KR20060091518A - 이미지 센서 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
실리콘 산화막으로 이루어진 복수개의 마이크로 렌즈들을 채택하는 이미지 센서를 제공한다. 상기 이미지 센서는 반도체 기판 및 상기 반도체 기판에 형성된 복수개의 포토 다이오드들을 구비한다. 상기 포토 다이오드들을 갖는 기판 상에 형성된 층간절연막이 제공된다. 상기 층간절연막 상에 형성되고 상기 포토 다이오드들 상부에 각각 위치하되, 그들의 각각은 반구형의 표면을 갖고 실리콘 산화막으로 이루어진 복수개의 마이크로 렌즈들을 구비한다. 상기 이미지 센서의 제조방법 또한 제공한다.
이미지 센서, 포토 다이오드, 칼라 필터, 실리콘 산화막, 마이크로 렌즈
Description
도 1 내지 도 6은 본 발명에 따른 이미지 센서의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
본 발명은 반도체 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
이미지 센서는 물체로부터 반사되는 빛들을 전기적인 신호로 변환시키는 반도체 집적회로 소자로서 CCD(charge coupled device) 및 CIS(CMOS image sensor) 등이 있다. 상기 이미지 센서는 팩시밀리, 비디오 카메라 및 디지털 카메라 등에 널리 채택되고 있다.
이와 같은 용도로 사용되는 이미지 센서는 물체로부터 반사되는 빛을 집광하기 위하여 마이크로렌즈가 장착된다. 상기 마이크로렌즈는 일반적으로 포토 레지스트막으로 형성된다. 상기 포토 레지스트막은 내열성 및 내화학성이 취약하기 때문 에 외부적인 스트레스 등에 민감하게 반응한다. 예를 들면, 상기 마이크로렌즈를 완성한 후, 패드를 노출시키기 위한 공정에서 포토레지스트 패턴의 형성 및 그 패턴의 제거 공정 시에 상기 마이크로렌즈의 표면이 손상을 입거나 오염되는 문제점이 있다. 이러한 문제점들을 방지하기 위하여 상기 포토레지스트 패턴의 제거 공정 시에 통상적으로 이소프로필 알콜(IPA)이나 아세톤 등을 사용하게 된다. 이와 같이 이소프로필 알콜이나 아세톤을 사용하여 상기 포토 레지스트막을 제거하는 경우에는 상기 마이크로렌즈 상의 불순물 입자나 불순물 폴리머 등을 제거하기가 용이하지 아니하다. 따라서, 상기 마이크로렌즈 상에 잔존하는 불순물들이 상기 마이크로렌즈의 감광도를 저하시키는 원인이 되고 있다.
그 뿐만 아니라, 포토 레지스트막으로 형성된 상기 마이크로렌즈는 후속의 패키지 공정 중 소잉(sawing) 단계에서 발생되는 높은 압력으로 인하여 리프팅(lifting)되어 이미지 센서의 수율이나 마이크로 렌즈의 감광도가 저하되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 소자의 수율을 향상시키는 데 적합한 이미지 센서를 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 감광도를 향상시키는 데 적합한 이미지 센서의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 실리콘 산화막으로 이루어진 복수개의 마이크로 렌즈들을 채택하는 이미지 센서를 제공한다. 상기 이미지 센서는 반도체 기판 및 상기 반도체 기판에 형성된 복수개의 포토 다이오드들을 포함한다. 상기 포토 다이오드들을 갖는 기판 상에 형성된 층간절연막이 제공된다. 상기 층간절연막 상에 형성되고 상기 포토 다이오드들 상부에 각각 위치하되, 그들의 각각은 반구형의 표면을 갖고 실리콘 산화막으로 이루어진 복수개의 마이크로 렌즈들을 포함한다.
본 발명의 일 양태에 따른 몇몇 실시예들에 있어, 상기 층간절연막 및 상기 마이크로 렌즈들 사이에 배치된 복수개의 칼라 필터들을 더 포함할 수 있다.
다른 실시예에 있어, 상기 실리콘 산화막은 CVD 산화막 또는 에스오지(SOG)막일 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 실리콘 산화막으로 이루어진 복수개의 마이크로 렌즈들을 채택하는 이미지 센서의 제조방법을 제공한다. 이 방법은 반도체 기판에 복수개의 포토 다이오드들을 형성하는 것을 포함한다. 상기 포토 다이오드들을 갖는 기판 상에 층간절연막을 형성한다. 상기 층간절연막 상에 형성되고 상기 포토 다이오드들 상부에 각각 배치되되, 실리콘 산화막으로 이루어진 복수개의 마이크로 렌즈들을 형성하는 것을 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따른 몇몇 실시예들에 있어, 상기 층간절연막 상에 복수개의 칼라 필터들을 형성하는 것을 더 포함하되, 상기 복수개의 칼라 필터들은 각각 상기 포토 다이오드들 상에 위치하도록 형성될 수 있다.
다른 실시예에 있어, 상기 마이크로 렌즈들을 형성하는 것은, 상기 층간절연막 상에 실리콘 산화막을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 상기 실리콘 산화막 상에 형성되고 상기 포토 다이오드들 상부에 각각 배치된 복수개의 포토레지스트 패턴들 을 형성할 수 있다. 상기 포토레지스트 패턴들을 플로우시키어 볼록한 상부면을 갖는 반구형의 포토레지스트 패턴들을 형성할 수 있다. 상기 반구형의 포토레지스트 패턴들 및 상기 실리콘 산화막을 전면 식각하여 상기 반구형의 포토레지스트 패턴들 하부에 상기 반구형의 포토레지스트 패턴들의 표면 프로파일과 실질적으로 일치하는 둥근 상부면들을 갖는 실리콘 산화막 패턴을 형성하는 것을 포함하되, 상기 전면 식각은 상기 반구형의 포토레지스트 패턴들의 식각률 및 상기 실리콘 산화막의 식각률이 실질적으로 동일한 식각 레서피를 사용하여 실시할 수 있다.
또 다른 실시예에 있어, 상기 실리콘 산화막은 CVD 산화막 또는 에스오지막으로 형성할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하에서 설명되어지는 실시예들에 한정하지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 각 구성요소들의 길이 또는 두께 등은 설명의 편의를 위해 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 1을 참조하면, 반도체 기판(30)에 복수개의 포토 다이오드들(10)을 형성한다. 상기 포토 다이오드들(10)은 서로 이격되어 2차원적으로 배열된다. 상기 포토 다이오드들(10)의 각각에는 전송 트랜지스터(도시하지 않음), 리셋 트랜지스터( 도시하지 않음), 드라이브 트랜지스터(도시하지 않음) 및 선택 트랜지스터(도시하지 않음)가 직렬로 연결될 수 있다. 상기 포토 다이오드들(10)을 갖는 상기 반도체 기판(30) 상에 층간절연막(40)을 형성한다. 상기 층간절연막(40)은 평평한 상부면을 갖는 것이 바람직하다. 다시 말해서, 상기 층간절연막(40)은 평탄화된 상부면을 갖는 것이 바람직하다. 상기 층간절연막(40)은 BPSG(Boro-Phospho Silicate Glass)막으로 형성될 수 있다. 상기 층간절연막(40)에 복수개의 금속 배선들(20)이 서로 이격되게 형성될 수 있다. 상기 금속배선들(20)들은 상기 포토 다이오드들(10)을 덮지 않도록 배치된다.
도 2를 참조하면, 상기 층간절연막(40) 상에 복수개의 칼라 필터들(50)을 서로 이격되게 형성한다. 그 결과, 상기 금속 배선들(20)과 상기 칼라 필터들(50)은 상기 층간절연막(40)에 의해 격리된다. 상기 복수개의 칼라 필터들(50)은 상기 층간절연막(40) 상에 2차원적으로 배열되는 것이 바람직하다. 상기 칼라필터들(50)은 상기 포토다이오드들(10) 상부에 위치하도록 배열된다. 상기 칼라 필터들(50)은 2차원적으로 배열된 적색 필터들, 녹색필터들 및 청색 필터들을 포함할 수 있다. 이와 달리, 상기 칼라 필터들(50)은 2차원적으로 배열된 옐로우(Yellow) 필터들, 마젠타(Magenta) 필터들 및 시안(Cyan) 필터들을 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 복수의 칼라필터들(50)을 갖는 상기 기판(30) 상에 실리콘 산화막(60)을 형성한다. 상기 실리콘 산화막(60)의 상부면은 평평하게 형성하는 것이 바람직하다. 그 결과, 상기 실리콘 산화막(60)은 평탄층 역할을 할 수 있다. 상기 실리콘 산화막(60)은 CVD(chemical vapor deposition)막 또는 에스오지 (spin on glass; SOG)막으로 형성할 수 있다. 상기 실리콘 산화막(60)이 에스오지막으로 형성되는 경우에, 상기 실리콘 산화막(60)은 베이킹(baking) 공정에 의해 경화될 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 실리콘 산화막(60)을 갖는 상기 기판(30) 상에 포토레지스트막을 형성한다. 상기 포토레지스트막을 패터닝하여 상기 실리콘 산화막(60) 상에 복수개의 포토레지스트 패턴들(70)을 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴들(70)은 서로 이격되게 형성된다. 이에 더하여, 상기 포토레지스트 패턴들(70) 각각은 서로 대응하는 상기 칼라 필터들(50) 상부에 위치한다. 상기 포토레지스트 패턴들(70)은 직육면체형으로 형성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 열처리 공정에 의해 상기 포토레지스트 패턴들(70)을 플로우시킨다. 그 결과, 상기 포토레지스트 패턴들(70)은 볼록한 상부면을 갖는 반구형의 포토레지스트 패턴들(70a)로 변형된다.
도 6을 참조하면, 상기 반구형의 포토레지스트 패턴들(70a) 및 상기 실리콘 산화막(60)을 전면 식각한다. 상기 전면 식각은 상기 반구형의 포토레지스트 패턴들70a)의 식각률 및 상기 실리콘 산화막(60)의 식각률이 실질적으로 동일한 식각 레서피(etching recipe)를 사용하여 실시할 수 있다. 그 결과, 상기 반구형의 포토레지스트 패턴들(70a) 하부에 상기 반구형의 포토레지스트 패턴들(70a)의 프로파일과 실질적으로 일치하는 둥근 상부면을 갖는 실리콘 산화막 패턴(60')을 형성할 수 있다. 상기 실리콘 산화막 패턴(60')은 상기 칼라 필터들(50)을 덮는 바디(60a)와 상기 바디(60a)로부터 돌출된 복수개의 반구형 마이크로 렌즈들(60b)로 형성될 수 있다. 상기 반구형 마이크로 렌즈들(60b)은 상기 칼라 필터들(50)의 위치와 대향하는 방향으로 위치된다. 또한, 상기 반구형 마이크로 렌즈들(60b) 각각은 서로 대응하는 상기 칼라 필터들(50)의 상부에 배치된다. 이에 따라, 상기 마이크로렌즈들(60b)을 통해 입사된 빛은 상기 칼라 필터들(50)을 거쳐 상기 포토 다이오드들(10)에 집광될 수 있다.
상술한 바와 같이 구성되는 본 발명은, 마이크로 렌즈들을 실리콘 산화막으로 형성하므로써, 포토레지스트막으로 형성되는 종래의 마이크로 렌즈에 비해 내열성 및 내화학성이 양호한 마이크로 렌즈를 구비한 이미지 센서를 제공할 수 있다. 이에 따라, 마이크로 렌즈의 감광도를 향상시켜 이미지 센서의 수율을 향상시킬 수 있다.
Claims (7)
- 반도체 기판;상기 반도체 기판에 형성된 복수개의 포토 다이오드들;상기 포토 다이오드들을 갖는 기판 상에 형성된 층간절연막; 및상기 층간절연막 상에 형성되고 상기 포토 다이오드들 상부에 각각 위치하되, 그들의 각각은 반구형의 표면을 갖고 실리콘 산화막으로 이루어진 복수개의 마이크로 렌즈들을 포함하는 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서,상기 층간절연막 및 상기 마이크로 렌즈들 사이에 배치된 복수개의 칼라 필터들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서,상기 실리콘 산화막은 CVD 산화막 또는 에스오지(SOG)막인 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 반도체 기판에 복수개의 포토 다이오드들을 형성하고,상기 포토 다이오드들을 갖는 기판 상에 층간절연막을 형성하고,상기 층간절연막 상에 형성되고 상기 포토 다이오드들 상부에 각각 배치되되, 실리콘 산화막으로 이루어진 복수개의 마이크로 렌즈들을 형성하는 것을 포함하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 층간절연막 상에 복수개의 칼라 필터들을 형성하는 것을 더 포함하되, 상기 복수개의 칼라 필터들은 각각 상기 포토 다이오드들 상에 위치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제 4 항에 있어서, 상기 마이크로 렌즈들을 형성하는 것은상기 층간절연막 상에 실리콘 산화막을 형성하고,상기 실리콘 산화막 상에 형성되고 상기 포토 다이오드들 상부에 각각 배치된 복수개의 포토레지스트 패턴들을 형성하고,상기 포토레지스트 패턴들을 플로우시키어 볼록한 상부면을 갖는 반구형의 포토레지스트 패턴들을 형성하고,상기 반구형의 포토레지스트 패턴들 및 상기 실리콘 산화막을 전면 식각하여 상기 반구형의 포토레지스트 패턴들 하부에 상기 반구형의 포토레지스트 패턴들의 표면 프로파일과 실질적으로 일치하는 둥근 상부면들을 갖는 실리콘 산화막 패턴을 형성하는 것을 포함하되, 상기 전면 식각은 상기 반구형의 포토레지스트 패턴들의 식각률 및 상기 실리콘 산화막의 식각률이 실질적으로 동일한 식각 레서피를 사용하여 실시하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 실리콘 산화막은 CVD 산화막 또는 에스오지막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
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