KR20000044585A - 높은 광감도를 갖는 이미지센서 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광감도가 증대된 이미지센서 및 그 제조방법 제공하고자 하는 것으로, 이를 위한 본 발명의 이미지센서는, 픽셀 어레이 상부에 형성된 칼라필터어레이; 상기 칼라필터어레이 상에 형성되며, 이웃하는 마이크로렌즈 간의 분리 지역에서 자신의 상단부에 그 측벽이 경사진 홈이 형성된 OCM막; 및 상기 OCM막 상에 형성되며 수평적으로 서로 분리된 적어도 두 개의 상기 마이크로렌즈를 포함하여 이루어진다. 또한 본 발명의 이미지센서 제조방법은, 픽셀 어레이를 포함하는 관련된 소자들이 형성된 기판을 준비하는 제1단계; 상기 기판 상에 보호막을 형성하고, 상기 픽셀어레이 지역의 상기 보호막 상에 칼라필터어레이를 형성하는 제2단계; 상기 제2단계가 완료된 결과물 전면에 평탄화된 OCM막을 형성하는 제3단계: 상기 OCM막 상에 마이크로렌즈용 복합다중체물질을 도포하고 노광 및 현상하여 복합다중체물질 패턴을 형성하는 제4단계; 상기 패턴을 플로우시켜 마이크로렌즈를 형성하기 위한 플로우를 실시하는 제5단계; 및 상기 마이크로렌즈를 식각마스크로하여 노출된 상기 OCM막의 일부두께를 비등방성 식각하여 그 측벽이 경사진 홈을 형성하는 제6단계를 포함하여 이루어진다.
Description
본 발명은 이미지센서(Image sensor) 제조방법에 관한 것으로, 특히 높은 광감도를 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 있으며, 그 중 하나가 칼라필터 상에 마이크로렌즈(micro lens)를 형성하는 방법이다.
도1은 종래기술에 의한 집광기술을 보여주는 종래의 이미지센서를 개략적으로 나타낸 단면도로서, 도1에는 집광에 관련된 이미지센서의 주요부분만이 개략적으로 도시되어 있다.
도1을 참조하면, 종래의 이미지센서는 광감지소자(101) 이외의 영역으로 광이 입사되는 것을 방지하기 위하여 층간절연막(102) 내에 광차폐층(light shield layer)(103)이 형성되어 있으며, 그 위로 보호막(104)이 형성되고, 보호막(104) 상에 칼라필터(105)가 어레이되어 있다. 그리고, 칼라필터(105) 위에는 마이크로렌즈의 균일한 제조와 포커스 길이(focal length) 조절을 목적으로 적용되는 OCM(Over Coating Material)층(106)이 형성되고, 그 상부에 마이크로렌즈(107)가 형성되어 있다. 통상적으로 광감지소자(101)는 포토게이트 또는 포토다이오드 등으로 형성되며 광차폐층(104)은 금속층으로 형성된다. 칼라필터(105)의 재료로는 염색된 포토레지스트와 같은 복합다중체(polymer)가 주로 이용되고 있으며, 마이크로렌즈(107) 역시 복합다중체가 주로 이용되고, 층간절연막(102)은 투명물질로서 통상 실리콘산화물계 박막이 적용된다.
그러나, 이와 같은 종래의 이미지센서는 문제점을 가지고 있는바, 이를 언급해본다.
마이크로렌즈는 노광 및 현상과, 플로우를 위한 열공정에 의해 형성되는바, 이웃한 렌즈들간에 서로 붙어 버리는 것을 방지하기 위하여 이웃하는 마이크로렌즈 사이에 공간을 둘 수밖에 없는데 이 부분으로 입사되는 빛은 광감지소자로 전달할 수가 없다. 도2는 서로 이웃하는 마이크로렌즈(107) 사이의 공간이 Δw의 간격으로 떨어져 있을 때, 이 곳으로 입사되는 빛이 광감지소자(101)로 입사되지 못하고 있음을 잘 보여주고 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 종래에 비해 광감도가 증대된 이미지센서 및 그 제조방법 제공하는데 목적이 있다.
도1 및 도2는 종래기술에 의한 집광기술을 보여주는 종래의 이미지센서를 개략적으로 나타낸 단면도,
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지센서를 개략적으로 나타낸 단면도,
도4a 내지 도4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지센서 제조방법을 나타내는 공정 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
101 : 광감지소자 102 : 층간절연막
105 : 칼라필터 106 : OCM막
200 : 그 측벽이 경사진 홈 107 : 마이크로렌즈
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이미지센서는, 픽셀 어레이 상부에 형성된 칼라필터어레이; 상기 칼라필터어레이 상에 형성되며, 이웃하는 마이크로렌즈 간의 분리 지역에서 자신의 상단부에 그 측벽이 경사진 홈이 형성된 OCM막; 및 상기 OCM막 상에 형성되며 수평적으로 서로 분리된 적어도 두 개의 상기 마이크로렌즈를 포함하여 이루어진다.
