KR20040058711A - 이미지센서 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이미지센서의 제조방법에 관한 것으로 특히, 단차를 갖는 정렬키 패턴 상에 블루필터용 포토레지스트를 얇게 형성함으로써, 스텝퍼 공정에서의 정렬실패(align failment)를 감소시킨 발명이다. 이를 위한 본 발명은 레드, 그린 및 블루 칼라필터로 구성된 칼라필터 어레이를 포함하는 이미지센서의 제조방법에 있어서, 블루 칼라필터를 형성하기 위한 제 1 정렬키 패턴을 반도체 기판 상에 형성하는단계; 상기 제 1 정렬키 패턴을 포함하는 전체구조 상에 절연막을 형성하는 단계; 상기 제 1 정렬키 패턴에 대응하는 상기 절연막 상에 제 2 정렬키 패턴을 형성하는 단계; 상기 제 2 정렬키 패턴에 의한 단차를 이용하여 상기 제 2 정렬키 패턴 상에는 얇은 두께를 갖는 블루 칼라필터용 포토레지스트가 형성되도록, 상기 제 2 정렬키 패턴을 포함하는 상기 절연막 상에 블루 칼라필터용 포토레지스트를 도포하는 단계를 포함하여 이루어진다.
Description
본 발명은 이미지 센서의 제조방법에 관한 것으로, 특히 블루필터를 제조하기 위한 스텝퍼 공정에서, 투명한 포토레지스트를 이용한 제 2 정렬키 패턴을 사용하여 블루필터용 포토레지스트를 얇게 도포하여 스텝퍼 공정에서의 정렬실패(align fialment)를 감소시킨 발명이다.
일반적으로, 이미지센서라 함은 광학 영상(optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체소자로서, 이중에서 전하결합소자(CCD : charge coupled device)는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 커패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 커패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, 시모스(Complementary MOS) 이미지센서는 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소수 만큼의 MOS트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.
CCD(charge coupled device)는 구동 방식이 복잡하고 전력소모가 많으며, 마스크 공정 스텝 수가 많아서 공정이 복잡하고 시그날 프로세싱 회로를 CCD 칩내에 구현 할 수 없어 원칩(One Chip)화가 곤란하다는 등의 여러 단점이 있는 바, 최근에 그러한 단점을 극복하기 위하여 서브-마이크론(sub-micron) CMOS 제조기술을 이용한 CMOS 이미지센서의 개발이 많이 연구되고 있다. CMOS 이미지센서는 단위 화소(Pixel) 내에 포토다이오드와 모스트랜지스터를 형성시켜 스위칭 방식으로 차례로 신호를 검출함으로써 이미지를 구현하게 되는데, CMOS 제조기술을 이용하므로 전력 소모도 적고 마스크 수도 20개 정도로 30∼40개의 마스크가 필요한 CCD 공정에 비해 공정이 매우 단순하며 여러 신호 처리 회로와 원칩화가 가능하여 차세대 이미지센서로 각광을 받고 있다. 이와같은 시모스 이미지센서 및 CCD에서는 칼라이미지 구현을 위해 칼라필터를 채용하고 있으며, 3가지 색깔 (예를 들면, 블루, 그린 레드)의 필터가 어레이된 칼라필터 어레이가 구비되어 있다.
칼라필터 어레이(CFA : Color Filter Array)는 전술한 바와같이 레드(Red), 그린(Green) 및 블루(Blue)의 3가지 칼라로 이루어지거나, 옐로우(Yellow), 마젠타(Magenta) 및 시안(Cyan)의 3가지 칼라로 이루어진다.
그리고 이미지센서는 빛을 감지하는 광감지부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화 하는 로직회로 부분으로 구성되어 있는 바, 광감도를 높이기 위하여 전체 이미지센서 소자에서 광감지부분의 면적이 차지하는 비율(Fill Factor)을 크게 하려는 노력이 진행되고 있지만, 근본적으로 로직회로 부분을 제거할 수 없기 때문에 제한된 면적하에서 이러한 노력에는 한계가 있다.
따라서, 광감도를 높여주기 위하여 광감지부분 이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 바꿔서 광감지부분으로 모아주는 집광기술이 등장하였는데, 이러한 집광을 위하여 이미지센서는 칼리필터 상에 마이크로렌즈(microlens)를 형성하는 방법을 사용하고 있다.
도1a는 이와같이 칼라필터와 마이크로렌즈를 포함하는 시모스 이미지센서의 단면을 도시한 단면도로서 이를 참조하여 종래의 시모스 이미지센서의 구조를 설명하면, 먼저 반도체 기판(10) 상에 활성영역과 필드영역을 정의하는 소자분리막(11)이 형성되어 있으며, 각각의 단위화소에는 포토다이오드 등으로 이루어진 광감지 수단(12)이 형성되어 있다.
이와같이 소자분리막(11)과 광감지 수단(12) 및 트랜지스터(미도시) 들이 형성된 이후에, 층간절연막이 (13)반도체 기판(10) 상에 형성되고 이후에 금속배선(14)이 형성된다. 도1a에서는 1개의 금속배선(14)이 사용되는 경우를 도시하였지만 더 많은 금속배선이 사용될 수도 있다.
최종금속배선(14)을 형성한 이후에, 습기나 스크래치(scratch) 등으로 부터 소자를 보호하기 위하여 최종금속배선 상에 패시베이션막(15)을 형성한다. 페시이션막(15) 상에는 칼라이미지 구현을 위한 칼라필터(16)가 형성되는데, 칼라필터로는 통상적으로 염색된 포토레지스트를 사용하며, 각각의 단위화소마다 하나의 칼라필터(16)가 형성되어 광감지 수단(12)으로 입사하는 빛으로부터 색을 분리해 낸다.
칼라필터(16)는 보통 단차를 가지며 형성되므로, 후속공정으로 형성될 마이크로렌즈가 평탄화된 표면에서 형성되기 위하여는 칼라필터로 인한 단차를 없애야 한다. 이를 위하여 칼라필터(16) 상에 평탄화막(17)이 형성되며, 이와같은 평탄화막(17) 상에 마이크로렌즈(18)가 형성된다. 마이크로렌즈(18)는 직사각형 형태의 감광막을 플로우(flow)시켜서 돔(dome)형태의 마이크로렌즈를 형성할 수 있다.
도1b는 블루, 그린, 레드 필터에서 입사광의 파장에 따른 투과특성을 도시한 도면으로, 블루필터의 경우는 450㎚를 중심으로 하는 단파장의 빛만 투과시키며, 장파장의 빛은 투과시키지 않고 있음을 알 수 있다.
도1c는 블루, 그린 레드 필터를 형성하기 위한 공정중에서 블루필터를 형성하는 공정을 도시한 공정단면도로서, 포토레지스트를 이용하여 블루필터를 형성하는 방법을 도시하고 있다.
블루필터를 형성하는 종래기술을 도1c를 참조하면 먼저, 반도체 기판(20) 상에 블루 포토레지스트를 형성하기 위한 하지막 정렬키 패턴(21)이 형성되어 있고, 하지막 정렬키 패턴(21)을 포함한 전체구조 상에서는 절연막(22)이 형성되어 있다. 그리고 절연막(22) 상에는 후속공정으로 패터닝되어 블루필터가 될 블루필터용 포토레지스트(23)가 도포되어 있다.
포토레지스트를 이용하여 블루필터를 형성하기 위해서는 스텝퍼(stepper)를 이용한 사진공정을 거쳐햐 하는데, 주지된 바와같이 스텝퍼를 이용한 사진공정에서는, 하지막과의 정렬을 위한 정렬공정시에 정렬광원으로 주로 장파장(예를 들면, 헬륨-네온 소스를 이용한 광원)의 빛을 사용한다.
졍렬공정에 대해 설명하면, 정렬광원에서 나온 빛은 블루 포토레지스트(23)를 통과하여 하지막 정렬 키 패턴(21)에 도달한 뒤, 반사되어 스텝퍼의 정렬 센서에 감지되는 원리로 정렬공정이 이루어진다. 하지만 일정두께(A : 대략 1.1㎛)를 갖는 블루 포토레지스트(23)는 도1b에 도시된 바와같이, 장파장의 빛은 거의 통과시키지 못하기 때문에, 하지막 정렬키 패턴에 도달하는 장파장의 빛의 양은 적어질수 밖에 없다.
따라서, 하지막 정렬키 패턴(21)에서 반사되서 다시 블루 포토레지스트(23)를 통과하여 정렬센서로 되돌아 오는 빛의 양은 더욱 적어지게 되므로, 정렬실패(align failment) 현상이 자주 발생하는 문제가 있었다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 블루필터를 형성하기 위한 사진 공정시에 제 2 정렬키 패턴을 이용하여 블루필터용 포토레지스트를 얇게 형성하여 정렬실패 현상을 감소시킨 이미지센서 제조방법을 제공함을 그 목적으로 한다.
도1a는 통상적인 시모스 이미지센서의 단면구조를 도시한 단면도,
도1b는 블루, 그린, 레드 삼색 필터에서 입사광의 파장에 따른 투과특성을 도시한 그래프,
도1c는 종래기술에 따른 블루필터 제조방법을 도시한 도면,
도2a 내지 도2d는 본 발명의 일실시예에 따른 블루필터 형성공정을 도시한 공정단면도,
도3은 블루필터용 포토레지스트의 두께에 따른 빛의 투과특성을 도시한 그래프.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
30 : 기판
31: 제 1 정렬키 패턴
32 : 절연막
33 : 투명 포토레지스트(제 2 정렬키 패턴)
34 : 레티클
35 : 블루필터용 포토레지스트
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 레드, 그린 및 블루 칼라필터로 구성된 칼라필터 어레이를 포함하는 이미지센서의 제조방법에 있어서, 블루 칼라필터를 형성하기 위한 제 1 정렬키 패턴을 반도체 기판 상에 형성하는단계; 상기 제 1 정렬키 패턴을 포함하는 전체구조 상에 절연막을 형성하는 단계; 상기 제 1 정렬키 패턴에 대응하는 상기 절연막 상에 제 2 정렬키 패턴을 형성하는 단계; 상기 제 2 정렬키 패턴에 의한 단차를 이용하여 상기 제 2 정렬키 패턴 상에는 얇은 두께를 갖는 블루 칼라필터용 포토레지스트가 형성되도록, 상기 제 2 정렬키 패턴을 포함하는 상기 절연막 상에 블루 칼라필터용 포토레지스트를 도포하는 단계를 포함하여이루어진다.
본 발명은 블루필터를 형성하기 위한 사진공정에서 제 2 정렬키 패턴을 추가로 형성하고 이를 이용하여 블루필터용 포토레지스트를 얇게 형성함으로써 정렬실패 현상을 감소시킨 것이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도2a 내지 도2d는 본 발명의 일실시예에 따라 블루필터를 형성하는 공정을 도시한 공정단면도로서 이를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서 제조방법을 설명한다.
먼저, 포토다이오드 등을 비롯한 수광소자(미도시)를 반도체 기판 상에 형성하고 필요한 금속배선(미도시)을 형성한다. 이와같은 소자들이 형성된 반도체 기판(20) 상에 블루필터를 형성하기 위한 제 1 정렬키 패턴(21)을 형성한다. 본 발명의 일실시예에 따른 제 1 정렬키 패턴(21)은 종래기술에 사용된 하지막 정렬키 패턴과 동일하다.
다음으로 제 1 정렬키 패턴(31)을 포함한 전체 구조상에 절연막(32)을 형성한다. 이어서 도2b에 도시된 바와같이 절연막(32) 상에 투명한 포토레지스트(33)를 도포한다. 투명 포토레지스트(33)는 후속공정으로 패터닝되어 제 2 정렬 키 패턴(33)을 형성한다.
다음으로 도2b에 도시된 바와같이 레티클(34)을 이용하여 투명포토레지스트(33)의 일정부분을 노광하여 제 2 정렬키 패턴(33)을 형성한다. 여기서 투명 포토레지스트(33)는 네가티브(negative) 감광막으로 형성되어 있기 때문에, 제 1 정렬키 패턴(31)에 대응되는 부분은 경화되어 남아 있고 나머지 투명 포토레지스트는 제거된다.
도2c는 이와같이 제 1 정렬키 패턴(31)에 대응되는 부분은 경화되어 남아 있고 나머지 투명 포토레지스트는 제거된 제 2 정렬키 패턴(33)을 도시한 도면이다.
다음으로 도2d에 도시된 바와같이 제 2 정렬키 패턴(33)을 포함한 절연막(35) 상에 블루필터용 포토레지스트(35)를 도포한다. 여기서 블루필터용 포토레지스트(35)는 제 2 정렬키 패턴(33)에 의한 단차 때문에 도포되는 두께가 달라진다. 즉, 도2d에 도시된 바와같이 제 2 정렬키 패턴(33) 상에 형성된 블루필터용 포토레지스트(35)의 두께(B : 대략 0.5㎛)는 종래에 비해 얇아진 것을 알 수 있으며, 절연막(32) 상에 형성된 블루필터용 포토레지스트(35)의 두께는 종래와 비슷함을 알 수 있다.
즉, 도2d에 도시된 바와같이 광투과성이 우수한 투명 포토레지스트(33)를 이용하여 제 2 정렬키 패턴(33)을 추가로 형성하고, 제 2 정렬키 패턴(33)에 의한 단차를 이용하여 블루 포토레지스트(35)를 얇게 형성하게 되면, 종래와같은 정렬실패 현상을 감소시킬 수 있다.
블루 포토레지스트는 비록 장파장에 대한 투과성이 나쁘지만, 그 두께가 얇은 경우에는 장파장 빛에 대한 투과성이 향상되는 성질이 있으므로, 이를 이용하면 종래와 같은 정렬실패 현상을 감소시킬 수 있다.
도2d를 참조하며 블루필터를 형성하기 위한 사진공정을 다시 설명하면, 사진공정시 정렬광원에서 나온 빛은 제 2 정렬키 패턴(33) 상에 형성된 블루 포토레지스트(35)를 통과하여 제 1 정렬키 패턴(31)에 도달한다. 이때, 투명 포토레지스트는 모든 파장의 빛에 대한 투과성이 매우 좋으므로, 정렬광의 세기(intensity)를 감소시키지 않는다.
또한, 제 2 정렬키 패턴(33) 상에 형성된 블루 포토레지스트(35)는 그 두께가 종래에 비하여 얇기 때문에, 더 많은 정렬광을 통과시킬 수 있으며 결과적으로 제 1 정렬키 패턴(31)에서 반사되어 정렬센서로 되돌아 오는 빛의 양도 증가하게 되므로, 종래와 같은 정렬실패(align failment) 현상을 감소시킬 수 있게 된다.
도3은 종래기술에 따라 형성된 1.1㎛의 두께를 갖는 블루 포토레지스트와 본 발명의 일실시예에 따라 형성된 0.5㎛의 두께를 갖는 블루 포토레지스트의 광 투과특성을 도시한 그래프로서, 제 2 정렬키 패턴에 의한 단차 때문에 두께가 얇아진 블루 포토레지스트에서는 종래에 비해 장파장 영역에서의 광투과도가 증가하였음을 알 수 있다.
상기한 바와같은 본 발명의 일실시예에 따른 블루 필터 형성방법은 시모스 이미지센서 이외에도 전하결합소자(CCD)에서도 사용될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명이 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 명백할 것이다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은 블루필터를 형성하기 위한 사진공정시에 정렬실패 현상을 감소시킬 수 있기 때문에, 정렬실패에 따른 재공정(rework) 횟수를 줄일 수 있어 제조원가 및 공정시간이 감소되는 효과가 있다.
Claims (2)
- 레드, 그린 및 블루 칼라필터로 구성된 칼라필터 어레이를 포함하는 이미지센서의 제조방법에 있어서,블루 칼라필터를 형성하기 위한 제 1 정렬키 패턴을 반도체 기판 상에 형성하는단계;상기 제 1 정렬키 패턴을 포함하는 전체구조 상에 절연막을 형성하는 단계;상기 제 1 정렬키 패턴에 대응하는 상기 절연막 상에 제 2 정렬키 패턴을 형성하는 단계;상기 제 2 정렬키 패턴에 의한 단차를 이용하여 상기 제 2 정렬키 패턴 상에는 얇은 두께를 갖는 블루 칼라필터용 포토레지스트가 형성되도록, 상기 제 2 정렬키 패턴을 포함하는 상기 절연막 상에 블루 칼라필터용 포토레지스트를 도포하는 단계를 포함하여 이루어지는 이미지센서의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 정렬키 패턴은 투명 포토레지스트인 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
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| KR100868034B1 (ko) * | 2005-08-30 | 2008-11-10 | 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이. | 디바이스 제조 방법, 마스크 및 디바이스 |
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2002
- 2002-12-27 KR KR1020020085089A patent/KR20040058711A/ko not_active Application Discontinuation
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| KR100868034B1 (ko) * | 2005-08-30 | 2008-11-10 | 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이. | 디바이스 제조 방법, 마스크 및 디바이스 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |