KR20090041952A - 씨모스 이미지센서 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 듀얼 마이크로 렌즈를 적용한 경우에도 정확한 오버레이 정보를 모니터링 할 수 있는 씨모스 이미지센서 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따른 씨모스 이미지센서는 적어도 하나 이상의 광감지소자가 형성된 반도체기판, 상기 반도체 기판 상에 상기 광감지소자가 대응하는 영역이 개구된 광차폐막, 상기 광차폐막의 상부에 형성된 컬러필터, 및 상기 컬러필터의 상부에 형성된 제1 마이크로 렌즈와 제2 마이크로 렌즈를 포함하고, 상기 제2 마이크로 렌즈는 상기 제1 마이크로 렌즈가 형성된 영역의 내부에 배치되도록 형성된다. 한편, 본 발명에 따른 씨모스 이미지센서의 제조방법은 반도체기판에 적어도 하나 이상의 광감지소자를 형성하는 단계, 상기 반도체기판 상에 층간절연막, 광차폐막 및 소자보호막을 형성하는 단계, 상기 소자보호막 상에 컬러필터를 형성하는 단계, 상기 컬러필터 상에 제1 마이크로 렌즈를 형성하는 단계, 및 상기 제1 마이크로 렌즈가 형성된 영역의 내부에 제2 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
씨모스이미지센서, 듀얼마이크로렌즈, 오버레이, 제로갭

Description

씨모스 이미지센서 및 그 제조방법{CMOS IMAGE SENSOR AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 시모스 이미지센서 및 시모스 이미지센서의 제조방법에 대한 것이다.
일반적으로, 시모스(CMOS) 이미지센서는 광을 수광하여 광의 수광량에 따라 해당하는 전기적 신호로 변환하는 광감지소자와, 광감지소자의 전기적 신호를 변환하여 데이터화하는 로직신호부로 구성된다. 이때, 광감지소자가 수광하는 양이 많을수록 이미지센서의 광감도 특성(Photo Sensitivity)은 향상된다.
그래서 광감도를 높이기 위해 이미지센서의 면적 중에서 광감지소자가 차지하는 비율(Fill Factor)을 크게하는 노력이 진행되어 왔다. 따라서, 광감도를 높여주기 위해 감광지소자 외의 영역으로 입사되는 광의 경로를 변경하여 광감지소자로 집광시켜주는 집광기술이 활발하게 제안되고 있다. 또한, 최근 이러한 집광기술과 함께 광이 최초 입사되는 마이크로 렌즈자체의 성능을 향상시키기 위한 많은 노력이 이루어지고 있다.
도 3은 종래 싱글 마이크로 렌즈를 형성하는 경우의 오버레이에 대하여 도시 한 사진이다.
광이 최초 입사하는 마이크로 렌즈(1)는 탑메탈(2)인 광차페막 상에 형성되는데, 마이크로 렌즈가 하나로 형성되는 경우에는 탑메탈(2)과의 오버레이(Overlay) 정보를 용이하게 알 수 있다. 이러한 오버레이에 대한 정확도 구현은 최근 픽셀의 크기가 점차 작아지는 추세와 맞물려 상당히 중요한 요소이다.
그런데, 최근에는 마이크로 렌즈간의 갭을 줄이기 위해(소위, 제로갭) 상기한 마이크로 렌즈를 듀얼로 형성하는 기술이 개발되고 있다. 이때. 듀얼 마이크로 렌즈 중 어느 하나와 탑메탈과의 오버레이 정보는 쉽게 알 수 있지만, 듀얼 마이크로 렌즈를 이용하는 경우에 듀얼 마이크로 렌즈 상호간의 오버레이 정보는 정확하게 알 수 없는 문제가 발생한다. 따라서, 마이크로 렌즈 간의 브릿지(bridge)가 발생하는 등 공정진행 중 많은 불량을 유발한다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 듀얼 마이크로 렌즈를 적용한 씨모스 이미지센서에서 듀얼 마이크로 렌즈을 이루는 각각의 렌즈 상호간에도 오버레이 정보를 모니터링할 수 있는 씨모스 이미지센서 및 씨모스 이미지센서의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 씨모스 이미지센서는 적어도 하나 이상의 광감지소자가 형성된 반도체기판, 상기 반도체 기판 상에 상기 광감지소자가 대응하는 영역이 개구된 광차폐막, 상기 광차폐막의 상부에 형성된 컬러필터, 및 상기 컬러필터의 상부에 형성된 제1 마이크로 렌즈와 제2 마이크로 렌즈를 포함하고, 상기 제2 마이크로 렌즈는 상기 제1 마이크로 렌즈가 형성된 영역의 내부에 배치되도록 형성된다.
이때, 상기 반도체 기판과 상기 광차폐막 사이에 형성된 층간절연막을 더욱 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 씨모스 이미지센서의 제조방법은 반도체기판에 적어도 하나 이상의 광감지소자를 형성하는 단계, 상기 반도체기판 상에 층간절연막, 광차폐막 및 소자보호막을 형성하는 단계, 상기 소자보호막 상에 컬러필터를 형성하는 단계, 상기 컬러필터 상에 제1 마이크로 렌즈를 형성하는 단계, 및 상기 제1 마이크로 렌즈가 형성된 영역의 내부에 제2 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제2 마이크로 렌즈를 형성하는 단계 이후에는 상기 제1 마이크로 렌즈와 상기 제2 마이크로 렌즈의 오버레이를 모니터링하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 듀얼 마이크로 렌즈를 적용하므로 듀얼 마이크로 렌즈간의 갭을 줄여 씨모스 이미지센서의 픽셀 크기를 더욱 줄일 수 있다.
또한, 본 발명은 듀얼 마이크로 렌즈을 이루는 각각의 렌즈 상호 간에도 오버레이 정보를 모니터링할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속 하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명의 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어 들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련 기술 문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 씨모스 이미지센서 및 그 제조방법에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시모스 이미지센서를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1을 참고하면 시모스 이미지센서(1000)는 광감지소자(102)가 형성된 반도체기판(100), 광감지소자(102) 상에 형성된 광차폐막(106), 광차폐막 상에 형성된 컬러필터(112a,112b,112c), 컬러필터의 상부에 형성된 마이크로 렌즈(118)를 포함한다.
우선, 반도체기판(100)에는 적어도 하나 이상의 광감지소자(102) 및 필드절 연막(101)이 형성되는데, 광감지소자(102)는 포토게이트 또는 포토다이오드 등으로 형성될 수 있다.
다음으로, 도시된 바와 같이 반도체기판(100)의 상부에는 광감지소자(102) 및 필드절연막을 절연하기 위한 층간절연막(104, 108)이 형성된다. 이때, 제1 층간절연막(104) 상에 광차폐막(light shield layer)(106)을 형성한다. 광차페막(106)은 광감지소자(102) 이외의 영역으로 광이 입사되는 것을 방지하기 위해 층간절연막(108) 내에 형성된다. 이때, 층간절연막의 상부에는 소자보호막(110)이 형성된다.
다음으로, 소자보호막(110) 상에 컬러필터(112a,112b,112c)를 형성한다. 컬러필터(112a,112b,112c)는 적색, 녹색, 청색이 어레이되어 특정 파장의 빛만을 흡수할 수 있는 색깔로 염색된 포토레지스트로 형성되고, 소자보호막(110) 상부에 형성된다. 이때, 컬러필터(112a,112b,112c)의 상부에 컬러필터(112a,112b,112c)의 거칠기를 보상하기 위해 포토레지스토로 형성되는 평탄화막(116)을 형성할 수 있다.
다음으로, 마이크로 렌즈(118)는 폴리머계열의 수지로 형성하는데, 마이크로 렌즈(118)를 통과한 빛은 각각의 적색 컬러필터(112a), 녹색 컬러필터(112b), 청색 컬러필터(112c)를 통해 해당 적색 광, 녹색 광, 청색 광을 필터링하고 필터링된 광은 소자보호막(110) 및 층간절연막(108, 104)을 통해서 각 컬러필터 하단에 위치한 감광지소자(102)에 입사된다. 이때, 광차폐막(106)은 입사된 광이 다른 경로로 벗어나지 않도록 하는 역할을 한다. 마이크로 렌즈(118)의 상세한 구성에 대하여는 이하 더욱 자세하게 설명한다.
도 2는 도 1의 마이크로 렌즈 부분을 개략적으로 도시한 평면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 씨모스 이미지센서에 포함되는 마이크로 렌즈(118)는 듀얼(Dual) 마이크로 렌즈(118a, 118b)로 형성된다.
즉, 최근의 고용량화에 따라 씨모스 이미지센서의 픽셀 크기는 점차로 작아지는 추세이므로 본 실시예에 따른 마이크로 렌즈(118)는 마이크로 렌즈 간의 갭 차이을 더욱 줄이기 위해, 즉, 제로갭(Zero Gap)을 실현하기 위해 듀얼로 형성한다.
그런데, 앞에서 설명한 도 1에서는 듀얼 마이크로 렌즈에 포함되는 어느 하나의 마이크로 렌즈와 탑메탈과의 오버레이(Overlay) 정보는 쉽게 수집할 수 있는 반면에, 듀얼 마이크로 렌즈에 포함되는 각각의 마이크로 렌즈 사이에 제로갭을 형성함에 따라 듀얼 마이크로 렌즈에 포함되는 각각의 마이크로 렌즈 상호간의 오버레이 정보는 수집하기 어렵게 된다.
따라서, 도 2를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서는 제1 마이크로 렌즈(118a)를 우선 소정 영역(A)의 주위에 형성하고 이러한 소정 영역(A)에 제2 마이크로 렌즈(118b)를 형성하여 제1 마이크로 렌즈(118a) 및 제2 마이크로 렌즈(118b) 상호간의 오버레이 정보를 수집할 수 있다.
즉, 제1 및 제2 마이크로 렌즈(118a, 118b)를 형성한 후에 제1 마이크로 렌즈(118a)와 제2 마이크로 렌즈(118b)간의 오버레이를 모니터링하는 단계를 더욱 포함시킬 수 있으므로 듀얼 마이크로 렌즈를 형성하여 제로갭을 구현하면서도 마이크 로 렌즈간의 오버레이 정보를 정확하게 알 수 있다. 따라서, 렌즈 시프트(Shift)에 의한 브릿지의 형성이 방지되어 씨모스 이미지센서의 제조 수율을 현저히 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 씨모스 이미지센서 및 그 제조방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시모스 이미지센서를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 마이크로 렌즈 부분을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 3은 종래 싱글 마이크로 렌즈를 형성하는 경우의 오버레이에 대하여 도시한 사진이다.

Claims (4)

  1. 적어도 하나 이상의 광감지소자가 형성된 반도체기판,
    상기 반도체 기판 상에 상기 광감지소자가 대응하는 영역이 개구된 광차폐막,
    상기 광차폐막의 상부에 형성된 컬러필터, 및
    상기 컬러필터의 상부에 형성된 제1 마이크로 렌즈와 제2 마이크로 렌즈
    를 포함하고,
    상기 제2 마이크로 렌즈는 상기 제1 마이크로 렌즈가 형성된 영역의 내부에 배치되도록 형성되는 씨모스 이미지센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 기판과 상기 광차폐막 사이에 형성된 층간절연막을 더욱 포함하는 씨모스 이미지센서.
  3. 반도체기판에 적어도 하나 이상의 광감지소자를 형성하는 단계,
    상기 반도체기판 상에 층간절연막, 광차폐막 및 소자보호막을 형성하는 단계,
    상기 소자보호막 상에 컬러필터를 형성하는 단계,
    상기 컬러필터 상에 제1 마이크로 렌즈를 형성하는 단계, 및
    상기 제1 마이크로 렌즈가 형성된 영역의 내부에 제2 마이크로 렌즈를 형성하는 단계
    를 포함하는 씨모스 이미지센서의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 마이크로 렌즈를 형성하는 단계 이후에는 상기 제1 마이크로 렌즈와 상기 제2 마이크로 렌즈의 오버레이(overlay)를 모니터링(monitoring)하는 단계를 더 포함하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
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