KR0165376B1 - Ccd image sensor and fabricating method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 쌍봉(twin hill)형의 렌즈유도층을 갖는 씨씨디(CCD)용 이미지 센서 및 그 제조방법에 관해 개시한다. 본 발명의 씨씨디(CCD)용 이미지 센서는 요철을 갖는 반도체기판에 형성된 광전변환부와 상기 결과물전면에 형성된 평탄화층, 상기 평탄화층 전면에 각각 복수개로 서로 층층이 형성된 칼라필터 및 중간층, 상기 중간층상에 형성된 보호층, 상기 보호층상에 형성된 렌즈유도층 및 상기 렌즈유도층 사이에 형성된 마이크로렌즈를 구비한다.The present invention relates to an image sensor for a CCD (CCD) having a twin hill type lens induction layer and a method of manufacturing the same. The CCD image sensor of the present invention includes a photoelectric conversion unit formed on a semiconductor substrate having irregularities, a planarization layer formed on the entire surface of the resultant, a color filter and an intermediate layer formed on a plurality of layers each on the entire surface of the planarization layer, and the intermediate layer shape. And a microlens formed between the protective layer formed on the lens layer, the lens induction layer formed on the protective layer, and the lens induction layer.
본 발명에 의하면 소정의 곡률을 갖는 쌍봉(twin hill)형의 렌즈유도층을 유도함으로써 마이크로렌즈를 쉽게 형성할 수 있고, 상기 쌍봉의 곡률을 이용하여 마이크로렌즈를 소정의 곡률반경을 갖는 볼록렌즈로 형성할 수 있으며, 또한 렌즈를 균일하게 형성할 수 있다. 따라서 F값의 변화에 따른 촛점의 불일치에 의한 감도의 저하, 감도불균일 및 이미지의 불명료함을 제거한다.According to the present invention, the microlens can be easily formed by inducing a twin hill type lens induction layer having a predetermined curvature, and the microlens is formed as a convex lens having a predetermined curvature radius by using the curvature of the twin peak. It can be formed, and the lens can be formed uniformly. Therefore, the degradation of the sensitivity due to the mismatch of the focus due to the change of the F value, the sensitivity unevenness and the image ambiguity are removed.
Description
제1a도 내지 제1g도는 종래의 기술을 이용한 씨씨디(CCD)용 이미지센서 및 그 제조방법을 단계별로 나타낸 도면들이다.1A to 1G are diagrams illustrating step-by-step images of a CDD image sensor and a method of manufacturing the same according to the related art.
제2a도 및 제2b도는 종래기술 및 본 발명에 적용되는 스톱(Stop)의 대·소에 따른 촛점거리의 변화를 나타낸 도면들이다.2a and 2b is a view showing a change in the focal length according to the size of the stop (Stop) applied to the prior art and the present invention.
제3a도 내지 제3f도는 본 발명을 이용한 씨씨디(CCD)용 이미지센서 및 그 제조방법을 단계별로 나타낸 도면들이다.3a to 3f are views showing step by step the image sensor for a CD (CCD) using the present invention and a method of manufacturing the same.
제4a도 내지 제4c도는 렌즈유도층을 형성하는 단계를 나타내는 도면들이다.4A to 4C are diagrams illustrating a step of forming a lens induction layer.
제5도는 본 발명을 이용한 씨씨디(CCD)용 이미지센서의 평면도를 나타낸 도면이다.5 is a plan view of a CDD image sensor using the present invention.
제6도는 본 발명을 이용하여 형성된 씨씨디(CCD)용 이미지센서의 광경로를 나타낸 모식도이다.6 is a schematic diagram showing an optical path of a CCD image sensor formed using the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
24, 36b 및 64 : 렌즈유도층 10a, 14a, 18 : 제1 내지 제3 칼라 필터24, 36b, and 64: lens induction layers 10a, 14a, 18: first to third color filters
본 발명은 씨씨디(CCD)용 이미지센서 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 렌즈유도층을 갖는 이미지센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an image sensor for a CD (CCD) and a manufacturing method thereof, and more particularly to an image sensor having a lens induction layer and a manufacturing method thereof.
전하결합소자(Charge Coupled Device 이하 CCD라 한다.)는 외부작용에 의해 발생된 전기적신호를 반도체기판의 표면을 따라 전송하는 장치로서 캠코드에 널리 사용된다.Charge coupled devices (hereinafter referred to as CCDs) are widely used in cam codes as devices that transmit electrical signals generated by external actions along the surface of a semiconductor substrate.
CCD윗면에 1차원의 광학상을 투사하면 그 상의 밝기에 따라 CCD의 이미지센서부의 반도체내부에서 전자-전공의 쌍이 형성된다. 따라서 P형 반도체인 경우 전자는 포텐셜우물에 모이게되고 충분한 신호전하가 축척되면 CCD전극에 클럭펄스를 인가해서 신호전하를 전송한다. 이렇게하여 1차원 광학상이 연속적으로 전기적신호로 변환할 수 있게된다. 이러한 CCD를 2차원적으로 배열해 놓으면 2차원 광학상을 전기신호로 변환할 수 있는 고체촬상장치로 사용할 수 있다.When one-dimensional optical images are projected onto the CCD, electron-electron pairs are formed in the semiconductor inside the image sensor unit of the CCD according to the brightness of the image. Therefore, in the case of a P-type semiconductor, electrons are collected in the potential well, and when sufficient signal charge is accumulated, a clock pulse is applied to the CCD electrode to transfer the signal charge. In this way, the one-dimensional optical image can be continuously converted into an electrical signal. By arranging such CCDs two-dimensionally, a two-dimensional optical image can be used as a solid-state imaging device that can convert an electrical signal.
그러나 CCD를 이미지 센서로서 사용할 때의 결점은 광패턴이 CCD표면에 연속적으로 투영되고 있는 가운데 전송하면 출력단으로부터 먼위치에서 전송되어 온 신호에는 이동할 때마다, 광패턴의 투영에 의해 생성되는 신호가 가산되어 신호의 순도가 저하한다는 것이다.However, the drawback of using a CCD as an image sensor is that if a light pattern is continuously projected on the CCD surface and transmitted, a signal generated by the light pattern projection is added to the signal transmitted from a position far from the output stage. Signal purity decreases.
따라서 CCD의 이미지 센서 디바이스에서 포토다이오드에 도달하는 광의 감도는 매우 중요하다. 실제의 CCD 이미지센서는 포토다이오드로 구성되는 광전변환부와 주사부가 분리된 구조로 되어 있다.Therefore, the sensitivity of light reaching the photodiode in the image sensor device of the CCD is very important. The actual CCD image sensor has a structure in which the photoelectric conversion section and the scanning section, which are composed of photodiodes, are separated.
CCD의 이미지센서는 칩당 수십만화소 이상의 집적도를 지녀서 초고밀도 집적회로의 개발에 보조를 맞추어 실용화되고 있다.CCD image sensors have been integrated in the development of ultra-high density integrated circuits with integration of more than hundreds of thousands of pixels per chip.
종래의 기술을 이용한 CCD용 이미지센서 및 그 제조방법을 첨부된 도면과 함께 상세하게 설명한다.An image sensor for a CCD and a method of manufacturing the same using a conventional technique will be described in detail with the accompanying drawings.
제1a도 내지 제1g도는 종래의 기술을 이용한 씨씨디(CCD)용 이미지센서 및 그 제조방법을 단계별로 나타낸 도면들이다.1A to 1G are diagrams illustrating step-by-step images of a CDD image sensor and a method of manufacturing the same according to the related art.
제1a도는 CCD가 형성된 반도체기판의 반대편기판상에 요철부를 형성한 다음, 이 요철부의 오목한 부분에 광전변환부로서 포토다이오드(5)를 형성하고 요철부의 볼록한 부분에는 인접 광전변환부 사이에서 차광막역할을 하는 알미늄층(3)을 형성한 다음, 그 위에 알미늄층 보호막(3a)을 형성하는 단계를 나타낸다. 이처럼 광전변환부의 포토다이오드(5)와 그 사이의 알미늄층(3) 보호막(3a)이 형성된 결과물전면에 상기 요철부의 오목한 부분을 매립하면서 반도체기판 전면의 평탄화와 함께, 이어지는 공정에서 염색성 포토레지스트의 부착성을 좋게하기 위해 아크릴수지계의 투명층(7)을 형성한다.FIG. 1A shows an uneven portion formed on the opposite side of the semiconductor substrate on which the CCD is formed, and then forms a photodiode 5 as a photoelectric conversion portion in the concave portion of the uneven portion, and acts as a light shielding film between adjacent photoelectric conversion portions in the convex portion of the uneven portion. After the aluminum layer 3 is formed, an aluminum layer protective film 3a is formed thereon. The photodiode 5 of the photoelectric conversion portion and the aluminum layer 3 protective film 3a therebetween are filled with the concave portion of the concave-convex portion on the entire surface of the resultant product, and the planarization of the entire surface of the semiconductor substrate is performed. In order to improve adhesion, an acrylic resin-based transparent layer 7 is formed.
제1b도는 상기 결과물전면에 염색성 레지스트(9)를 형성한 다음, 이를 패터닝하여 마젠타색으로 염색하여 마젠타색 필터(9a)를 형성하는 단계를 나타낸다.FIG. 1B illustrates a step of forming the dyeable resist 9 on the entire surface of the resultant, and then patterning the dyeing resist 9 to form a magenta filter 9a.
제1c도는 마젠타색 필터(9a)를 포함하는 상기 결과물전면에 상기 평탄화층(7)과 동일한 아크릴수지계를 사용하여 제1 중간층(11)을 형성한다. 그리고 그 위에 다시 염색텅 포토레지스트(13)를 형성한 후 이를 패터닝하여 시안색으로 염색해서 시안색필터(13a)를 형성하는 단계를 나타낸다.In FIG. 1C, the first intermediate layer 11 is formed on the resultant surface including the magenta filter 9a using the same acrylic resin system as the planarization layer 7. Then, the dyeing photoresist 13 is formed thereon, followed by patterning the same to dye the cyan color to form the cyan filter 13a.
제1d도는 상기 결과물전면에 제2 중간층(15)를 형성한 후 그 위에 염색성 포토레지스트를 형성한 후 패터닝하고 옐로우색으로 염색하여 옐로우색 필터(17)를 형성하는 단계를 나타낸다.FIG. 1d illustrates a step of forming a yellow filter 17 by forming a second intermediate layer 15 on the entire surface of the resultant, then forming a dyeable photoresist thereon, patterning and dyeing yellow.
제1e도는 상기 옐로우색 필터(17)의 형성에 이어서 그 전면에 제3 중간층을 형성한 후 계속해서 그 전면에 상기 결과물들을 보호하기 위한 보호층(12)을 형성하는 단계를 나타낸다.FIG. 1E illustrates a step of forming the third intermediate layer on the front side after the formation of the yellow filter 17 and subsequently forming the protective layer 12 on the front side to protect the results.
제1f도는 보호층(21) 상에 폴리아미드 또는 아크릴계의 물질을 도포하여 렌즈층(23)을 형성하는 단계를 나타낸다.FIG. 1F illustrates a step of forming the lens layer 23 by applying a polyamide or acrylic material on the protective layer 21.
제1g도는 제1f도의 결과물상에 포토다이오드의 위치에 소정의 곡률반경을 갖는 오목렌즈층(25)을 형성한다. 이어서 이 오목렌즈층 전면에 아크릴계의 물질을 도포한 후 통상의 노광 및 현상공정에 의해 상기 오목렌즈상부에 패턴을 형성한다. 그리고 이 패턴을 리플로우시켜서 집광렌즈(27)를 형성한다. 이 집광렌즈는 양면이 볼록한 형태인 볼록렌즈로 이루어지며, 이 렌즈의 곡률반경은 베이크온도와 시간을 조절하여 조절한다.FIG. 1G forms a concave lens layer 25 having a predetermined radius of curvature at the position of the photodiode on the resultant of FIG. 1F. Subsequently, an acrylic material is applied to the entire concave lens layer, and then a pattern is formed on the concave lens by normal exposure and development processes. This pattern is then reflowed to form the condenser lens 27. The condensing lens consists of a convex lens of which both surfaces are convex. The radius of curvature of the lens is controlled by adjusting the baking temperature and time.
종래의 기술을 이용한 씨씨디(CCD)용 이미지 센서 및 그 제조방법에 있어서, 나타난 문제점은 첫째, CCD 칼라필터의 언-칩(On-Chip) 마이크로렌즈를 형성함에 있어서 대물렌즈의 에프(F) 값에 따른 광경로의 차이로 인해 초점의 불일치로 인한 상의 퍼짐과 감도 특성이 나빠진다.In the CCD image sensor and a method of manufacturing the same using a conventional technique, the problems presented are firstly, the F of the objective lens in forming the on-chip microlens of the CCD color filter. Due to the difference in the optical path according to the value, the spread and sensitivity characteristics of the image due to the mismatch of the focus deteriorate.
구체적으로 설명하면 CCD장치의 상부에 칼라필터를 형성한 다음, 평탄화 및 마이크로렌즈의 초점조절용으로 탑 코우팅(top coating)을 형성한 다음 마이크로렌즈를 형성하는데 통상 마이크로렌즈의 형성방법이 열적인 리플로우를 통하여 형성하기 때문에 마이크로렌즈 형성용 포토레지스트와 그 아래의 유기물층들의 열적 경화도 등에 따라 리플로우율이 다르게 된다. 또한 포토레지스트이므로 아래층의 반사율에 매우 민감하고 그 영향이 노광시 나타나므로 균일하게 패턴을 형성하기가 어렵게 된다. 따라서, 마이크로 렌즈의 크기의 균일성이 저하되는 문제가 발생된다.Specifically, a color filter is formed on the top of the CCD device, then a top coating is formed for flattening and focusing of the microlenses, and then a microlens is formed. Since it is formed through the row, the reflow rate is different depending on the thermal curing degree of the photoresist for forming the microlens and the organic layers thereunder. In addition, since it is a photoresist, it is very sensitive to the reflectance of the underlying layer and its effect appears during exposure, making it difficult to form a pattern uniformly. Thus, a problem arises in that the uniformity of the size of the microlenses is lowered.
둘째, 완성된 CCD상부에 캠코드의 대물렌즈가 장착되는데 이 대물렌즈를 통하여 입사하는 광에너지의 양은 제2a도 및 제2b도에 도시한 것처럼 렌즈(L) 후면에 스톱(S)를 설치하여 조절한다. 통상 F값으로서 입사하는 광에너지의 많고 접음을 표시한다. 즉 F값이 클수록 스톱(S)의 간격이 작아지고(제2a도) 따라서 렌즈(L)를 통과하여 CCD에 도달하는 광에너지의 양은 작아진다. F값이 작을때는 클때와 반대로 스톱의 간격이 커지고(제2b도) 많은 광에너지가 CCD에 도달한다. 그런데 문제는 F값이 크고 작음에 따라 렌즈를 지나는 광의 경로는 렌즈의 중앙부분만 아니라 가장자리 부분도 지나가게 된다. 이때 렌즈의 중앙만 지나는 광은 초점을 한곳에 가져온다(제2a도). 반면 렌즈의 가장자리 부분을 지나는 광은 중앙부분을 지나는 초점보다, 짧은 거리에 초점이 맺힌다(제2b도). 따라서 궁극적으로는 광 다이오드에 집속되는 광에너지의 흐림밀도(flux density:단위시간당 단위면적을 통과하는 광에너지의 양)가 작아져서 감도가 저하되고 초점의 어긋남에 따라 외부의 광학적 이미지가 흐릿하게 형성된다.Second, the camcode objective lens is mounted on the completed CCD. The amount of light energy incident through the objective lens is adjusted by installing a stop (S) at the rear of the lens (L) as shown in FIGS. 2A and 2B. do. Normally, the F value indicates a large amount of folded energy. In other words, the larger the value of F, the smaller the interval between the stops S (Fig. 2a), and thus the smaller the amount of light energy that passes through the lens L and reaches the CCD. When the F value is small, as opposed to when the F value is large, the interval between stops is increased (Fig. 2b), and a lot of light energy reaches the CCD. However, the problem is that as the F value is large and small, the path of light passing through the lens passes not only the center portion of the lens but also the edge portion. At this time, the light passing only the center of the lens brings the focus in one place (Fig. 2a). On the other hand, the light passing through the edge of the lens is focused at a shorter distance than the focus passing through the center (Fig. 2b). Therefore, ultimately, the flux density of the light energy focused on the photodiode decreases (the amount of light energy that passes through the unit area per unit time), resulting in a decrease in sensitivity and blurring of an external optical image as the focus shifts. do.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 보호막상에 쌍봉(twin hill)형태의 렌즈유도층을 갖는 씨씨디(CCD)용 이미지 센서를 제공하는 것이다.The present invention is to provide an image sensor for a CCD (CCD) having a lens induction layer of a twin hill shape on the protective film in order to solve the above-mentioned conventional problems.
본 발명의 다른 목적은 상기 목적에 적합한 씨씨디(CCD)용 이미지 센서 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a CCD (CCD) image sensor suitable for the above object.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 씨씨디(CCD)용 이미지 센서는,In order to achieve the above object, the image sensor for CD (CCD) of the present invention,
반도체기판; 상기 반도체기판상에 형성된 요철부; 상기 요부에 형성된 광 다이오드; 상기 철부에 형성된 차광막; 상기 차광막 상에 형성된 제1 보호막; 상기 요부에 매립하면서 상기 반도체기판 전면에 형성된 투명층; 상기 투명층상에 상기 광 다이오드와 대응하고 서로 중첩되지 않으면서 층을 달리하여 형성된 3개의 칼라필터와 칼라필터사이에 형성된 3개의 중간층; 상기 마지막으로 형성된 중간층전면에 형성된 제2 보호막; 상기 철부에 대응하는 상기 제2 보호막상에 형성된 렌즈유도층; 및 상기 렌즈유도층 사이의 상기 제2 보호막상에 형성된 마이크로렌즈를 구비하는 것을 특징으로 한다.Semiconductor substrates; An uneven portion formed on the semiconductor substrate; A photodiode formed in the recess; A light shielding film formed on the convex portion; A first passivation film formed on the light shielding film; A transparent layer formed on the entire surface of the semiconductor substrate while being embedded in the recess; Three intermediate layers formed between the color filters and three color filters formed on the transparent layer by different layers without corresponding to each other and overlapping the photodiodes; A second passivation layer formed on the front surface of the intermediate layer; A lens induction layer formed on the second passivation layer corresponding to the convex portion; And a microlens formed on the second passivation layer between the lens induction layers.
상기 칼라필터 및 중간층은 각각 제1, 제2 및 제3 칼라필터와 제1, 제2 및 제3 중간층으로 구성되어 있다. 또한 이와 같은 제1, 제2 및 제3 칼라필터는 광 다이오드 부분과 대응하도록 서로 겹치지않게 층층으로 형성되어 있다. 그리고 상기 각 중간층들은 칼라필터를 서로 접촉하지 않게하고 보호하는 역할을 한다.The color filter and the intermediate layer are composed of first, second and third color filters and first, second and third intermediate layers, respectively. Further, such first, second and third color filters are formed in layer layers so as not to overlap each other so as to correspond to the photodiode portion. Each of the intermediate layers serves to protect the color filter from contact with each other.
상기 렌즈유도층은 소정의 곡률을 갖는 쌍봉(twin hill)형태로 구성된다. 또한 상기 마이크로렌즈를 구성하는 물질보다 낮은 굴절율(refractive index 이하 RI라 한다.)를 갖는 물질로 구성하는 것이 집광을 위해 바람직하다.The lens induction layer is configured in the form of a twin hill having a predetermined curvature. In addition, it is preferable to condense a material having a lower refractive index (hereinafter referred to as RI) than the material constituting the microlenses.
상기 제2 보호막은 상기 마이크로 렌즈보다 굴절율이 0.3정도 낮은 물질로 구성하는 것이 바람직하다.The second passivation layer is preferably made of a material having a refractive index of about 0.3 lower than that of the micro lens.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 씨씨디(CCD)용 이미지 센서 제조방법은,In order to achieve the above object another method of manufacturing an image sensor for a CD (CCD) of the present invention,
반도체기판 상에 요철부를 형성하는 단계; 상기 요부에 광 다이오드를 형성하는 단계; 상기 철부 상에 차광막을 형성하는 단계; 상기 차광막 상에 제1 보호막을 형성하는 단계; 상기 요부를 매립하면서 상기 반도체기판 전면에 투명층을 형성하는 단계; 상기 투명층 상에 상기 광 다이오드에 대응하고 서로 중첩되지 않으면서 층을 달리하는 3개의 칼라필터와 이 칼라필터의 사이에 3개의 중간층을 형성하는 단계; 상기 중간층 상에 제2 보호막을 형성하는 단계; 상기 제2 보호막 상의 상기 광 다이오드사이의 영역에 렌즈유도층을 형성하는 단계; 및 상기 렌즈유도층 사이의 상기 제2 보호막 상에 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함한다.Forming an uneven portion on the semiconductor substrate; Forming a photodiode in the recess; Forming a light shielding film on the convex portion; Forming a first passivation film on the light shielding film; Forming a transparent layer on the entire surface of the semiconductor substrate while filling the recess; Forming three color filters corresponding to the photodiodes on the transparent layer, the three color filters having different layers without overlapping each other, and three intermediate layers between the color filters; Forming a second passivation layer on the intermediate layer; Forming a lens induction layer in a region between the photodiodes on the second passivation layer; And forming a microlens on the second passivation layer between the lens induction layer.
상기 렌즈유도층은 마이크로렌즈보다 RI가 작은 물질로 형성하는 것이 바람직하다. 또한 상기 제2 보호막은 투명수지를 사용하여 2∼7㎛ 도포한 다음 경화하여 형성하는데 렌즈보다 RI가 0.3 정도 작은 물질로 형성하는 것이 바람직하다.The lens induction layer is preferably formed of a material having a smaller RI than the microlens. In addition, the second passivation layer is formed by applying a 2-7 μm coating using a transparent resin and then curing it. Preferably, the second passivation layer is formed of a material having a RI smaller than about 0.3.
상기 칼라필터 및 중간층은 각각 제1, 제2 및 제3 칼라필터와 제1, 제2 및 제3 중간층으로 형성하고 각 필터는 해당하는 중간층으로 보호된다. 그리고 상기 각 필터는 서로 중복되지 않도록 중간층을 사이에 두고 엇갈리게 층층으로 형성한다. 또한 칼라필터는 염색성 포토레지스트를 0.3∼0.5㎛ 정도 도포하여 패터닝한 후 필요한 색으로 염색하여 150℃∼170℃에서 30분 내지 1시간 정도 경화하여 형성한다. 상기 제1, 제2 및 제3 칼라필터는 시안(Cy), 옐로우(Ye) 및 머젠타(Mg)의 보색형 칼라로 염색된다.The color filter and the intermediate layer are formed of first, second and third color filters and first, second and third intermediate layers, respectively, and each filter is protected by a corresponding intermediate layer. In addition, the filters are alternately formed in a layered layer with an intermediate layer interposed therebetween so as not to overlap each other. In addition, the color filter is formed by applying a dyeing photoresist about 0.3 ~ 0.5㎛ patterned, dyed to the required color and cured at 150 ℃ ~ 170 ℃ for 30 minutes to 1 hour. The first, second and third color filters are dyed with complementary colors of cyan, yellow, and magenta.
본 발명의 소정의 곡률을 갖는 쌍봉(twin hill)형의 렌즈유도층을 보호막상에 형성함으로써 마이크로렌즈의 형성을 쉽게 할 수 있고 또한 균일하게 형성할 수 있다. 아울러 렌즈유도층의 곡율을 이용하여 마이크로렌즈를 형성함으로써 원하는 곡률반경을 갖는 볼록렌즈를 형성할 수 있다. 그리고 대물렌즈의 F값 변동에 따른 감도저하 및 외부 광학적 이미지의 불명료함을 제거하여 고화질의 씨씨디(CCD)용 이미지 센서를 제공한다.By forming the twin hill type lens induction layer having the predetermined curvature of the present invention on the protective film, the microlens can be easily formed and formed uniformly. In addition, by forming a microlens using the curvature of the lens induction layer can be formed a convex lens having a desired radius of curvature. In addition, the present invention provides a high quality image sensor (CCD) by removing the deterioration of sensitivity due to the F value of the objective lens and the clarity of the external optical image.
이하, 본 발명을 첨부된 도면과 함께 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
제3a도 내지 제3f도는 본 발명을 이용한 씨씨디(CCD)용 이미지센서 및 그 제조방법을 단계별로 나타낸 도면들이다.3a to 3f are views showing step by step the image sensor for a CD (CCD) using the present invention and a method of manufacturing the same.
제3a도는 반도체기판(2) 상에 요철을 형성한 다음 오목한 부분에 광 다이오드(6)를 형성하고 볼록한 부분에는 알루미늄을 사용하여 차광막(4)을 형성한 다음 그 위에 제1 보호막(4a)을 형성하고 요철부 전면에 투명체(8)를 형성하는 단계를 나타낸다. 상기 투명체는 아크릴수지계의 재료를 사용하여 형성한다.FIG. 3A shows that the unevenness is formed on the semiconductor substrate 2, the photodiode 6 is formed in the concave portion, and the light shielding film 4 is formed using the aluminum in the convex portion, and then the first protective film 4a is formed thereon. The step of forming and forming the transparent body 8 on the uneven part front surface is shown. The transparent body is formed using an acrylic resin material.
제3b도는 상기 결과물 상에 제1 염색성 포토레지스트(10)를 도포한 다음 패터닝하여 제1 칼라필터(10a)를 형성하는 단계를 나타낸다.3B illustrates a step of forming a first color filter 10a by applying and patterning a first dyeable photoresist 10 on the resultant.
상기 제1 칼라필터(10a)는 카제인을 주성분으로 하는 상기 제1 염색성 포토레지스트(10)를 0.3∼1.5㎛ 도포 후 패터닝하여 형성한다. 상기 패터닝된 포토레지스트를 염색하여 150℃∼170℃에서 30분 내지 1시간 정도의 경화과정을 거쳐 형성한다. 이와 같은 과정을 하기 제2 및 제3 칼라필터에도 동일하게 적용된다.The first color filter 10a is formed by applying and patterning the first dyeable photoresist 10 containing casein as a main component after 0.3 to 1.5 μm. The patterned photoresist is dyed and formed through a curing process of about 30 minutes to 1 hour at 150 ° C to 170 ° C. The same applies to the following second and third color filters.
제3c도는 제2 칼라필터(14a)를 형성하는 단계를 나타낸다. 구체적으로, 상기 결과물전면에 제1 중간층(12)을 형성한다. 상기 제1 중간층(12)은 상기 평탄화층(8)과 동일한 계열의 물질을 사용하여 형성한다. 계속해서 상기 제1 중간층(12) 전면에 제2 염색성 포토레지스트(14)를 도포한다. 상기 제1 칼라필터(10a)를 형성할 때와 동일한 공정으로 상기 제2 염색성 포토레지스터(14)를 패터닝한다. 이 결과 제2 칼라필터(14a)가 형성된다.3C shows the step of forming the second color filter 14a. Specifically, the first intermediate layer 12 is formed on the entire surface of the resultant. The first intermediate layer 12 is formed using a material of the same series as the planarization layer 8. Subsequently, a second dyeable photoresist 14 is applied to the entire first intermediate layer 12. The second dyeable photoresist 14 is patterned in the same process as that of forming the first color filter 10a. As a result, the second color filter 14a is formed.
제3d도는 제3 칼라필터(18)를 형성하는 단계를 나타낸다. 구체적으로, 상기 결과물 상에 제2 중간층(16)을 형성한다. 상기 제2 중간층(16) 상에 제3의 염색성 포토레지스트(미도시)를 도포한다. 상기 제3의 염색성 포토레지스트를 상기 제1 칼라필터(10a)를 형성할 때와 동일한 공정으로 패터닝한다. 그 결과, 제3 칼라필터(18)가 형성된다.FIG. 3D shows the step of forming the third color filter 18. Specifically, the second intermediate layer 16 is formed on the resultant. A third dyeable photoresist (not shown) is applied on the second intermediate layer 16. The third dyeable photoresist is patterned in the same process as when the first color filter 10a is formed. As a result, the third color filter 18 is formed.
제3e도는 상기 결과물상에 제3 중간층(20) 및 제2 보호막(22)을 형성하는 단계를 나타낸다. 상기 제2 보호막(22)은 상기 각 칼라필터의 보호 및 마이크로렌즈형성을 위한 평탄화와 초점조절을 위한 막이다. 상기 제2 보호막(22)은 투명수지이고 2∼7㎛를 도포한 후 경화과정을 거쳐 형성한다.3e illustrates forming a third intermediate layer 20 and a second passivation layer 22 on the resultant. The second passivation layer 22 is a layer for planarization and focus adjustment for protecting the color filters and forming microlenses. The second passivation layer 22 is a transparent resin and is formed through a curing process after coating 2 to 7 μm.
제3f도는 렌즈유도층(24) 및 이것을 이용해서 마이크로렌즈(26)를 형성하는 단계를 나타낸다. 상기 렌즈유도층(14)은 픽셸(pixel)사이에 쌍봉(twin hill) 모양으로 형성된다.3f shows the lens induction layer 24 and the steps of forming the microlens 26 using the same. The lens induction layer 14 is formed in a twin hill shape between pixels.
구체적으로, 상기 결과물전면에 마이크로렌즈용 포토레지스트를 2∼5㎛ 정도 도포하여 노광, 현상 및 블리칭(Bleaching) 단계를 거쳐 리플로우하여 광 다이오드(6)와 대응하는 위치에 마이크로렌즈(26)를 형성한다. 상기 렌즈유도층(24)을 형성하는 공정은 제4a도 내지 제4c도에서 상세하게 설명한다.Specifically, the microlens photoresist is applied on the entire surface of the resultant by about 2 to 5 μm, reflowed through exposure, development, and bleaching, and the microlens 26 is positioned at a position corresponding to the photodiode 6. To form. The process of forming the lens guide layer 24 will be described in detail with reference to FIGS. 4A to 4C.
