KR20080062825A - 이미지 센서 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법은, 컬러필터층 위에 LTO(Low Temperature Oxide)층을 형성하는 단계와, LTO층 위에 패터닝된 감광성막을 형성하는 단계와, 패터닝된 감광성막에 대해 열처리를 수행하여 희생 마이크로 렌즈를 형성하는 단계와, 희생 마이크로 렌즈 및 LTO층에 대한 1차 식각을 통하여 LTO층으로 이루어진 예비 마이크로 렌즈를 형성하는 단계와, 예비 마이크로 렌즈에 대한 2차 식각을 통하여 예비 마이크로 렌즈에 비하여 곡률 반경이 감소된 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함한다.
Description
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법을 개략적으로 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서를 개념적으로 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서의 다른 예를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법에 있어서, 공정조건을 설명하기 위한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11... 하부구조물 13... LTO층
13a... 예비 마이크로 렌즈 13b... 마이크로 렌즈
15... 희생 마이크로 렌즈 17... 갭리스 형성층
본 발명은 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지 센서라 함은 광학 영상(optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 이중 전하결합소자(CCD : Charge Coupled Device)는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 커패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 커패시터에 저장되고 이송되는 소자이다. 더욱이, 씨모스(Complementary MOS; 이하 CMOS라 함) 이미지 센서는 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소수만큼 MOS 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.
이미지 센서를 제조함에 있어서 해결하여야 하는 과제 중의 하나는 입사되는 빛 신호를 전기신호로 바꾸어 주는 율(rate), 즉 감도를 증가시키는 것이다.
또한, 집광을 위한 마이크로 렌즈를 형성함에 있어, 마이크로 렌즈를 구성하는 이웃하는 렌즈 간에 간격이 발생되지 않는 제로 갭(zero gap)을 구현하는 방안이 다양하게 모색되고 있다.
또한, 감광성막을 이용하여 집광을 위한 마이크로 렌즈를 형성하는 경우에 있어, 웨이퍼 백 그라인딩(back grinding) 공정과 소잉(sawing) 공정 등에서 마이크로 렌즈에 폴리머 등의 파티클이 부착되는 현상이 발생된다. 이는 이미지 센서의 감도를 저하시킬 뿐만 아니라 클리닝(cleaning) 등의 어려움으로 인하여 제조 수율을 저하시키는 원인이 된다. 이에 따라 LTO(Low Temperature Oxide)층을 이용하여 마이크로 렌즈를 형성하는 방안이 다양하게 모색되고 있다.
또한, 마이크로 렌즈의 프로파일(profile)은 빛이 집광되는 거리에 직접적인 영향을 미친다. 따라서, 마이크로 렌즈의 곡률을 적정하게 조절하여 빛이 집광되는 거리를 짧게함으로서 소자의 크기를 줄일 수 있는 방안이 모색되고 있다.
