KR20010004173A - 이미지 센서의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 칼라필터의 리프팅 현상을 방지할 수 있고 고온내열성에 약한 마이크로렌즈없이 외부로부터 입사되는 광을 집광시킬 수 있는 이미지센서 제조방법을 제공하고자 하는 것으로 이를 위한 본 발명의 이미지센서 제조방법은, 소정공정이 완료된 기판 상에 칼라필터의 각 경계부위에 위치하되, 그 측벽이 포지티브 경사를 갖는 다수의 금속층패턴을 형성하는 제1단계; 및 상기 금속층패턴 간의 공간에 칼라필터를 형성하는 제2단계를 포함하여 이루어진다. 또한 본 발명은 상기 제1단계 후 상기 금속층패턴 표면에 금속층의 부식 방지를 위한 산화막을 형성하는 단계를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

Description

이미지 센서의 제조 방법{Method for fabricating image sensor}

본 발명은 이미지센서(Image sensor) 제조방법에 관한 것으로, 특히 이미지센서의 칼라필터 형성 및 집광 기술에 관련된 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 칼라 이미지를 구현하기 위한 이미지센서는 외부로부터의 빛을 받아 광전하를 생성 및 축적하는 광감지소자 상부에 칼라 필터가 어레이되어 있다. 칼라 필터 어레이(CFA : Color Filter Array)는 레드(Red), 그린(Green) 및 블루(Blue)의 3가지 칼라로 이루어지거나, 옐로우(Yellow), 마젠타(Magenta) 및 시안(Cyan)의 3가지 칼라로 이루어진다.

또한, 이미지센서는 빛을 감지하는 광감지부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 로직회로 부분으로 구성되어 있는바, 광감도를 높이기 위하여 전체 이미지센서 소자에서 광감지부분의 면적이 차지하는 비율(Fill Factor)을 크게 하려는 노력이 진행되고 있지만, 근본적으로 로직회로 부분을 제거할 수 없기 때문에 제한된 면적하에서 이러한 노력에는 한계가 있다. 따라서 광감도를 높여주기 위하여 광감지부분 이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 바꿔서 광감지부분으로 모아주는 집광기술이 등장하였는데, 이러한 집광을 위하여 이미지센서는 칼리필터 상에 마이크로렌즈(microlens)를 형성하는 방법을 사용하고 있다.

CMOS 이미지센서 제조 방법을 간단히 언급해보면, 먼저 CMOS 공정으로 반도체기판에 광감지소자를 형성하고, 그 밖의 다른 소자(예컨대 로직회로)를 형성한 다음, 절연층 및 금속층 등 일련의 이미지센서를 이루는 박막들을 제조한 상태에서, 각각의 픽셀에 대응되는 칼라필터를 어레이하고, 이 칼라필터 상에 마이크로렌즈를 형성하게 된다.

한편, 칼라필터를 어레이하는 방법은, 적색 칼라필터 물질을 먼저 코팅하고 노광 및 현상에 의해 패터닝하고, 청색 칼라필터 물질을 코팅하고 노광 및 현상에 의해 패터닝한 다음, 녹색 칼라필터 물질을 코팅하고 노광 및 현상에 의해 패터닝하는 공정으로 이루어지기 때문에, 각 칼라필터간에 두께차이가 발생하여 전체적인 칼라필터어레이의 평탄화가 이루어지지 않는다. 또한, 현상시 칼라필터 물질이 기판으로부터 떨어져 나가는 리프팅 현상이 발생한다.

마이크로렌즈는 통상 포토레지스트계의 물질을 사용하여 형성하게 되는데, 포토레지스트로 형성된 경우 주변온도가 약 250℃ 이상을 넘어가게 되면 형태의 변형이 발생하며 이는 카메라의 렌즈가 손상되는 경우와 흡사하므로 올바른 외부 영상입력을 받아들일 수없는 문제가 생긴다. 렌즈의 고온 내열성이 필요한 몇가지가 있는데 먼저 패키지 문제를 들 수 있다. 패키지는 그 종류에 따라 공정상 제작되는 온도가 각각 다르다. 특히 전체 영상처리 시스템을 구성하는 과정에서 보다 집적된 구조를 형성하기 위해서는 축소되고 박막화된 패키지 형태가 필요한데 이를위해 사용되는 패키지 기술은 고온(250℃ 이상)을 요하는 경우가 있다. 이때 열적으로 취약한 렌즈가 사용되면 적용 가능한 패키지 형태가 제한되는 결과를 낳으며 이는 전체 시스템의 규모를 축소시키는데 걸림돌이 된다. 그 다음으로 필요한 이유는 이미지 센서가 사용되는 현장의 주변 환경문제에 있다. 현재 포토레지스트로 만든 렌즈를 사용하는 센서의 경우 항공우주 분야나 사막, 지하공사 현장등 작업 온도환경이 극한의 조건인 경우에서는 사용이 불가능하므로 활용범위의 제약이 따르는 문제가 있다.

