KR100902597B1 - 씨모스 이미지 센서 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 씨모스 이미지 센서에 있어서, 특히 BCF(blue color filter) peeling 현상 방지하고, 이미지 특성 개선하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서 제조 방법은, 포토다이오드(photo diode)를 구비하는 기판상에 다수의 금속배선이 구비된 절연층, 패시베이션층 (passivation layer)을 차례로 형성하는 단계, 상기 패시베이션층 전면 상에 포지티브(positive)형 청색컬러필터(Blue Color Filter)용 레지스트(resist)를 도포한 후, 사진공정을 거쳐 청색컬러필터를 형성하는 단계, 상기 청색컬러필터를 포함하는 패시베이션층 전면 상에 네거티브(negative)형 녹색컬러필터(Green Color Filter)용 레지스트를 도포한 후, 사진공정을 거쳐 녹색컬러필터를 형성하는 단계, 상기 청색 및 녹색 컬러필터를 포함하는 패시베이션층 전면 상에 네거티브형 적색컬러필터(Red Color Filter)용 레지스트를 도포한 후, 사진공정을 거쳐 적색컬러필터를 형성하는 단계 및 상기 청색, 녹색 및 적색 컬러필터 상에 평탄화층 및 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.
포토 리소그래피, 사진 식각 공정, 컬러필터, 씨모스 이미지 센서
Description
본 발명은 이미지 센서에 있어서, 특히 씨모스 이미지 센서의 컬러필터 형성 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지 센서는 광학 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 장치로서, 전하결합소자(Charge Coupled Device; CCD)는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 캐패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, CMOS 이미지 센서는 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.
상기 이미지 센서에 적용되는 컬러 필터 어레이 공정(color filter array process)은 CMOS 또는 CCD 기판 위에 청색, 녹색 및 적색을 포함하는 3색의 컬러필터를 배열함으로써, 컬러 이미지를 구현하는 기술이다. 이때, 상기 3색의 컬러필터 배열을 형성하기 위해서는 3번의 사진공정 즉, 리소그래피 공정이 적용된다. 그리 고, 상기 3색의 컬러필터를 형성하기 위한 레지스트는 네거티브형 레지스트이다.
그러나, 상술한 바와 같이, 블루, 그린 및 레드 픽셀에 해당하는 제1 내지 제3 트렌치에서 각 트렌치의 깊이를 서로 다르게 하는 이유는 광의 파장에 따라 침투깊이가 다르기 때문이다.
일반적으로, 컬러 필터의 두께는 개별 디바이스 특성에 의해 요구된다. 이미지 센서가 충분한 색도를 가지기 위해서는 충분한 두께의 컬러 필터를 형성해야 한다. 만약, 컬러필터의 두께가 두꺼워지면 노광 빛이 레지스트 바닥 부분까지 충분히 도달하지 못하게 되므로 안정적인 패터닝 공정을 진행하지 못하게 된다.
따라서, 컬러 필터의 두께가 두꺼워져서 레지스트 바닥부분에 노광빛이 충분히 도달하지 못하게 되면, 패턴 리프팅이 발생하게 되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기한 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 컬러필터 형성시 발생하는 청색컬러필터(blue color filter: BCF) 패턴의 필링(peeling) 현상을 방지하는 씨모스 이미지 센서 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한, 블루 컬러 필터의 패턴 영역을 넓힘으로써, 이미지 센서의 특성을 향상시키는 씨모스 이미지 센서 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시 예에 따른 씨모스 이미지 센서 제조 방법의 일 특징은, 포토다이오드(photo diode)를 구비하는 기판상에 다수의 금속배선이 구비된 절연층, 패시베이션층(passivation layer)을 차례로 형성하는 단계, 상기 패시베이션층 전면 상에 포지티브(positive)형 청색컬러필터 (Blue Color Filter)용 레지스트(resist)를 도포한 후, 사진공정을 거쳐 청색컬러필터를 형성하는 단계, 상기 청색컬러필터를 포함하는 패시베이션층 전면 상에 네거티브(negative)형 녹색컬러필터(Green Color Filter)용 레지스트를 도포한 후, 사진공정을 거쳐 녹색컬러필터를 형성하는 단계, 상기 청색 및 녹색 컬러필터를 포함하는 패시베이션층 전면 상에 네거티브형 적색컬러필터(Red Color Filter)용 레지스트를 도포한 후, 사진공정을 거쳐 적색컬러필터를 형성하는 단계 및 상기 청색, 녹색 및 적색 컬러필터 상에 평탄화층 및 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것이다.
보다 바람직하게, 상기 절연층은 USG(Undoped Silicate Glass)막 또는 FUSG(Fluorine doped Silicate Glass)막 중 어느 하나이다.
보다 바람직하게, 상기 절연층은 내부에 구비된 금속배선은 이미지 센서 구동을 위한 금속배선 및 논리회로를 구동하기 위한 금속배선을 포함한다.
보다 바람직하게, 상기 패시베이션층은 PECVD(Plasma-enhanced chemical vapor deposition) 방식으로 증착된 실리콘 질화막이다.
보다 바람직하게, 상기 패시베이션층을 형성한 후, 어닐링(anealing) 공정을 실시하는 단계를 더 포함한다.
보다 바람직하게, 상기 사진공정을 위한 노광은 365nm 파장의 i-line을 사용해 이루어진다.
보다 바람직하게, 상기 사진공정을 위한 노광 마스크로 레티클(reticle)을 사용한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 컬러 필터 형성 방법은, 컬러필터를 형성하기 위한 사진공정에서 네거티브 및 포지티브 레지스트를 혼용함으로써, 청색컬러필터(Blue Color Filter: BCF)의 필링(peeling) 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 기존에 청색컬러필터의 필링(peeling) 현상을 방지하기 위해 추가적으로 진행하던 TR treatment 공정이 감소됨에 따라, 반도체 제조 공정 및 제조 단가를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 하단부가 넓게 형성된 BCF의 빛 흡수율이 증가하고, 이에 따라, 이미지 센서의 감도 및 이미지 특성을 개선할 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예의 구성과 그 작용을 설명하며, 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.
도 1a 내지 도 1b는 색상에 따른 광흡수율과 광투과율을 나타낸 그래프이다.본 발명에서는 레지스트 노광시, 365nm 파장의 i-line을 사용한다.
먼저, 도 1은 색상에 따른 레지스트의 광흡수율을 나타낸 그래프로서, 350nm에 해당하는 청색에서의 i-line 흡수율이 현저히 높음을 알 수 있다.
그리고, 도 2는 컬러필터 색상에 따른 레지스트의 광투과율을 나타낸 그래프로서, 적색에서의 i-line 투과율이 현저히 높음을 알 수 있다.
도 2a 내지 2c는 종래기술에 따른 컬러필터 색상에 따른 레지스트의 사진공정 수행결과를 나타내는 사진이다.
도 2a는 적색컬러필터용 레지스트의 사진공정 수행결과이고, 도 2b는 녹색컬러필터용 레지스트의 사진공정 수행결과이고, 도 2c는 청색컬러필터용 레지스트의 사진공정 수행결과이다.
상기 적색컬러필터용 레지스트의 경우, 광흡수율이 낮고, 광투과율이 높으므로, 사진공정 수행결과, 도 2a와 같이, 하단부가 상단부보다 넓은 형태가 된다. 그 리고, 상기 청색컬러필터용 레지스트의 경우, 광투과율이 낮고, 광흡수율이 높으므로, 사진공정 수행결과 광이 상기 레지스트의 하단부까지 미치지 못한다. 따라서, 도 2c와 같이, 레지스트의 하단부가 상단부보다 좁은 형태로 형성된다. 또한, 녹색컬러필터용 레지스트의 경우, 도 2b와 같이, 상단부와 하단부의 넓이가 거의 같게 형성된다. 따라서, 빛의 파장에 따라, 상기 레지스트가 전혀 다르게 형성됨을 알 수 있다.
도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 일실시 예에 따른 씨모스 이미지 센서 제조 방법을 도시한 단면도이다.
우선, 도 3a에 도시된 바와 같이, 포토다이오드(photo diode; 12)가 구비된 기판(10)상에 다수의 금속배선(21,22,23)이 구비된 절연층(20) 및 패시베이션층(30)을 형성하고, 상기 패시베이션층(40) 상에 청색컬러필터용 레지스트(51)를 도포한 후, 제1레티클(A1)을 이용하여 노광을 실시한다.
이때, 상기 절연층(20)은 USG(Undoped Silicate Glass)막 또는 FUSG (Fluorine doped Silicate Glass)막 중 어느 하나를 사용하고, 상기 절연층(20)은 내부에 구비된 금속배선은 이미지 센서 구동을 위한 금속배선 및 논리회로를 구동하기 위한 금속배선 등을 포함한다.
그리고, 상기 패시베이션층(40)은 PECVD(Plasma-enhanced chemical vapor deposition) 방식으로 증착된 실리콘 질화막인 것으로서, 상기 질화막을 증착한 후, 상기 질화막을 경화하기 위해 어닐링(anealing) 공정을 실시한다.
그리고, 상기 청색컬러필터용 레지스트(51)는 포지티브(positive)형으로서, 기존에 사용하던 네거티브(negative)형 레지스트와 반대되는 특성을 갖는다.
상기 노광이 이루어진 포지티브형 청색컬러필터 레지스트(51)를 현상하면, 도 3b에 도시된 바와 같이, 노광시 빛을 받은 부분이 후속의 현상공정에서 현상액에 의해 제거되어 청색컬러필터(61)가 형성된다.
그리고, 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 청색컬러필터(61)를 포함하는 패시베이션층(40) 전면 상에 네거티브(negative)형 녹색컬러필터(Green Color Filter)용 레지스트(52)를 도포한 후, 제2레티클(A2)을 이용하여 노광을 실시한다. 그런 다음, 현상공정을 수행하면, 도 3d에 도시된 바와 같이, 녹색컬러필터(62)가 형성된다.
그리고, 도 3e에 도시된 바와 같이, 상기 청색컬러필터(61) 및 상기 녹색컬러필터(62)를 포함하는 패시베이션층(40) 전면 상에 네거티브형 적색컬러필터(Red Color Filter)용 레지스트(53)를 도포한 후, 제3레티클(A3)을 이용하여 노광을 실시한다. 그런 다음, 현상공정을 수행하면, 도 3f에 도시된 바와 같이, 적색컬러필터(63)가 형성된다.
상기와 같은 방법으로 3색의 컬러필터(61,62,63) 형성이 완료되면, 도 3g에 도시된 바와 같이, 상기 3색의 컬러필터(61,62,63) 상에 공지된 기술에 따라, 평탄화층(60) 및 마이크로렌즈(70)를 형성한다.
도 4a 내지 도 4b는 종래기술과 본 발명에 따른 청색컬러필터 레지스트의 사진공정 수행결과를 나타낸 사진이다.
도 4a는 종래기술에 따라 청색컬러필터 레지스트에 사진공정을 수행한 결과를 나타내는 것이고, 4b는 본 발명에 따라 청색컬러필터 레지스트에 사진공정을 수행한 결과이다.
도 4a 및 도 4b를 비교하여 보면, 도 4a의 레지스트에 비하여 도 4b 레지스트의 하단부가 훨씬 넓게 형성되어 있음을 알 수 있다.
상기와 같이, 본 발명에 따라 청색컬러필터를 형성하면, 4b에 도시된 바와 같이 청색컬러필터의 하단부가 넓게 형성되어 상기 청색컬러필터의 빛 흡수율을 증가시켜 이미지 센서의 감도 및 이미지 특성을 개선할 수 있는 장점이 있다.
지금까지 본 발명의 구체적인 구현 예를 도면을 참조로 설명하였지만 이것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 평균적 지식을 가진 자가 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것이고 발명의 기술적 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 따라서 본 발명의 기술적 범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의하여 정하여지며, 도면을 참조로 설명한 구현 예는 본 발명의 기술적 사상과 범위 내에서 얼마든지 변형하거나 수정할 수 있다.
도 1a 내지 도 1b는 색상에 따른 광흡수율 및 광투과율을 나타낸 그래프.
도 2a 내지 2c는 종래기술에 따른 컬러필터 색상에 따른 레지스트의 사진공정 수행결과를 나타내는 사진.
도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 일실시 예에 따른 씨모스 이미지 센서 제조 방법을 도시한 공정 단면도.
도 4a 내지 도 4b는 종래기술과 본 발명에 따른 청색컬러필터 레지스트의 사진공정 수행결과를 나타낸 사진.
Claims (7)
- 복수의 포토다이오드(photo diode)를 구비하는 기판상에 다수의 금속배선이 구비된 절연층, 패시베이션층(passivation layer)을 차례로 형성하는 단계;상기 패시베이션층 전면 상에 포지티브(positive)형 청색컬러필터(Blue Color Filter)용 레지스트(resist)를 도포한 후, 사진공정을 거쳐 상기 포토다이오드와 대응되는 영역에 청색컬러필터를 형성하는 단계;상기 청색컬러필터를 포함하는 패시베이션층 전면 상에 네거티브(negative)형 녹색컬러필터(Green Color Filter)용 레지스트를 도포한 후, 사진공정을 거쳐 상기 청색컬러필터와 동일층에 상기 포토다이오드와 대응되는 영역에 녹색컬러필터를 형성하는 단계;상기 청색 및 녹색 컬러필터를 포함하는 패시베이션층 전면 상에 네거티브형 적색컬러필터(Red Color Filter)용 레지스트를 도포한 후, 사진공정을 거쳐 상기 청색 및 녹색 컬러필터와 동일층에 상기 포토다이오드와 대응되는 영역에 적색컬러필터를 형성하는 단계; 및상기 청색, 녹색 및 적색 컬러필터 상에 평탄화층 및 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 씨모스 이미지 센서 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 절연층은 USG(Undoped Silicate Glass)막 또는 FUSG(Fluorine doped Silicate Glass)막 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 절연층은 내부에 구비된 금속배선은 이미지 센서 구동을 위한 금속배선 및 논리회로를 구동하기 위한 금속배선을 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 패시베이션층은 PECVD(Plasma-enhanced chemical vapor deposition) 방식으로 증착된 실리콘 질화막인 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 패시베이션층을 형성한 후, 어닐링(anealing) 공정을 실시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 사진공정을 위한 노광은 365nm 파장의 i-line을 사용해 이루어지는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 사진공정을 위한 노광 마스크로 레티클(reticle)을 사용하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서 제조 방법.
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