KR20110037204A - 이미지 센서 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법은 반도체 기판 상에 포토 다이오드, 컬러 필터층 및 마이크로 렌즈를 순차적으로 형성하는 단계와, 마이크로 렌즈 상에 단차를 줄이기 위해 평판층을 형성하는 단계 및 평판층 상에 적외선 및 자외선 차단 필터층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
광자 결정, 이미지 센서
Description
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로서, 특히 광자 결정을 이용한 자외선 및 적외선 차단 필터층이 추가된 이미지 센서 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
일반적인 카메라 모듈은 도 1에 도시된 바와 같이 특정한 사물로부터 유입되는 빛이 렌즈(10)를 통과하면서 상이 반전되어 이미지 센서의 표면에 포커싱 되는데, 이 때 나사 결합에 의해서 하우징(20) 상단에 체결된 렌즈 배럴(30)을 회전시키면서 최적의 초점이 맞춰진 지점에서 하우징(20)과 렌즈배럴(30)의 유격 사이로 접착제를 주입하여 초점이 맞춰진 상태로 하우징과 렌즈 배럴(30)을 접착 고정시켜 최종적인 카메라 모듈 제품이 생산된다.
여기서, 상기 렌즈 배럴(30) 내에 다단으로 적층된 렌즈(10)는 하부의 이미지 센서에 상을 맺혀주는 기능을 하고, 상기 이미지 센서는 렌즈로부터 빛을 받아 이미지의 컬러를 만들어 내는 기능을 한다.
상기 이미지 센서는 적색, 녹색, 청색의 컬러 필터로 세가지의 컬러를 합하여 색상을 만들어 내는데, 이때 적색의 경우 인간이 인식하는 파장보다 긴 파장의 빛이 센서를 통해 인식되기 때문에 센서는 인간이 인식하는 컬러와 다른 컬러를 만들어 낸다.
따라서, 인간이 인식하는 컬러와 동일한 컬러를 만들기 위해서는 입사광 중에 포함된 잡광을 제거하기 위한 적외선 차단 필터를 사용해야 한다.
상기 이미지 센서의 장착 위치에 따라 COF, COB, CSP 방식 등의 카메라 모듈 제작시에는 공통적으로 이미지 센서의 수광부로 유입되는 광 경로 상에는 장파장의 적외선이 차단됨과 아울러 이미지 센서의 센싱면에 외부 습기의 차단이 이루어지도록 투명한 글라스 형태의 적외선 차단 필터를 고정시키기 위한 UV 경화 접착제를 이용한 접착 공정이 공통적으로 수행된다.
한편, 최근에는 소비자가 요구하는 해상도 또는 화소수가 점점 높아지게 됨과 아울러 휴대폰을 비롯한 이동통신단말기에 장착되는 카메라 모듈의 소형화 추세에 따라 적외선 차단 필터를 별도로 사용하지 않고, 하우징 내부에 장착되는 글라스에 적외선 차단 필터의 기능을 하는 적외선 차단 코팅막이 형성되도록 하거나, 렌즈배럴 내에 장착된 다수의 유리 렌즈 중 그 일면에 적외선 코팅막을 형성시킴으로써, 적외선 차단 필터 두께만큼의 공간을 줄인 카메라 모듈이 제작되도록 하고 있다.
그러나, 상기와 같이 적외선 차단 코팅막이 형성된 글라스를 장착하거나, 적외선 차단 코팅막이 형성된 유리 렌즈를 사용할 경우, 모두 이미지 센서가 부착된 기판의 상면에 유리 또는 플라스틱으로 이루어진 글라스가 별도로 장착되어야만 하기 때문에 카메라 모듈의 크기, 즉 기판으로부터 렌즈 배럴 상단까지의 높이를 줄 이는 데에는 한계가 있다.
또한, 상기 기판의 크기와 동일하거나 작은 크기의 글라스가 항상 장착되어야 함에 따라 글라스의 수급 비용과 적외선 차단 코팅막이 형성된 글라스를 부착하는 공정이 추가될 수 밖에 없어 카메라 모듈의 제작 비용이 상승하는 문제점이 지적되고 있으며, 빛을 직접 수광하지 않고, 중간에 적외선 차단 필터를 거친 후 수광하도록 되어 있어, 빛의 반사 및 투과 손실에 의해 광감도가 감소되는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 광자결정을 이용하여 적외선 차단층을 이미지 센서의 마이크로렌즈 상부에 제작하여 카메라 모듈 제작 비용을 절감하고 개선된 광학 특성을 갖는 이미지 센서 및 그의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법은 반도체 기판 상에 포토 다이오드, 컬러 필터층 및 마이크로 렌즈를 순차적으로 형성하는 단계와, 마이크로 렌즈 상에 단차를 줄이기 위해 평판층을 형성하는 단계 및 평판층 상에 적외선 및 자외선 차단 필터층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서는 반도체 기판 상에 순차적으로 형성된 포토 다이오드, 컬러 필터층 및 마이크로 렌즈와, 마이크로 렌즈 상에 단차를 줄이기 위해 형성된 평판층 및 평판층 상에 형성된 적외선 및 자외선 차단 필터층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는 마이크로렌즈 상부에 광자결정을 이용하여 적외선 차단 필터를 형성함으로써, 적외선 차단 파장대에서 완벽하게 빛을 차단할 뿐만 아니라 가시광 영역에서도 개선된 광학 특성을 갖으며, 카메라 모듈 제작 비용을 절감할 수 있다.
이하, 본 발명의 기술적 과제 및 특징들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 본 발명에 의한 이미지 센서를 첨부한 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 이미지 센서의 단면도이다.
도 2를 참조하면, 이미지 센서는 소자 격리 영역과 액티브 영역으로 정의된 반도체 기판(201)의 소자 격리 영역에 형성되는 소자 격리막(202)과, 반도체 기판(201)의 액티브 영역에 형성되는 포토 다이오드 영역(203)과, 포토 다이오드 영역(203)과 소자 격리막(202)을 포함하는 반도체 기판(201)의 전면에 형성되는 층간 절연막(204)과, 층간 절연막(204)의 내에 형성되는 금속 배선들(205)과, 층간 절연막(204) 상에 각 포토 다이오드 영역(203)과 대응되게 일정한 간격으로 형성되는 적색(R:Red), 녹색(G:Green) 및 청색(B:Blue)의 다수 컬러 필터층(206)과, 컬러 필터층(206)을 포함하는 반도체 기판(201)의 전면에 형성되는 평탄화층(207), 평탄화층(207)의 전면에 저온 산화막을 증착하고 패터닝하여 각 포토 다이오드 영역에 대응되게 형성된 마이크로 렌즈(209), 마이크로 렌즈(209) 상에 평판층(210)을 형성하고, 평판층(210) 상에 광자결정을 이용하여 적외선 차단 필터(211)를 형성한다.
여기서, 평판층(210)은 마이크로렌즈(209) 형성에 따라 발생된 단차를 줄이고, 후속 공정에서 형성될 광자 결정의 공정 마진 확보를 위해 형성하는 것으로서, 평탄화층(207)과 동일한 공정으로 형성할 수 있다.
본 발명에 의한 이미지 센서의 적외선 차단 필터(211)로는 도 3에 도시된 바 와 같이 1차원 광자 결정(a), 2차원 광자 결정(b), 3차원 광자 결정(c) 및 평판층(210)에 일정 크기의 홀들을 갖는 형태(d)로 형성할 수 있으며, 1차원 광자 결정(a)의 경우 서로 다른 물질을 주기적으로 적층함으로써 형성하기 때문에 제조의 용이성으로 반도체 공정을 단순화할 수 있다.
광자 결정(photonic crystal)은 유기체를 주기적으로 배열한 물질로써, 두 개의 서로 다른 굴절율 또는 유전 상수를 갖는 물질을 공간적으로 다른 방법으로 조합할 경우 특정 파장에 대해 100% 반사율을 가질 수 있기 때문에 광 차단 효율(light shielding efficiency)이 높다.
또한, 광자 결정의 물질이나 구조를 변경함으로써 파장대의 선택을 변경할 수 있으며, 물질의 구조 또는 물질의 종류를 바꿈으로써 포토닉 밴드 갭을 조절할 수 있다.
이러한 광자 결정의 물질의 구조 또는 종류를 조절하여 이미지 센서의 마이크로 렌즈 상부에 형성할 경우 자외선 및 적외선 차단 영역에 대하여 완벽하게 빛을 차단할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명에 의한 이미지 센서의 제조 방법의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 4a 내지 도 4f들은 본 발명의 실시예에 의한 이미지 센서의 제조 방법에 의한 공정 단면도들이다.
도 4a를 참조하면, 액티브 영역과 소자 격리 영역으로 정의된 반도체 기판(201)에서, 액티브 영역을 정의하기 위해 소자 격리 영역에 소자 격리막(202)을 형성한다. 여기서, 소자 격리막(202)은 STI(Shallow Trench Isolation) 공정 또는 LOCOS(Local Oxidation Of Silicon) 공정등에 의해 형성된다.
소자 격리막(202)의 사이에 액티브 영역에 포토 다이오드 영역(203)을 형성한다. 예를 들면, p++형 반도체 기판(201)에 에피텍셜 공정을 실시하여 P-형 에피층(미도시)을 형성할 수 있으며, 반도체 기판(201)으로는 단결정 실리콘 기판 등이 사용될 수 있다. 또한, 반도체 기판(201)의 액티브 영역에 저농도 불순물 이온을 주입하여 반도체 기판(201)의 표면 내에 포토 다이오드 영역(203)을 형성할 수 있다.
이후, 포토 다이오드 영역(203)과 소자 격리막(202)을 포함한 반도체 기판(201)의 전면에 층간 절연막(204)을 증착하여 형성한다. 여기서, 층간 절연막(204)은 USG(Undoped Silicate Glass)와 같은 산화막을 사용할 수 있다.
층간 절연막(204) 내에 금속 배선(205)들을 형성한다. 다음, 층간 절연막(204) 상에 노광 및 현상 공정을 진행하여 각각의 파장대 별로 빛을 필터링하는 다수의 컬러 필터층(206)을 포토 다이오드 영역(203)과 대응되게 일정한 간격으로 형성한다.
다수의 컬러 필터층의 전면에 유기물질로 평탄화층(207)을 형성한다. 일반적으로 이미지 센서는 광학적인 투과가 매우 중요하므로 평탄화층(207)의 두께에 의한 박막들의 간섭 현상을 배제하기 위해, 평탄화층(207)은 소정의 두께 예를 들면 1000 내지 6000Å의 두께로 형성될 수 있다.
도 4b를 참조하면, 평탄화층(207)의 상부에 레지스트층(미도시)을 도포하고, 도포된 레지스트층을 선택적으로 패터닝하여 200℃ 내지 700℃의 온도로 리플로우하면 반구형의 마이크로 렌즈 패턴을 형성한다. 이후, 곡면 형태의 마이크로 렌즈 패턴(209)을 블랭킷 식각하여, 곡면 형태의 마이크로 렌즈(209)를 포토 다이오드 영역(203)에 대응되게 평탄화층(207)의 상부에 형성한다. 마이크로 렌즈 패턴(209)을 형성하기 위한 물질로서, 레지스트 대신에 TEOS(TETRAETHOXYSILANE)와 같은 산화막을 사용할 수도 있다.
도 4c에 도시된 바와 같이, 마이크로 렌즈(209) 상에 평판층(210)을 형성하고, 평판층(210) 상에 광자결정을 이용하여 적외선 차단 필터(211)를 형성한다.
여기서, 평판층(210)은 마이크로렌즈(209) 형성에 따라 발생된 단차를 줄이고, 후속 공정에서 형성될 광자 결정의 공정 마진 확보를 위해 형성하는 것으로서, 평탄화층(207)과 동일한 공정으로 형성할 수 있다.
평판층(210) 상에 광자결정을 이용하여 적외선 차단 필터(211)를 형성한다.
본 발명에 의한 이미지 센서의 적외선 차단 필터(211)로는 도 3에 도시된 바와 같이 1차원 광자 결정(a), 2차원 광자 결정(b), 3차원 광자 결정(c) 및 평판층(210)에 일정 크기의 홀들을 갖는 형태(d)로 형성할 수 있으며, 1차원 광자 결정(a)의 경우 서로 다른 물질을 주기적으로 적층함으로써 형성하기 때문에 제조의 용이성으로 반도체 공정을 단순화할 수 있다. 이러한 광자결정을 이용하여 적외선 차단 필터(211)를 형성한다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
도 1은 일반적인 이미지 센서의 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 이미지 센서의 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 광자 결정의 구조를 도시한 도면.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서를 제조하기 위한 공정 단면도.
Claims (10)
- 반도체 기판 상에 포토 다이오드, 컬러 필터층 및 마이크로 렌즈를 순차적으로 형성하는 단계;상기 마이크로 렌즈 상에 단차를 줄이기 위해 평판층을 형성하는 단계;및상기 평판층 상에 적외선 및 자외선 차단 필터층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 적외선 및 자외선 차단 필터층은1차원 광자 결정, 2차원 광자 결정 및 3차원 광자 결정 중 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 적외선 및 자외선 차단 필터층은상기 평판층에 일정 크기의 홀들을 갖는 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 적외선 및 자외선 차단 필터층은1차원 광자 결정, 2차원 광자 결정 및 3차원 광자 결정 중 어느 하나로 형성되고, 동시에 상기 평판층에 일정 크기의 홀들을 갖는 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 적외선 및 자외선 차단 필터층은상기 컬러 필터층 및 상기 마이크로 렌즈 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
- 반도체 기판 상에 순차적으로 형성된 포토 다이오드, 컬러 필터층 및 마이크로 렌즈;상기 마이크로 렌즈 상에 단차를 줄이기 위해 형성된 평판층;및상기 평판층 상에 형성된 적외선 및 자외선 차단 필터층을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 6 항에 있어서,상기 적외선 및 자외선 차단 필터층은1차원 광자 결정, 2차원 광자 결정 및 3차원 광자 결정 중 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 6 항에 있어서,상기 적외선 및 자외선 차단 필터층은상기 평판층에 일정 크기의 홀들을 갖는 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 6 항에 있어서,상기 적외선 및 자외선 차단 필터층은1차원 광자 결정, 2차원 광자 결정 및 3차원 광자 결정 중 어느 하나로 형성되고, 동시에 상기 평판층에 일정 크기의 홀들을 갖는 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
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|---|---|---|---|
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |