200) 및 광 투과층(300)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 반도체층(100)은 제1 면 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 포함할 수 있다. 상기 배선층(200)은 상기 반도체층(100)의 제1 면 상에 배치되며, 상기 광 투과층(300)은 상기 반도체층(100)의 제2 면 상에 배치될 수 있다.
상기 반도체층(100)은 제1 도전형(예를 들면, p형)의 벌크 실리콘 기판 상에 제1 도전형 에피택시얼층(epitaxial layer, 110)이 형성된 기판일 수 있다. 상기 이미지 센서의 제조 공정 상 벌크 실리콘 기판이 제거되어 p형 에피택시얼층(110)만 잔류하는 기판일 수 있다. 다른 예로, 상기 반도체층(100)은 제1 도전형의 웰(well)를 포함하는 벌크 반도체 기판일 수 있다. 또 다른 예로, 반도체층(100)은 n형 에피택시얼층, 벌크 실리콘 기판, SOI 기판 등 다양한 형태의 기판이 적용될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 외부에서 반도체층(100)으로 광이 입사될 때, 상기 반도체층(100)으로 입사되는 광은 파장 범위에 따라 반도체층(100)으로의 투과 깊이가 달라진다. 그러므로, 상기 반도체층(100)의 두께는 광전 변환부(110)에 입사되는 광의 파장 범위에 따라 결정될 수 있다.
상세하게 도시되어 있지 않지만, 상기 반도체층(100) 내에는 액티브 영역을 정의하기 위한 소자 분리막(도시되지 않음)이 형성될 수 있다. 상기 소자 분리막에 의해 정의되는 활성 영역들은 도 2a 및 도 2b에서 설명된 광전 변환부(110)를 위한 제1 액티브 영역과, 독출 소자를 위한 제2 액티브 영역을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 액티브 영역들의 형태 및 배치 구조는 본 발명에서 한정하지는 않는다.
상기 광전 변환부(110)들은 상기 반도체층(100) 내에, 평면적으로 매트릭스 형태로 배열될 수 있다. 예컨대, 상기 광전 변환부(110)들은 평면적 시각에서, 실질적으로 사각 형태를 가질 수 있다. 상기 광전 변환부(110)들 예로는, 포토 다이오드, 포토 트랜지스터, 포토 게이트 및 핀드 포토 다이오드를 들 수 있다.
상기 배선층(200)은 상기 광전 변환부(110)들의 의해 발생된 전기적 신호를 독출하고, 단위 픽셀들을 제어하는 소자들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 배선층(200)은 적층된 복수의 층간 절연막들(210)과 층간 절연막들(210) 내에 수직적으로 적층된 복수의 금속 배선들(220)을 포함할 수 있다. 금속 배선들(220)은 콘택 플러그들(도시되지 않음)을 통해 하부의 독출 소자들 및 로직 소자들과 연결될 수 있다. 일 실시에에 따르면, 상기 금속 배선들(220)은 광전 변환부(110)들의 배열에 상관 없이 배열될 수 있다. 예컨대, 상기 금속 배선들(220)은 상기 광전 변환부(110)들의 상부를 가로지를 수 있다.
선택적으로, 제조공정 중에 상기 배선층(200)은 상기 반도체층(100)과 지지 기판(도시되지 않음) 사이에 배치될 수 있다. 상기 지지 기판은 반도체 기판, 유리 기판 및 플라스틱 기판 중에서 선택된 하나를 포함할 수 있다. 상기 지지 기판은 접착층에 의해 배선층(200)과 접착될 수 있다. 상기 지지 기판은 상기 반도체층(100)의 박막화에 따라 상기 반도체층(100)이 휘어지는 것을 방지할 수 있다.
상기 광 투과층(300)은, 상기 반도체층(100)의 제2 면 상에 배치되며, 광차단막(310), 컬러 필터들(320) 및 마이크로 렌즈들(330)을 포함할 수 있다.
