KR100538149B1 - 이미지 센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로, 본 발명에서는 기존 차광층의 위치를 마이크로 렌즈 어레이의 측부로 이전시킴과 아울러, 이 차광층의 두께를 마이크로 렌즈 어레이의 두께보다 더 두껍게 형성시키고, 이 차광층의 지지작용을 통해, 오염물질 블록킹용 밀봉 테이프 및 마이크로 렌즈 어레이의 직접적인 접촉을 미리 차단시킴으로써, 반도체 기판의 후면 연마에 따른 압력이 강하게 가해지고, 이에 의해 밀봉 테이프가 눌리더라도, 마이크로 렌즈 어레이가 이에 기인한 손상을 손쉽게 피할 수 있도록 유도할 수 있다.
이러한 차광층의 형태개선을 통해, 반도체 기판의 후면 연마 및 밀봉 테이프와의 접촉에 기인한 마이크로 렌즈 어레이의 손상이 차단되고, 이를 통해, 마이크로 렌즈 어레이의 집광기능이 최적화되는 경우, 이미지 센서에 의해 최종 형상화되는 영상의 이미지 재현품질 역시 대폭 향상될 수 있게 된다.

Description

이미지 센서{Image sensor}
본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 기존 차광층의 위치를 마이크로 렌즈 어레이의 측부로 이전시킴과 아울러, 이 차광층의 두께를 마이크로 렌즈 어레이의 두께보다 더 두껍게 형성시키고, 해당 차광층의 지지작용을 통해, 오염물질 블록킹용 밀봉 테이프 및 마이크로 렌즈 어레이의 직접적인 접촉을 미리 차단시킴으로써, 반도체 기판의 후면 연마에 따른 압력이 강하게 가해지고, 이에 의해 밀봉 테이프가 눌리더라도, 마이크로 렌즈 어레이가 이에 기인한 손상을 손쉽게 피할 수 있도록 유도할 수 있는 이미지 센서에 관한 것이다.
최근, 전기·전자기술이 급격한 발전을 이루면서, 이미지 센서 기술을 채용한 다양한 전자제품들, 예컨대, 비디오 카메라, 디지털 카메라, 소형 카메라 장착형 PC, 소형 카메라 장착형 휴대폰 등이 폭 넓게 개발·보급되고 있다.
전통적으로, 상술한 종래의 이미지 센서로는 전하결합소자(CCD:Charge Coupled Device; 이하, "CCD"라 칭함)가 주로 사용되었으나, 이러한 CCD의 경우, 높은 구동전압이 요구되는 점, 추가의 지원회로가 별도로 요구되는 점, 공정 단가가 높은 점등의 여러 단점들을 지니고 있기 때문에, 현재 그 이용이 대폭 감소되고 있는 추세에 있다.
근래에, 상술한 CCD를 대체할 수 있는 이미지 센서로써, 이른바, 상보형-모스(CMOS:Complementary Metal Oxide Semiconductor; 이하, "CMOS"라 칭함) 이미지 센서가 크게 각광받고 있다. 이러한 CMOS 이미지 센서는 일련의 CMOS 회로기술을 배경으로 제조되기 때문에, 기존의 CCD와 달리, 저전압 구동이 가능한 장점, 추가 지원회로가 필요 없는 장점, 공정단가가 저렴한 장점 등을 폭 넓게 지니고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 이러한 종래의 이미지 센서, 예컨대, CMOS 이미지 센서는 외부로부터 입력되는 빛을 집광하는 마이크로 렌즈 어레이(7)와, 이 마이크로 렌즈 어레이(7)에 의해 집광된 빛을 컬러화 하는 컬러필터 어레이(6)와, 컬러필터 어레(6)의 상부에 배치된 상태로, 마이크로 렌즈 어레이(7)의 기저를 평탄화 하여, 균일한 광 전달을 유도하는 평탕화 층(5)과, 컬러필터 어레이(7)에 의해 컬러화된 빛을 포토 다이오드 어레이(3) 측으로 전달하는 광 투과층(4)과, 소자 분리층(2)에 의해 정의된 반도체 기판(1)의 활성 영역 상에 형성된 상태로, 광 투과층(4)을 통과한 빛을 받아 일련의 광 전하를 생성 및 축적하는 포토 다이오드 어레이(3)가 조합된 구성을 취한다. 이 경우, 컬러필터 어레이(6)의 최 외곽 측부에는 외부의 불필요한 빛이 포토 다이오드 어레이(3), 신호처리 회로블록(도시 안됨) 등으로 입사되는 것을 차단하기 위한 차광층(8)이 추가 배치된다.
