KR20070029921A - 이미지 센서 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 칼라필터(Colour Filter)를 구비한 이미지 센서에서 이웃한 포토다이오드 간에 간섭현상이 발생하는 것을 억제할 수 있는 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명에서는 복수의 포토다이오드가 형성된 기판과, 상기 기판 상에 형성된 절연막과, 이웃하는 상기 포토다이오드 사이의 영역과 대응되는 영역의 상기 절연막 내에 형성된 색분리막과, 상기 색분리막의 저부에 형성된 반사방지막과, 상기 포토다이오드에 대응되는 영역의 상기 절연막 상에 상기 포토다이오드와 각각 대응되도록 배치된 칼라필터와, 상기 칼라필터 상에 형성된 마이크로 렌즈를 포함하는 이미지 센서를 제공한다.
이미지 센서, 색분리막, 반사방지막, 칼라필터, 포토다이오드.
Description
도 1은 종래기술에 따른 칼라필터를 구비한 이미지 센서를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 칼라필터를 구비한 이미지 센서를 도시한 단면도.
도 3a 내지 도 3d는 도 2에 도시된 이미지 센서의 색분리막 형성방법을 도시한 공정 단면도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
110 : 기판
112 : 포토다이오드
114 : 절연막
118 : 반사방지막
120 : 색분리막
122 : 칼라필터
124 : 마이크로 렌즈
본 발명은 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 칼라필터(Colour Filter)를 구비한 CMOS(complementary metal-oxide-semiconductor) 및 CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서 및 이미지 센서의 구성요소인 색분리막 형성방법에 관한 것이다.
최근들어 디지털 카메라(digital camera)는 인터넷을 이용한 영상통신의 발전과 더불어 그 수요가 폭발적으로 증가하고 있는 추세에 있다. 더욱이, 카메라가 장착된 PDA(Personal Digital Assistant), IMT-2000(International Mobile Telecommunications-2000), CDMA(Code Division Multiple Access) 단말기 등과 같은 이동통신단말기의 보급이 증가됨에 따라 소형 카메라 모듈의 수요가 증가하고 있다.
카메라 모듈로는 기본적인 구성요소가 되는 CCD(Charge Coupled Device)나 CMOS(complementary metal-oxide-semiconductor) 이미지 센서를 이용한 이미지 센서 모듈이 널리 보급되어 사용되고 있다. 이미지 센서는 칼라 이미지를 구현하기 위하여 외부로부터 빛을 받아 광전하를 생성 및 축적하는 광감지부 상부에 칼라필터(Colour Filter)가 어레이(array)되어 있다. 칼라필터 어레이는 레드(Red), 그린(Green) 및 블루(Blue)의 3가지 칼라로 이루어지거나, 옐로우(Yellow), 마젠타(Magenta) 및 시안(Cyan)의 3가지 칼라로 이루어진다.
도 1은 통상적인 칼라필터를 구비한 이미지 센서의 단위화소 구조를 개략적으로 나타낸 단면도로서, 도 1을 참조하면, 종래에는 칼라 이미지를 구현하기 위하여 포토다이오드(12)가 형성된 기판(10) 상에 색분리막(16)이 개재된 절연막(14) 을 형성하고, 절연막(14) 상에는 각 포토다이오드(12)에 대응되는 위치에 색깔별 투과도 특성을 갖는 칼라필터(18)를 어레이하여 이미지 센서를 구성하였다. 칼라필터 어레이는 통상 청색(Blue, 18a), 녹색(Green, 18b) 및 적색(Red, 18c)의 3가지 색깔로 이루어지며, 노란색(Yellow), 자홍색(Magenta) 및 청록색(Cyan)의 3가지 색깔로 이루어질 수 있다.
그러나, 종래의 이미지 센서에서는 마이크로 렌즈(20)로부터 흡수된 빛이 포토다이오드(12)의 표면이나 중간 계층에서 반사되어, 그 빛이 색분리막(16)의 하단이나 측벽부를 통하여 이웃한 다른 색깔의 포토다이오드(12)에 영향을 끼치는 간섭현상('C' 부위 참조)이 발생할 수 있다. 이러한 간섭현상('C' 부위 참조)은 고성능 이미지 구현의 노이즈로 작용하거나 색 불균형과 같은 문제점을 유발한다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 칼라필터를 구비한 이미지 센서에서 이웃한 포토다이오드 간에 간섭현상이 발생하는 것을 억제할 수 있는 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 일측면에 따른 본 발명은, 복수의 포토다이오드가 형성된 기판과, 상기 기판 상에 형성된 절연막과, 이웃하는 상기 포토다이오드 사이의 영역과 대응되는 영역의 상기 절연막 내에 형성된 색분리막과, 상기 색분리막의 저부에 형성된 반사방지막과, 상기 포토다이오드에 대응되는 영역의 상기 절연막 상에 상기 포토다이오드와 각각 대응되도록 배치된 칼라필터와, 상기 칼라필터 상에 형성된 마이크로 렌즈를 포함하는 이미지 센서를 제공한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 다른 측면에 따른 본 발명은, 복수의 포토다이오드가 형성된 기판을 제공하는 단계와, 상기 기판 상에 제1 절연막을 증착하는 단계와, 상기 제1 절연막을 식각하여 이웃하는 상기 포토다이오드 사이의 상기 기판을 노출시키는 비아홀을 형성하는 단계와, 상기 비아홀 저부의 상기 기판 상에 반사방지막을 형성하는 단계와, 상기 반사방지막 상에 상기 비아홀이 매립되는 색분리막을 증착하는 단계를 포함하는 이미지 센서 제조방법을 제공한다.
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 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이며, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나, 또는 그들 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호는 표시된 부분은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
실시예
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이미지 센서는 복수의 포토다이오드(112)가 형성된 기판(110)과, 기판(110) 상에 형성된 절연막(114)과, 이웃하는 포토다이오드(112) 사이의 영역과 대응되는 영역의 절연막(114) 내에 형성된 색분리막(120)과, 색분리막(120)의 저부에 형성된 반사방지막(Anti Reflective Coating; 18)과, 포토다이오드(112)에 대응되는 영역의 절연막(114) 상에 포토다이오드(112)와 각각 대응되도록 배치된 칼라필터(122)와, 칼라필터(122) 상에 각각 형성된 마이크로 렌즈(124)를 포함한다.
칼라필터(122)는 3가지 색깔이 연속적으로 배치된 칼라필터 어레이(122a, 122b, 122c)로 이루어진다. 칼라필터 어레이(122a, 122b, 122c)는 청색, 녹색 및 적색의 3가지 색깔로 이루어지며, 노란색, 자홍색 및 청록색의 3가지 색깔로 이루어질 수도 있다.
여기서, 반사방지막(ARC, 118)은 색분리막(120)의 저부에 형성될 뿐만 아니라 그 양측벽에도 형성될 수 있다. 이를 통해, 색분리막(120)의 저부나 측벽부를 통하여 이웃한 다른 색깔의 포토다이오드(112)에 영향을 끼치는 간섭현상을 억제('D' 부위 참조)할 수 있다. 이는, 반사방지막(118)이 색분리막(120)으로 들어오는 빛을 흡수하기 때문이다.
특히, 반사방지막(118)은 흡광계수(Absorption Coefficient, k)가 0.1 내지 2.0의 범위를 갖는 순수물질(pure) 또는 금속성 혼합체(metalic compound)로 이루어진다. 예컨대, Ti, TiN, MoSi, SiC, MoO3, AlGaAs, GaAs, CdSe 및 Inp 의 일군에서 선택된 어느 하나의 금속성 혼합체로 이루어진다.
또한, 색분리막(120)은 금속배선으로도 기능할 수 있도록 빛의 투과도가 1.0% 이하, 즉 0.1 내지 1.0%의 범위를 갖는 금속 물질로 이루어진다. 예컨대, Al, Cu 및 이들의 혼합체 중 어느 하나로 이루어진다.
그리고, 절연막(114)은 절연상수가 1 내지 8의 범위를 갖고 가시광선 투과율이 적어도 80%인 물질로 이루어진다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법을 설명하기 위해 이미지 센서의 색분리막 형성방법을 도시한 공정단면도이다. 여기서는, 하나의 색분리막이 형성되는 이미지 센서의 일부분만을 도시하기로 한다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 포토 다이오드(112) 및 소자분리막(미도시) 형성공정이 완료된 기판(110) 상에 MOS 트랜지스터(미도시)와 같은 소자를 형성한다.
이어서, 기판(110) 상에 MOS 트랜지스터를 덮는 절연막(114; 이하, 제1 절연막이라 함)을 증착한다. 이때, 제1 절연막(114)은 절연상수가 1 내지 8의 범위를 갖고 가시광선 투과율이 적어도 80%인 물질로 형성한다.
그런 다음, 제1 절연막(114) 상에 포토레지스트(미도시)를 증착한 후 포토마스크(미도시)를 이용한 노광 및 현상공정을 실시하여 포토레지스트 패턴(115)을 형성한다. 여기서, 현상공정시에는 통상적인 테트라메틸암모늄 하이드록사이드(TMAH) 수용액을 이용한다.
이어서, 도 3b에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(115, 도 3a 참조)을 식각 마스크로 이용한 식각공정을 실시하여 제1 절연막(114)을 식각한다. 이로써, 이웃하는 포토다이오드(112) 사이의 기판(110)을 노출시키는 비아홀(116)이 형성된다.
이어서, 도 3c에 도시된 바와 같이, 비아홀(116, 도 3b 참조)을 포함한 제1 절연막(114) 상부의 단차를 따라 반사방지막(118)을 증착한다. 이때, 반사방지막(118)은 비아홀(116) 저부의 기판(110) 상에만 증착할 수도 있다.
여기서, 반사방지막(118)은 흡광계수(k)가 0.1 내지 2.0의 범위를 갖는 순수물질 또는 금속성 혼합체로 형성한다. 예컨대, Ti, TiN, MoSi, SiC, MoO3, AlGaAs, GaAs, CdSe 및 Inp 의 일군에서 선택된 어느 하나의 금속성 혼합체로 형성한다.
이어서, 도 3d에 도시된 바와 같이, 비아홀(116, 도 3c 참조)이 매립되도록 반사방지막(118) 상에 색분리막(120)을 증착한다. 여기서, 색분리막(120)은 금속배선으로도 기능할 수 있도록 빛의 투과도가 1.0% 이하, 즉 0.1 내지 1.0%의 범위를 갖는 금속 물질로 형성한다. 예컨대, Al, Cu 및 이들의 혼합체 중 어느 하나로 형성한다.
이어서, 도면에 도시되진 않았지만, 제1 절연막(114)을 평탄화 정지막으로 하는 평탄화 공정을 실시하여 색분리막(120)을 평탄화한다. 예컨대, CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 실시한다. 이러한 CMP 공정시에는, 연마제로서 SiO2, Al2O3 및 MnO2 중 어느 하나를 사용하고 산화제로서 H2O2, FeNO3 및 H5IO6 중 어느 하나를 사용한다.
이어서, 제1 절연막(114) 및 색분리막(120)을 포함한 전체구조 상의 전면에 절연막(이하, 제2 절연막이라 함)을 증착한다. 그런 다음, 일반적인 이미지 센서 제조공정과 같이 포토다이오드(112)와 대응되는 영역의 제2 절연막 상에 포토다이오드(112)와 각각 대응되도록 칼라필터를 배치시킨다. 칼라필터 형성공정은 일반적인 방법으로, 염색된 포토레지스트에 노광 및 현상공정을 실시하여 이루어진다. 그리고, 칼라필터 상에는 빛을 집광하기 위한 마이크로 렌즈를 형성한다.
본 발명의 기술 사상은 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 칼라필터를 구비한 이미지 센서에서 색분리막의 저부 또는 저부 및 측벽에 반사방지막을 형성함으로써 마이크로 렌즈를 통해 흡수된 빛이 색분리막의 저부나 측벽부를 통하여 이웃한 다른 색깔의 포토다이오드에 영향을 끼치는 간섭현상이 억제되도록 할 수 있다. 따라서, 이미지 센서의 노이즈 및 색 불균형과 같은 문제점을 해결할 수 있다.
Claims (17)
- 복수의 포토다이오드가 형성된 기판;상기 기판 상에 형성된 절연막;이웃하는 상기 포토다이오드 사이의 영역과 대응되는 영역의 상기 절연막 내에 형성된 색분리막;상기 색분리막의 저부에 형성된 반사방지막;상기 포토다이오드에 대응되는 영역의 상기 절연막 상에 상기 포토다이오드와 각각 대응되도록 배치된 칼라필터; 및상기 칼라필터 상에 형성된 마이크로 렌즈를 포함하는 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서,상기 반사방지막은 상기 색분리막의 저부 및 양측벽에 형성된 이미지 센서.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 반사방지막은 흡광계수가 0.1 내지 2.0의 범위를 갖는 순수물질 또는 금속성 혼합체로 이루어진 이미지 센서.
- 제 3 항에 있어서,상기 금속성 혼합체는 Ti, TiN, MoSi, SiC, MoO3, AlGaAs, GaAs, CdSe 및 Inp 의 일군에서 선택된 어느 하나로 이루어진 이미지 센서.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 색분리막은 빛의 투과도가 0.1 내지 1.0%의 범위를 갖는 금속 물질로 이루어진 이미지 센서.
- 제 5 항에 있어서,상기 색분리막은 Al, Cu 및 이들의 혼합체 중 어느 하나로 이루어진 이미지 센서.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 절연막은 절연상수가 1 내지 8의 범위를 갖고 가시광선 투과율이 적어도 80%인 물질로 이루어진 이미지 센서.
- 복수의 포토다이오드가 형성된 기판을 제공하는 단계;상기 기판 상에 제1 절연막을 증착하는 단계;상기 제1 절연막을 식각하여 이웃하는 상기 포토다이오드 사이의 상기 기판을 노출시키는 비아홀을 형성하는 단계;상기 비아홀 저부의 상기 기판 상에 반사방지막을 형성하는 단계; 및상기 반사방지막 상에 상기 비아홀이 매립되는 색분리막을 증착하는 단계를 포함하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 반사방지막을 형성하는 단계는 상기 비아홀을 포함한 상기 제1 절연막 상부의 단차를 따라 상기 반사방지막을 형성하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,상기 반사방지막은 흡광계수가 0.1 내지 2.0의 범위를 갖는 순수물질 또는 금속성 혼합체를 사용하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 금속성 혼합체는 Ti, TiN, MoSi, SiC, MoO3, AlGaAs, GaAs, CdSe 및 Inp 의 일군에서 선택된 어느 하나로 형성하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,상기 색분리막은 빛의 투과도가 0.1 내지 1.0%의 범위를 갖는 금속 물질로 형성하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 12 항에 있어서,상기 색분리막은 Al, Cu 및 이들의 혼합체 중 어느 하나로 형성하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,상기 색분리막을 증착한 후, 상기 제1 절연막을 평탄화 정지막으로 하는 평탄화공정을 실시하는 단계를 더 포함하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 14 항에 있어서,상기 평탄화공정을 실시하는 단계는 연마제로서 SiO2, Al2O3 및 MnO2 중 어느 하나를 사용하고 산화제로서 H2O2, FeNO3 및 H5IO6 중 어느 하나를 사용하는 CMP 공정으로 이루어지는 이미지 센서 제조방법.
- 제 14 항에 있어서, 상기 색분리막을 평탄화한 후,상기 제1 절연막 상에 상기 색분리막을 덮는 제2 절연막을 증착하는 단계;상기 포토다이오드와 대응되는 영역의 상기 제2 절연막 상에 상기 포토다이오드와 각각 대응되도록 칼라필터를 배치시키는 단계; 및상기 칼라필터 상에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 더 포함하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 16 항에 있어서,상기 제1 및 제2 절연막은 절연상수가 1 내지 8의 범위를 갖고 가시광선 투과율이 적어도 80%인 물질로 형성하는 이미지 센서 제조방법.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100816041B1 (ko) * | 2006-11-28 | 2008-03-21 | 고려대학교 산학협력단 | 반사율 저감을 위한 적층체 |
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| US9564469B2 (en) | 2014-08-21 | 2017-02-07 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Image sensor comprising a color separation device separating incident light into plural of colors for having improved light utilization efficiency and method of manufacturing the same |
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-
2005
- 2005-09-12 KR KR1020050084563A patent/KR20070029921A/ko not_active Application Discontinuation
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