상기 광차단막(310)은 상기 차광 영역(BLA)에 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 상기 광차단막(310)은 구리와 같은 금속을 포함할 수 있다.
상기 컬러 필터들(320)은 상기 반도체층(100)에 형성된 광전 변환부(110)들 각각에 대응될 수 있다. 일 예로, 상기 단위 픽셀에 따라 적색, 녹색 또는 청색의 컬러 필터(320)가 배치될 수 있다. 그리고, 컬러 필터들(320)은 광전 변환부(110)들의 배치 구조와 같이 2차원적으로 배열될 수 있다.
일 예로, 적색 컬러 필터(320), 녹색 컬러 필터(320) 및 청색 컬러 필터(320)는 베이어(Bayer)형으로 배치될 수 있다. 이러한 컬러 필터들(320)은 컬러 영상을 구현하기 위하여 단위 픽셀로 특성 색의 광을 투과시킬 수 있다. 적색 컬러 필터(320)는 가시광선을 필터링하여 적색광을 투과시키고, 녹색 컬러 필터(320)는 가시 광선을 필터링하여 녹색광을 투과시키며, 청색 컬러 필터(320)는 가시광선을 필터링하여 청색광을 투과시킬 수 있다. 다른 예로, 상기 컬러 필터들(320)은 시안(cyan), 마젠타(magenta) 또는 황색(yellow) 등과 같은 다른 컬러를 가질 수도 있다.
상기 컬러 필터들(320)은 상기 차단 영역 및 상기 수광 영역(PHO) 사이에서, 상기 광차단막(310)에 의해 단차를 가지며 배치될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 단차가 발생되는 부위에 대응되는 상기 컬러 필터들(320)의 일부를 제거할 수 있다. 상기 단차가 발생되는 부위는 상기 차단 영역의 적어도 일부와 상기 더미 영역(DUM)의 적어도 일부를 포함할 수 있다. 이에 대한 설명은 후속하여 상세하게 설명하기로 한다.
상기 마이크로 렌즈(330)는 단위 픽셀들 각각에 대응하여 배치되며, 컬러 필터(320) 상부에 배치될 수 있다. 상기 마이크로 렌즈(330)는 위로 볼록한 형태를 가지며, 소정의 곡률 반경을 가질 수 있다. 상기 마이크로 렌즈(330)는 광투과성 수지로 형성될 수 있다. 상기 마이크로 렌즈(330)는 광전 변환부(110) 이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 변경시켜 광전 변환부(110)로 광을 집광시킬 수 있다. 본 실시예에서, 상기 마이크로 렌즈들(330)이 상기 수광 영역(PHO)에 대응되는 위치에 배치되는 것으로 도시되고 있으나, 상기 마이크로 렌즈들(330)은 상기 차광 영역(BLA)에도 배치될 수 있다.
전술한 바와 같이 상기 광차단막(310)에 의해 상기 컬러 필터들(320)은 단차를 갖게 되는데, 상기 컬러 필터들(320)의 단차 부위를 제거하지 않을 경우, 상기 단차 부위의 컬러 필터들(320)에 접하는 상기 마이크로 렌즈들(330)의 저면이 경사를 갖게 될 수 있다. 이렇게 저면에 경사를 갖는 마이크로 렌즈들(330)은 상기 입사된 광의 경로를 상기 광전 변환부(110)로 집광시키지 못할 수 있다. 따라서, 상기 컬러 필터들(320)의 단차 부분을 제거함으로써, 상기 마이크로 렌즈들(330)의 저면에 경사가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 상기 마이크로 렌즈(330)의 저면을 평평하게 하여 목적하는 광전 변환부(110)로 광을 집광시킬 수 있다. 이로 인하여, 색 왜곡 없는 고 화질의 이미지 센서를 제공할 수 있다.
선택적으로 상기 반도체층(100) 및 상기 컬러 필터들(320) 사이에 배치되는 하부 평탄막(315)을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 컬러 필터들(320) 및 마이크로 렌즈들(330) 사이에 배치되는 상부 평탄막(325)을 더 포함할 수 있다. 상기 하부 및 상부 평탄막들(315, 325)은 광감도를 향상시키기 위하여 실리콘 산화물보다 굴절률이 큰 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 하부 및 상부 평탄막들(315, 325)은 약 1.4 내지 4.0의 굴절률을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 하부 및 상부 평탄막들(315, 325)은, Al2O3, CeF3, HfO2, ITO, MgO, Ta2O5, TiO2, ZrO2, Si, Ge, ZnSe, ZnS 또는 PbF2 등이 사용될 수 있다. 다른 예로, 상기 하부 및 상부 평탄막들(315, 325)은 고굴절률의 유기물로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 실록산 수지(Siloxane Resin), BCB(Benzocyclobutene), polyimide 계열, acryl 계열, Parylene C, PMMA(Poly(methyl methacrylate)), PET(Polyethylene terephthalate) 등이 사용될 수 있다. 또한, 하부 및 상부 평탄막(325)들(311, 313)은 예를 들어, strontium titanate(SrTiO3), polycarbonate, glass, bromine, sapphire, cubic zirconia, potassium Niobate(KNbO3), moissanite(SiC), gallium(III) phosphide(GaP), gallium(III) arsenide(GaAs) 등으로 형성될 수도 있다.
(이미지 센서_제2 실시예 )
도 3c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 단면도이다. 도 3c는 도 3a의 이미지 센서를 I-I'으로 절단한 단면도이다.
도 3a 및 도 3c를 참조하면, 상기 이미지 센서는 수광 영역(PHO) 및 차광 영역(BLA)을 포함하며, 상기 수광 영역(PHO)은 유효 이미지 영역(EFF) 및 더미 영역(DUM)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 이미지 센서는 반도체층(100), 배선층(200) 및 광 투과층(300)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 반도체층(100)은 제1 면 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 포함하며, 상기 배선층(200) 상기 반도체층(100)의 제1 면 상에 배치되고, 상기 광 투과층(300)은 상기 제2 면 상에 배치될 수 있다.
도시된 바와 같이, 도 3c는 컬러 필터들(320)은 광 차단막에 의해, 상기 수광 영역(PHO) 및 차광 영역(BLA) 사이에 단차를 포함할 수 있다. 상기 단차가 발생된 컬러 필터들(320)은 식각될 수 있다.
상기와 같이 컬러 필터들(320)의 일부를 제거함으로써, 상기 단차 부분에 대응되는 마이크로 렌즈들(330)의 저면에 경사가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 3c의 이미지 센서의 구성 요소들은 도 3b에서 설명된 이미지 센서의 구성 요소들과 실질적으로 유사하여 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
(이미지 센서_제3 실시예 )
도 3d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 단면도이다. 도 3d는 도 3a의 이미지 센서를 I-I'으로 절단한 단면도이다.
도 3a 및 도 3d를 참조하면, 상기 이미지 센서는 수광 영역(PHO) 및 차광 영역(BLA)을 포함하며, 상기 수광 영역(PHO)은 유효 이미지 영역(EFF) 및 더미 영역(DUM)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 이미지 센서는 반도체층(100), 배선층(200) 및 광 투과층(300)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 배선층(200)은 제1 면 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 포함하며, 상기 반도체층(100)은 상기 제1 면 상에 배치되고, 상기 광 투과층(300)은 상기 제2 면 상에 배치될 수 있다.
상기 광 투과층(300)과 상기 반도체층(100)이 상기 배선층(200)을 사이에 두고 배치됨으로써, 상기 배선층(200) 내에는 선택적으로 광 가이드 패턴들(230)이 구비될 수 있다. 상기 광 가이드 패턴들(230)은 상기 광전 변환부(110)들 각각에 대응되며, 상기 컬러 필터들(320) 각각으로부터 상기 광전 변환부(110)들 각각으로 광을 가이드할 수 있다. 상기 광 가이드 패턴들은, 상기 배선층(200)의 층간 절연막들을 이루는 물질보다 굴절률이 큰 물질을 포함할 수 있다. 상기 광 가이드 패턴들(230)은 실리콘산질화물 또는 실리콘 산화물을 포함할 수 있다.
도 3d의 이미지 센서의 구성 요소들은 도 3b 및 도 3c에서 설명된 이미지 센서의 구성 요소들과 그 위치가 변경될 뿐 실질적으로 유사하여 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
(이미지 센서의 제조 방법)
도 4 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 4를 참조하면, 광전 변환부(110)가 형성된 반도체층(100) 및 배선층(200)을 마련할 수 있다.
구체적으로, 반도체층(100)은 p형 벌크 기판 상에 p형 에피택시얼층(115)이 형성된 구조일 수 있다. p형 에피택시얼층(115) 표면을 반도체층(100)의 제1 면으로 정의하고, p형 벌크 기판의 표면을 제2 면으로 정의한다. 반도체층(100)이 p형 벌크 기판 상에 p형 에피택시얼층(115)이 성장된 구조일 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 상세하게 도시되어 있지는 않지만, 반도체층(100) 내에 활성 영역들을 정의하는 소자 분리막을 형성할 수 있다. 상기 반도체층(100)의 제1 면의 활성 영역들에 광전 변환부(110)를 형성할 수 있다. 상기 광전 변환부(110)는 포토 다이오드, 포토 트랜지스터, 포토 게이트 및 핀드 포토 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 반도체층(100)의 제2 면 상에 배선층(200)을 형성할 수 있다. 일 예로, 상기 배선층(200)은, 층간 절연막(210)을 형성한 후, 상기 층간 절연막(210) 상에 금속막을 증착하고 패터닝하여 금속 배선(220)을 형성함으로써 완성될 수 있다. 또한, 상기 금속 배선들(220)은 콘택 플러그들(도시되지 않음)을 통해 서로 연결되거나 반도체층(100)의 제어 소자와 연결될 수 있다. 다른 예로, 상기 배선층(200)은, 다마신(damascene) 공정을 통해 층간 절연막(210)을 패터닝한 후, 패터닝된 층간 절연막(210) 상에 금속막을 증착하고 평탄화 공정을 통해 금속 배선(220) 및/또는 콘택 플러그를 형성함으로써 완성될 수 있다. 상기 금속 배선(220)은 예를 들어, 구리(Cu), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 탄탈륨(Ta) 티타늄 질화막(TiN), 탄탈륨 질화막(TaN), 지르코늄 질화막(ZrN), 텅스텐 질화막(TiN) 및 이들의 조합으로 이루어진 합금 등으로 형성될 수 있다.
선택적으로 상기 반도체층(100)의 제1 면 상에 절연막(120)을 형성할 수 있다. 상기 절연막(120)은 광투과성 물질을 포함하며, 예컨대, 실리콘 산화물을 포함할 수 있다.
상기 배선층(200) 상에 지지 기판(도시되지 않음)이 접합될 수 있다. 상기 지지 기판은 반도체층(100)을 박막화하는 동안, 상기 반도층을 지지하며, 상기 반도체층(100)에 형성된 소자들의 구조가 변형되는 것을 방지할 수 있다. 상기 지지 기판은 벌크 기판 또는 플라스틱 기판이 이용될 수 있다. 상기 반도체층(100)을 박막화할 수 있다. 상기 반도체층(100)의 제2 면으로 광이 입사되는 이미지 센서에서 상기 반도체층(100)이 두꺼울수록 광전 변환부(110)들로 입사되는 광이 손실될 수 있다. 따라서, 상기 반도체층(100)의 일부를 제거하여, 상기 반도체층(100)의 두께를 감소시킴으로써, 광전 변환부(110)들로 입사되는 광의 경로를 감소시킬 수 있으므로, 상기 광전 변환부(110)에서의 광 감도를 향상시킬 수 있다. 나아가, 외부에서 입사되는 광은 파장 범위에 따라 상기 반도체층(100)으로의 투과 깊이(penetration depth)가 달라지므로, 박막화 공정 시 반도체층(100)의 두께는 이미지 센서로 입사되는 광의 파장 범위에 따라 결정될 수 있다.
상기 반도체층(100)의 박막화하는 것은 벌크 기판을 그라인딩 또는 연마하는 것과, 이방성 및 등방성 식각하는 것을 포함할 수 있다. 구체적으로, 그라인더(grinder) 또는 CMP(chemical mechanical polishing) 장치를 이용하여 상기 벌크 기판의 일부를 기계적으로 제거할 수 있다. 기계적으로 반도체층(100)의 일부를 제거한 후, 이방성 또는 등방성 식각 공정을 수행하여 잔류하는 반도체층(100)의 두께를 미세하게 조절할 수 있다. 예컨대, 불산(HF), 질산(HNO3) 및 초산(CH3COOH)의 혼합 용액을 이용하여 상기 반도체층(100)을 습식 식각할 수 있다.
도 5를 참조하면, 차광 영역(BLA)에 대응되는 위치에 광차단막(310)을 형성할 수 있다.
상기 차광 영역(BLA)에 대응되는 위치의 절연막 상에 광차단막(310)을 형성할 수 있다. 상기 광차단막(310)은 구리와 같은 금속을 포함할 수 있다.
선택적으로 상기 광차단막(310) 및 절연막 상에 하부 평탄막(315)을 형성할 수 있다. 상기 하부 평탄막(315)은 광투과성 물질을 포함하며, 예컨대, 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. 상기 하부 평탄막(315)은 상기 수광 영역(PHO) 및 차광 영역(BLA) 사이에서, 상기 광차단막(310)에 의해 단차를 가지면서 형성될 수 있다.
상기 하부 평탄막(315)은 광감도를 향상시키기 위해 실리콘 산화물보다 굴절률이 큰 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 하부 평탄막(315)은 약 1.4 내지 약 4.0의 굴절률을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, Al2O3, CeF3, HfO2, ITO, MgO, Ta2O5, TiO2, ZrO2, Si, Ge, ZnSe, ZnS 또는 PbF2 등이 사용될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 하부 평탄막(315)은 고굴절률의 유기물로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 실록산 수지(Siloxane Resin), BCB(Benzocyclobutene), 폴리이미드(polyimide) 계열, 아크릴(acry)l 계열, Parylene C, PMMA(Poly(methyl methacrylate)), PET(Polyethylene terephthalate) 등이 사용될 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 하부 평탄막(315) 상에 일부가 제거된 컬러 필터들(320)을 형성할 수 있다. 상기 컬러 필터들(320)의 일부가 제거된 부분은 수광 영역(PHO)과 상기 차광 영역(BLA)이 접하는 부분일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 수광 영역(PHO) 및 차광 영역(BLA)의 계면에서 인접한 수광 영역(PHO)의 일부와, 상기 계면에 인접한 차광 영역(BLA)의 일부에 대응되는 컬러 필터들(320)이 부분적으로 또는 전체적으로 제거될 수 있다.
상기 컬러 필터들(320)은 각 광전 변환부(110)들에 대응되도록 형성될 수 있다. 상기 컬러 필터들(320)은 염색법, 안료 분산법, 인쇄법 등을 이용하여 형성될 수 있다. 그리고, 상기 컬러 필터들(320)은 각 픽셀에 대응하는 색으로 염색된 포토레지스트가 주로 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 컬러 필터들(320)은 레드(Red), 그린(Green), 및 블루(blue)의 3가지 컬러 중 하나로 형성할 수 있다. 이와 달리, 상기 컬러 필터들(320)은 시안(cyan), 마젠타(magenta) 또는 황색(yellow) 등과 같은 다른 컬러를 가질 수도 있다. 또한, 상기 컬러 필터들(320)은 광전 변환부(110)들의 배열과 같이 2차원적으로 배열될 수 있으며, 베이어(Bayer) 형을 포함한 다양한 형식으로 배치될 수 있다.
