KR20060073185A - 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 각각의 칼라 필터 사이에 형성되는 보이드의 발생을 방지하여 이미지 센서의 이미지 특성을 향상시키도록 한 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 반도체 기판에 일정한 간격을 갖고 형성되는 다수의 포토다이오드들과, 상기 각 포토다이오드 사이 및 그에 인접한 포토다이오드상에 형성되는 차광층과, 상기 각 포토다이오드를 포함한 반도체 기판의 전면에 형성되는 층간 절연층과, 상기 차광층과 대응되게 상기 층간 절연층상에 형성되는 보이드 발생 방지층과, 상기 보이드 발생 방지층에 이웃하는 일측이 소정부분 오버랩되도록 상기 층간 절연층상에 일정한 간격을 갖고 형성되는 다수의 칼라 필터층과, 상기 칼라 필터층을 포함한 반도체 기판의 전면에 형성되는 평탄화층과, 상기 각 칼라 필터층과 대응되게 상기 평탄화층상에 형성되는 마이크로렌즈를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
CMOS 이미지 센서, 마이크로렌즈, 블랙 포토레지스트, 보이드
Description
도 1은 종래 기술의 씨모스 이미지 센서를 나타낸 구조 단면도
도 2는 종래 기술에 의한 CMOS 이미지 센서에서 칼라 필터 어레이를 나타낸 평면도
도 3은 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서를 나타낸 구조 단면도
도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서의 제조방법을 나타낸 공정단면도
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : 반도체 기판 110 : 포토다이오드 영역
120 : 차광층 130 : 층간 절연막
140 : 보이드 발생 방지층 150 : 칼라 필터층
160 : 평탄화층 170 : 마이크로렌즈
본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로, 특히 칼라 필터 어레이 사이의 보이 드 생성을 방지하여 이미지 센서의 특성을 향상시키도록 한 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 이미지 센서는 광학 영상(optical image)을 전기적인 신호로 변환시키는 반도체 장치로써, CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서 소자와 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서 소자로 크게 나눌 수 있다.
CMOS 이미지 센서는 조사되는 빛을 감지하는 포토다이오드부와 감지된 빛을 전기적인 신호로 처리하여 데이터화하는 CMOS 로직 회로부로 구성되는데, 상기 포토다이오드의 수광량이 많을수록 상기 이미지 센서의 광 감도(Photo Sensitivity) 특성이 양호해진다.
광 감도를 높이기 위해서 이미지 센서의 전체 면적 중에서 포토다이오드의 면적이 차지하는 비율(Fill Factor)을 크게 하거나, 포토다이오드 이외의 영역으로 입사되는 광의 경로를 변경하여 상기 포토다이오드로 집속시켜 주는 기술이 사용된다.
상기 집속 기술의 대표적인 예가 마이크로렌즈를 형성하는 것인데, 이는 포토다이오드 상부에 광투과율이 좋은 물질로 통상적으로 볼록형 마이크로렌즈를 만들어 입사광의 경로를 굴절시켜 보다 많은 양의 빛을 포토다이오드 영역으로 조사하는 방법이다.
이 경우 마이크로렌즈의 광축과 수평한 빛이 마이크로렌즈에 의해서 굴절되어 광축상의 일정 위치에서 그 초점이 형성되어진다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래 기술의 씨모스 이미지 센서를 설명하면 다음과 같다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래 기술에 의한 씨모스 이미지 센서를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래 기술에 의한 씨모스 이미지 센서를 나타낸 구조 단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(10)의 표면내에 일정한 간격을 갖고 형성되어 입사되는 광량에 따른 전하를 생성하는 다수의 포토다이오드 영역(20)들과, 상기 포토다이오드 영역(20) 사이의 반도체 기판(10)상에 형성되어 상기 포토다이오드 영역(20) 이외의 영역으로 빛이 입사되는 것을 방지하기 위한 차광층(30)과, 상기 차광층(30)을 포함한 반도체 기판(10)의 전면에 형성되는 층간 절연층(40)과, 상기 층간 절연층(40)상에 일정한 간격을 갖고 형성되어 각각 특정의 파장대의 빛을 통과시키는 R,G,B의 칼라 필터층(50)과, 상기 칼라 필터층(50)을 포함한 반도체 기판(10)의 전면에 형성되는 평탄화층(60)과, 상기 평탄화층(60)상에 일정 곡률을 갖는 볼록 형태로 구성되어 대응하는 칼라 필터층(50)을 투과하여 포토다이오드 영역(20)으로 빛을 집광하는 마이크로렌즈(70)를 포함하여 구성된다.
그리고 광을 감지하기 위한 소자로 포토다이오드 형태가 아니고, 포토 게이트 형태로 구성되는 것도 가능하다.
여기서, 상기 칼라 필터층(50)은 R(red), G(green), B(blue)의 칼라 필터로 구성되며, 상기 각 칼라 필터는 해당 감광성 물질을 도포하고 별도의 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 형성된다.
한편, 상기 R, G, B의 칼라 필터는 서로 일정한 간격을 갖고 형성되어 있다.
또한, 상기 마이크로렌즈(70)는 집속된 빛의 초점 등의 여러 가지를 고려하여 곡률 및 형성 높이 등이 결정되는데, 감광성 레지스트가 주로 사용되고, 증착 및 패터닝 그리고 리플로우 등의 공정으로 형성된다.
도 2는 종래 기술에 의한 CMOS 이미지 센서에서 칼라 필터 어레이를 나타낸 평면도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 칼라 필터는 Green 2 픽셀, Blue 1 픽셀, RED 1 픽셀 단위로 구성되고, 각각의 색은 반도체 포토 공정을 이용하여 각각의 색을 가진 포토레지스트를 코팅(coating)한 후 각각의 픽셀을 순차적으로 형성하고 있다.
그러나 상기 칼라 필터 어레이는 일정한 간격을 갖고 형성되기 때문에 각각의 칼라 필터 사이에 보이드(void)(80)가 형성된다.
그러나 이와 같은 종래 기술의 CMOS 이미지 센서에 있어서 다음과 같은 문제가 있다.
즉, 각각의 칼라 필터 사이에 형성된 보이드 때문에 수광시 포토다이오드의 오동작을 유발하여 이미지 특성이 저하되는 문제를 발생한다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 각각의 칼라 필터 사이에 형성되는 보이드의 발생을 방지하여 이미지 센서의 이미지 특성을 향상시키도록 한 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서는 반도체 기판에 일정한 간격을 갖고 형성되는 다수의 포토다이오드들과, 상기 각 포토다이오드 사이 및 그에 인접한 포토다이오드상에 형성되는 차광층과, 상기 각 포토다이오드를 포함한 반도체 기판의 전면에 형성되는 층간 절연층과, 상기 차광층과 대응되게 상기 층간 절연층상에 형성되는 보이드 발생 방지층과, 상기 보이드 발생 방지층에 이웃하는 일측이 소정부분 오버랩되도록 상기 층간 절연층상에 일정한 간격을 갖고 형성되는 다수의 칼라 필터층과, 상기 칼라 필터층을 포함한 반도체 기판의 전면에 형성되는 평탄화층과, 상기 각 칼라 필터층과 대응되게 상기 평탄화층상에 형성되는 마이크로렌즈를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서의 제조방법은 반도체 기판에 일정한 간격을 갖는 다수의 포토다이오드들을 형성하는 단계와, 상기 각 포토다이오드 사이 및 그에 인접한 포토다이오드상에 차광층을 형성하는 단계와, 상기 반도체 기판의 전면에 층간 절연층을 형성하는 단계와, 상기 차광층과 대응되게 상기 층간 절연층상에 일정한 간격을 갖는 다수의 보이드 발생 방지층을 형성하는 단계와, 상기 보이드 발생 방지층상에 이웃하는 일측이 소정부분되도록 상기 층간 절연층상에 다수의 칼라 필터층을 형성하는 단계와, 상기 각 칼라 필터층을 포함한 반도체 기판의 전면에 평탄화층을 형성하는 단계와, 상기 각 칼라 필터층과 대응되게 상기 평탄화층상에 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서 및 그 제 조방법을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서를 나타낸 구조 단면도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(100)의 표면내에 일정한 간격을 갖고 형성되어 입사되는 광량에 따른 전하를 생성하는 다수의 포토다이오드 영역(110)들과, 상기 포토다이오드 영역(110) 사이의 반도체 기판(100)상에 형성되어 상기 포토다이오드 영역(110) 이외의 영역으로 빛이 입사되는 것을 방지하기 위한 다수의 차광층(120)과, 상기 각 차광층(120)을 포함한 반도체 기판(100)의 전면에 형성되는 층간 절연층(130)과, 상기 차광층(120)과 대응되는 상기 층간 절연층(130)상에 형성되는 보이드 발생 방지층(140)과, 상기 각 보이드 발생 방지층(140)상에 인접하는 양끝단이 오버랩되면서 상기 층간 절연층(130)상에 일정한 간격을 갖고 형성되어 각각 특정의 파장대의 빛을 통과시키는 R,G,B의 칼라 필터층(150)과, 상기 칼라 필터층(150)을 포함한 반도체 기판(100)의 전면에 형성되는 평탄화층(160)과, 상기 평탄화층(160)상에 일정 곡률을 갖는 볼록 형태로 구성되어 대응하는 칼라 필터층(150)을 투과하여 포토다이오드 영역(110)으로 빛을 집광하는 마이크로렌즈(170)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 보이드 발생 방지층(140)상에 인접한 칼라 필터층(150)의 일측이 오버랩되면서 종래와 같이 칼라 필터 사이에 발생하는 보이드 생성을 방지할 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조방법을 나타낸 공정 단면도이다.
도 4a에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(100)의 표면내에 일정한 간격을 갖는 다수의 포토다이오드 영역(110)을 형성하고, 상기 포토다이오드 영역(110)을 포함한 반도체 기판(100)의 전면에 불투명 금속막 예를 들면, 크롬(Cr)막을 증착한다.
이어, 포토 및 식각 공정을 통해 상기 포토다이오드 영역(110) 사이의 반도체 기판(100)상에만 상기 크롬막이 잔류하도록 선택적으로 패터닝하여 차광층(120)을 형성한다.
그리고 상기 차광층(120)을 포함한 반도체 기판(100)의 전면에 층간 절연층(130)을 형성한다.
여기서, 상기 층간 절연층(130)은 다층으로 형성될 수도 있다.
도 4b에 도시한 바와 같이, 상기 층간 절연층(130)상에 블랙 포토레지스트를 도포한 후, 노광 및 현상 공정으로 상기 차광층(120)에 대응하도록 패터닝하여 보이드 발생 방지층(140)을 형성한다.
도 4c에 도시한 바와 같이, 상기 보이드 발생 방지층(140)을 포함한 반도체 기판(100)의 전면에 가염성 레지스트를 사용하여 도포한 후, 노광 및 현상 공정으로 상기 가염성 레지스트를 패터닝하여 각각의 파장대별로 빛을 필터링하는 칼라 필터층(150)들을 일정한 간격을 갖도록 형성한다.
여기서, 상기 각 칼라 필터층(150)들은 인접한 칼라 필터층(150)의 일측이 상기 보이드 발생 방지층(140)과 오버랩되도록 형성한다.
이어, 상기 각 칼라 필터층(150)을 포함한 반도체 기판(100)의 전면에 평탄 화층(160)을 형성한다.
도 4d에 도시한 바와 같이, 상기 평탄화층(160)상에 마이크로렌즈 형성용 물질층을 도포한 후, 노광 및 현상 공정으로 상기 물질층을 패터닝하여 마이크로렌즈 패턴을 형성한다.
여기서, 상기 마이크로렌즈 형성용 물질층으로, 레지스트 또는 TEOS와 같은 산화막을 사용할 수도 있다.
이어, 상기 마이크로렌즈 패턴을 리플로우시키어 마이크로렌즈(170)를 형성한다.
여기서, 상기 리플로우 공정은 핫 플레이트(hot plate)를 이용하거나 퍼니스(furnace)를 이용할 수 있다. 이때 수축 가열하는 방법에 따라 마이크로렌즈(170)의 곡률이 달라지는데 이 곡률에 따라서 집속 효율도 달라지게 된다.
이어, 상기 마이크로렌즈(170)에 자외선을 조사하여 경화한다. 여기서, 상기 마이크로렌즈(170)에 자외선을 조사하여 경화함으로써 상기 마이크로렌즈(170)는 최적의 곡률 반경을 유지할 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서 및 그 제조 방법은 다음과 같 은 효과가 있다.
즉, 각각의 칼라 필터층 사이에 보이드 발생 방지층을 형성함으로써 보이드의 발생을 방지할 수 있기 때문에 포토다이오드의 오동작을 방지하여 이미지 센서의 이미지 특성을 향상시킬 수 있다.
Claims (5)
- 반도체 기판에 일정한 간격을 갖고 형성되는 다수의 포토다이오드들과,상기 각 포토다이오드 사이 및 그에 인접한 포토다이오드상에 형성되는 차광층과,상기 각 포토다이오드를 포함한 반도체 기판의 전면에 형성되는 층간 절연층과,상기 차광층과 대응되게 상기 층간 절연층상에 형성되는 보이드 발생 방지층과,상기 보이드 발생 방지층에 이웃하는 일측이 소정부분 오버랩되도록 상기 층간 절연층상에 일정한 간격을 갖고 형성되는 다수의 칼라 필터층과,상기 칼라 필터층을 포함한 반도체 기판의 전면에 형성되는 평탄화층과,상기 각 칼라 필터층과 대응되게 상기 평탄화층상에 형성되는 마이크로렌즈를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서, 상기 보이드 발생 방지층은 블랙 포토레지스트인 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서.
- 반도체 기판에 일정한 간격을 갖는 다수의 포토다이오드들을 형성하는 단계;상기 각 포토다이오드 사이 및 그에 인접한 포토다이오드상에 차광층을 형성 하는 단계;상기 반도체 기판의 전면에 층간 절연층을 형성하는 단계;상기 차광층과 대응되게 상기 층간 절연층상에 일정한 간격을 갖는 다수의 보이드 발생 방지층을 형성하는 단계;상기 보이드 발생 방지층상에 이웃하는 일측이 소정부분되도록 상기 층간 절연층상에 다수의 칼라 필터층을 형성하는 단계;상기 각 칼라 필터층을 포함한 반도체 기판의 전면에 평탄화층을 형성하는 단계;상기 각 칼라 필터층과 대응되게 상기 평탄화층상에 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
- 제 3 항에 있어서, 상기 보이드 발생 방지층은 상기 각 칼라 필터층을 포함한 반도체 기판의 전면에 블랙 포토레지스트를 도포한 후 노광 및 현상 공정을 이용하여 선택적으로 패터닝하여 형성하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
- 제 3 항에 있어서, 상기 마이크로렌즈에 자외선을 조사하여 경화하는 단계를 더 포함하여 형성하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
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