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KR102312964B1 - 이미지 센서 및 그 제조방법 - Google Patents

이미지 센서 및 그 제조방법 Download PDF

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KR102312964B1
KR102312964B1 KR1020140180224A KR20140180224A KR102312964B1 KR 102312964 B1 KR102312964 B1 KR 102312964B1 KR 1020140180224 A KR1020140180224 A KR 1020140180224A KR 20140180224 A KR20140180224 A KR 20140180224A KR 102312964 B1 KR102312964 B1 KR 102312964B1
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Abstract

이미지 센서를 제공한다. 실시예에 따른 이미지 센서는 복수의 필터들; 상기 복수의 필터들 사이에 형성된 에어 스페이서; 상기 복수의 필터들 상에 형성된 제1부분과 상기 에어 스페이서 상에 형성된 제2부분을 포함하는 보호막을 포함하고, 상기 보호막의 제2부분은 상기 복수의 필터들 위로 돌출된 볼록렌즈 형상을 가질 수 있다.

Description

이미지 센서 및 그 제조방법{IMAGE SENSOR AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}
본 발명은 반도체 장치 제조 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 자기정렬된 서브 마이크로렌즈를 구비한 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
이미지 센서(image sensor)는 광학 영상을 전기 신호로 변환시키는 소자이다. 최근 들어, 컴퓨터 산업과 통신 산업의 발달에 따라 디지털 카메라, 캠코더, PCS(Personal Communication System), 게임 기기, 경비용 카메라, 의료용 마이크로 카메라, 로보트 등 다양한 분야에서 성능이 향상된 이미지 센서의 수요가 증대되고 있다.
본 발명의 실시예들은 성능이 향상된 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는 복수의 필터들; 상기 복수의 필터들 사이에 형성된 에어 스페이서; 상기 복수의 필터들 상에 형성된 제1부분과 상기 에어 스페이서 상에 형성된 제2부분을 포함하는 보호막을 포함하고, 상기 보호막의 제2부분은 상기 복수의 필터들 위로 돌출된 볼록렌즈 형상을 가질 수 있다. 또한, 실시예에 따른 이미지 센서는 상기 복수의 필터들 각각에 대응하도록 상기 보호막의 제1부분 상에 형성된 마이크로렌즈를 더 포함할 수 있다.
상기 마이크로렌즈는 상기 보호막과 동일한 굴절률을 갖거나, 또는 상기 보호막보다 작은 굴절률을 가질 수 있다. 인접한 상기 마이크로렌즈는 상기 보호막의 제2부분에 의해 서로 분리될 수 있다. 상기 복수의 필터들 각각은, 레드필터, 그린필터, 블루필터, 사이언필터, 옐로우필터, 마젠타필터, 화이트필터, 블랙필터, 적외선패스필터, 적외선차단필터 및 특정 파장대역을 통과시키는 밴드패스필터로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나의 단일필터 또는 둘 이상이 혼재된 다중필터를 포함할 수 있다. 상기 복수의 필터들은 상기 에어 스페이서보다 큰 굴절률을 가질 수 있다. 상기 에어 스페이서는 메쉬 형태를 가질 수 있다. 상기 보호막은 상기 복수의 필터들보다 작은 굴절률을 갖고, 상기 에어 스페이스보다 큰 굴절률을 가질 수 있다. 상기 보호막은 열경화성을 갖는 물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법은 기판상에 희생패턴을 형성하는 단계; 상기 기판상에 상기 희생패턴 사이를 매립하는 복수의 필터들을 형성하는 단계; 상기 희생패턴을 제거하여 상기 복수의 필터들 사이에 에어 스페이서를 형성하는 단계; 상기 복수의 필터들 및 상기 에어 스페이서를 포함한 구조물 전면에 보호막을 형성하는 단계; 상기 에어 스페이서 내 공기를 팽창시켜 상기 에어 스페이서 상에 형성된 보호막을 볼록렌즈 형태로 변형시키는 어닐링 단계; 및 상기 복수의 필터들에 대응하도록 상기 보호막 상에 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 복수의 필터들을 형성하는 단계에서, 상기 복수의 필터들은 서로 평탄한 표면을 갖도록 형성할 수 있다. 상기 희생패턴 및 상기 에어 스페이서는 메쉬 형태를 갖도록 형성할 수 있다. 상기 복수의 필터들은 상기 에어 스페이서보다 큰 굴절률을 갖도록 형성할 수 있다. 상기 복수의 필터들 각각은, 레드필터, 그린필터, 블루필터, 사이언필터, 옐로우필터, 마젠타필터, 화이트필터, 블랙필터, 적외선패스필터, 적외선차단필터 및 특정 파장대역을 통과시키는 밴드패스필터로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나의 단일필터 또는 둘 이상이 혼재된 다중필터를 포함할 수 있다. 상기 보호막은 상기 복수의 필터들보다 작은 굴절률을 갖고, 상기 에어 스페이스보다 큰 굴절률을 갖도록 형성할 수 있다. 상기 보호막은 열경화성을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 상기 마이크로렌즈는 상기 보호막과 동일한 굴절률을 갖거나, 또는 상기 보호막보다 작은 굴절률을 갖도록 형성할 수 있다. 인접한 상기 마이크로렌즈 사이는 상기 볼록렌즈 형태를 갖는 보호막에 의해 분리되도록 형성할 수 있다.
상술한 과제의 해결 수단을 바탕으로 하는 본 기술은 복수의 필터들 사이에 형성된 에어 스페이서를 구비함으로써, 광학적 크로스토크를 방지할 수 있다. 아울러, 에어 스페이서를 수직적으로 확장시키는 보호막의 제2부분으로 인해 광학적 크로스토크를 보다 효과적으로 방지할 수 있다. 광학적 크로스토크를 방지함에 따라 이미지 센서의 신호대잡음비를 개선할 수 있다.
또한, 보호막의 제2부분으로 인해, 인접한 마이크로렌즈의 가장자리가 서로 겹치는 것을 방지할 수 있고, 마이크로렌즈 사이의 공간에 기인한 광 손실을 방지할 수 있다.
결과적으로, 에어 스페이서 및 보호막을 구비함으로써, 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 픽셀 어레이를 포함하는 이미지 처리 시스템의 개략적인 블록도.
도 2는 본 발명의 실시예 및 변형예에 따른 이미지 센서를 도시한 단면도.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법을 도시한 공정단면도.
이하 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 도면은 반드시 일정한 비율로 도시된 것이라 할 수 없으며, 몇몇 예시들에서, 실시예들의 특징을 명확히 보여주기 위하여 도면에 도시된 구조물 중 적어도 일부의 비례는 과장될 수도 있다. 도면 또는 상세한 설명에 둘 이상의 층을 갖는 다층 구조물이 개시된 경우, 도시된 것과 같은 층들의 상대적인 위치 관계나 배열 순서는 특정 실시예를 반영할 뿐이어서 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 층들의 상대적인 위치 관계나 배열 순서는 달라질 수도 있다. 또한, 다층 구조물의 도면 또는 상세한 설명은 특정 다층 구조물에 존재하는 모든 층들을 반영하지 않을 수도 있다(예를 들어, 도시된 두 개의 층 사이에 하나 이상의 추가 층이 존재할 수도 있다). 예컨대, 도면 또는 상세한 설명의 다층 구조물에서 제1 층이 제2 층 상에 있거나 또는 기판상에 있는 경우, 제1 층이 제2 층 상에 직접 형성되거나 또는 기판상에 직접 형성될 수 있음을 나타낼 뿐만 아니라, 하나 이상의 다른 층이 제1 층과 제2 층 사이 또는 제1 층과 기판 사이에 존재하는 경우도 나타낼 수 있다.
후술하는 본 발명의 실시예들은 성능이 향상된 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공한다. 구체적으로, 크로스토크를 방지하여 신호대잡음비를 개선함과 동시에 마이크로렌즈의 가장자리가 서로 겹치는 것을 방지하고, 마이크로렌즈 간의 공간에 기인한 광 손실을 최소화할 수 있는 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 실시예들을 설명하기에 앞서, 이미지 센서는 광학 이미지를 전기 신호로 변환하는 반도체 장치로서, CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서와 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서로 구분할 수 있다. CMOS 이미지 센서는 CCD 이미지 센서에 비해 구동 방식이 간편하고, 다양한 스캐닝(scanning) 방식을 채택할 수 있는 장점이 있다. 또한, 픽셀로부터 출력되는 신호를 처리하기 위한 회로를 CMOS 공정에 의해 하나의 칩(chip)으로 집적할 수 있어 제품의 소형화가 가능하고, 제조 단가를 낮출 수 있으며, 적은 전력을 소모하는 장점도 있다. 따라서, 최근에는 CMOS 이미지 센서에 대한 연구 및 제품개발이 활발하게 이루어지고 있다. CMOS 이미지 센서는 전면 수광 타입(Front-side illumination type)과 후면 수광 타입(Back-side illumination type)으로 구분할 수 있다. 전면 수광 타입 대비 후면 수광 타입이 보다 우수한 동작 특성(예컨대, 감도)를 구현할 수 있는 것으로 알려져 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 후면 수광 타입의 CMOS 이미지 센서를 예시하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 픽셀 어레이를 포함하는 이미지 처리 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 이미지 처리 시스템은 이미지 센서(100), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor, DSP, 200), 디스플레이 유닛(300) 및 렌즈 모듈(500)을 포함할 수 있다.
이미지 센서(100)는 픽셀 어레이(pixel array, 110), 로우 드라이버(row driver, 120), 상관 이중 샘플링(correlated double sampling, CDS) 블록(130), 아날로그 디지털 컨버터(analog digital converter, ADC) 블록(140), 램프 신호 발생기(ramp signal generator, 160), 타이밍 발생기(timing generator, 170), 제어 레지스터 블록(control register block, 180) 및 버퍼(buffer, 190)를 포함할 수 있다. 픽셀 어레이(110)는 다수의 픽셀들(210)을 포함할 수 있다. 다수의 픽셀들(210)에 대해서는 후술하는 도 2를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
이미지 센서(100)는 디지털 신호 프로세서(200)의 제어에 따라 렌즈 모듈(500)을 통해 촬영된 물체(400)의 광학 이미지를 감지하고, 디지털 신호 프로세서(200)는 이미지 센서(100)에 의해 감지되어 출력된 이미지를 디스플레이 유닛(300)으로 출력할 수 있다. 이때, 디스플레이 유닛(300)은 디지털 신호 프로세서(200)로부터 출력된 이미지를 디스플레이할 수 있는 장치를 의미한다. 예컨대, 디스플레이 유닛(300)은 컴퓨터, 이동 통신 장치, 및 기타 영상 출력 장치의 단말(terminal)을 의미할 수 있다.
디지털 신호 프로세서(200)는 카메라 컨트롤러(201), 이미지 신호 프로세서(image signal processor, ISP, 203) 및 인터페이스(interface, 205)를 포함할 수 있다. 카메라 컨트롤러(201)는 제어 레지스터 블록(180)의 동작을 제어한다. 카메라 컨트롤러(201)는 I2C(inter-integrated circuit)를 이용하여 이미지 센서(100), 즉, 제어 레지스터 블록(180)의 동작을 제어할 수 있으나 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다. 이미지 신호 프로세서(203)는 이미지(또는 이미지 데이터)를 수신하고, 수신된 이미지를 사람이 보기 좋도록 가공 또는 처리하고, 가공된 또는 처리된 이미지를 인터페이스(205)를 통해 디스플레이 유닛(300)으로 출력한다.
도 1에서는 이미지 신호 프로세서(203)가 디지털 신호 프로세서(200)의 내부에 위치하는 것으로 도시하였으나 실시예에 따라 이미지 신호 프로세서(203)는 이미지 센서(100)의 내부에 위치할 수도 있다. 또한 이미지 센서(100)와 이미지 신호 프로세서(203)는 하나의 패키지, 예컨대 멀티-칩 패키지(multi-chip package, MCP)로 구현될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예 및 변형예에 따른 이미지 센서를 도시한 단면도이다. 구체적으로, 도 2는 도 1에 도시된 이미지 센서의 픽셀 어레이에 포함되며, 본 발명의 실시예에 따른 다수의 픽셀들을 도시한 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 이미지 센서는 복수의 픽셀들(pixels)을 갖고 복수의 픽셀들 각각에 형성된 광전변환소자(602)를 포함한 소정의 구조물이 형성된 기판(601), 기판(601) 상에 형성된 버퍼막(603), 버퍼막(603) 상에 형성된 복수의 필터들(604, 605, 606), 복수의 필터들(604, 605, 606) 사이에 형성된 에어 스페이서(607), 복수의 필터들(604, 605, 606) 상에 형성된 제1부분(608A)과 에어 스페이서(607) 상에 형성되어 볼록렌즈 형상을 갖는 제2부분(608B)을 포함하는 보호막(608) 및 복수의 필터들(604, 605, 606)에 대응하도록 보호막(608) 상에 형성된 마이크로렌즈(609)를 포함할 수 있다. 참고로, 도 2에서는 설명의 편의를 위해 3개의 픽셀들이 구현된 예를 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
복수의 픽셀들은 서로 다른 파장대역의 입사광에 응답하여 광전하를 생성하는 제1픽셀, 제2픽셀 및 제3픽셀을 포함할 수 있다. 일례로, 제1픽셀, 제2픽셀 및 제3픽셀은 각각 레드픽셀(red pixel), 그린픽셀(green pixel) 및 블루픽셀(blue pixel)일 수 있다. 다른 일례로, 제1픽셀 내지 제3픽셀은 사이언픽셀(cyan pixel), 옐로우픽셀(yellow pixel), 마젠타픽셀(magenta pixel), 화이트픽셀(white pixel), 블랙픽셀(black pixel) 및 적외선픽셀(Infrared pixel)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나로 대체될 수도 있다.
기판(601)은 반도체 기판을 포함할 수 있다. 반도체 기판은 단결정 상태(Single crystal state)일 수 있으며, 실리콘 함유 재료를 포함할 수 있다. 즉, 기판(601)은 단결정의 실리콘 함유 재료를 포함할 수 있다. 광전변환소자(602)는 수직적으로 중첩되는 복수의 광전변환부(미도시)들을 포함할 수 있으며, 광전변환부들 각각은 N형 불순물영역과 P형 불순물영역을 포함하는 포토다이오드(Photo Diode)일 수 있다. 또한, 광전변환소자(602)는 기판(601) 상에 형성된 유기광전변환층(미도시)을 포함할 수도 있다. 광전변환소자(602)를 포함하여 기판(601)에 형성된 소정의 구조물은 신호생성회로일 수 있다. 신호생성회로는 광전변환소자(602)에서 생성된 광전하에 상응하는 전기신호를 생성(또는 출력)하는 역할을 수행할 수 있다.
기판(601)상에 형성된 버퍼막(603)은 기판(601)에 형성된 소정의 구조물에 기인한 단차를 제거하는 평탄화막으로 작용함과 동시에 입사광에 대한 반사방지막으로 작용할 수 있다. 버퍼막(603)은 산화막, 질화막 및 산화질화막으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나의 단일막 또는 둘 이상이 적층된 다중막일 수 있다.
복수의 픽셀들 각각에 대응하도록 버퍼막(603) 상에 형성된 복수의 필터들(604, 605, 606)은 각각의 픽셀이 요구하는 파장대역의 입사광을 광전변환소자(602)에 제공하는 역할을 수행한다. 구체적으로, 복수의 필터들(604, 605, 606)에 의해 각각의 픽셀이 요구하는 색분리(color seperation)된 입사광이 광전변환소자(602)에 제공될 수 있다. 즉, 복수의 필터들(604, 605, 606)은 컬러필터를 포함할 수 있다. 구체적으로, 복수의 필터들(604, 605, 606)은 레드필터, 그린필터, 블루필터, 사이언필터, 옐로우필터, 마젠타필터, 화이트필터, 블랙필터, 적외선패스필터, 적외선차단필터 및 특정 파장대역을 통과시키는 밴드패스필터로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나의 단일필터 또는 둘 이상이 혼재된 다중필터를 포함할 수 있다. 일례로, 제1픽셀, 제2픽셀 및 제3픽셀이 각각 레드픽셀, 그린픽셀 및 블루픽셀인 경우에 제1필터(604), 제2필터(605), 제3필터(606)는 레드필터, 그린필터 및 블루필터일 수 있다.
복수의 필터들(604, 605, 606)은 서로 평탄한 표면(또는 상부면)을 가질 수 있다. 구체적으로, 복수의 필터들(604, 605, 606) 각각의 두께가 서로 동일할 수 있다. 복수의 필터들(604, 605, 606) 각각의 두께가 서로 동일하지 않은 경우, 복수의 필터들(604, 605, 606) 상에 형성되어 이들 사이의 단차를 제거하는 평탄화막(미도시)을 더 포함할 수 있다. 복수의 필터들(604, 605, 606)은 인접한 필터와 소정간격 이격되어 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 복수의 필터들(604, 605, 606)이 인접한 필터와 소정 간격 이격되어 배치됨에 따라 복수의 필터들(604, 605, 606) 사이에 에어 스페이서(607)를 형성할 수 있다. 따라서, 에어 스페이서(607)는 복수의 픽셀들이 접하는 경계면을 따라 형성될 수 있으며, 메쉬(mesh) 형태를 가질 수 있다. 에어 스페이서(607)는 광학적 크로스토크를 방지하여 신호대잡음비를 개선하는 역할을 수행할 수 있다. 이를 위해, 복수의 필터들(604, 605, 606)은 에어 스페이서(607)보다 큰 굴절률을 가질 수 있다. 즉, 복수의 필터들(604, 605, 606)은 공기의 굴절률보다 큰 굴절률을 가질 수 있다.
복수의 필터들(604, 605, 606) 및 에어 스페이서(607)를 포함한 구조물 전면을 덮는 보호막(608)은 복수의 필터들(604, 605, 606) 상에 형성된 제1부분(608A)과 에어 스페이서(607) 상에 형성된 제2부분(608B)을 포함할 수 있다. 제1부분(608A)의 보호막(608)은 복수의 필터들(604, 605, 606)에 대한 반사방지막으로 작용할 수 있고, 제2부분(608B)의 보호막(608)은 인접한 마이크로렌즈(609)의 가장자리가 서로 겹치는 것을 방지하고, 마이크로렌즈(609) 사이의 공간에서 발생하는 광손실을 방지하는 역할을 수행할 수 있다. 이를 위해, 제1부분(608A)의 보호막(608)은 평판형태를 가질 수 있고, 제2부분(608B)의 보호막(608)은 복수의 필터들(604, 605, 606) 위로 돌출된 볼록렌즈 형태를 가질 수 있다. 아울러, 보호막(608)은 복수의 필터들(604, 605, 606)보다는 작은 굴절률을 갖고, 에어 스페이서(607) 즉, 공기보다는 큰 굴절률을 가질 수 있다. 보호막(608)은 열경화성을 갖는 물질을 포함할 수 있다.
복수의 필터들(604, 605, 606)에 대응하도록 보호막(608)의 제1부분(608A) 상에 형성된 마이크로렌즈(609)는 반구 형태를 가질 수 있다. 마이크로렌즈(609)의 가장자리는 보호막(608)의 제2부분(608B)에 접하여 인접한 마이크로렌즈(609)가 보호막(608)의 제2부분(608B)에 의해 분리된 형태를 가질 수 있다. 마이크로렌즈(609)는 보호막(608)과 동일한 굴절률을 갖거나, 또는 보호막(608)보다 작은 굴절률을 가질 수 있다.
상술한 실시예에 따른 이미지 센서는 복수의 필터들(604, 605, 606) 사이에 형성된 에어 스페이서(607)를 구비함으로써, 광학적 크로스토크를 방지할 수 있다. 아울러, 에어 스페이서(607)를 수직적으로 확장시키는 보호막(608)의 제2부분(608B)으로 인해 광학적 크로스토크를 보다 효과적으로 방지할 수 있다. 광학적 크로스토크를 방지함에 따라 이미지 센서의 신호대잡음비를 개선할 수 있다.
또한, 보호막(608)의 제2부분(208B)으로 인해, 인접한 마이크로렌즈(609)의 가장자리가 서로 겹치는 것을 방지할 수 있고, 마이크로렌즈(609) 사이의 공간에 기인한 광 손실을 방지할 수 있다.
결과적으로, 실시예에 따른 이미지 센서는 에어 스페이서(607) 및 보호막(608)을 구비함으로써, 성능을 향상시킬 수 있다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법을 도시한 공정단면도이다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 복수의 픽셀들 예컨대, 제1픽셀, 제2픽셀 및 제3픽셀을 갖는 기판(11)에 광전변환소자(12)를 포함한 소정의 구조물을 형성한다. 제1픽셀, 제2픽셀 및 제3픽셀은 각각 레드픽셀, 그린픽셀 및 블루픽셀일 수 있다. 광전변환소자(12)는 포토다이오드를 포함할 수 있다. 그리고, 소정의 구조물은 복수의 트랜지스터, 다층의 금속배선 및 이들을 상호연결하는 복수의 플러그를 포함한 신호생성회로를 포함할 수 있다.
다음으로, 광전변환소자(12)를 포함한 소정의 구조물이 형성된 기판(11)상에 버퍼막(13)을 형성한다. 버퍼막(13)은 기판(11)에 형성된 소정의 구조물에 기인한 단차를 제거하는 평탄화막으로 작용함과 동시에 반사방지막으로 작용할 수 있다. 버퍼막(13)은 절연막으로 형성할 수 있다. 예컨대, 버퍼막(13)은 산화막, 질화막 및 산화질화막으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나의 단일막 또는 둘 이상이 적층된 다중막으로 형성할 수 있다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 버퍼막(13) 상에 희생패턴(14)을 형성한다. 희생패턴(14)은 복수의 필터들(15, 16, 17)이 형성될 공간을 정의하는 오픈부(14A)를 포함할 수 있다. 희생패턴(14)은 후속 공정을 통해 형성될 복수의 필터들(15, 16, 17)과 선택비를 갖는 물질을 포함할 수 있다. 일례로, 희생패턴(14)은 포토레지스트패턴으로 형성할 수 있다. 따라서, 희생패턴(14)은 버퍼막(13) 전면에 포토레지스트를 도포하고 노광 및 현상을 순차적으로 진행하여 형성할 수 있다.
희생패턴(14)은 복수의 픽셀들이 접하는 경계면을 따라 형성될 수 있으며, 메쉬 형태를 가질 수 있다. 희생패턴(14)의 선폭에 따라 후속 공정을 통해 형성될 에어 스페이서의 선폭을 제어할 수 있다. 그리고, 희생패턴(14)의 높이는 후속 공정을 통해 형성될 복수의 필터들(15, 16, 17)의 높이와 동일하거나, 또는 더 높게 형성할 수 있다.
다음으로, 희생패턴(14) 사이를 매립하는 복수의 필터들(15, 16, 17)을 형성한다. 즉, 제1픽셀, 제2픽셀 및 제3픽셀 각각에 대응하도록 형성된 희생패턴(14)의 오픈부(14A)를 매립하는 제1필터(15), 제2필터(16) 및 제3필터(17)를 순차적으로 형성한다, 복수의 필터들(15, 16, 17)은 컬러필터일 수 있다. 일례로, 제1필터(15), 제2필터(16) 및 제3필터(17)는 각각 레드필터, 그린필터 및 블루필터일 수 있다.
한편, 복수의 필터들(15, 16, 17)은 모두 동일한 두께(또는 높이)를 갖거나, 또는 서로 상이한 두께를 가질 수 있다. 복수의 필터들(15, 16, 17)이 서로 상이한 두께를 갖는 경우에는 복수의 필터들(15, 16, 17) 상에 평탄화막(미도시)을 별도로 형성하여 복수의 필터들(15, 16, 17)이 모두 평탄한 표면을 갖도록 형성할 수 있다.
도 3c에 도시된 바와 같이, 희생패턴(14)을 제거하여 복수의 필터들(15, 16, 17) 사이에 에어 스페이서(18)를 형성한다. 희생패턴(14)은 포토레지스트패턴으로 형성한 경우에 애싱(ashing)공정을 통해 희생패턴(14)을 제거할 수 있다. 희생패턴(14)을 제거하여 형성된 에어 스페이서(18)는 복수의 픽셀들이 접하는 경계면을 따라 형성된 것일 수 있으며, 메쉬 형태를 가질 수 있다.
다음으로, 복수의 필터들(15, 16, 17) 및 에어 스페이서(18)를 포함한 구조물 전면에 보호막(19)을 형성한다. 이때, 보호막(19)이 복수의 필터들(15, 16, 17) 사이 즉, 에어 스페이서(18)를 매립하지 않도록 형성한다. 보호막(19)은 복수의 필터들(15, 16, 17)보다 작은 굴절률을 갖고, 에어 스페이서(18)보다 큰 굴절률을 갖도록 형성할 수 있다. 그리고, 보호막(19)은 열경화성을 갖는 물질로 형성할 수 있다.
도 3d에 도시된 바와 같이, 에어 스페이서(18) 내 공기를 팽창시켜 에어 스페이서(18) 상에 형성된 보호막(19)을 볼록렌즈 형태로 변형시키는 어닐링을 진행한다. 이때, 어닐링은 열경화성을 갖는 보호막(19)의 형태를 변형시킬 수 있는 온도 범위에서 진행할 수 있다. 이하, 어닐링을 통해 확장된 에어 스페이서(18)의 도면부호를 '18A'로 변경하여 표기하기로 한다.
어닐링을 통해 복수의 필터들(15, 16, 17) 상에 형성된 보호막(19)의 제1부분(19A)은 평판형태를 가질 수 있고, 에어 스페이서(18A) 상에 형성된 보호막(19)의 제2부분(19B)은 복수의 필터들(15, 16, 17) 위로 돌출된 볼록렌즈 형태를 가질 수 있다. 이를 통해, 보다 효과적으로 광학적 크로스토크를 방지할 수 있다. 보호막(19)이 열경화성을 갖기 때문에 어닐링 이후에도 보호막(19)의 제2부분(19B)은 볼록렌즈 형태를 유지할 수 있다.
도 3e에 도시된 바와 같이, 복수의 필터들(15, 16, 17) 각각에 대응하도록 보호막(19)의 제1부분(19A) 상에 마이크로렌즈(20)를 형성한다. 마이크로렌즈(20)는 보호막(19)과 동일한 굴절률을 갖거나, 또는 보호막(19)보다 작은 굴절률을 갖도록 형성할 수 있다,
마이크로렌즈(20)는 보호막(19) 상에 렌즈패턴을 형성한 후 리플로우 공정을 진행하여 소정의 곡률을 갖도록 형성할 수 있다. 이때, 보호막(19)의 제2부분(19B)이 분리막으로 작용하여 인접한 마이크로렌즈(20)의 가장자리가 서로 겹치는 것을 방지할 수 있다. 아울러, 복수의 마이크로렌즈(20)가 일정한 곡률을 갖도록 형성할 수 있다. 또한, 보호막(19)의 제2부분(19B)이 마이크로렌즈(20) 사이에서 분리막으로 작용하여도, 보호막(19)의 제2부분(19B)은 볼록렌즈 형태를 갖기 때문에 마이크로렌즈(20) 사이의 공간에 기인한 광 손실을 방지할 수 있다.
이후, 공지된 반도체 제조 기술에 따라 이미지 센서를 완성할 수 있다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위내의 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
601 : 기판 602 : 광전변환소자
603 : 버퍼막 604 : 제1필터
605 : 제2필터 606 : 제3필터
607 : 에어 스페이서 608 : 보호막
609 : 마이크로렌즈

Claims (18)

  1. 복수의 필터들;
    상기 복수의 필터들 사이에 형성된 에어 스페이서;
    상기 복수의 필터들 상에 형성된 제1부분과 상기 에어 스페이서 상에 형성된 제2부분을 포함하는 보호막; 및
    상기 복수의 필터들 각각에 대응하도록 상기 보호막의 제1부분 상에 형성된 마이크로렌즈를 포함하되,
    상기 보호막의 제2부분은 상기 복수의 필터들 위로 돌출된 볼록렌즈 형상을 갖고, 인접한 상기 마이크로렌즈 사이는 상기 볼록렌즈 형태를 갖는 보호막에 의해 분리되도록 형성되는 이미지 센서.
  2. 삭제
  3. ◈청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제1항에 있어서,
    상기 마이크로렌즈는 상기 보호막과 동일한 굴절률을 갖거나, 또는 상기 보호막보다 작은 굴절률을 갖는 이미지 센서.
  4. 삭제
  5. ◈청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제1항에 있어서,
    상기 복수의 필터들 각각은, 레드필터, 그린필터, 블루필터, 사이언필터, 옐로우필터, 마젠타필터, 화이트필터, 블랙필터, 적외선패스필터, 적외선차단필터 및 특정 파장대역을 통과시키는 밴드패스필터로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나의 단일필터 또는 둘 이상이 혼재된 다중필터를 포함하는 이미지 센서.
  6. ◈청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제1항에 있어서,
    상기 복수의 필터들은 상기 에어 스페이서보다 큰 굴절률을 갖는 이미지 센서.
  7. ◈청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제1항에 있어서,
    상기 에어 스페이서는 메쉬 형태를 갖는 이미지 센서.
  8. ◈청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제1항에 있어서,
    상기 보호막은 상기 복수의 필터들보다 작은 굴절률을 갖고, 상기 에어 스페이스보다 큰 굴절률을 갖는 이미지 센서.
  9. ◈청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제1항에 있어서,
    상기 보호막은 열경화성을 갖는 물질을 포함하는 이미지 센서.
  10. 기판상에 희생패턴을 형성하는 단계;
    상기 기판상에 상기 희생패턴 사이를 매립하는 복수의 필터들을 형성하는 단계;
    상기 희생패턴을 제거하여 상기 복수의 필터들 사이에 에어 스페이서를 형성하는 단계;
    상기 복수의 필터들 및 상기 에어 스페이서를 포함한 구조물 전면에 보호막을 형성하는 단계;
    상기 에어 스페이서 내 공기를 팽창시켜 상기 에어 스페이서 상에 형성된 보호막을 볼록렌즈 형태로 변형시키는 어닐링 단계; 및
    상기 복수의 필터들에 대응하도록 상기 보호막 상에 마이크로렌즈를 형성하는 단계
    를 포함하되,
    인접한 상기 마이크로렌즈는 상기 보호막의 제2부분에 의해 서로 분리되되도록 형성하는 이미지 센서 제조방법.
  11. ◈청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제10항에 있어서,
    상기 복수의 필터들을 형성하는 단계에서,
    상기 복수의 필터들은 서로 평탄한 표면을 갖도록 형성하는 이미지 센서 제조방법.
  12. ◈청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제10항에 있어서,
    상기 희생패턴 및 상기 에어 스페이서는 메쉬 형태를 갖도록 형성하는 이미지 센서 제조방법.
  13. ◈청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제10항에 있어서,
    상기 복수의 필터들은 상기 에어 스페이서보다 큰 굴절률을 갖도록 형성하는 이미지 센서 제조방법.
  14. ◈청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제10항에 있어서,
    상기 복수의 필터들 각각은, 레드필터, 그린필터, 블루필터, 사이언필터, 옐로우필터, 마젠타필터, 화이트필터, 블랙필터, 적외선패스필터, 적외선차단필터 및 특정 파장대역을 통과시키는 밴드패스필터로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나의 단일필터 또는 둘 이상이 혼재된 다중필터를 포함하는 이미지 센서 제조방법.
  15. ◈청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제10항에 있어서,
    상기 보호막은 상기 복수의 필터들보다 작은 굴절률을 갖고, 상기 에어 스페이스보다 큰 굴절률을 갖도록 형성하는 이미지 센서 제조방법.
  16. ◈청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제10항에 있어서,
    상기 보호막은 열경화성을 갖는 물질을 포함하는 이미지 센서 제조방법.
  17. ◈청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제10항에 있어서,
    상기 마이크로렌즈는 상기 보호막과 동일한 굴절률을 갖거나, 또는 상기 보호막보다 작은 굴절률을 갖도록 형성하는 이미지 센서 제조방법.
  18. 삭제
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