KR20030002874A - 시모스 이미지센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시모스 이미지센서에 관한 것으로 특히, 굴절률이 큰 물질을 이용하여 마이크로렌즈를 얇게 형성하고 또한 저온 산화막으로 평탄화공정을 수행하여 굴곡을 줄임으로써 후속공정에서 발생할 수 있는 결함을 감소시킨 이미지센서의 마이크로렌즈에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명은 기판상에 형성된 1.7 ~ 2.3의 굴절률을 갖고 두께는 1 ~ 1.5㎛인 마이크로렌즈; 상기 마이크로렌즈 상에 형성되는 평탄화된 저온산화막을 포함하여 이루어진다.

Description

시모스 이미지센서 {CMOS Image sensor }

본 발명은 이미지센서에 관한 것으로 특히, 굴절률이 큰 물질로 두께가 얇은 마이크로렌즈를 형성하고 그 결과물 상에 유동성이 좋은 산화막으로 평탄화 작업을진행하여 후속 공정에서 발생하는 파티클등에 의한 오염을 감소시킨 이미지센서에 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.

칼라 이미지를 구현하기 위한 이미지센서는 외부로부터의 빛을 받아 광전하를 생성 및 축적하는 광감지부분 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, 이미지센서의 감광도(photo sensitivity)를 증가시키기 위한 노력들이 진행되고 있는데 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 크게하려는 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 종래의 마이크로렌즈 형성방법을 도시한 도면으로 이를 참조하여 종래기술을 설명한다.

먼저 기판상에 소자간의 전기적인 절연을 위하여 필드산화막을 형성하고 게이트전극을 형성한다. 이후 적절한 이온주입 공정을 진행함으로써 포토다이오드를 형성하고 트랜지스터의 소오스/드레인 및 센싱노드를 형성하기 위한 이온주입을 실시하여 트랜지스터를 형성한다. 이후에 층간절연막을 형성하는데 도1의 하부막(1)은 이와 같은 공정이 완료된 상태를 나타낸다.

상기 하부막(1)상에 금속배선(2)과 소자보호막(3)을 차례로 형성한 이후에 칼라 이미지 구현을 위한 세가지 종류의 칼라필터(5) 형성공정을 진행하는데 칼라필터를 형성하기 전에 평탄화막(4)을 이용하여 평탄화 공정을 수행하고 나서 3가지 색의 칼라필터(5)를 형성하게 된다. 칼라필터의 물질은 통상 염색된 포토레지스트를 사용한다.

도1에는 오버코팅물질 (OCM:Over Coating Material)이 도시되어 있지 않지만 칼라필터 형성후, 후속 마이크로렌즈 마스크 패터닝을 용이하게 하기 위한 평탄화 목적으로 통상 OCM막을 이용하여 평탄화막을 형성한다.

이와 같은 평탄화막 상부에 광집속율을 증가시키기 위해 마이크로렌즈(6)를형성하는데 다음과 같이 형성된다. 마이크로렌즈 감광제를 도포한 후 마스크 공정을 통해 패턴을 형성한다. 이후 베이킹을 하여 마이크로렌즈를 플로우 시켜서 돔 형태의 마이크로렌즈를 형성시키게 되는데 종래의 마이크로렌즈는 굴절률이 1.5 정도 되는 포토레지스트를 사용하며 두께는 3 ~ 6㎛로 형성하였다.

도1에는 굴절률이 1 인 공기로부터 굴절률이 1.5정도인 마이크로렌즈로 빛이 입사하여 하부의 수광영역에 집광되는 모습이 도시되어 있다.

이와같은 종래의 마이크로렌즈는 부서지기 쉽고 또한 두께가 두껍기 때문에 표면에 굴곡이 존재하게 된다. 이와 같이 표면에 굴곡이 있게 되면 공정상에서 발생하는 파티클이 마이크로렌즈의 표면에 증착되어 결함이 높아지며 이에 따라 수율이 감소하는 단점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로 후속 공정에서 발생하는 파티클등에 의한 오염을 감소시킨 이미지센서를 제공함을 그 목적으로 한다.

도1은 종래의 이미지센서의 구성을 도시한 도면

도2 내지 도5는 본 발명에 따른 이미지센서의 제조공정을 도시한 도면

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 하부막2 : 금속배선

3 : 소자보호막4 : 평탄화막

5 : 칼라필터6 : 마이크로렌즈

10 : OCM막11 : 마이크로렌즈

12 : 저온산화막

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기판상에 형성된 1.7 ~ 2.3의 굴절률을 갖고 두께는 1 ~ 1.5㎛인 마이크로렌즈; 상기 마이크로렌즈 상에 형성되는 평탄화된 저온산화막을 포함하여 이루어진다.

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 설명한다.

본 발명은 시모스 이미지센서에 있어서 두께가 얇고 굴절률이 큰 마이크로렌즈를 형성하고 그 상부에 유동성이 좋은 산화막을 형성하여 굴곡을 감소시킨 이미지센서에 관한 것이다.

도2 내지 도5는 본 발명에 따른 이미지센서의 제조공정을 도시한 것으로 이를 참조하여 본 발명을 설명한다.

도2 내지 도3은 이미지센서의 제조공정에서 칼라필터(5)를 형성하기 까지의 공정을 도시한 도면으로 칼라필터(5)를 형성하기 까지의 공정은 종래기술과 동일하다.

즉, 기판상에 소자간의 전기적인 절연을 위하여 필드산화막을 형성하고 게이트전극을 형성한다. 이후 적절한 이온주입 공정을 진행함으로써 포토다이오드를 형성하고 트랜지스터의 소오스/드레인 및 센싱노드를 형성하기 위한 이온주입을 실시하여 트랜지스터를 형성한다. 이후에 층간절연막을 형성하는데 도2의 하부막(1)은 이와 같은 공정이 완료된 상태를 나타낸다.

상기 하부막(1)상에 금속배선(2)과 소자보호막(3)을 차례로 형성한 이후에 제1평탄화막(4)을 형성하여 평탄화공정을 수행한 다음에 칼라필터(5)를 형성한다.

이와 같이 칼라필터(5)를 형성한 후에 오버코팅물질 (OCM:Over CoatingMaterial)을 이용하여 후속 마이크로렌즈 마스크 패터닝을 용이하게 하기 위한 평탄화 목적으로 OCM막(10)을 이용하여 평탄화공정을 수행한다.

평탄화 목적의 OCM막(10) 형성후 마이크로렌즈(11)를 형성하는데 본 발명에 따른 마이크로렌즈는 1.7 ~ 2.3 정도의 굴절률을 갖는 물질을 이용하여 형성하며 이는 기존의 마이크로렌즈가 갖는 n ≒ 1.5 정도의 굴절률보다 큰 굴절률을 갖는다.

또한 본 발명에 따른 마이크로렌즈(11)의 두께는 1 ~ 1.5㎛로 설정하는데 이는 기존의 마이크로렌즈의 두께인 3 ~ 6㎛보다 얇은 것이다. 이와같이 마이크로렌즈의 두께를 얇게 함으로써 도1에 도시된 기존의 마이크로렌즈에 비해 굴곡을 감소시킬 수 있다.

마이크로렌즈(11) 형성후 도5에 도시된 바와 같이 마이크로렌즈(11) 상부에 n ≒1.5 정도의 굴절률을 갖으며 유동성이 좋은 저온 산화막(12)을 플라즈마 인핸스드 화학기상증착 (PECVD:Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 방식으로 증착하여 표면을 평탄화하는데 그 두께는 5000 ~ 15000Å 정도로 한다.

이와 같이 마이크로렌즈 상부에 유동성이 좋은 산화막(12)을 형성하여 평탄화공정을 수행하게 되면 굴곡을 더욱 줄일 수 있어 후속공정에서 발생하는 파티클 (particle)에 의한 오염을 더욱 줄일 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명이 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 명백할 것이다.

본 발명에 따른 시모스 이미지센서의 마이크로렌즈는 기존의 마이크로렌즈에 비해 굴곡이 없음으로써 후속공정에서 발생하는 각종 결함을 제거하기에 용이하여 시모스 이미지센서 제조시에 수율을 향상시키는 효과가 있으며 또한 마이크로렌즈의 두께가 얇아졌기 때문에 광투과성이 향상되어 시모스 이미지센서의 광감도를 향상시키는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 시모스 이미지센서에 있어서,

   기판상에 형성된 1.7 ~ 2.3의 굴절률을 갖고 두께는 1 ~ 1.5㎛인 마이크로렌즈;

   상기 마이크로렌즈 상에 형성되는 평탄화된 저온산화막

   을 포함하는 시모스 이미지센서.
2. 제1항에 있어서,

   상기 저온산화막은 플라즈마 인핸스드 화학기상증착 방법으로 증착되며, 두께는 5000 ~ 15000Å 인 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서.