KR20050039165A - 시모스 이미지센서의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 시모스 이미지센서의 제조방법에 관한 것으로 특히, 칼라필터로 인한 단차를 보상하는 제 2 OCL 상에 얇은 두께의 제 3 OCL을 형성하고, 상기 제 3 OCL을 적절한 마스크를 이용하여 노광/현상하여 방지턱을 형성한 후, 마이크로렌즈 형성공정을 진행함으로써, 마이크로렌즈의 균일성을 향상시키며, 또한 CD 측정을 용이하게 하여 이미지센서의 특성과 수율을 향상시킨 발명이다. 이를 위한 본 발명은, 포토다이오드를 포함한 하부구조 형성이 완료된 기판 상에 제 1 OCL을 형성하는 단계; 상기 제 1 OCL 상에 복수개의 칼라필터를 형성하는 단계; 상기 칼라필터 상에 제 2 OCL을 형성하는 단계; 상기 제 2 OCL 상에 제 3 OCL을 도포하고 포토공정을 통해 이를 패터닝하여, 일정한 폭을 갖는 방지턱을 형성하는 단계; 상기 방지턱과 일정거리 이격된 마이크로렌즈 감광막을 상기 제 2 OCL 상에 형성하는 단계; 및 상기 마이크로렌즈 감광막을 플로우시켜 상기 제 2 OCL 상에 반구형태의 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.
Description
본 발명은 시모스 이미지센서의 제조방법에 관한 것으로, 마이크로렌즈의 폭과 높이에 대한 균일성을 향상시키며, 또한 CD(Critical DImension) 측정을 용이하게 하여 이미지센서의 특성과 수율을 향상시킨 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 MOS 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.
CCD(charge coupled device)는 구동 방식이 복잡하고 전력소모가 많으며, 마스크 공정 스텝수가 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.
칼라 이미지를 구현하기 위한 이미지센서는 외부로부터의 빛을 받아 광전하를 생성 및 축적하는 광감지부분 상부에 칼라필터가 어레이되어 있다. 칼라필터 어레이(CFA : Color Filter Array)는 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 이와같은 칼라필터와 마이크로렌즈를 포함하여 구성된 시모스 이미지센서의 구성을 도시한 단면도로서 이를 참조하여 설명하면 먼저, 반도체 기판(11) 상에는 활성영역과 필드영역을 정의하는 소자분리막(12)이 형성되어 있으며, 각각의 단위화소에는 빛을 수광하여 광전하를 생성하는 포토다이오드(13)가 형성되어 있다. 도1a에는 단위화소를 구성하고 있는 트랜스퍼 트랜지스터 등은 도시하지 않았다.
이와같이 소자분리막(12)과 포토다이오드(13)을 비롯한 관련소자들이 형성된 이후에, 반도체 기판(11) 상에 층간절연막(14)이 형성되고, 층간절연막(14) 상에는 최종금속배선(15)이 형성된다. 도1a에서는 1개의 금속배선(15)이 사용되는 경우를 도시하였지만, 더 많은 금속배선이 사용될 수도 있으며, 가장 상부에 형성된 금속배선을 최종금속배선(15)이라 칭히기로 한다. 이때, 금속배선은 포토다이오드(13)으로 입사하는 빛을 가리지 않기 위해 의도적으로 레이아웃(layout) 되어 형성된다.
이와같이 최종금속배선(15)을 형성한 이후에, 습기나 스크래치(scratch) 등으로부터 소자를 보호하기 위하여 최종금속배선(15) 상에 패시베이션막(16)을 형성한다.
다음으로, 최종금속배선(15)과 페시베이션막(16)에 의한 단차를 제거하기 위하여 제 1 OCL(Over Coating Layer)이 페시베이션막(16) 상에 형성되는데, 이는 후속으로 형성될 칼라필터(18)가 평탄화된 표면에 형성되도록 하기 위해서이다. 이와같은 제 1 OCL(17)은 감광막계열의 물질로 이루어진다.
다음으로, 제 1 OCL(17) 상에 칼라이미지 구현을 위한 칼라필터(18)가 형성되는데, 칼라필터는 통상적으로 염색된 포토레지스트가 사용되며, 각각의 단위화소마다 하나의 칼라필터(18)가 형성되어, 입사하는 빛으로부터 색을 분리해 낸다.
도1a에 도시된 바와같이 종래의 칼라필터는 블루, 레드, 그린의 세가지 필터 모두 포토레지스트를 사용하여 형성되며 또한, 이웃하는 칼라필터들은 서로 약간씩 오버랩(overlap)되어 형성된다.
이와같이 인접한 칼라필터들은 서로 약간씩 오버랩되어 형성되기 때문에 단차가 발생하게 되며, 이러한 단차를 보완하기 위해 후속공정으로 제 2 OCL(19)을 칼라필터(18) 상에 형성한다.
빛을 집광하기 위한 마이크로렌즈는 평탄화된 표면 상에 형성되어야 하는데, 이를 위해서는 칼라필터로 인한 단차를 없애야 한다. 따라서, 전술한 바와같이 칼라필터(18) 상에 제 2 OCL(19)이 형성되어 단차를 없애는 역할을 하며, 제 2 OCL(19) 역시 감광막 계열의 막으로 이루어진다.
이와같이 제 2 OCL(19)을 칼라필터(18) 상부에 형성하여 단차를 제거한 후에, 평탄화된 표면을 갖는 제 2 OCL(19) 상에 마이크로렌즈(22)가 형성된다. 마이크로렌즈(22)를 형성하는 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.
먼저, 광 투과도가 높은 실리콘 산화막 계열의 감광성 포토레지스트(photoresist)를 스핀온 코팅장치(spin-on-coater)를 이용하여 도포한다. 다음으로 적절한 마스크를 사용한 패터닝 공정을 수행하여, 각각의 단위화소에 대응하는 각진 형태의 마이크로렌즈를 형성한다.
다음으로, 열공정을 적용하여 각진 형태의 마이크로렌즈를 플로우(flow) 시키면, 도1a에 도시된 바와같은 돔(dome) 형태의 마이크로렌즈를 얻을 수 있다.
현재 마이크로렌즈의 크기가 4㎛ 이하로 감소하는 최근 추세하에서, 이와같이 종래의 방법을 사용하여 마이크로렌즈를 제조할 경우에는 다음과 같은 문제점이 있었는데 이를 도1a 내지 도1b를 참조하여 설명한다.
도1a에 도시된 마이크로렌즈를 참조하면 그 크기가 일정치 않으며 또한, 일부의 인접한 마이크로렌즈가 서로 붙어버리는 브리지(bridge) 현상이 발생하고 있음을 알 수 있다.
도1b는 종래의 기술을 적용하여 제조된 시모스 이미지센서의 단위화소에서, 제 1 OCL(17), 제 2 OCL(19), 칼라필터(18) 및 마이크로렌즈(22)가 도시된 평면도로써, 패터닝된 마이크로렌즈(22)는 한 쪽으로 치우쳐서 형성되거나 또는 그 외측 경계부분이 불명확함을 알 수 있다.
즉, 종래기술에 따른 마이크로렌즈는, 마이크로렌즈가 정확히 형성되어야 할 위치(예를 들면, 포토다이오드 또는 단위화소의 중앙에 정렬)에 형성되지 못하고, 어느 한쪽에 치우쳐서 형성되거나 또는 마이크로렌즈의 외측 경계부분이 불명확하게 형성됨으로써 그 크기나 또는 높이의 균일성이 저하되었으며 또는 인접한 마이크로렌즈가 서로 붙어버리는 브리지 현상을 유발하였다.
그리고, 전술한 바와같은 패턴의 불명확으로 인해 크리티컬 디멘젼(Critical Dimension) 측정이 어려워지며, 또한 공정의 불안정으로 인해 포토다이오드로 집광되는 빛의 양이 감소하는 단점이 있었다.
전술한 바와같은 단점을 보완하기 위해 종래에 적용된 기술을 도3a 내지 도3f를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저 도3a를 참조하면, 제 2 OCL(19)를 형성하기까지의 공정은 전술한 바와같으므로 이에 대한 설명은 생략한다. 다음으로 제 2 OCL(19) 상에 음성(negative) 포토레지스트(20)를 적정 두께로 도포한 후, 마이크로렌즈 마스크(21)을 이용한 노광공정을 진행하여 상기 음성 포토레지스트(20)를 패터닝한다.
여기서, 마이크로렌즈 마스크(21)는 후속공정에서 마이크로렌즈를 패터닝하는 공정에서 사용되는 마스크로서, 종래기술에서는 비용 절감을 위해 이 마스크를 그대로 사용하였으며, 대신에 음성 포토레지스트(20)를 이용하고 있다.
제 2 OCL 상에 도포된 포토레지스트(20)는 음성이므로 노광된 부분이 잔존하게 된다. 결과적으로, 마이크로렌즈 마스크(21)를 이용한 노광공정 이후에는 도3b에 도시된 바와같은 형태를 갖게 패터닝된다.
도3b를 참조하면, 제 2 OCL(19) 상에는 음성 포토레지스트(20)가 서로 일정거리(a)를 두고 이격되어 잔존하고 있으며 다음으로, 이러한 음성 포토레지스트(20)를 이용하여 제 2 OCL(19)에 대한 식각공정을 진행한다.
도3c에는 제 2 OCL(19)에 대한 식각공정이 완료된 형태가 도시되어 있는데 이를 참조하면, 제 2 OCL(19)은 음성 포토레지스트(20)를 식각마스크로 하여 일정깊이 식각되며, 결과적으로는 제 2 OCL(19)에는 오목한 홈이 형성되어 있다. 다음으로 식각마스크로 사용된 음성 포토레지스트(20)는 제거된다.
다음으로 도3d에 도시된 바와같이 제 2 OCL(19) 상에 양성(positive)의 마이크로렌즈용 감광막(22)이 도포되며 이후, 마이크로렌즈 마스크(21)를 이용한 노광공정이 진행된다.
이때, 마이크로렌즈용 감광막(22)은 양성이기 때문에 노광된 부분만이 제거되며, 결과적으로는 도3e에 도시된 형태를 갖게 패터닝된다. 즉, 제 2 OCL(19)에 형성된 오목한 홈에 정렬되는 사각형 형태의 마이크로렌즈가 형성된다.
이후에, 도3f에 도시된 바와같이 열공정을 수반한 플로우(flow) 공정을 진행하여 돔 형태의 마이크로렌즈를 완성한다.
도3f를 참조하면, 제 2 OCL에 마련된 오목한 홈은 인접한 마이크로렌즈가 서로 붙어버리는 브리지 현상을 방지하는 방지턱을 역할을 하게 되어 있는데, 이러한 방법은 다음과 같은 단점이 있었다.
첫째로, 전술한 방법에서는 경비절감을 위해서 마이크로렌즈 마스크(21)를 그대로 사용하여 식각마스크(20)를 형성하고 있다. 따라서, 부득이 음성 포토레지스트(20)를 사용할 수 밖에 없는데, 음성 포토레지스트(20)는 잔존 파티클이나 찌꺼기(scum)에 취약한 문제점을 갖고 있기 때문에 이로인한 소자특성의 저하가 유발되었다.
둘째로, 전술한 방법에서는 도3c에 도시된 바와같이 음성 포토레지스트(20)를 이용한 식각공정을 진행하여 제 2 OCL(19)을 일정깊이 식각하고 있다. 하지만 이러한 식각공정 진행시, 식각 종말점에 대한 제어가 매우 까다롭기 때문에 과식각(over etch)이 진행되어 칼라필터(18)까지도 손상을 받는 문제가 있었다.
셋째로, 도3e를 참조하면, 제 2 OCL(19) 상에 형성된 오목한 홈의 폭(a)은 플로우 되기 전의 마이크로렌즈(22)의 폭과 동일함을 알 수 있다.
마이크로렌즈에 대한 플로우 공정은 마이크로렌즈 폭의 증가를 수반하는데, 전술한 방법에서는 오목한 홈의 폭이 너무 좁기 때문에, 플로우 공정의 공정마진을 오히려 감소시키고 있다. 따라서, 마이크로렌즈에 대한 오버 플로우(over flow)가 발생할 경우에는 브리지를 더욱 쉽게 유발할 수도 있었다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 브리지 현상 방지, 마이크로렌즈의 크기와 높이에 대한 균일성 향상 및 CD 측정을 용이하게 한 시모스 이미지센서의 제조방법을 제공함으로 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 시모스 이미지센서의 제조방법에 있어서, 포토다이오드를 포함한 하부구조 형성이 완료된 기판 상에 제 1 OCL을 형성하는 단계; 상기 제 1 OCL 상에 복수개의 칼라필터를 형성하는 단계; 상기 칼라필터 상에 제 2 OCL을 형성하는 단계; 상기 제 2 OCL 상에 제 3 OCL을 도포하고 포토공정을 통해 이를 패터닝하여, 일정한 폭을 갖는 방지턱을 형성하는 단계; 상기 방지턱과 일정거리 이격된 마이크로렌즈 감광막을 상기 제 2 OCL 상에 형성하는 단계; 및 상기 마이크로렌즈 감광막을 플로우시켜 상기 제 2 OCL 상에 반구형태의 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.
본 발명은 시모스 이미지센서의 제조방법에 관한 것으로, 특히 칼라필터로 인한 단차를 제거하는 기능을 하는 제 2 OCL(Over Coating Layer) 상에 제 3 OCL을 형성하고, 방지턱을 형성하기 위해 제 3 OCL을 적절히 패터닝하되, 식각공정의 도입과 음성 감광막의 사용을 배제하고 방지턱의 폭도 좁게 형성함으로써, 종래기술에 따른 문제점을 해결한 발명이다.
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.
도4a 내지 도4e는 본 발명의 일실시예에 따른 시모스 이미지센서의 제조방법을 도시한 공정단면도로서, 이를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 시모스 이미지센서 및 그 제조방법을 설명한다.
먼저 도4a를 참조하면, 제 2 OCL(49)를 형성하기까지의 공정은 종래기술과 동일하다. 즉, 반도체 기판(41) 상에는 활성영역과 필드영역을 정의하는 소자분리막(42)이 형성되어 있으며, 각각의 단위화소에는 빛을 수광하여 광전하를 생성하는 포토다이오드(43)가 형성되어 있는데, 도4a에서는 단위화소를 구성하는 각각의 트랜지스터들은 도시하지 않았다.
이와같이 소자분리막(42)과 포토다이오드(43)을 비롯한 관련소자들이 형성된 이후에, 층간절연막(44)이 반도체 기판(41) 상에 형성되고 이후에 층간절연막(44) 상에 최종금속배선(45)이 형성된다. 도4a에서는 1개의 금속배선(45)이 사용되는 경우를 도시하였지만 더 많은 금속배선이 사용될 수도 있으며, 가장 상부에 형성된 금속배선을 최종금속배선(45)이라 칭한다. 이때, 금속배선은 포토다이오드(43)으로 입사하는 빛을 가리지 않기 위해 의도적으로 레이아웃(layout) 되어 형성된다.
이와같이 최종금속배선(45)을 형성한 이후에, 습기나 스크래치(scratch) 등으로부터 소자를 보호하기 위하여 최종금속배선(45) 상에 패시베이션막(46)을 형성한다.
다음으로 최종금속배선(45)과 페시베이션막(46)에 의한 단차를 제거하기 위하여 페시베이션막(46) 상에 제 1 OCL(Over Coating Layer)(47)이 형성되는데, 이는 후속으로 형성될 칼라필터(48)가 평탄화된 표면에 형성되도록 하기 위해서이다.
이와같은 제 1 OCL(47)은 감광막계열의 물질로 이루어지며, 페시베이션막 (46) 상에 제 1 OCL(47)을 6500Å 정도의 두께로 도포한 후, 칼라필터에 대응하는 영역에만 제 1 OCL(47)이 형성되도록, 도포된 제 1 OCL(47)을 적절한 마스크(미도시)를 이용하여 패터닝한다.
즉, 칼라필터가 형성될 단위화소 영역에만 제 1 OCL(47)을 남기고, 입출력 회로영역이나 주변회로영역에 도포된 제 1 OCL은 적절한 마스크(미도시)를 이용하여 제거한다. 이와같이 제 1 OCL(47)을 패터닝한 이후에, 220℃ 에서 3분간 큐어링(curing)공정을 진행한다.
다음으로 제 1 OCL(47) 상에 칼라이미지 구현을 위한 칼라필터(28)를 형성한다. 본 발명의 일실시예에서 사용된 칼라필터는 3.2㎛ ×3.2㎛ 의 크기를 갖고 있으며, 칼라필터의 구성물질로는 통상적으로 염색된 포토레지스트를 사용된다.
이와같은 칼라필터는 각각의 단위화소마다 하나씩 구비되어 입사하는 빛으로부터 색을 분리해 낸다.
도4a에 도시된 블루필터의 경우는 약 7000Å의 두께를 갖게 형성되며, 레드필터의 경우는 약 8000Å, 그린필터는 7000Å 정도의 두께를 갖게 형성된다. 이와같이 칼라필터를 형성한 이후에는, 반드시 소정의 온도에서 큐어링공정을 진행하여야 하는데, 이는 칼라필터 물질간의 반응 및 화학적 어택(attack)을 방지하기 위함이다. 본 발명의 일실시예에서는 220℃에서 3분간 큐어링공정을 진행하였다.
도4a을 참조하면 이웃하는 칼라필터들은 약간씩 오버랩(overlap) 되면서 형성되므로 단차가 발생하며, 이를 보완하기 위해 후속공정으로 제 2 OCL(49)을 칼라필터(48) 상에 형성한다.
후속공정으로 형성될 마이크로렌즈는 평탄화된 표면 상에 형성되어야 하며, 이를 위해서는 칼라필터로 인한 단차를 없애야 한다. 따라서, 전술한 바와같이 칼라필터(48) 상에 제 2 OCL(49)이 형성되는데, 이와같은 제 2 OCL(49) 역시 감광막 계열의 막으로 이루어진다.
제 2 OCL(49)은 제 1 OCL(47)과 마찬가지로 칼라필터에 대응하는 영역에만 형성되어야 하기 때문에, 6500Å의 두께를 갖는 제 2 OCL(49)을 도포한 후, 상기 제 1 OCL(47)을 패터닝하는데 사용된 마스크를 그대로 이용하여 제 2 OCL(49)를 패터닝한다.
다음으로, 도4a에 도시된 바와같이 제 2 OCL(49) 상에 양성(positive) 감광막인 제 3 OCL(50)을 1400 ∼ 1600Å의 두께로 도포한 후, 제 1 마스크(51)를 이용한 노광공정을 진행한다.
이때, 제 3 OCL(50)로 사용된 감광막은 해상도가 향상된 감광막이며, 바람직하게는 0.4 ∼ 0.6㎛ 정도의 선폭을 갖는 패턴이 형성될 수 있는 해상도를 갖는다.
그리고, 제 1 마스크(51)는 마이크로렌즈 형성용 마스크가 아니라 새로운 마스크로서, 도4a에 도시된 바와같이 빛이 통과하지 않는 부분의 폭(b)이 매우 넓음을 알 수 있다.
즉, 본 발명의 일실시예에서 사용된 제 1 마스크(51)는 0.4 ∼ 0.6㎛ 정도의 폭을 갖는 방지턱을 형성할 수 있는 미세한 마스크로서, 마이크로렌즈 마스크보다 미세한 패턴을 형성할 수 있다.
이와같이 본 발명의 일실시예에서는 0.4 ∼ 0.6㎛ 정도의 미세한 패턴을 형성할 수 있는 제 1 마스크(51)와 해상도가 향상된 제 3 OCL(50)을 이용하고 있으므로, 후속으로 형성될 방지턱의 폭을 최대한 좁힐 수 있었다.
제 1 마스크(51)를 이용하여 제 3 OCL(50)을 패터닝한 결과를 도4b에 도시하였다. 도4b를 참조하면, 제 2 OCL(49) 상에 0.4 ∼ 0.6㎛ 의 폭을 갖는 제 3 OCL(50)이 잔존하고 있음을 알 수 있으며, 잔존한 제 3 OCL(50)이 방지턱의 역할을 하게 된다.
이와같이 본 발명의 일실시예에서는 음성감광막을 사용하지 않으며, 또한 제 2 OCL(49)에 대한 식각공정도 배제하고 있기 때문에, 파티클이나 찌꺼기 문제 등에 대해 종래기술보다 자유로워 질 수 있으며 또한, 제 2 OCL(49)에 대한 식각공정 시에 발생할 수 있었던 칼라필터에 대한 손상도 피할 수 있는 장점이 있다.
이와같이 제 3 OCL(50)을 패터닝한 이후에, 도4c에 도시된 바와같이 제 3 OCL(50)을 포함하는 제 2 OCL(49) 상에 투과도가 높은 실리콘 산화막 계열의 마이크로렌즈 형성용 감광막(52)을 5500 ∼ 7500Å의 두께로 도포한다.
이어서 제 2 마스크(53)를 이용하여 마이크로렌즈 형성용 감광막(52)에 대한 노광공정을 진행한다. 여기서 제 2 마스크(53)는 종래기술에서 사용된 마이크로렌즈 마스크와 동일한 마스크로써 빛이 통과하지 않는 부분의 폭(a)이 제 1 마스크(51)의 폭(b)보다 좁다.
제 2 마스크(53)를 이용하여 마이크로렌즈 형성용 감광막(52)을 패터닝한 결과를 도4d에 도시하였다. 도4d를 참조하면, 사각형의 마이크로렌즈(52)가 형성되어 있으며, 방지턱(50)과는 일정한 거리(c)를 두고 이격되어 형성되어 있음을 알 수 있다.
본 발명을 도시한 도4d와 종래기술을 도시한 도3e을 비교하면 종래기술과의 차이점을 알 수 있다. 즉, 본 발명에서는 미세한 제 1 마스크(51) 및 해상도가 향상된 제 3 OCL(50)을 이용하여 방지턱의 폭을 최대한 좁힐 수 있었던 반면에, 종래기술에서는 마이크로렌즈 마스크를 그대로 이용하는 관계로, 방지턱의 폭의 매우 넓었다.
결과적으로, 본 발명에서는 도4d에 도시된 바와같이 플로우 공정의 마진을 충분히 확보할 수 있었으나, 종래기술에서는 그러지 못하였다. 도4d에 도시된 마이크로렌즈(52)는 아직 플로우(flow) 되기 전이므로 사각형 형태를 갖고 있다.
다음으로, 플로우 공정을 진행하여 사각형 형태의 마이크로렌즈(52)를 반구 형태의 마이크로렌즈로 변화시시킨다. 본 발명의 일실시예에 따른 플로우 공정에 대해 좀더 상술하면 다음과 같다.
먼저, 전술한 바와같이 사각형 형태의 마이크로렌즈(52)을 형성한 이후에, 스텝퍼(stepper)를 이용한 블랭크(Blank) 노광(Bleaching)을 진행한다. 이러한 노광공정을 통해 마이크로렌즈(52)에 존재하는 PAC(Photo Active Compound) 성분이 분해되어, 후속으로 열공정을 진행하면 플로우가 원할히 진행된다.
즉, 노광공정을 통해 PAC 성분을 분해하면 결합력이 감소하게 되므로, 150℃ 의 온도에서 5분 동안의 플로우 공정을 통해, 도4e에 도시된 바와같은 반구 형태의 마이크로렌즈를 얻을 수 있으며, 이와같은 플로우 공정 이후에 다시 200℃에서 5분동안 큐어링공정을 진행하여 마이크로렌즈의 형태를 고형화 (hardening) 시킨다.
도4e를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로렌즈(52)는 방지턱에 의해 격리되어 있어 그 크기와 높이가 균일하게 형성되었음을 알 수 있다. 또한, 방지턱의 존재로 인해 마이크로렌즈의 외측 경계부분이 명확하게 형성되어 크리티칼 디멘젼(Critical Dimension : CD) 측정이 용이해 진다.
도5는 본 발명의 일실시예에 따른 시모스 이미지센서의 단위화소에서 제 1 OCL(47), 제 2 OCL(49), 칼라필터(48), 방지턱(50) 및 마이크로렌즈(52)가 형성된 모습을 도시한 평면도이다.
도5를 참조하면, 칼라필터(48)와 접하며 그 하부에 형성된 제 1 OCL(47)과, 칼라필터(48)와 접하며 그 상부에 형성된 제 2 OCL(49)은 동일한 마스크(미도시)를 이용하여 패터닝되므로 평면적으로 동일한 형상을 갖고 있다.
또한, 칼라필터(48)는 제 1 OCL(47) 및 제 2 OCL(49)의 안 쪽에 형성되어 있음을 알 수 있으며, 칼라필터(48)의 내부에는 방지턱(50)이 형성되어 있는데, 방지턱(50)은 마이크로렌즈와 동일한 8각형 형태를 가지고 있다.
그리고, 방지턱(30)의 안 쪽에는 마이크로렌즈(52)가 형성되어 있는데, 마이크로렌즈(52)는 어느 한쪽으로 치우침이 없이, 형성하고자 하는 영역에 정렬되어 형성되어 있으며, 또한 그 외부 경계면도 명확히 패터닝되어 있기 때문에 CD 측정에 어려움이 없다.
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 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명을 적용할 경우, 마이크로렌즈의 크기와 높이에 대한 균일성이 향상되어 소자의 특성 및 색 특성이 안정화되는 장점이 있으며, 또한 마이크로렌즈와 마이크로렌즈간의 경계가 CD-SEM(Critial Dimension-Scanning Electron Microscopy) 상으로도 명확히 구분되므로 굳이 CD 측정을 요하지 않는 장점이 있다. 그리고, 본 발명에서는 음성 감광막의 사용을 배제하며, 제 2 OCL에 대한 식각공정을 진행하지 않고 포토공정만으로 방지턱을 형성하고 있으므로, 소자의 신뢰성 및 수율을 높일 수 있는 효과가 있다.
도1은 종래기술에 따른 시모스 이미지센서의 단면구조를 도시한 단면도,
도2는 종래기술에 따른 시모스 이미지센서의 단위화소에서 OCL과 칼라필터 및 마이크로렌즈가 도시된 평면도,
도3a 내지 도3f는 종래기술에 따라 시모스 이미지센서의 제조공정을 도시한 공정단면도,
도4a 내지 도4e는 본 발명의 일실시예에 따른 시모스 이미지센서의 제조공정을 도시한 공정단면도,
도5는 본 발명의 일실시예에 따른 시모스 이미지센서의 단위화소에서 OCL과 칼라필터 및 마이크로렌즈가 도시된 평면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
41 : 기판 42 : 소자분리막
43 : 포토다이오드 44 : 층간절연막
45 : 최종금속배선 46 : 페시베이션막
47 : 제 1 OCL 48 : 칼라필터
49 : 제 2 OCL 50 : 제 3 OCL
51 : 제 1 마스크 52 : 마이크로렌즈용 감광막
53 : 제 2 마스크
Claims (5)
- 시모스 이미지센서의 제조방법에 있어서,포토다이오드를 포함한 하부구조 형성이 완료된 기판 상에 제 1 OCL을 형성하는 단계;상기 제 1 OCL 상에 복수개의 칼라필터를 형성하는 단계;상기 칼라필터 상에 제 2 OCL을 형성하는 단계;상기 제 2 OCL 상에 제 3 OCL을 도포하고 포토공정을 통해 이를 패터닝하여, 일정한 폭을 갖는 방지턱을 형성하는 단계;상기 방지턱과 일정거리 이격된 마이크로렌즈 감광막을 상기 제 2 OCL 상에 형성하는 단계; 및상기 마이크로렌즈 감광막을 플로우시켜 상기 제 2 OCL 상에 반구형태의 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 시모스 이미지센서의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 3 OCL 은 0.4 ∼ 0.6㎛ 의 선폭을 갖는 패턴을 형성할 수 있는 해상도를 가지며, 상기 방지턱의 폭은 0.4 ∼ 0.6㎛ 인 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 제 3 OCL 은 양성 감광막인 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 제 3 OCL은 1400 ∼ 1600Å의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 마이크로렌즈는 5000 ∼ 7500Å의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
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| KR100729744B1 (ko) * | 2005-12-21 | 2007-06-20 | 매그나칩 반도체 유한회사 | 시모스 이미지 센서의 제조 방법 |
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