KR20070069355A - 씨모스 이미지 센서의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 마이크로 렌즈 사이의 갭(Gap) 영역에 식각을 통해 오목렌즈를 형성하여 입사각이 작은 빛을 ILD 층으로 유도하여 행로를 길게 하며, 입사각이 큰 빛을 포토 다이오드 영역으로 유도하여 근접 다이오드에 영향을 미치지 않도록 하면서 제조하기 위한 것으로, 이를 위한 본 발명은 반도체 기판 상에 포토 다이오드와 산화막 및 질화막과 평탄화층을 순차적으로 형성하는 과정과, 평탄화층 상부에 단위 화소 컬러 필터 어레이를 형성하는 과정과, 형성된 어레이 상에 패시베이션(Passivation)을 형성하는 과정과, 형성된 패시베이션 상부에 마이크로 렌즈의 영역을 PR로 패턴 및 코팅하는 과정과, PR 패턴을 마스크로 패시베이션을 식각하여 렌즈 갭 영역을 형성하는 과정과, 렌즈 갭 영역의 패시베이션 상에 마이크로 렌즈 PR을 패턴하고, 리플로우(Reflow)시켜 마이크로 렌즈를 형성시킴과 동시에 오목 렌즈를 형성하는 과정을 포함한다. 따라서, 본 발명은 근접된 다른 포토 다이오드에 포토 전자 효율(Photo Electron Effect)이 발생되는 것을 차단시켜 영상이 왜곡되는 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
CMOS, 오목 렌즈, 이미지 센서,
Description
도 1a 내지 도 1f는 전형적인 이미지 센서 제조 과정을 도시한 단면도,
도 2a 내지 도 2j는 본 발명에 따른 씨모스(CMOS) 이미지 센서의 제조 방법에 대한 공정 과정을 도시한 단면도.
본 발명은 씨모스 이미지 센서(CMOS Image Sensor)의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마이크로 렌즈 사이의 갭(Gap) 영역에 식각을 통해 오목렌즈를 형성하여 입사각이 작은 빛을 층간 절연막(Inter Layer Dielectrics, ILD) 층으로 유도하여 행로를 길게 하며, 입사각이 큰 빛을 포토 다이오드 영역으로 유도하여 근접 다이오드에 영향을 미치지 않도록 하면서 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 이미지 센서는 1차원 또는 2차원 이상의 광학 정보를 전기적 신호로 변환하는 장치로서, 크게 촬상관과 고체 촬상 소자로 분류될 수 있다. 여기서, 촬상관은 텔레비전을 중심으로 하여 화상처리기술을 구사하는 계측, 제어, 인식 등의 분야에서 널리 상용되면서 그 응용 기술이 발전되고 있다. 시판되는 고체의 이미지 센서는 MOS(Metal Oxide Semiconductor)형과 CCD(Charge Coupled Device)형의 2종류가 있다.
CMOS 이미지 센서는 CMOS 제조 기술을 이용하여 광학적 이미지를 전기적 신호로 변환시키는 소자로서, 픽셀 수만큼 MOS 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 순차적 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용하고 있다. CMOS 이미지 센서는, 종래 이미지 센서로 널리 사용되고 있는 CCD 이미지 센서에 비하여 구동 방식이 간편하고 다양한 스캐닝 방식의 구현이 가능하며, 신호처리 회로를 단일 칩에 집적할 수 있어 제품의 소형화가 가능할 뿐만 아니라, 호환성의 CMOS 기술을 사용하므로 제조 단가를 낮출 수 있고, 전력 소모 또한 크게 낮다는 여러 가지 장점을 지니고 있다.
한편, 통상적인 CMOS 이미지 센서는 빛을 감지하는 광 감지소자 부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 로직회로 부분으로 구성되어 있다. 광 감도를 높이기 위해서는 전체 이미지 센서 소자에서 광 감지소자가 차지하는 면적비율(통상, 'Fill Factor'라 칭함)을 크게 하는 것이 바람직하지만, 근본적으로 로직회로 부분을 완전히 제거할 수는 없기 때문에 면적에 있어서 어느 정도 제한적일 수밖에 없는 실정이다.
이에 따라, 광 감지 부분 이외의 영역으로 입사되는 빛의 경로를 변경하여 광 감지 부분으로 모아줌으로써 광 감도를 높이는 집광 기술이 필요한 바, 통상적으로 이미지 센서의 컬러 필터 어레이 상단부에는 집광을 위한 마이크로 렌즈가 구비된다.
도 1a 내지 도 1e는 전형적인 이미지 센서 제조 과정을 나타낸 공정 단면도이다.
즉, 도 1a를 참조하면, 필드 산화막이 형성된 반도체 기판 상에 포토 다이오드(101)와 트랜지스터(도시 생략됨)들을 형성하고, 금속배선 공정을 완료한 다음, 외부의 수분이나 스크래치로부터 소자를 보호하기 위한 보호막으로서 산화막(103)과 질화막(105)을 적층시킨다.
이후, 도 1b에서와 같이, 산화막(103)과 질화막(105) 상에 1차 평탄화층(107)을 형성하여 토폴로지(topology) 단차를 극복하고, 양호한 점착력(adhesion)을 확보한다. 이러한 1차 평탄화층(107)을 형성한 후, 도 1c와 같이, 단위 화소의 포토 다이오드(101) 영역에 컬러 필터 어레이(109)를 형성시킨다. 이러한 공정은 염색된 포토레지스터 도포, 노광 및 현상 공정에 의한 것으로, 포토 다이오드 영역 상에만 빨강(Red), 녹색(Green), 파랑(Blue)의 컬러 필터 어레이(109)가 형성되는 것이다.
그런 다음, 도 1d에서와 같이, 이러한 단위 화소 어레이 상부에 OCM층(Over Coating Material layer)(111)을 형성함으로써, 컬러 필터 어레이의 단차를 극복한다. 이러한 OCM층(111)은 마이크로 렌즈를 균일하게 제조하고, 포커스 길이를 조절하기 위한 목적으로 이용된다. 이때, OCM층(111)은 레지스트 또는 산화막 또는 질화막 계열의 절연막이 사용될 수 있다.
다음으로, 도 1e에서와 같이, 컬러 필터 어레이(109)와 OCM층(111) 상부에 광을 집약시켜주는 포토 레지스트(Photo Resist, PR)를 증착하고 크롬(Cr)(115) 마 스크의 디포커스(defocus) 현상을 이용하여 PR을 사다리꼴 모양(113)으로 형성한다. 이후, 도 1f에서와 같이, PR을 녹는 점(melting point) 까지 가열을 해주면 유동성을 가지면서 둥글어 지는 현상인 리플로우(reflow) 현상을 이용하여 마이크로 렌즈(117)를 형성시킨다.
그러나, 상기와 같이 형성되어 제작된 마이크로 렌즈(117)를 이용한 공정에서 노광 및 현상 공정 등이 수반되는데, 도 1f에 도시된 바와 같이, 마이크로 렌즈(117) 사이의 갭(Gap) 영역(S1)은 메탈 라인이 존재하여 포토 다이오드(101)에 수직으로 입사되는 빛은 메탈에 의해 반사되고 사각으로 입사되는 빛(Stray Beam)(S2)은 근접한 다른 포토 다이오드에 포토 전자 효율(Photo Electron Effect)을 발생시켜 영상을 왜곡시키게 하는 문제점을 갖는다.
