KR20120063854A - 이미지 센서 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 데드 존을 제거하고 집광 효율을 높일 수 있는 이미지 센서 및 그의 제조방법을 개시한다. 그의 센서는 매트릭스 형태로 배치된 복수개의 화소 영역들을 포함한 기판과, 상기 화소 영역들에 형성된 복수개의 광전 변환 소자들과, 상기 복수개의 광전 변환 소자들 상에 형성된 복수개의 광 도파로 층들과, 상기 복수개의 광 도파로 층들 상에 형성된 컬러필터 층과, 상기 컬러필터 층 상하에 각각 형성된 상부 및 하부 마이크로 렌즈들을 포함한다. 상기 상부 및 하부 마이크로 렌즈들은 상기 복수개의 광전 변환 소자들 상에서 상기 화소 영역의 종방향 및 횡방향으로 교번하여 배치될 수 있다.
Description
본 발명은 이미지 센서 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 빛을 수광하여 전기적인 이미지 신호를 생성하는 이미지 센서 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
최근, 컴퓨터 산업과 통신 산업의 발달로 디지털 카메라, 캠코드, PCS, 감시용 카메라 등과 같은 이미지 센서의 연구 개발이 활발히 진행되고 있다. 이미지 센서는 빛을 수광하여 전기적인 신호로 변환시키는 광전 변환 소자들, 상기 광전 변환 소자 상에서 외부의 빛을 집광하는 마이크로 렌즈들을 포함할 수 있다. 광전 변환 소자들 및 마이크로 렌즈들은 기판 상에서 매트릭스로 배열될 수 있다. 광전 변환 소자들은 PN 접합 층을 포함할 수 있다. 마이크로 렌즈들은 이미지 센서의 감도를 향상시킬 수 있다.
마이크로 렌즈들은 외부의 빛을 광전 변환 소자들에 집속시킬 수 있다. 하지만, 일반적인 이미지 센서는 마이크로 렌즈들 사이에서 제조공정의 마진으로 발생되는 데드 존을 포함할 수 있다. 데드 존은 이미지 센서의 개구율을 감소시켜 집광 효율을 떨어뜨릴 수 있는 단점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 일 기술적 과제는 데드 존을 제거할 수 있는 이미지 센서 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 기술적 과제는 집광 효율을 증대 또는 극대화할 수 있는 이미지 센서 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 이미지 센서는 화소 영역들의 종방향 또는 횡방향으로 컬러 필터 층의 상하에 교번하여 배치되는 상부 및 하부 마이크로 렌즈들을 포함할 수 있다. 그의 센서는, 매트릭스 형태로 배치된 복수개의 화소 영역들을 포함한 기판; 상기 화소 영역들에 형성된 복수개의 광전 변환 소자들; 상기 복수개의 광전 변환 소자들 상에 형성된 복수개의 광 도파로 층들; 상기 복수개의 광 도파로 층들 상에 형성된 컬러필터 층; 및 상기 컬러필터 층 상하에 각각 형성된 상부 및 하부 마이크로 렌즈들을 포함한다. 여기서, 상기 상부 및 하부 마이크로 렌즈들은 상기 복수개의 광전 변환 소자들 상에서 상기 화소 영역의 종방향 및 횡방향으로 교번하여 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 상부 및 하부 마이크로 렌즈들은 하나의 화소 영역 상에서 대각선 방향으로 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 화소 영역들은 빨강색 단위 화소와, 파랑색 단위 화소와, 복수개의 초록색 단위 화소들을 포함하되, 상기 상부 마이크로 렌즈는 상기 빨강색 단위 화소와, 상기 파랑색 단위 화소의 상기 컬러 필터 층 상에 배치되고, 상기 하부 마이크로 렌즈는 상기 초록색 단위 화소들의 상기 컬러 필터 층 아래에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 상부 및 하부 마이크로 렌즈들은 각각 상기 컬러 필터 층의 상하에서 상기 빨강 색 단위 화소와, 상기 파랑 색 단위 화소와, 상기 복수개의 초록 색 단위 화소들 사이의 경계에 연결될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 빨강 색 단위 화소와, 상기 파랑 색 단위 화소와, 상기 복수개의 초록 색 단위 화소들 사이의 경계에 대응되는 상기 기판 상에 형성된 배선 층들과 층간 절연막들을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 하부 마이크로 렌즈는 상기 광 도파로 층보다 굴절률이 높은 볼록 렌즈를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 하부 마이크로 렌즈는 상기 광 도파로 층보다 굴절률이 낮은 오목 렌즈를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법은, 기판의 화소 영역들 내에 복수개의 광전 변환 소자들을 형성하는 단계; 상기 광전 변환 소자들 상에 광 도파로 층을 형성하는 단계; 상기 화소 영역들의 종방향 및 횡방향으로 격번째의 단위 화소에 대응되는 상기 광 도파로 층 상에 하부 마이크로 렌즈들을 형성하는 단계; 상기 하부 마이크로 렌즈 및 상기 광 도파로 층 상에 컬러 필터 층을 형성하는 단계; 및 상기 하부 마이크로 렌즈와 교번하는 상기 단위 화소의 상기 컬러 필터 층 상에 상부 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 하부 마이크로 렌즈의 형성 단계는, 상기 광 도파로 층 상에서 하부 또는 상부로 볼록한 곡면을 갖는 희생 마스크 층을 형성하는 단계; 상기 곡면을 유지한 채로 상기 희생 마스크 층을 제거하고 상기 광 도파로 층의 상부 표면까지 제거하는 단계; 및 상기 곡면을 매립하는 하부 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 하부 마이크로 렌즈는 상기 광 도파로 층보다 굴절률이 높을 때, 아래로 볼록한 곡면을 따라 형성된 볼록 렌즈를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 하부 마이크로 렌즈는 상기 광 도파로 층보다 굴절률이 낮을 때, 위로 볼록한 곡면을 따라 형성된 오목 렌즈를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 희생 마스크 층은 상기 광 도파로 층 상에 프린트될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 희생 마스크 층 및 상기 광 도파로 층은 서로 동일한 식각율을 갖는 식각가스를 사용하는 건식식각방법으로 제거될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 광 도파로 층의 형성 단계는, 상기 기판 상에 배선 층들 및 층간 절연막들을 적층하는 단계; 상기 광전 변환 소자 상부의 상기 층간 절연막들을 제거하여 트렌치를 형성하는 단계; 상기 트렌치의 내부와, 상기 배선 층들 및 상기 층간 절연막들 상에 광 도파로 층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예적 구성에 따르면, 상부 및 하부 마이크로 렌즈들은 컬러 필터 층 상하부에서 화소 영역들의 종방향 또는 횡방향으로 교번하여 배치될 수 있다. 상부 및 하부 마이크로 렌즈들은 화소 영역들의 단위 화소들 경계까지 연결되기 때문에 일반적인 데드 존을 제거할 수 있는 효과가 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서는 집광 효율을 증대 또는 극대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 나타내는 평면도.
도 2는 도 1의 I-I' 선상을 절취하여 나타낸 단면도.
도 3a는 도 2의 상부 및 마이크로 렌즈들을 나타낸 단면도.
도 3b는 일반적인 상부 마이크로 렌즈들사이에 발생된 데드 존을 나타낸 단면도.
도 4는 도 2의 컬러필터 층과 상부 및 하부 마이크로 렌즈들을 나타낸 사시도.
도 5 내지 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법을 나타내는 공정 단면도들.
도 14는 도 1의 I-I'선상을 절취하여 나타낸 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서(100)의 단면도.
도 15는 도 14의 상부 및 하부 마이크로 렌즈들과 컬러 필터 층을 나타내는 단면도.
도 16 내지 도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법을 나타낸 공정 단면도들.
도 2는 도 1의 I-I' 선상을 절취하여 나타낸 단면도.
도 3a는 도 2의 상부 및 마이크로 렌즈들을 나타낸 단면도.
도 3b는 일반적인 상부 마이크로 렌즈들사이에 발생된 데드 존을 나타낸 단면도.
도 4는 도 2의 컬러필터 층과 상부 및 하부 마이크로 렌즈들을 나타낸 사시도.
도 5 내지 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법을 나타내는 공정 단면도들.
도 14는 도 1의 I-I'선상을 절취하여 나타낸 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서(100)의 단면도.
도 15는 도 14의 상부 및 하부 마이크로 렌즈들과 컬러 필터 층을 나타내는 단면도.
도 16 내지 도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법을 나타낸 공정 단면도들.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 바람직한 실시예에 따른 것이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 나타내는 평면도이다. 도 2는 도 1의 I-I' 선상을 절취하여 나타낸 단면도이다. 도 3a는 도 2의 상부 및 마이크로 렌즈들을 나타낸 단면도이다. 도 3b는 일반적인 상부 마이크로 렌즈들사이에 발생된 데드 존을 나타낸 단면도이다. 도 4는 도 2의 컬러필터 층과 상부 및 하부 마이크로 렌즈들을 나타낸 사시도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)는, 매트릭스(matrix) 형태로 배열된 화소 영역들(90)에서 종 방향과 횡 방향으로 교번하여 컬러필터 층(70)의 상하에 각각 배치되는 상부 및 하부 마이크로 렌즈들(60, 80)을 포함할 수 있다. 상부 및 하부 마이크로 렌즈들(60, 80)은 컬러필터 층(70)의 상하에서 단위 화소들(92, 94, 96) 사이의 경계에 연결될 수 있다. 상부 및 하부 마이크로 렌즈들(80, 60)은 볼록 렌즈를 포함할 수 있다. 매트릭스의 대각선 방향에 대해 각각 연속적으로 배치될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 일 따른 이미지 센서(100)는 일반적으로 상부 마이크로 렌즈들(80) 사이에서 존재했던 데드 존(86)을 제거할 수 있다. 또한, 상부 및 하부 마이크로 렌즈들(80, 60)은 단위 화소들(92, 94, 96)의 경계까지 확장될 수 있기 때문에 집광 효율을 증대 또는 극대화할 수 있다.
광전 변환 소자(20)는 광 도파로 층(50)을 통해 인가되는 빛을 전기 신호로 변환할 수 있다. 예를 들어, 광전 변환 소자(20)는 CCD(Charge Couple Device), CMOS 중 적어도 하나 타입으로 구동되는 PN 접합(junction)을 포함할 수 있다. 광전 변환 소자(20)는 기판(10)의 매트릭스 형태로 배열된 화소 영역들(90) 내에 배치될 수 있다. 광전 변환 소자(20)는 서로 교차되는 스캔 배선과 데이터 배선으로 정의되는 위치에 배치될 수 있다. 스캔 배선과 데이터 배선은 광전 변환 소자(20)의 가장자리에 배치될 수 있다. 스캔 배선과 데이터 배선은 제 1 층간 절연막(41)을 관통하는 제 1 콘택 플러그(31a)와 제 1 금속 배선 층(31)을 포함하는 배선 층들(30)에 전기적으로 연결될 수 있다.
배선 층들(30)은 광전 변환 소자들(20)의 주변 상에 배치될 수 있다. 배선 층들(30)은 제 2 콘택 플러그(32a), 제 2 금속 배선 층(32), 제 3 콘택 플러그(33a), 제 3 금속 배선 층(33)을 더 포함할 수 있다. 제 1 콘택 플러그(31a)는 제 1 층간 절연막(41)을 관통하여 기판(10) 상의 스캔 배선 또는 데이터 배선과, 제 1 금속 배선 층(31)을 전기적으로 연결할 수 있다. 제 1 금속 배선 층(31)은 제 1 층간 절연막(41) 상에 배치될 수 있다. 제 2 콘택 플러그(32a)는 제 2 층간 절연막(42)에 의해 수직 방향으로 분리된 제 1 금속 배선 층(31)과, 제 2 금속 배선 층(32)을 전기적으로 연결할 수 있다. 제 2 금속 배선 층(32)은 제 2 층간 절연막(42) 상에 배치될 수 있다. 제 3 콘택 플러그(33a)는 제 3 층간 절연막(43)을 관통하여 제 2 금속 배선 층(32)과 제 3 금속 배선 층(33)을 전기적으로 연결할 수 있다.
층간 절연막들(40)은 금속 배선 층들(30)을 전기적으로 절연할 수 있다. 층간 절연막들(40)은 제 1 층간 절연막(41), 제 2 층간 절연막(42), 제 3 층간 절연막(43), 및 제 4 층간 절연막(44)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 층간 절연막(40)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 실리콘 산질화막 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 층간 절연막들(40)은 광전 변환 소자(20)에 전달되는 빛을 투과할 수 있다. 만약, 광 도파로 층(50)이 존재하지 않으면, 층간 절연막들(40)의 각 경계에서 빛이 굴절 또는 반사될 수 있다. 따라서, 광전 변환 소자(20)의 상부에는 층간 절연막들(40)을 대체하여 하나의 투명 물질로 이루어진 광 도파로 층(50)이 배치될 수 있다.
광 도파로 층(50)은 광전 변환 소자(20) 상에 근접하여 배치될 수 있다. 광 도파로 층(50)은 배선 층들(30)과 층간 절연막들(40) 사이에서 콘(cone) 모양으로 배치될 수 있다. 광 도파로 층(50)은 층간 절연막들(40)의 측벽에서 경계를 가질 수 있다. 광 도파로 층(50)은 층간 절연막들(40)과 동일하거나 다른 재질의 투명 물질로 이루어질 수 있다. 광 도파로 층(50)은 투명성이 우수한 실리콘 산화막과 같은 유전체, 또는 폴리 에스테르, 및 아크릴과 같은 고분자를 포함할 수 있다.
컬러 필터 층(70)은 외부 또는 상부 마이크로 렌즈(80)를 투과한 빛을 단색 광으로 필터링 할 수 있다. 예를 들어, 컬러 필터 층(70)은 빨강색, 초록색, 파랑색의 삼원색에 각각 대응되는 파장대의 빛을 필터링 할 수 있다. 여기서, 삼원색의 컬러 필터 층(70)은 하나의 화소 영역들(90)에 대응될 수 있다. 여기서, 하나의 화소 영역(90)은 빨강색, 초록색, 및 파랑색의 삼원색으로 이루어진 컬러 필터 층(70)으로 설명될 수 있다. 예를 들어, 화소 영역들(90)는 2개의 초록색 단위 화소들(92)과, 각각 하나씩의 빨강색 단위 화소(94), 파랑색 단위 화소(96)을 포함할 수 있다. 2개의 초록색 단위 화소들(92)은 빨강색 단위 화소(94), 파랑색 단위 화소(96)에 의해 화소 영역들(90) 내에서 서로 이격될 수 있다. 따라서, 2개의 초록색 단위 화소들(92)은 정사각형의 화소 영역들(90) 내에서 대각선 방향으로 배치될 수 있다.
하부 마이크로 렌즈(60)는 컬러 필터 층(70)을 투과한 빛을 집속할 수 있다. 상부 마이크로 렌즈(80)는 컬러 필터 층(70)에 빛을 집속할 수 있다. 상부 및 하부 마이크로 렌즈들(80, 60)은 4개의 단위 화소들(92, 94, 96)로 이루어진 화소 영역들(90) 내에 각각 복수개가 배치될 수 있다. 예를 들어, 하부 마이크로 렌즈들(60)은 2개의 초록색 단위 화소(92)의 컬러 필터 층(70) 하부에 배치될 수 있다. 상부 마이크로 렌즈들(60)은 빨강색 단위 화소(94)와, 파랑색 단위 화소(96)의 컬러 필터 층(70) 상에 배치될 수 있다.
상부 및 하부 마이크로 렌즈들(80, 60)은 화소 영역들(90)의 종방향 또는 횡방향으로 컬러 필터 층(70)의 단위 화소들(92, 94, 96)과 동일한 경계를 가질 수 있다. 상술한 바와 같이, 상부 및 하부 마이크로 렌즈들(80, 60)은 화소 영역들(90)의 대각선 방향에 대해 연속적으로 배치될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)는 일반적인 상부 마이크로 렌즈들(80)사이의 데드 존을 제거할 수 있다. 또한, 상부 및 하부 마이크로 렌즈들(80, 60)은 광전 변환 소자(20) 및 광 도파로 층(50)으로 집광 효율을 증대 또는 극대화할 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서(100)의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
도 5 내지 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서(100)의 제조방법을 나타내는 공정 단면도들이다.
도 5를 참조하면, 기판(10) 상에 광전 변환 소자(20)를 형성한다. 광전 변환 소자(20)는 기판(10)에 도전성 불순물들이 주입된 PN 접합을 포함할 수 있다. PN 접합은 CCD 또는 CMOS 타입으로 구동될 수 있다.
도 6을 참조하면, 광전 변환 소자(20) 상에 층간 절연막들(40)과 배선 층들(30)을 적층한다. 층간 절연막들(40)은 화학기상증착 방법으로 형성된 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 실리콘 산 질화막을 포함할 수 있다. 배선 층들(30)은 화학기상증착 방법 또는 물리기상증착 방법으로 형성된 금, 은, 구리, 알루미늄, 텅스텐, 몰리브덴 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 구체적으로, 광전 변환 소자(20) 상에 제 1 층간 절연막(41)을 형성할 수 있다. 포토리소그래피 공정으로 광전 변환 소자(20) 외곽의 제 1 층간 절연막(41)을 식각하여 기판(10)을 노출시키는 제 1 콘택 홀을 형성하고, 상기 제 1 콘택 홀 내에 제 1 콘택 플러그(31a)를 형성할 수 있다. 제 1 콘택 플러그(31a) 상에 제 1 금속 층을 하고, 포토리소그래피 공정으로 상기 제 1 금속 층을 패터닝하여 제 1 콘택 플러그(31a) 상에 제 1 금속 배선 층(31)을 형성할 수 있다. 제 1 금속 배선 층(31) 상에 제 2 층간 절연막(42)을 증착할 수 있다. 제 1 금속 배선 층(31) 상부의 제 2 층간 절연막(42)을 포토리소그래피 공정으로 제거하고, 상기 제 1 금속 배선 층(31)을 노출시키는 제 2 콘택 홀을 형성할 수 있다. 제 2 콘택 홀 내에 제 2 콘택 플러그(32a)를 형성할 수 있다. 제 2 콘택 플러그(32a) 상에 제 2 금속 층을 형성하고, 상기 제 2 금속 층을 포토리소그래피 공정으로 패터닝 하여 제 2 금속 배선 층(32)을 형성할 수 있다. 제 2 금속 배선 층(32) 상에 제 3 층간 절연막(43)을 증착할 수 있다. 제 3 층간 절연막(43)을 포토리소그래피 공정으로 제거하여 제 2 금속 배선 층(32)을 노출시키는 제 3 콘택 홀을 형성할 수 있다. 제 3 콘택 홀 내에 제 3 콘택 플러그(33a)를 형성하고, 상기 제 3 콘택 플러그(33a) 상에 제 3 금속 층을 형성한 후 상기 제 3 금속 층을 포토리소그래피 공정으로 패터닝하여 제 3 금속 배선 층(33)을 형성할 수 있다. 상기 제 3 금속 배선 층(33)상에 제 4 층간 절연막(44)을 형성할 수 있다.
도 7을 참조하면, 광전 변환 소자(20) 상부의 층간 절연막들(40)을 제거하여 트렌치(52)를 형성한다. 트렌치(52)는 광전 변환 소자(20) 상부의 층간 절연막들(40)은 포토리소그래피 공정으로 제거될 수 있다. 예를 들어, 광전 변환 소자(20) 상부의 층간 절연막들(40)을 선택적으로 노출하는 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 사용하여 비등방성의 건식식각방법으로 상기 층간 절연막들(40)이 제거된 트렌치를 형성할 수 있다.
도 8을 참조하면, 트렌치(52) 내부와, 층간 절연막들(40)의 상부에 광 도파로 층(50)을 형성한다. 광 도파로 층(50)은 실리콘 산화막과 같은 유전체, 또는 고분자를 포함하는 투명 물질을 포함할 수 있다. 광 도파로 층(50)은 화학적 기계적 연마(CMP) 방법에 의해 평탄화될 수 있다.
도 1 및 도 9를 참조하면, 광 도파로 층(50) 상부에 제 1 희생 마스크 층(46)을 형성한다. 제 1 희생 마스크 층(46)은 광 도파로 층(50) 상부에서 중심이 아래로 볼록한 제 1 곡면(47)을 가질 수 있다. 제 1 희생 마스크 층(46)의 제 1 곡면(47)은 화소 영역(90)의 종방향 또는 횡방향으로 격번째 단위 화소, 예를 들어, 초록색 단위 화소들(92)에 형성될 수 있다. 제 1 희생 마스크 층(46)은 광 도파로 층(50) 상에 프린트될 수 있다. 또한, 제 1 희생 마스크 층(46)은 테이프와 같은 부재에 먼저 프린트된 후 다시 광 도파로 층(50)에 접착될 수 있다. 예를 들어, 제 1 희생 마스크 층(46)은 포토레지스트를 포함할 수 있다.
도 10을 참조하면, 상기 제 1 곡면(47)을 유지한 채로 제 1 희생 마스크 층(46) 전체와, 및 상기 광 도파로 층(50)의 상부 표면까지 제거한다. 제 1 희생 마스크 층(46), 및 광 도파로 층(50)은 비등방성의 건식식각방법에 의해 제거될 수 있다. 건식식각방법은 제 1 희생 마스크 층(46), 및 광 도파로 층(50)에 대해 동일한 식각율을 갖는 식각 가스를 사용할 수 있다.
도 11을 참조하면, 제 1 곡면(47) 상에서 광 도파로 층(50)보다 굴절률이 높은 물질의 하부 마이크로 렌즈(60)를 형성한다. 하부 마이크로 렌즈(60)은 PMMA(Poly methyl methacrylate)와 같은 고분자 또는 실리콘 산화막과 같은 유전체를 포함할 수 있다.
도 12을 참조하면, 하부 마이크로 렌즈(60) 및 광 도파로 층(50) 상에 컬러 필터 층(70)을 형성한다. 컬러 필터 층(70)은 각각 빨강, 초록, 파랑 색상을 갖는 고분자를 포함할 수 있다. 컬러 필터 층(70)은 색상마다 각기 적어도 한번의 포토리소그래피 공정으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 빨강 색상의 컬러 필터 층(70)은 기판(10) 상에 빨강 색상의 고분자가 평탄하게 형성된 후 포토리소그래피 공정에 의해 패터닝될 수 있다. 초록 색상과 파랑 색상의 컬러 필터 층(70) 또한 같은 방법으로 형성될 수 있다. 초록 색상의 컬러 필터 층(70)은 하부 마이크로 렌즈(60) 상에 형성될 수 있다. 여기서, 초록 색상, 빨강 색상, 파랑 색상의 컬러 필터 층(70)은 각각 초록 색 단위 화소(92), 빨강 색 단위 화소(94), 및 파랑 색 단위 화소(96)에 대응될 수 있다. 컬러 필터 층(70)의 초록 색 단위 화소(92)와, 빨강 색 단위 화소(94)의 경계는, 하부 마이크로 렌즈(60)의 가장자리(edge)에 일치될 수 있다. 컬러 필터 층(70)의 초록 색 단위 화소(92)와, 파랑 색 단위 화소(96)의 경계는 하부 마이크로 렌즈(60)의 가장자리에 일치될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 기판(10)을 평탄화하기 위해 컬러 필터 층(70) 상에 평탄 층이 더 형성될 수 있다.
도 13을 참조하면, 컬러 필터 층(70) 상에 상부 마이크로 렌즈(80)를 형성한다. 상부 마이크로 렌즈(80)는 기판(10) 상에 포토리소그래피 공정으로 패터닝되고, 리플로우되는 포토레지스트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 포토레지스트는 스핀 코팅으로 기판(10)의 전면에 형성될 수 있다. 포토레지스트는 포토리소그래피 공정에 의해 컬러 필터 층(70)의 색상 경계에서 제거될 수 있다. 또한, 포토레지스트는 약 100℃이상의 온도에서 리플로우 되면서 하부 마이크로 렌즈(60)의 상부로 볼록한 볼록 렌즈로 형성될 수 있다. 상부 마이크로 렌즈(80)는 빨강 색 단위 화소(94)와 파랑색 단위 화소(96) 상에 형성될 수 있다. 상부 마이크로 렌즈(80)의 가장자리는 빨강 색 단위 화소(94)와 초록 색 단위 화소(92)의 경계에 일치될 수 있다. 또한, 상부 마이크로 렌즈(80)의 가장자리는 파랑색 단위 화소(96)와 초록 색 단위 화소(92)의 경계에 일치될 수 있다. 상부 마이크로 렌즈(80)는 컬러 필터 층(70)의 상부에서 하부 마이크로 렌즈(60)와 독립적으로 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)의 제조방법은 데드 존을 제거할 수 있다.
도 14는 도 1의 I-I' 선상을 절취하여 나타낸 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서(100)의 단면도이다. 도 15는 도 14의 상부 및 하부 마이크로 렌즈들(80, 60)과 컬러 필터 층(70)을 나타내는 단면도이다.
도 1, 도 14, 및 도 15를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서(100)는 화소 영역들(90) 내에서 상부 마이크로 렌즈(80)와 교번하여 컬러 필터 층(70)의 하부에 오목 렌즈로 형성된 하부 마이크로 렌즈(60)를 포함할 수 있다. 상부 마이크로 렌즈(80)는 볼록 렌즈를 포함할 수 있다. 하부 마이크로 렌즈(60)는 상부 마이크로 렌즈(80) 및 광 도파로 층(50)보다 낮은 굴절률을 가질 수 있다. 예를 들어, 하부 마이크로 렌즈(60)는 실리콘 산화막보다 굴절률이 낮은 실리콘 산질화막(SiON)을 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서(100)는 일반적인 데드 존(86)을 제거할 수 있다. 볼록 렌즈의 상부 마이크로 렌즈(80)와 오목 렌즈의 볼록 렌즈(60)는 집광 효율을 증가 또는 높일 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서(100)의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
도 5 내지 도 8을 참조하면, 기판(10) 상에 광전 변환 소자(20)와, 배선 층들(30)과, 층간 절연막들(40)과, 광 도파로 층(50)을 순차적으로 형성한다.
도 16 내지 도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서(100)의 제조방법을 나타낸 공정 단면도들이다.
도 16을 참조하면, 광 도파로 층(50) 상에 제 2 희생 마스크 층(48)을 형성한다. 제 2 희생 마스크 층(48)은 광 도파로 층(50) 상부에서 중심이 상부로 볼록한 제 2 곡면(49)을 가질 수 있다. 제 2 희생 마스크 층(48)의 제 2 곡면(49)은 화소 영역들(90)의 종방향 또는 횡방향으로 격번째의 단위 화소들 예를 들어, 초록색 단위 화소들(92)에 형성될 수 있다. 제 2 희생 마스크 층(48)은 광 도파로 층(50) 상에 프린트될 수 있다. 또한, 제 2 희생 마스크 층(48)은 테이프와 같은 부재에 먼저 프린트된 후 다시 광 도파로 층(50)에 접착될 수 있다. 예를 들어, 제 2 희생 마스크 층(48)은 포토레지스트를 포함할 수 있다.
도 17을 참조하면, 상기 제 2 곡면(49)을 유지한 채로 제 2 희생 마스크 층(48), 및 상기 광 도파로 층(50)의 상부 표면까지 제거한다. 제 2 희생 마스크 층(48), 및 광 도파로 층(50)은 비등방성의 건식식각방법에 의해 제거될 수 있다. 건식식각방법은 제 2 희생 마스크 층(48), 및 광 도파로 층(50)에 대해 동일한 식각율을 갖는 식각 가스를 사용할 수 있다.
도 18을 참조하면, 제 2 곡면(49) 상에서 광 도파로 층(50)보다 굴절률이 낮은 물질의 하부 마이크로 렌즈(60)를 형성한다. 하부 마이크로 렌즈(60)은 실리콘 산질화막을 포함할 수 있다. 하부 마이크로 렌즈(60)는 광 도파로 층(50)의 제 2 곡면에 매립될 수 있다. 하부 마이크로 렌즈(60)는 광 도파로 층(50)과 동일한 레벨의 상부 표면을 가질 수 있다.
도 19를 참조하면, 하부 마이크로 렌즈(60) 및 광 도파로 층(50) 상에 컬러 필터 층(70)을 형성한다. 컬러 필터 층(70)은 각각 빨강, 초록, 파랑 색상을 갖는 고분자를 포함할 수 있다. 컬러 필터 층(70)은 색상마다 각기 적어도 한번의 포토리소그래피 공정으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 빨강 색상의 컬러 필터 층(70)은 기판(10) 상에 빨강 색상의 고분자가 평탄하게 형성된 후 포토리소그래피 공정에 의해 패터닝될 수 있다. 초록 색상과 파랑 색상의 컬러 필터 층(70) 또한 같은 방법으로 형성될 수 있다. 초록 색상의 컬러 필터 층(70)은 하부 마이크로 렌즈(60) 상에 형성될 수 있다. 여기서, 초록 색상, 빨강 색상, 파랑 색상의 컬러 필터 층(70)은 각각 초록 색 단위 화소(92), 빨강 색 단위 화소(94), 및 파랑 색 단위 화소(96)에 대응될 수 있다. 컬러 필터 층(70)의 초록 색 단위 화소(92)와, 빨강 색 단위 화소(94)의 경계는, 하부 마이크로 렌즈(60)의 가장자리(edge)에 일치될 수 있다. 컬러 필터 층(70)의 초록 색 단위 화소(92)와, 파랑 색 단위 화소(96)의 경계는 하부 마이크로 렌즈(60)의 가장자리에 일치될 수 있다.
도 20을 참조하면, 컬러 필터 층(70) 상에 상부 마이크로 렌즈(80)를 형성한다. 상부 마이크로 렌즈(80)는 기판(10) 상에 포토리소그래피 공정으로 패터닝되고, 리플로우되는 포토레지스트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 포토레지스트는 스핀 코팅으로 기판(10)의 전면에 형성될 수 있다. 포토레지스트는 포토리소그래피 공정에 의해 컬러 필터 층(70)의 색상 경계에서 제거될 수 있다. 또한, 포토레지스트는 약 100℃이상의 온도에서 리플로우 되면서 하부 마이크로 렌즈(60)의 상부로 볼록한 볼록 렌즈로 형성될 수 있다. 상부 마이크로 렌즈(80)는 빨강 색 단위 화소(94)와 파랑색 단위 화소(96) 상에 형성될 수 있다. 상부 마이크로 렌즈(80)의 가장자리는 빨강 색 단위 화소(94)와 초록 색 단위 화소(92)의 경계에 연결될 수 있다. 또한, 상부 마이크로 렌즈(80)의 가장자리는 파랑색 단위 화소(96)와 초록 색 단위 화소(92)의 경계에 일치될 수 있다. 상부 마이크로 렌즈(80)는 컬러 필터 층(70)의 상부에서 하부 마이크로 렌즈(60)와 상관없이 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서(100)의 제조방법은 데드 존을 제거할 수 있다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 기판 20: 광전 변환 소자
30: 배선 층 40: 층간 절연막들
50: 광 도파로 층 60: 하부 마이크로 렌즈
70: 컬러 필터 층 80: 상부 마이크로 렌즈
90: 화소 100: 이미지 센서
30: 배선 층 40: 층간 절연막들
50: 광 도파로 층 60: 하부 마이크로 렌즈
70: 컬러 필터 층 80: 상부 마이크로 렌즈
90: 화소 100: 이미지 센서
Claims (14)
- 매트릭스 형태로 배치된 복수개의 화소 영역들을 포함한 기판;
상기 화소 영역들에 형성된 복수개의 광전 변환 소자들;
상기 복수개의 광전 변환 소자들 상에 형성된 복수개의 광 도파로 층들;
상기 복수개의 광 도파로 층들 상에 형성된 컬러필터 층; 및
상기 컬러필터 층 상하에 각각 형성된 상부 및 하부 마이크로 렌즈들을 포함하고,
상기 상부 및 하부 마이크로 렌즈들은 상기 복수개의 광전 변환 소자들 상에서 상기 화소 영역의 종방향 및 횡방향으로 교번하여 배치되는 이미지 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 상부 및 하부 마이크로 렌즈들은 하나의 화소 영역 상에서 대각선 방향으로 배치되는 이미지 센서. - 제 2 항에 있어서,
상기 화소 영역들은 빨강색 단위 화소와, 파랑색 단위 화소와, 복수개의 초록색 단위 화소들을 포함하되, 상기 상부 마이크로 렌즈는 상기 빨강색 단위 화소와, 상기 파랑색 단위 화소의 상기 컬러 필터 층 상에 배치되고, 상기 하부 마이크로 렌즈는 상기 초록색 단위 화소들의 상기 컬러 필터 층 아래에 배치되는 이미지 센서. - 제 3 항에 있어서,
상기 상부 및 하부 마이크로 렌즈들은 각각 상기 컬러 필터 층의 상하에서 상기 빨강 색 단위 화소와, 상기 파랑 색 단위 화소와, 상기 복수개의 초록 색 단위 화소들 사이의 경계에 연결되는 이미지 센서. - 제 4 항에 있어서,
상기 빨강 색 단위 화소와, 상기 파랑 색 단위 화소와, 상기 복수개의 초록 색 단위 화소들 사이의 경계에 대응되는 상기 기판 상에 형성된 배선 층들과 층간 절연막들을 더 포함하는 이미지 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 하부 마이크로 렌즈는 상기 광 도파로 층보다 굴절률이 높은 볼록 렌즈를 포함하는 이미지 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 하부 마이크로 렌즈는 상기 광 도파로 층보다 굴절률이 낮은 오목 렌즈를 포함하는 이미지 센서. - 기판의 화소 영역들 내에 복수개의 광전 변환 소자들을 형성하는 단계;
상기 광전 변환 소자들 상에 광 도파로 층을 형성하는 단계;
상기 화소 영역들의 종방향 및 횡방향으로 격번째의 단위 화소에 대응되는 상기 광 도파로 층 상에 하부 마이크로 렌즈들을 형성하는 단계;
상기 하부 마이크로 렌즈 및 상기 광 도파로 층 상에 컬러 필터 층을 형성하는 단계; 및
상기 하부 마이크로 렌즈와 교번하는 상기 단위 화소의 상기 컬러 필터 층 상에 상부 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 하부 마이크로 렌즈의 형성 단계는,
상기 광 도파로 층 상에서 하부 또는 상부로 볼록한 곡면을 갖는 희생 마스크 층을 형성하는 단계;
상기 곡면을 유지한 채로 상기 희생 마스크 층을 제거하고 상기 광 도파로 층의 상부 표면까지 제거하는 단계; 및
상기 곡면을 매립하는 하부 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 하부 마이크로 렌즈는 상기 광 도파로 층보다 굴절률이 높을 때, 아래로 볼록한 곡면을 따라 형성된 볼록 렌즈를 포함한 이미지 센서의 제조방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 하부 마이크로 렌즈는 상기 광 도파로 층보다 굴절률이 낮을 때, 위로 볼록한 곡면을 따라 형성된 오목 렌즈를 포함한 이미지 센서의 제조방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 희생 마스크 층은 상기 광 도파로 층 상에 프린트되는 이미지 센서의 제조방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 희생 마스크 층 및 상기 광 도파로 층은 서로 동일한 식각율을 갖는 식각가스를 사용하는 건식식각방법으로 제거되는 이미지 센서의 제조방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 광 도파로 층의 형성 단계는,
상기 기판 상에 배선 층들 및 층간 절연막들을 적층하는 단계;
상기 광전 변환 소자 상부의 상기 층간 절연막들을 제거하여 트렌치를 형성하는 단계;
상기 트렌치의 내부와, 상기 배선 층들 및 상기 층간 절연막들 상에 광 도파로 층을 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조방법.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100125011A KR20120063854A (ko) | 2010-12-08 | 2010-12-08 | 이미지 센서 및 그의 제조방법 |
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Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020100125011A KR20120063854A (ko) | 2010-12-08 | 2010-12-08 | 이미지 센서 및 그의 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Family
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Family Applications (1)
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20120148205A1 (en) | 2012-06-14 |
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