KR100707072B1 - 이미지센서의 칼라필터 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이미지센서의 칼라필터 형성방법에 관한 것으로 다공성 산화막을 증착하고 색소를 이온주입하여 칼라필터를 형성하는 것으로 입사광의 투과율이 향상되고 습기에 강한 장점을 갖게 된다. 그리고 하부막의 형태(topology)에 별 영향을 받지 않고 균일한 칼라필터를 형성할 수 있는 장점이 있다. 이를 위한 본 발명은 기판상에 다공성 산화막을 증착하는 단계; 및 칼라필터가 형성될 상기 다공성 산화막 영역에 선택적으로 색소 이온주입을 수행하는 단계를 포함하여 이루어진다.

이미지센서, 칼라필터, 다공성 산화막

Description

이미지센서의 칼라필터 형성방법 {The method for fabrication of color filter in image sensor}

도1 내지 도2는 종래 이미지센서의 제조공정을 도시한 도면

도3 내지 도5는 본 발명에 따른 일 실시예를 도시한 도면

도6 내지 도7은 본 발명에 따른 다른 실시예를 도시한 도면

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

0 : 층간절연막 1 : 금속배선

2 : 소자보호막 3 : 제 1 평탄화막

4 : 칼라필터 5 : 제 2 평탄화막

6 : 마이크로렌즈 8 : 산화막

9 : 감광막 10 : 평탄화막

11 : 마이크로렌즈 12 : 산화막

본 발명은 이미지센서(image sensor)의 칼라필터 제조방법에 관한 것으로, 특히 다공성(porous)을 갖는 산화막을 이용하여 칼라필터를 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 이미지센서라 함은 광학 영상(optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체소자로서, 이중 전하결합소자(CCD : charge coupled device)는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 커패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 커패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, CMOS(Complementary MOS; 이하 CMOS) 이미지센서는 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소수만큼 MOS트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.

칼라 이미지를 구현하기 위한 이미지센서는 외부로부터의 빛을 받아 광전하를 생성 및 축적하는 광감지부분 상부에 칼라 필터가 어레이되어 있다. 칼라 필터 어레이(CFA : Color Filter Array)는 레드(Red), 그린(Green) 및 블루(Blue)의 3가지 칼라로 이루어지거나, 옐로우(Yellow), 마젠타(Magenta) 및 시안(Cyan)의 3가지 칼라로 이루어진다.

또한, 이미지센서의 감광도(photo sensitivity)를 증가시키기 위한 노력들이 진행되고 있는데 그 중 하나가 집광기술이다. 예컨대, CMOS 이미지센서는 빛을 감지하는 광감지부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 CMOS 로직 회로부분으로 구성되어 있는바, 광감도를 높이기 위해서는 전체 이미지센서 면적에서 광감지부분의 면적이 차지하는 비율(이를 통상 "Fill Factor"라 한다)을 크게 하려는 노력이 진행되고 있지만, 근본적으로 로직회로 부분을 제거할 수 없기 때문에 제한된 면적 하에서 이러한 노력에는 한계가 있다. 따라서 광감도를 높여주기 위하여 광감지부분 이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 바꿔서 광감지부분으로 모아주는 집광기술이 많이 연구되고 있다.

도1 내지 도2는 종래기술에 의한 이미지센서의 제조공정을 도시한 도면으로 이를 참조하여 종래의 이미지센서의 제조방법을 설명한다.

웨이퍼 기판상에 소자간의 전기적인 절연을 위하여 필드산화막을 형성하고 게이트전극을 형성한다. 이후 적절한 이온주입 공정을 진행함으로써 포토다이오드를 형성하고 트랜지스터의 소오스/드레인 및 센싱노드를 형성하기 위한 이온주입을 실시한 후 층간절연막(0)을 형성한다. 도1에는 필드산화막이나 게이트 전극등은 도시되어 있지 않다.

상기 층간절연막(0)상에 금속배선(1)을 형성한다. 금속배선을 여러개 사용하는 경우에는 금속배선 사이에 금속층간절연막을 형성하고 최종 금속배선 상부에 페시베이션보호막을 형성하는데 도1에서는 하나의 금속배선을 사용하는 경우를 도시하였다.

금속배선(1)을 형성한 후, 금속배선 상부에 소자보호막(2)을 형성하여 일반 시모스 로직 프로세스를 완료한다.

이후에 칼라 이미지 구현을 위한 세가지 종류의 칼라필터(4) 형성공정을 진 행하는데 칼라필터를 형성하기 전에 제 1 평탄화막(3)을 이용하여 평탄화공정을 수행한후에 3가지 색의 칼라필터(4)를 형성하게 된다. 칼라필터의 물질은 통상 염색된 포토레지스트를 사용한다.

칼라필터 형성후 오버코팅물질(OCL:Over Coating Material)이용하여 제 2 평탄화막(5)을 형성하는데 이는 일종의 감광막으로서 후속 마이크로렌즈 마스크 패터닝을 용이하게 하기 위한 평탄화 목적으로 쓰인다.

OCL를 이용하여 평탄화공정을 수행한 다음 광집속율을 증가시키기 위해 마이크로렌즈(6)를 형성하는데 다음과 같이 형성된다. 마이크로렌즈 감광제를 도포한 후 마스크 공정을 통해 패턴을 형성한다. 이후 베이킹을 하여 마이크로렌즈를 플로우 시켜서 돔 형태의 마이크로렌즈를 형성시키게 된다.

이러한 종래의 칼라필터는 형성방법을 살펴보면 3가지 색의 칼라필터(R,G,B)와 칼라필터 상부에 형성되는 제2 평탄화막(5), 그리고 마이크로렌즈(6)가 모두 감광막을 사용하고 있으므로 빛이 마이크로렌즈를 지나서 포토다이오드까지로 입사하는 과정에서 투과율이 저하되어 왔으며 감광막은 습기에 매우 취약한 단점이 있었다.

또한 감광막으로 이루어진 칼라필터는 하부막의 형태(topology)에 따라 불균일한 두께를 가지게 되어 제품특성이 저하되는 단점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로 입사광의 투과율을 향상시키고 습기에 강한 뿐 아니라 하부막의 형태에 별 영향을 받지않는 칼라필터 형성방법을 제공함을 그 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 기판상에 다공성 산화막을 증착하는 단계; 및 칼라필터가 형성될 상기 다공성 산화막 영역에 선택적으로 색소 이온주입을 수행하는 단계를 포함하여 이루어진다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도3 내지 도5는 본 발명에 따른 일 실시예를 도시한 것으로 이를 참조하여 본 발명의 일실시예에 대해 설명한다.

먼저 층간절연막(0)상에 금속배선(1)을 형성하고 소자보호막(2)을 형성하는 과정은 종래기술과 동일하다.

소자보호막(2)상에 다공성(porous)의 산화막(8)을 증착한다. 상기 다공성 산화막(8)은 상압화학기상증착 (APCVD : Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition) 방법을 이용하여 증착한다.

이와 같이 다공성 산화막(8)이 증착된 결과위에 칼라필터를 형성하는데 도3에 도시된 바와 같이 감광막(9) 패턴을 배리어(barrier)로 하여 색소를 이온주입한 다.

3가지 색의 칼라필터중 어느 한색의 칼라필터가 상기의 이온주입 방법으로 형성되었으면 감광막(9)을 제거하고 다시 다른색 칼라필터를 형성하기 위한 감광막 패턴을 형성한다. 다른색 칼라필터도 마찬가지로 이온주입 방법으로 형성하고 감광막을 제거한다. 도 4는 이와 같은 방법으로 3가지 색을 갖는 칼라필터가 형성된 모습을 도시한 도면이다.

이와 같이 칼라필터(8)가 형성되면 그 상부에 평탄화막(10)을 형성한다. 상기 평탄화막(10)은 후속 마이크로렌즈 형성시에 마스크 패턴을 용이하게 하기위한 목적으로 형성된다. 그 이후에 도5에 도시된 바와 같이 마이크로렌즈(11)를 평탄화막 (10) 상부에 형성한다.

도6 과 도7은 본 발명에 따른 다른 실시예를 도시한 도면으로 이를 참조하여 본발명에 따른 다른 실시예를 설명한다.

먼저 층간절연막(0)상에 금속배선(1)을 형성하고 소자보호막(2)을 형성하는 과정은 종래기술과 동일하다.

소자보호막(2)상에 다공성(porous)의 산화막(12)을 증착한다. 상기 다공성 산화막(12)은 상압화학기상증착 (APCVD : Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition) 방법을 이용하여 증착한다.

이때 다공성 산화막(12)을 증착하는 두께는 도6에 도시된 바와 같이 다공성 산화막(12) 자체로 평탄화가 이루어질 만큼 두껍게 증착한다.

다공성 산화막(12)을 증착한 이후에 칼라필터를 형성하기 위한 이온주입 공정이 수행되는데 이는 전술한 바와 같이 감광막을 배리어로 이용하여 수행한다.

이와 같이 다공성 산화막(12)을 두껍게 증착하여 그 자체로 평탄화 목적을 달성하면 후속의 평탄화막을 형성하지 않아도 되는 장점이 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명이 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 명백할 것이다.

본 발명을 이미지센서의 칼라필터 형성공정에 적용하면 산화막으로 칼라필터를 형성하기 때문에 입사광의 투과율이 향상되는 효과가 있으며 또한 습기에 강한 장점이 있게 된다. 그리고 하부막의 형태(topology)에 별 영향을 받지 않고 균일한 칼라필터를 형성할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 기판상에 다공성 산화막을 증착하는 단계; 및

   칼라필터가 형성될 상기 다공성 산화막 영역에 선택적으로 색소 이온주입을 수행하는 단계

   를 포함하는 이미지센서의 칼라필터 형성방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 다공성 산화막은 상압화학기상증착 방법으로 증착되는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 칼라필터 형성방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 다공성 산화막은 평탄화된 것을 특징으로 하는 이미지센서의 칼라필터 형성방법.
4. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 색소 이온주입은 상기 다공성 산화막의 표면으로부터 일부 깊이까지 수 행하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 칼라필터 형성방법.

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