KR100834247B1 - 씨모스이미지센서의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 씨모스이미지센서의 제조 방법에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 나노 캡슐 컬러필터를 한번에 도포하여 일정한 두께의 컬러필터 층을 형성할 수 있으므로, 컬러필터 상에 오버코팅막 없이 마이크로렌즈를 형성하게 되어, 빛의 투과율을 높일수 있고, 불필요한 공정을 줄일수 있는 효과를 갖는 씨모스이미지센서의 제조 방법를 제공하는 것이다.
이를 위해 본 발명은 포토다이오드가 형성된 반도체 기판 상에 층간절연막을 형성하는 단계와 층간절연막의 표면상에 금속배선을 형성하는 단계와 금속배선 상에 보호막을 형성하는 단계와 보호막의 상에 나노 캡슐 컬러필터을 도포하는 단계와 나노 캡슐 컬러필터에 에너지를 가해 컬러 필터가 형성되는 및 컬러필터 상에 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 씨모스이미지센서의 제조 방법를 개시한다.
마이크로렌즈, 씨모스이미지센서, 컬러필터, 나노 캡슐
Description
도 1은 종래기술에 따른 씨모스 이미지센서(CIS)의 제조 방법을 개략적으로 도시한 공정 단면도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 씨모스 이미지센서의 제조 방법을 도시한 공정 단면도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
21 : 반도체 기판 22 : 필드산화막
23 : 포토다이오드 24 : 층간절연막
25 : 금속배선 26 : 보호막
27a : 나노 캡슐 컬러필터 27b : 컬러필터
28 : 마이크로렌즈
본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로, 특히 씨모스이미지센서(CMOS Image Sensor; CIS) 의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지센서는 광학 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체장치로서, 전하결합소자(Charge Coupled Device; CCD)는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 캐패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, 씨모스이미지센서(CIS)는 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소(pixel)수 만큼 MOS 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 순차적으로 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.
이러한 이미지센서는 외부로부터의 빛을 받아 광전하를 생성 및 축적하는 광감지부분 상부에 컬러 필터가 배열되어 있으며, 컬러필터어레이(Color Filter Array; CFA)는 레드(Red), 그린(Green) 및 블루(Blue)의 3가지 컬러로 이루어질수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 씨모스이미지센서(CIS)의 제조 방법을 개략적으로 도시한 공정 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(11) 상에 제어와 신호처리를 위한 회로 및 포토다이오드 구동을 위한 트랜지스터 등의 관련소자(도시 생략)를 형성한다. 여기서, 포토다이오드(13)만 도시하기로 하며, 포토다이오드(13) 형성전에 소자간 분리를 위한 필드산화막(12)을 형성해준다. 다음으로, 반도체 기판(11) 상부에 층간절연막(14)을 형성한 후, 층간절연막(14) 상에 금속배선(15)을 형성한다. 이때, 금속배선(15)은 다층 구조로 형성하는데, 여기서는 최종 상부의 금속배선으로 도시한다. 다음으로, 금속배선(15)이 완료된 반도체 기판(11) 의 전면에 보호막(16)을 형성한 후 평탄화시킨다. 이어서, 보호막(16) 상에 컬러이미지구현을 위한 3가지 색의 컬러필터(17, RGB)를 형성하는 컬러필터어레이(Color Filter Array; CFA) 공정을 진행한다. 이때, 컬러필터(17, RGB)는 감광막으로 형성한다. 다음으로, 컬러필터(17, RGB) 상부에 마이크로렌즈의 균일한 형성을 위해 평탄화 특성이 우수한 오버코팅막(Over Coating Layer; OCL)(18)을 형성한다. 여기서, 오버코팅막(18)은 감광막의 일종이다. 이어서, 오버코팅막(18) 상에 각 컬러필터에 상응하는 마이크로렌즈(19)를 형성한다. 이때, 마이크로렌즈(19)는 감광막으로 형성한다.
그러나, 종래기술은 감광막을 이용하여 레드(R), 그린(G), 블루(B)의 컬러필터(17, RGB)를 연속적으로 형성하는 과정에서 각각의 컬러필터(17, RGB)는 각각의 마스크를 이용하여 각각 구성 되므로, 표면에 각 컬러필터(17, RGB) 사이의 단차가 발생한다. 이런 컬러필터를 평탄화하기 위해 오버코팅막(18)을 추가로 형성해야 하기 때문에 추가적인 오버코팅막(18)의 형성 및 패터닝 공정이 요구되는 등 공정이 매우 복잡하다.
또한, 종래기술은 3가지 색의 컬러필터(17, RGB)와 컬러필터 상부에 형성되는 오버코팅막(18), 그리고 마이크로렌즈(19)가 모두 감광막을 사용하고 있으므로 빛이 마이크로렌즈(19)를 지나서 포토다이오드(13)까지 입사하는 과정에서 투과율이 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적 은 나노 캡슐 컬러필터를 도포하여 일정한 두께의 컬러필터 층을 형성할 수 있으므로, 컬러필터 상에 오버코팅막 없이 마이크로렌즈를 형성하게 되어, 빛의 투과율을 높일수 있고, 불필요한 공정을 줄일 수 있는 씨모스이미지센서의 제조 방법를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 씨모스이미지센서의 제조 방법은 포토다이오드가 형성된 반도체 기판 상에 층간절연막을 형성하는 단계와 상기 층간절연막의 표면 상에 금속배선을 형성하는 단계와 상기 금속배선 상에 보호막을 형성하는 단계와 상기 보호막의 상에 나노 캡슐 컬러필터을 도포하는 단계와 상기 나노 캡슐 컬러필터에 에너지를 가해 컬러 필터가 형성되는 단계 및 상기 컬러필터 상에 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 하여 본 발명에 의한 씨모스이미지센서의 제조 방법은 나노 캡슐 컬러필터를 한번에 도포하여 일정한 두께의 컬러필터 층을 형성할수 있으므로, 컬러필터 상에 오버코팅막 없이 마이크로렌즈를 형성하게되어, 빛의 투과율을 높일수 있고, 불필요한 공정을 줄일수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2을 참조하면, 본 발명에 따른 씨모스이미지센서 및 그의 제조 방법가 도시되어 있다.
도 2에서 도시된 바와 같이 씨모스이미지센서 및 그의 제조 방법는 반도체 기판(21) 상에 제어와 신호처리를 위한 회로 및 포토다이오드 구동을 위한 트랜지스터 등의 관련소자(도시 생략)를 형성한다. 여기서, 포토다이오드(23)만 도시하기로 하며, 포토다이오드(23) 형성전에 소자간 분리를 위한 필드산화막(22)을 형성해준다. 다음으로, 반도체 기판(21) 상부에 층간절연막(24)을 형성한 후, 층간절연막(24) 상에 금속배선(25)을 형성한다. 이때, 금속배선(25)은 다층 구조로 형성하는데, 여기서는 최종 상부의 금속배선으로 도시한다. 다음으로, 금속배선(25)이 완료된 반도체 기판(21)의 전면에 보호막(26)을 형성한후 평탄화시킨다. 이어서, 보호막(26) 상에 컬러필터(27b, RGB)를 형성하는 컬러필터어레이(Color Filter Array; CFA) 공정을 진행한다. 이때, 나노 캡슐 컬러필터는 적색(R),녹색(G),청색(B)의 색소를 광분해성 폴리머인 나노 캡슐 형태로 제조하여 고분자 재료와 혼합하여 한번에 도포하여 나노 캡슐 형태의 나노 캡슐 컬러필터층(27a)을 형성한다. 여기서, 나노 캡슐의 크기는 10~100nm가 적당한데, 이것은 10nm 이하이면, 분해시 나노 캡슐 컬러필터층(27a)을 형성하기 위한 색소가 부족할수 있고, 컬러필터층(27b)의 두께를 0.5~1㎛정도로 사용하게 되므로 100nm 이하가 되어야 한다. 컬러필터는 마이크로 렌즈 아래쪽에 위치하고, 컬러필터의 두께는 초점을 맞추는 거리에 영향을 미치므로 0.5~1㎛로 사용한다. 그리고, 컬러필터 한번에 도포하므로 나노 캡슐 컬러필터층(27a)의 두께는 일정하다.
여기에 격자모양의 적색, 녹색, 청색의 컬러 마스크를 이용하여 빛을 가령 백색광을 조사하면, 마스크를 통과한 빛의 파장이 각각 달라지게 되고, 이 파장이 고분자 재료에 전달하게 된다. 이때, 각 파장에 맞는 나노 캡슐이 분해되어 컬러 필터(27b)를 형성하게 된다. 여기서, 나노 캡슐의 재질은 일종의 광분해성 폴리머로, 에너지에 의하여 분자사슬이 끊어지고 물성 저하를 유발하여 분해가 된다. 그리고, 한장의 컬러 마스크를 이용하여 빛을 조사하여 컬러층을 형성하므로, 세장의 마스크를 이용하여 컬러필터층을 형성한 경우에 비해 공정을 간단하게 할 수 있다.
다음으로, 컬러필터(27b) 상에 각 컬러필터에 상응하는 마이크로렌즈(28)를 형성한다. 이때, 마이크로렌즈(28)는 감광막으로 형성한다. 여기서 오버코팅막을 형성할 필요가 없으므로 공정을 간단하게 할수 있고, 포토다이오드(23)와 마이크로렌즈(28) 사이에 빛의 투과율을 높일 수가 있다.
본 발명의 다른 실시예로서, 나노 캡슐 컬러필터층(27a)을 도포한 뒤에 세 개의 노광용 포토 마스크를 이용하여 각각의 컬러마다 한번씩 노광하여 화소를 형성하는 방법도 사용될 수 있다.
이 경우, 3가지 색을 함께 가져 해당 영역마다 다른 색의 광선을 투과시키는 컬러 마스크를 사용하는 대신에 하나의 색에 해당하는 영역을 열어주는 포토 마스크를 컬러 필터층 위에 설치하고, 해당 컬러의 광원을 이용하여 노광을 실시한다.따라서, 포토 마스크 자체가 컬러 필터층을 가질 필요는 없으며 해당 영역을 노출시키는 형태만 가지면 충분하게 된다. 동일한 방법으로 서로 다른 화소에 해당하는 세 개의 포토 마스크를 이용하여 차례로 노광을 실시할 수 있다. 세번의 노광을 실시한다는 점에서 번거로울 수 있으나, 하나의 포토 마스크로 3 컬러를 한번에 노광하는 것에 비해 포토 마스크 형성의 부담이 크게 없고, 각 컬러별로 노광의 세기를 조절할 수 있다는 점에서 이점이 있다.
한편, 마이크로 캡슐의 분해를 위해 노광 공정에 사용되는 빛은 반드시 R.G.B가 될 필요는 없다. 즉, R G B의 색채보다는 각 색소를 감싸는 색채별 마이크로 캡슐의 성분을 분해시킬 수 있는 빛을 광원으로 사용하는 것이 필요하다.
각각의 노광 공정이 이루어질 때는 각 노광 공정에 이용되는 빛의 특정 파장이 고분자 재료에 전달하게 된다. 이때, 각 파장에 맞는 나노 캡슐이 분해되어 컬러 필터(27b)를 형성하게 된다. 여기서, 나노 캡슐의 재질은 일종의 광분해성 폴리머로, 에너지에 의하여 분자사슬이 끊어지고 물성 저하를 유발하여 분해가 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 씨모스이미지센서 제조 방법는 나노 캡슐 컬러필터를 한번에 도포하여 일정한 두께의 컬러필터 층을 형성할 수 있으므로, 컬러필터 상에 오버코팅막 없이 마이크로렌즈를 형성하게되어, 빛의 투과율을 높일수 있고, 불필요한 공정을 줄일수 있는 효과를 갖는다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 씨모스이미지센서 및 그의 제조 방법를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
Claims (5)
- 포토다이오드가 형성된 반도체 기판 상에 층간절연막을 형성하는 단계;상기 층간절연막의 표면 상에 금속배선을 형성하는 단계;상기 금속배선 상에 보호막을 형성하는 단계;상기 보호막의 상에 나노 캡슐 컬러필터층을 도포하는 단계;상기 나노 캡슐 컬러필터층에 각 컬러가 형성될 영역별로 다른 파장의 빛을 가해 컬러 필터가 형성되는 단계; 및상기 컬러필터 상에 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 씨모스이미지센서 제조 방법.
- 청구항 1 항에 있어서,상기 나노 캡슐을 도포하는 단계는 적색, 녹색, 청색 색소를 나노 캡슐 형태로 제조하여 고분자 재료와 혼합한 혼합물을 도포하는 것을 특징으로 하는 씨모스이미지센서 제조 방법.
- 청구항 1 항에 있어서,상기 나노 캡슐은 광분해성 폴리머로 적색, 녹색, 청색에 캡슐을 분해 시키는 주파수를 가진 빛을 가하면, 각 파장에 맞는 나노 캡슐이 분해되어 적색, 녹색, 청색의 컬러 필터를 형성하는 것을 특징으로 하는 씨모스이미지센서 제조 방법.
- 청구항 1 항에 있어서,상기 나노 캡슐 컬러필터층에 각 컬러가 형성될 영역별로 다른 파장의 빛을 가해 컬러 필터가 형성되는 단계에서는각 컬러가 형성될 영역별로 별도의 포토 마스크 및 별도의 주파수의 빛을 내는 광원을 이용하여 순차적으로 노광을 실시하는 것을 특징으로 하는 씨모스이미지센서 제조 방법.
- 청구항 1 항에 있어서,상기 나노 캡슐 컬러필터층에 각 컬러가 형성될 영역별로 다른 파장의 빛을 가해 컬러 필터가 형성되는 단계에서는각 컬러가 형성될 영역별로 서로 다른 주파수의 빛을 통과시키는 필터가 형성된 하나의 포토 마스크 및 하나의 광원을 이용하여 한번에 노광을 실시하는 것을 특징으로 하는 씨모스이미지센서 제조 방법.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20120417 Year of fee payment: 5 |
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| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |