KR20000041458A - Method for forming color filter array using chemical and mechanical polishing - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 칼라 이미지(color image)를 구현하는 이미지센서 제조방법에 관한 것으로, 특히 칼라 필터 어레이(CFA : Color Filter Array) 공정에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing an image sensor for implementing a color image, and more particularly, to a color filter array (CFA) process.
통상 칼라 이미지센서 제조 공정은, CMOS 기술 또는 CCD 기술에 의해 소자를 형성한 다음, 소자 보호를 위한 절연막(보호막)을 형성하고 그 상부에 칼라 필터를 어레이하게 된다. 이러한 칼라 필터 어레이 공정은 절연막 상에 예컨대 레드(Red), 블루(Blue) 및 그린(Green)과 같은 3원색 칼라를 각 픽셀(pixel)에 대응되도록 어레이하기 위해서 3번의 포토리소그라피(Photolithography) 공정을 거쳐야 한다.In the process of manufacturing a color image sensor, an element is formed by a CMOS technique or a CCD technique, and then an insulating film (protective layer) for protecting the element is formed and the color filter is arrayed thereon. This color filter array process uses three photolithography processes to array three primary colors such as red, blue, and green on each insulating film so as to correspond to each pixel. You have to go through.
도1은 칼라필터가 어레이된 상태를 나타내는 평면도로서, 기판의 디자인(design)에 따라 달라질 수 있으나, 도1에는 레드(R), 블루(B) 및 그린(G)이 각각 1:1:2의 비율로 배열되어 있다. 각 픽셀에는 포토다이오드 또는 포토게이트와 같은 광감지소자가 있어 선택적으로 빛(light)을 필터링(filtering)하게 된다.FIG. 1 is a plan view showing a state in which color filters are arranged, and may vary according to the design of a substrate. In FIG. 1, red (R), blue (B), and green (G) are 1: 1: 2, respectively. Are arranged at the ratio of. Each pixel has a photosensitive element, such as a photodiode or photogate, to selectively filter light.
도2a 내지 도2c는 도1과 같은 칼라필터어레이를 구현하기 위한 공정 순서별 평면도로서, 도2a는 기판(절연막) 상에 레드칼라필터물질을 코팅하고, 선택적 노광 및 현상 공정을 거쳐서 레드칼라필터(R)를 패터닝한 상태이다. 이어서, 도2b는 레드칼라필터(R)가 패터닝된 상태의 기판에 다시 블루칼라필터물질을 코팅하고 선택적 노광 및 현상 공정을 거쳐서 블루칼라필터(B)를 패터닝한 상태이다. 그리고, 도2c는 도2b 의 상태에서 또 다시 그린칼라필터물질을 코팅하고, 선택적 노광 및 현상 공정을 거쳐서 그린칼라필터(R)를 패터닝한 상태이다. 이와 같이, 칼라필터어레이 공정이 3번의 리소그라피 공정이 실시되어야 한다.2A to 2C are plan views according to the order of processes for implementing the color filter array as shown in FIG. 1, and FIG. 2A shows a red color filter material coated on a substrate (insulating film) and subjected to selective exposure and development processes. R) is patterned. Subsequently, in FIG. 2B, the blue color filter material is coated on the substrate in which the red color filter R is patterned, and the blue color filter B is patterned through a selective exposure and development process. 2C is a state in which the green color filter material is coated again in the state of FIG. 2B and the green color filter R is patterned through a selective exposure and development process. As such, the color filter array process must be subjected to three lithography processes.
칼라필터용 물질(material)은 일반적으로 두 가지 종류가 있다. 그 중 하나는 염색된 포토레지스트(Dyed photoresist)이고, 다른 하나는 피그먼트형(pigment type) 포토레지스트이다. 각각의 물질은 각각 장단점을 가지고 있어, 이미지센서 제조 회사에서는 자신들의 디바이스 장점을 극대화시킬 수 있는 방법들을 사용하고 있다. 특히, 염색된 포토레지스트는 염료(dye)의 분자 크기가 작아서 픽셀 표면이 아주 매끄러운 장점을 가지고 있으나, 열적 안정성(thermal stability)이 아주 나쁜 특성이 있어 이후의 큐어링(curing) 공정이나 패키지(package) 공정에서 불리한 단점이 있다. 반면에 피그먼트형 포토레지스트는 열적 안정성이 매우 우수하나, 입자의 크기가 분자 수준을 넘기 때문에 포토리소그라피 공정을 통해 패터닝 했을때 그 표면이 매우 거칠어진다.There are generally two kinds of materials for color filters. One is a dyed photoresist and the other is a pigment type photoresist. Each material has advantages and disadvantages, so image sensor manufacturers are using methods to maximize their device advantages. In particular, the dyed photoresist has the advantage of a very smooth pixel surface due to the small molecular size of the dye, but the thermal stability is very poor, so that the subsequent curing process or package ) Has disadvantages in the process. Pigment-type photoresist, on the other hand, has excellent thermal stability, but the surface becomes very rough when patterned through the photolithography process because the particle size exceeds the molecular level.
도3에는 피그먼트형 포토레지스트가 패터닝된 상태가 도시되어 있다. 도3을 참조하면, 리소그라피 공정에 의해 형성된 피그먼트형 포토레지스트 패턴(310)은 그 표면이 매우 거칠게 형성되어 있음을 알 수 있고, 이에 의해 빛이 입사되었을 때 표면의 거칠음(roughness)으로 인하여 입사되는 빛이 산란(scattering)하게 되며, 결과적으로 포토레지스트 패턴(310) 하단의 광감지소자(320)로 입사되는 빛의 총량이 감소하게 된다. 이는 이미지센서의 광감도를 크게 저하시켜 이미지센서의 성능을 크게 저하시키는 요인이 된다. 또한 3원색이 어레이된 경우 다른 색깔에 해당하는 이웃하는 패턴으로 영향이 발생할 수 있어 색 번짐 현상이 발생할 수도 있다.3 shows a state in which the pigmented photoresist is patterned. Referring to FIG. 3, it can be seen that the surface of the pigment-type photoresist pattern 310 formed by the lithography process is formed to be very rough, whereby incident light is caused due to the roughness of the surface when light is incident. The light is scattered, and as a result, the total amount of light incident on the photosensitive device 320 under the photoresist pattern 310 is reduced. This greatly reduces the light sensitivity of the image sensor, which is a factor that greatly reduces the performance of the image sensor. In addition, when the three primary colors are arrayed, an influence may occur in a neighboring pattern corresponding to another color, and thus color bleeding may occur.
한편, 패터닝 후에도 표면이 매끄러운 염색된 포토레지스트(Dyed photoresist)를 사용하는 경우에도, 3원색 칼라필터가 모두 어레이되면 도4에 도시된 바와 같이 각 칼라필터(R, G, B) 간에 두께차이가 발생하여 전체적인 기판 표면이 평탄하지 않게 된다. 이는 포토레지스트의 평탄화(planarization) 특성에 기인한 것이다. 즉, 넓은 지역에서는 보다 얇게 도포되고 좁은지역에서는 상대적으로 두껍게 도포되는 특성에 기인한 것이다. 이에 의해 역시 유입되는 그린 빛의 총량이 감소하거나, 픽셀간의 광투과 균일도가 저하되며, 또한, 그린칼라필터 패턴의 측면 각도에 의해 측면 반사가 발생하게 된다.On the other hand, even in the case of using a dyed photoresist having a smooth surface even after patterning, when all three primary color filters are arrayed, as shown in FIG. 4, the thickness difference between the color filters R, G, and B is different. Occurs and the entire substrate surface is not flat. This is due to the planarization characteristics of the photoresist. That is, it is due to the characteristics of thinner coating in a wide area and relatively thick coating in a narrow area. As a result, the total amount of incoming green light also decreases, or the light transmittance uniformity between pixels decreases, and the side reflection occurs due to the side angle of the green color filter pattern.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 열적 안정성이 우수하면서도 그 표면이 매끄러운 칼라필터 패턴을 형성하여 이미지센서의 광감도를 향상시키는 칼라필터어레이 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a color filter array method for improving the photosensitivity of an image sensor by forming a color filter pattern having excellent thermal stability but having a smooth surface thereof.
본 발명의 다른 목적은 3원색 칼라필터 간의 두께차이에서 발생되는 단차를 제거하여 이미지센서의 광감도를 향상시키는 칼라필터어레이 방법을 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide a color filter array method for improving light sensitivity of an image sensor by removing a step generated from a thickness difference between three primary color filters.
도1은 칼라필터가 어레이된 상태를 나타내는 평면도,1 is a plan view showing a state in which color filters are arranged;
도2a 내지 도2c는 도1과 같은 칼라필터어레이를 구현하기 위한 공정 순서별 평면도,2a to 2c is a plan view for each process sequence for implementing the color filter array as shown in FIG.
도3은 피그먼트형 포토레지스트가 패터닝된 상태의 단면도,3 is a cross-sectional view of the pigmented photoresist in a patterned state;
도4는 3원색 칼라필터가 어레이된 상태의 평면도,4 is a plan view of a state in which three primary color filters are arranged;
도5 내지 도7은 본 발명의 실시예들을 보여주는 공정 단면도.5 to 7 are process cross-sectional views showing embodiments of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
R : 레드칼라필터 B : 블루칼라필터R: Red color filter B: Blue color filter
G : 그린칼라필터 710 : 그린칼라필터용 포토레지스트G: Green color filter 710: Photoresist for green color filter
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 이미지센서의 칼라필터어레이 방법에 있어서, 기판상에 칼라필터 형성을 위한 피그먼트형 포토레지스트를 도포하는 단계; 포토리소그라피 공정에 의해 상기 포토레지스트를 패터닝하는 단계; 및 상기 패터닝된 포토레지스트의 표면을 화학적기계적연마하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a color filter array method of an image sensor, comprising: applying a pigmented photoresist for forming a color filter on a substrate; Patterning the photoresist by a photolithography process; And chemical mechanical polishing the surface of the patterned photoresist.
또한 본 발명은 이미지센서의 칼라필터어레이 방법에 있어서, 기판상에 제1칼라필터, 제2칼라필터 및 제3칼라필터를 포토리소그라피 공정에 의해 순서적으로 패터닝하는 제1단계; 및 상기 제1칼라필터의 표면이 연마되도록 상기 제1단계가 완료된 결과물 상부를 화학적기계적연마하는 제2단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The present invention also provides a color filter array method of an image sensor, comprising: a first step of sequentially patterning a first color filter, a second color filter, and a third color filter on a substrate by a photolithography process; And a second step of chemically mechanically polishing the upper part of the resultant product in which the first step is completed so that the surface of the first color filter is polished.
또한 본 발명은 이미지센서의 칼라필터어레이 방법에 있어서, 기판상에 제1칼라필터 및 제2칼라필터를 순서적으로 패터닝하는 제1단계; 및 상기 제1단계가 완료된 결과물 상에 제3칼라필터용 포토레지스트를 도포하는 제2단계; 및 상기 제1칼라필터의 표면이 연마되도록 상기 제2단계가 완료된 결과물 상부를 화학적기계적연마하는 제3단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The present invention also provides a color filter array method of an image sensor, comprising: a first step of sequentially patterning a first color filter and a second color filter on a substrate; And a second step of applying a third color filter photoresist on the resultant product of which the first step is completed; And a third step of chemically mechanically polishing the upper part of the resultant product after the second step is completed so that the surface of the first color filter is polished.
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.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. do.
본 발명은, 화학적기계적연마(CMP : chemical mechanical polishing) 공정을 적용하므로써 피그먼트형 포토레지스트를 사용하는 칼라필터어레이 공정과 염색된 포토레지스트를 사용하는 칼라필터어레이 공정 모두에서 칼라필터어레이의 평탄화를 이루고자 하는 것이다.By applying a chemical mechanical polishing (CMP) process, the present invention provides flattening of the color filter array in both a color filter array process using a pigmented photoresist and a color filter array process using a dyed photoresist. It is to achieve.
도5에는 아주 거칠은 피그먼트형 포토레지스트 패턴(500)(칼라필터)의 표면을 화학적기계적연마하므로서, 그 표면이 매끈한 포토레지스트 패턴(500A)을 형성한 상태이다. 참고적으로 포토레지스트 패턴(500)의 측벽도 역시 거칠게 형성되나 그 측벽은 종래기술에서의 문제점 유발(광감도 영향)에 직접적인 원인을 제공하지 않기 때문에 도면에서는 편의상 매끈하게 도시하였다. 잘 알려져 있지만 화학적기계적연마 공정은 웨이퍼의 표면을 화학적으로 변화시켜, 표면에 결합이 약한 층을 순간적으로 형성한 후 형성된 층을 기계적으로 제거하는 공정이다. 화학적기계적연마 공정에 공급되는 슬러리(slurry)는 화학적인 반응을 일으킬 수 있는 분위기의 용액에 연마재(abrasive)가 혼합되어 있으며, 웨이퍼 표면을 기계적으로 연마하는 공정은 웨이퍼에 압력이 가해지고 웨이퍼 캐리어(carrier)와 폴리싱 패드(polishing pad)가 동시에 회전하는 동작을 통해서 이루어진다.In Fig. 5, the surface of the very rough pigmented photoresist pattern 500 (color filter) is chemically mechanically polished to form a smooth photoresist pattern 500A. For reference, the sidewalls of the photoresist pattern 500 are also rough, but the sidewalls of the photoresist pattern 500 are smoothly illustrated in the drawings because they do not provide a direct cause of the problem in the prior art. Although well known, the chemical mechanical polishing process chemically changes the surface of a wafer to instantaneously form a weak bonding layer on the surface, and then mechanically removes the formed layer. The slurry supplied to the chemical mechanical polishing process is mixed with an abrasive in a solution capable of causing a chemical reaction, and the process of mechanically polishing the wafer surface is pressurized to the wafer and the wafer carrier ( The carrier and the polishing pad are polished at the same time.
도6은 레드칼라필터(R), 블루칼라필터(B) 및 그린칼라필터(G)가 순서적으로 패터닝되었을 때 발생되는 단차를 화학적기계적연마에 의해 평탄화한 것을 보여준다. 연마 정지선은 첫 번째로 형성된 칼라필터인 레드칼라필터의 표면이 약간 제거될 때까지로 설정하면 된다. 이때에는 칼라필터 물질로서 피그먼트형 또는 염색된 포토레지스트를 사용할 경우 모두 적용 가능하다. 피그먼트형 포토레지스트를 사용하는 경우에는 표면 거칠음의 제거로 인하여 단위 광감지소자에 대한 광감도 향상 및 광감지소자들 간의 광감도 군일도를 개선할 수 있고, 소자의 열적 안정성 개선할 수 있다.FIG. 6 shows that the level difference generated when the red color filter R, the blue color filter B, and the green color filter G are patterned in sequence is flattened by chemical mechanical polishing. The polishing stop line may be set until the surface of the red color filter, which is the first color filter, is slightly removed. In this case, both pigment type or dyed photoresist may be used as the color filter material. In the case of using a pigmented photoresist, the surface roughness can be eliminated, thereby improving the light sensitivity of the unit photosensitive device and the light sensitivity grouping between the photosensitive devices, thereby improving thermal stability of the device.
도7은 본 발명의 또다른 실시예로서, 레드칼라필터(R)와 블루칼라필터(B)를 패터닝한 다음, 그린칼라필터용 포토레지스트(710)를 도포한 다음, 노광 및 현상 공정을 거치지 않고 바로 레드칼라필터(R)의 표면이 약간 연마되도록 화학적기계적연마를 실시하는 경우를 보여주고 있다.7 is a further embodiment of the present invention, after patterning the red color filter (R) and the blue color filter (B), and then applying a green color filter photoresist 710, and then subjected to the exposure and development process It is shown that the chemical mechanical polishing is performed so that the surface of the red color filter R is slightly polished.
본 발명은 CMOS 이미지센서 또는 CCD 이미지센서에 모두 적용 가능하며, 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.The present invention is applicable to both a CMOS image sensor or a CCD image sensor, the technical spirit of the present invention has been described in detail according to the preferred embodiment, but the above embodiment is for the purpose of illustration and not for the limitation. Care must be taken. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 각 칼라필터 또는 칼라필터어레이의 표면을 매끈하게 평탄화하여주므로, 광감도를 향상시킬 수 잇기 때문에, 마이크로렌즈(microlens) 형성 공정을 생략할 수 있는 바, 이는 마이크로렌즈 형성을 위한 공정시 발생되는 여러 문제점을 미연에 없앨 수 있으므로, 소자의 수율 향상 및 신뢰성 향상에 크게 기여할 것이다. 즉, 실제 이미지센서를 제조함에 있어, 그 제조사들은 광감지소자로 흡수되는 빛의 양이 적기 때문에 칼라필터 위에 마이크로렌즈라는 새로운 물질을 추가로 패터닝하는 경우도 있는데, 이 마이크로렌즈는 일종의 집광 렌즈 역할을 하는 매개체가 되어 빛을 최대한 모으는 역할을 하지만, 이러한 공정의 추가는 제품의 단가를 높임은 물론이고 제품 수율이나 공정 수율에도 악영향을 끼친다. 또한, 피그먼트형 포토레지스트는 염색된 포토레지스트 보다 일반적으로 가격(price)이 매우 싸다. 따라서 값이 싼 피그먼트형 포토레지스트를 사용하면서 화학적기계적연마 기술을 적용한다면 경제적인 측면과 품질적인 측면에서 동시에 이점을 획득할 수 있게 된다.As described above, since the present invention smoothly flattens the surface of each color filter or the color filter array, the light sensitivity can be improved, and thus the microlens forming process can be omitted. Since various problems occurring in the process for forming can be eliminated in advance, it will greatly contribute to improving the yield and reliability of the device. In other words, in manufacturing an actual image sensor, the manufacturer may additionally pattern a new material called a microlens on the color filter because the amount of light absorbed by the photosensitive device is small, which acts as a kind of condenser lens. Although it acts as a medium to collect light as much as possible, the addition of this process not only increases the unit cost of the product but also adversely affects the product yield or process yield. Also, pigmented photoresists are generally much cheaper than dyed photoresists. Therefore, if the chemical mechanical polishing technique is used while using the inexpensive pigment type photoresist, it is possible to simultaneously obtain the advantages in terms of economy and quality.
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Cited By (2)
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1998
- 1998-12-22 KR KR1019980057317A patent/KR20000041458A/en not_active Application Discontinuation
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |