KR100788596B1 - Manufacturing Method of Image Device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것으로, 컬러 필터 패턴을 구형으로 형성함으로써 빚의 집광면적을 향상시키고, 공정을 단순화 할 수 있으며, 이미지 소자의 수율을 향상 시킬 수 있는 이미지 소자의 제조 방법을 제공한다.
The present invention relates to a manufacturing method of an image sensor, and by forming a color filter pattern in a spherical shape, the light collecting area of the debt can be improved, the process can be simplified, and the manufacturing method of the image element can be improved. to provide.
CFA, 이미지 센서, 마이크로 렌즈CFA, image sensor, micro lens
Description
도 1은 칼라필터가 어레이된 상태를 나타내는 평면도.1 is a plan view showing a state in which color filters are arranged.
도 2는 종래의 기술에 따른 칼라 필터 어레이 상의 마이크로 렌즈를 나타낸 단면도.2 is a cross-sectional view showing a micro lens on a color filter array according to the prior art.
도 3a 내지 3d는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 컬러 필터 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 단면도.3A to 3D are cross-sectional views illustrating a method of forming a color filter pattern according to a first embodiment of the present invention.
도 4a 내지 4c는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 컬러 필터 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 단면도.
4A to 4C are cross-sectional views illustrating a method of forming a color filter pattern according to a second embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
1, 11 : 하지층 2, 14 내지 19 : 컬러 필터 패턴1, 11:
3 : 마이크로 렌즈 12 : 패시베이션 층3: microlens 12: passivation layer
13 : 포토레지스트 패턴
13: photoresist pattern
본 발명은 이미지 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 칼라 이미지(color image)를 구현하는 이미지센서에 있어서 칼라 필터 어레이(Color Filter Array : CFA)패턴 모양을 구형으로 형성하는 기술에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE
통상 칼라 이미지센서 제조 공정은, CMOS 기술 또는 CCD 기술에 의해 소자를 형성한 다음, 소자 보호를 위한 절연막(보호막)을 형성하고 그 상부에 칼라 필터를 어레이하게 된다. 이러한 칼라 필터 어레이 공정은 절연막 상에 예컨대 레드(Red), 블루(Blue) 및 그린(Green)과 같은 3원색 칼라를 각 픽셀(pixel)에 대응되도록 어레이하기 위해서 3번의 포토리소그라피(Photolithography) 공정을 거쳐야 한다. In the process of manufacturing a color image sensor, an element is formed by a CMOS technique or a CCD technique, and then an insulating film (protective layer) for protecting the element is formed and the color filter is arrayed thereon. The color filter array process uses three photolithography processes to array three primary colors such as red, blue, and green on each insulating film so as to correspond to each pixel. You have to go through.
도 1은 칼라필터가 어레이된 상태를 나타내는 평면도이다.1 is a plan view showing a state in which color filters are arrayed.
칼라 필터 어레이는 기판의 디자인(design)에 따라 달라질 수 있으나 레드(R), 블루(B) 및 그린(G)이 각각 1:1:2의 비율로 배열되어 있다. 각 픽셀에는 포토다이오드 또는 포토 게이트와 같은 광 감지소자(Photo-detector)가 구비되어 있어 선택적으로 빛(light)을 필터링(filtering)하게 된다. The color filter array may vary depending on the design of the substrate, but red (R), blue (B), and green (G) are arranged in a ratio of 1: 1: 2, respectively. Each pixel is equipped with a photo-detector, such as a photodiode or photogate, to selectively filter light.
도 2는 종래의 기술에 따른 칼라 필터 어레이 상의 마이크로 렌즈를 나타낸 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing a micro lens on a color filter array according to the prior art.
이미지 센서의 유닛픽셀 크기가 축소되면 감광도(Photosensitivity)가 낮아진다. 따라서 광 감지소자에 입사되는 빛의 집광 면적을 늘리는 방법으로 마이크로 렌즈(Microlens)(3)를 사용하게 된다. 포토다이오드가 형성된 하지층(1) 상부에 컬 러 필터 패턴(2)을 형성한 후 컬러 필터 패턴(2) 상부에 마이크로 렌즈(3)를 형성하여 광 집적도를 높이게 된다. When the unit pixel size of the image sensor is reduced, the photosensitivity is lowered. Therefore, the
하지만 이미지 센서에 마이크로 렌즈를 적용하기 위해서는 도 2에 도시된 공정이 추가되어야 하기 때문에 제품 생산비용을 증가시키고, 공정을 복잡하게 만들어 제품 수율을 떨어뜨리는 단점이 있다.
However, in order to apply the microlens to the image sensor, the process illustrated in FIG. 2 must be added, thereby increasing the product production cost and complicating the process, thereby lowering the product yield.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 칼라 필터 어레이 형성시 칼라 필터 패턴을 구형 모양으로 변형시킴으로써 공정을 단순화시키고 빛의 집광 면적을 증대시킬 수 있는 이미지 소자의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing an image device capable of simplifying a process and increasing a light collecting area by modifying a color filter pattern into a spherical shape when forming a color filter array in order to solve the above problems. have.
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광 감지 소자가 형성된 하지층 상에 패시베이션 층을 형성하는 단계와, 상기 패시베이션 층을 식각하여 레드, 블루 및 그린 컬러 필터가 형성될 영역 각각에 반구형의 홈을 형성하는 단계와, 상기 레드, 블루 및 그린 컬러 필터가 형성될 영역 상에 각각에 레드, 블루, 및 그린 컬러 패턴을 각각 형성하는 단계, 및 식각 공정을 실시하여 상기 레드, 블루, 및 그린 컬러 패턴을 구형으로 형성하는 단계를 포함한다.
광 감지 소자가 형성된 하지층 상에 패시베이션 층을 형성하는 단계와, 상기 페시베이션 층을 식각하여 레드, 블루 및 그린 컬러 필터가 형성될 영역 각각에 반구형의 홈을 형성하는 단계와, 상기 홈을 포함한 레드 컬러 필터 형성 영역 상에 레드 필터 패턴을 형성하는 단계와, 상기 레드 필터 패턴 모양을 식각 공정을 실시하여 구형으로 형성하는 단계와, 상기 홈을 포함한 블루 컬러 필터 형성 영역 상에 블루 필터 패턴을 형성하는 단계와, 상기 블루 컬러 필터 패턴 모양을 식각 공정을 실시하여 구형으로 형성하는 단계와, 상기 홈을 포함한 그린 컬러 필터 형성 영역 상에 그린 필터 패턴을 형성하는 단계, 및 상기 그린 컬러 필터 패턴 모양을 식각 공정을 실시하여 구형으로 형성하는 단계를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제 1 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. Forming a passivation layer on an underlayer on which a photosensitive device is formed, forming a hemispherical groove in each of the regions where the red, blue, and green color filters are to be formed by etching the passivation layer; Forming red, blue, and green color patterns on each of the regions where the green color filter is to be formed, and performing an etching process to form the red, blue, and green color patterns in a spherical shape.
Forming a passivation layer on an underlayer on which a photosensitive device is formed, forming a hemispherical groove in each of the regions where the red, blue, and green color filters are to be formed by etching the passivation layer; Forming a red filter pattern on a red color filter forming region, forming a red filter pattern shape into a sphere by an etching process, and forming a blue filter pattern on a blue color filter forming region including the groove; Forming a spherical shape by performing an etching process on the blue color filter pattern shape, forming a green filter pattern on the green color filter formation region including the grooves, and forming the green color filter pattern shape. Performing an etching process to form a sphere.
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 3a 내지 3d는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 컬러 필터 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 단면도이다. 3A to 3D are cross-sectional views illustrating a method of forming a color filter pattern according to a first embodiment of the present invention.
도 3a를 참조하면, 광 감지소자(Photo-detector)가 형성된 하지층(11) 상부에 패시베이션(Passivation) 층(12)을 증착한다. 전체 구조 상부에 포토레지스트(Photoresist)를 도포한 후 포토 마스크를 이용한 노광공정을 통해 포토레지스트 패턴(13)을 형성한다. Referring to FIG. 3A, a
패시베이션 층(12)은 산화막 또는 질화막을 이용하여 증착하고, 상기 포토레지스트 패턴(13)에 의해 제 1 내지 제 3 칼라 패턴영역 즉 레드, 블루 및 그린 컬러 필터가 형성될 부분이 노출된다. The
도 3b를 참조하면, 포토레지스트 패턴(13)을 식각 마스크로 이용하여 습식 식각공정을 실시하여 노출된 패시베이션 층(12)을 반구형 모양으로 형성한 후 포토레지스트 패턴(13)을 제거한다. 이때 패시베이션 층(12)이 산화막 일때는 HF 또는 BOE를 이용한 습식 식각을 실시하고, 질화막일 경우에는 H2SO4 용액을 사용하여 습식 식각공정을 실시한다. Referring to FIG. 3B, a wet etching process is performed using the
도 3c를 참조하면, 먼저 전체 구조 상부에 레드 칼라 필터 물질을 코팅한 후 선택적 노광 및 현상 공정을 거쳐서 제 1 칼라 패턴 영역에 수직한 모양의 레드 칼라 필터(14)를 패터닝 한다. 다시 전체 구조 상부에 블루 칼라 필터 물질을 코팅한 후 선택적 노광 및 현상 공정을 실시하여 제 2 칼라 패턴 영역에 수직한 모양의 블루 칼라 필터(15)를 패터닝 한다. 또 다시 전체 구조 상부에 그린 칼라 필터 물질을 코팅한 후 선택적 노광 및 현상 공정을 실시하여 제 3 칼라 패턴 영역에 수직한 모양의 그린 칼라 필터(16)를 패터닝한다. 이와 같이 칼라필터어레이 공정은 3번의 리소그라피 공정이 실시되어야 한다.Referring to FIG. 3C, first, a red color filter material is coated on the entire structure, and then the
도 3d를 참조하면, 상기의 수직한 모양의 레드, 블루 및 그린 칼라 필터 패턴(14 내지 16)을 에치백, 비등방성 식각 및 열공정(Thermal curing)을 실시하여 구형의 레드, 블루 및 그린 컬러필터 패턴(17 내지 19)을 형성한다. Referring to FIG. 3D, the vertical red, blue and green
따라서 패시베이션 층을 식각하여 형성된 반구형과 수직한 모양의 칼라 필터 패턴을 식각하여 형성된 반구형 모양으로 인해 원형의 레드, 블루 및 그린 칼라 필터 패턴이 형성된다. 이는 렌즈 모양의 컬러 필터 패턴을 형성하여 충분한 집광력을 확보하게 된다. Accordingly, the circular red, blue and green color filter patterns are formed due to the hemispherical shape formed by etching the hemispherical shape formed by etching the passivation layer. This forms a lens-shaped color filter pattern to secure sufficient light collecting power.
이는 광학적으로 매질의 밀도 차에 의해 빛이 굴절하는 성질을 이용하여 컬러 필터 패턴을 구형으로 형성함으로써 입사될 때 한번 굴절되고 다시 포토다이오 드에 방출될 때 다시 한번 굴절된다. 따라서 평면의 컬러 필터 패턴일 때 보다 구형의 컬러 필터 패턴의 집광 면적이 2배 이상 된다. It is optically refracted once upon incident by forming a spherical color filter pattern using the property of light refracting by the difference in density of the medium and once again when it is emitted to the photodiode. Therefore, the light collecting area of the spherical color filter pattern is twice or more than that of the flat color filter pattern.
상기의 수직한 모양의 레드, 블루 및 그린 칼라 필터 패턴를 동시에 원형으로 바꾸지 않고 각각의 패턴을 원형으로 형성할 수도 있다.
Each pattern may be formed in a circle without changing the vertically shaped red, blue and green color filter patterns into a circle at the same time.
본 발명의 제 2 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. A second embodiment of the present invention will be described in more detail.
상기의 패시베이션 층을 반구형으로 형성하는 단계는 제 1 실시 예와 동일함으로 생략하기로 한다. The step of forming the passivation layer in a hemispherical shape is the same as in the first embodiment and will be omitted.
도 4a 내지 4c는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 컬러 필터 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 단면도이다.4A to 4C are cross-sectional views illustrating a method of forming a color filter pattern according to a second embodiment of the present invention.
도 4a를 참조하면, 전체 구조 상부에 레드 칼라 필터 물질을 코팅한 후 선택적 노광 및 현상 공정을 거쳐서 제 1 칼라 패턴 영역에 수직한 모양의 레드 칼라 필터를 패터닝 한다. 그후에 수직한 모양의 레드 칼라 필터 패턴을 에치백, 비등방성 식각 및 열공정을 실시하여 제 1 칼라 패턴 영역에 구형의 레드 컬러필터 패턴(17)을 형성한다. Referring to FIG. 4A, a red color filter material is coated on the entire structure, and then patterned a red color filter perpendicular to the first color pattern region through a selective exposure and development process. Thereafter, a vertical red color filter pattern is etched back, anisotropically etched, and thermally processed to form a spherical red
도 4b를 참조하면, 전체 구조 상부에 블루 칼라 필터 물질을 코팅한 후 선택적 노광 및 현상 공정을 실시하여 제 2 칼라 패턴 영역에 수직한 모양의 블루 칼라 필터를 패터닝 한다. 다음으로 수직한 모양의 블루 칼라 필터 패턴을 에치백, 비등방성 식각 및 열공정을 실시하여 제 2 칼라 패턴 영역에 구형의 블루 컬러필터 패턴(18)을 형성한다.
Referring to FIG. 4B, a blue color filter material is coated on the entire structure, and then a selective exposure and development process is performed to pattern a blue color filter having a shape perpendicular to the second color pattern region. Next, a vertical blue color filter pattern is etched back, anisotropically etched, and thermally processed to form a spherical blue
도 4c를 참조하면, 전체 구조 상부에 그린 칼라 필터 물질을 코팅한 후 선택적 노광 및 현상 공정을 실시하여 제 3 칼라 패턴 영역에 수직한 모양의 그린 칼라 필터를 패터닝 한다. 다음으로 수직한 모양의 그린 칼라 필터 패턴을 에치백, 비등방성 식각 및 열공정을 실시하여 제 3 칼라 패턴 영역에 구형의 그린 컬러필터 패턴(19)을 형성한다. Referring to FIG. 4C, the green color filter material is coated on the entire structure, and then a selective exposure and development process is performed to pattern the green color filter having a shape perpendicular to the third color pattern region. Next, the green color filter pattern having a vertical shape is etched back, anisotropically etched, and thermally processed to form a spherical green color filter pattern 19 in the third color pattern region.
이때는 처음 형성된 구형의 컬러 필터 패턴이 후속 식각공정에 의해 손실이 발생할 우려가 있음으로 코팅 두께를 식각공정에 의한 손실을 감안하여 설정할 필요가 있다. At this time, since the first formed spherical color filter pattern may be lost by a subsequent etching process, it is necessary to set the coating thickness in consideration of the loss by the etching process.
본 발명은 충분한 빛의 집광 면적을 넓혀 줌으로써 이미지 소자의 수율을 향상시킬 수 있고 집광 면적을 넓히기 위해 실시하던 마이크로 렌즈 형성 공정을 생략할 수 있다.
The present invention can improve the yield of an image element by widening the light condensing area of sufficient light, and can omit the microlens forming process performed to increase the light condensing area.
상술한 바와 같이, 본 발명은 컬러 필터 패턴을 원형으로 형성함으로써 광 감지소자로 입사되는 빛의 집광 면적을 넓혀 줌으로써 빛의 총량이 증가하게 할 수 있다. As described above, the present invention can increase the total amount of light by widening the light collecting area of light incident on the photosensitive device by forming the color filter pattern in a circular shape.
또한 빛의 집광 면적을 넓히기 위해 사용하였던 마이크로 렌즈의 추가 형성 공정을 생략함으로써 공정의 단순화를 가져올 수 있다. In addition, it is possible to simplify the process by omitting the additional formation process of the microlenses used to increase the light collecting area of the light.
또한 빛의 집광력을 높임으로써 이미지 소자의 수율을 향상시킬 수 있다.
In addition, the yield of the image device may be improved by increasing the light collecting power.
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