KR20090046168A - 이미지센서의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

실시예에 따른 이미지센서의 제조방법은 기판상에 포토다이오드와 회로(circuitry)를 형성하는 단계; 상기 포토다이오드 상에 컬러필터층을 형성하는 단계; 상기 컬러필터층 상에 산화막을 형성하는 단계; 상기 산화막을 식각하여 제1 산화막 마이크로렌즈를 형성하는 단계; 상기 제1 산화막 마이크로렌즈 상에 제2 산화막 마이크로렌즈를 형성하는 단계; 및 상기 제2 산화막 마이크로렌즈 상에 제3 산화막 마이크로렌즈를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이미지센서, 마이크로렌즈

Description

이미지센서의 제조방법{Method for Manufacturing A Image Sensor}
실시예는 이미지센서의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지 센서(Image sensor)는 광학적 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로써, 크게 전하결합소자(charge coupled device: CCD)와 씨모스(CMOS; Complementary Metal Oxide Silicon) 이미지 센서(Image Sensor)(CIS)로 구분된다.
씨모스 이미지 센서는 단위 화소 내에 포토 다이오드와 모스 트랜지스터를 형성시킴으로써 스위칭 방식으로 각 단위 화소의 전기적 신호를 순차적으로 검출하여 영상을 구현한다.
이미지센서에서는 광 감도를 높이기 위해서 이미지 센서의 전체 면적 중에서 포토 다이오드의 면적이 차지하는 비율(Fill Factor)을 크게 하거나, 포토다이오드 이외의 영역으로 입사되는 광의 경로를 변경하여 상기 포토 다이오드로 집속시켜 주는 기술이 사용된다.
상기 집속 기술의 대표적인 예가 마이크로 렌즈를 형성하는 것이다.
종래기술에 의하면, 이미지센서의 제조과정 중 마이크로렌즈를 형성하는 방 법은 일반적으로 마이크로렌즈용 특수 감광막(photo resist)를 이용하여 마이크로포토공정(micro photo) 진행 후 리플로우(reflowing) 방식을 이용하여 왔다.
그러나, 종래기술에 의하면 감광막의 리플로우시 소실되는 감광막의 양이 많아져 마이크로렌즈 사이에 갭(G:gap)이 존재하게 되어 포토다이오드(photo diode)에 입사되는 빛의 양이 줄어들게 되어 이미지(image) 불량이 발생하는 단점이 있다.
또한, 종래기술에 의한 경우 유기(Organic)물질의 마이크로렌즈를 적용하는 경우, 패키지(Package)나 반도체 칩 실장공정의 범프(Bump) 등의 후공정에서 기판절단(Wafer Sawing)시 유발되는 파티클(Particle)이 마이크로렌즈를 손상시키거나, 마이크로렌즈에 부착되어 이미지결함을 유발하게 된다.
또한, 종래기술에 의한 경우 기존의 마아크로 렌즈는 마이크로렌즈 형성시 횡축과 대각선축으로의 초점거리(Focal Length)의 차이가 발생하게 되고, 인접 픽셀(Pixel)로의 크로스토크(Crosstalk) 현상 등을 유발하게 된다.
실시예는 마이크로렌즈를 유기물이 아닌 산화막으로 형성하면서, 마이크로렌즈 사이의 갭을 감소시킬 수 있는 이미지센서의 제조방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 이미지센서의 제조방법은 기판상에 포토다이오드와 회로(circuitry)를 형성하는 단계; 상기 포토다이오드 상에 컬러필터층을 형성하는 단계; 상기 컬러필터층 상에 산화막을 형성하는 단계; 상기 산화막을 식각하여 제1 산화막 마이크로렌즈를 형성하는 단계; 상기 제1 산화막 마이크로렌즈 상에 제2 산화막 마이크로렌즈를 형성하는 단계; 및 상기 제2 산화막 마이크로렌즈 상에 제3 산화막 마이크로렌즈를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
실시예에 따른 이미지센서의 제조방법에 의하면, 마이크로렌즈를 유기물이 아닌 산화막으로 형성하면서, 산화막 마이크로렌즈 형성공정은 복수로 나누어 진행하고, 산화막 마이크로렌즈에 케미컬(chemical)처리를 함으로써 마이크로렌즈의 표면 거칠기(surface roughness)를 감소시킴과 동시에 마이크로렌즈 사이의 갭을 감소시킴으로써 수율(Yield) 및 신뢰성(reliability)을 향상시킬 수 있다.
이하, 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
실시예의 설명에 있어서, 각 층의 "상/아래(on/under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상/아래는 직접(directly)와 또는 다른 층을 개재하여(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.
실시예의 설명에 있어서 씨모스이미지센서(CIS)에 대한 구조의 도면을 이용하여 설명하나, 본 발명은 씨모스이미지센서에 한정되는 것이 아니며, CCD 이미지센서 등 모든 이미지센서에 적용이 가능하다.
예들 들어, 본 발명은 포토다이오드가 회로영역과 수직이게 형성되는 Above IC 형태의 이미지센서에 대해서도 적용이 가능하다.
(실시예)
도 1 내지 도 3은 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법의 공정단면도이다.
우선, 기판(미도시)상에 포토다이오드(미도시)와 회로(circuitry)(미도시)를 형성한다.
이후, 상기 포토다이오드 상에 층간절연층(미도시)을 형성한다.
상기 층간절연층은 다층으로 형성될 수도 있고, 하나의 층간절연층을 형성한 후에 포토다이오드 영역 이외의 부분으로 빛이 입사되는 것을 막기 위한 차광층(미도시)을 형성한 후에 다시 층간절연층을 형성할 수도 있다.
이후, 상기 층간절연층 상에 수분 및 스크래치로부터 소자를 보호하기 위한 보호막(미도시)을 더 형성할 수 있다.
다음으로, 상기 층간절연층 상에 가염성레지스트를 사용하여 도포한 후, 노광 및 현상 공정을 진행하여 각각의 파장대별로 빛을 필터링하는 R, G, B의 컬러필 터층(미도시)을 형성할 수 있다.
이후, 상기 컬러필터층 상에 초점거리 조절 및 렌즈층을 형성하기 위한 평탄도확보 등을 위하여 평탄화층(PL:planarization layer)(미도시)을 더 형성할 수 있다.
다음으로, 도 1과 같이 상기 평탄화층 상에 산화막(210)을 형성한다.
상기 산화막(210)은 약 200℃ 이하에서 산화막(oxide film)을 증착할 수 있다. 상기 산화막(210)은 SiO2 일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 상기 산화막(210)은 CVD, PVD, PECVD 등으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 산화막(210)을 700nm 내지 800nm 증착할 수 있다.
다음으로, 상기 산화막(210) 상에 소정의 간격을 가지는 복수의 감광막패턴(미도시)을 형성한다.
예를 들어, 상기 산화막(210) 상에 마이크로렌즈용 감광막(미도시)를 도포하고, 마이크로렌즈용 마스크(미도시)를 이용하여 노광 및 현상 공정으로 상기 감광막을 선택적으로 패터닝하여 감광막 패턴을 형성한다.
한편, 실시예는 상기 감광막패턴을 식각마스크로 하여 틸팅을 주면서 상기 산화막(210)을 식각할 수도 있다.
또는, 다른 실시예로 상기 감광막패턴을 리플로우하여 마이크로렌즈패턴을 형성하고 상기 마이크로렌즈패턴을 식각마스크로 하여 상기 산화막(210)을 식각할 수도 있다. 예들 들어, 상기 감광막패턴이 형성된 반도체 기판을 핫 플레이트(hot plate)(미도시) 상부에 올려놓은 상태에서 150℃ 이상의 열처리로 상부에 존재하는 감광막패턴을 리플로우하여 반구형의 마이크로렌즈패턴을 형성할 수 있다.
이때, 상기 감광막패턴은 상기 산화막(210) 보다 두껍게 형성될 수 있다. 이는, 감광막패턴의 식각 저지성이 상기 산화막(210) 보다는 떨어지기 때문이다. 마찬가지로, 상기 마이크로렌즈패턴도 상기 산화막(210) 보다 더 두껍게 형성될 수 있다.
다음으로, 상기 마이크로렌즈패턴을 식각마스크로 하여 상기 산화막(210)을 식각하여 일정한 곡률을 가지는 제1 산화막 마이크로렌즈(222)를 형성한다.
이때, 감광막 마이크로렌즈 패턴을 마크스로 식각하면 제1 산화막 마이크로렌즈(222) 사이의 갭(Gap)이 형성된다.
실시예는 이러한 산화막 마이크로렌즈 사이의 갭을 줄이기 위해서 다음의 공정을 추가로 진행할 수 있다.
즉, 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법에 의하면, 마이크로렌즈를 유기물이 아닌 산화막으로 형성하면서, 산화막 마이크로렌즈 형성공정은 복수로 나누어 진행하고, 산화막 마이크로렌즈에 케미컬(chemical)처리를 함으로써 마이크로렌즈의 표면 거칠기(surface roughness)를 감소시킴과 동시에 마이크로렌즈 사이의 갭을 감소시킴으로써 수율(Yield) 및 신뢰성(reliability)을 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 도 2와 같이 상기 제1 산화막 마이크로렌즈(222) 상에 제2 산화막 마이크로렌즈(224)를 형성한다. 예를 들어, 100nm 내지 300nm의 저온산화막을 증착하여 제2 산화막 마이크로렌즈(224)를 형성할 수 있다.
다음으로, 상기 제2 산화막 마이크로렌즈(224)를 형성하는 단계 후에 상기 제2 산화막 마이크로렌즈(224) 상에 TMH, H2O2, H2O를 포함하는 케미컬 처리단계(C)를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 제2 산화막 마이크로렌즈(224) 증착 후 표면 거칠기를 감소시키고 산화막 로스(Oxide loss)를 최소화하기 위해 TMH: H2O2 : H2O = 1: 1.5~2.3 : 20~36.7의 케미컬을 처리할 수 있다. 상기 케미컬의 조성에 의해 최소의 케미컬 양으로 최소의 시간에 의해 최적의 효과를 낼 수 있다.
예를 들어, TMH (4%) : H2O2 (31%) : H2O = 1 :1.5~2.3 : 20~36.7비율의 커미컬(chemical)을 이용하여 약 1 분 내지 5분간 처리를 해 주게 되면 제2 산화막 마이크로렌즈(224) 표면에 남아 있는 파티클(particle)과 표면거칠기(surface roughness)를 동시에 제거할 수 있게 된다. 케미컬 처리 시간이 1분 미만의 경우에는 파티클 등이 제거되지 않을 수 있고, 5분을 초과하는 경우에는 케미컬 처리의 효과가 새츄레이션 된다.
그 다음으로, 도 3과 같이 상기 제2 산화막 마이크로렌즈(224) 상에 제3 산화막 마이크로렌즈(226)를 형성한다. 예를 들어, 제3 산화막 마이크로렌즈(226)를 약 100 nm 내지 300nm 증착할 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 산화막 마이크로렌즈(224) 상에 제3 산화막 마이크로렌즈(226)를 증착시켜 주면, 한번에 제2 산화막 마이크로렌즈(224)와 제3 산화막 마이크로렌즈(226)를 합한 두께를 증착할 때보다 표면거칠기(roughness) 값이 두배 이상 향상되는 효과를 볼 수가 있다. 이로써, 산화막 마이크로렌즈(220)가 완성될 수 있다.
또한, 실시예와 같이 두번 이상에 걸쳐 증착을 함으로써 종횡비(aspect ratio)도 향상되어 산화막 마이크로렌즈간에 갭프리(gap free)의 마이크로렌즈(Micro lens)를 형성할 수 있다.
실시예에 따른 이미지센서의 제조방법에 의하면, 마이크로렌즈를 유기물이 아닌 산화막으로 형성하면서, 산화막 마이크로렌즈 형성공정은 복수로 나누어 진행하고, 산화막 마이크로렌즈에 케미컬(chemical)처리를 함으로써 마이크로렌즈의 표면 거칠기(surface roughness)를 감소시킴과 동시에 마이크로렌즈 사이의 갭을 감소시킴으로써 수율(Yield) 및 신뢰성(reliability)을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 기재된 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 청구항의 권리범위에 속하는 범위 안에서 다양한 다른 실시예가 가능하다.
도 1 내지 도 3은 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법의 공정단면도.

Claims (7)

  1. 기판상에 포토다이오드와 회로(circuitry)를 형성하는 단계;
    상기 포토다이오드 상에 컬러필터층을 형성하는 단계;
    상기 컬러필터층 상에 산화막을 형성하는 단계;
    상기 산화막을 식각하여 제1 산화막 마이크로렌즈를 형성하는 단계;
    상기 제1 산화막 마이크로렌즈 상에 제2 산화막 마이크로렌즈를 형성하는 단계; 및
    상기 제2 산화막 마이크로렌즈 상에 제3 산화막 마이크로렌즈를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 산화막 마이크로렌즈를 형성하는 단계 후에,
    상기 제2 산화막 마이크로렌즈 상에 케미컬 처리단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 케미컬 처리단계는,
    상기 제2 산화막 마이크로렌즈 상에 TMH, H2O2, H2O를 포함하는 케미컬 처리 단계인 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 케미컬 처리단계는
    TMH: H2O2 : H2O = 1: 1.5~2.3 : 20~36.7인 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
  5. 제2 항 내지 제4 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 케미컬 처리단계는
    약 1분 내지 약 5분을 진행하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 산화막 마이크로렌즈를 형성하는 단계는
    감광막패턴을 식각마스크로 하여 상기 산화막을 식각하여 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 산화막 마이크로렌즈를 형성하는 단계는
    감광막패턴을 리플로우하여 마이크로렌즈패턴을 형성하고 상기 마이크로렌즈 패턴을 식각마스크로 하여 상기 산화막을 식각하여 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
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