KR20070046297A - 씨모스 이미지 센서 - Google Patents
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Abstract
씨모스 이미지 센서는 표면 아래에 포토 다이오드가 형성된 반도체 기판과, 상기 반도체 기판 상에 형성되는 층간 절연막과, 상기 층간 절연막 상에 형성되고, 상기 포토 다이오드와 대응되는 영역에 위치하는 컬러 필터 및 상기 컬러 필터 상부에 형성되면서 상기 컬러 필터와 대응되는 영역에 위치하는 마이크로 렌즈를 포함한다. 특히, 상기 컬러 필터는 안트라센 등과 같은 흡광 성분의 물질을 포함하는 포토레지스트 조성물로 이루어진다. 그러므로, 상기 씨모스 이미지 센서의 경우에는 상기 마이크로 렌즈에 의해 집속되는 광을 보다 효율적으로 상기 포토 다이오드까지 전달할 수 있다.
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 2a 내지 도 2g는 도 1의 씨모스 이미지 센서를 제조하는 방법을 나타내는 개략적인 단면도들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 씨모스 이미지 센서 10 : 반도체 기판
12 : 포토 다이오드 14 : 층간 절연막
16, 22 : 평탄화막 18 : 반사 방지막
20 : 컬러 필터 24 : 마이크로 렌즈
본 발명은 이미지 센서와 관한 것으로서, 보다 상세하게는 집광 효율이 개선된 씨모스 이미지 센서에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 장치 중에서 이미지 센서는 광학 영상을 전기적 신호로 변환시키는 소자이다. 상기 이미지 센서의 예로서는 전하 결합 소자(charge coupled device : CCD), 씨모스 이미지 센서(CMOS image sensor : CIS) 등이 있다. 그리고, 상기 씨모스 이미지 센서의 경우에는 광을 센싱하는 광을 센싱하는 포토 다이오드, 상기 포토 다이오드 상부에 위치하고, 광을 집속하는 마이크로 렌즈 등을 포함하는 픽셀 어레이와 상기 포토 다이오드에 의해 생성된 전하를 처리하는 트랜지스터 등으로 구성된다.
특히, 최근에는 신호 처리 알고리즘(signal processing algorithm)의 개선, 씨모스 공정 기술의 발달 등에 의해 씨모스 이미지 센서가 가지고 있던 단점들을 극복하고 있고, 전하 결합 소자의 제조 공정을 씨모스 이미지 센서의 제조 공정에 부분적으로 적용함으로써 씨모스 이미지 센서의 품질을 개선하고 있다.
이와 같이, 상기 씨모스 이미지 센서의 품질이 개선됨에 따라 상기 씨모스 이미지 센서의 픽셀 어레이의 크기도 축소되고 있는 추세에 있다. 그러나, 상기 픽셀 어레이의 크기가 축소됨에 따라 포토 다이오드가 차지하는 면적도 축소되고, 그 결과 상기 씨모스 이미지 센서의 성능에 영향을 끼친다. 이에 따라, 최근에는 그 크기가 점차적으로 축소되고 있는 씨모스 이미지 센서의 성능을 향상시키기 위하여 마이크로 렌즈 등을 적용하고 있다.
하지만, 상기 픽셀 어레이의 크기가 더욱 더 축소되고 있기 때문에 상기 마이크로 렌즈 등을 적용하여도 상기 씨모스 이미지 센서의 성능을 향상시키기에는 다소 역부족이다.
본 발명의 목적은 포토 다이오드로 도달하는 광량을 충분하게 확보하여 성능 의 개선을 도모할 수 있는 씨모스 이미지 센서를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서는 다음과 같다.
상기 씨모스 이미지 센서는 표면 아래에 포토 다이오드가 형성된 반도체 기판과, 상기 반도체 기판 상에 형성되는 층간 절연막과, 상기 층간 절연막 상에 형성되고, 상기 포토 다이오드와 대응되는 영역에 위치하는 컬러 필터 및 상기 컬러 필터 상부에 형성되면서 상기 컬러 필터와 대응되는 영역에 위치하는 마이크로 렌즈를 포함한다.
또한, 상기 씨모스 이미지 센서는 상기 층간 절연막과 상기 컬러 필터 사이 및/또는 상기 컬러 필터와 상기 마이크로 렌즈 사이에 개재되는 평탄화막과, 상기 층간 절연막과 상기 컬러 필터 사이에 개재되는 반사 방지막 그리고 상기 층간 절연막과 상기 컬러 필터 사이에 개재되는 이너 렌즈를 더 포함하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 이너 렌즈가 요홈을 갖는 형태로 형성될 때 상기 컬러 필터는 그 일부가 상기 요홈 내에 수용되는 형태로 형성되는 것이 보다 바람직하다.
특히, 상기 씨모스 이미지 센서의 경우 상기 컬러 필터는 안트라센 등과 같은 흡광 성분의 물질을 포함하는 포토레지스트 조성물로 이루어지는 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 발명에 의하면, 상기 씨모스 이미지 센서는 흡광 성분을 포함하는 물질을 포함하는 포토레지스트로 이루어지는 컬러 필터를 포함한다. 그러므 로, 상기 씨모스 이미지 센서의 경우에는 상기 마이크로 렌즈에 의해 집속되는 광을 보다 효율적으로 상기 포토 다이오드까지 전달할 수 있다.
따라서, 본 발명의 씨모스 이미지 센서는 픽셀 어레이의 크기가 계속적으로 축소되어도 그 성능의 향상을 담보할 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 박막 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 또한, 박막이 다른 박막 또는 기판 상에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 박막 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3 박막이 개재될 수도 있다. 그리고, 본 발명에서는 씨모스 이미지 센서에 한정하여 설명하고 있지만, 상기 평탄화막을 갖는 구성의 경우에는 전하 결합 소자에도 충분하게 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 상기 씨모스 이미지 센서(100)는 반도체 기판(10) 표면 아래에 형성되는 포토 다이오드(12)를 포함한다. 아울러, 도시하지는 않았지만, 상기 포토 다이오드(12)가 형성되는 반도체 기판(10)의 일측 상부에는 게이트 구조물이 형성되어 있다.
구체적으로, 상기 포토 다이오드(12)는 p-n 접합으로 이루어진다. 그러므로, 상기 포토 다이오드(12)는 상기 반도체 기판(10)의 표면으로부터 아래에 형성되는 제1 포토 다이오드와 상기 제1 포토 다이오드로부터 아래에 형성되는 제2 포토 다이오드를 포함하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 포토 다이오드(12)는 불순물을 도핑하여 형성하는 것으로서, 상기 제1 포토 다이오드는 보론(B) 등과 같은 3족 원소를 포함하는 불순물을 도핑하여 형성하고, 상기 제2 포토 다이오드는 포스포러스(P), 아르제닉(As) 등과 같은 5족 원소를 포함하는 불순물을 도핑하여 형성한다.
그리고, 상기 씨모스 이미지 센서(100)는 상기 포토 다이오드(12)가 형성된 반도체 기판(10) 상부에 형성되는 층간 절연막(14)을 포함한다. 여기서, 상기 층간 절연막(14)은 광 투과성이 우수한 물질을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 그러므로, 상기 층간 절연막(14)은 실리콘 산화물로 형성하는 것이 바람직하다. 특히, 상기 층간 절연막(14)은 다층 구조로 이루어지고, 상기 포토 다이오드(12)와 중첩되지 않는 영역의 층간 절연막(14)에는 상기 게이트 구조물과 전기적 연결을 위한 금속 배선(도시되지 않음)이 형성되어 있다.
또한, 상기 씨모스 이미지 센서(100)는 상기 층간 절연막(14) 상에 형성되는 평탄화막(16)을 포함한다. 여기서, 상기 평탄화막(16)은 후술하는 평탄화막(22)과의 구분을 위하여 편의상 제1 평탄화막으로 표현한다. 그러므로, 후술하는 평탄화막(22)의 경우에는 제2 평탄화막으로 표현한다. 그리고, 상기 제1 평탄화막(16)은 그 생략이 가능하다. 만약, 상기 제1 평탄화막(16)을 생략할 경우에는 상기 씨모스 이미지 소자(100)의 구성 요소로서 상기 제2 평탄화막(22)을 잔류시키는 것이 바람직하다.
계속해서, 상기 제1 평탄화막(16) 상에는 반사 방지막(18)이 형성되어 있다. 상기 반사 방지막(18)은 상기 마이크로 렌즈(24)로부터 집속된 광이 반사되는 것을 방지하여 집광 효율을 높이기 위하여 형성한다. 아울러, 상기 반사 방지막(18)의 경우에도 그 생략이 가능하다.
그리고, 상기 씨모스 이미지 센서(100)는 이너 렌즈(19)를 포함한다. 여기서, 상기 이너 렌즈(19)는 별도로 형성하는 구성 요소가 아니라 상기 반사 방지막(18)의 일부를 식각함으로서 수득하는 구성 요소이다. 만약, 언급한 바와 같이, 상기 반사 방지막(18)을 생략할 경우에는 상기 이너 렌즈(19)는 상기 제1 평탄화막(16)의 일부를 식각하여 수득하는 것이 바람직하고, 상기 제1 평탄화막(16)과 상기 반사 방지막(18) 모두를 생략할 경우에는 상기 이너 렌즈(19)는 상기 층간 절연막(14)의 일부를 식각하여 수득하는 것이 바람직하다. 특히, 상기 이너 렌즈(19)는 상기 포토 다이오드(12)와 대응하는 영역에 위치하도록 형성한다. 아울러, 본 발명의 실시예에서는 상기 이너 렌즈(19)를 요홈을 갖는 형태로 형성한다.
그리고, 상기 씨모스 이미지 센서(100)는 상기 이너 렌즈(19) 상에 형성되는 컬러 필터(20)를 포함한다. 특히, 상기 컬러 필터(20)는 상기 이너 렌즈(19)와 대응되는 영역에 위치하는 것이 바람직하다. 본 발명의 실시예에서는 상기 이너 렌즈(19)를 요홈을 갖는 형태로 형성하기 때문에 상기 컬러 필터(20)의 경우에는 상기 이너 렌즈(19)의 요홈 내에 수용되는 형태로 형성하는 것이 바람직하다. 아울러, 상기 컬러 필터(20)는 컬러 이미지의 구현을 위하여 형성하는 것으로서, 주로 레드(R), 그린(G), 블루(B)로 염색된 포토레지스트를 선택적으로 패터닝함으로서 수득한다.
특히, 본 발명의 실시예에서 언급하고 있는 씨모스 이미지 센서(100)의 컬러 필터(20)의 경우에는 일반적인 포토레지스트로 이루어지는 종래와는 달리 흡광 성분의 물질을 포함하는 포토레지스트 조성물로 이루어지는 것이 바람직하다. 그러므로, 상기 컬러 필터(20)는 레드, 그린, 블루로 염색되고, 흡광 성분의 물질을 포함하는 포토레지스트 조성물을 사용하여 형성한다. 아울러, 상기 흡광 성분의 물질의 예로서는 안트라센 등을 들 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에서의 상기 씨모스 이미지 센서(100)는 상기 안트라센 등과 같은 흡광 성분의 물질을 포함하는 포토레지스트 조성물로 상기 컬러 필터(20)를 형성함으로서 후술하는 마이크로 렌즈(24)로부터 집속된 광을 효율적으로 상기 포토 다이오드(12)에 전달할 수 있다.
계속해서, 상기 씨모스 이미지 센서(100)는 상기 컬러 필터(20)를 갖는 결과물 상에 형성되는 평탄화막(22)을 포함한다. 여기서, 상기 평탄화막(22)은 언급한 바와 같이 제2 평탄화막으로 표현한다. 여기서, 상기 제2 평탄화막(22)의 경우에도 생략이 가능한 것으로서, 상기 제2 평탄화막(22)을 생략할 경우에는 상기 씨모스 이미지 소자(100)의 구성 요소로서 상기 제1 평탄화막(16)을 잔류시키는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 씨모스 이미지 센서(100)는 상기 제1 평탄화막(16)과 제2 평탄화막(22) 모두를 포함하여도 무방하다.
그리고, 상기 씨모스 이미지 센서(100)는 상기 컬러 필터(20) 상부에 형성되는 마이크로 렌즈(24)를 포함한다. 특히, 상기 마이크로 렌즈(24)는 상기 컬러 필터(20)와 대응되는 영역에 위치하는 것이 바람직하다. 아울러, 상기 마이크로 렌즈(24)는 외부로부터 광을 집속하기 위한 것으로서, 포토레지스트를 도포한 후, 열처리를 수행함으로서 수득한다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서(100)는 상기 컬러 필터(20)를 종래와는 달리 흡광 성분의 물질을 포함하는 포토레지스트 조성물을 이용하여 형성한다. 그러므로, 상기 컬러 필터(20)는 상기 마이크로 렌즈(24)로부터 집속된 광을 상기 포토 다이오드(12)에 효율적으로 전달할 수 있다. 즉, 상기 컬러 필터(20)를 통과하는 광량의 손실이 거의 발생하지 않은 상태로 상기 마이크로 렌즈(24)로부터 집속된 광을 상기 포토 다이오드(12)에 효율적으로 전달할 수 있는 것이다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서는 광의 감도를 충분하게 향상시킬 수 있기 때문에 픽셀 어레이가 계속적으로 축소되는 최근의 씨모스 이미지 센서에 적극적으로 적용할 수 있다.
이하, 언급한 본 발명의 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서를 제조하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 2a 내지 도 2g는 도 1의 씨모스 이미지 센서를 제조하는 방법을 나타내는 개략적인 단면도들이다.
도 2a를 참조하면, 반도체 기판(10)에 불순물을 주입하여 상기 반도체 기판(10)의 표면 아래에 포토 다이오드(12)를 형성한다. 이때, 상기 포토 다이오드(12)는 언급한 바와 같이 제1 포토 다이오드와 제2 포토 다이오드를 갖는 형태로 형성한다. 그리고, 상기 포토 다이오드(12)가 형성된 반도체 기판(10)의 일측 상부에는 게이트 구조물(도시되지 않음)을 형성한다.
도 2b를 참조하면, 상기 포토 다이오드(12)를 갖는 반도체 기판(10) 상에 층간 절연막(14)을 형성한다. 이때, 상기 층간 절연막(14)은 주로 화학기상증착 공정을 수행하여 형성한다. 또한, 언급한 바와 같이, 상기 층간 절연막(14)은 실리콘 산화물로 형성한다. 아울러, 상기 층간 절연막(14)은 다층 구조로 이루어지고, 상기 다층 구조의 층간 절연막(14) 사이에는 상기 게이트 구조물과 연결되는 금속 배선(도시되지 않음)이 개재된다.
도 2c를 참조하면, 상기 층간 절연막(14) 상에 제1 평탄화막(16)을 형성한다. 아울러, 상기 제1 평탄화막(16)은 스핀-코팅, 화학기상증착 공정 등을 수행하여 형성한다.
도 2d를 참조하면, 상기 제1 평탄화막(16) 일부를 식각하여 요홈 형태를 갖는 이너 렌즈(19)를 형성한다. 이때, 상기 이너 렌즈(19)를 형성하기 위한 식각은 주로 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 사용한다. 아울러, 상기 이너 렌즈(19)은 언급한 바와 같이 상기 포토 다이오드(12)와 대응하는 영역에 위치시킨다. 만약, 상기 제1 평탄화막(16)의 생략할 경우에는 상기 이너 렌즈(19)는 상기 층간 절연막(14) 일부를 식각하여 형성하면 된다.
도 2e를 참조하면, 상기 이너 렌즈(19)를 갖는 결과물 상에 반사 방지막(18)을 형성한다. 이때, 상기 반사 방지막(18)은 상기 이너 렌즈(19)를 포함하는 결과물의 표면에 연속적으로 형성한다. 그러므로, 상기 반사 방지막(18)을 형성하여도 상기 이너 렌즈(19)는 요홈 형태를 그대로 유지한다. 그리고, 상기 반사 방지막(18)은 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 등을 포함하는 것이 바람직하고, 화학기상증착 공정을 수행하여 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 제1 평탄화막(16)의 상부 표면에 이너 렌즈(19)를 형성한 후, 상기 이너 렌즈(19)를 포함하는 결과물 상에 반사 방지막(18)을 형성하는 방법에 대하여 설명하고 있지만, 다른 실시예로서 상기 반사 방지막(18)을 형성한 후, 상기 반사 방지막(18)의 상부 표면에 이너 렌즈(19)를 형성할 수도 있다.
도 2f를 참조하면, 상기 이너 렌즈(19)의 요홈에 그 일부가 수용되게 컬러 필터(20)를 형성한다. 상기 컬러 필터(20)는 언급한 바와 같이 레드, 그린, 블루로 염색된 포토레지스트를 상기 이너 렌즈(19)를 갖는 결과물 상에 형성한 후, 포토리소그라피 공정을 수행하여 형성한다. 여기서, 상기 이너 렌즈(19)가 상기 포토 다이오드(12)에 대응하는 영역에 위치하기 때문에 상기 컬러 필터(20)의 경우에도 상기 포토 다이오드(12)와 대응하는 영역에 위치한다. 또한, 상기 컬러 필터(20)는 상기 이너 렌즈(19)의 요홈에 수용되는 형태로 형성되기 때문에 상기 이너 렌즈(19)와도 대응하는 영역에 위치한다. 특히, 본 발명에서는 안트라센 등과 같은 흡광 성분의 물질을 포함하는 포토레지스트 조성물을 사용하여 상기 컬러 필터(20)를 형성한다.
도 2g를 참조하면, 상기 컬러 필터(20)가 형성된 결과물 상에 제1 평탄화막(16)을 형성하기 위한 방법과 동일한 방법을 수행하여 제2 평탄화막(22)을 형성한다.
계속해서, 상기 제2 평탄화막(22) 상에 포토레지스트를 도포한 후, 열처리를 수행함으로서 도 1에 도시된 바와 같이 마이크로 렌즈(24)를 형성한다. 이때, 상기 마이크로 렌즈(24)는 상기 컬러 필터(20)와 대응하는 영역에 위치하도록 형성한다. 또한, 도시하지는 않았지만, 상기 마이크로 렌즈(24) 표면 상에 상기 마이크로 렌즈(24)를 보호하기 위하여 엘티오(LTO : low temperature oxide)와 같은 캡핑막을 더 형성하기도 한다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에서는 언급한 공정을 순차적으로 형성함으로서, 도 1에 도시된 씨모스 이미지 센서를 수득할 수 있다.
언급한 본 발명에서는 흡광 성분의 물질을 포함하는 포토레지스트 조성물로 이루어지는 컬리 필터를 포함하는 씨모스 이미지 센서를 제공한다.
그러므로, 본 발명의 씨모스 이미지 센서는 마이크로 렌즈로부터 집속된 광을 광량의 손실이 건의 발생하지 않는 상태로 포토 다이오드에 효율적으로 전달할 수 있다. 따라서, 본 발명의 씨모스 이미지 센서는 광의 감도를 충분하게 향상시킬 수 있기 때문에 최근의 씨모스 이미지 센서에 적극적으로 적용할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사 상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (5)
- 표면 아래에 포토 다이오드가 형성된 반도체 기판;상기 반도체 기판 상에 형성되는 층간 절연막;상기 층간 절연막 상에 형성되고, 상기 포토 다이오드와 대응되는 영역에 위치하고, 흡광 성분의 물질을 포함하는 포토레지스트 조성물로 이루어지는 컬러 필터; 및상기 컬러 필터 상부에 형성되면서 상기 컬러 필터와 대응되는 영역에 위치하는 마이크로 렌즈를 포함하는 씨모스 이미지 센서.
- 제1 항에 있어서, 상기 흡광 성분의 물질은 안트라센을 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서.
- 제1 항에 있어서, 상기 층간 절연막과 상기 컬러 필터 사이 및/또는 상기 컬러 필터와 상기 마이크로 렌즈 사이에 개재되는 평탄화막; 및상기 층간 절연막과 상기 컬러 필터 사이에 개재되는 반사 방지막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서.
- 제1 항에 있어서, 상기 층간 절연막과 상기 컬러 필터 사이에 개재되는 이너 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서.
- 제4 항에 있어서, 상기 이너 렌즈가 요홈을 갖는 형태로 형성될 때 상기 컬러 필터는 그 일부가 상기 요홈 내에 수용되는 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020050102820A KR20070046297A (ko) | 2005-10-31 | 2005-10-31 | 씨모스 이미지 센서 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| Publication Number | Publication Date |
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| KR20070046297A true KR20070046297A (ko) | 2007-05-03 |
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ID=38271659
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| Country | Link |
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| KR (1) | KR20070046297A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100988781B1 (ko) * | 2008-05-30 | 2010-10-20 | 주식회사 동부하이텍 | 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법 |
-
2005
- 2005-10-31 KR KR1020050102820A patent/KR20070046297A/ko not_active Application Discontinuation
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