이하에서는 상기 일부가 제거된 컬러 필터들(318)을 형성하는 공정을 상세하게 설명하기로 한다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 일 실시예에 따른 컬러 필터들을 형성하는 공정을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 7a를 참조하면, 상기 하부 평탄막(315) 상에 포토레지스트층(316)을 형성할 수 있다. 상기 포토레지스트층(316)은 차광 영역(BLA)의 광차단막(310)에 의해 단차를 갖는 막으로 형성될 수 있다. 더욱 상세하게, 상기 차광 영역(BLA)의 광차단막(310) 에 의해 상기 하부 평탄막(315)에 단차가 발생하고, 상기 하부 평탄막(315)의 단차에 따라 상기 포토레지스트층(316)에 단차가 발생할 수 있다.
도 7b를 참조하면, 상기 포토레지스트층(316)을 노광 및 현상하여, 픽셀에 대응되는 포토레지스트 패턴들(317)을 형성할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 포토레지스트층(316)을 노광 및 현상하여 포토레지스트 패턴들(317)을 형성하는 동안 완성되는 컬러 필터들(320, 도 6 참조)에 제거된 부분에 대응되는 부분을 함께 노광 및 현상할 수 있다. 따라서, 컬러 필터들(320)의 일부를 제거하기 위한 식각 공정을 생략할 수 있다.
도 7c를 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴들(317)을 각 픽셀에 대응되는 색으로 염색하여 컬러 필터들(320)을 형성할 수 있다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 컬러 필터들을 형성하는 공정을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 8a를 참조하면, 상기 하부 평탄막(315) 상에 포토레지스트층(316)을 형성할 수 있다.
도 8b를 참조하면, 상기 포토레지스트층(316)을 노광 및 현상하여, 픽셀에 대응되는 제1 포토레지스트 패턴들(318)을 형성할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 7b와는 상이하게, 완성되는 컬러 필터들(320, 도 6 참조)의 제거된 부분에 대응되는 부분에 대한 노광 및 현상 공정은 수행되지 않는다.
도 8c를 참조하면, 상기 제1 포토레지스트 패턴들(318) 상에 마스크 패턴(410)을 형성하고, 상기 마스크 패턴(410)을 이용하여 상기 제1 포토레지스트 패턴들(318)의 일부를 제거하여 제2 포토레지스트 패턴들(319)을 형성할 수 있다.
더욱 상세하게, 상기 마스크 패턴(410)은 상기 수광 영역(PHO)과 차단 영역(BLA)의 경계 부분을 포함한 일부분을 노출시킬 수 있다. 상기 노출된 부분을 전체적으로 또는 부분적으로 식각할 수 있다. 상기 식각 공정 후, 상기 마스크 패턴(410)은 제거될 수 있다. 특히, 상기 노출된 부분의 제1 포토레지스트 패턴(319)의 일부만을 제거하는 경우, 즉 상기 하부 평탄막(315)을 노출시키지 않도록 식각하는 경우, 마스크 패턴(410)을 이용하는 것이 바람직할 수 있다.
도 8d를 참조하면, 상기 제2 포토레지스트 패턴들(319)을 목적하는 색으로 염색하여 컬러 필터들(320)을 완성할 수 있다.
다른 실시예로, 상기 염색 공정은 제1 포토레지스트 패턴들(318)을 형성한 후, 마스크 패턴(410)을 형성하기 전에 수행될 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 식각된 컬러 필터들(320) 상에 마이크로 렌즈들(330)을 형성할 수 있다.
각각의 컬러 필터들(320) 상에 마이크로 렌즈들(330)을 형성할 수 있다. 상기 마이크로 렌즈(330)는 광투과성 포토레지스트(도시되지 않음)를 이용하여 형성될 수 있다. 상세하게, 상기 마이크로 렌즈(330)는 각각의 광전 변환부(110)들 상부에 포토레지스트 패턴들(도시되지 않음)을 형성한 후, 리플로우(reflow)시키거나 추가 식각을 통해 형성할 수 있다. 이에 따라 일정한 곡률을 가지며 위로 볼록한 형태의 마이크로 렌즈(330)가 형성될 수 있다.
상기 컬러 필터들(320)에 발생된 단차를 식각하지 않은 경우, 상기 단차 부분에 대응되는 마이크로 렌즈들(330)의 저면이 경사를 가짐으로써 목적하는 광전 변환부(110)로 광을 집광시키지 못할 수 있다. 그러나 본 발명의 실시예들에서 설명된 바와 같이 상기 컬러 필터들(320)의 일부를 제거함으로써 상기 마이크로 렌즈(330)의 저면을 평평하게 하여 목적하는 광전 변환부(110)로 광을 집광시킬 수 있다. 이로 인하여, 색 왜곡 없는 고 화질의 이미지 센서를 제공할 수 있다.
이 후, 후속 공정으로 상기 마이크로 렌즈(330)의 표면의 잔류 물질을 제거하는 공정이 수행될 수 있다. 그리고, 상기 마이크로 렌즈(330)의 형태를 유지시키기 위해 베이크 공정이 수행될 수도 있다.
선택적으로, 상기 컬러 필터들(320) 상에 광투과성이 우수한 폴리이미드 계열 또는 폴리아크릴 계열 등의 물질을 사용하여 상부 평탄막(325)이 형성될 수 있다.
본 실시예에서는 도 3a 및 도 3b의 이미지 센서를 제조하는 공정을 예시적으로 설명하였다. 도 3c의 이미지 센서는 도 7a 및 도 7b에서 그 식각 정도를 조절하여, 컬러 필터들의 일부를 제거함으로써 완성될 수 있다. 도 3d의 이미지 센서는 반도체층과 배선층의 위치를 변경함으로써 완성될 수 있다. 그러나 본 발명이 이미지 센서의 제조 공정을 이로 한정하는 것은 아니다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 포함하는 프로세서 기반 시스템을 나타내는 개략적 블록도이다.
도 10을 참조하면, 프로세서 기반 시스템(1000)은 이미지 센서(1100)의 출력 이미지를 처리하는 시스템이다.
시스템(1000)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(1000)은 버스(1001)를 통해 입출력(I/O) 소자(1300)와 커뮤니케이션할 수 있는 마이크로프로세서 등과 같은 중앙 정보 처리 장치(CPU; 1200)를 포함한다. 이미지 센서(1100)는 버스(1001) 또는 다른 통신 링크를 통해서 시스템과 커뮤니케이션할 수 있다. 또, 프로세서 기반 시스템(1000)은 버스(1001)를 통해 CPU(1200)와 커뮤니케이션할 수 있는 RAM(1400) 및/또는 포트(1500)을 더 포함할 수 있다.
포트(1500)는 비디오 카드, 사운드 카드, 메모리 카드, USB 소자 등을 커플링하거나, 또 다른 시스템과 데이터를 통신할 수 있는 포트일 수 있다. 이미지 센서(1100)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.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 포함하는 전자 장치를 나타내는 사시도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서는 모바일 폰(mobile phone; 2000)에 구비될 수 있다. 또한, 이미지 센서는 카메라(camera), 캠코더(camcorder), 개인 휴대용 정보 단말기(Personal Digital Assistant: PDA), 무선폰(wireless phone), 랩탑 컴퓨터(laptop computer), 광마우스(optical mouse), 팩시밀리(facsimile) 및 복사기(copying machine) 등과 같은 전자장치에 구비될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서는 망원경, 모바일 폰 핸드셋, 스캐너, 내시경, 지문인식장치, 장난감, 게임기, 가정용 로봇, 그리고 자동차 등과 같은 장치에도 구비될 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징으로 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 반도체층
110: 광전 변환부
200: 배선층
300: 광 투과층
310: 광차단막
320: 컬러 필터
330: 마이크로 렌즈

Claims (10)

  1. 광전 변환부들을 포함하며, 수광 영역 및 차광 영역을 포함하는 반도체층;
    상기 반도체층 일면 상에, 상기 차광 영역에 대응되는 위치에 배치되는 광차단막;
    상기 수광 영역 상의 상기 반도체층 및 상기 차광 영역 상의 광차단막 상에 배치되되, 상기 수광 영역과 상기 차광 영역 사이에서 상기 광차단막에 의해 단차를 가지며 배치되는 컬러 필터들, 상기 단차가 발생되는 부위에 대응되는 상기 컬러 필터들의 일부를 제거되고; 및
    상기 수광 영역 상에서, 상기 컬러 필터들 상에 배치되는 마이크로 렌즈들을 포함하는 이미지 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차광 영역은 상기 수광 영역의 외곽을 감싸는 영역이고,
    상기 수광 영역은 유효 이미지 영역 및 더미 영역을 포함하되,
    상기 더미 영역은 상기 유효 이미지 영역 및 상기 차광 영역 사이의 영역인 이미지 센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 컬러 필터들의 일부가 제거된 부분은 상기 차광 영역의 적어도 일부와 상기 더미 영역의 적어도 일부에 대응되는 이미지 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광전 변환부들 각각은 상기 컬러 필터들 각각 및 상기 마이크로 렌즈들 각각과 대응되는 이미지 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 컬러 필터들을 덮고, 그의 상면 상에 상기 마이크로 렌즈들이 배치되는 상부 평탄막을 더 포함하되,
    상기 상부 평탄막은 상기 컬러 필터들의 일부가 제거된 부분을 채우고,
    상기 컬러 필터들의 일부가 제거된 부분에 대응되는 마이크로 렌즈들의 저면이 평평한 이미지 센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광차단막 및 상기 컬러 필터들 사이 및 상기 반도체층과 상기 컬러 필터들 사이에 하부 평탄막을 더 포함하되,
    상기 컬러 필터들의 일부가 제거된 부분은 상기 하부 평탄막을 노출시키는 이미지 센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 반도체층의 일면에 대향되는 타면 상에 배치되는 배선층을 더 포함하는 이미지 센서.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 광차단막 및 상기 반도체층 사이에 배치되는 배선층을 더 포함하는 아미지 센서.
  9. 수광 영역 및 차광 영역을 포함하는 반도체층에 광전 변환부들을 형성하는 단계;
    상기 차광 영역에 대응되는 반도체층의 일면을 덮는 광차단막을 형성하는 단계;
    상기 차광 영역의 상기 광차단막 및 상기 수광 영역의 상기 반도체층 상에, 상기 광전 변환부들 각각에 대응하는 컬러 필터들을 형성하는 단계, 상기 컬러 필터들은 상기 차단 영역 및 상기 수광 영역 사이에서 상기 광차단막에 의해 단차를 갖도록 형성되고;
    상기 컬러 필터들의 단차 부위를 제거하는 단계; 및
    상기 일부가 제거된 컬러 필터들 상에, 상기 컬러 필터들 각각에 대응하는 마이크로 렌즈들을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 마이크로 렌즈들은 상기 수광 영역 상에 제공되는 이미지 센서의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 차광 영역은 상기 수광 영역의 외곽을 감싸며 영역이고,
    상기 수광 영역은 유효 이미지 영역 및 더미 영역을 포함하되,
    상기 더미 영역은 상기 유효 이미지 영역 및 상기 차광 영역 사이의 영역인 이미지 센서의 제조 방법.
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