또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이미지센서 제조방법은, 픽셀 어레이를 포함하는 관련된 소자들이 형성된 기판을 준비하는 제1단계; 상기 기판 상에 보호막을 형성하고, 상기 픽셀어레이 지역의 상기 보호막 상에 칼라필터어레이를 형성하는 제2단계; 상기 제2단계가 완료된 결과물 전면에 평탄화된 OCM막을 형성하는 제3단계: 상기 OCM막 상에 마이크로렌즈용 복합다중체물질을 도포하고 노광 및 현상하여 복합다중체물질 패턴을 형성하는 제4단계; 상기 패턴을 플로우시켜 마이크로렌즈를 형성하기 위한 플로우를 실시하는 제5단계; 및 상기 마이크로렌즈를 식각마스크로하여 노출된 상기 OCM막의 일부두께를 비등방성 식각하여 그 측벽이 경사진 홈을 형성하는 제6단계를 포함하여 이루어진다.
또한 본 발명의 이미지센서 제조방법은 픽셀 어레이를 포함하는 관련된 소자들이 형성된 기판을 준비하는 제1단계; 상기 기판 상에 보호막을 형성하고, 상기 픽셀어레이 지역의 상기 보호막 상에 칼라필터어레이를 형성하는 제2단계; 상기 제2단계가 완료된 결과물 전면에 평탄화된 OCM막을 형성하는 제3단계: 상기 OCM막 상에 마이크로렌즈용 복합다중체물질을 도포하고 노광 및 현상하여 복합다중체물질 패턴을 형성하는 제4단계; 상기 패턴을 식각마스크로하여 노출된 상기 OCM막의 일부두께를 비등방성 식각하여 그 측벽이 경사진 홈을 형성하는 제5단계; 및 상기 패턴을 플로우시켜 마이크로렌즈를 형성하기 위한 열 공정을 실시하는 제6단계를 포함하여 이루어진다.
바람직하게 상기 제3단계는, 상기 OCM막 상단부를 에치백하거나 화학적기계적연마하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
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. 종래기술과 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지센서를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도3을 참조하면, 본 발명의 이미지센서는 이웃하는 볼록 마이크로렌즈 사이의 공간에서 OCM막(106) 상단부에 그 측벽이 경사진 홈(200)이 형성되어 있다. 그리고, 그 밖의 구성은 종래기술과 동일하다. 즉, 종래에는 이웃하는 볼록 마이크로렌즈 사이들의 공간이 평탄하였기 때문에 이 공간으로 입사되는 빛은 전혀 광감지소자(101) 쪽으로 집광하지 못하였으나, 본 발명에서는 측벽이 경사진 홈(200)을 형성하였기 때문에 이 홈(200)의 중앙부위(Δw')로 입사되는 빛은 집광하지 못하더라도, 홈(200)의 측벽부로 입사되는 빛은 광감지소자(101)쪽으로 집광이 가능하다. 이에 의해 종래의 이미지센서보다 집광 능력이 우수하기 때문에 광감도를 증대시킬 수 있다.
도4a 내지 도4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지센서 제조방법을 나타내는 공정 단면도이다.
도4a를 참조하면, 통상의 방법으로, 광감지소자(101)와, 층간절연막(102), 광차폐층(금속배선)(103), 및 보호막(104), 칼라필터(106), 및 평탄화된 OCM막(106)을 차례로 적층 형성한다. OCM막(106)은 후속 공정에서 형성될 마이크로렌즈와 굴절률이 유사한 SOG막, 복합다중체물질, 또는 산화막을 사용할 수 있다. 그리고, OCM막(106)은 그 자체가 평탄화 특성이 우수한 물질을 사용하지만 필요에 따라서는 평탄화를 위하여 에치백 또는 화학적기계적연마(CMP) 공정을 추가 할 수 있다.
이어서, 역시 통상의 방법대로 마이크로렌즈용 복합다중체물질(107a)을 도포한 다음, 도4b에 도시된 바와 같이, 선택적 노광 및 현상 공정을 통해 복합다중체물질 패턴(107b)을 형성하고, 도4c에 도시한 바와 같이, 열 공정을 통해 패턴(107b)을 플로우시켜 위로 볼록한 형상의 마이크로렌즈(107)를 형성한다.
이어서, 도4d는 본 발명의 특징적 구성 부분에 해당하는 것으로, 마이크로렌즈(107)를 식가마스크로하여 OCM막(106)을 비등방성 건식식각하여 그 측벽이 경사진 홈(200)을 형성한다. 이때 건식식각은 탄소(C)와 불소(F)가 포함된 기체를 사용하며, 예컨대 CF4, CHF3, C2F6, C4F8등이 사용가능하고 이에 산소를 더 부가할 수도 있다.
상술한 바와 같은 본 실시예에서 마이크로렌즈(107) 형성을 위한 플로우 공정을 실시한 다음, 홈(200)을 형성하기 위한 식각을 수행하였으나, 필요에 따라서는 패턴(107b)이 형성된 상태에서 먼저 홈(200)을 형성하고 그 후 플로우를 실시하여도 무방하다.
이렇듯, 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 광감도가 향상된 이미지센서를 제공하므로써, 이미지센서중 특히 CMOS 이미지센서의 고집적화가 가능하다.
Claims (8)
- 이미지센서에 있어서,픽셀 어레이 상부에 형성된 칼라필터어레이;상기 칼라필터어레이 상에 형성되며, 이웃하는 마이크로렌즈 간의 분리 지역에서 자신의 상단부에 그 측벽이 경사진 홈이 형성된 OCM막; 및상기 OCM막 상에 형성되며 수평적으로 서로 분리된 적어도 두 개의 상기 마이크로렌즈를 포함하여 이루어진 이미지센서.
- 제1항에 있어서,상기 마이크로렌즈와 상기 OCM막은 유사한 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 이미지센서.
- 이미지센서 제조 방법에 있어서,픽셀 어레이를 포함하는 관련된 소자들이 형성된 기판을 준비하는 제1단계;상기 기판 상에 보호막을 형성하고, 상기 픽셀어레이 지역의 상기 보호막 상에 칼라필터어레이를 형성하는 제2단계;상기 제2단계가 완료된 결과물 전면에 평탄화된 OCM막을 형성하는 제3단계:상기 OCM막 상에 마이크로렌즈용 복합다중체물질을 도포하고 노광 및 현상하여 복합다중체물질 패턴을 형성하는 제4단계;상기 패턴을 플로우시켜 마이크로렌즈를 형성하기 위한 플로우를 실시하는 제5단계; 및상기 마이크로렌즈를 식각마스크로하여 노출된 상기 OCM막의 일부두께를 비등방성 식각하여 그 측벽이 경사진 홈을 형성하는 제6단계를 포함하여 이루어진 이미지센서 제조방법.
- 제3항에 있어서,상기 OCM막의 비등방성 식각은 탄소와 불소를 포함하는 기체에서 건식식각하여 형성하는 것을 특징으로 이미지센서 제조방법.
- 제3항 또는 제4항에 있어서,상기 제3단계는, 상기 OCM막 상단부를 에치백하거나 화학적기계적연마하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조방법.
- 이미지센서 제조 방법에 있어서,픽셀 어레이를 포함하는 관련된 소자들이 형성된 기판을 준비하는 제1단계;상기 기판 상에 보호막을 형성하고, 상기 픽셀어레이 지역의 상기 보호막 상에 칼라필터어레이를 형성하는 제2단계;상기 제2단계가 완료된 결과물 전면에 평탄화된 OCM막을 형성하는 제3단계:상기 OCM막 상에 마이크로렌즈용 복합다중체물질을 도포하고 노광 및 현상하여 복합다중체물질 패턴을 형성하는 제4단계;상기 패턴을 식각마스크로하여 노출된 상기 OCM막의 일부두께를 비등방성식각하여 그 측벽이 경사진 홈을 형성하는 제5단계; 및상기 패턴을 플로우시켜 마이크로렌즈를 형성하기 위한 열 공정을 실시하는 제6단계를 포함하여 이루어진 이미지센서 제조방법.
- 제6항에 있어서,상기 OCM막의 비등방성 식각은 탄소와 불소를 포함하는 기체에서 건식식각하여 형성하는 것을 특징으로 이미지센서 제조방법.
- 제6항 또는 제7항에 있어서,상기 제3단계는, 상기 OCM막 상단부를 에치백하거나 화학적기계적연마하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조방법.
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| KR100449951B1 (ko) * | 2001-11-14 | 2004-09-30 | 주식회사 하이닉스반도체 | 이미지센서 및 그 제조 방법 |
| KR100718769B1 (ko) * | 2005-11-30 | 2007-05-16 | 매그나칩 반도체 유한회사 | 이미지 센서 및 그 제조 방법 |
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1998
- 1998-12-30 KR KR1019980061084A patent/KR20000044585A/ko not_active Application Discontinuation
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| KR100718769B1 (ko) * | 2005-11-30 | 2007-05-16 | 매그나칩 반도체 유한회사 | 이미지 센서 및 그 제조 방법 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |