KR20030056596A - 이미지 소자의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것으로, 컬러 필터 패턴을 구형으로 형성함으로써 빚의 집광면적을 향상시키고, 공정을 단순화 할 수 있으며, 이미지 소자의 수율을 향상 시킬 수 있는 이미지 소자의 제조 방법을 제공한다.

Description

이미지 소자의 제조 방법{Method of manufacturing a image device}
본 발명은 이미지 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 칼라 이미지(color image)를 구현하는 이미지센서에 있어서 칼라 필터 어레이(Color Filter Array : CFA)패턴 모양을 구형으로 형성하는 기술에 관한 것이다.
통상 칼라 이미지센서 제조 공정은, CMOS 기술 또는 CCD 기술에 의해 소자를 형성한 다음, 소자 보호를 위한 절연막(보호막)을 형성하고 그 상부에 칼라 필터를 어레이하게 된다. 이러한 칼라 필터 어레이 공정은 절연막 상에 예컨대 레드(Red), 블루(Blue) 및 그린(Green)과 같은 3원색 칼라를 각 픽셀(pixel)에 대응되도록 어레이하기 위해서 3번의 포토리소그라피(Photolithography) 공정을 거쳐야 한다.
도 1은 칼라필터가 어레이된 상태를 나타내는 평면도이다.
칼라 필터 어레이는 기판의 디자인(design)에 따라 달라질 수 있으나 레드(R), 블루(B) 및 그린(G)이 각각 1:1:2의 비율로 배열되어 있다. 각 픽셀에는 포토다이오드 또는 포토 게이트와 같은 광 감지소자(Photo-detector)가 구비되어 있어 선택적으로 빛(light)을 필터링(filtering)하게 된다.
도 2는 종래의 기술에 따른 칼라 필터 어레이 상의 마이크로 렌즈를 나타낸 단면도이다.
이미지 센서의 유닛픽셀 크기가 축소되면 감광도(Photosensitivity)가 낮아진다. 따라서 광 감지소자에 입사되는 빛의 집광 면적을 늘리는 방법으로 마이크로 렌즈(Microlens)(3)를 사용하게 된다. 포토다이오드가 형성된 하지층(1) 상부에 컬러 필터 패턴(2)을 형성한 후 컬러 필터 패턴(2) 상부에 마이크로 렌즈(3)를 형성하여 광 집적도를 높이게 된다.
하지만 이미지 센서에 마이크로 렌즈를 적용하기 위해서는 도 2에 도시된 공정이 추가되어야 하기 때문에 제품 생산비용을 증가시키고, 공정을 복잡하게 만들어 제품 수율을 떨어뜨리는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 칼라 필터 어레이 형성시 칼라 필터 패턴을 구형 모양으로 변형시킴으로써 공정을 단순화시키고 빛의 집광 면적을 증대시킬 수 있는 이미지 소자의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 칼라필터가 어레이된 상태를 나타내는 평면도.
도 2는 종래의 기술에 따른 칼라 필터 어레이 상의 마이크로 렌즈를 나타낸 단면도.
도 3a 내지 3d는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 컬러 필터 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 단면도.
도 4a 내지 4c는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 컬러 필터 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1, 11 : 하지층2, 14 내지 19 : 컬러 필터 패턴
3 : 마이크로 랜즈12 : 패시베이션 층
13 : 포토레지스트 패턴
하지층 상에 패시베이션 층을 형성하는 단계, 상기 패시베이션 층을 식각하여 반구형의 홈을 형성하는 단계, 컬러 필터 패턴을 형성하는 단계 및 식각 공정을 실시하여 상기 컬러 패턴을 구형으로 형성하는 단계를 포함 하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이미지 소자의 제조 방법을 제공한다.
하지층 상에 페시베이션 층을 형성하는 단계, 상기 페시베이션 층을 식각하여 반구형의 홈을 형성하는 단계, 제 1 컬러 필터 패턴을 형성하는 단계, 상기 제1 컬러 필터 패턴 모양을 식각 공정을 실시하여 구형으로 형성하는 단계, 제 2 컬러 필터 패턴을 형성하는 단계, 상기 제 2 컬러 필터 패턴 모양을 식각 공정을 실시하여 구형으로 형성하는 단계, 제 3 컬러 필터 패턴을 형성하는 단계 및 상기 제 3 컬러 필터 패턴 모양을 식각 공정을 실시하여 구형으로 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이미지 소자의 제조 방법을 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제 1 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 3a 내지 3d는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 컬러 필터 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3a를 참조하면, 광 감지소자(Photo-detector)가 형성된 하지층(11) 상부에 패시베이션(Passivation) 층(12)을 증착한다. 전체 구조 상부에 포토레지스트(Photoresist)를 도포한 후 포토 마스크를 이용한 노광공정을 통해 포토레지스트 패턴(13)을 형성한다.
패시베이션 층(12)은 산화막 또는 질화막을 이용하여 증착하고, 상기 포토레지스트 패턴(13)에 의해 제 1 내지 제 3 칼라 패턴영역 즉 레드, 블루 및 그린 컬러 필터가 형성될 부분이 노출된다.
도 3b를 참조하면, 포토레지스트 패턴(13)을 식각 마스크로 이용하여 습식 식각공정을 실시하여 노출된 패시베이션 층(12)을 반구형 모양으로 형성한 후 포토레지스트 패턴(13)을 제거한다. 이때 패시베이션 층(12)이 산화막 일때는 HF 또는BOE를 이용한 습식 식각을 실시하고, 질화막일 경우에는 H2SO4용액을 사용하여 습식 식각공정을 실시한다.
도 3c를 참조하면, 먼저 전체 구조 상부에 레드 칼라 필터 물질을 코팅한 후 선택적 노광 및 현상 공정을 거쳐서 제 1 칼라 패턴 영역에 수직한 모양의 레드 칼라 필터(14)를 패터닝 한다. 다시 전체 구조 상부에 블루 칼라 필터 물질을 코팅한 후 선택적 노광 및 현상 공정을 실시하여 제 2 칼라 패턴 영역에 수직한 모양의 블루 칼라 필터(15)를 패터닝 한다. 또 다시 전체 구조 상부에 그린 칼라 필터 물질을 코팅한 후 선택적 노광 및 현상 공정을 실시하여 제 3 칼라 패턴 영역에 수직한 모양의 그린 칼라 필터(16)를 패터닝한다. 이와 같이 칼라필터어레이 공정은 3번의 리소그라피 공정이 실시되어야 한다.
도 3d를 참조하면, 상기의 수직한 모양의 레드, 블루 및 그린 칼라 필터 패턴(14 내지 16)을 에치백, 비등방성 식각 및 열공정(Thermal curing)을 실시하여 구형의 레드, 블루 및 그린 컬러필터 패턴(17 내지 19)을 형성한다.
따라서 패시베이션 층을 식각하여 형성된 반구형과 수직한 모양의 칼라 필터 패턴을 식각하여 형성된 반구형 모양으로 인해 원형의 레드, 블루 및 그린 칼라 필터 패턴이 형성된다. 이는 렌즈 모양의 컬러 필터 패턴을 형성하여 충분한 집광력을 확보하게 된다.
이는 광학적으로 매질의 밀도 차에 의해 빛이 굴절하는 성질을 이용하여 컬러 필터 패턴을 구형으로 형성함으로써 입사될 때 한번 굴절되고 다시 포토다이오드에 방출될 때 다시 한번 굴절된다. 따라서 평면의 컬러 필터 패턴일 때 보다 구형의 컬러 필터 패턴의 집광 면적이 2배 이상 된다.
상기의 수직한 모양의 레드, 블루 및 그린 칼라 필터 패턴를 동시에 원형으로 바꾸지 않고 각각의 패턴을 원형으로 형성할 수도 있다.
본 발명의 제 2 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다.
상기의 패시베이션 층을 반구형으로 형성하는 단계는 제 1 실시 예와 동일함으로 생략하기로 한다.
도 4a 내지 4c는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 컬러 필터 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4a를 참조하면, 전체 구조 상부에 레드 칼라 필터 물질을 코팅한 후 선택적 노광 및 현상 공정을 거쳐서 제 1 칼라 패턴 영역에 수직한 모양의 레드 칼라 필터를 패터닝 한다. 그후에 수직한 모양의 레드 칼라 필터 패턴을 에치백, 비등방성 식각 및 열공정을 실시하여 제 1 칼라 패턴 영역에 구형의 레드 컬러필터 패턴(17)을 형성한다.
도 4b를 참조하면, 전체 구조 상부에 블루 칼라 필터 물질을 코팅한 후 선택적 노광 및 현상 공정을 실시하여 제 2 칼라 패턴 영역에 수직한 모양의 블루 칼라 필터를 패터닝 한다. 다음으로 수직한 모양의 블루 칼라 필터 패턴을 에치백, 비등방성 식각 및 열공정을 실시하여 제 2 칼라 패턴 영역에 구형의 블루 컬러필터 패턴(18)을 형성한다.
