KR100818524B1 - 이미지 소자 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이미지 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로서,
본 발명의 이미지 소자는 포토 다이오드 및 트랜지스터가 형성된 픽셀 어레이 기판, 상기 픽셀 어레이 기판 위에 형성된 다수개의 컬러필터, 상기 컬러필터 위에 형성된 평탄화층, 상기 평탄화층 위에 이격되어 형성된 다수개의 마이크로 렌즈 및, 상기 이격된 마이크로 렌즈들 사이에 형성되어, 상기 마이크로 렌즈들 사이를 채우는 포토 레지스트 패턴을 포함한다.
또한, 본 발명의 이미지 소자 제조 방법은 픽셀 어레이 기판에 포토 다이오드 및 트랜지스터를 형성하는 단계, 상기 픽셀 어레이 기판 위에 컬러필터를 형성하는 단계, 상기 컬러필터 위에 평탄화층을 형성하는 단계, 상기 평탄화층 위에 네거티브 포토 레지스트 필름을 도포하는 단계, 상기 네거티브 포토 레지스트 필름을 노광하고 현상하여 네거티브 포토 레지스트 패턴을 형성하는 단계, 상기 네거티브 포토 레지스트 패턴이 형성된 평탄화층 위에 마이크로 렌즈용 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계 및, 리플로우 공정을 실시하여 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함한다.

Description

이미지 소자 및 이의 제조 방법{COLOR FILTER STRUCTURE IN AN IMAGE DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING THE COLOR FILTER STRUCTURE}
도 1은 일반적인 CMOS 이미지 소자를 도시한 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 이미지 소자를 도시한 단면도,
도 3 내지 도 8은 본 발명에 따른 이미지 소자 제조 방법을 도시한 공정도이다.
본 발명은 이미지 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 들어, 반도체 제조 기술의 개발에 따라 영상을 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자가 개발된 바 있다. 이미지 소자는 영상을 전기적으로 변환시키는 대표적인 반도체 소자이다. 대표적인 이미지 소자로는 CCD(Charge Coupled Device) 소자 및 CMOS 이미지 소자를 들 수 있다. CCD 소자는 복수개의 MOS 커패시터를 포함하며, MOS 커패시터는 광에 의하여 생성된 캐리어를 이동시킴으로써 동작된다. 한 편, CMOS 이미지 소자는 다수의 단위 픽셀 및 단위 픽셀의 출력 신호를 제어하는 CMOS 로직 회로를 포함한다.
도 1은 일반적인 CMOS 이미지 소자를 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, CMOS 이미지 소자(10)는 픽셀 어레이 기판(1), 컬러필터 그룹(2a,2b,2c), 평탄층(3) 및 마이크로 렌즈(4)를 포함한다.
상기 픽셀 어레이 기판(1)은 광을 감지하는 포토 다이오드(미도시)들 및 상기 포토 다이오드들에 의해 생성된 전하를 처리하는 트랜지스터(미도시)들을 포함한다.
상기 컬러필터 그룹(2a,2b,2c)은 픽셀 어레이 기판(1) 상에 배치된다. 상기 컬러필터 그룹(2a,2b,2c)는 제1 컬러필터(2a), 제2 컬러필터(2b) 및 제3 컬러필터(2c)를 포함한다.
상기 평탄층(3)은 서로 다른 높이를 갖는 제1 내지 제3 컬러필터(2a,2b,2c)들을 덮어 평탄한 상면을 제공한다.
상기 평탄층(3) 상에는 마이크로 렌즈(4)들이 배치된다. 상기 마이크로 렌즈(4)들은 평탄층(3) 하부에 배치된 픽셀 어레이 기판(1)의 포토 다이오드에 광을 집광한다.
그러나, 도 1에 도시된 종래 CMOS 이미지 소자(10)는 상기 마이크로 렌즈들 사이에 대략 0.3㎛ 정도의 틈이 존재한다. 이 틈 사이로 집광되지 않은 빛이 통과하여 픽셀 어레이 기판(1)에 배치된 포토 다이오드에 감지됨으로써 노이즈 및 크로스 토크가 발생되는 문제점이 있다.
물론, 상기 틈은 마이크로 렌즈 제조시 리플로우(reflow) 과정에서 줄일 수 있는데, 과도한 리플로우는 렌즈와 렌즈가 서로 붙게 되는 문제가 있고, 이로 인해 노이즈 등의 문제가 생기게 된다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 네거티브 포토 레지스트를 사용하여 마이크로 렌즈들 사이를 채움으로써, 마이크로 렌즈 틈 사이로의 빛의 통과를 억제할 뿐만 아니라, 이미지 소자 제조 과정에서 마이크로 렌즈 리플로우시 인접 렌즈까지 리플로우 되는 것을 방지하여 이미지 소자의 전기적 특성을 향상시키는 이미지 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 이미지 소자는,
포토 다이오드 및 트랜지스터가 형성된 픽셀 어레이 기판, 상기 픽셀 어레이 기판 위에 형성된 다수개의 컬러필터, 상기 컬러필터 위에 형성된 평탄화층, 상기 평탄화층 위에 이격되어 형성된 다수개의 마이크로 렌즈 및, 상기 이격된 마이크로 렌즈들 사이에 형성되어, 상기 마이크로 렌즈들 사이를 채우는 포토 레지스트 패턴을 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 이미지 소자 제조 방법은,
픽셀 어레이 기판에 포토 다이오드 및 트랜지스터를 형성하는 단계, 상기 픽셀 어레이 기판 위에 컬러필터를 형성하는 단계, 상기 컬러필터 위에 평탄화층을 형성하는 단계, 상기 평탄화층 위에 네거티브 포토 레지스트 필름을 도포하는 단계, 상기 네거티브 포토 레지스트 필름을 노광하고 현상하여 네거티브 포토 레지스트 패턴을 형성하는 단계, 상기 네거티브 포토 레지스트 패턴이 형성된 평탄화층 위에 마이크로 렌즈용 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계 및, 리플로우 공정을 실시하여 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 소자 및 이의 제조 방법에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다. 첨부된 도면에 있어서, 제1 컬러필터, 제2 컬러필터, 제3 컬러필터 및 마이크로 렌즈 및 기타 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 본 발명에 있어서, 제1 컬러필터, 제2 컬러필터, 제3 컬러필터 및 마이크로 렌즈 및 기타 구조물들이 "상에", "상부에" 또는 "하부"에 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 제1 컬러필터, 제2 컬러필터, 제3 컬러필터 및 마이크로 렌즈 및 기타 구조물들이 직접 제1 컬러필터, 제2 컬러필터, 제3 컬러필터 및 마이크로 렌즈 및 기타 구조물들 위에 형성되거나 아래에 위치하는 것을 의미하거나, 다른 제1 컬러필터, 제2 컬러필터, 제3 컬러필터 및 마이크로 렌즈 및 기타 구조물들이 기판상에 추가로 형성될 수 있다. 또한, 제1 컬러필터, 제2 컬러필터, 제3 컬러필터 및 마이크로 렌즈들이, 예를 들어, "제1", "제2"," 제3" 등으로 언급되는 경우, 이는 이러한 부재들을 한정하기 위한 것이 아니라 단지 제1 컬러필터, 제2 컬러필터, 제3 컬러필터 및 마이크로 렌즈들을 구분하기 위한 것이다.
이미지 소자
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 이미지 소자를 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 이미지 소자(200)는 픽셀 어레이 기판(100), 제1 컬러필터(110), 제2 컬러필터(120), 제3 컬러필터(130), 평탄화층(140), 제1 내지 제3 마이크로 렌즈(142,144,146)들, 및 상기 제1 내지 제3 마이크로 렌즈들 사이에 채워진 네거티브 포토 레지스트 패턴(151)을 포함한다.
본 실시예에 의한 픽셀 어레이 기판(100)은 제1 내지 제3 컬러필터(110,120,130)들을 통해 입사된 빛을 감지하는 포토 다이오드(미도시) 및 상기 포토 다이오드에서 발생된 전하를 처리하는 트랜지스터(미도시)를 포함한다.
상기 제1 컬러필터(110)는 픽셀 어레이 기판(100) 상에 배치된다. 본 실시예에서, 제1 컬러필터(110)는, 예를 들어, 백색광을 필터링하여 적색광을 발생하는 적색 컬러필터일 수 있다.
상기 제2 컬러필터(120)는 제1 컬러필터(110)와 인접하게 배치된다. 본 실시예에서, 제2 컬러필터(120)는, 예를 들어, 백색광을 필터링하여 녹색광을 발생하는 녹색 컬러필터일 수 있다. 본 실시예에서, 제2 컬러필터(120)의 측면은 제1 컬러필 터(110)의 측면과 밀착된다.
상기 제3 컬러필터(120)는 제2 컬러필터(120) 또는 제1 컬러필터(110)와 인접하게 배치된다. 본 실시예에서, 제3 컬러필터(120)는, 예를 들어, 백색광을 필터링하여 청색광을 발생하는 청색 컬러필터일 수 있다. 본 실시예에서, 제3 컬러필터(120)의 측면은 제1 컬러필터(110) 및/또는 제2 컬러필터(120)의 측면과 밀착된다.
상기 평탄화층(140)은 상기 제1 내지 제3 컬러필터(110,120,130) 상에 배치되고, 상기 제1 내지 제3 컬러필터의 단차를 제거한다.
상기 제1 마이크로 렌즈(142)는 상기 제1 컬러필터(110) 상에 배치되고, 외부광을 집광하여 픽셀 어레이 기판(100)의 포토 다이오드로 제공한다.
상기 제2 마이크로 렌즈(144)는 상기 제2 컬러필터(120) 상에 배치되고, 외부광을 집광하여 픽셀 어레이 기판(100)의 포토 다이오드로 제공한다.
상기 제3 마이크로 렌즈(146)는 상기 제3 컬러필터(130) 상에 배치되고, 외부광을 집광하여 픽셀 어레이 기판(100)의 포토 다이오드로 제공한다.
또한, 상기 네거티브 포토 레지스트 패턴(151)의 폭은 2500 내지 3500Å이고, 대략 3000Å인 것이 적당하다. 상기 네거티브 포토 레지스트 패턴(151)은 상기 제1 내지 제3 마이크로 렌즈(142,144,146)들로 집광되지 않은 빛을 흡수하거나 반사하여 상기 렌즈들의 하부에 배치되는 포토 다이오드에 도달되지 않도록 한다.
이미지 소자의 제조 방법
도 3 내지 도 8은 본 발명의 이미지 소자 제조 방법의 공정 과정을 도시한 공정도이다.
먼저, 픽셀 어레이 기판(100)에 제1 내지 제3 컬러필터(110,120,130)들을 통해 입사된 빛을 감지하는 포토 다이오드(미도시) 및 상기 포토 다이오드에서 발생된 전하를 처리하는 트랜지스터(미도시)를 형성한다.
그 다음, 제1 컬러필터(110)를 픽셀 어레이 기판(100) 상에 형성하기 위해서, 감광물질 및 안료 또는 감광물질 및 염료를 포함하는 제1 컬러필터층(미도시)을 스핀 코팅 공정 등을 통해 픽셀 어레이 기판(100) 상에 형성한다. 이어서, 상기 제1 컬러필터층을 패턴 마스크에 의하여 노광한 후 현상액에 의하여 현상하여 픽셀 어레이 기판(100)상에 제1 컬러필터(110)를 형성한다.
그 다음, 상기 제1 컬러필터(110) 형성 방법과 같은 방법을 반복하여 제2 및 제3 컬러필터(120,130)를 형성한다. 상기 제1 내지 제3 컬러필터는 서로 인접하도록 형성할 수도 있고, 또는 일정 간격으로 이격되도록 형성할 수도 있다. 이때, 상기 제1 컬러필터가 블루컬러필터이면, 블루컬러필터층을 7000 내지 8000Å으로 도포하고, 제2 컬러필터가 레드 컬러필터이면 7000 내지 8000Å으로 도포하며, 제3 컬러필터가 그린 컬러필터이면 8000 내지 9000Å으로 도포한 후, 노광 및 현상한다.
그 다음, 도 3을 참조하면, 상기 제1 내지 제3 컬러필터(110,120,130) 상에 평탄화층(140)을 형성하여, 상기 제1 내지 제3 컬러필터에 형성된 단차를 제거하도록 한다. 이때, 상기 평탄화층(140)은 1.0 내지 1.5㎛의 두께로 도포하고 평탄화하 여 형성한다. 이어서, 상기 평탄화층(140) 상에 네거티브 포토 레지스트 필름(150)을 대략 2500 내지 3500Å의 두께로 도포하고, 마이크로 렌즈 마스크(M)로 노광하고 현상하여, 도 4에 도시된 바와 같은 네거티브 포토 레지스트 패턴(151)을 형성한다. 이때, 상기 네거티브 포토 레지스트 패턴(151)의 폭은 대략 2500 내지 3500Å으로 형성되도록 하며, 또는 대략 3000Å으로 형성되도록 한다.
그 다음, 도 5를 참조하면, 마이크로 렌즈용 포토 레지스트 필름(141)을 스핀 코팅 공정 등을 통해 네거티브 포토 레지스트 패턴(151)이 형성된 상기 평탄화층(140) 위에 형성한다. 이때, 상기 마이크로 렌즈용 포토 레지스트 필름(141)은 5000 내지 9000Å으로 형성한다.
그 다음, 도 6을 참조하면, 상기 마이크로 렌즈용 포토 레지스트(141)를 마이크로 렌즈 마스크(M)로 노광하고 현상하여, 도 7에 도시된 바와 같은 마이크로 렌즈용 포토 레지스트 패턴(141a)을 형성한다.
그 다음, 도 8을 참조하면, 포토 레지스트 리플로우 공정을 실시하여 제1 내지 제3 마이크로 렌즈(142,144,146)를 형성한다. 이때, 상기 포토 레지스트 리플로우 공정은 상기 마이크로 렌즈용 포토 레지스트 패턴(141a)을 160℃의 온도에서 5분 정도 베이크(bake)하고, 다시 200℃의 온도에서 5분 정도 베이크(bake)하면, 제1 내지 제3 마이크로 렌즈(142,144,146)가 형성되면서 먼저 형성된 상기 네커티브 포토 레지스트 패턴(151)과 견고하게 접촉하게 되어, 상기 제1 내지 제3 마이크로 렌즈 사이는 상기 네커티브 포토 레지스트 패턴으로 채워지게 된다.
이상과 같이 본 발명에 따른 이미지 소자 및 그 제조 방법을 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상 범위내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
상기한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 이미지 소자 및 그 제조 방법에 의하면,
네거티브 포토 레지스트를 사용하여 마이크로 렌즈들 사이를 채움으로써, 마이크로 렌즈 틈 사이로의 빛의 통과를 억제할 뿐만 아니라, 이미지 소자 제조 과정에서 마이크로 렌즈 리플로우시 인접 렌즈까지 리플로우 되는 것을 방지하여 이미지 소자의 전기적 특성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 픽셀 어레이 기판에 포토 다이오드 및 트랜지스터를 형성하는 단계;
    상기 픽셀 어레이 기판 위에 컬러필터를 형성하는 단계;
    상기 컬러필터 위에 평탄화층을 형성하는 단계;
    상기 평탄화층 위에 네거티브 포토 레지스트 필름을 도포하는 단계;
    상기 네거티브 포토 레지스트 필름을 제1 마스크로 노광하고 현상하여 네거티브 포토 레지스트 패턴들을 형성하는 단계;
    상기 네거티브 포토 레지스트 패턴들이 형성된 평탄화층 위에 마이크로 렌즈용 포토레지스트 필름을 형성하는 단계;
    상기 마이크로 렌즈용 포토레지스트 필름을 상기 제1 마스크로 노광하고 현상하여 상기 네거티브 포토 레지스트 패턴들 사이에 마이크로 렌즈용 포토 레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 마이크로 렌즈용 포토 레지스트 패턴에 대한 리플로우 공정을 실시하여 마이크로 렌즈를 형성하는 단계
    를 포함하는 이미지 소자 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 네거티브 포토 레지스트 필름을 도포하는 단계는 상기 네거티브 포토 레지스트 필름을 2500 내지 3500Å의 두께로 도포하는 이미지 소자 제조 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 네거티브 포토 레지스트 패턴을 형성하는 단계는 상기 네거티브 포토 레지스트 패턴의 폭을 2500 내지 3500Å으로 형성하는 이미지 소자 제조 방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 네거티브 포토 레지스트 패턴을 형성하는 단계는 상기 네거티브 포토 레지스트 패턴의 폭을 3000Å으로 형성하는 이미지 소자 제조 방법.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈용 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계는 마이크로 렌즈용 포토 레지스트 필름을 5000 내지 9000Å으로 형성한 후, 상기 마이크로 렌즈용 포토 레지스트 필름을 노광하고 현상하여 형성하는 이미지 소자 제조 방법.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 포토 레지스트 리플로우 공정은 상기 마이크로 렌즈용 포토 레지스트 패턴을 160℃의 온도에서 5분 베이크(bake)하고, 다시 200℃의 온도에서 5분 베이크(bake)하는 이미지 소자 제조 방법.
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