KR20080020019A - 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서는 포토다이오드가 형성된 기판 위에 형성된 층간절연층; 소정의 컬러필터에 대응하는 영역의 상기 층간절연층을 노출하면서 상기 층간절연층 상에 형성된 보호막; 상기 노출된 층간절연층 및 상기 보호막 상에 형성된 컬러필터층; 상기 컬러필터층 위에 형성된 평탄화층; 및 상기 평탄화층 상에 형성된 마이크로렌즈;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 블루컬러필터(blue color filter)를 지나는 빛이 다른 빛에 비해 유실되는 양이 적으므로 블루(blue)의 output을 증가시키게 되고 결과적으로 블루(blue)에 대한 색 재현성을 개선할 수 있는 효과가 있다.
핀드포토다이오드(pinned photodiode), 보호막(passivation), 컬러필터층(color filter layer), 색 재현성
Description
도 1 내지 도 2는 종래기술에 의한 씨모스이미지 센서의 컬러필터의 평면도와 단면도.
도 3 내지 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 컬러필터의 평면도와 단면도.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조공정 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>
110: 층간절연층 120: 보호막
130: 컬러필터층 140: 감광막 패턴
본 발명은 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지 센서(Image sensor)는 광학적 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로써, 크게 전하결합소자(charge coupled device: CCD)와 씨모스(CMOS; Complementary Metal Oxide Silicon) 이미지 센서(Image Sensor)로 구분된다.
한편, CCD는 구동 방식이 복잡하고, 전력 소비가 클 뿐만 아니라, 다단계의 포토 공정이 요구되므로 제조 공정이 복잡한 단점을 갖고 있으므로, 최근에는 상기 전하 결합 소자의 단점을 극복하기 위한 차세대 이미지 센서로서 씨모스 이미지 센서가 주목을 받고 있다.
씨모스 이미지 센서는 단위 화소 내에 포토 다이오드와 모스 트랜지스터를 형성시킴으로써 스위칭 방식으로 각 단위 화소의 전기적 신호를 순차적으로 검출하여 영상을 구현한다.
도 1 내지 도 2는 종래기술에 의한 씨모스이미지 센서의 컬러필터의 평면도와 단면도이다.
종래기술에 의한 씨모스 이미지 센서(CMOS Image sensor)공정은 보호막(passivation)(20) 형성 후 컬러필터층(color filter layer)(30)을 형성하고 있다.
이때 보호막(passivation)(20)으로 주로 사용되는 SiN은 빛에 대한 투과율이 좋지 않아 빛을 많이 유실하게 되는 단점이 있다.
그리고, 핀드포토다이오드(pinned photodiode)에서는 포토다이오드(photodiode)(미도시) 표면에서의 암전류 생성을 막기 위해 p-type으로 이온주입(implant) 해 주게 되는데 이것으로 인해 단파장인 블루(blue:B)는 기판(Si) 표면에서 반응을 일으키는 데 있어 동일한 조건의 그린(green:G)이나 레드(red:R)에 비해 색 재현성이 떨어지게 되는 문제가 있다.
본 발명은 씨모스 이미지 센서(CMOS Image Sensor: 이하 CIS) 중 핀드포토다이오드(pinned photodiode)에 관한 것으로서, CIS에서는 색 재현을 위해 보호막(passivation) 상단에 컬러필터층(color filter layer)을 사용하는데, 본 발명에서는 이 컬러필터층의 하부의 보호막의 일부를 제거함으로써 색 재현성을 개선할 수 있는 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서는 포토다이오드가 형성된 기판 위에 형성된 층간절연층; 소정의 컬러필터에 대응하는 영역의 상기 층간절연층을 노출하면서 상기 층간절연층 상에 형성된 보호막; 상기 노출된 층간절연층 및 상기 보호막 상에 형성된 컬러필터층; 상기 컬러필터층 위에 형성된 평탄화층; 및 상기 평탄화층 상에 형성된 마이크로렌즈;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조방법은 포토다이오드가 형성된 기판 위에 층간절연층을 형성하는 단계; 상기 층간절연층 위에 보호막을 형성하는 단계; 상기 보호막 상에 소정의 컬러필터에 대응하는 영역을 오픈하는 감광막 패턴을 형성하는 단계; 상기 감광막 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 오픈된 보호막을 식각하는 단계; 상기 식각된 보호막 위에 컬러필터층을 형성하는 단계; 상기 컬러필터층 위에 평탄화층을 형성하는 단계; 및 상기 평탄화층 상에 마이크로렌즈를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 의하면 블루컬러필터(blue color filter)를 지나는 빛이 다른 빛에 비해 유실되는 양이 적으므로 블루(blue)의 output을 증가시키게 되고 결과적으로 블루(blue)에 대한 색 재현성을 개선할 수 있는 장점이 있다.
이하, 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
(실시예 1)
도 3 내지 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 컬러필터의 평면도와 단면도이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서는 포토다이오드가 형성된 기판 위에 형성된 층간절연층(110); 소정의 컬러필터에 대응하는 영역의 상기 층간절연층을 노출하면서 상기 층간절연층 상에 형성된 보호막(120); 상기 보호막 상에 형성된 컬러필터층(130); 상기 컬러필터층 위에 형성된 평탄화층(미도시); 및 상기 평탄화층 상에 형성된 마이크로렌즈(미도시);를 포함할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서는 색 재현을 위해 보호막(passivation)(120) 상단에 컬러필터층(color filter layer)(130)을 사용하는데, 이 컬러필터층(130)의 하부의 보호막(120)의 일부를 제거함으로써 색 재현성을 개선할 수 있는 씨모스 이미지 센서에 관한 것이다.
특히, 단파장인 블루(blue)는 블루컬러필터(color filter)(132)를 지나 포토 다이오드(photo diode)(미도시)에 입사한 뒤 Si의 표면(surface) 부근에서 전자(electron)를 발생시키므로 컬러필터(color filter)(130)에서 기판(Si)의 표면까지의 거리가 중요하다.
또한, 보호막(passivation)(120)용 막질로 주로 사용되는 SiN은 투과율이 나빠 CIS의 특성에 큰 영향을 줌으로, 본 발명에서는 이러한 문제점을 개선하여 특히, 블루(blue)에 대한 색 재현성 개선을 위한 것이다.
한편, 본 발명의 제1 실시예에서는 블루(blue)에 대한 색 재현성 외에 그린(green)/레드(red)의 각 컬러필터(color filter)에 있어 아웃풋 비율(output ratio)이 다른 색에 비해 작은 색에 대해 동일한 방법으로 아웃풋(output)을 증가시키고자 한다.
예를 들어, 중국인들은 붉은색(Red)을 선호하는 경향이 있으므로 씨모스 이미지 센서의 디자인 시에 이러한 점을 감안하여 레드(Red)컬러필터 하측의 보호막을 제거하여 레드(Red)의 색재현성을 높이어 소비자의 욕구에 부응하고 제품의 판매에도 도움이 될 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서에 의하면, 특정의 컬러필터(예: 블루)에 대한 보호막층을 제거함으로써 해당 컬러가 포토다이오드에 도달할 수 있는 가능성을 높이고 해당 컬러의 투과성을 높임으로써 해당 컬러의 색 재현성을 현저히 높일 수 있는 효과가 있다.
결국, 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서에 의하면, 블루컬러필터(blue color filter)(132)를 지나는 빛이 다른 빛에 비해 유실되는 양이 적으므로 블 루(blue)의 output을 증가시키게 되고 결과적으로 블루(blue)에 대한 색 재현성을 개선할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 제1 실시예에서는 블루컬러필터(132)에 대응하는 보호막을 제거하고, 그린컬러필터(134)에 대응하는 보호막은 제거하지 않았으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
즉, 본 발명에 의하면 블루(blue)/그린(green)/레드(red)의 각 컬러필터(color filter)에 있어 아웃풋 비율(output ratio)이 다른 색에 비해 작은 색에 대해 동일한 방법으로 아웃풋(output)을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
(실시예 2)
도 5 내지 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조공정 단면도이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조공정은 다음과 같다.
우선, 도 5와 같이, 포토다이오드(미도시)가 형성된 기판(미도시) 위에 층간절연층(110)을 형성한다.
여기서, 상기 층간절연층(110)은 다층으로 형성될 수도 있고, 도시되지 않았지만, 하나의 층간절연층을 형성한 후에 상기 포토 다이오드 이외의 부분으로 빛이 입사되는 것을 막기 위한 차광층(미도시)을 형성한 후에 다시 층간절연층이 형성될 수 있다.
다음으로, 상기 층간절연층(110) 위에 보호막(120)을 형성한다. 상기 보호 막(120)은 유기물층으로 약 50nm 이하의 박막으로 도포된 후 하드 큐어(Hard Cure)를 실시할 수 있다.
즉, 이후에 형성될 컬러필터층(130)의 프로파일 및 균일도의 형상을 위하여 상기 보호막(120)을 가시광선 파장에서 투명성이 우수한 유기물질을 포함하여 형성함이 바람직하다. 예를 들어, 상기 보호막(120)을 SiN으로 형성할 수 있다.
다음으로, 상기 보호막(120) 상에 소정의 컬러필터에 대응하는 영역을 오픈하는 감광막 패턴(140)을 형성한다.
상기 감광막 패턴(140)은 블루 컬러필터 영역 또는 그린 컬러필터 영역, 또는 레드컬러 필터 영역을 오픈할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에서는 블루 컬러필터 영역의 오픈하는 감광막 패턴을 형성하였다.
다음으로, 도 6과 같이, 상기 감광막 패턴(140)을 식각 마스크로 하여 상기 오픈된 보호막(120)을 식각하여 상기 블루 컬러필터 영역의 층간절연층(110)을 노출시킨다.
다음으로, 도 7과 같이, 상기 식각된 보호막(120) 및 노출된 층간절연층(110) 위에 컬러필터층(130)을 형성한다.
컬러필터층(130)을 형성은 상기 보호막(120)상에 가염성 레지스트를 사용하여 도포 및 패터닝 공정을 진행하여 각각의 파장대별로 빛을 필터링하는 R, G, B의 컬러필터층(130)을 형성한다.
여기서, 상기 컬러필터층(130)은 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 컬러 레지스트 층을 선택적으로 세 번에 걸쳐서 포토리소그래피(photo lithography) 공정을 행하여 각각 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 컬러필터를 형성하여 컬러필터층(130)을 완성한다.
이때, 상기 각각의 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 컬러필터를 형성한 후 UV 노광을 실시하여 표면을 불안정한 상태를 개선할 수 있다.
특히, 본원발명에서는 상기 노출된 층간절연층(110) 상에 오픈된 블루 컬러필터(132)가 형성되고, 오픈되지 않은 컬러필터 영역에 그린컬러필터(134)와 레드컬러필터(미도시)가 형성된다.
즉, 본 발명의 제2 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조방법에 의하면, 블루컬러 필터의 보호막을 제거함으로써 블루 컬러가 포토다이오드에 도달할 수 있는 가능성을 높이고 블루 컬러의 투과성을 높임으로써 색 재현성을 현저히 높일 수 있는 효과가 있다.
물론, 그린(green)/레드(red)의 각 컬러필터(color filter)에 있어 아웃풋 비율(output ratio)이 다른 색에 비해 작은 색에 대해 동일한 방법으로 아웃풋(output)을 증가시킬 수 있다.
다음으로, 상기 컬러필터층(130) 위에 평탄화층(미도시)을 형성하고, 상기 평탄화층 상에 마이크로렌즈(미도시)를 형성하는 단계를 진행하여 씨모스 이미지 센서의 제조공정을 진행할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법에 의하면, 블루컬러필터(blue color filter)를 지나는 빛이 다른 빛에 비해 유실되는 양이 적으므로 블루(blue)의 output을 증가시키게 되고 결과적으로 블루(blue)에 대한 색 재현성을 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 블루(blue)/그린(green)/레드(red)의 각 컬러필터(color filter)에 있어 아웃풋 비율(output ratio)이 다른 색에 비해 작은 색에 대해 동일한 방법으로 아웃풋(output)을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
Claims (11)
- 포토다이오드가 형성된 기판 위에 형성된 층간절연층;소정의 컬러필터에 대응하는 영역의 상기 층간절연층을 노출하면서 상기 층간절연층 상에 형성된 보호막;상기 노출된 층간절연층 및 상기 보호막 상에 형성된 컬러필터층;상기 컬러필터층 위에 형성된 평탄화층; 및상기 평탄화층 상에 형성된 마이크로렌즈;를 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서.
- 제1 항에 있어서,상기 보호막은블루 컬러필터 영역을 노출하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서.
- 제1 항에 있어서,상기 보호막은그린 컬러필터 영역을 노출하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서.
- 제1 항에 있어서,상기 보호막은레드 컬러필터 영역을 노출하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서.
- 제1 항에 있어서,상기 보호막은SiN인 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서.
- 포토다이오드가 형성된 기판 위에 층간절연층을 형성하는 단계;상기 층간절연층 위에 보호막을 형성하는 단계;상기 보호막 상에 소정의 컬러필터에 대응하는 영역을 오픈하는 감광막 패턴을 형성하는 단계;상기 감광막 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 오픈된 보호막을 식각하는 단계;상기 식각된 보호막 위에 컬러필터층을 형성하는 단계;상기 컬러필터층 위에 평탄화층을 형성하는 단계; 및상기 평탄화층 상에 마이크로렌즈를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
- 제6 항에 있어서,상기 감광막 패턴은블루 컬러필터 영역을 오픈하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
- 제6 항에 있어서,상기 감광막 패턴은레드 컬러필터 영역을 오픈하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
- 제6 항에 있어서,상기 감광막 패턴은그린 컬러필터 영역을 오픈하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
- 제6 항에 있어서,상기 보호막의 식각에 의해 상기 컬러필터 영역에 대응하는 층간절연층이 노출되는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
- 제10 항에 있어서,상기 노출된 층간절연층 및 상기 식각된 보호막 상에 컬러필터가 형성되는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
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