KR20080078384A - 마이크로렌즈 보호패턴을 갖는 촬상소자, 카메라모듈, 및그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
마이크로렌즈 보호패턴을 갖는 촬상소자(image sensing device)를 제공한다. 이 소자는 반도체기판에 제공된 복수의 포토다이오드들을 구비한다. 상기 포토다이오드들 상에 평평한 상부표면을 갖는 절연막이 배치된다. 상기 절연막 상에 제공되고 상기 포토다이오드들의 상부에 각각 배치된 복수의 마이크로렌즈들이 제공된다. 상기 마이크로렌즈들은 보호패턴으로 덮인다. 상기 보호패턴은 옥사이드(oxide) 계열 감광성폴리머 막 또는 나이트라이드(nitride) 계열 감광성폴리머 막일 수 있다. 상기 보호패턴은 평평한 상부표면을 갖는 것일 수 있다.
Description
도 1은 종래의 이미지 센서를 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 카메라모듈의 외형을 보여주는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 카메라모듈의 내부를 설명하기위한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로렌즈 보호패턴을 갖는 촬상소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 촬상소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**
11, 51 : 반도체기판 12, 52 : 활성영역
13, 53 : 소자분리막
15, 55 : P형 불순물영역 16, 56 : N형 불순물영역
17, 57 : 포토다이오드
19, 59 : 하부 절연막 21, 61 : 상호배선
23, 62 : 본드패드 25W, 62W : 패드 윈도우
25, 65 : 상부 절연막 27, 67 : 칼라필터
29, 71 : 마이크로렌즈
36 : 센서 케이스 37 : 투광 윈도우
38 : 렌즈 홀더 39 : 렌즈
40 : 케이스
43 : 인쇄회로기판 44 : 내부배선
45 : 외부 단자 46 : 본드 핑거
47 : 본딩 와이어
73 : 보호막 73W : 개구부
73' : 보호패턴
75 : 촬상소자(image sensing device)
본 발명은 촬상소자 및 카메라모듈에 관한 것으로, 특히 마이크로렌즈 보호 패턴을 갖는 촬상소자, 상기 촬상소자를 채택하는 카메라모듈, 및 상기 촬상소자의 제조방법에 관한 것이다.
카메라모듈은 정지화상 및 동영상을 제작할 수 있는 장치로서, 휴대폰, 디지털카메라, 비디오카메라, 화상 감시 장치 등에 널리 이용되고 있다. 상기 카메라모듈은 촬상소자 및 케이스로 구성된다. 상기 촬상소자에는 시모스 이미지센서(CMOS image sensor; CIS), 또는 전하결합소자(charge coupled device; CCD)와 같은 고체 촬상소자(solid-state image sensing device)가 있다. 상기 고체 촬상소자는 외부로부터의 광 영상신호를 전기신호로 바꾸는 반도체소자이다.
도 1은 종래의 시모스 이미지센서를 보여주는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 반도체기판(11) 상에 활성영역들(12)을 한정하는 소자분리막(13)이 제공된다. 상기 활성영역들(12)에 포토다이오드들(17)이 제공된다. 상기 포토다이오드들(17)의 각각은 상기 활성영역(12) 내에 차례로 적층된 N형 불순물영역(16) 및 P형 불순물영역(15)을 포함한다. 상기 포토다이오드들(17)을 갖는 상기 반도체기판(11)은 하부 절연막(19)으로 덮인다.
상기 하부 절연막(19) 상에 상호배선들(21) 및 본드패드(23)가 배치된다. 상기 상호배선들(21)은 상기 포토다이오드들(17)에 전기적으로 접속될 수 있다. 상기 상호배선들(21)은 상기 포토다이오드들(17)을 가리지 않도록 배치된다. 상기 상호배선들(21)을 덮는 상부 절연막(25)이 제공된다. 상기 상부 절연막(25)은 상기 본드패드(23)를 노출시키는 패드 윈도우(25W)를 구비한다. 상기 상부 절연막(25) 내에 칼라필터들(27)이 배치된다. 상기 상부 절연막(25) 상에 복수의 마이크로렌즈 들(29)이 배치된다.
상기 마이크로렌즈(29)를 통하여 입사된 빛은 상기 칼라필터(27)를 경유하여 상기 포토다이오드(17)에서 전기신호로 변환된다. 상기 마이크로렌즈(29)는 상기 포토다이오드(17)에 도달하는 빛의 양을 극대화하는 역할을 하여야 한다. 즉, 상기 마이크로렌즈(29)는 집광렌즈의 역할을 한다.
그런데 상기 마이크로렌즈(29)는 일반적으로 반구형의 볼록한 표면을 갖는다. 이에 따라, 상기 마이크로렌즈들(29)의 상부표면은 요철구조를 갖는다. 결과적으로, 상기 마이크로렌즈들(29)의 상부표면은 파티클(P)과 같은 오염물질이 부착되기 쉽다. 이에 더하여, 상기 부착된 파티클(P)은 상기 요철구조로 인하여 제거하기가 매우 어렵다. 더 나아가서, 상기 마이크로렌즈들(29)은 긁힘과 같은 물리적 손상에 노출된다.
상기 파티클(P) 및 상기 물리적 손상은 상기 마이크로렌즈(29)를 통하여 입사되는 빛을 차단한다.
한편, 상기 패드 윈도우(25W)를 형성하는 것은 상기 마이크로렌즈들(29)을 덮는 포토레지스트 패턴(도시하지 않음) 형성 공정, 상기 본드패드(23)가 노출될 때까지 상기 상부 절연막(25)을 식각하는 공정 및 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 공정을 포함한다. 상기 포토레지스트 패턴의 제거는 공지의 애슁(Ashing) 공정 및 세정공정을 이용하여 수행할 수 있다.
여기서 상기 요철구조를 갖는 상기 마이크로렌즈들(29)의 상부표면은 상기 포토레지스트 패턴의 완정한 제거를 어렵게 한다. 즉, 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 공정은 복잡한 세정공정을 필요로 하므로 양산효율을 저하시킨다.
다른 한편, 마이크로렌즈를 갖는 다른 이미지센서 및 그 제조방법이 일본공개특허 제2001-308300호에 "고체촬상소자 및 그 제조방법(SOLID-STATE IMAGING ELEMENT AND ITS MANUFACTURING METHOD)"이라는 제목으로 히로기(HIROKI)에 의해 개시된 바 있다.
히로기(HIROKI)에 따르면, 다수의 마이크로렌즈들을 갖는 고체촬상소자 및 그 제조방법이 제공된다. 상기 마이크로렌즈들의 각각은 좁은 간격으로 배열되나 인접한 마이크로렌즈들과 연결되지 않는다. 그러나 상기 마이크로렌즈들의 물리적 손상을 방지하고 오염물질의 표면부착을 예방할 수 있는 기술이 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 종래기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 마이크로렌즈의 물리적 손상을 방지하고 오염물질 부착을 예방할 수 있는 촬상소자를 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 마이크로렌즈의 물리적 손상을 방지하고 오염물질 부착을 예방할 수 있는 촬상소자를 구비한 카메라모듈을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 마이크로렌즈의 물리적 손상을 방지하고 오염물질 부착을 예방할 수 있는 촬상소자의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 마이크로렌즈 보호패턴을 갖는 촬상소자(image sensing device)를 제공한다. 이 소자는 반도체기판에 제공된 복수의 포토다이오드들을 구비한다. 상기 포토다이오드들 상에 평평한 상부표면을 갖는 절연막이 배치된다. 상기 절연막 상에 제공되고 상기 포토다이오드들의 상부에 각각 배치된 복수의 마이크로렌즈들이 제공된다. 상기 마이크로렌즈들은 보호패턴으로 덮인다.
본 발명의 몇몇 실시 예에 있어서, 상기 보호패턴은 평평한 상부표면을 갖는 것일 수 있다. 또한, 상기 보호패턴은 옥사이드(oxide) 계열 감광성폴리머 막 또는 나이트라이드(nitride) 계열 감광성폴리머 막일 수 있다. 더 나아가서, 상기 보호패턴은 80% 내지 99.9%의 광 투과율을 갖는 것일 수 있다.
다른 실시 예에 있어서, 상기 절연막 내에 복수의 칼라필터들이 제공될 수 있다. 상기 칼라필터들은 상기 포토다이오드들 및 상기 마이크로렌즈들 사이에 배치될 수 있다.
또 다른 실시 예에 있어서, 상기 절연막 내에 상호배선들이 제공될 수 있다. 상기 상호배선들은 상기 포토다이오드들을 가리지 않도록 배치할 수 있다. 상기 상호배선들은 상기 포토다이오드들에 전기적으로 접속될 수 있다.
또 다른 실시 예에 있어서, 상기 절연막은 수지막(resin layer)을 구비할 수 있다.
또한, 본 발명은 촬상소자를 갖는 카메라모듈을 제공한다. 상기 카메라모듈 은 투광 윈도우를 갖는 케이스를 포함한다. 상기 케이스에 복수의 외부단자들을 구비하는 인쇄회로기판이 장착된다. 상기 인쇄회로기판에 반도체기판이 장착된다. 상기 반도체기판에 복수의 포토다이오드들이 배치된다. 상기 포토다이오드들을 갖는 상기 반도체기판을 덮는 하부 절연막이 제공된다. 상기 하부 절연막 상에 평평한 상부표면을 갖는 상부 절연막이 배치된다. 상기 상부 절연막 상에 복수의 마이크로렌즈들이 제공된다. 상기 마이크로렌즈들은 상기 포토다이오드들의 상부에 각각 배치된다. 상기 마이크로렌즈들은 보호패턴으로 덮인다. 상기 보호패턴은 상기 케이스 내에 배치된다. 상기 투광 윈도우는 상기 보호패턴 상에 정렬된다.
몇몇 실시 예에 있어서, 상기 보호패턴은 평평한 상부표면을 갖는 것일 수 있다. 또한, 상기 보호패턴은 옥사이드(oxide) 계열 감광성폴리머 막 또는 나이트라이드(nitride) 계열 감광성폴리머 막일 수 있다. 더 나아가서, 상기 보호패턴은 80% 내지 99.9%의 광 투과율을 갖는 것일 수 있다.
다른 실시 예에 있어서, 상기 절연막 내에 복수의 칼라필터들이 제공될 수 있다. 상기 칼라필터들은 상기 포토다이오드들 및 상기 마이크로렌즈들 사이에 배치될 수 있다.
또 다른 실시 예에 있어서, 상기 인쇄회로기판은 본드핑거 및 내부배선을 구비할 수 있다. 상기 내부배선은 상기 본드핑거 및 상기 외부단자에 접촉될 수 있다.
또 다른 실시 예에 있어서, 상기 하부 절연막 상에 상호배선들 및 본드패드가 배치될 수 있다. 상기 상호배선들 및 상기 본드패드는 상기 포토다이오드들을 가리지 않도록 배치할 수 있다. 상기 상호배선들은 상기 포토다이오드들에 전기적으로 접속될 수 있다. 상기 본드패드는 상기 상호배선들과 이격될 수 있다. 상기 본드패드는 상기 본드핑거에 전기적으로 접속될 수 있다.
이에 더하여, 본 발명은 마이크로렌즈 보호패턴을 갖는 촬상소자의 제조방법을 제공한다. 이 방법은 반도체기판에 복수의 포토다이오드들을 형성하는 것을 포함한다. 상기 포토다이오드들 상에 평평한 상부표면을 갖는 절연막을 형성한다. 상기 절연막 상에 복수의 마이크로렌즈들을 형성한다. 상기 마이크로렌즈들의 각각은 상기 포토다이오드의 상부에 정렬된다. 상기 마이크로렌즈들을 덮는 보호패턴을 형성한다.
몇몇 실시 예에 있어서, 상기 보호패턴을 형성하는 것은 상기 마이크로렌즈들은 갖는 상기 반도체기판 상에 보호막을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 노광공정 및 현상공정을 이용하여 상기 보호막을 패터닝할 수 있다. 상기 보호막은 옥사이드(oxide) 계열 감광성폴리머 막 또는 나이트라이드(nitride) 계열 감광성폴리머 막으로 형성할 수 있다. 상기 보호막은 80% 내지 99.9%의 광 투과율을 갖는 물질막으로 형성할 수 있다. 상기 보호패턴은 평평한 상부표면을 갖도록 형성할 수 있다.
다른 실시 예에 있어서, 상기 절연막을 형성하는 것은 상기 포토다이오드들을 갖는 상기 반도체기판 상에 하부 절연막을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 상기 하부 절연막 상에 상호배선들 및 본드패드를 형성할 수 있다. 상기 하부 절연막 상에 상기 상호배선들 및 상기 본드패드를 덮는 상부 절연막을 형성할 수 있다. 상기 상부 절연막 내에 복수의 칼라필터들을 형성할 수 있다.
또 다른 실시 예에 있어서, 상기 보호패턴을 식각마스크로 이용하여 상기 본드패드가 노출될 때 까지 상기 상부 절연막을 식각할 수 있다.
또 다른 실시 예에 있어서, 상기 상부 절연막을 형성하는 것은 상기 하부 절연막 상에 수지막(resin layer)을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 또한, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 카메라모듈의 외형을 보여주는 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 카메라모듈의 내부를 설명하기위한 단면도이며, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로렌즈 보호패턴을 갖는 촬상소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 카메라모듈은 케이스(40) 및 인쇄회로기판(43)을 구비할 수 있다. 상기 케이스(40)는 센서 케이스(36) 및 렌즈 홀더(38)로 구성될 수 있다.
상기 인쇄회로기판(43)은 연성회로기판(flexible printed circuit board)일 수 있다. 상기 인쇄회로기판(43)의 일단에 외부 단자들(45)이 제공될 수 있다. 상기 인쇄회로기판(43)은 상기 센서 케이스(36) 하단에 장착될 수 있다. 상기 센서 케이스(36) 상에 상기 렌즈 홀더(38)가 배치될 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 인쇄회로기판(43) 상에 촬상소자(image sensing device; 75)가 장착될 수 있다. 상기 촬상소자(75)는 시모스 이미지센서(CMOS image sensor; CIS), 또는 전하결합소자(charge coupled device; CCD)와 같은 고체 촬상소자(solid-state image sensing device)일 수 있다. 이하에서는 간략한 설명을 위하여, 상기 촬상소자(75)가 상기 시모스 이미지센서(CIS)인 경우를 상정하여 설명하기로 한다.
상기 촬상소자(75)는 반도체기판(51) 상에 배치된 하부 절연막(59), 본드패드들(62), 상부 절연막(65), 마이크로렌즈들(71), 및 보호패턴(73')을 구비할 수 있다. 상기 보호패턴(73')은 상기 마이크로렌즈들(71)을 덮을 수 있다. 상기 보호패턴(73')은 평평한 상부표면을 구비할 수 있다. 상기 보호패턴(73')은 상기 마이크로렌즈들(71)이 물리적인 손상을 받지 않도록 보호하는 역할을 할 수 있다. 또한, 상기 보호패턴(73')은 상기 마이크로렌즈들(71)의 표면이 오염되는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다.
상기 인쇄회로기판(43)은 상기 외부 단자들(45), 본드 핑거들(46), 및 내부 배선(44)을 구비할 수 있다. 상기 외부 단자들(45), 상기 본드 핑거들(46), 및 상기 내부 배선(44)은 도전성 물질막일 수 있다. 상기 내부 배선(44)은 상기 인쇄회 로기판(43)에 매립될 수 있다. 상기 외부 단자들(45)은 상기 인쇄회로기판(43)의 일단에 배치될 수 있다. 상기 본드 핑거들(46)은 상기 인쇄회로기판(43)의 표면에 노출될 수 있다. 상기 내부 배선(44)은 상기 본드 핑거(46) 및 상기 외부 단자(45)에 접촉될 수 있다. 상기 내부 배선(44)은 상기 본드 핑거(46) 및 상기 외부 단자(45)를 전기적으로 연결하는 역할을 할 수 있다.
상기 본드패드들(62)의 각각은 상기 본드 핑거들(46) 중 선택된 하나에 본딩 와이어(47)를 통하여 전기적으로 접속될 수 있다. 상기 본딩 와이어(47)는 골드 와이어(Au wire) 또는 알루미늄 와이어(Al wire)와 같은 도전성 와이어일 수 있다.
상기 센서 케이스(36)는 상기 인쇄회로기판(43) 상에 장착될 수 있다. 이 경우에, 상기 촬상소자(75), 상기 본딩 와이어(47) 및 상기 본드 핑거들(46)은 상기 센서 케이스(36) 내부에 배치될 수 있다. 즉, 상기 촬상소자(75)는 상기 센서 케이스(36) 및 상기 인쇄회로기판(43)에 의하여 둘러싸일 수 있다.
상기 센서 케이스(36)는 투광 윈도우(37)를 구비할 수 있다. 상기 투광 윈도우(37)는 상기 마이크로렌즈들(71) 상부에 정렬될 수 있다. 상기 투광 윈도우(37)는 빛의 산란을 방지하고 적외선과 같은 유해광선을 차단할 수 있는 필터(도시하지 않음)를 포함할 수 있다.
상기 센서 케이스(36) 상에 상기 렌즈 홀더(38)가 부착될 수 있다. 상기 렌즈 홀더(38) 내에 렌즈(39)가 배치될 수 있다. 상기 센서 케이스(36), 상기 투광 윈도우(37), 상기 렌즈 홀더(38) 및 상기 렌즈(39)는 상기 케이스(40)를 구성할 수 있다. 상기 투광 윈도우(37) 및 상기 렌즈(39)는 상기 마이크로렌즈들(71) 상부에 차례로 정렬될 수 있다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 카메라모듈은 칩-온-보드(chip on board; COB) 형태의 모듈일 수 있다.
더 나아가서, 상기 카메라모듈은 공지의 다른 표면실장기술(surface mount technology; SMT)을 이용하여 구현할 수도 있다. 예를 들면, 상기 인쇄회로기판(43)은 상기 촬상소자(75) 상에 배치될 수 있다. 이 경우에, 상기 본드 핑거(46) 및 상기 본드패드(62)는 솔더 범프(solder bump) 또는 골드 범프(Au bump)와 같은 도전성 범프(conductive bump)에 의하여 전기적으로 접속될 수 있다. 또한, 상기 인쇄회로기판(43)은 비지에이(ball grid array; BGA) 형 기판일 수도 있다.
상기 본딩 와이어(47)를 형성하는 공정 또는 상기 센서 케이스(36)에 상기 인쇄회로기판(43)을 장착하는 동안, 상기 촬상소자(75)는 물리적인 충격 및 오염물질에 노출될 수 있다. 이 경우에, 상기 보호패턴(73')은 상기 마이크로렌즈들(71)이 손상되는 것을 방지하고 상기 마이크로렌즈들(71)의 표면이 오염되는 것을 예방하는 역할을 할 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 촬상소자(75)는 상기 반도체기판(51)에 활성영역들(52)을 한정하는 소자분리막(53)을 구비할 수 있다. 상기 반도체기판(51)은 실리콘웨이퍼일 수 있다. 상기 소자분리막(53)은 실리콘산화막, 실리콘질화막, 실리콘산질화막, 또는 이들의 조합막과 같은 절연막일 수 있다.
상기 활성영역들(52)에 포토다이오드들(57)이 제공될 수 있다. 상기 포토다이오드들(57)의 각각은 상기 활성영역(52) 내에 차례로 적층된 N형 불순물영역(56) 및 P형 불순물영역(55)을 포함할 수 있다. 상기 포토다이오드들(57)을 갖는 상기 반도체기판(51)은 상기 하부 절연막(59)으로 덮일 수 있다. 상기 하부 절연막(59)은 수지막(resin layer), 실리콘산화막, 실리콘질화막, 실리콘산질화막, 또는 이들의 조합막을 구비할 수 있다.
상기 하부 절연막(59) 상에 상호배선들(61) 및 상기 본드패드(62)가 배치될 수 있다. 상기 상호배선들(61) 및 상기 본드패드(62)는 상기 포토다이오드들(57)을 가리지 않도록 배치될 수 있다. 즉, 상기 상호배선들(61)은 상기 포토다이오드들(57)에 조사되는 빛을 가리지 않도록 배치하는 것이 바람직하다. 상기 상호배선들(61) 및 상기 본드패드(62)는 상기 포토다이오드들(57)에 전기적으로 접속될 수 있다.
상기 상호배선들(61) 및 상기 본드패드(62)는 도전성물질막일 수 있다. 예를 들면, 상기 상호배선들(61)은 금속막, 금속실리사이드막, 폴리실리콘막, 또는 이들의 조합막일 수 있다. 상기 본드패드(62)는 알루미늄과 같은 금속막을 구비할 수 있다.
상기 하부 절연막(59) 상에 상기 상호배선들(61)을 덮는 상기 상부 절연막(65)이 제공될 수 있다. 상기 상부 절연막(65)은 상기 본드패드(62)를 노출시키는 패드 윈도우(62W)를 구비할 수 있다. 상기 상부 절연막(65)은 평평한 상부표면을 갖는 것이 바람직하다. 상기 상부 절연막(65)은 수지막(resin layer), 실리콘산화막, 실리콘질화막, 실리콘산질화막, 또는 이들의 조합막을 구비할 수 있다.
상기 상부 절연막(65) 내에 복수의 칼라필터들(67)이 2차원적으로 배열될 수 있다. 상기 칼라필터들(67)은 적색필터들(R), 녹색필터들(G) 및 청색필터들(B)을 포함할 수 있다. 상기 칼라필터들(67)은 상기 포토다이오드들(57) 상부에 정렬될 수 있다. 즉, 상기 포토다이오드들(57)의 각각은 상기 칼라필터들(67) 중 하나와 대응하도록 배치될 수 있다.
상기 상부 절연막(65) 상에 상기 마이크로렌즈들(71)이 배치될 수 있다. 상기 마이크로렌즈들(71)의 각각은 반구형의 볼록한 표면을 구비할 수 있다. 상기 마이크로렌즈들(71)은 상기 포토다이오드들(57) 상부에 정렬될 수 있다. 즉, 상기 칼라필터(67) 및 상기 마이크로렌즈(71)는 상기 포토다이오드(57) 상부에 차례로 정렬될 수 있다. 상기 마이크로렌즈들(71)을 통하여 입사된 빛은 상기 칼라필터들(67)을 통과하여 상기 포토다이오드들(57)에 집광될 수 있다.
상기 상부 절연막(65) 상에 상기 마이크로렌즈들(71)을 덮는 상기 보호패턴(73')이 제공될 수 있다. 상기 보호패턴(73')은 옥사이드(oxide) 계열 감광성폴리머 막 또는 나이트라이드(nitride) 계열 감광성폴리머 막일 수 있다. 이 경우에, 상기 보호패턴(73')은 우수한 광 투과율을 갖는 물질막인 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 보호패턴(73')은 80% 내지 99.9%의 광 투과율을 갖는 물질막일 수 있다.
상기 보호패턴(73')은 상기 마이크로렌즈들(71)을 물리적인 손상으로부터 보호하는 역할을 할 수 있다. 상기 보호패턴(73')은 평평한 상부표면을 갖는 것일 수 있다. 이에 따라, 상기 보호패턴(73')의 표면에는 오염물질의 부착이 상대적으로 어려울 수 있다. 또한, 상기 보호패턴(73')의 표면에 오염물질이 부착될지라도, 상 기 오염물질은 쉽게 제거될 수 있다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 촬상소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 5를 참조하면, 상기 반도체기판(51)에 활성영역들(52)을 한정하는 소자분리막(53)을 형성할 수 있다. 상기 반도체기판(51)은 단결정 실리콘웨이퍼로 형성할 수 있다. 상기 소자분리막(53)은 얕은 트렌치소자분리(shallow trench isolation; STI)기술을 이용하여 형성할 수 있다. 상기 소자분리막(53)은 실리콘산화막, 실리콘질화막, 실리콘산질화막, 또는 이들의 조합막과 같은 절연막으로 형성할 수 있다.
상기 활성영역들(52)의 각각에 불순물이온들을 주입하여 N형 불순물영역(56) 및 P형 불순물영역(55)을 형성할 수 있다. 상기 P형 불순물영역(55)은 상기 N형 불순물영역(56) 상에 형성할 수 있다. 즉, N형 불순물영역(56) 및 P형 불순물영역(55)은 상기 반도체기판(51)에 차례로 적층될 수 있다. 상기 P형 불순물영역(55) 및 상기 N형 불순물영역(56)은 포토다이오드(57)를 구성할 수 있다. 즉, 상기 반도체기판(51)에 복수의 상기 포토다이오드들(57)을 형성할 수 있다.
상기 포토다이오드들(57)을 갖는 상기 반도체기판(51) 상에 하부 절연막(59)을 형성할 수 있다. 상기 하부 절연막(59)은 수지막(resin layer), 실리콘산화막, 실리콘질화막, 실리콘산질화막, 또는 이들의 조합막으로 형성할 수 있다. 상기 반도체기판(51) 상에는 전송트랜지스터의 게이트전극과 같은 다른 소자들이 형성될 수 있으나 간략한 설명을 위하여 생략하기로 한다. 상기 하부 절연막(59)은 평탄화 된 상부표면을 갖도록 형성할 수 있다.
상기 하부 절연막(59) 상에 상호배선들(61) 및 본드패드(62)를 형성할 수 있다. 상기 상호배선들(61) 및 상기 본드패드(62)는 상기 포토다이오드들(57)을 가리지 않도록 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 상호배선들(61)은 상기 포토다이오드들(57)에 조사되는 빛을 차단하지 않도록 형성할 수 있다. 상기 상호배선들(61) 및 상기 본드패드(62)는 상기 포토다이오드들(57)에 전기적으로 접속될 수 있다.
상기 상호배선들(61) 및 상기 본드패드(62)는 도전성 물질막으로 형성할 수 있다. 예를 들면, 상기 상호배선들(61)은 금속막, 금속실리사이드막, 폴리실리콘막, 또는 이들의 조합막으로 형성할 수 있다. 상기 본드패드(62)는 알루미늄과 같은 금속막으로 형성할 수 있다.
상기 하부 절연막(59) 상에 상기 상호배선들(61)을 덮는 상부 절연막(65)을 형성할 수 있다. 상기 상부 절연막(65) 내에 복수의 칼라필터들(67)을 형성할 수 있다. 상기 상부 절연막(65)은 평탄화된 상부표면을 갖도록 형성할 수 있다. 상기 상부 절연막(65)은 수지막(resin layer), 실리콘산화막, 실리콘질화막, 실리콘산질화막, 또는 이들의 조합막으로 형성할 수 있다.
상기 칼라필터들(67)은 상기 상부 절연막(65) 내에 2차원적으로 배열되도록 형성할 수 있다. 상기 칼라필터들(67)은 적색필터들(R), 녹색필터들(G) 및 청색필터들(B)을 포함할 수 있다. 상기 칼라필터들(67)은 상기 포토다이오드들(57) 상부에 정렬되도록 형성할 수 있다. 즉, 상기 칼라필터들(67)의 각각은 상기 포토다이오드들(57) 중 하나와 대응하도록 형성할 수 있다.
상기 상부 절연막(65) 상에 마이크로렌즈들(71)을 형성할 수 있다. 상기 마이크로렌즈들(71)의 각각은 반구형의 볼록한 표면을 갖도록 형성할 수 있다. 상기 마이크로렌즈들(71)은 상기 포토다이오드들(57) 상부에 정렬도록 형성할 수 있다. 즉, 상기 칼라필터(67) 및 상기 마이크로렌즈(71)는 상기 포토다이오드(57) 상부에 차례로 정렬도록 형성할 수 있다. 상기 마이크로렌즈들(71)을 통하여 입사된 빛은 상기 칼라필터들(67)을 통과하여 상기 포토다이오드들(57)에 집광될 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 마이크로렌즈들(71)을 갖는 상기 반도체기판(51) 상에 보호막(73)을 형성할 수 있다. 상기 보호막(73)은 옥사이드(oxide) 계열 감광성폴리머 막 또는 나이트라이드(nitride) 계열 감광성폴리머 막으로 형성할 수 있다. 이 경우에, 상기 보호패턴(73')은 우수한 광 투과율을 갖는 물질막으로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 보호패턴(73')은 80% 내지 99.9%의 광 투과율을 갖는 물질막으로 형성할 수 있다. 더 나아가서, 상기 보호막(73)은 상기 상부 절연막(65)에 대하여 식각선택비를 갖는 물질막으로 형성할 수 있다.
상기 보호막(73)은 상기 마이크로렌즈들(71)을 덮도록 형성할 수 있다. 상기 보호막(73)은 스핀코팅 기술 또는 증착 기술을 이용하여 형성할 수 있다. 상기 보호막(73)은 평탄화된 상부표면을 갖도록 형성할 수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 보호막(73)을 패터닝하여 보호패턴(73')을 형성할 수 있다. 상기 보호막(73)을 패터닝하는 것은 공지의 노광 공정 및 현상 공정을 포함할 수 있다. 상기 보호패턴(73')은 상기 마이크로렌즈들(71)을 덮도록 형성할 수 있다. 이 경우에, 상기 본드패드(62)의 상부에 상기 상부 절연막(65)을 부분적으로 노출시키는 개구부(73W)가 형성될 수 있다.
도 4를 다시 참조하면, 상기 보호패턴(73')을 식각마스크로 이용하여 상기 상부 절연막(65)을 식각하여 상기 본드패드(62)를 노출시키는 패드 윈도우(62W)를 형성할 수 있다. 그 결과, 상기 상부 절연막(65)은 상기 상호배선들(61)을 덮을 수 있다.
상기 상부 절연막(65)을 식각하는 것은 등방성 식각 공정 또는 이방성 식각 공정을 이용하여 수행할 수 있다. 이 경우에, 상기 보호패턴(73')은 상기 마이크로렌즈들(71)을 보호하는 역할을 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 보호패턴(73')은 상기 옥사이드(oxide) 계열 감광성폴리머 막 또는 상기 나이트라이드(nitride) 계열 감광성폴리머 막으로 형성할 수 있다. 이에 따라, 종래의 포토레지스트 패턴을 제거하는 공정은 생략될 수 있다. 상기 포토레지스트 패턴 제거 공정의 생략은 공정 단순화 및 수율 향상에 기여할 수 있다. 즉, 상기 촬상소자(75)의 양상효율을 종래에 비하여 현저히 높일 수 있다.
결과적으로, 상기 보호패턴(73')을 갖는 상기 촬상소자(75)를 제조할 수 있다. 상기 보호패턴(73')은 상기 마이크로렌즈들(71)을 물리적인 손상으로부터 보호하는 역할을 할 수 있다. 또한, 상기 보호패턴(73')의 표면에는 오염물질의 부착이 상대적으로 어려울 수 있다. 더 나아가서, 상기 보호패턴(73')의 표면에 오염물질이 부착될지라도, 상기 오염물질은 쉽게 제거될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에서 상기 촬상소자가 상기 시모스 이 미지센서(CMOS image sensor; CIS)인 경우를 상정하여 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시 예들에 한정되지 않고 본 발명의 사상 내에서 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있다. 예를 들면, 본 발명은 전하결합소자(charge coupled device; CCD)와 같은 다른 촬상소자, 그것을 채택하는 카메라모듈 및 그 제조방법에도 적용될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 마이크로렌즈들을 덮는 보호패턴이 제공된다. 상기 옥사이드(oxide) 계열 감광성폴리머 막 또는 나이트라이드(nitride) 계열 감광성폴리머 막일 수 있다. 또한, 상기 보호패턴은 우수한 광 투과율 및 평평한 상부표면을 갖는 것일 수 있다. 상기 보호패턴은 상기 마이크로렌즈들이 손상되는 것을 방지하고 상기 마이크로렌즈들의 표면이 오염되는 것을 예방하는 역할을 할 수 있다. 결과적으로, 상기 마이크로렌즈의 물리적 손상을 방지하고 오염물질 부착을 예방할 수 있는 촬상소자를 구현할 수 있다.
또한, 상기 보호패턴은 상기 감광성폴리머 막을 사용하여 형성할 수 있다. 이에 따라, 종래의 포토레지스트 패턴을 제거하는 공정은 생략될 수 있다. 즉, 종래에 비하여 단순한 공정만으로 마이크로렌즈 보호패턴을 갖는 상기 촬상소자를 형성할 수 있다.
이에 더하여, 상기 촬상소자를 내장한 카메라모듈을 구현할 수 있다. 이 경우에, 상기 카메라모듈은 상기 보호패턴의 영향으로 높은 양산효율 및 우수한 신뢰 성을 보일 수 있다.
Claims (23)
- 반도체기판에 제공된 복수의 포토다이오드들;상기 포토다이오드들 상에 배치되고 평평한 상부표면을 갖는 절연막;상기 절연막 상에 제공되고 상기 포토다이오드들의 상부에 각각 배치된 복수의 마이크로렌즈들; 및상기 마이크로렌즈들을 덮는 보호패턴을 포함하는 촬상소자(image sensing device).
- 제 1 항에 있어서,상기 보호패턴은 평평한 상부표면을 갖는 것을 특징으로 하는 촬상소자(image sensing device).
- 제 1 항에 있어서,상기 보호패턴은 옥사이드(oxide) 계열 감광성폴리머 막 또는 나이트라이드(nitride) 계열 감광성폴리머 막인 것을 특징으로 하는 촬상소자(image sensing device).
- 제 3 항에 있어서,상기 보호패턴은 80% 내지 99.9%의 광 투과율을 갖는 것을 특징으로 하는 촬 상소자(image sensing device).
- 제 1 항에 있어서,상기 절연막 내에 제공된 복수의 칼라필터들을 더 포함하되, 상기 칼라필터들은 상기 포토다이오드들 및 상기 마이크로렌즈들 사이에 배치된 촬상소자(image sensing device).
- 제 1 항에 있어서,상기 절연막 내에 배치된 상호배선들을 더 포함하되, 상기 상호배선들은 상기 포토다이오드들을 가리지 않도록 배치되고, 상기 상호배선들은 상기 포토다이오드들에 전기적으로 접속된 촬상소자(image sensing device).
- 제 1 항에 있어서,상기 절연막은 수지막(resin layer)을 구비하는 것을 특징으로 하는 촬상소자(image sensing device).
- 투광 윈도우를 갖는 케이스;상기 케이스에 장착되며 복수의 외부단자들을 구비하는 인쇄회로기판;상기 인쇄회로기판에 장착된 반도체기판;상기 반도체기판에 제공된 복수의 포토다이오드들;상기 포토다이오드들을 갖는 상기 반도체기판을 덮는 하부 절연막;상기 하부 절연막 상에 배치되고 평평한 상부표면을 갖는 상부 절연막;상기 상부 절연막 상에 제공되고 상기 포토다이오드들의 상부에 각각 배치된 복수의 마이크로렌즈들; 및상기 마이크로렌즈들을 덮는 보호패턴을 포함하되, 상기 보호패턴은 상기 케이스 내에 배치되고, 상기 투광 윈도우는 상기 보호패턴 상에 정렬된 카메라모듈.
- 제 8 항에 있어서,상기 보호패턴은 평평한 상부표면을 갖는 것을 특징으로 하는 카메라모듈.
- 제 8 항에 있어서,상기 보호패턴은 옥사이드(oxide) 계열 감광성폴리머 막 또는 나이트라이드(nitride) 계열 감광성폴리머 막인 것을 특징으로 하는 카메라모듈.
- 제 10 항에 있어서,상기 보호패턴은 80% 내지 99.9%의 광 투과율을 갖는 것을 특징으로 하는 카메라모듈.
- 제 8 항에 있어서,상기 상부 절연막 내에 제공된 복수의 칼라필터들을 더 포함하되, 상기 칼 라필터들은 상기 포토다이오드들 및 상기 마이크로렌즈들 사이에 배치된 카메라모듈.
- 제 8 항에 있어서,상기 인쇄회로기판은본드핑거; 및상기 본드핑거 및 상기 외부단자에 접촉된 내부배선을 더 포함하는 카메라모듈.
- 제 13 항에 있어서,상기 하부 절연막 상에 배치되되, 상기 포토다이오드들을 가리지 않는 상호배선들; 및상기 하부 절연막 상에 배치되되, 상기 상호배선들과 이격된 본드패드를 더 포함하되, 상기 상호배선들은 상기 포토다이오드들에 전기적으로 접속되고, 상기 본드패드는 상기 본드핑거에 전기적으로 접속된 카메라모듈.
- 반도체기판에 복수의 포토다이오드들을 형성하고,상기 포토다이오드들 상에 평평한 상부표면을 갖는 절연막을 형성하고,상기 절연막 상에 복수의 마이크로렌즈들을 형성하되, 상기 마이크로렌즈들의 각각은 상기 포토다이오드의 상부에 정렬되고,상기 마이크로렌즈들을 덮는 보호패턴을 형성하는 것을 포함하는 촬상소자의 제조방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 보호패턴을 형성하는 것은상기 마이크로렌즈들은 갖는 상기 반도체기판 상에 보호막을 형성하고,노광공정 및 현상공정을 이용하여 상기 보호막을 패터닝하는 것을 포함하는 촬상소자의 제조방법.
- 제 16 항에 있어서,상기 보호막은 옥사이드(oxide) 계열 감광성폴리머 막 또는 나이트라이드(nitride) 계열 감광성폴리머 막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 촬상소자의 제조방법.
- 제 17 항에 있어서,상기 보호막은 80% 내지 99.9%의 광 투과율을 갖는 물질막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 촬상소자의 제조방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 보호패턴은 평평한 상부표면을 갖도록 형성하는 것을 특징으로 하는 촬 상소자의 제조방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 절연막을 형성하는 것은상기 포토다이오드들을 갖는 상기 반도체기판 상에 하부 절연막을 형성하고,상기 하부 절연막 상에 상부 절연막을 형성하는 것을 포함하는 촬상소자의 제조방법.
- 제 20 항에 있어서,상기 하부 절연막 상에 상호배선들 및 본드패드를 형성하고,상기 상부 절연막 내에 복수의 칼라필터들을 형성하는 것을 더 포함하는 촬상소자의 제조방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 보호패턴을 식각마스크로 이용하여 상기 본드패드가 노출될 때 까지 상기 상부 절연막을 식각하는 것을 더 포함하는 촬상소자의 제조방법.
- 제 20 항에 있어서,상기 상부 절연막을 형성하는 것은상기 하부 절연막 상에 수지막(resin layer)을 형성하는 것을 포함하는 촬상 소자의 제조방법.
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