KR20000041448A - 오목 마이크로렌즈를 갖는 이미지센서 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이미지센서 제조방법에 있어서, 적어도 광감지소자와 상기 광감지소자 상부에 층간절연막이 형성된 기판을 준비하는 단계; 상기 층간절연막 상에 빛 투과 재질의 절연막을 형성하는 단계; 상기 광감지소자와 오버랩된 영역의 상기 절연막을 일부두께 습식식각하여 오목한 반구형의 홈을 형성하는 단계; 상기 홈이 충분히 매립되도록 질화막을 형성하는 단계; 상기 절연막이 노출되도록 상기 질화막 상부를 식각하여 평탄화하는 단계; 및 칼라필터어레이를 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것으로, 본 발명에 따르면, 칼라필터 하부에서 상기절연막 및 질화막에 의해 오목 마이크로렌즈가 형성되어 있기 때문에 후속 조립공정시 마이크로렌즈에 의한 결함 발생을 방지할 수 있으며, 마이크로렌즈가 고온에 약한 폴리머가 아니라 고온에 강한 질화막이기 때문에 내열성이 우수한 이미지센서를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 이미지센서(image sensor) 제조방법에 관한 것으로, 특히 오목 마이크로렌즈(concave microlens)를 갖는 이미지센서 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지센서라 함은 광학 영상(optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체소자로서, 이중 전하결합소자(CCD : charge coupled device)는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 커패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 커패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, CMOS(Complementary MOS; 이하 CMOS) 이미지센서는 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소수만큼 MOS트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.
이러한 다양한 이미지센서를 제조함에 있어서, 이미지센서의 감광도(photo sensitivity)를 증가시키기 위한 노력들이 진행되고 있는바 그 중 하나가 집광기술이다. 예컨대, CMOS 이미지센서는 빛을 감지하는 광감지부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 CMOS 로직회로부분으로 구성되어 있는바, 광감도를 높이기 위해서는 전체 이미지센서 면적에서 광감지부분의 면적이 차지하는 비율(이를 통상 "Fill Factor"라 한다)을 크게 하려는 노력이 진행되고 있지만, 근본적으로 로직회로 부분을 제거할 수 없기 때문에 제한된 면적 하에서 이러한 노력에는 한계가 있다. 따라서 광감도를 높여주기 위하여 광감지부분 이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 바꿔서 광감지부분으로 모아주는 집광기술이 많이 연구되고 있다.
도1은 종래기술에 의한 집광기술을 보여주는 종래의 이미지센서를 개략적으로 나타낸 단면도로서, 도1에는 집광에 관련된 이미지센서의 주요부분만이 개략적으로 도시되어 있다.
도1을 참조하면, 종래의 이미지센서는 광감지소자(102a, 102b, 102c) 이외의 영역(103)으로 광이 입사되는 것을 방지하기 위하여 층간절연막(105a, 105b) 내에 광차폐층(light shield layer)(104)이 형성되어 있으며, 그 위로 칼라필터(106a, 106b, 106c)가 어레이되어 있고, 칼라필터 위에는 마이크로렌즈(108a, 108b, 108c)가 형성되어 있다. 통상적으로 광감지소자(102a, 102b, 102c)는 포토게이트 또는 포토다이오드 등으로 형성되며 광차폐층(104)은 금속층으로 형성된다. 칼라필터(106a, 106b, 106c)의 재료로는 염색된 포토레지스트가 주로 이용되고 있으며, 마이크로렌즈(108a, 108b, 108c)의 재료로는 폴리머 계열의 수지(resin)가 주로 이용된다. 광감지소자 102a에는 레드(Red)칼라필터 106a를 통과한 빛을 입사받으며, 입사되는 빛은 마이크로렌즈 108a를 통해 광감지소자 102a에 집광된다. 마찬가지로 그린(Green)칼라필터 106b 및 블루(Blue) 칼라필터 106c를 통과하는 빛은 그 상부에 형성된 마이크로렌즈 108b 및 108c에 의해 각각 집광되어 광감지소자 102b 및 102c에 입사된다. 잘 알려진 바와 같이, 층간절연막(105a, 105b)은 투명물질로서 통상 실리콘산화물계 박막이 적용되고, 칼라필터(106a, 106b, 106c) 상. 하부에는(도면에는 상부에만 도시되어 있음) 평탄화 또는 광투과도 향상을 목적으로 버퍼층(107)이 형성되는바, 이 역시 통상 실리콘산화물계 물질 또는 포토레지스트가 적용된다.
한편, 마이크로렌즈는 각 광감지소자의 구성 즉, 단위화소의 크기와 위치, 모양, 그리고 광감지소자의 깊이, 그리고 광차폐층의 높이, 위치, 크기 등등에 의해 결정되는 최적의 크기와 두께 그리고 곡률반경으로 형성되어야 한다.
그런데, 볼록렌즈 형상의 마이크로렌즈를 형성하는 방법은, 포토리소그라피 공정에 의해 레지스트 패턴을 형성하고 열처리에 의해 레지스트를 플로우시킨 다음, 베이킹(baking)을 실시하여 경화시키는 방법이 사용되고 있으나, 레지스트 물질 자체가 고온에 약하기 때문에 소자의 내열성이 떨어지는 문제점이 있다. 또한, 이러한 종래의 이미지센서는 소자의 최종 박막층이 마이크로렌즈의 폴리머이고 패턴이 볼록볼록하게 튀어나와 있음으로 인하여, 조립 공정인 후면 연마(back grinding)나 절단(sawing) 할 때 마이크로렌즈가 떨어진다든지 결함(defect) 등의 문제로 내구성이나 신뢰성에 문제가 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 칼라필터 하부에 오목형상으로 마이크로렌즈를 형성하여 조립공정시 마이크로렌즈에 의한 결함 발생을 방지하는 이미지센서 제조방법을 제공함을 그 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 고온에 약한 폴리머를 사용하지 않고 질화막을 사용하여 내열성이 우수한 이미지센서 제조방법을 제공하는데 있다.
도1은 종래의 이미지센서 구조를 개략적으로 나타낸 단면도.
도2a 내지 도2e는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서 제조방법을 나타내는 공정 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
102 : 광감지소자 104 : 광차폐층
105a, 105b : 층간절연막 201 : 절연막
202 : 포토레지스트패턴 203 : 홈
204 : 질화막 205 : 보호막 또는 반사방지막
106 : 칼라필터어레이
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 이미지센서 제조방법에 있어서, 적어도 광감지소자와 상기 광감지소자 상부에 층간절연막이 형성된 기판을 준비하는 단계; 상기 층간절연막 상에 빛 투과 재질의 절연막을 형성하는 단계; 상기 광감지소자와 오버랩된 영역의 상기 절연막을 일부두께 습식식각하여 오목한 반구형의 홈을 형성하는 단계; 상기 홈이 충분히 매립되도록 질화막을 형성하는 단계; 상기 절연막이 노출되도록 상기 질화막 상부를 식각하여 평탄화하는 단계; 및 칼라필터어레이를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따르면, 칼라필터 하부에서 상기절연막 및 질화막에 의해 오목 마이크로렌즈가 형성되어 있기 때문에 후속 조립공정시 마이크로렌즈에 의한 결함 발생을 방지할 수 있으며, 마이크로렌즈가 고온에 약한 폴리머가 아니라 고온에 강한 질화막이기 때문에 내열성이 우수한 이미지센서를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 도면에서 종래기술과 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였다.
도2a 내지 도2e는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서 제조방법을 나타내는 공정 단면도이다.
먼저, 도2a는 통상의 공정을 실시하여 광감지소자(102)와 광차폐층(104)을 형성한 다음, 층간절연막(105b) 상에 빛이 투과되는 투명재질의 절연막(201)을 형성한다. 절연막(201)의 두께는 마이크로렌즈가 형성될 만큼의 두께로 약 2∼8㎛ 정도로 형성한다. 그리고, 절연막(201)은 차후 형성될 마이크로렌즈 물질인 질화막 보다 굴절률이 작은 약 1.3∼1.6 정도의 굴절률을 갖는 산화물계열의 박막을 사용하는 것이 바람직하다.
이어서, 도2b를 참조하면, 광감지소자(102)와 오버랩된 지역이 오픈된 포토레지스트패턴(202)을 형성한 다음, 절연막(201)을 습식 식각하여 오목한 반구형의 홈(203)을 형성한다. 이때 습식 식각의 정도에 따라 오목 홈(203)의 크기가 결정되고 이는 결국 마이크로렌즈의 크기를 결정하게 된다. 습식 식각은 상기 절연막(201)이 산화막일 경우 HF와 NH4F등이 혼합된 BOE(buffered oxide etchant) 용액을 이용한다.
이어서, 도2c를 참조하면, 포토레지스트패턴(202)을 제거하고 오목 홈(203)이 충분히 매립될 정도의 두께로 질화막(204)을 형성한다. 질화막(204)은 절연막(201)보다 큰 1.8∼2.3 정도의 굴절률을 갖도록 한다.
이어서, 도2d를 참조하면, 상기 절연막(201)이 노출되도록 질화막(204)의 상부를 식각하여 기판 표면이 평탄화되도록 한다. 평탄화하는 방법은 잘 알려진 화학적기계적연마(CMP : chemical mechanical polishing) 또는 에치백(etch back) 등의 공정을 적용 가능하다.
도2e는 보호막 또는 반사방지막(205)을 형성한 다음, 칼라필터(106)를 어레이시켜 이미지센서 제조를 마친 상태를 보여주고 있다.
도2e를 참조하면, 본 발명의 이미지센서는, 광감지소자(102) 이외의 영역(103)으로 광이 입사되는 것을 방지하기 위하여 층간절연막(105a, 105b) 내에 광차폐층(104)이 형성되어 있고, 그 위로 절연막(201) 및 질화막(204)에 의한 접합형의 오목 마이크로렌즈가 형성되어 있다. 그리고 그 위로 보호막 등이 형성된 다음 칼라필터(106)가 어레이되는 구조를 갖고 있다.
결국, 칼라필터 하부에 오목 형상으로 마이크로렌즈가 형성되어 있기 때문에 후속 조립공정시 마이크로렌즈에 의한 결함 발생을 방지할 수 있으며, 마이크로렌즈가 고온에 약한 폴리머가 아니라 고온에 강한 질화막(204)이기 때문에 내열성이 우수한 이미지센서를 제공할 수 있다.
그리고, 본 실시예에서 광감지소자(102)는 포토게이트 또는 포토다이오드 등으로 형성 가능하며, 광차폐층(104)은 금속층으로 형성 가능하고, 칼라필터(106)는 염색된 포토레지스트 등을 사용할 수 있다. 그리고, 광이 투과되는 지역의 질화막(204) 하부 층간절연막(105a, 105b)은 투명물질로서 절연막(202)과 유사한 굴절률을 갖는 실리콘산화물계 박막을 적용한다.
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 상기 조립공정시 마이크로렌즈에 의한 결함 발생을 방지하여 내구성 및 신뢰성이 우수한 이미지센서를 제공할 수 있고, 또한 내열성이 우수한 이미지센서를 제공하는 탁월한 효과를 갖는다.
Claims (6)
- 이미지센서 제조방법에 있어서,적어도 광감지소자와 상기 광감지소자 상부에 층간절연막이 형성된 기판을 준비하는 단계;상기 층간절연막 상에 빛 투과 재질의 절연막을 형성하는 단계;상기 광감지소자와 오버랩된 영역의 상기 절연막을 일부두께 습식식각하여 오목한 반구형의 홈을 형성하는 단계;상기 홈이 충분히 매립되도록 질화막을 형성하는 단계;상기 절연막이 노출되도록 상기 질화막 상부를 식각하여 평탄화하는 단계; 및칼라필터어레이를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 이미지센서 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 절연막은 1.3∼1.6의 굴절률을 갖는 산화물계열의 박막임을 특징으로 하는 이미지센서 제조방법.
- 제1항에 또는 제2항에 있어서,상기 절연막은 2∼8㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조방법.
- 제2항에 있어서,상기 습식식각은 HF 와 NH4F가 포함된 BOE 용액에서 실시함을 특징으로 하는 이미지센서 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 질화막은 1.8∼2.3의 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 평탄화하는 단계는 화학적기계적연마 또는 에치백에 의해 이루어짐을 특징으로 하는 이미지센서 제조방법.
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- 1998-12-22 KR KR1019980057307A patent/KR20000041448A/ko not_active Application Discontinuation
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |