KR20030044330A - 이미지 센서 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다층배선을 적용하는 경우 평탄화막의 전체두께를 감소시켜 마이크로렌즈의 두께를 증가시킴으로써, 마이크로렌즈에 의한 광특성 효율을 향상시킬 수 있는 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따른 이미지 센서의 제조방법은 수광소자 및 트랜지스터를 구비한 픽셀이 형성된 반도체 기판 상에 제 1 평탄화막을 형성하는 단계; 평탄화막 상부에 식각정지막을 형성하는 단계; 식각정지막 상에 제 1 금속배선, 제 2 평탄화막, 및 제 2 금속배선을 순차적으로 형성하는 단계; 제 2 평탄화막 상부에 제 2 금속배선의 표면을 덮도록 보호막을 형성하는 단계; 수광소자 상의 보호막 및 제 2 평탄화막을 식각정지막이 노출되도록 식각하는 단계; 노출된 식각정지막을 제거하여 수광소자 상의 제 1 평탄화막을 노출시키는 단계; 노출된 제 1 평탄화막 상에 칼라필터를 형성하는 단계; 기판 전면 상에 제 3 평탄화막을 형성하는 단계; 및 칼라필터 상의 제 3 평탄화막 상부에 비교적 두꺼운 두께로 구면형상의 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함한다. 바람직하게, 보호막 및 제 2 평탄화막의 식각은 건식식각으로 수행하거나, 건식식각과 습식식각의 조합으로 수행한다.
Description
본 발명은 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 마이크로렌즈에 의한 광특성 효율을 향상시킬 수 있는 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
이미지 센서는 빛을 감지하는 광감지 부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 로직회로 부분으로 구성되어 있다. 또한, 광감도를 높이기 위하여 전체 이미지 센서 소자에서 광감지 부분의 면적이 차지하는 비율(fill factor)을 크게 하려는 노력을 진행하고 있으나, 근본적으로 로직회로 부분을 제거할 수 없기 때문에 제한된 면적하에서 이러한 노력에는 한계가 있다. 따라서, 감감도를 높이기 위하여 광감지 부분 이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 변경하여 광감지 부분으로 모아주는 집광기술이 등장하였는데, 이 기술이 바로 마이크로 렌즈 형성 기술이다. 또한, 칼라 이미지를 구현하기 위한 이미지센서는 외부로부터의 빛을 받아 광전하를 생성 및 축적하는 광감지부분 상부에 칼라 필터가 어레이되어 있으며, 이러한 칼라 필터 어레이(CFA : Color Filter Array)는 일반적으로 레드(Red), 그린(Green) 및 블루(Blue)의 3 가지 칼라필터로 이루어진다.
도 1은 종래의 이미지 센서를 나타낸 단면도로서, 도 1을 참조하여 그 제조방법을 간략하게 설명한다.
먼저, 실리콘과 같은 반도체 기판(10) 상에 소자간의 전기적인 절연을 위하여 필드 절연막(11)을 형성하고, 포토다이오드와 같은 수광소자(12) 및트랜지스터(미도시)를 포함하는 픽셀을 형성한 다음, 제 1 평탄화막(13A), 제 1 금속배선(14A), 제 2 평탄화막(13B) 및 제 2 금속배선(14B)을 순차적으로 형성한다. 그 후, 기판 전면 상에 제 3 평탄화막(13C)을 형성하고, 수광소자(12) 상의 제 3 평탄화막(13C) 상부에 칼라필터(15)를 형성한다. 그 다음, 기판 전면 상에 제 4 평탄화막(16)을 형성하고, 칼라필터(15) 상의 제 4 평탄화막(16) 상부에 구면형상의 마이크로렌즈(17)를 형성한다.
한편, 이미지 센서의 픽셀 크기가 감소되면서, 마이크로렌즈의 성능을 최대로 하려면 마이크로렌즈의 두께가 두꺼운 것이 유리하다. 즉, 첨부된 도 2 및 도 3은 광파장(λ)이 550nm이고 렌즈구경(aperture; a, 도 4 참조)이 4.4㎛인 경우, 렌즈반경(r; 도 4 참조)에 따른 광강도(light intensity) 분포를 나타낸 도면으로서, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 렌즈반경(r)이 작은 경우, 즉 마이크로렌즈의 두께가 두꺼운 경우 초점에서 광이 집중적으로 분포하여 광강도가 선명하고, 렌즈반경(r)이 큰 경우, 즉 마이크로렌즈의 두께가 얇은 경우 초점에서 광이 퍼져서 광강도가 선명하지 못하다는 것을 알 수 있다.
그러나, 상술한 종래의 이미지 센서에 나타낸 바와 같이, 다층 금속배선(14A, 14B)을 적용하게 되면 배선의 수에 따라 평탄화막의 수가 증가되기 때문에 평탄화막의 두께가 두꺼워지게 되는데, 이러한 경우에는 초점거리를 맞추기 위하여 마이크로렌즈의 두께를 얇게 조절하여야 한다. 즉, 도 5는 평탄화막 두께에 따른 마이크로렌즈의 두께변화를 나타낸 도면으로서, 도 5에 나타낸 바와 같이, 초점거리를 맞추기 위하여, 평탄화막 두께가 두꺼워질수록 마이크로렌즈의 두께가얇아지는 것을 알 수 있다. 따라서, 종래의 이미지 센서에서는 마이크로렌즈에 의한 우수한 광특성 효율을 얻기가 어렵다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 다층배선을 적용하는 경우 평탄화막의 전체두께를 감소시켜 마이크로렌즈의 두께를 증가시킴으로써, 마이크로렌즈에 의한 광특성 효율을 향상시킬 수 있는 이미지 센서를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 이미지 센서의 제조방법을 제공하는 것이다.
도 1은 종래의 이미지 센서를 나타낸 단면도.
도 2 및 도 3은 렌즈반경에 따른 광강도 분포를 나타낸 도면.
도 4는 렌즈반경 및 렌즈구경을 나타낸 도면.
도 5는 평탄화막 두께에 따른 마이크로렌즈의 두께변화를 나타낸 도면.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법을 설명하기 위한 단면도.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
50 : 반도체 기판 51 : 필드 절연막
52 : 수광소자 53A, 53B, 59 : 평탄화막
54 : 식각정지막 55A, 55B : 금속배선
56 : 보호막 57 : 포토레지스트 패턴
58 : 칼라필터 60 : 마이크로렌즈
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 이미지 센서는 수광소자 및 트랜지스터를 구비한 픽셀이 형성된 반도체 기판; 기판 상에 형성된 제 1 평탄화막; 제 1 평탄화막 상부에 형성된 제 1 금속배선; 제 1 금속배선을 덮으면서 수광소자 상의 제 1 평탄화막을 노출시키도록 제 1 평탄화막 상부에 형성된 제 2 평탄화막; 수광소자 상의 노출된 제 1 평탄화막 상부에 형성된 칼라필터; 제 2 평탄화막 상부에 형성된 제 2 금속배선; 제 2 금속배선을 포함하는 기판 전면 상에 형성된 제 3 평탄화막; 및 칼라필터 상의 제 3 평탄화막 상부에 형성되고 비교적 두꺼운 두께를 갖는 구면 형상의 마이크로렌즈를 포함한다.
또한, 제 1 평탄화막과 제 1 금속배선 및 제 2 평탄화막 사이에 식각정지막이 개재되고, 제 2 평탄화막과 제 3 평탄화막 사이에 제 2 금속배선의 표면을 덮는 보호막이 개재된다.
또한, 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 이미지 센서의 제조방법은 수광소자 및 트랜지스터를 구비한 픽셀이 형성된 반도체 기판 상에 제 1 평탄화막을 형성하는 단계; 평탄화막 상부에 식각정지막을 형성하는 단계; 식각정지막 상에 제 1 금속배선, 제 2 평탄화막, 및 제 2 금속배선을 순차적으로 형성하는 단계; 제 2 평탄화막 상부에 제 2 금속배선의 표면을 덮도록 보호막을 형성하는 단계; 수광소자 상의 보호막 및 제 2 평탄화막을 식각정지막이 노출되도록 식각하는 단계; 노출된 식각정지막을 제거하여 수광소자 상의 제 1 평탄화막을 노출시키는 단계; 노출된 제 1 평탄화막 상에 칼라필터를 형성하는 단계; 기판 전면 상에 제 3 평탄화막을 형성하는 단계; 및 칼라필터 상의 제 3 평탄화막 상부에 비교적 두꺼운 두께로 구면형상의 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 보호막 및 제 2 평탄화막의 식각은 건식식각으로 수행하거나, 건식식각과 습식식각의 조합으로 수행한다.
이하, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 보다 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예를 소개하기로 한다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 6a를 참조하면, 실리콘과 같은 반도체 기판(50) 상에 소자간의 전기적인 절연을 위하여 필드 절연막(51)을 형성하고, 포토다이오드와 같은 수광소자(52) 및 트랜지스터(미도시)를 포함하는 픽셀을 형성한다. 그 다음, 기판 전면 상에 제 1 평탄화막(53A)을 형성하고, 그 상부에 이후 식각공정시 정지막으로서 작용하는 식각정지막(54)을 형성한다. 그 후, 식각정지막(54) 상에 제 1 금속배선(55A), 제 2 평탄화막(53B) 및 제 2 금속배선(55B)을 순차적으로 형성하고, 제 2 금속배선(55B)의 표면을 덮도록 제 2 평탄화막(55B) 상부에 보호막(56)을 형성한다. 그 다음, 보호막(56) 상부에 수광소자(52) 상의 막들이 노출되도록 포토레지스트 패턴(57)을 형성한다. 즉, 보호막(56)은 포토레지스트로부터 제 2 금속배선(55B)을 보호하기 위하여 형성된다.
도 6b를 참조하면, 포토레지스트 패턴(57; 도 6a 참조)을 식각 마스크로하여 보호막(57) 및 제 2 평탄화막(53B)을 식각정지막(54)이 노출될 때까지 식각한다. 바람직하게, 상기 식각은 건식식각만으로 수행하거나, 건식식각과 습식식각의 조합으로 수행한다. 그 다음, 공지된 방법으로 포토레지스트 패턴(57)을 제거한다.
도 6c를 참조하면, 상기 식각시 노출된 식각정지막(54)을 제거하고, 기판 전면 상부에 칼라필터용 감광제를 도포하고, 노광, 현상 및 베이킹하여 수광소자(52) 상의 제 1 평탄화막(53A) 상부에 칼라필터(58)를 형성한다. 그 다음, 기판 전면 상에 제 3 평탄화막(59)를 형성하고, 제 3 평탄화막(59) 상부에 마이크로렌즈용 감광제를 도포하고, 노광, 현상 및 베이킹하여 칼라필터(58)상의 제 3 평탄화막(59) 상부에 구면 형상의 마이크로렌즈(60)를 형성한다. 이때, 마이크로렌즈(60)는 감소된 평탄화막 두께를 감안하여, 종래(도 1 참조) 보다 비교적 두꺼운 두께로 형성한다.
상기 실시예에 의하면, 다층 금속배선이 적용되는 경우 마이크로렌즈가 형성되는 부분에서 중간층의 평탄화막을 일부 제거하고 제거된 부분에 칼라필터를 형성함으로써, 평탄화막의 전체 두께를 감소시킬 수 있고 이에 따라 마이크로렌즈의 두께를 증가시키는 것이 가능해진다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
전술한 본 발명은 평탄화막의 전체 두께를 감소시킬 수 있고 이에 따라 마이크로렌즈의 두께를 증가시킬 수 있으므로, 마이크로렌즈에 의한 광특성 효율을 향상시킬 수 있다.
Claims (6)
- 수광소자 및 트랜지스터를 구비한 픽셀이 형성된 반도체 기판;상기 기판 상에 형성된 제 1 평탄화막;상기 제 1 평탄화막 상부에 형성된 제 1 금속배선;상기 제 1 금속배선을 덮으면서 상기 수광소자 상의 제 1 평탄화막을 노출시키도록 상기 제 1 평탄화막 상부에 형성된 제 2 평탄화막;상기 수광소자 상의 노출된 제 1 평탄화막 상부에 형성된 칼라필터;상기 제 2 평탄화막 상부에 형성된 제 2 금속배선;상기 제 2 금속배선을 포함하는 상기 기판 전면 상에 형성된 제 3 평탄화막; 및상기 칼라필터 상의 상기 제 3 평탄화막 상부에 형성되고 비교적 두꺼운 두께를 갖는 구면 형상의 마이크로렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 평탄화막과 상기 제 1 금속배선 및 제 2 평탄화막 사이에 식각정지막이 개재된 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 제 2 평탄화막과 상기 제 3 평탄화막 사이에 상기 제 2 금속배선의 표면을 덮는 보호막이 개재된 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 수광소자 및 트랜지스터를 구비한 픽셀이 형성된 반도체 기판 상에 제 1 평탄화막을 형성하는 단계;상기 평탄화막 상부에 식각정지막을 형성하는 단계;상기 식각정지막 상에 제 1 금속배선, 제 2 평탄화막, 및 제 2 금속배선을 순차적으로 형성하는 단계;상기 제 2 평탄화막 상부에 상기 제 2 금속배선의 표면을 덮도록 보호막을 형성하는 단계;상기 수광소자 상의 보호막 및 제 2 평탄화막을 상기 식각정지막이 노출되도록 식각하는 단계;상기 노출된 식각정지막을 제거하여 상기 수광소자 상의 제 1 평탄화막을 노출시키는 단계;상기 노출된 제 1 평탄화막 상에 칼라필터를 형성하는 단계;상기 기판 전면 상에 제 3 평탄화막을 형성하는 단계; 및상기 칼라필터 상의 제 3 평탄화막 상부에 비교적 두꺼운 두께로 구면형상의 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 보호막 및 제 2 평탄화막의 식각은 건식식각으로 수행하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 보호막 및 제 2 평탄화막의 식각은 건식식각과 습식식각의 조합으로 수행하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
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Payment date: 20111129 Year of fee payment: 5 |
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| FPAY | Annual fee payment |
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| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |