KR20090053312A - Method for forming a color filter and method for manufacturing an image sensor using for the same - Google Patents
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Abstract
컬러 필터 형성 방법 및 이를 이용한 이미지 센서 제조 방법에서, 상기 컬러 필터를 형성하기 위하여, 기판 상에 복수의 금속 산화막들 및 상기 금속 산화막들 사이에 개재되는 복수의 실리콘 산화막들이 적층된 예비 컬러 필터층을 형성한다. 상기 금속 산화막들과 상기 실리콘 산화막들 간의 굴절률 차이가 증가되도록 상기 예비 컬러 필터층을 열처리시켜 컬러 필터층을 형성한다. 상기 열처리를 통해 금속 산화막과 실리콘 산화막 간의 굴절률이 증가함으로써 높은 투과율을 갖고 혼색 및 감도가 개선된 컬러 필터를 제조할 수 있다. In the color filter forming method and the image sensor manufacturing method using the same, in order to form the color filter, a preliminary color filter layer in which a plurality of metal oxide films and a plurality of silicon oxide films interposed between the metal oxide films are stacked is formed on a substrate. do. The preliminary color filter layer is heat-treated to form a color filter layer such that a difference in refractive index between the metal oxide layers and the silicon oxide layers is increased. By increasing the refractive index between the metal oxide film and the silicon oxide film through the heat treatment, it is possible to manufacture a color filter having high transmittance and improved color mixing and sensitivity.
Description
본 발명은 컬러 필터 형성 방법 및 이를 이용한 이미지 센서 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 무기물을 포함하는 컬러 필터 형성 방법 및 이를 이용한 이미지 센서 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a color filter forming method and an image sensor manufacturing method using the same. More specifically, the present invention relates to a color filter forming method comprising an inorganic material and a method of manufacturing an image sensor using the same.
최근 디지털 혁명이 급속도로 진행되고 있으며 그 중 대표적 상품의 하나가 디지털 카메라이다. 디지털 카메라의 화질을 결정하는 핵심 요소는 광학 렌즈와 이미지 센서라고 할 수 있다. 렌즈를 통해 들어온 광을 이미지 센서가 전기 신호로 바꿔 좋은 화질을 구현해 내는 것이다.Recently, the digital revolution is progressing rapidly, and one of the representative products is the digital camera. Key factors that determine the quality of digital cameras are optical lenses and image sensors. The light from the lens is converted into an electrical signal by the image sensor to achieve good image quality.
통상적인 이미지 센서는 픽셀 어레이, 즉, 매트릭스 형태로 배열된 복수 개의 픽셀들로 이루어지며, 각 픽셀은 입사되는 광(photon)에 의해 신호 전하를 발생하는 포토다이오드와 상기 포토다이오드에서 발생한 신호 전하를 이송 및 출력하기 위한 소자를 포함한다. 신호 전하의 이송 및 출력 방식에 따라 이미지 센서는 크게 전하결합소자(CCD)형 이미지 센서와 상보성 금속산화물반도체(CMOS)형 이미지 센서 의 두 종류로 나뉜다. A typical image sensor is composed of a pixel array, i.e., a plurality of pixels arranged in a matrix, each pixel having a photodiode that generates signal charges by incident photons and a signal charge generated by the photodiodes. An element for transferring and outputting. According to the transfer and output method of the signal charge, the image sensor is largely divided into two types: a charge coupled device (CCD) type image sensor and a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) type image sensor.
상기 이미지 센서는 컬러 필터를 통하여 각 화소에 배치된 포토다이오드 위로 광을 수집하고, 그것들을 광전기적으로 변환하고, 이미지 정보로 전환하여 미세한 화소로 분할한다. 따라서, 광 전기적으로 변형한 결과, 각각의 화소로부터 발생되는 전압값(감도)이 균일화될수록 하여, 이미지 정보에 의해 보다 실제에 가까운 이미지를 재생할 수 있다. 여기서, 상기 컬러 필터는 적색, 녹색 및 청색의 파장을 갖는 광들이 각각 투과하도록 하는 필터 패턴들이 어레이 형태로 배치된 형상을 갖는다. The image sensor collects light over photodiodes disposed in each pixel through a color filter, converts them photoelectrically, converts them into image information, and divides them into fine pixels. Therefore, as a result of the photoelectric transformation, as the voltage value (sensitivity) generated from each pixel becomes uniform, it is possible to reproduce a more realistic image by the image information. Here, the color filter has a shape in which filter patterns for transmitting light having wavelengths of red, green, and blue, respectively, are arranged in an array form.
그런데, 각각의 화소에 대해 균일함 감도 및 높은 광 효율을 갖도록 하기 위해서는, 상기 적색, 녹색 및 청색의 파장을 갖는 광들을 선택적으로 투과시키는 상기 필터 패턴들에서 광 투과율이 매우 높은 것이 바람직하다. 또한, 상기 적색 녹색 및 청색의 각 필터 패턴들은 각 필터에 입사되는 광에서 적색, 녹색 및 청색의 파장 범위 내의 광만을 투과하는 것이 바람직하다. However, in order to have uniform sensitivity and high light efficiency for each pixel, it is preferable that the light transmittance is very high in the filter patterns for selectively transmitting the light having the wavelengths of red, green, and blue. In addition, each of the red, green, and blue filter patterns preferably transmits only light within a wavelength range of red, green, and blue in the light incident on each filter.
상기 각 컬러 필터들은 포토레지스트 물질과 같은 유기물로 형성된다. 그러나, 통상적으로 상기 유기물로 형성된 각 필터 패턴들을 사용하는 경우 적색, 녹색 및 청색의 파장 범위 내의 광만을 투과시키는 것이 용이하지 않다. 즉, 상기 각 필터 패턴에서 투과시켜야 하는 파장 범위와 인접한 파장 범위의 광까지 서로 중복 투과하게 되고, 이로인해 상기 컬러 필터에서는 혼색(crosstalk)이 발생하게 된다. Each of the color filters is formed of an organic material such as a photoresist material. However, when using the respective filter patterns formed of the organic material, it is not easy to transmit only light in the wavelength range of red, green, and blue. That is, the wavelength range to be transmitted in each of the filter patterns and the light in the wavelength range adjacent to each other are transmitted through each other, thereby causing crosstalk in the color filter.
또한, 상기 각 필터 패턴들에서의 광의 투과율도 높지 않아서, 외부로부터 충분한 광이 입사되지 않을 경우에는 포토다이오드까지 도달하는 광량이 감소되어 원하는 이미지를 재생하기가 어렵다. In addition, the transmittance of light in each of the filter patterns is not high, and when sufficient light is not incident from the outside, the amount of light reaching the photodiode is reduced, making it difficult to reproduce a desired image.
상기 문제들을 감소시키기 위하여, 최근에는 무기물을 사용하여 상기 필터 패턴들을 형성하는 방법이 연구 및 발표되고 있다. 상기 무기물을 사용하여 형성된 필터 패턴의 일 예는 한국등록특허 680386호에도 개시되어 있다. 상기 무기 필터 패턴들을 갖는 컬러 필터의 경우 광 투과율이 높고 각 컬러 필터에서 중복 투과되는 파장 부위가 거의 없어 혼색의 발생을 감소시킬 수 있다. 그러나, 상기 각 필터 패턴에서 투과되는 파장 범위가 지나치게 좁기 때문에 투과되지 못하는 파장 범위가 생기게 되어 감도가 떨어지는 등의 문제는 여전히 남아있게 된다. In order to reduce the problems, recently, a method of forming the filter patterns using inorganic materials has been studied and published. An example of a filter pattern formed using the inorganic material is disclosed in Korean Patent No. 680386. In the case of the color filter having the inorganic filter patterns, the light transmittance is high and there is little wavelength portion that is repeatedly transmitted in each color filter, thereby reducing the occurrence of mixed color. However, since the wavelength range transmitted in each of the filter patterns is too narrow, a wavelength range that cannot be transmitted is generated so that problems such as low sensitivity remain.
따라서, 높은 해상도를 갖는 이미지를 획득하기 위해서 광 투과율이 높을 뿐 아니라 감도가 더욱 향상되는 컬러 필터가 요구되고 있다. Therefore, in order to obtain an image having a high resolution, a color filter that not only has high light transmittance but also improves sensitivity is required.
본 발명의 목적은 높은 투과율을 갖고 혼색이 감소되고 감도가 개선된 무기 컬러 필터의 형성 방법을 제공하는데 있다. An object of the present invention is to provide a method of forming an inorganic color filter having high transmittance, reduced color mixing and improved sensitivity.
본 발명의 다른 목적은 상기 무기 컬러 필터를 포함하는 이미지 센서의 제조 방법을 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing an image sensor including the inorganic color filter.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 컬러 필터의 제조 방법으로, 기판 상에 복수의 금속 산화막들 및 상기 금속 산화막들 사이에 개재되 는 복수의 실리콘 산화막들이 적층된 예비 컬러 필터층을 형성한다. 다음에, 상기 금속 산화막들과 상기 실리콘 산화막들 간의 굴절률 차이가 증가되도록 상기 예비 컬러 필터층을 열처리시켜 컬러 필터층을 형성한다. In the method of manufacturing a color filter according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, a preliminary color filter layer in which a plurality of metal oxide films and a plurality of silicon oxide films interposed between the metal oxide films are stacked on a substrate. To form. Next, the preliminary color filter layer is heat-treated to form a color filter layer such that a difference in refractive index between the metal oxide layers and the silicon oxide layers is increased.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속 산화막들은 티타늄 산화물을 포함한다. According to an embodiment of the present invention, the metal oxide films include titanium oxide.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 예비 컬러 필터층을 형성한 후, 상기 예비 컬러 필터층을 패터닝하는 단계를 더 수행한다. According to an embodiment of the present invention, after the preliminary color filter layer is formed, patterning the preliminary color filter layer is further performed.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 에비 컬러 필터층의 최하부층 및 최상부층은 금속 산화막으로 형성된다. According to an embodiment of the present invention, the lowermost layer and the uppermost layer of the ebi color filter layer are formed of a metal oxide film.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속 산화막들은 각 층에서 서로 다른 두께를 가진다. According to an embodiment of the present invention, the metal oxide films have different thicknesses in each layer.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 열처리는 400 내지 600℃의 온도에서 1 내지 30분동안 수행된다. According to one embodiment of the invention, the heat treatment is performed for 1 to 30 minutes at a temperature of 400 to 600 ℃.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 열처리는 N2, O2, N2O, NH3 및 O3로 이루어지는 군에서 선택된 하나의 분위기 하에서 수행된다. According to one embodiment of the invention, the heat treatment is performed under one atmosphere selected from the group consisting of N 2 , O 2 , N 2 O, NH 3 and O 3 .
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 열처리 공정 시에 자외선을 조사한다. According to an embodiment of the present invention, ultraviolet rays are irradiated during the heat treatment process.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 컬러 필터층을 형성한 후, 상기 컬러 필터층을 패터닝하는 단계를 수행한다. According to an embodiment of the present invention, after the color filter layer is formed, the color filter layer is patterned.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 소자의 제 조 방법으로, 기판에 포토 다이오드를 형성한다. 상기 포토 다이오드를 덮는 층간 절연막 구조물을 형성한다. 상기 층간 절연막 구조물 상에, 금속 산화막 및 실리콘 산화막을 순차적으로 반복 적층된 예비 컬러 필터 구조물을 형성한다. 상기 금속 산화막들과 상기 실리콘 산화막들 간의 굴절률 차이가 증가되도록 상기 예비 컬러 필터 구조물을 열처리시켜 제1 컬러 필터를 형성한다. 다음에, 상기 제1 컬러 필터 상에 마이크로 렌즈를 형성한다. In the manufacturing method of the image device according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, a photodiode is formed on a substrate. An interlayer insulating film structure is formed to cover the photodiode. On the interlayer insulating film structure, a preliminary color filter structure is formed by sequentially stacking a metal oxide film and a silicon oxide film. The preliminary color filter structure is heat-treated to form a first color filter such that a difference in refractive index between the metal oxide layers and the silicon oxide layers is increased. Next, a micro lens is formed on the first color filter.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속 산화막들은 티타늄 산화물을 포함한다. According to an embodiment of the present invention, the metal oxide films include titanium oxide.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속 산화막들은 각각 300 내지 2000Å의 두께를 갖는다. According to an embodiment of the present invention, the metal oxide films each have a thickness of 300 to 2000 kPa.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속 산화막들 및 실리콘 산화막들은 각 층별로 서로 다른 두께를 갖는다. According to an embodiment of the present invention, the metal oxide films and the silicon oxide films have different thicknesses for each layer.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 예비 컬러 필터 구조물을 패터닝하여 예비 컬러 필터를 형성하는 단계를 더 수행한다. According to an embodiment of the present invention, the preliminary color filter structure is patterned to form a preliminary color filter.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 예비 컬러 필터는 녹색 파장 영역을 투과시키는 필터 영역에 선택적으로 형성된다. According to an embodiment of the present invention, the preliminary color filter is selectively formed in the filter region transmitting the green wavelength region.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 컬러 필터가 녹색 파장 영역을 투과시키는 필터 영역에 선택적으로 형성되도록 상기 제1 컬러 필터를 패터닝하는 단계를 더 수행한다. According to an embodiment of the present invention, the method may further include patterning the first color filter such that the first color filter is selectively formed in the filter region transmitting the green wavelength region.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 컬러 필터를 형성한 이 후에, 상기 층간 절연막 구조물 상에, 적색 및 청색 파장 영역을 투과시키고 유기물로 이루어지는 제2 및 제3 컬러 필터 패턴을 각각 형성하는 단계를 더 수행할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, after the first color filter is formed, the second and third color filter patterns made of organic materials and transmitting red and blue wavelength regions are formed on the interlayer insulating film structure, respectively. You can perform more steps.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 소자의 제조 방법으로, 기판에 포토 다이오드를 형성한다. 상기 포토 다이오드를 덮는 층간 절연막 구조물을 형성한다. 상기 층간 절연막 구조물 상의 제1 내지 제3 영역에, 금속 산화막 및 실리콘 산화막을 순차적으로 반복 적층되고 상기 각 영역별로 상기 실리콘 산화막의 두께가 달라서 서로 다른 파장의 광을 투과시키는 예비 제1 내지 제3 컬러 필터를 형성한다. 상기 금속 산화막들과 상기 실리콘 산화막들 간의 굴절률 차이가 증가되도록 상기 예비 제1 내지 제3 컬러 필터를 열처리시켜 제1 내지 제3 컬러 필터를 형성한다. 다음에, 상기 제1 내지 제3 컬러 필터 상에 마이크로 렌즈를 형성한다. In the method of manufacturing an image device according to another embodiment of the present invention for achieving the above object, a photodiode is formed on a substrate. An interlayer insulating film structure is formed to cover the photodiode. Preliminary first to third colors sequentially depositing a metal oxide film and a silicon oxide film on the first to third regions on the interlayer insulating film structure, and having different thicknesses of the silicon oxide film for each region to transmit light having different wavelengths. Form a filter. The preliminary first to third color filters are heat-treated to form a first to third color filter such that a difference in refractive index between the metal oxide layers and the silicon oxide layers is increased. Next, micro lenses are formed on the first to third color filters.
설명한 것과 같이, 컬러 필터 내에 포함되어 있는 금속 산화막들과 실리콘 산화막들 간의 굴절률 차이가 증가된다. 이로인해, 본 발명에 따른 컬러 필터는 광 투과도가 높아지고 감도가 개선된다. As described, the difference in refractive index between the metal oxide films and the silicon oxide films included in the color filter is increased. Thereby, the color filter according to the present invention has high light transmittance and improved sensitivity.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다.With respect to the embodiments of the present invention disclosed in the text, specific structural to functional descriptions are merely illustrated for the purpose of describing embodiments of the present invention, embodiments of the present invention may be implemented in various forms and It should not be construed as limited to the embodiments described in.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. As the inventive concept allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
실시예 1Example 1
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 컬러 필터 형성 방법을 설명하기 위한 단면도이다. 1 and 2 are cross-sectional views for explaining a color filter forming method according to Embodiment 1 of the present invention.
도 1을 참조하면, 기판(100) 상에 티타늄 산화막(102, 106, 110, 114) 및 실리콘 산화막(104, 108, 112)을 반복 증착하여 예비 컬러 필터 구조물(116)을 형성한다. 이 때, 상기 예비 컬러 필터 구조물(116)의 최하부막 및 최상부막은 고굴절률을 갖는 티타늄 산화막(102, 114)으로 형성되는 것이 바람직하다. 이는, 외부로부터 컬러 필터로 입사된 광이 반사되는 것을 감소시키고, 상기 컬러 필터를 통과하여 투과되는 광이 상기 컬러 필터와 대향하는 포토다이오드(도시안됨)에 도달하도록 하여 고화질의 이미지를 촬상할 수 있도록 하기 위함이다. Referring to FIG. 1, the preliminary color filter structure 116 is formed by repeatedly depositing the
상기 티타늄 산화막(102, 106, 110, 114)은 약 2.5 정도의 고굴절률을 갖는 유전체 박막이고, 상기 실리콘 산화막(104, 108, 112)은 약 1.5 정도의 저굴절률을 갖는 유전체 박막으로 선택된 것이다. 이와같이, 상기 예비 컬러 필터 구조물(116)은 고굴절률을 갖는 유전체 박막 및 저굴절률을 갖는 유전체 박막이 서로 적층된 구조를 가지게 되며, 상기 예비 컬러 필터 구조물(116)에 포함되는 박막은 이를 만족시키는 다른 박막(예를들어, 실리콘 질화막, 실리콘 산화막의 적층 구조)으로도 대체될 수 있다. The
상기 각 층의 티타늄 산화막들(102, 106, 110, 114)은 서로 다른 두께를 가질 수도 있고, 서로 동일한 두께를 가질 수도 있다. 상기 각 층의 티타늄 산화막들(102, 106, 110, 114)은 300 내지 2000Å 범위 내의 두께를 갖는 것이 바람직하다. The
또한, 상기 각 층의 실리콘 산화막들(104, 108, 112)은 서로 다른 두께를 가질 수도 있고 서로 동일한 두께를 가질 수도 있다. 상기 각 층의 실리콘 산화막들(104, 108, 112)은 400 내지 2000Å 범위 내의 두께를 갖는 것이 바람직하다. In addition, the
상기 티타늄 산화막(102, 106, 110, 114) 및 실리콘 산화막(104, 108, 112,)은 λ/4의 배수에 해당하는 두께를 가질 수 있다. 이 때, 설정 중심 파장은 λ는 약 490 내지 570㎚의 범위 내에서 선택될 수 있으며, 보다 바람직하게는 550㎚로 선택될 수 있다. 이와같이, 상기 티타늄 산화막(102, 106, 110, 114) 및 실리콘 산화막(104, 108, 112)이 λ/4의 배수에 해당하는 두께를 갖도록 함으로써, 완성되는 컬러 필터는 녹색 파장의 광을 투과시킬 수 있다. The
이와는 달리, 상기 예비 컬러 필터 구조물(116)의 중심 부위에 위치하는 실리콘 산화막(108)의 증착 두께를 다르게 조절함으로써 적색 또는 청색 파장의 광을 투과시키는 컬러 필터를 형성할 수도 있다. Alternatively, by adjusting the deposition thickness of the silicon oxide film 108 positioned at the central portion of the preliminary color filter structure 116, a color filter for transmitting light having a red or blue wavelength may be formed.
도시된 것과 같이, 본 실시예의 상기 예비 컬러 필터 구조물(116)은 제1 티타늄 산화막(102), 제1 실리콘 산화막(104), 제2 티타늄 산화막(106), 제2 실리콘 산화막(108), 제3 티타늄 산화막(110), 제3 실리콘 산화막(112) 및 제4 티타늄 산화막(114)이 적층된 구조를 갖는다. 그러나, 예비 컬러 필터 구조물(116)은 제1 내지 제n 티타늄 산화막 및 제1 내지 제n-1 실리콘 산화막이 각각 반복 적층되는 어떠한 구조로도 형성될 수 있다. As shown, the preliminary color filter structure 116 of the present embodiment may include a first
또한, 본 실시예에서는, 상기 예비 컬러 필터 구조물(116) 내에서 중심 부위에 위치하는 실리콘 산화막(즉, 제2 실리콘 산화막)으로부터 멀어질수록 상기 티타늄 산화막(102, 106, 110, 114) 및 실리콘 산화막(104, 108, 112)의 두께가 더 두껍게 되도록 한다. In addition, in the present embodiment, the
상기 티타늄 산화막(102, 106, 110, 114)은 원자층 적층법 또는 물리기상 증착법에 의해 형성할 수 있다. 상기 물리 기상 증착법 중에서 스퍼터 방식 또는 이온빔 증착 방식 등을 사용할 수 있다.The
또한, 상기 실리콘 산화막(104, 108, 112)은 원자층 적층법, 화학기상증착법, 스핀 코팅법 또는 물리기상증착법에 의해 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 실리콘 산화막(104, 108, 112)은 PE-TEOS, HDP 산화막, 유동성 산화막 등을 들 수 있다. In addition, the
도 2를 참조하면, 상기 예비 컬러 필터 구조물(116)을 열처리함으로써 컬러 필터(120)를 형성한다. Referring to FIG. 2, the preliminary color filter structure 116 is heat treated to form the
상기 예비 컬러 필터 구조물(116)을 열처리하는 경우, 상기 열처리된 티타늄 산화막들(102a, 106a, 110a, 114a)은 굴절률이 증가하게 된다. 이는 상기 열처리에 의해 상기 티타늄 산화막들(102a, 106a, 110a, 114a)이 상전이 되기 때문이다. 구체적으로, 상기 티타늄 산화막을 증착한 상태에서는 비정질 또는 비정질과 아나타즈(anatase) 혼합상을 갖는다. 그런데, 상기 증착된 티타늄 산화막을 열처리하는 경우 결정화가 이루어져 루타일(Rutile) 상이 생성되며, 이로인해 상기 열처리된 티타늄 산화막(102a, 106a, 110a, 114a)은 루타일 및 아나타즈 혼합상을 가지게 된다. 상기 루타일 상을 갖는 티타늄 산화막이 비정질 또는 아나타즈 상을 갖는 티타늄 산화막에 비해 밀도가 높고 굴절률도 높다. 때문에, 상기 열처리된 티타늄 산화막들(102a, 106a, 110a, 114a)의 굴절률도 높아지게 된다. When the preliminary color filter structure 116 is heat-treated, the heat-treated
이에반해, 상기 열처리된 실리콘 산화막(104a, 108a, 112a)은 증착 상태의 실리콘 산화막보다 굴절률이 낮아지게 된다. In contrast, the heat-treated
증착 상태에서의 실리콘 산화막에는 수소들이 다수 결합되어 있으나, 열처리에 의해 수소들이 제거됨으로써 상기 열처리된 실리콘 산화막(104a, 108a, 112a) 내에 Si-O 결합만이 주로 남게되어 막질이 치밀해진다. 그런데, 상기 실리콘 산화막 내에 수소들이 포함되어 있는 경우에 비해 상기 실리콘 산화막 내에 수소들이 포함되지 않는 경우의 굴절률이 더 낮다. 때문에, 상기 열처리된 실리콘 산화막(104a, 108a, 112a)은 증착 상태의 실리콘 산화막(104, 108, 112)에 비해 굴절률이 더 낮은 것으로 생각된다. Although a large number of hydrogens are bonded to the silicon oxide film in the deposited state, hydrogen is removed by heat treatment, so that only Si-O bonds remain mainly in the heat-treated
상기에서 설명한 것과 같이, 상기 열처리 공정을 수행하면 티타늄 산화 막(102a, 106a, 110a, 114a) 및 실리콘 산화막(104a, 108a, 112a) 간의 굴절률 차이가 매우 증가하게 된다. 이와같이, 상기 굴절률 차이가 증가되는 경우 특정 파장의 광이 매우 높은 투과율을 가지면서 투과될 수 있다. 그리고, 투과 스팩트럼에서 양측의 기울기가 더욱 급해지게 되어 혼색의 발생을 감소시킬 수 있다. As described above, when the heat treatment process is performed, the difference in refractive index between the
또한, 상기 열처리를 수행하면 티타늄 산화막(102a, 106a, 110a, 114a) 및 실리콘 산화막(104a, 108a, 112a)의 스트레스 특성이 변화하게 된다. In addition, when the heat treatment is performed, the stress characteristics of the
구체적으로, 이온빔 증착법을 통해 상기 티타늄 산화막을 증착한 상태에서는 상기 티타늄 산화막이 압축 스트레스(compressive stress)를 갖는 반면에, 상기 열처리를 수행한 후에는 인장 스트레스(compressive stress)를 갖게된다. 이에 반해, 상기 실리콘 산화막은 이온빔 증착법을 통해 상기 실리콘 산화막을 증착한 상태에서와 상기 열처리를 수행한 이 후에 동일하게 압축 스트레스(compressive stress)를 갖는다. 다만, 상기 열처리를 수행한 이 후에는 상기 실리콘 산화막의 압축 스트레스의 수치가 다소 감소된다. 그러므로, 상기 열처리 공정이 수행된 상기 티타늄 산화막(102a, 106a, 110a, 114a) 및 실리콘 산화막(104a, 108a, 112a)은 서로 다른 스트레스 특성을 가지게 된다. Specifically, in the state where the titanium oxide film is deposited by ion beam deposition, the titanium oxide film has a compressive stress, whereas after the heat treatment, the titanium oxide film has a compressive stress. In contrast, the silicon oxide film has the same compressive stress in the state in which the silicon oxide film is deposited by ion beam deposition and after the heat treatment. However, after performing the heat treatment, the numerical value of the compressive stress of the silicon oxide film is slightly reduced. Therefore, the
이와같이, 압축 스트레스 및 인장 스트레스를 갖는 박막이 반복적으로 적층되는 경우에 전체적으로 스트레스가 완화(relaxation)된다. 따라서, 상기 티타늄 산화막(102a, 106a, 110a, 114a) 및 실리콘 산화막(104a, 108a, 112a)의 적층 수가 증가되어 컬러 필터의 전체 두께가 매우 두꺼워지더라도 스트레스에 의한 박막이 손상되거나 특성이 불량해지는 것을 감소시킬 수 있다.As such, the stress is relaxed as a whole when thin films having compressive and tensile stress are repeatedly stacked. Therefore, even if the total thickness of the color filter becomes very thick because the number of stacked layers of the
한편, 상기 열처리 온도가 높을수록 상기 티타늄 산화막(102a, 106a, 110a, 114a) 및 실리콘 산화막(104a, 108a, 112a) 간의 굴절률 차이가 증가된다. 그러나, 상기 열처리 온도를 높이는 경우 하부에 형성되어 있는 구조물에 손상이 가해질 수 있다. 따라서, 상기 열처리 공정은 400 내지 800℃의 온도에서 수행되는 것이 바람직하다. 특히, 하부에 금속 배선이 형성되어 있는 경우에는 금속 배선이 녹아내리거나 손상되지 않도록 400 내지 600℃의 온도에서 열처리하는 것이 바람직하다.On the other hand, as the heat treatment temperature is higher, the difference in refractive index between the
또한, 상기 열처리 공정이 30분 이상 수행되는 경우 열적 버짓이 발생될 수 있고, 1분 이하로 수행되는 경우에는 박막의 굴절률을 변화시키기에 충분한 열처리가 이루어지기 어렵다. 때문에, 상기 열처리 공정은 1분 내지 30분간 수행될 수 있다. 한편, 상기 열처리 온도가 낮은 경우에는 열처리 시간을 증가시키고, 상기 열처리 온도가 높은 경우에는 열처리 시간을 감소시킬 수 있다. In addition, when the heat treatment process is performed for 30 minutes or more, a thermal budget may be generated. When the heat treatment process is performed for 1 minute or less, sufficient heat treatment may not be performed to change the refractive index of the thin film. Therefore, the heat treatment process may be performed for 1 to 30 minutes. On the other hand, when the heat treatment temperature is low, the heat treatment time may be increased, and when the heat treatment temperature is high, the heat treatment time may be reduced.
상기 열처리 공정을 수행할 때, 분위기 가스를 유입시킬 수 있다. 상기 분위기 가스는 산소(O2), 오존(O3), 질소(N2), N2O, HN3 가스 등을 포함한다. When performing the heat treatment process, the atmosphere gas may be introduced. The atmosphere gas includes oxygen (O 2 ), ozone (O 3 ), nitrogen (N 2 ), N 2 O, HN 3 gas, or the like.
또한, 상기 열처리 공정을 수행할 때 자외선 조사(UV radiation)를 수행할 수도 있다. 특히, 상기 산소 또는 오존 가스를 유입하면서 열처리 공정을 수행할 때 상기 자외선을 조사하면 산소 또는 오존이 자외선에 의해 O원자로 분리되어 상기 실리콘 산화막에 산소를 공급해주는 효과가 있다. 때문에, 상기 실리콘 산화막에 포함되는 수소가 빠져나가고 산소 결합이 이루어짐으로써 굴절률이 낮아지게 된다. 또한, 상기 티타늄 산화막에서도 부족한 산소가 보충될 수 있어 굴절률이 높아 지게 된다. In addition, UV radiation may be performed when the heat treatment process is performed. In particular, when the ultraviolet rays are irradiated when the heat treatment process is performed while the oxygen or ozone gas is introduced, oxygen or ozone is separated into O atoms by ultraviolet rays, thereby providing oxygen to the silicon oxide film. Therefore, the hydrogen contained in the silicon oxide film is released and the oxygen bond is made, the refractive index is lowered. In addition, the oxygen oxide may be replenished in the titanium oxide film, thereby increasing the refractive index.
상기 공정을 수행하여 형성된 컬러 필터는 무기물로 형성될 뿐 아니라 적층된 박막들 간의 굴절률 차이가 매우 크므로 특정 파장의 광을 투과하는 투과율이 매우 높으면서도 혼색과 같은 문제가 감소된다. The color filter formed by performing the above process is not only formed of an inorganic material, but also has a very large difference in refractive index between the stacked thin films, thereby reducing problems such as color mixing while having a very high transmittance for transmitting light having a specific wavelength.
실시예 2Example 2
도 3 내지 도 8은 본 발명의 실시예 2에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.3 to 8 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an image sensor according to a second exemplary embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 먼저 이미지 센서를 제조하기 위한 기판(200)을 준비한다. 기판으로는 실리콘 기판, SOI(Silicon On Insulator)기판, 갈륨 비소 기판, 실리콘 게르마늄 기판, 세라믹 기판, 석영 기판 또는 디스플레이용 유리 기판 등을 예로 들 수 있다. Referring to FIG. 3, first, a
상기 기판(200)에 필드 산화막(도시안됨)을 형성하여 활성 영역을 한정한다. 상기 활성 영역의 표면 위에 포토 다이오드(202)와 같은 수광 소자들을 형성하고, 상기 포토 다이오드(202)의 스위칭 소자인 트랜지스터들(도시안됨)을 형성한다. A field oxide film (not shown) is formed on the
상기 포토 다이오드들이 형성된 기판(100)을 덮도록 하부 절연막(204)을 형성한다. 상기 하부 절연막(204)은 투명한 재질로 형성할 수 있다. 상기 하부 절연막(204)에 사용할 수 있는 투명한 물질로는 실리콘 산화물 등이 사용될 수 있다. 상기 하부 절연막(204) 내에 상기 트랜지스터의 소오스/드레인 영역과 연결되는 콘택 플러그(206)를 형성한다. The lower
다음에, 제1 층간 절연막(210)을 형성하고, 상기 제1 층간 절연막(210) 내부에 제1 콘택 플러그(212)를 형성한다. 이 후, 상기 제1 콘택 플러그(212)와 연결되는 제1 도전 라인(214)을 형성한다. 상기 제1 콘택 플러그(212) 및 제1 도전 라인(214)은 금속 물질로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 콘택 플러그(212) 및 제1 도전 라인(214)은 알루미늄, 구리, 텅스텐 등의 물질로 이루어질 수 있으며, 이들은 단독으로 사용되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 금속 물질의 표면을 둘러싸도록 베리어 금속막(도시안됨)을 형성하는 공정이 더 수반될 수 있다. Next, a first
다음에, 상기 층간 절연막, 콘택 플러그 및 도전 라인을 형성하는 공정을 반복하여 수행함으로써 다층 배선을 갖는 층간 절연막 구조물을 형성한다. 본 실시예에서는 단지 제1 층간 절연막 및 1층의 배선을 포함하는 것만을 개시하였으나, 이미지 소자의 설계에 따라 상기 배선의 수는 증가될 수 있다. Next, the process of forming the interlayer insulating film, the contact plug and the conductive line is repeatedly performed to form the interlayer insulating film structure having the multi-layered wiring. In the present embodiment, only the first interlayer insulating film and one layer of wiring are included, but the number of the wirings can be increased according to the design of the image device.
이 후, 상기 제1 층간 절연막(210) 상에 평탄화를 위한 제2 층간 절연막(216)을 형성한다. Thereafter, a second
도 4를 참조하면, 상기 제2 층간 절연막(216) 상에 티타늄 산화막(220, 224, 228, 232) 및 실리콘 산화막(222, 226, 230)을 반복 증착시켜 예비 컬러 필터 구조물(234)을 형성한다. 상기 예비 컬러 필터 구조물(234)을 형성하기 위한 구체적인 방법은 상기 도 1을 참조로 하여 설명한 것과 동일하다. Referring to FIG. 4, the preliminary
이 때, 상기 예비 컬러 필터 구조물(234) 내에 포함되는 실리콘 산화막(222, 226, 230)의 두께에 따라 투과되는 광의 파장이 달라진다. 본 실시예의 상기 예비 컬러 필터 구조물(234)은 녹색 파장 즉, 약 490 내지 570㎚의 범위 내의 파장의 광 이 투과될 수 있도록 설계되어야 한다. 이를 위하여, 상기 예비 컬러 필터 구조물(234) 내의 중심부에 위치하는 실리콘 산화막(226)의 두께는 λ/4가 되도록 하여야 한다. In this case, the wavelength of the transmitted light varies according to the thicknesses of the
도 5를 참조하면, 상기 예비 컬러 필터 구조물(234) 상에 마스크 패턴(도시안됨)을 형성한다. 상기 마스크 패턴은 녹색 파장 영역의 광이 투과되는 부위가 선택적으로 덮혀지도록 형성되어야 한다. 상기 마스크 패턴은 사진 공정을 통해 형성되는 포토레지스트 패턴을 포함한다. Referring to FIG. 5, a mask pattern (not shown) is formed on the preliminary
상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 예비 컬러 필터 구조물(234)을 식각함으로써 제1 예비 컬러 필터(234a)를 형성한다. The first
도 6을 참조하면, 상기 제1 예비 컬러 필터(234a)를 열처리함으로써 제1 컬러 필터 패턴(234b)을 형성한다. 상기 제1 컬러 필터 패턴(234b)은 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 투과시킨다. 상기 열처리 공정은 상기 도 2에서 설명한 것과 동일한 방법으로 수행될 수 있다. 또한, 상기에서 설명한 것과 같이, 상기 열처리 공정 시에 분위기 가스를 유입할 수도 있고, 자외선을 조사할 수도 있다. 상기 열처리 공정을 수행하여 형성된 상기 제1 컬러 필터 패턴(234a)은 높은 투과율을 가지면서도 혼색이 거의 발생되지 않는다. Referring to FIG. 6, a first
도 7을 참조하면, 상기 제1 컬러 필터 패턴(234b)이 형성되어 있는 제2 층간 절연막(216) 상에 청색의 안료를 포함하는 제1 포토레지스트막(도시안됨)을 형성한다. 이 후, 청색 파장 영역의 광이 투과되는 부위의 상기 제1 포토레지스트막 만을 선택적으로 남기도록 상기 제1 포토레지스트막을 노광, 현상한다. 상기 공정을 통 해, 청색 파장 영역의 광을 선택적으로 투과시키는 제2 컬러 필터 패턴(238)을 형성한다. Referring to FIG. 7, a first photoresist film (not shown) including a blue pigment is formed on the second
다음에, 상기 제1 및 제2 컬러 필터 패턴(234b, 238) 이 형성되어 있는 제2 층간 절연막(216) 상에 적색의 안료를 포함하는 제2 포토레지스트막을 형성한다. 이 후, 적색 파장 영역의 광이 투과되는 부위의 상기 제2 포토레지스트막 만을 선택적으로 남기도록 상기 제2 포토레지스트막을 노광, 현상한다. 상기 공정을 통해, 적색 파장 영역의 광을 선택적으로 투과시키는 제3 컬러 필터 패턴(240)을 형성한다. Next, a second photoresist film including a red pigment is formed on the second
본 실시예에서는, 상기 제2 컬러 필터 패턴(238)을 먼저 형성하고 제3 컬러 필터 패턴(240)을 형성하였으나, 상기 제2 및 제3 컬러 필터 패턴(238, 240)을 형성하는 순서를 서로 바꾸어도 상관없다. In the present embodiment, the second
상기 공정을 수행하면, 녹색, 청색 및 적색 컬러 필터의 어레이 구조를 갖는 컬러 필터가 완성된다. 설명한 것과 같이, 녹색의 파장을 갖는 광을 투과시키는 제1 컬러 필터 패턴(234b)은 무기물로 형성되며, 청색 및 적색의 파장을 갖는 광을 투과시키는 제2 및 제3 컬러 필터 패턴(238, 240)은 유기물로 형성된다. By performing the above process, a color filter having an array structure of green, blue and red color filters is completed. As described above, the first
상기 무기물로 형성되는 제1 컬러 필터 패턴(234b)은 상기 유기물로 형성되는 제2 및 제3 컬러 필터 패턴(238, 240)에 비해 광 투과도가 높고 투과되는 광의 파장 범위가 좁다. 또한, 파장별 투과 스펙트럼의 기울기가 매우 급하다. 때문에, 녹색 파장의 광에 대해서 촬상 효율이 매우 높아지게 된다. 특히, 상기 컬러 필터의 단위 어레이 구조에서 청색 및 적색의 컬러 필터 1개 당 녹색의 컬러 필터 2개 가 배치되므로, 녹색 파장의 광을 투과하는 제1 컬러 필터 패턴(234b)의 숫자가 상기 제2 및 제3 컬러 필터 패턴(238, 240)에 비해 상대적으로 더 많다. 그러므로, 상기 제1 컬러 필터 패턴(234b)의 특성이 향상은 이미지 센서의 특성에 향상에 더 많은 영향을 끼치게 된다. The first
한편, 상기 유기물로 형성되는 제2 및 제3 컬러 필터 패턴(238, 240)은 무기물로 형성되는 제1 컬러 필터 패턴(234b)에 비해 광 투과도가 낮다. 그러나, 투과되는 광의 파장 범위가 더 넓기 때문에 광 감도는 더 뛰어나다. 따라서, 상기 투과되는 광의 파장 범위가 좁아서 특정 범위 내에 있는 광이 투과되지 못하는 등의 문제를 감소시킬 수 있다. Meanwhile, the second and third
또한, 상기 제1 컬러 필터 패턴(234b)에서 투과되는 광의 파장 범위가 좁기 때문에, 상기 제2 및 제3 컬러 필터 패턴(238, 240)에서 투과되는 광의 파장 범위와 겹쳐지는 범위의 파장이 감소된다. 때문에, 상기 각 컬러 필터 패턴(234b, 238, 240)들에서 투과되는 광의 파장 범위가 겹쳐짐으로써 발생되는 혼색 불량을 감소시킬 수 있다. In addition, since the wavelength range of the light transmitted through the first
도 8을 참조하면, 상기 제1 내지 제3 컬러 필터 패턴(234b, 238, 240) 상에 평탄화층(242)을 형성한다. 상기 평탄화층(242)은 상기 컬러 필터 패턴들(234b, 238, 240) 간의 단차를 감소시키기 위해 제공된다. Referring to FIG. 8, the
상기 평탄화층(242) 상에는 상기 컬러 필터 패턴들(234b, 238, 240)과와 대향하는 마이크로 렌즈(244)를 형성한다. 상기 마이크로 렌즈(244)는 포토레지스트 물질로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 상기 평탄화층(242) 상에 포토레지스트막을 코팅하고 노광 및 현상 공정을 통해 렌즈 패턴을 형성한다. 이 후, 상기 렌즈 패턴을 약 200℃ 정도의 온도에서 열처리하여 리플로우시킴으로써 볼록한 형상을 갖는 마이크로 렌즈(244)를 형성한다. The
실시예 3Example 3
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시예 3에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.9 and 10 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an image sensor according to Embodiment 3 of the present invention.
상기 실시예 3의 이미지 센서 제조 방법은 상기 실시예 2의 이미지 센서 제조 방법과 공정 순서만이 달라진다. 그러므로, 중복되는 부분은 설명을 생략하거나 간략하게 설명한다. The image sensor manufacturing method of the third embodiment differs from the image sensor manufacturing method of the second embodiment only in the order of processing. Therefore, overlapping parts will be omitted or briefly described.
먼저, 도 3 및 도 4를 참조로 설명한 것과 동일한 공정을 수행함으로써 도 4에 도시된 것과 같은 예비 컬러 필터 구조물을 형성한다. First, a preliminary color filter structure as shown in FIG. 4 is formed by performing the same process as described with reference to FIGS. 3 and 4.
이 후, 도 9를 참조하면, 상기 예비 컬러 필터 구조물을 열처리함으로써 컬러 필터 구조물(234')을 형성한다. 상기 열처리 공정은 도 6을 참조로 설명한 것과 동일한 공정을 통해 수행된다. 상기 열처리 공정을 수행함으로써, 상기 예비 컬러 필터 구조물 내에 포함되어 있는 티타늄 산화물과 실리콘 산화물간의 굴절률 차이가 더욱 증가되며, 스트레스에 의한 발생될 수 있는 문제를 감소시킬 수 있다. Thereafter, referring to FIG. 9, the
도 10을 참조하면, 상기 컬러 필터 구조물(234')을 패터닝함으로써 녹색 파장의 광을 투과시키는 제1 컬러 필터 패턴(234c)을 형성한다. Referring to FIG. 10, the
이 후, 도 7을 참조로 설명한 것과 동일한 공정을 수행함으로써 도 7에 도시 된 것과 같은 이미지 센서를 완성한다. Thereafter, an image sensor as shown in FIG. 7 is completed by performing the same process as described with reference to FIG. 7.
실시예 4Example 4
도 11 내지 도 14는 본 발명의 실시예 4에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.11 to 14 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an image sensor according to a fourth embodiment of the present invention.
상기 실시예 4의 이미지 센서 제조 방법은 컬러 필터를 형성하는 방법을 제외하고는 상기 실시예 2의 이미지 센서 제조 방법과 동일하다. 그러므로, 중복되는 부분은 설명을 생략하거나 간략하게 설명한다. The image sensor manufacturing method of the fourth embodiment is the same as the image sensor manufacturing method of the second embodiment except for the method of forming the color filter. Therefore, overlapping parts will be omitted or briefly described.
먼저, 도 3을 참조로 설명한 것과 동일한 공정을 수행하여 포토 다이오드(202), 층간 절연막(204, 210, 216) 및 배선(206, 212, 214)들을 형성한다. First, the same process as described with reference to FIG. 3 is performed to form the
다음에, 도 11을 참조하면, 최상부의 층간 절연막(216) 상에 티타늄 산화막(250, 254) 및 실리콘 산화막(252, 256)을 반복 증착시킨다. 예를들어, 2층의 티타늄 산화막(250, 254) 및 상기 각 티타늄 산화막들(250, 254) 사이에 개재되는 2층의 실리콘 산화막(252, 256)을 형성한다. Next, referring to FIG. 11, the
이 후, 청색, 적색 및 녹색 컬러 필터 영역의 상기 최상부에 위치하는 제2 실리콘 산화막(256)의 일부분을 식각함으로써 상기 제2 실리콘 산화막(256)이 각 컬러 필터 영역별로 두께가 달라지도록 한다. 상기 제2 실리콘 산화막(256)의 일부분을 식각하는 공정은 사진 식각 공정을 통해 수행될 수 있다. Thereafter, a portion of the second
구체적으로, 상기 청색 컬러 필터 영역에는 제1 두께를 갖는 제2 실리콘 산화막(256)이 형성되고, 상기 적색의 컬러 필터 영역에는 상기 제1 두께보다 낮은 제2 두께의 제2 실리콘 산화막(256)이 형성된다. 또한, 상기 녹색 컬러 필터 영역에는 제2 실리콘 산화막이 완전히 제거된다. Specifically, a second
도 12를 참조하면, 상기 제2 실리콘 산화막(256) 및 제2 티타늄 산화막(254) 상에 제3 티타늄 산화막(258), 제3 실리콘 산화막(260) 및 제4 티타늄 산화막(262)을 순차적으로 형성함으로써 예비 필터 구조물(264)을 형성한다. 이 때, 상기 예비 필터 구조물(264)의 최상부면에는 티타늄 산화막이 형성되는 것이 바람직하다. 12, a third titanium oxide film 258, a third silicon oxide film 260, and a fourth titanium oxide film 262 are sequentially formed on the second
본 실시예에서는 상기 예비 필터 구조물(264)을 형성하기 위하여 상기 제2 실리콘 산화막(256)의 일부를 사진 식각 공정을 통해 제거하는 것으로 설명하였다. 그러나, 이와는 달리, 리프트 오프(lift off) 방식으로 상기 제2 실리콘 산화막(256)의 일부를 제거할 수도 있다. 상기와 같이, 제2 실리콘 산화막(256)의 두께가 다른 예비 필터 구조물(264)을 형성하는 방법에 대해서는 한국 등록특허 680386호에도 다양하게 개시되어 있다. In the present embodiment, to form the
도 13을 참조하면, 상기 예비 필터 구조물(264)을 열처리함으로써 상기 티타늄 산화막 및 실리콘 산화막의 굴절률 차이를 증가시켜 컬러 필터(264a)를 형성한다. 상기 컬러 필터(264a)는 각 영역별로 제2 실리콘 산화막(256a)의 두께가 달라서 투과되는 광의 파장이 다르다. 상기 열처리 공정은 상기 도 2를 참조로 설명한 것과 동일한 방법으로 수행될 수 있다. Referring to FIG. 13, the
이 후, 도 8을 참조로 설명한 것과 같이 평탄화층(266) 및 마이크로 렌즈(268)를 형성함으로써 도 14에 도시된 이미지 센서를 완성한다. Thereafter, the
비교 실험 1Comparative Experiment 1
기판 상에 티타늄 산화막을 증착한 후 열처리하고, 열처리 온도별로 티타늄 산화막의 굴절률, 밀도 및 상(phase)을 측정하여 표 1에 나타내었다.After depositing a titanium oxide film on the substrate and heat treatment, it is shown in Table 1 by measuring the refractive index, density and phase of the titanium oxide film for each heat treatment temperature.
[표 1] TABLE 1
먼저, 이온빔 증착법으로 증착된 티타늄 산화막을 400℃ 정도의 온도로 30분간 열처리하였을 때에는 633㎚ 파장의 광의 굴절률이 2.44 정도였다. First, when the titanium oxide film deposited by ion beam vapor deposition was heat-treated at a temperature of about 400 ° C. for 30 minutes, the refractive index of light having a wavelength of 633 nm was about 2.44.
또한, 원자층 적층법으로 증착된 티타늄 산화막을 500℃의 온도로 열처리하였을 때의 굴절률에 비해 원자층 적층법으로 증착된 티타늄 산화막을 800℃의 온도로 열처리하였을 때의 굴절률이 더 높았다. 또한, 높은 온도에서 열처리하는 경우 티타늄 산화막의 밀도가 증가되며 루타일과 아나타즈의 혼합상을 가졌다. In addition, the refractive index when the titanium oxide film deposited by the atomic layer deposition method was heat treated at a temperature of 800 ° C was higher than the refractive index when the titanium oxide film deposited by the atomic layer deposition method was heat treated at a temperature of 500 ° C. In addition, the heat treatment at a high temperature increases the density of the titanium oxide film and had a mixed phase of rutile and anatase.
상기 실험에 의해, 티타늄 산화막을 포함하는 예비 컬러 필터 구조물의 열처리 온도를 높힘으로써 티타늄 산화막과 실리콘 산화막의 굴절률 차이를 더욱 증가시킬 수 있음을 알 수 있었다. 그러나, 상기 박막들을 열처리할 시에 하부에 형성되어 있는 막들이 손상될 수 있음을 고려하여 열처리 온도를 결정하여야 한다. By the above experiment, it was found that by increasing the heat treatment temperature of the preliminary color filter structure including the titanium oxide film, the difference in refractive index between the titanium oxide film and the silicon oxide film can be further increased. However, the heat treatment temperature should be determined in consideration of the fact that the films formed below may be damaged when the thin films are heat treated.
비교 실험 2 Comparative Experiment 2
기판 상에 티타늄 산화막 및 실리콘 산화막을 각각 이온빔 증착법으로 증착 한 후 각각의 박막에 대해 스트레스를 측정하였다. 또한, 상기 증착된 티타늄 산화막 및 실리콘 산화막을 열처리 한 후 각각의 열처리된 박막에 대해 스트레스를 측정하였다.Titanium oxide and silicon oxide films were deposited on the substrate by ion beam deposition, respectively, and the stresses were measured for the respective thin films. In addition, after the heat treatment of the deposited titanium oxide film and silicon oxide film, the stress was measured for each heat-treated thin film.
도 15는 티타늄 산화막 및 실리콘 산화막을 증착한 상태와, 상기 티타늄 산화막 및 실리콘 산화막을 열처리 한 후의 스트레스를 나타낸 그래프이다. 15 is a graph showing a state in which a titanium oxide film and a silicon oxide film are deposited, and a stress after heat treatment of the titanium oxide film and the silicon oxide film.
도 15를 참조하면, 증착된 상태에서의 티타늄 산화막은 압축 스트레스를 가졌다. 그러나, 상기 열처리된 상태의 티타늄 산화막은 신장 스트레스를 가졌다. Referring to FIG. 15, the titanium oxide film in the deposited state had a compressive stress. However, the titanium oxide film in the heat treated state had stretch stress.
반면에, 증착한 상태 및 열처리된 상태에서의 실리콘 산화막은 동일하게 압축 스트레스를 가졌다. 다만, 열처리된 상태에서는 압축 스트레스가 다소 경감되었음을 알 수 있었다. On the other hand, the silicon oxide film in the deposited state and the heat treated state had the same compressive stress. However, it can be seen that the compressive stress was somewhat reduced in the heat treated state.
이와같이, 열처리된 티타늄 산화막 및 열처리된 실리콘 산화막은 서로 다른 스트레스 특성을 가지게됨을 알 수 있었다. 그러므로, 상기 티타늄 산화막 및 실리콘 산화막의 적층 구조에서 스트레스가 경감됨을 알 수 있었다. As such, it can be seen that the heat treated titanium oxide film and the heat treated silicon oxide film have different stress characteristics. Therefore, it can be seen that the stress is reduced in the laminated structure of the titanium oxide film and the silicon oxide film.
비교실험 3Comparative Experiment 3
기판 상에 HDP 산화막을 증착한 후와, 증착된 HDP 산화막에 각 온도별로 열처리를 수행하고 난 후에 굴절률을 측정하였다. After the deposition of the HDP oxide film on the substrate, and after performing a heat treatment for each temperature on the deposited HDP oxide film, the refractive index was measured.
또한, 기판 상에 PE-TEOS막을 증착한 후와 증착된 PE-TEOS막에 각 온도별로 열처리를 수행하고 난 후에 굴절률을 측정하였다.In addition, the refractive index was measured after the PE-TEOS film was deposited on the substrate and after the heat treatment was performed for each temperature on the deposited PE-TEOS film.
도 16은 HDP 산화막 및 PE-TEOS막의 열처리 온도에 따른 굴절률을 나타내는 그래프이다. FIG. 16 is a graph showing refractive indexes according to heat treatment temperatures of HDP oxide films and PE-TEOS films.
도 16에서, ●는 PE-TEOS막의 열처리 온도에 따른 굴절률이고, ▲는 HDP 산화막의 열처리 온도에 따른 굴절률이다.In Fig. 16,? Is a refractive index according to the heat treatment temperature of the PE-TEOS film, and ▲ is a refractive index according to the heat treatment temperature of the HDP oxide film.
도 16을 참조하면, 상기 HDP 산화막 및 PE-TEOS막의 열처리 온도를 상승시킬수록 상기 HDP 산화막 및 PE-TEOS막의 굴절률이 낮아지는 것을 알 수 있었다. Referring to FIG. 16, it can be seen that the refractive indexes of the HDP oxide film and the PE-TEOS film are lowered as the heat treatment temperatures of the HDP oxide film and the PE-TEOS film are increased.
비교실험 4 Comparative Experiment 4
기판 상에 유동성 산화막(FOX, Flowable oxide)을 증착한 후와, 증착된 유동성 산화막에 각 온도별로 열처리를 수행하고 난 후에 굴절률을 측정하였다. The refractive index was measured after depositing a flowable oxide (FOX) on the substrate, and performing heat treatment at each temperature on the deposited flowable oxide.
도 17은 유동성 산화막의 열처리 온도에 따른 굴절률을 나타내는 그래프이다. 17 is a graph showing the refractive index according to the heat treatment temperature of the flowable oxide film.
도 17에서, ●는 증착 상태의 유동성 산화막의 633㎚ 파장의 광의 굴절률이다. ▲는 450℃ 정도에서 급속 질화 열처리한 상태의 유동성 산화막의 633㎚ 파장의 광의 굴절률이다. ×는 500℃ 정도에서 급속 질화 열처리한 상태의 유동성 산화막의 633㎚ 파장의 광의 굴절률이다. ■는 500℃ 정도에서 급속 산화 열처리한 상태의 유동성 산화막의 633㎚ 파장의 광의 굴절률이다. In Fig. 17,? Is the refractive index of light of 633 nm wavelength of the flowable oxide film in the deposited state. (Circle) is the refractive index of the light of 633 nm wavelength of the fluidized oxide film by the rapid nitriding heat treatment at about 450 degreeC. X is the refractive index of the light of 633 nm wavelength of the fluidized oxide film in the state of rapid nitriding heat treatment at about 500 degreeC. Is the refractive index of light of 633 nm wavelength of the fluidized oxide film in the state of rapid oxidation heat treatment at about 500 degreeC.
도 17을 참조하면, 증착 상태 및 450℃ 정도에서 열처리하였을 때의 광의 굴절률에 비해 500℃ 정도에서 열처리하였을 때의 광의 굴절률이 낮아짐을 알 수 있었다. Referring to FIG. 17, it can be seen that the refractive index of the light at the time of heat treatment at about 500 ° C. is lower than that of the light at the deposition state and the heat treatment at about 450 ° C.
상기 설명한 것과 같이, 본 발명의 컬러 필터의 제조 방법은 이미지 소자를 형성하는데 사용될 수 있다. 또한, 액정 표시 장치, 표시 패널 등과 같은 다양한 표시 소자를 형성하는데에도 적극적으로 응용될 수 있다. As described above, the manufacturing method of the color filter of the present invention can be used to form an image element. In addition, the present invention may be actively applied to forming various display elements such as a liquid crystal display and a display panel.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 컬러 필터 형성 방법을 설명하기 위한 단면도이다. 1 and 2 are cross-sectional views for explaining a color filter forming method according to Embodiment 1 of the present invention.
도 3 내지 도 8은 본 발명의 실시예 2에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.3 to 8 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an image sensor according to a second exemplary embodiment of the present invention.
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시예 3에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.9 and 10 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an image sensor according to Embodiment 3 of the present invention.
도 11 내지 도 14는 본 발명의 실시예 4에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.11 to 14 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an image sensor according to a fourth embodiment of the present invention.
도 15는 티타늄 산화막 및 실리콘 산화막을 증착한 상태와, 상기 티타늄 산화막 및 실리콘 산화막을 열처리 한 후의 스트레스를 나타낸 그래프이다. 15 is a graph showing a state in which a titanium oxide film and a silicon oxide film are deposited, and a stress after heat treatment of the titanium oxide film and the silicon oxide film.
도 16은 HDP 산화막 및 PE-TEOS막의 열처리 온도에 따른 굴절률을 나타내는 그래프이다. FIG. 16 is a graph showing refractive indexes according to heat treatment temperatures of HDP oxide films and PE-TEOS films.
도 17은 유동성 산화막의 열처리 온도에 따른 굴절률을 나타내는 그래프이다. 17 is a graph showing the refractive index according to the heat treatment temperature of the flowable oxide film.
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KR1020070120107A KR20090053312A (en) | 2007-11-23 | 2007-11-23 | Method for forming a color filter and method for manufacturing an image sensor using for the same |
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Cited By (3)
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KR101587643B1 (en) * | 2014-10-14 | 2016-01-25 | 광운대학교 산학협력단 | Non-iridescent Transmissive Structural Color Filter and manufacturing method thereof |
WO2017126769A1 (en) * | 2016-01-21 | 2017-07-27 | 한국과학기술원 | Conductive color filter and method for manufacturing same |
KR20190132812A (en) * | 2018-05-21 | 2019-11-29 | 한국과학기술원 | Color Purifying Filter |
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- 2007-11-23 KR KR1020070120107A patent/KR20090053312A/en not_active Application Discontinuation
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