KR100788351B1 - 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 임프린팅(imprinting) 공정을 이용하여 반구형의 칼라 필터 렌즈를 형성함으로써 씨모스 이미지 센서의 제조공정 과정을 단순화시킬 수 있는 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 기판에 일정한 간격을 갖고 형성되는 다수의 포토 다이오드와 상기 각 포토 다이오드를 포함한 상기 기판의 전면에 형성되는 절연층과 상기 절연층상의 전면에 형성되는 평탄화층과 상기 평탄화층상에 임프린팅 공정을 통해서 형성된 반구형의 칼라 필터 렌즈를 포함하여 구성되는 것이다.

씨모스 이미지 센서, 마이크로 렌즈, 칼라 필터 렌즈, 마이크로 몰드

Description

씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법{CMOS image sensor and method for fabricating of the same}

도 1a 내지 도 1d는 종래의 씨모스 이미지 센서의 제조방법을 나타낸 공정단면도

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 구조를 나타낸 단면도

도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조방법을 나타낸 공정단면도

＊도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

201 : 기판 202 : 포토 다이오드

203 : 절연층 204 : 평탄화층

205 : 칼라 필터 렌즈

본 발명은 씨모스 이미지 센서에 관한 것으로, 특히 임프린팅(imprinting) 공정을 이용하여 반구형의 칼라 필터 렌즈를 구성함으로써, 이미지 센서의 제조공 정 과정을 단순화시킬 수 있는 씨모스 이미지 센서 및 그 제조 방법에 대한 것이다.

이미지 센서는 1차원 또는 2차원 이상의 광학정보를 전기적인 신호로 전환하는 장치로써, 크게 촬상관과 고체촬상소자로 분류될 수 있다.

상기 촬상관은 화상처리 기술을 구사하는 계측, 제어, 인식 등의 응용기술에서 주로 사용되고 있다.

그리고, 상기 고체촬상소자로는 씨씨디(CCD : charge coupled device) 이미지 센서 소자와 씨모스(CMOS : complementary metal oxide semiconductor) 이미지 센서 소자형의 두 종류 분류된다.

여기서, 상기 씨모스 이미지 센서는 조사되는 광을 감지하는 광 감지부분과 감지된 광을 전기적인 신호로 처리하여 데이터화 하는 로직 회로부로 구성된다.

상기 광 감지 부분에는 포토 다이오드가 주로 사용되고 있으며, 상기 포토 다이오드의 수광량이 많을수록 상기 이미지 센서의 광 감도 특성이 양호해진다.

이러한 광 감도를 높이기 위해서는 상기 이미지 센서의 전체 면적 중에서 상기 포토 다이오드의 면적이 차지하는 비율(fill factor)을 크게 하는 방법이 있다.

또한, 상기 포토 다이오드 이외의 영역으로 입사되는 광의 경로를 변경하여 상기 포토 다이오드로 집속시켜 주는 집광기술로 마이크로 렌즈를 사용하는 방법이 있다.

상기 마이크로 렌즈를 사용하는 방법은 포토 다이오드의 상부에 광 투과율이 좋은 물질로 볼록형 마이크로 렌즈를 만들어서 입사광의 경로를 굴절시키는 방법이 다.

따라서, 보다 많은 양의 광을 상기 포토 다이오드 영역으로 조사할 수 있다.

이 경우 상기 마이크로 렌즈의 광축과 수평한 광이 상기 마이크로 렌즈에 의해 굴절되서 광축상의 일정 위치에서 그 초점이 형성된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 씨모스 이미지 센서의 제조방법을 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 1a 내지 도 1d는 종래의 씨모스 이미지 센서의 제조방법을 나타낸 공정 단면도이다.

도 1a에 도시된 바와 같이, 다수개의 포토 다이오드(102)가 형성된 기판(101)상에 절연층(103)을 형성한다.

그리고, 상기 절연층(103)상에 증착력을 높이고, 초점거리를 조절하기 위한 제 1 평탄화층(104)을 형성한다.

다음으로, 상기 제 1 평탄화층(104)상에 가염성 포토 레지스트를 도포하고, 노광 및 현상 공정을 진행하여 각각의 파장대별로 빛을 필터링하는 칼라 필터층(105)을 형성한다.

이후, 상기 칼라 필터층(105)상에 초점 거리 조절 및 렌즈층을 형성하기 위한 제 2 평탄화층(106)을 형성한다.

도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 평탄화층(106)상에 마이크로 렌즈용 레지스트층(107a)을 형성하고, 상기 레지스트층(107a)의 상부에 투광부(109)를 갖는 레티클(108)을 정렬한다.

그리고, 상기 레티클(108)을 포함한 전면에 레이저 등의 빛을 조사하여 상기 레티클(108)의 투광부(109)에 대응하는 상기 레지스트층(107a)을 선택적으로 노광한다.

도 1c에 도시된 바와 같이, 상기 노광된 레지스트층(107a)을 현상하여 마이크로 렌즈 패턴(107b)을 형성한다.

도 1d에 도시된 바와 같이, 상기 마이크로 렌즈 패턴(106b)을 150 ~ 200℃온도에서 베이킹(baking)에 의해 리플로우(reflow)시킴으로써, 반구형 형태의 마이크로 렌즈(107)를 형성한다.

상기 마이크로 렌즈(107)는 자연광이 조사될 때 파장에 따라 각각의 칼라 필터층(105)를 통하여 포토 다이오드(102)에 보다많은 양의 광이 집속되도록 하는 역할을 한다.

그러나, 종래의 이미지 센서는 복잡한 제조과정에도 불구하고, 상기 마이크로 렌즈(107)와 상기 포토 다이오드(102)간에 초점거리 변동이 심하고, 이미지 센서에서 사용되는 마이크로 렌즈의 모양을 표준화하기가 어렵다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 칼라 필터 렌즈 형성하여 초점 거리를 확보하고, 이미지 센서의 제조공정을 단순화시킬 수 있는 씨모스 이미지 센서 및 그의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서는 기 판에 일정한 간격을 갖고 형성되는 다수의 포토 다이오드와, 상기 각 포토 다이오드를 포함한 상기 기판의 전면에 형성되는 절연층과, 상기 절연층상의 전면에 형성되는 평탄화층과, 상기 평탄화층상에 임프린팅(imprinting) 공정을 이용해서 형성된 반구형의 칼라 필터 렌즈를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같은 문제점을 달성하기 위한 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조방법은 다수의 포토 다이오드가 형성된 기판상에 절연층을 형성하는 단계와, 상기 절연층상의 전면에 평탄화층을 형성하는 단계와, 상기 평탄화층상에 상기 각 포토 다이오드와 대응되도록 칼라 필터층을 형성하는 단계와, 상기 칼라 필터층에 임프린팅 공정을 수행하여 반구형의 칼라 필터 렌즈를 형성하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법을 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 구조를 나타낸 단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서는, 기판(201)상에 형성되어 입사되는 광량에 따른 전하를 생성하는 다수의 포토 다이오드(202)와, 상기 각 포토 다이오드(202)를 포함한 상기 기판(201)의 전면에 형성되는 절연층(203)과, 상기 절연층(203)상의 전면에 형성되는 평탄화층(204)과, 상기 각 포토 다이오드(202)와 대응되게 상기 평탄화층(204)상에 형성되어 상기 각 포토 다이오드(202)에 특정 파장대의 광을 필터링 하여 조사하는 칼라 필터 렌즈(205)을 포함 하여 구성된다.

여기서, 상기 칼라 필터 렌즈(205)에 대해 자세히 설명하면 다음과 같다.

상기 칼라 필터 렌즈(205)는 상기 평탄화층(204)상에 칼라 필터층을 마이크로 렌즈의 두께까지 형성한 후, 마이크로 몰드(micro mold)를 사용한 임프린팅 공정을 이용하여 형성한다.

즉, 상기 평탄화층(204)상에 가염성 레지스트를 도포한 후, 노광 및 현상공정을 진행하여 각각의 파장대별로 빛을 필터링 하는 칼라 필터층을 형성한다.

이때, 상기 칼라 필터층은 종래의 1 ~ 5㎛의 두께에 마이크로 렌즈의 두께를 더한 만큼의 두께를 갖도록 해당 감광성 물질을 도포해야 한다.

그리고, 별도의 마스크를 사용한 사진 식각 공정으로 패터닝하여 각각의 파장대별로 빛을 필터링 하는 칼라 필터층을 단일층으로 형성한다.

다음으로, 상기 칼라 필터층에 마이크로 몰드를 사용하여 열과 압력을 인가해서 상기 칼라 필터층에 임프린팅 공정을 수행함으로써, 상기 컬러 필터 렌즈를 형성한다.

이와 같은 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서는 기존의 마이크로 렌즈를 따로 형성하지 않아도 되기 때문에 제작 공정이 단순화되며, 표준화된 렌즈의 형태를 유지할 수 있어서 초점 거리를 정확히 확보할 수 있다.

다음으로, 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조방법을 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조방 법을 나타낸 공정 단면도이다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 다수개의 포토 다이오드(202)가 형성된 기판(201)에 절연층(203)을 형성한다.

여기서, 상기 절연층(203)은 다층으로 형성된 것으로써, 도시되지 않았지만, 상기 포토 다이오드(202)영역 이외의 부분으로 빛이 입사되는 것을 막기 위한 질화막과 외부의 수분이나 충격으로부터 보호하기 위한 산화막이 적층되어 형성된다.

다음으로, 상기 절연층(203)상에 단차를 극복하고 평탄도를 확보하기 위해 평탄화층(204)을 형성한다.

여기서, 상기 평탄화층(204)은 산화막 또는 질화막 계열의 레지스트를 사용하며, 광학적인 투과가 매우 중요하기 때문에 상기 평탄화층(204)의 두께에 의한 박막들의 간섭 현상을 배제하기 위하여 1000 ~ 6000Å의 두께로 형성한다.

도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 평탄화층(204)상에 가염성 레지스트를 마이크로 렌즈의 두께를 더한 만큼의 두께를 갖도록 도포한 후, 노광 및 현상공정을 진행하여 각각의 파장대별로 빛을 필터링 하는 칼라 필터층(205a)을 형성한다.

그리고, 별도의 마스크를 사용한 사진 식각 공정으로 패터닝하여 각각의 파장대별로 빛을 필터링 하는 칼라 필터층(205a)을 단일층으로 형성한다.

여기서, 상기 마이크로 몰드(301)는 상기 칼라 필터층(205a)이 형성된 후 경화될 수 있을 만큼의 일정시간 동안 대기한다.

도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 마이크로 몰드(301)는 상기 칼라 필터층(205a)에 열과 압력을 인가하며 성형하는 임프린팅 공정을 수행한다.

도 3d에 도시된 바와 같이, 상기 마이크로 몰드(301)로 부터 임프린팅 공정이 끝나면, 칼라 필터 렌즈(205)가 형성된다.

따라서, 표준화된 형태를 갖는 다수의 칼라 필터 렌즈(205)가 형성됨으로써, 정확한 초점 거리를 확보할 수 있다.

즉, 정확한 초점거리가 확보됨으로써 광 집속력이 향상되며, 더 이상의 마이크로 렌즈를 형성할 필요가 없기 때문에 이미지 센서의 공정이 단순화된다.

이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서 및 그 제조 방법은 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서는 마이크로 몰드를 이용한 임프린팅 공정으로 칼라 필터 렌즈를 형성하였다.

따라서, 씨모스 이미지 센서의 제조 공정이 단순화되며, 표준화된 형태의 렌즈를 사용함으로써 광 집속력을 향상시킬 수 있다.

Claims (4)

1. 기판에 일정한 간격을 갖고 형성되는 적어도 한개의 포토 다이오드, 상기 각 포토 다이오드를 포함한 상기 기판의 전면에 형성되는 절연층, 상기 절연층상의 전면에 형성되는 평탄화층 및 상기 평탄화층 상에 형성된 반구형의 칼라 필터 렌즈를 포함하는 씨모스 이미지 센서에 있어서,

   상기 반구형의 칼라 필터 렌즈는 칼라 필터의 두께에 광 집속 초점거리를 확보하기 위한 마이크로 렌즈의 두께를 더한 만큼의 두께를 갖고 임프린팅(imprinting) 공정을 통해서 형성된 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 임프린팅 공정은 마이크로 몰드(micro mold)를 이용한 성형공정임을 특징으로 하는 씨모스 이미지센서.
3. 적어도 한개의 포토 다이오드가 형성된 기판상에 절연층을 형성하는 단계와;

   상기 절연층 상의 전면에 평탄화층을 형성하는 단계와;

   상기 평탄화층 상에 상기 각 포토 다이오드와 대응되도록 칼라 필터의 두께에 광 집속 초점거리를 확보하기 위한 마이크로 렌즈의 두께를 더한 만큼의 두께를 갖도록 칼라 필터층을 형성하는 단계와; 그리고,

   상기 칼라 필터층에 임프린팅 공정을 수행하여 반구형의 칼라 필터 렌즈를 형성하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 임프린팅 공정에서는 마이크로 몰드를 이용한 성형공정임을 특징으로 하는 씨모스 이미지센서의 제조방법.

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