KR20010047339A - 산화막 마이크로렌즈를 갖는 이미지센서의 제조방법 - Google Patents

산화막 마이크로렌즈를 갖는 이미지센서의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 포토다이오드로 입사되는 빛을 최대한 크게 하여 광감도를 개선하기 위한 마이크로렌즈 제조방법 및 그를 갖는 이미지센서 제조방법을 제공하는데 목적이 있는 것으로, 이를 위한 본 발명의 산화막 마이크로렌즈 제조방법은, 소정 공정이 완료된 기판상에 제1산화막을 증착하고 제1크기를 갖는 제1마스크를 사용한 비등방성 식각에 의해 제1산화막패턴을 형성하는 단계; 결과물 전면에 제2산화막을 증착하고 상기 제1크기보다 작은 제2크기를 갖는 제2마스크를 사용한 비등방성 식각에 의해 상기 제1산화막패턴 상에 제2산화막패턴을 형성하는 단계; 결과물 전면에 제3산화막을 증착하고 과도식각으로 전면 비등방성 식각하는 단계; 결과물 전면에 제4산화막을 증착하고 상기 제2크기보다 작은 제3크기를 갖는 제3마스크를 사용한 비등방성 식각에 의해 상기 제2산화막패턴 상에 제4산화막패턴을 형성하는 단계; 및 결과물 전면에 제5산화막을 증착하고 과도식각으로 전면 비등방성 식각하는 단계를 포함하여 이루어진다.

Description

산화막 마이크로렌즈를 갖는 이미지센서의 제조방법{Method for fabricating image sensor having oxide microlens}
본 발명은 이미지센서(image sensor) 제조방법에 관한 것으로, 특히 CMOS(Complementary MOS; 이하 CMOS) 이미지센서의 마이크로렌즈(microlens) 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지센서라 함은 광학 영상(optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체소자로서, 전하결합소자(CCD : charge coupled device)는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 커패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 커패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, 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. 그 중 하나가 이미지센서의 칼라필터 상부에 마이크로렌즈를 형성하는 기술이다.
도1은 종래기술에 따라 마이크로렌즈가 형성된 CMOS 이미지센서에 대한 개략적인 단면도이다. 도1을 참조하면, 이미지센서의 단위화소 부분(100)과 패드 오픈(107)이 수행되는 부분(150)이 함께 도시되어 있으며, 금속배선(101)이 완료된 기판 상에 보호막으로서 산화막(103)과 질화막(104)이 적층되어 있고, 이 보호막이 선택적으로 식각되어 패드오픈부(107)가 형성되어 있으며, 이어진 공정에 의해 칼라필터(106a)가 형성된다. 칼라필터 형성 공정은 염색된 레지스트(106)를 도포한 후 노광 및 현상하는 방법으로 형성된다.
도1에서는 하나의 단위화소만이 나타나 있기 때문에 통상 레드(Red), 그린(Green) 및 블루(Blue)의 3가지 칼라필터가 어레이되는 칼라필터어레이중에서 어느한 칼라필터(106a)만이 도시된 것이다. 이러한 칼라필터어레이 공정을 마치고 나서 각 칼라필터 상에 비로서 마이크로렌즈(108)가 형성된다. 종래의 마이크로렌즈 형성 방법은 포토리소그라피 공정에 의해 레지스트 패턴을 형성하고 열처리에 의해 레지스트를 플로우시켜 오목렌즈 형상을 만든 다음, 베이킹(baking)을 실시하여 경화시키는 방법이 사용되고 있다.
한편, 금속배선(101)은 잘 알려진 바와 같이 그 표면에 예컨대 티타늄질화막과 같은 비반사층(102)을 약 300Å의 두께로 구비할 수도 있다. 금속배선(101)의 하부 구조, 특히 포토다이오드(PD), 트랜스퍼게이트, 리셋게이트, 드라이버게이트, 및 셀렉트게이트 등으로 구성되는 단위화소의 구조를 제조하는 방법은 본 발명의 실시예에서 구체적으로 언급하기로 한다.
이와 같이 종래의 이미지센서는 마이크로렌즈(108)가 소자의 맨 위층에 있고, 마이크로렌즈(108)를 통과하여 처음으로 입사되는 빛을 받아들이는 칼라필터(106a)는 마스크 공정만으로 형성되어 육면체로 되어 있다. 칼라필터(106a)의 4개의 옆면으로 입사되는 빛은 포토다이오드(PD)로 입사되지 않고 반사되거나 다른 지역으로 굴절되어 지나가게 되며, 빛이 칼라필터의 윗부분을 지나 입사되더라도 굴절하게 된다. 이때 칼라필터의 굴절률을 약 1.6이라 했을 때 공기 중에서 그 보다 굴절률이 큰 칼라필터로 입사되는 모든 빛이 전부 반사되는 전반사의 임계각이 입사각 40°밖에 안된다. 그러므로 소자와 직각에서 40°이상 되는 입사광은 모두 반사된다. 또한 빛이 집적되지 않고 직진하다보면 굴절률이 2 이상인 질화막(104)을 지나면서 임계각이 더 작아지게 된다. 또한 질화막(104)에서 굴절률이 질화막보다 작은 하부층 산화막(103)으로 입사되는 빛은 화소에서 빛을 감지하는 부분인 포토다이오드(PD) 쪽으로 굴절하기 보다 그 외곽으로 굴절하게 된다. 이러한 이유로 입사광의 일부만이 입사되어 신호로서 인식된다.
그러므로 일정한 입사광이 있을 때, 종래의 방법으로 형성한 이미지센서에서는 입사광이 공기 중에서 포토다이오드로 입사되는 빛의 40% 정도만이 포토다이오드에 도달하게 된다. 포토다이오드를 덮고 있는 마이크로렌즈 하부층에 의해 60%의 입사광은 흡수되거나 반사와 굴절하여 손실된다. 이는 본 발명자가 광학 가상실험을 통해 현 공정 진행중 사용한 증착 막들을 적층한 상태로 투과도를 실험한 결과에 의한 것이다. 물론 증착 막의 두께에 따라 다소 차이는 있을 수 있다.
또한 단위화소에서 포토다이오드가 차지하는 면적비율(Fill Factor)이 약 30%밖에 안된다. 그러므로 단위 면적당 화소로 일정량의 빛이 입사되더라도 일부만이 포토다이오드로 입사되고 나머지는 손실된다. 그러므로 실제상과 같은 영상을 구현하기 위해서도 더 많은 빛을 입사시켜야만 한다.
본 발명은 포토다이오드(광감지소자)로 입사되는 빛을 최대한 크게 하여 광감도를 개선하기 위한 산화막 마이크로렌즈 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 산화막 마이크로렌즈를 적용한 이미지센서 제조방법을 제공하는데 있다.
도1은 종래기술에 따라 마이크로렌즈가 형성된 CMOS 이미지센서에 대한 개략적인 단면도.
도2는 서로 다른 매질에서 빛이 굴절되는 개념을 나타내는 도면.
도3a 내지 도3m은 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서 제조방법을 나타내는 공정 단면도.
도4a 내지 도4e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 산화막 마이크로렌즈 제조 방법을 나타내는 공정 단면도이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일특징적인 산화막 마이크로렌즈 제조방법은, 소정 공정이 완료된 기판상에 제1산화막을 증착하고 제1크기를 갖는 제1마스크를 사용한 비등방성 식각에 의해 제1산화막패턴을 형성하는 단계; 결과물 전면에 제2산화막을 증착하고 상기 제1크기보다 작은 제2크기를 갖는 제2마스크를 사용한 비등방성 식각에 의해 상기 제1산화막패턴 상에 제2산화막패턴을 형성하는 단계; 결과물 전면에 제3산화막을 증착하고 과도식각으로 전면 비등방성 식각하는 단계; 결과물 전면에 제4산화막을 증착하고 상기 제2크기보다 작은 제3크기를 갖는 제3마스크를 사용한 비등방성 식각에 의해 상기 제2산화막패턴 상에 제4산화막패턴을 형성하는 단계; 및 결과물 전면에 제5산화막을 증착하고 과도식각으로 전면 비등방성 식각하는 단계를 포함하여 이루어진다.
또한 다른 특징적인 본 발명의 산화막 마이크로렌즈 제조방법은, 소정 공정이 완료된 기판 상에 제1산화막을 증착하고 제1크기를 갖는 제1마스크를 사용한 등방성 식각에 의해 제1산화막패턴을 형성하는 단계; 결과물 전면에 제2산화막을 증착하고 상기 제1크기보다 작은 제2크기를 갖는 제2마스크를 사용한 등방성 식각에 의해 상기 제1산화막패턴 상에 제2산화막패턴을 형성하는 단계; 결과물 전면에 제3산화막을 증착하고 상기 제2크기 보다 작은 제3마스크를 사용한 비등방성 식각하여 상기 제2산화막패턴 상에 제3산화막패턴을 형성하는 단계; 및 결과물 전면에 제4산화막을 증착하고 전면 비등방성 식각하는 단계를 포함하여 이루어진다.
그리고 본 발명의 이미지센서 제조방법은, 상기 본 발명의 산화막 마이크로렌즈를 갖는 이미지센서 제조방법에 있어서, 소정 공정이 완료된 기판 상에 소자보호막을 형성하는 단계; 상기 소자보호막 상에 상기 산화막 마이크로렌즈를 형성하는 단계; 상기 소자보호막의 일부를 식각하여 패드를 오픈시키는 단계; 및 칼라필터어레이를 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 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.
도2는 서로 다른 매질에서 빛이 굴절되는 개념을 나타내고 있다. 이를 참조하여 본 발명의 원리를 먼저 설명하고 그 후 실시예를 설명하기로 한다.
도2를 참조하면, 빛은 굴절률이 다른 매질을 지나게 되면 굴절하게 된다. 매질1에서 매질2로 입사하는 빛이 있다 하자. 매질1의 굴절률을 n1, 매질2의 굴절률을 n2라고 하면, 이때 매질1 및 매질2의 접하는 면에서 매질1로의 수직선을 긋고 그 수직선에서 입사 광까지의 각을 입사각 θ라 하고 매질1 및 매질2의 접하는 면에서 매질2로의 수직선을 긋고 그 수직선에서 매질2를 지나는 굴절 광까지의 각을 굴절각 φ라 한다. 전반사란 φ가 90°가 되는 경우를 말한다. 이때의 입사각 θ를 임계각이라 한다.
현재 사용하는 칼라필터 물질인 포토레지스트의 임계각은 40°정도 된다. n1 〉n2가 되면 굴절각이 입사각보다 커진다. 그러므로 굴절률의 정도에 따라 또한 입사각에 따라 입사광 모두가 반사되는 전반사가 생겨날 수 있다. 또한 각 매질간의 굴절률 차이로인해 굴절광의 세기도 차이가 난다.
렌즈는 공기보다 굴절률이 큰 물질을 볼록하게 만들거나 오목하게 만들어 그 굴절률에 따라 빛의 경로를 임의로 조절할 수 있다. 그러므로 입사광을 보다 많이 포토다이오드에 의해 신호화하기 위해서는 화소의 가장 윗면에서 입사광을 집적시키고 굴절률이 같은 물질을 매질로 사용하여 그 경로를 유지한다면, 굴절이나 반사로 인한 입사광의 손실을 막고 입사광에 대해 광감도가 우수한 이미지센서를 구현할 수 있다. 그래서 본 발명에서는 화소의 위층에 빛이 소자 내에서 가장 많이 지나게 되는 산화막을 사용해서 마이크로렌즈를 형성하는데 그 특징이 있다. 이렇게 하므로해서 빛을 포토다이오드 안으로 집적시킬 수 있게 된다.
또한 포토다이오드로 입사하는 광의 입사각에 대해 볼록한 면이 임계각을 크게 확보하는 효과를 얻게 되며 입사광을 집적시킬 수 있게 된다. 이렇게 집적되어 입사된 광은 굴절률이 다른 증착막을 지나더라도 굴절률 차이에 의해 포토다이오드가 아닌 다른 곳으로 지나가는 빛의 량을 줄일 수 있다. 결국, 광감지도를 증가시키는 효과를 얻고 경쟁력 있는 광감지 소자를 생산할 수 있다.
도3a 내지 도3m을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서 제조방법을 살펴본다. 여기서 기술되는 내용은 CMOS 이미지센서에 대한 것이다.
도3a를 참조하면, 실리콘기판(301)에 마스크 공정을 하고 붕소 이온을 주입하여 필요한 영역에 P형 웰(Well)(302)을 형성한다. 그 후 산화막을 성장시키고 다결정실리콘 및 질화막을 증착하고서 소정의 마스크 공정과 식각 공정을 한 뒤 950℃에서 열 확산공정을 통해 필드산화막(303)을 5,200Å 키운다.
이어서, 마스크 공정을 하여 원하는 문턱전압을 형성하기 위해 이온주입을 한다. 게이트 폴리실리콘(304a)의 절연을 위한 소정 두께의 게이트산화막(도시되지 않음)을 키운다. 그 위에 폴리실리콘막(304a) 및 텅스텐을 증착하여 텅스텐 실리사이드(304b)를 형성한 다음 마스크 공정과 식각공정을 거쳐 게이트전극(305)을 형성한다.
이어서, 마스크 공정을 시행하고 인 이온을 고에너지로 주입하고 붕소이온을 저에너지로 주입하여 실리콘기판(301) 내에 포토다이오드(Photodiode)(305)를 형성한다.
이어서, 마스크 공정을 거쳐 인 이온을 주입하고 다른 마스크 공정을 거쳐 붕소 이온을 주입하여 저도핑드레인(lightly doped drain; 이하 LDD)을 만들고, 저압화학증착(low pressure chemical vapor deposition; 이하 LPCVD) 방법을 이용하여 2,150Å의 TEOS 산화막을 증착하고 전면식각하면 게이트 측벽에 산화막 스페이서(306)가 형성된다. 그 다음 마스크 공정을 진행하고 고농도의 비소 이온을 주입하고 열 공정을 거쳐 원하는 n형 접합(307)을 형성시킨다. 또 p형 접합(도면에 도시되지 않음) 영역을 형성하기 위한 마스크 공정을 진행하고 고농도의 붕소 이온을 주입하고 열 공정을 거친다.
계속해서 도3b를 참조하면, 게이트전극(304)과 금속배선의 절연을 형성하기 위하여 저압화학증착(low pressure chemical vapor deposition; 이하 LPCVD)방법으로 TEOS산화막(308)을 1,000Å 증착하고, 그 위에 상압화학증착(atmospheric pressure chemical vapor deposition: 이하 LPCVD)방법으로 BPSG(borophospho silicate glass)막(309)을 5,000Å 증착한다. 이후 BPSG막(309)의 리플로우(reflow)를 목적으로 850℃에서 20분 이상 열처리를 한다.
이렇게 형성시킨 금속배선전절연막(pre-metal dielectric: 이하 PMD)(308, 309)위에 마스크 공정을 거쳐 3000Å 정도를 완충산화막식각용액(Buffered Oxide Etchant: 이하 BOE)으로 등방성 식각하고 비등방성 식각을 플라즈마 식각 공정으로 진행하여 접합(307) 영역이 노출되는 금속 콘택홀을 형성한다. 이어서 장벽금속(Ti/TiN)(310)을 증착하고 열공정을 행한다. 그 위에 Ti/Al/TiN을 500Å/5500Å/300Å 두께로 증착하고, 마스크 공정과 식각 공정을 하여 원하는 제1금속배선(311)만 남긴다.
계속해서 도3c를 참조하면, 플라즈마화학증착(Plasma Enhanced chemical vapor deposition: 이하 PECVD) 방법을 이용하여 3,000Å의 TEOS산화막(312)을 증착하고 SOG(Spin On Glass)산화막(313)을 2200℃으로 두 번 코팅하여 4400Å을 형성한 다음 420℃에서 1시간 열처리를 하고 플라즈마를 이용하여 전면 식각을 하여 평탄화를 이룬다. 그 위에 PECVD 방법을 이용하여 5000∼6000Å의 산화막(314)을 증착하여 금속층간절연막(312, 313, 314)을 형성한다.
계속해서 도3d를 참조하면, 마스크공정을 거쳐 금속층간절연막(312, 313, 314)의 4000Å 정도를 BOE로 등방성 식각하고 비등방성 식각을 플라즈마 식각 공정으로 진행하여 비아홀을 형성한다. 그 위에 제2금속배선을 위하여 Ti(315), Al(316), TiN(317) 순으로 500Å/8000Å/300Å 두께로 증착하고 마스크 공정과 식각 공정을 하여 원하는 제2 금속배선만 남긴다.
이어서, 그 위에 소자보호막으로서 PECVD방법을 이용하여 3,000Å의 산화막(318)과 5,000Å의 질화막(319)을 증착한다. 여기서 보호막은 질화막(319)을 사용하지 않고 산화막(318) 만으로 8,000Å증착해도 된다.
여기까지는 통상적인 방법으로 CMOS 이미지센서의 소자보호막 및 그 하부의 소자구조를 형성하는 구체적인 공정을 설명하였다.
계속해서 도3e를 참조하면, 칼라필터 형성 없이 바로 소자보호막(318, 319) 위에 마이크로렌즈역할을 할 제1산화막을 PECVD방법으로 5000∼6000Å 두께로 증착하고, 포토다이오드(305)의 상부 지역을 충분히 덮을 수 있도록 제1산화막패턴(320)을 형성하기 위한 제1마스크를 형성하고 식각 공정을 진행한다. 식각 공정은 CF3가스를 이용하여 증착한 두께만큼 제1산화막을 비등방성 식각한다.
이어서, 도3f를 참조하면, 제1마스크를 제거하고 다시 제2산화막을 제1산화막보다 적은 두께인 4000∼5000Å 두께로 증착하고, 제1산화막패턴(320) 상에 상기 제1산화막 보다 적은 폭으로 제2산화막패턴(321)이 형성되도록 제2마스크 형성 및 식각 공정을 행한다. 제2마스크는 제1마스크 보다 그 폭이 적은 바, 중심부 쪽으로 3000∼4000Å정도 들어가는 크기로 형성한다. 역시 제2산화막패턴(321)의 식각은 비등방성 식각으로 한다.
이어서, 도3g에 도시된 바와 같이 제2마스크를 제거하고 결과물의 전면에 제3산화막(322)을 4000∼9000Å정도로 증착하고, 플라즈마를 이용하여 제3산화막의 증착 두께+10%(과도식각)의 두께만큼 전면 비등방식각을 시행한다.
그러면, 도3h에 도시된 바와 같이 제3산화막의 층덮힘(Step Coverage)에 의해 제1산화막패턴(320)과 제2산화막패턴(321)의 측벽은 각진 계단형에서 완만한 계단형의 둥그스름한 형태를 갖게 된다. 도면에서 제1산화막패턴(320)과 제2산화막패턴(321)의 측벽에는 어느 정도 제3산화막이 스페이서로서 잔류할 것이나 도면에서는 이들의 도시를 생략하였다.
이어서, 도3i에 도시된 바와 같이 제4산화막을 3000∼4000Å 두께로 증착하고, 제2마스크보다 4000∼6000Å 정도 중심부쪽으로 더 들어가는 크기를 갖는 제3마스크 형성 및 식각 공정을 진행하여 제4산화막패턴(323)을 형성한다. 역시 식각은 비등방성 식각으로 진행된다.
이어서, 도3j에 도시된 바와 같이 제3마스크를 제거하고 제5산화막(324)을 3000∼4000Å 두께로 증착하고 증착 두께+10%의 두께만큼 전면 비등방식각을 시행한다.
그러면 도3k에 도시된 바와 같이 제5산화막의 층덮힘(Step Coverage)에 의해 제4산화막패턴(323)의 측벽에는 제5산화막(324)이 스페이서로 형성되고 제1산화막패턴(320) 및 제2산화막패턴(321)은 그 측벽이 요철 없이 아주 둥그스름한 형태가 된다.
이렇게 형성된 산화막들에 의해 마이크로렌즈(500)는 완성되며, 산화막 마이크로렌즈(500)의 측벽은 그 곡률 반경이 화소 크기의 절반보다 크거나 같게 형성되어야 한다. 이렇게 하므로 해서 화소 가장자리의 빛을 화소안으로 집적시킬 수 있게 된다.
이상의 도3e에서 도3k까지는 산화막 마이크로렌즈(500)를 형성하는 방법이 설명되어 졌다. 본 실시예에서는 제1산화막에서부터 제5산화막까지를 사용하였으나, 같은 방법을 계속적으로 반복하여 원하는 마이크로렌즈 형상을 얻을 수 있고, 이러한 방법은 산화막 마이크로렌즈의 측벽을 매우 둥그스름하게 형성하게 될 것이다.
계속해서 도3l은 마스크 및 식각 공정을 수행하여 제2금속배선 표면이 일부 드러나는 패드 오픈부(325)를 형성한 상태이다.
그리고, 도3m은 통상적인 방법으로 칼라필터(326)를 형성한 상태이다. 여기서는 하나의 단위화소만이 도시되어 있기 때문에 통상 레드(Red), 그린(Green) 및 블루(Blue)의 3가지 칼라필터가 어레이되는 칼라필터어레이중에서 어느한 칼라필터(326)만이 도시된 것이다. 참고적으로 칼라필터어레이 공정을 설명하면, 먼저 빨간색 포토레지스트를 도포하고 마스크 패턴을 이용하여 노광(Exposure) 및 현상 공정을 행하므로써 소정의 화소 위에만 레드 포토레지스트패턴이 형성되게 하여 레드 칼라필터를 형성하고, 다시 전면에 블루 포토레지스트를 도포하고 노광 및 현상에 의해 이웃하는 화소에 블루 칼라필터를 형성하며, 역시 같은 방법으로 그린 칼라필터를 형성한다.
도4a 내지 도4e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 산화막 마이크로렌즈 제조 방법을 나타내는 공정 단면도이다.
먼저, 도4a를 참조하면 보호막(401)까지 형성된 기판 상에 제1산화막(402)을 PECVD방법으로 5000∼6000Å두께로 증착하고, 제1마스크(403)를 형성한 다음 산화막 습식식각 용액인 BOE로 증착두께만큼인 5000∼6000Å 두께를 등방성 식각을 한다. 그 후에 제1마스크(403)를 제거한다.
이어서, 도4b에 도시된 바와 같이 결과물 전면에 제2산화막(404)을 상기 제1산화막(402) 보다 얇게 4000∼5000Å 두께로 증착하고 제2마스크(405)를 형성한다. 이때 제2마스크(405)는 제1마스크(403) 보다 그 폭이 적게 형성되는 바, 제1마스크(403)의 크기에서 중심부쪽으로 3000∼4000Å 정도 들어가는 크기를 갖도록 한다.
이어서, 도4c에 도시된 바와 같이, 증착 두께만큼 BOE로 제2산화막(404)을 등방성 식각을 하고 후에 제2마스크를 제거한다.
이어서, 도4d에 도시된 바와 같이 결과물 전면에 제3산화막(406)을 3000∼4000Å 두께로 증착하고, 제1마스크(403)의 크기에서 중심부쪽으로 4000∼6000Å 정도 들어가는 크기를 갖는 제3마스크(407)를 형성하고 제3산화막(406)을 증착한 두께 만큼 플라즈마로 비등방성 식각을 하고 제3마스크(407)를 제거한다.
이후, 도4e에 도시된 바와같이 제4산화막(도시되지 않음)을 1000∼2000Å 정도로 증착하고 플라즈마로 전면 비등방성 식각을 시행하여 그 측벽 및 완만하고 매끄러운 렌즈 표면을 형성한다.
이때 렌즈의 곡률 반경은 제1, 제2, 제3 및 제4 산화막의 증착 두께나 BOE 식각 정도로 조절할 수 있다. BOE 식각률이 빠른 것을 사용하면 렌즈의 곡률 반경은 작아지고 식각률이 느린 것을 사용하면 곡률 반경이 커진다. 제1, 제2, 제3 및 제4 산화막의 증착 두께에 곡률 반경은 비례한다.
이후 통상의 방법으로 패드 오픈 및 칼라필터어레이 공정을 수행한다.
본 발명에서는 마이크로렌즈로 사용되는 산화막 스페이서의 곡률 반경이 화소 크기의 절반보다 크거나 같게 형성해야 만 한다. 또한 포토다이오드 면과 평행한 면보다 곡률 반경이 큰 블록한 면이 입사광의 입사각에 대해 임계각을 크게 확보하는 효과를 얻게 되며 효과적으로 입사광을 집적시킬 수 있게 된다. 이렇게 집적되어 입사된 광은 굴절률이 다른 증착막을 지나더라도 굴절각에 의해 포토다이오드가 아닌 옆으로 지나가는 빛의 량을 줄일 수 있다. 그러므로 입사광을 보다 많이 포토다이오드에 집적하여 광감도가 민감한 이미지센서를 구현할 수 있다.
한편 종래에는 마이크로렌즈를 굴절률이 산화막보다 큰 포토레지스트를 사용하였기 때문에 광경로는 광이 입사되면서 포토다이오드까지 크게 두 번 이상 굴절하게 된다. 이로 인해 입사광의 손실이 크다. 본 발명은 포토다이오드에서 보호막가지 입사광이 만나게 되는 막질과 굴절률이 같은 산화막을 사용하여 입사광의 굴절 경로를 최단으로 하며 반사나 굴절로 인한 광손실을 줄여 광감도를 향상시킨 잇점이 있다.
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 이미지센서의 광감도를 향상시켜 이미지센서의 성능을 향상시키는 효과를 갖는다.

Claims (7)

  1. 산화막 마이크로렌즈 제조방법에 있어서,
    소정 공정이 완료된 기판상에 제1산화막을 증착하고 제1크기를 갖는 제1마스크를 사용한 비등방성 식각에 의해 제1산화막패턴을 형성하는 단계;
    결과물 전면에 제2산화막을 증착하고 상기 제1크기보다 작은 제2크기를 갖는 제2마스크를 사용한 비등방성 식각에 의해 상기 제1산화막패턴 상에 제2산화막패턴을 형성하는 단계;
    결과물 전면에 제3산화막을 증착하고 과도식각으로 전면 비등방성 식각하는 단계;
    결과물 전면에 제4산화막을 증착하고 상기 제2크기보다 작은 제3크기를 갖는 제3마스크를 사용한 비등방성 식각에 의해 상기 제2산화막패턴 상에 제4산화막패턴을 형성하는 단계;
    결과물 전면에 제5산화막을 증착하고 과도식각으로 전면 비등방성 식각하는 단계
    를 포함하여 이루어진 산화막 마이크로렌즈 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1산화막은 5000∼6000Å, 상기 제2산화막은 4000∼5000Å, 상기 제3산화막은 4000∼9000Å, 상기 제4산화막은 3000∼4000Å, 상기 제5산화막은 3000∼4000Å으로 각각 증착하는 것을 특징으로 하는 산화막 마이크로렌즈 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제3산화막과 상기 제5산화막을 각각 증착 두께의 10% 과도식각하는 것을 특징으로 하는 산화막 마이크로렌즈 제조방법.
  4. 산화막 마이크로렌즈 제조방법에 있어서,
    소정 공정이 완료된 기판 상에 제1산화막을 증착하고 제1크기를 갖는 제1마스크를 사용한 등방성 식각에 의해 제1산화막패턴을 형성하는 단계;
    결과물 전면에 제2산화막을 증착하고 상기 제1크기보다 작은 제2크기를 갖는 제2마스크를 사용한 등방성 식각에 의해 상기 제1산화막패턴 상에 제2산화막패턴을 형성하는 단계;
    결과물 전면에 제3산화막을 증착하고 상기 제2크기 보다 작은 제3마스크를 사용한 비등방성 식각하여 상기 제2산화막패턴 상에 제3산화막패턴을 형성하는 단계; 및
    결과물 전면에 제4산화막을 증착하고 전면 비등방성 식각하는 단계
    를 포함하여 이루어진 산화막 마이크로렌즈 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 산화막의 등방성 식각은 BOE에서 이루어짐을 특징으로 하는 산화막 마이크로렌즈 제조방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1산화막은 5000∼6000Å, 상기 제2산화막은 4000∼5000Å, 상기 제3산화막은 3000∼4000Å, 상기 제4산화막은 1000∼2000Å으로 각각 증착하는 것을 특징으로 하는 산화막 마이크로렌즈 제조방법.
  7. 상기 제1항 내지 제6항중 어느한 항의 방법으로 제조된 상기 산화막 마이크로렌즈를 갖는 이미지센서 제조방법에 있어서,
    소정 공정이 완료된 기판 상에 소자보호막을 형성하는 단계;
    상기 소자보호막 상에 상기 산화막 마이크로렌즈를 형성하는 단계;
    상기 소자보호막의 일부를 식각하여 패드를 오픈시키는 단계; 및
    칼라필터어레이를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 이미지센서 제조방법.
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