KR20000003924A - 분광장치를 갖는 이미지센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 염색된 포토레지스트와 같은 별도의 칼라필터용 물질을 사용함이 없이 칼라 이미지를 구현 가능한 이미지센서를 제공하고자 하는 것으로, 이를 위한 본 발명의 이미지센서는, 칼라 이미지를 구현하기 위한 이미지센서에 있어서, 반도체기판에 형성된 광감지소자어레이; 및 상기 광감지소자어레이의 상부에 형성되고, 외부로부터 입사되는 빛을 분광하여 분광된 3원색 빛을 대응되는 상기 광감지소자로 굴절시켜 전달하는 분광수단을 포함하여 이루어진다.

Description

분광장치를 갖는 이미지센서

본 발명은 이미지센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 칼라필터어레이(CFA : Color Filter Array)를 사용하지 않고 칼라 이미지를 구현가능한 이미지센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.

도1은 통상적인 칼라필터어레이를 갖는 이미지센서의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도로서, 도1을 참조하면, 종래에는 칼라 이미지를 구현하기 위하여 광감지소자(12) 및 절연막(14) 등이 형성되어 있는 기판 상에서 각 광감지소자(12)에 대응되는 위치에 색깔별 투과도 특성을 갖는 칼라필터(14)를 어레이하여 이미지센서를 구성하였다. 칼라필터어레이는 통상 청색(Blue), 녹색(Green)및 적색(Red)의 3가지 칼라로 이루어지며, 노랑색(Yellow), 자홍색 (Magenta) 및 청록색(Cyan)의 3가지 칼라로 이루질수 있다.

칼라필터어레이를 위한 공정은 여러 가지가 있으나, 그 중 염료를 포함한 포토레지스트를 칼라필터 물질로 사용하여 선택적 노광, 현상 및 큐어링(curing)을 통해 패터닝하는 기술이 보편적이고 용이한 것으로 알려져 있다. 구체적으로 그 공정을 살펴보면, 먼저 적색 칼라의 포토레지스트를 코팅하고 이 적색 칼라의 포토레지스트를 선택적 노광 및 현상한 후 큐어링하여 적색 칼라필터를 패터닝한다. 이어서, 적색 칼라필터 패턴이 형성된 기판 전면에 청색 칼라의 포토레지스트를 코팅하고 이 청색 칼라의 포토레지스트를 선택적 노광 및 현상한 후 큐어링하여 청색 칼라필터를 패터닝한다. 그리고 마지막으로, 적색 및 청색 칼라필터 패턴이 형성된 기판 전면에 녹색 칼라의 포토레지스트를 코팅하고 이 녹색 칼라의 포토레지스트를 선택적 노광 및 현상한 후 큐어링하여 녹색 칼라필터를 패터닝한다.

그런데, 이러한 종래의 칼라필터어레이 방법은 공정이 매우 복잡하고, 공정중 포토레지스트의 코팅 특성상 두 번째 이후 칼라필터 패턴부터는 먼저 형성된 다른 칼라필터 패턴과 높낮이차를 발생하게 된다. 특히 세번째 칼라필터 패턴은 평탄화 현상이 너무 심하여 심한 두께차까지 유발하여 균일한 색투과도를 얻기가 용이하지 않다. 또한, 칼라필터를 어레이하기 전에 패키지시의 와이어 본딩을 위해 금속막(18)의 일부를 노출시킨 패드(10)를 형성하게 되는데, 노출된 금속막)18)의 표면이 칼라필터어레이 공정 동안에 심하게 부식되는 현상이 발생한다. 그리고, 칼라를 만들기 위하여 포함 된 중금속 성분은 환경문제를 야기시킨다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 염색된 포토레지스트와 같은 별도의 칼라필터용 물질을 사용함이 없이 칼라 이미지를 구현 가능한 이미지센서를 제공하는데 목적이 있다.

도1은 종래기술에 따라 칼라필터어레이를 사용하는 이미지센서의 개략적 단면도.

도2a는 단 파장에 대한 빛의 굴절율 관계를 설명하기 위한 도면.

도2b는 프리즘을 통과한 가시광선의 분광을 나타내는 도면.

도3은 본 발명에 따른 이미지센서의 개략적 단면도.

도4a 내지 도4g는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서 제조방법을 나타내는 공정단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

310 : 광감지소자어레이 320 : 절연막

330 : 투명절연막 340 : 차광패턴

350 : 분광수단

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이미지센서는, 칼라 이미지를 구현하기 위한 이미지센서에 있어서, 반도체기판에 형성된 광감지소자어레이; 및 상기 광감지소자어레이의 상부에 형성되고, 외부로부터 입사되는 빛을 분광하여 분광된 3원색 빛을 대응되는 상기 광감지소자로 굴절시켜 전달하는 분광수단을 포함하여 이루어진다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 기술적 사상 및 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

먼저, 도2a에는 매질을 투과하는 단일 파장의 빛의 굴절을 도시하였다. 굴절계수(Refractive Index) n인 매질로부터 굴절계수가 n'인 매질로 투과하는 빛의 굴절각'는 입사각에 대해서 아래 수학식 1의 관계를 갖는다(Snell's Law).

굴절계수 값은 물질의 고유의 성질이며 투과 광의 파장에 대한 함수이고 파장이 짧을 수록 증가하여 결국 짧은 파장의 빛은 상대적으로 많이 꺾이게 된다.

따라서, 도2b에 도시된 바와 같이, 빛의 3원색인 적색(Red, 파장: 600∼700 nm), 녹색(Green, 파장: 500∼600 nm), 청색(Blue, 파장: 400∼500 nm)은 프리즘(Prism)을 투과하면서 분리가 이루어진다.

본 발명은 이와 같은 원리를 이용하여 칼라필터어레이 없이 프리즘과 같은 장치를 광감지소자의 상부에 형성함으로써 칼라 이미지를 구현하는 것이다.

도3은 본 발명에 따른 이미지센서의 개략적 단면도로서, 도3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이미지센서는, 반도체기판(도면에 도시되지 않음)에 형성된 광감지소자어레이(310)와, 상기 광감지소자어레이(310) 상부에 형성되고, 외부로부터 입사되는 빛을 분광하여 분광된 3원색 빛을 대응되는 상기 광감지소자로 굴절시켜 전달하는 분광장치(350)을 포함한다. 그리고, 상기 광감지소자어레이와 상기 분광수단 사이에는 절연막(320)을 개재하는 바, 상기 절연막의 두께는 상기 분광장치를 투과한 빛이 대응되는 상기 광감지소자에 전달되도록, 상기 광감지소자의 배열과 함께 최적화되어 있다.

상기 분광장치(350)는, 소정부위가 오픈되어 슬릿을 형성하는 차광패턴(340)과, 상기 차광패턴의 하부에 형성되고 상기 슬릿 하부에서 그 표면이 소정의 경사를 가지는 투명절연막(340)으로 실시 구성할 수 있다. 상기 투명절연막(330)은 SiO₂및 Si₃N₄중 어느하나로 실시 구성하고, 상기 투명절연막(330)은 상기 슬릿에 의해 노출된 표면이 상기 반도체기판과 수평방향에서 10∼80°의 경사를 갖도록 구성한다. 그리고, 상기 차광패턴(340)은 가시광선에 투과성이 없는 고분자 물질박막 또는 유기 및 무기 염료의 혼합 물질박막으로 실시 구성할 수 있고, 상기 슬릿은 가로 0.5㎛∼500㎛, 세로 0.5㎛∼5000㎛ 범위의 크기를 갖도록 구성한다.

이와 같이, 광감지소자어레이 상단에 프리즘 역할을 하는 장치를 구성하게 되면, 빛의 3원색을 칼라필터어레이 없이도 감지 가능하게 된다.

도4a 내지 도4g는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서 제조방법을 나타내는 공정단면도로서, 분광장치의 형성방법을 구체적으로 도시하였다.

먼저, 도4a는 공지의 방법으로 광감지소자 및 절연막 등이 형성된 기판(41)을 준비한 다음, 그 기판 상에 굴절계수(R.I)값이 큰 물질인 SiO₂박막(42)을 증착한 상태이다. 이어서, 도4b와 같이 SiO₂박막(42) 상에 포토레지스트 패턴(43)을 형성하고, 도4c와 같이 습식식각을 통해 SiO₂박막(42) 표면에 원하는 경사를 갖는 요부(44)를 형성한다.

계속해서, 도4d와 같이 포토레지스트 패턴(43)를 제거한 후, 도4e와 같이 차광패턴을 만들기 위하여 빛이 투과되지 않는 검은물질(Black material) 박막(45)을 도포하고, 도4f와 같이 슬릿을 형성하기 위하여 다시 포토레지스트 패턴(46)을 형성한 후, 도4g와 같이 O₂가 함유된 건식 식각법을 이용하여 비등방성 건식식각(anisotropic dry etch)으로 슬릿(47)을 형성하고 포토레지스트패턴(46)을 제거한다.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명은 이미지센서 상에 고가의 칼라필터를 형성할 필요가 없으므로 제조 단가가 저렴하고, 칼라필터 제조시 발생하는 두께차 혹은 불균일막으로 인한 색깔 변화차가 없고 균일한 칼라를 얻을 수 있으며, 또한 패드 오픈 지역에서의 금속막 부식 염려가 없다. 더욱이 열에 약한 칼라필터가 없으므로 패키지(Package)시 필요한 열공정(100℃ 이상)의 제약이 없다.

Claims (7)

1. 칼라 이미지를 구현하기 위한 이미지센서에 있어서,

   반도체기판에 형성된 광감지소자어레이; 및

   상기 광감지소자어레이의 상부에 형성되고, 외부로부터 입사되는 빛을 분광하여 분광된 3원색 빛을 대응되는 상기 광감지소자로 굴절시켜 전달하는 분광수단

   을 포함하여 이루어진 이미지센서.
2. 제1항에 있어서,

   상기 광감지소자어레이와 상기 분광수단 사이에 절연막을 개재하며, 상기 절연막의 두께는 상기 분광수단을 투과한 빛이 대응되는 상기 광감지소자에 전달되도록 최적화된 것을 특징으로 하는 이미지센서.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 분광수단은,

   소정부위가 오픈되어 슬릿을 형성하는 차광패턴; 및

   상기 차광패턴의 하부에 형성되고, 상기 슬릿 하부에서 그 표면이 소정의 경사를 가지는 투명절연막을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서.
4. 제3항에 있어서,

   상기 투명절연막은 SiO₂및 Si₃N₄중 어느하나인 것을 특징으로 하는 이미지센서.
5. 제3항에 있어서,

   상기 투명절연막은 상기 슬릿에 의해 노출된 표면이 상기 반도체기판과 수평방향에서 10∼80°의 경사를 갖는 것을 특징으로 하는 이미지센서.
6. 제3항에 있어서,

   상기 차광패턴은 가시광선에 투과성이 없는 고분자 물질박막 또는 유기 및 무기 염료의 혼합 물질박막인 것을 특징으로 하는 이미지센서.
7. 제6항에 있어서,

   상기 슬릿은 가로 0.5㎛∼500㎛, 세로 0.5㎛∼5000㎛ 범위의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 이미지센서.