본 발명은 칼라필터의 리프팅 현상을 방지할 수 있고 고온내열성에 약한 마이크로렌즈없이 외부로부터 입사되는 광을 집광시킬 수 있는 이미지센서 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도1a 및 도1b는 본 발명의 일실시예에 이미지센서 제조 공정도,

도2는 금속층패턴의 평면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 광감지소자

12 : 금속층 패턴

13 : 산화막

14a, 14b, 14c : 칼라필터

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 이미지센서 제조방법에 있어서, 소정공정이 완료된 기판 상에 칼라필터의 각 경계부위에 위치하되, 그 측벽이 포지티브 경사를 갖는 다수의 금속층패턴을 형성하는 제1단계; 및 상기 금속층패턴 간의 공간에 칼라필터를 형성하는 제2단계를 포함하여 이루어진다.

또한 본 발명은 상기 제1단계 후 상기 금속층패턴 표면에 금속층의 부식 방지를 위한 산화막을 형성하는 단계를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

또한 본 발명에서, 상기 제1단계는, 금속층을 형성하는 단계; 상기 금속층 상에 식각마스크를 형성하는 단계; 상기 금속층을 경사진 건식 식각하는 단계; 및 상기 식각마스크를 제거하는 단계로 이루어짐을 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.

광감지소자등 일련의 소자 제조 공정을 완료한 다음, 예컨대 R, G, B의 3원색 칼라필터의 각 경계부위에 그 측벽이 포지티브 경사진 금속층 패턴(12)을 형성한다. 도2는 금속층 패턴의 평면도이다.

금속층은 고반율을 갖는 알루미늄을 사용하는 것이 바람직하며, 그 두께는 원하는 칼라필터의 두께로 설정하는데 통상 10000Å 정도가 적당하다. 그리고, 금속층 패턴은 그의 측벽이 포지티브 경사를 갖도록 즉 하부로 갈수록 그의 두께가 두꺼워지는 경사를 갖도록 패터닝하는 바, 이러한 패턴 형성 기술은 통상의 반도체 집적회로 제조 공정에 의해 가능하다. 예컨대 알루미늄을 증착하고 식각마스크로서 포토레지스트 패턴을 그 선폭이 0.5㎛ 내지 1.0㎛가 되도록 형성한 다음, 경사진 건식식각을 실시하면, 경사진 금속층 패턴을 형성할 수 있다.

또한 알루미늄 형성시 절연막(통상 칼라필터는 소자보호용 절연막상에 형성됨)과의 접착력을 고려하여 글루층으로서 약 100Å 정도의 Ti층을 형성한 다음에 알루미늄층을 형성할 수도 있다.

이어서, 금속층 패턴(12)이 칼라필터어레이 형성시 현상액에 부식되는 것을 방지하기 위해서 금속층 패턴(12) 표면에 산화막(13)을 형성시킨다. 이 산화막은 O₂플라즈마 처리에 의해 형성된 예컨대 Al₂0₃와 같은 금속산화막으로 형성할 수 있고, 저온산화막인 TEOS막을 증착시켜 형성할 수도 있다. TEOS 산화막(13)의 두께는 300∼500Å 정도로 한다.

이어서, 도1b에 도시된 바와 같이 칼라필터 물질을 도포하고 노광 및 현상의 패턴 공정을 진행하여 칼라필터어레이(14a, 14b, 14c)를 완성한다,

전술한 방법으로 제조된 이미지센서에서는, 금속층 패턴 사이에 칼라물질을 도포하여 패터닝을 하므로 패터닝 후 칼라물질이 떨어져 나가는 문제가 발생되지 않으며, 금속층이 경사진 상태로 틀 모양으로 형성되어 있으므로 도파관 역할을 하여 반사에 의해 광감지소자(11)로 빛을 집광시킬 수 있다. 따라서, 별도의마이크로렌즈 형성이 필요 없다.

본 발명은 금속층 패턴에 의해 집광이 가능하여 고온 내열성에 약한 별도의 마이크로렌즈가 필요 없기 때문에, 패키지 공정의 온도 마진이 증대되고 온도환경에 구애받지 않고 이미지센서 제품을 응용할 수 있는 효과를 가져다 준다.

또한, 칼라필터 형성시 현상공정 후 칼라물질이 떨어져 나가는 리프팅 현상을 방지하여 이미지센서의 생산성 및 수율을 증대시킬 수 있다.

Claims (6)

1. 이미지센서 제조방법에 있어서,

   소정공정이 완료된 기판 상에 칼라필터의 각 경계부위에 위치하되, 그 측벽이 포지티브 경사를 갖는 다수의 금속층패턴을 형성하는 제1단계; 및

   상기 금속층패턴 간의 공간에 칼라필터를 형성하는 제2단계

   를 포함하여 이루어진 이미지센서 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1단계 후 상기 금속층패턴 표면에 산화막을 형성하는 단계를 더 포함하여 이루어진 이미지센서 제조방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 제1단계는,

   금속층을 형성하는 단계;

   상기 금속층 상에 식각마스크를 형성하는 단계;

   상기 금속층을 경사진 건식 식각하는 단계; 및

   상기 식각마스크를 제거하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 이미지센서 제조방법.
4. 제2항에 있어서,

   상기 산화막은 O₂플라즈마 처리에 의해 형성된 금속산화막임을 특징으로 하는 이미지센서 제조방법.
5. 제2항에 있어서,

   상기 산화막은 TEOS 산화막임을 특징으로 하는 이미지센서 제조방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 금속층은 알루미늄임을 특징으로 하는 이미지센서 제조방법.