먼저 제4a도를 참조하면 보호막(34) 전면에 마이크로렌즈용 포토레지스트나, 열 리플로우 특성이 좋은 포토레지스트(36)를 도포한다. 이어서 유리판(G)에 크롬(Cr)으로 원하는 형태의 마스크(40)를 형성한 후 그 위에 정렬 노광한다.First, referring to FIG. 4A, a photoresist for microlenses or a photoresist 36 having good thermal reflow characteristics is applied to the entire surface of the protective film 34. Subsequently, a mask 40 having a desired shape is formed on the glass plate G with chromium Cr and then exposed to alignment thereon.
제4b도를 참조하면, 상기 노광의 결과로서 크롬 마스크 패턴이 전사된 포토레지스트 패턴(36a)이 형성된다.Referring to FIG. 4B, as a result of the exposure, the photoresist pattern 36a to which the chrome mask pattern is transferred is formed.
제4c도는 렌즈유도층(36b)을 형성하는 단계를 나타낸다.4C shows a step of forming the lens induction layer 36b.
구체적으로, 상기 제4b도의 결과물에 열에너지를 가하여 리플로우(reflow)하면, 상기 포토레지스트 패턴(36a)은 열을 받게되고 연화되어 모난부분이 완만해지며 패턴사이의 좁은 부분이 일부 채워지게 되어 쌍봉 형태로 렌즈유도층(36b)이 형성된다.Specifically, when reflowed by applying thermal energy to the resultant of FIG. 4b, the photoresist pattern 36a is heated and softened to smooth out the angular portions and partially fill the narrow portions between the patterns. The lens induction layer 36b is formed.
제5도는 본 발명을 이용한 씨씨디(CCD)용 이미지센서의 평면도를 나타낸 도면이다. 여기서 L1은 마이크로렌즈이고, L2는 렌즈유도층을 나타낸다. 그리고 P는 광전변환부를 나타낸다. 상기 렌즈유도층(L2)에 의해 마이크로렌즈(L1)가 한정된다.5 is a plan view of a CDD image sensor using the present invention. Where L1 is a microlens and L2 represents a lens induction layer. And P represents a photoelectric conversion portion. The microlens L1 is defined by the lens induction layer L2.
제6도는 본 발명을 이용하여 형성된 씨씨디(CCD)용 이미지센서의 광경로의 모식도를 나타낸 도면이다. 도면에 도시된 것처럼 RI의 기울기를 갖는 렌즈(66), 렌즈유도층(64) 및 보호막(62)으로 인해 입사광은 광전변환부의 광 다이오드(54)에 정확히 집광된다.6 is a view showing a schematic diagram of the optical path of the CCD (CCD) image sensor formed by using the present invention. As shown in the figure, the incident light is accurately focused on the photodiode 54 of the photoelectric conversion part due to the lens 66, the lens induction layer 64, and the protective film 62 having the slope of RI.
이상, 본 발명은 쌍봉(twin hill)형의 렌즈유도층을 보호막상에 형성함으로써 마이크로렌즈의 형성을 쉽게할 수 있고 또한 균일하게 형성할 수 있다. 아울러 렌즈유도층의 곡율을 이용하여 마이크로렌즈를 형성한다. 따라서, 렌즈유도층의 리플로우 정도를 조절하여 적당한 곡률반경을 갖는 볼록렌즈가 형성되도록 유도할 수 있다. 이렇게 함으로써 대물렌즈의 F값 변동에 따른 감도저하, 감도불균일 및 외부 광학적 이미지의 불명료함을 제거할 수 있다.As described above, the present invention can easily form and uniformly form the microlenses by forming a twin hill type lens induction layer on the protective film. In addition, the microlenses are formed using the curvature of the lens induction layer. Thus, by adjusting the degree of reflow of the lens induction layer it can be induced to form a convex lens having a suitable radius of curvature. In this way, it is possible to eliminate the sensitivity deterioration, the sensitivity unevenness, and the opacity of the external optical image due to the F value variation of the objective lens.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상내에서 당분야에서 통상의 지식을 가진자에 의하여 실시가능함은 명백하다.The present invention is not limited to the above embodiments, and it is apparent that many modifications can be made by those skilled in the art within the technical idea of the present invention.
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