본 발명은 소자의 감도를 향상시키고, 빛이 집광되는 거리를 짧게하여 소자의 크기를 줄일 수 있는 이미지 센서 제조방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법은, 컬러필터층 위에 LTO(Low Temperature Oxide)층을 형성하는 단계; 상기 LTO층 위에 패터닝된 감광성막을 형성하는 단계; 상기 패터닝된 감광성막에 대해 열처리를 수행하여 희생 마이크로 렌즈를 형성하는 단계; 상기 희생 마이크로 렌즈 및 상기 LTO층에 대한 1차 식각을 통하여 상기 LTO층으로 이루어진 예비 마이크로 렌즈를 형성하는 단계; 상기 예비 마이크로 렌즈에 대한 2차 식각을 통하여 상기 예비 마이크로 렌즈에 비하여 곡률 반경이 감소된 마이크로 렌즈를 형성하는 단계; 를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법에 의하면, 상기 컬러필터층과 상기 LTO층 사이에 평탄화층을 형성하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법에 의하면, 상기 마이크로 렌즈 위에 갭리스(gapless) 형성층을 형성하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법에 의하면, 상기 갭리스 형성층은 LTO층으로 형성된다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법에 의하면, 상기 희생 마이크로 렌즈 및 상기 LTO층에 대한 1차 식각은, 상기 희생 마이크로 렌즈와 상기 LTO층에 대하여 1:1의 식각비로 전면 식각된다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법에 의하면, 상기 희생 마이크로 렌즈 및 상기 LTO층에 대한 1차 식각은, 상기 희생 마이크로 렌즈가 모두 식각될 때 까지 수행된다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법에 의하면, 상기 희생 마이크로 렌즈 및 상기 LTO층에 대한 1차 식각은, CF4 가스와 O2 가스를 포함하는 식각 가스에 의하여 수행된다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법에 의하면, 상기 식각 가스를 구성하는 CF4 가스와 O2 가스는 3:1 내지 15:1의 비율로 형성된다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법에 의하면, 상기 식각 가스를 구성하는 CF4 가스는 10~300 sccm으로 공급되고, O2 가스는 5~20 sccm으로 공급된다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법에 의하면, 상기 예비 마이크로 렌즈에 대한 2차 식각은, CF4 가스와 O2 가스를 포함하는 식각 가스에 의하여 수행된다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법에 의하면, 상기 예비 마이크로 렌즈에 대한 2차 식각은 상기 예비 마이크로 렌즈를 이루는 사이드 월(side wall)에 대한 식각을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법에 의하면, 상기 1차 식각과 상기 2차 식각은 동일 챔버에서 연속적으로 수행된다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법에 의하면, 상기 1차 식각과 상기 2차 식각은 듀얼 주파수(dual frequency)의 파워(power)를 사용하는 챔버에서 수행된다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법에 의하면, 상기 LTO층은 SiO2로 형성된다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법에 의하면, 소자의 감도를 향상시키고, 빛이 집광되는 거리를 짧게하여 소자의 크기를 줄일 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위"에 또는 "아래"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 그 의미는 각 층(막), 영역, 패드, 패턴 또는 구조물들이 직접 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들에 접촉되어 형성되는 경우로 해석될 수도 있으며, 다른 층(막), 다른 영역, 다른 패드, 다른 패턴 또는 다른 구조물들이 그 사이에 추가적으로 형성되는 경우로 해석될 수도 있다. 따라서, 그 의미는 발명의 기술적 사상에 의하여 판단되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법에 의하면, 도 1에 나타낸 바와 같이, 하부구조물(11) 위에 LTO층(13)을 형성하고, 상기 LTO층(13) 위에 희생 마이크로 렌즈(15)를 형성한다.
상기 하부구조물(11)은 포토 다이오드를 포함하여 형성될 수 있다. 또한 상기 하부구조물(11)은 컬러필터층을 포함할 수 있으며, 상기 컬러필터층 위에 형성된 평탄화층을 더 포함할 수 있다.
상기 희생 마이크로 렌즈(15)는 감광성막으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 패터닝된 감광성막을 상기 LTO층(13) 위에 형성하고, 써멀 리플로우(thermal reflow)와 같은 열처리를 통하여 상기 희생 마이크로 렌즈(15)를 형성할 수 있게 된다.
상기 LTO층은 대략 200℃ 이하의 온도에서 형성되는 다양한 산화막을 포함하며, 하나의 예로서 SiO2로 형성될 수 있다.
이어서 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법에 의하면, 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 희생 마이크로 렌즈(15) 및 상기 LTO층(13)에 대한 1차 식각을 통하여 상기 LTO층으로 이루어진 예비 마이크로 렌즈(13a)를 형성한다.
상기 희생 마이크로 렌즈(15) 및 상기 LTO층(13)에 대한 1차 식각은, 상기 희생 마이크로 렌즈(15)를 이루는 감광성막과 상기 LTO층(13)을 이루는 산화막에 대하여 1:1의 식각비로 전면 식각이 수행되도록 할 수 있다.
상기 희생 마이크로 렌즈(15) 및 상기 LTO층(13)에 대한 1차 식각은, 상기 희생 마이크로 렌즈(15)를 이루는 감광성막이 모두 식각될 때 까지 수행되도록 할 수 있다.
상기 희생 마이크로 렌즈(15) 및 상기 LTO층(13)에 대한 1차 식각은, CF4 가스와 O2 가스를 포함하는 식각 가스에 의하여 수행되도록 할 수 있다. 이때, 상기 식각 가스를 구성하는 CF4 가스와 O2 가스는 3:1 내지 15:1의 비율로 형성될 수 있다. 또한 상기 식각 가스를 구성하는 CF4 가스는 10~300 sccm으로 공급되고, O2 가스는 5~20 sccm으로 공급되도록 할 수 있다.
이후 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법에 의하면, 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 예비 마이크로 렌즈(13a)에 대한 2차 식각을 통하여 상기 예비 마이크로 렌즈(13a)에 비하여 곡률 반경이 감소된 마이크로 렌즈(13b)를 형성한다.
상기 예비 마이크로 렌즈(13a)에 대한 2차 식각은 CF4 가스와 O2 가스를 포함하는 식각 가스에 의하여 수행되도록 할 수 있다.
상기 예비 마이크로 렌즈(13a)에 대한 2차 식각은 상기 예비 마이크로 렌즈(13a)를 이루는 사이드 월(side wall)에 대한 식각을 포함하여 수행되며, 상기 예비 마이크로 렌즈(13a)의 상부면에 대한 식각도 포함하여 수행된다.
상기 2차 식각을 통하여 상기 예비 마이크로 렌즈(13a)에 비하여 곡률 반경이 감소된 마이크로 렌즈(13b)를 형성할 수 있게 된다.
이에 따라, 곡률이 개선된 마이크로 렌즈(25)를 이용하여, 입사되는 빛을 집광하여 하부구조물(23)에 형성된 포토 다이오드(21)에 도달시키는 촛점거리를 감소시킬 수 있게 되며, 보다 박형의 소형 이미지 센서를 형성할 수 있게 된다. 이를 도 4에 간략하게 도시하였다. 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서를 개념적으로 나타낸 도면이다.
이상에서 설명된 1차 식각과 2차 식각은 동일 챔버에서 연속적으로 수행되도록 할 수 있다. 또한, 상기 1차 식각과 2차 식각은 듀얼 주파수(dual frequency)의 파워(power)를 사용하는 챔버에서 수행되도록 할 수 있다.
하나의 예로서 1차 식각과 2차 식각은 다음과 같은 식각 조건에서 식각이 수행되도록 할 수 있다. 파워는 27MHz의 1400W로 수행하고, 공급되는 가스는 CF4가 90sccm, O2가 10sccm, Ar이 450sccm이 되도록 할 수 있다.
한편, 이상에서 설명된 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법에 의하여 제조된 이미지 센서는 마이크로 렌즈을 구성하는 이웃하는 렌즈 간에 간격이 발생될 수 있다.
이를 해소하기 위한 하나의 방안으로서 상기 결과물에 갭리스(gapless) 형성층을 더 형성할 수도 있다. 이를 도 5에 나타내었다. 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서의 다른 예를 나타낸 도면이다.
즉 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법에 의하면, 도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 마이크로 렌즈(13b) 위에 갭리스 형성층(17)을 추가로 더 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 갭리스 형성층(17)은 하나의 예로서 LTO층으로 형성될 수 있다.
이와 같이 마이크로 렌즈를 구성하는 이웃하는 렌즈 간에 간격(gap)이 발생 되지 않도록 함으로써, 소자의 감도를 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 이상에서 설명된 1차 식각 및 2차 식각을 수행하기 위해서는 식각 공정조건이 확립되어야 한다. 이하에서는 식각 공정조건에 대하여 부연하여 설명하기로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법에 의하면, 감광성막과 산화막을 식각하여야 하므로, 플로린(Fluorine) 계열 가스와 산소 가스를 이용하여 식각을 수행하였다. 플로린 계열 가스의 예로서 CF4가 사용될 수 있으며, 산소 가스와의 비율을 조절하여 감광성막과 산화막 간의 선택비를 조절하였다. 또한 Ar 가스를 이용하여 플라즈마 이그니션(plasma ignition) 및 그 포텐셜 포스(potential force)를 제어하였다.
마이크로 렌즈 형상을 구현하기 위하여 파워는 듀얼 주파수(dual frequency)를 사용하였다. 예로서, 27MHz를 이용하여 플로린의 해리를 촉진시켰고, 2MHz를 이용하여 플라즈마 포텐셜 에너지를 증가시켰다. 식각 공정 시 발생되는 'WIW Non-uniformity' 개선을 위하여 척(chuck) 상단에 백사이드 쿨링(back side cooling)을 위하여 He 가스를 흘려 주었다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법에 의하면, CF4 가스와 산소 가스의 비율을 조절하여 감광성막과 선화막 간의 선택비를 조절하였으며, 산소 가스의 비율 변화에 따른 선택비의 경향을 도 6에 나타내었다. 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법에 있어서, 공정조건을 설명하기 위한 도면이 다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 감광성막과 산화막 간의 식각 선택비는 산소의 변화량에 밀접한 관계가 있음을 확인할 수 있다. 본 발명에서는 CF4 가스와 산소 가스의 비율을 조절하여 감광성막과 선화막 간의 선택비가 1:1이 될 수 있도록 제어하였다.
하나의 예로서 다음과 같은 식각 조건에서 식각이 수행되도록 할 수 있다. 파워는 27MHz의 1400W로 수행하고, 공급되는 가스는 CF4가 50sccm, O2가 10sccm, Ar이 490sccm이 되도록 할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법에 의하면, 소자의 감도를 향상시키고, 빛이 집광되는 거리를 짧게하여 소자의 크기를 줄일 수 있는 장점이 있다.
Claims (14)
- 컬러필터층 위에 LTO(Low Temperature Oxide)층을 형성하는 단계;상기 LTO층 위에 패터닝된 감광성막을 형성하는 단계;상기 패터닝된 감광성막에 대해 열처리를 수행하여 희생 마이크로 렌즈를 형성하는 단계;상기 희생 마이크로 렌즈 및 상기 LTO층에 대한 1차 식각을 통하여 상기 LTO층으로 이루어진 예비 마이크로 렌즈를 형성하는 단계;상기 예비 마이크로 렌즈에 대한 2차 식각을 통하여 상기 예비 마이크로 렌즈에 비하여 곡률 반경이 감소된 마이크로 렌즈를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 컬러필터층과 상기 LTO층 사이에 평탄화층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 마이크로 렌즈 위에 갭리스(gapless) 형성층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 3항에 있어서,상기 갭리스 형성층은 LTO층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 희생 마이크로 렌즈 및 상기 LTO층에 대한 1차 식각은, 상기 희생 마이크로 렌즈와 상기 LTO층에 대하여 1:1의 식각비로 전면 식각되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 희생 마이크로 렌즈 및 상기 LTO층에 대한 1차 식각은, 상기 희생 마이크로 렌즈가 모두 식각될 때 까지 수행되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 희생 마이크로 렌즈 및 상기 LTO층에 대한 1차 식각은, CF4 가스와 O2 가스를 포함하는 식각 가스에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 7항에 있어서,상기 식각 가스를 구성하는 CF4 가스와 O2 가스는 3:1 내지 15:1의 비율로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 7항에 있어서,상기 식각 가스를 구성하는 CF4 가스는 10~300 sccm으로 공급되고, O2 가스는 5~20 sccm으로 공급되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 예비 마이크로 렌즈에 대한 2차 식각은, CF4 가스와 O2 가스를 포함하는 식각 가스에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 예비 마이크로 렌즈에 대한 2차 식각은 상기 예비 마이크로 렌즈를 이루는 사이드 월(side wall)에 대한 식각을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 1차 식각과 상기 2차 식각은 동일 챔버에서 연속적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 1차 식각과 상기 2차 식각은 듀얼 주파수(dual frequency)의 파워(power)를 사용하는 챔버에서 수행되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 LTO층은 SiO2로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
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