도 4c를 참조하면, 전체 구조 상부에 그린 칼라 필터 물질을 코팅한 후 선택적 노광 및 현상 공정을 실시하여 제 3 칼라 패턴 영역에 수직한 모양의 그린 칼라 필터를 패터닝 한다. 다음으로 수직한 모양의 그린 칼라 필터 패턴을 에치백, 비등방성 식각 및 열공정을 실시하여 제 3 칼라 패턴 영역에 구형의 그린 컬러필터 패턴(19)을 형성한다.
이때는 처음 형성된 구형의 컬러 필터 패턴이 후속 식각공정에 의해 손실이 발생할 우려가 있음으로 코팅 두께를 식각공정에 의한 손실을 감안하여 설정할 필요가 있다.
본 발명은 충분한 빛의 집광 면적을 넓혀 줌으로써 이미지 소자의 수율을 향상시킬 수 있고 집광 면적을 넓히기 위해 실시하던 마이크로 렌즈 형성 공정을 생략할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 컬러 필터 패턴을 원형으로 형성함으로써 광 감지소자로 입사되는 빛의 집광 면적을 넓혀 줌으로써 빛의 총량이 증가하게 할 수 있다.
또한 빛의 집광 면적을 넓히기 위해 사용하였던 마이크로 렌즈의 추가 형성 공정을 생략함으로써 공정의 단순화를 가져올 수 있다.
또한 빛의 집광력을 높임으로써 이미지 소자의 수율을 향상시킬 수 있다.

Claims (14)

  1. 하지층 상에 패시베이션 층을 형성하는 단계;
    상기 패시베이션 층을 식각하여 반구형의 홈을 형성하는 단계;
    컬러 필터 패턴을 형성하는 단계; 및
    식각 공정을 실시하여 상기 컬러 패턴을 구형으로 형성하는 단계를 포함 하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이미지 소자의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 컬러 필터 패턴은 에치 백공정, 비등방성 식각공정에 의해 구형으로 변형되는 것을 특징으로 하는 이미지 소자의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 컬러 필터 패턴은 열공정을 통해서 구형으로 변형되는 것을 특징으로 하는 이미지 소자의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기의 반구형 홈은 습식 식각 공정에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 소자의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 패시베이션 층은 산화막 또는 질화막 인것을 특징으로 하는 이미지 소자의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 산화막의 일부는 HF 또는 BOE를 이용한 습식 식각공정에 의해 제거되는 것을 특징으로 하는 이미지 소자의 제조 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 질화막의 일부는 H2SO4용액을 사용한 습식 식각공정에 의해 제거되는 것을 특징으로 하는 이미지 소자의 제조 방법.
  8. 하지층 상에 페시베이션 층을 형성하는 단계;
    상기 페시베이션 층을 식각하여 반구형의 홈을 형성하는 단계;
    제 1 컬러 필터 패턴을 형성하는 단계;
    상기 제 1 컬러 필터 패턴 모양을 식각 공정을 실시하여 구형으로 형성하는 단계;
    제 2 컬러 필터 패턴을 형성하는 단계;
    상기 제 2 컬러 필터 패턴 모양을 식각 공정을 실시하여 구형으로 형성하는 단계;
    제 3 컬러 필터 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 제 3 컬러 필터 패턴 모양을 식각 공정을 실시하여 구형으로 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이미지 소자의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 3 컬러 필터 패턴은 에치 백공정, 비등방성 식각공정에 의해 구형으로 변형되는 것을 특징으로 하는 이미지 소자의 제조 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 3 컬러 필터 패턴은 열공정을 통해서 구형으로 변형되는것을 특징으로 하는 이미지 소자의 제조 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기의 반구형 홈은 습식 식각 공정에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 소자의 제조 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 패시베이션 층은 산화막 또는 질화막 인것을 특징으로 하는 이미지 소자의 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 산화막의 일부는 HF 또는 BOE를 이용한 습식 식각공정에 의해 제거되는 것을 특징으로 하는 이미지 소자의 제조 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 질화막의 일부는 H2SO4용액을 사용하여 습식 식각공정에 의해 제거되는 것을 특징으로 하는 이미지 소자의 제조 방법.
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