이에, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 그 목적은 마이크로 렌즈 사이의 갭(Gap) 영역에 식각을 통해 오목렌즈를 형성하여 입사각이 작은 빛을 ILD 층으로 유도하여 행로를 길게 하며, 입사각이 큰 빛을 포토 다이오드 영역으로 유도함으로써, 근접 다이오드로의 영향을 차단할 수 있는 CMOS 이미지 센서의 제조 방법을 제공함에 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에서 CMOS 이미지 센서의 제조 방법은 반도체 기판 상에 포토 다이오드와 산화막 및 질화막과 평탄화층을 순차적으로 형성하는 과정과, 평탄화층 상부에 단위 화소 컬러 필터 어레이를 형성하는 과정과, 형성된 어레이 상에 패시베이션(Passivation)을 형성하는 과정과, 형성된 패시베이 션 상부에 마이크로 렌즈의 영역을 PR로 패턴 및 코팅하는 과정과, PR 패턴을 마스크로 패시베이션을 식각하여 렌즈 갭 영역을 형성하는 과정과, 렌즈 갭 영역의 패시베이션 상에 마이크로 렌즈 PR을 패턴하고, 리플로우(Reflow)시켜 마이크로 렌즈를 형성시킴과 동시에 오목 렌즈를 형성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시 예는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이 기술 분야의 숙련자라면 이 실시 예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 잘 이해하게 될 것이다.
본 발명의 핵심 기술요지를 살펴보면, 반도체 기판 상에 포토 다이오드(201)와 산화막(203) 및 질화막(205)과 평탄화층(207)을 순차적으로 형성한 후, 단위 화소의 포토 다이오드(201) 영역에 컬러 필터 어레이(209)를 형성시킨다. 그런 다음, 단위 화소 컬러 필터 어레이(209) 상부에 패시베이션(Passivation)(211)을 형성한다.
다음으로, 마이크로 렌즈의 영역을 PR로 패턴(213) 및 코팅(215)하고, 마이크로 렌즈의 PR 패턴을 마스크로 패시베이션(211)을 습식 식각하여 렌즈 갭 영역(217)을 형성한 다음에, 렌즈 갭 영역의 패시베이션(211) 상에 마이크로 렌즈 PR을 패턴(219)하고, 바로 이어서 리플로우(Reflow)를 실시하여 마이크로 렌즈(223)를 형성시킴과 동시에 습식(Wet) 식각된 렌즈 갭 영역(217)에 PR이 유입되어 오목 렌즈(221)를 형성할 수 있는 것으로, 이러한 기술적 작용을 통해 본 발명에서 목적으 로 하는 바를 쉽게 달성할 수 있다.
도 2a 내지 도 2j는 본 발명에 따른 씨모스(CMOS) 이미지 센서의 제조 방법에 대한 공정 과정을 도시한 단면도이다.
도 2a를 참조하면, 필드 산화막이 형성된 반도체 기판 상에 포토 다이오드(201)와 트랜지스터(도시 생략됨)들을 형성하고, 금속배선 공정을 완료한 다음, 외부의 수분이나 스크래치로부터 소자를 보호하기 위한 보호막으로서 산화막(203)과 질화막(205)을 적층시킨다.
이후, 도 2b에서와 같이, 산화막(203)과 질화막(205) 상에 1차 평탄화층(207)을 형성하여 토폴로지(topology) 단차를 극복하고, 양호한 점착력(adhesion)을 확보한다. 이러한 1차 평탄화층(207)을 형성한 후, 도 2c와 같이, 단위 화소의 포토 다이오드(201) 영역에 컬러 필터 어레이(209)를 형성시킨다. 이러한 공정은 염색된 포토레지스터 도포, 노광 및 현상 공정에 의한 것으로, 포토 다이오드 영역 상에만 빨강(Red), 녹색(Green), 파랑(Blue)의 컬러 필터 어레이(209)가 형성되는 것이다.
그런 다음, 도 2d에서와 같이, 이러한 단위 화소 컬러 필터 어레이(209) 상부에 패시베이션(Passivation)(211)을 형성한다.
다음으로, 도 2e와 도 2f에서와 같이, 마이크로 렌즈의 영역을 PR로 패턴(213) 및 코팅(215)한다.
이후, 도 2g에서와 같이, 마이크로 렌즈의 PR 패턴을 마스크로 패시베이션(211)을 습식 식각하여 렌즈 갭 영역(217)을 형성한 다음에, 도 2h와 같이 렌즈 갭 영역의 패시베이션(211) 상에 마이크로 렌즈 PR을 패턴(219)하고, 바로 이어서 리플로우(Reflow)를 실시하여 도 2i와 같이 마이크로 렌즈(223)를 형성시킴과 동시에 습식(Wet) 식각된 렌즈 갭 영역(217)에 PR이 유입되어 오목 렌즈(221)를 형성한다.
결국, 도 2j에서와 같이, 작은 각(예컨대, 90°이내)으로 입사되는 빛(S3)은 오목 렌즈(221)를 통과하면서 행로가 크게 바뀌어 ILD 층에서 에너지를 잃어버리게 하며, 큰 각(예컨대, 90°이상)으로 입사되는 빛(S4)은 오목 렌즈(221)를 작은 각으로 통과되어 포토 다이오드(101)에 입사되도록 한다.
따라서, 마이크로 렌즈 사이의 갭(Gap) 영역에 식각을 통해 오목렌즈를 형성하여 입사각이 작은 빛을 ILD 층으로 유도하여 행로를 길게 하며, 입사각이 큰 빛을 포토 다이오드 영역으로 유도하여 근접 다이오드에 영향을 미치지 않도록 조절하도록 제조함으로써, 근접된 다른 포토 다이오드에 포토 전자 효율(Photo Electron Effect)이 발생되는 것을 차단시켜 영상이 왜곡되는 현상을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 사상 및 특허청구범위 내에서 권리로서 개시하고 있으므로, 본원 발명은 일반적인 원리들을 이용한 임의의 변형, 이용 및/또는 개작을 포함할 수도 있으며, 본 명세서의 설명으로부터 벗어나는 사항으로서 본 발명이 속하는 업계에서 공지 또는 관습적 실시의 범위에 해당하고 또한 첨부된 특허청구범위의 제한 범위 내에 포함되는 모든 사항을 포함한다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 마이크로 렌즈 사이의 갭(Gap) 영역 에 식각을 통해 오목렌즈를 형성하여 입사각이 작은 빛을 ILD 층으로 유도하여 행로를 길게 하며, 입사각이 큰 빛을 포토 다이오드 영역으로 유도하여 근접 다이오드에 영향을 미치지 않도록 조절하도록 제조함으로써, 근접된 다른 포토 다이오드에 포토 전자 효율(Photo Electron Effect)이 발생되는 것을 차단시켜 영상이 왜곡되는 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
Claims (5)
- 씨모스(CMOS) 이미지 센서의 제조 방법으로서,반도체 기판 상에 포토 다이오드와 산화막 및 질화막과 평탄화층을 순차적으로 형성하는 과정과,상기 평탄화층 상부에 단위 화소 컬러 필터 어레이를 형성하는 과정과,상기 형성된 어레이 상에 패시베이션(Passivation)을 형성하는 과정과,상기 형성된 패시베이션 상부에 마이크로 렌즈의 영역을 PR로 패턴 및 코팅하는 과정과,상기 PR 패턴을 마스크로 상기 패시베이션을 식각하여 렌즈 갭 영역을 형성하는 과정과,상기 렌즈 갭 영역의 패시베이션 상에 마이크로 렌즈 PR을 패턴하고, 리플로우(Reflow)시켜 마이크로 렌즈를 형성시킴과 동시에 오목 렌즈를 형성하는 과정을 포함하는 CMOS 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 식각은, 습식(Wet)으로 진행되며, 상기 습식 식각에 의해 상기 렌즈 갭 영역에 PR이 유입되는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 오목 렌즈는, 상기 마이크로 렌즈 사이의 갭 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 오목 렌즈를 통해 입사각이 90°이내의 빛이 유입될 경우, 층간 절연막(Inter Layer Dielectrics) 층으로 유도되는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 오목 렌즈를 통해 입사각이 90°이상의 빛이 유입될 경우, 포토 다이오드 영역으로 유도되는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서의 제조 방법.
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| KR100924046B1 (ko) * | 2007-12-27 | 2009-10-27 | 주식회사 동부하이텍 | 이미지 센서 및 그 제조방법 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |