KR100821849B1 - 이미지 센서 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이미지 센서 및 그 제조 방법에 관한 것으로서,
다수개의 수광소자가 형성된 픽셀, 다수개의 금속배선, 다수개의 층간절연막을 구비한 반도체 기판 위에 패시베이션막을 형성하는 단계; 상기 패시베이션막 위에 칼라필터를 형성하는 단계; 상기 칼라필터 위에 평탄화막을 형성하는 단계; 상기 평탄화막 위에 저온 질화막을 형성하는 단계; 상기 저온 질화막 위에 상기 수광소자와 대응되는 위치에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 삼아 상기 저온 질화막을 식각하여 저온 질화막 패턴을 형성하는 단계; 및, 상기 포토레지스트 패턴과 상기 저온 질화막 패턴을 리플로우하여 질화막 렌즈를 구비한 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함한다.
Description
도 1은 외부 렌즈에서 이미지 센서 픽셀로의 광이 입사하는 경로의 개략도,
도 2 내지 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이미지 센서 제조 방법을 도시한 도,
도 7 내지 도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이미지 센서 제조 방법을 도시한 도이다.
본 발명은 이미지 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근 들어, 반도체 제조 기술의 개발에 따라 영상을 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자가 개발된 바 있다. 이미지 센서 소자는 영상을 전기적으로 변환시키는 대표적인 반도체 소자이다. 대표적인 이미지 센서 소자로는 CCD(Charge Coupled Device) 소자 및 CMOS 이미지 소자를 들 수 있다. CCD 소자는 복수개의 MOS 커패시 터를 포함하며, MOS 커패시터는 광에 의하여 생성된 캐리어를 이동시킴으로써 동작된다. 한편, CMOS 이미지 소자는 다수의 단위 픽셀 및 단위 픽셀의 출력 신호를 제어하는 CMOS 로직 회로를 포함한다.
이러한 이미지 센서 소자는 그 제작 공정이 완료된 후, 패키지 공정 등을 거치고 그 상부에 외부렌즈가 부착되게 된다.
도 1을 참조하면, 외부렌즈(3)로부터 입사된 빛은 이미지 센서의 픽셀 가운데 부분에 상이 맺히는 데 전혀 문제가 없으나, 이미지 센서의 픽셀 에지 부분으로 갈수록 마이크로렌즈(1)를 통해 포토다이오드(2)로 입사되는 빛의 양은 감소하게 된다.
단위 픽셀에 입사된 빛의 양이 달라지게 되면, 발생되는 전자의 갯수도 달라지게 되어 원래의 이미지는 같은 색상을 가진다 할지라도, 이미지 센서 소자의 중앙부에 입사되는 이미지의 색상과 에지 부분에 입사되는 이미지의 색상이 다른 색상으로 디스플레이(display)되게 된다. 이러한 현상으로 인해 이미지 센서의 신뢰성에 심각한 문제가 발생하게 된다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 이미지 센서의 픽셀 에지 부분에 굴절률이 큰 물질인 질화막을 형성하여, 픽셀 전체적으로 균일한 광이 입사될 수 있도록 함으로써, 이미지 센서의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이미지 센서 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 이미지 센서 제조 방법은,
다수개의 수광소자가 형성된 픽셀, 다수개의 금속배선, 다수개의 층간절연막을 구비한 반도체 기판 위에 패시베이션막을 형성하는 단계; 상기 패시베이션막 위에 칼라필터를 형성하는 단계; 상기 칼라필터 위에 평탄화막을 형성하는 단계; 상기 평탄화막 위에 저온 질화막을 형성하는 단계; 상기 저온 질화막 위에 상기 수광소자와 대응되는 위치에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 삼아 상기 저온 질화막을 식각하여 저온 질화막 패턴을 형성하는 단계; 및, 상기 포토레지스트 패턴과 상기 저온 질화막 패턴을 리플로우하여 질화막 렌즈를 구비한 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 이미지 센서는,
다수개의 수광소자가 형성된 픽셀, 다수개의 금속배선, 다수개의 층간절연막을 구비한 반도체 기판; 상기 반도체 기판 위에 형성된 패시베이션막; 상기 패시베이션막 위에 형성된 칼라필터; 상기 칼라필터 위에 형성된 평탄화막; 및, 상기 평탄화막 위에 형성된 질화막 렌즈를 구비한 마이크로 렌즈를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on/above/over/upper)"에 또는 "아래(down/below/under/lower)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 그 의미는 각 층(막), 영역, 패드, 패턴 또는 구조물들이 직접 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들에 접촉되어 형성되는 경우로 해석될 수도 있으며, 다른 층(막), 다른 영역, 다른 패드, 다른 패턴 또는 다른 구조물들이 그 사이에 추가적으로 형성되는 경우로 해석될 수도 있다. 따라서, 그 의미는 발명의 기술적 사상에 의하여 판단되어야 한다.
도 2 내지 도6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이미지 센서 제조 방법을 도시한 도면으로서 이를 참조하여 설명한다.
본 발명의 제조 방법은 칼라필터 위에 평탄화막을 형성하는 단계까지는 종래의 기술과 유사하다. 즉, 도 2를 참조하면, 반도체 기판(10) 위에 반도체 소자 간의 전기적인 절연을 위하여 소자 분리 영역(미도시)을 형성한 후, 폴리실리콘과 실리사이드막을 순차적으로 형성하고, 이를 패터닝하여 게이트 전극(11)을 형성한다.
그 다음, 적절한 이온 주입 공정을 진행하여 포토다이오드(12)로 구성된 수광영역을 형성하고, 트랜지스터의 소스/드레인 영역 및 센싱 노드를 형성하기 위한 이온주입을 실시한다.
그 다음, 그 결과물 위에 층간 절연막과 금속 배선을 순차적으로 형성한다. 도 2에서는 금속 배선이 2개인 경우를 예시한 것으로, 제1 금속 배선(21)을 포함한 제1 층간 절연막(20)을 형성한다. 다시 제1 층간 절연막(20) 위에 제2 금속 배선(31)을 포함한 제2 층간 절연막(30)을 형성한다.
그 다음, 도 3을 참조하면, 상기 제2 층간 절연막(30) 위에 피이-테오스(PE-TEOS)막(41)을 증착한 후, 상기 PE-TEOS막(41) 위에 PE-Nitride막(42)을 증착하여 패시베이션막(40)을 형성한다. 이때, 상기 PE-TEOS(41)는 500 내지 2,000Å으로 증착하고, 상기 PE-Nitride(42)는 1,000 내지 10,000Å으로 증착한다. 이어서, 상기 패시베이션막(40) 위에 칼라필터(51)를 형성한 후, 유기 물질의 평탄화막(50)을 1,000 내지 10,000Å 두께로 형성하고, 상기 평탄화막(50) 위에 200℃ 이하의 저온 질화막(60)을 1,000 내지 10,000Å 두께로 형성한다.
그 다음, 도 4를 참조하면, 상기 저온 질화막(60) 위에 포토레지스트 필름을 도포하고, 이를 노광, 현상하여 수광소자와 대응되는 위치에 포토레지스트 패턴(P1)을 형성한다.
그 다음, 도 5를 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(P1)을 마스크로 삼아 상기 저온 질화막(60)을 건식 식각하여 저온 질화막 패턴(61)을 형성한다. 이때, CxHyFz(x,y,z는 0과 자연수이다.) 계열의 식각 가스와 아르곤(Ar), 헬륨(He), 산소(O2), 질소(N2) 등의 불활성 기체 중 적어도 어느 하나의 기체를 사용한다.
그 다음, 도 6을 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(P1)과 상기 저온 질화막 패턴(61)에 대해 리플로우(reflow) 공정을 실시하여 질화막 렌즈(62)를 구비한 마 이크로 렌즈(70)를 형성한다.
도 7 내지 도 10은 본 발명의 제2 실시예에 의한 이미지 센서 제조 방법을 도시한 공정도이다. 본 발명의 제2 실시예에 의한 이미지 센서 제조 방법은 도 2 및 도 3을 참조하여 저온 질화막을 형성하는 단계까지는 앞서 설명한 제1 실시예와 실질적으로 동일하다. 따라서, 앞서 설명한 제1 실시예와 실질적으로 동일한 구성요소에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하며, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 명칭 및 동일한 참조부호를 부여하기로 한다.
먼저, 제1 실시예의 도 3의 단계까지를 수행하면, 평탄화막(50) 위에 200℃ 이하의 저온 질화막(60)을 1,000 내지 10,000Å 두께로 형성하게 된다.
그 다음, 도 7을 참조하면, 상기 저온 질화막 위에 포토레지스트 필름을 도포하고, 이를 노광, 현상하여 픽셀의 중앙 부분에 있는 저온 질화막은 노출시키고, 픽셀의 에지(edge) 부분에 있는 저온 질화막은 덮는 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성한 후, 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 삼아 상기 저온 질화막을 식각하여, 픽셀의 에지 부분에만 저온 질화막(63)이 남도록 한다.
그 다음, 도 8 및 도 9를 참조하면, 상기 기판 전면에 포토레지스트 필름(P)을 도포하고, 마이크로 렌즈용 레티클(미도시)을 사용하여 상기 포토레지스트 필름(P)을 노광하고, 현상한다. 그 결과, 픽셀의 에지 부분에는 저온 질화막 패턴(64) 및 포토레지스트 패턴(P2)의 적층구조가 형성되고, 픽셀의 중앙 부분에는 포토레지스트 패턴(P2)만이 형성된다.
그 다음, 도 10을 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(P2)과 상기 저온 질화막 패턴(64)에 대해 리플로우(reflow) 공정을 실시하여 픽셀의 에지 부분에만 질화막 렌즈(65)를 구비한 마이크로 렌즈(71)를 형성한다.
본 발명에 따른 이미지 센서는, 도 6을 참조하면, 반도체 기판(10)은 다수개의 수광소자가 형성된 픽셀, 다수개의 금속배선(21,31), 다수개의 층간절연막(20,30)을 구비한다. 그리고, 상기 반도체 기판 위에는 패시베이션막(40)이 형성된다.
상기 패시베이션막(40)은 순차적으로 적층된 피이-테오스(PE-TEOS)막(41)과 피이-나이트라이드막(PE-Nitride)(42)으로 형성된다. 이때, 상기 피이-테오스(PE-TEOS)막(41)은 500 내지 2,000Å이고, 상기 피이-나이트라이드막(PE-Nitride)(42)은 1,000 내지 10,000Å이다.
상기 패시베이션막(40) 위에는 칼라필터(51)가 형성된다. 상기 칼라필터는 감광물질 및 안료 또는 감광물질 및 염료를 포함하는, 레드(R), 그린(G), 블루(B)의 칼라필터이다.
상기 칼라필터(51) 위에는 평탄화막(50)이 형성된다. 이때, 상기 평탄화막(50)은 1,000 내지 10,000Å의 두께로 형성된다.
상기 평탄화막(50) 위에는 질화막 렌즈(62)를 구비한 마이크로 렌즈(70)가 형성된다. 상기 마이크로 렌즈(70)는, 상부는 포토레지스트로 이루어진 렌즈이고, 하부는 질화막으로 이루어진 볼록렌즈이다. 이때, 상기 질화막은 1 내지 200℃의 저온 질화막으로 형성된다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 마이크로 렌즈는, 도 10을 참조하면, 픽셀의 에지 부분에만 질화막 렌즈(65)를 구비한 마이크로 렌즈(71)가 형성된다.
이상과 같이 본 발명에 따른 이미지 센서 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 센서 및 그 제조 방법에 의하면,
이미지 센서의 픽셀 에지 부분에 굴절률이 큰 물질인 질화막을 형성하여, 픽셀 전체적으로 균일한 광이 입사될 수 있도록 함으로써, 이미지 센서의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
Claims (13)
- 다수개의 수광소자가 형성된 픽셀, 다수개의 금속배선, 다수개의 층간절연막을 구비한 반도체 기판 위에 패시베이션막을 형성하는 단계;상기 패시베이션막 위에 칼라필터를 형성하는 단계;상기 칼라필터 위에 평탄화막을 형성하는 단계;상기 평탄화막 위에 저온 질화막을 형성하는 단계;상기 저온 질화막 위에 상기 수광소자와 대응되는 위치에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 삼아 상기 저온 질화막을 식각하여 저온 질화막 패턴을 형성하는 단계; 및,상기 포토레지스트 패턴과 상기 저온 질화막 패턴을 리플로우하여 질화막 렌즈를 구비한 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 패시베이션막을 형성하는 단계는 피이-테오스(PE-TEOS)막을 증착한 후, 상기 피이-테오스(PE-TEOS)막 위에 피이-나이트라이드(PE-Nitride)막을 증착하여 패시베이션막을 형성하는 이미지 센서 제조 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 피이-테오스(PE-TEOS)막은 500 내지 2,000Å으로 증착하고, 상기 피이-나이트라이드막(PE-Nitride)은 1,000 내지 10,000Å으로 증착하는 이미지 센서 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 평탄화막을 1,000 내지 10,000Å으로 형성하는 이미지 센서 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 저온 질화막은 1 내지 200℃ 온도의 저온 질화막인 이미지 센서 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 평탄화막 위에 저온 질화막을 형성하는 단계는,상기 픽셀의 에지 부분 위에 포토레지스트 패턴을 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 삼아 식각하여 상기 픽셀의 에지 부분 위에만 저온 질화막을 형성하는 이미지 센서 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 저온 질화막을 식각하여 저온 질화막 패턴을 형성하는 단계는 CxHyFz 계열의 식각 가스와 아르곤(Ar), 헬륨(He), 산소(O2), 질소(N2) 중 적어도 어느 하나의 가스를 사용하는 이미지 센서 제조 방법.
- 다수개의 수광소자가 형성된 픽셀, 다수개의 금속배선, 다수개의 층간절연막을 구비한 반도체 기판;상기 반도체 기판 위에 형성된 패시베이션막;상기 패시베이션막 위에 형성된 칼라필터;상기 칼라필터 위에 형성된 평탄화막; 및,상기 평탄화막 위에 형성된 질화막 렌즈를 구비한 마이크로 렌즈를 포함하고,상기 질화막 렌즈를 구비한 마이크로 렌즈는,상부는 포토레지스트로 이루어진 렌즈이고, 하부는 질화막으로 이루어진 볼록렌즈인 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 8 항에 있어서,상기 패시베이션막은 순차적으로 적층된 피이-테오스(PE-TEOS)막과 피이-나이트라이드막(PE-Nitride)으로 형성된 이미지 센서.
- 제 9 항에 있어서,상기 피이-테오스(PE-TEOS)막은 500 내지 2,000Å이고, 상기 피이-나이트라이드막(PE-Nitride)은 1,000 내지 10,000Å인 이미지 센서.
- 제 8 항에 있어서,상기 평탄화막은 1,000 내지 10,000Å인 이미지 센서.
- 삭제
- 제 8 항에 있어서,상기 질화막 렌즈를 구비한 마이크로 렌즈에서 상기 질화막은 1 내지 200℃의 저온 질화막으로 형성된 이미지 센서.
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