이러한 이미지 센서 체제 하에서, 종래 에서는 이미지 센서의 전체적인 사이즈를 경박 단소화 하기 위하여, 반도체 기판(1)의 후면(1a)을 회전 연마하고, 이를 통해, 이미지 센서의 토탈(Total) 두께를 줄이는 절차를 추가 진행하게 된다.
그러나, 이러한 연마절차가 진행되는 경우, 반도체 기판의 후면(1a)에서는 해당 연마절차에 기인한 다량의 실리콘 파티클(Silicon particle)이 불가피하게 생성될 수밖에 없게 되며, 이와 같이 생성된 실리콘 파티클은 회전 연마 시 얻어진 정전기적 성질에 의해 반도체 기판(1)의 표면 방향으로 전이되어, 이미지 센서를 이루는 각종 구조물들을 오염시키는 문제점을 유발하게 된다.
종래 에서는 이러한 문제점을 차단하기 위하여, 도 2에 도시된 바와 같이, 이미지 센서의 표면에 밀봉 테이프(101)를 부착시키고, 이 밀봉 테이프(101)의 블록킹 작용을 통해, 실리콘 파티클에 의한 각 구조물들의 오염을 미리 차단시키는 방안을 강구하고 있다.
그러나, 이처럼 밀봉 테이프(201)가 이미지 센서의 표면을 커버한 상태에서, 반도체 기판(1)의 후면(1a) 연마절차가 강행되는 경우, 연마 툴(Polishing tool; 도시 안됨)에 기인한 압력은 별 수 없이, 이미지 센서의 표면 방향으로 강하게 가해질 수밖에 없게 되며, 이 상황에서, 별도의 조치가 취해지지 않는 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 마이크로 렌즈 어레이(7)의 표면에는 밀봉 테이프(101)와의 강한 접촉에 따른 일련의 곡률 손상면(7a)이 불가피하게 생성될 수밖에 없게 된다.
물론, 이러한 곡률 손상면(7a)이 별도의 조치 없이 그대로 방치되는 경우, 마이크로 렌즈 어레이(7)는 자신에게 주어진 일련의 집광 기능을 정상적으로 수행할 수 없게 되며, 결국, 그 영향으로 인해, 이미지 센서에 의해 최종 형상화되는 영상은 그 이미지 재현품질이 크게 저하될 수밖에 없게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 기존, 차광층의 위치를 마이크로 렌즈 어레이의 측부로 이전시킴과 아울러, 이 차광층의 두께를 마이크로 렌즈 어레이의 두께보다 더 두껍게 형성시키고, 해당 차광층의 지지작용을 통해, 오염물질 블록킹용 밀봉 테이프 및 마이크로 렌즈 어레이의 직접적인 접촉을 미리 차단시킴으로써, 반도체 기판의 후면 연마에 따른 압력이 강하게 가해지고, 이에 의해 밀봉 테이프가 눌리더라도, 마이크로 렌즈 어레이가 이에 기인한 손상을 손쉽게 피할 수 있도록 유도하는데 있다.
본 발명이 다른 목적은 차광층의 형태개선을 통해, 반도체 기판의 후면 연마 및 밀봉 테이프와의 접촉에 의한 마이크로 렌즈 어레이의 손상을 차단시키고, 이를 통해, 마이크로 렌즈 어레이의 집광기능을 최적화함으로써, 최종 형상화되는 영상의 이미지 재현품질을 대폭 향상시키는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 다음의 상세한 설명과 첨부된 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 외부로부터 입력되는 빛을 집광하는 마이크로 렌즈 어레이, 마이크로 렌즈 어레이에 의해 집광된 빛을 컬러화 하는 컬러필터 어레이, 반도체 기판의 활성 영역에 배치되며, 마이크로 렌즈 어레이에 의해 집광된 빛을 받아들여, 일련의 광 전하를 생성 축적하는 포토 다이오드 어레이, 포토 다이오드 어레이가 커버되도록 반도체 기판의 상부에 적층된 상태에서, 마이크로 렌즈 어레이 및 컬러필터 어레이를 지지하며, 마이크로 렌즈 어레이에 의해 집광된 빛을 포토 다이오드 어레이 측으로 전달하는 광 투과층, 광 투과층을 기저로 하여, 마이크로 렌즈 어레이의 최외곽 측부에 배치된 상태에서, 포토 다이오드 어레이 측으로 입사되는 외부 빛을 차단하며, 외부 파티클 차단용 테이프가 부착되는 경우, 해당 테이프를 지지하여, 마이크로 렌즈 어레이 및 테이프간의 물리적인 접촉을 차단하는 차광 지지층의 조합으로 이루어지는 이미지 센서를 개시한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 이미지 센서를 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이미지 센서, 예컨대, CMOS 이미지 센서는 외부로부터 입력되는 빛을 집광하는 마이크로 렌즈 어레이(17)와, 이 마이크로 렌즈 어레이(17)에 의해 집광된 빛을 컬러화 하는 컬러필터 어레이(16)와, 컬러필터 어레이(16)에 의해 컬러화된 빛을 포토 다이오드 어레이(13) 측으로 전달하는 광 투과층(14)과, 소자 분리층(12)에 의해 정의된 반도체 기판(11)의 활성 영역 상에 형성된 상태로, 광 투과층(14)을 통과한 빛을 받아 일련의 광 전하를 생성 및 축적하는 포토 다이오드 어레이(13)가 조합된 구성을 취하게 된다.
이때, 예컨대, 금속 전 절연막, 금속배선, 층간 절연막 등이 조합된 광 투과층(14)은 포토 다이오드 어레이(13)가 커버되도록 반도체 기판(11)의 상부에 적층된 상태로, 마이크로 렌즈 어레이(17) 및 컬러필터 어레이(16)를 지지하는 구조를 취하게 된다.
이러한 이미지 센서 체제 하에서, 본 발명에서는 상술한 바와 같이, 이미지 센서의 전체적인 사이즈를 경박 단소화 하기 위하여, 반도체 기판(11)의 후면(11a)을 회전 연마하고, 이를 통해, 이미지 센서의 토탈 두께를 줄이는 절차를 추가 진행하게 된다.
물론, 이러한 회전 연마절차가 진행되는 경우, 반도체 기판(11)의 후면(11a)에서는 해당 연마절차에 기인한 다량의 실리콘 파티클이 불가피하게 생성될 수밖에 없게 되며, 이와 같이 생성된 실리콘 파티클은 회전 연마 시 얻어진 정전기적 성질에 의해 반도체 기판(11)의 표면 방향으로 전이되어, 이미지 센서를 이루는 각종 구조물들을 오염시키는 문제점을 유발하게 된다.
본 발명에서는 이러한 문제점을 차단하기 위하여, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 이미지 센서의 표면에 파티클 블록킹용 밀봉 테이프(201)를 부착시키고, 이 밀봉 테이프(201)의 블록킹 작용을 통해, 실리콘 파티클에 의한 각 구조물들의 오염을 미리 차단시키는 방안을 강구한다.
이때, 앞서 언급한 바와 같이, 밀봉 테이프(201)가 이미지 센서의 표면을 커버한 상태에서, 별도의 조치 없이, 반도체 기판(11)의 후면(11a) 연마절차가 강행되는 경우, 연마 툴에 기인한 압력은 별 수 없이, 이미지 센서의 표면 방향으로 강하게 가해질 수밖에 없게 되며, 이 상황에서, 마이크로 렌즈 어레이(17)의 표면에는 밀봉 테이프와의 강한 접촉에 따른 일련의 곡률 손상면이 불가피하게 생성될 수밖에 없게 된다.
이러한 민감한 상황 하에서, 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 마이크로 렌즈 어레이(17)의 최 외곽 측부에 해당 마이크로 렌즈 어레이(17)의 테두리를 둘러싸면서, 포토 다이오드 어레이(13), 신호처리 회로블록 등으로 입사되는 외부 빛을 차단하는 일련의 차광 지지층(18)을 추가 배치하는 조치를 취한다.
이 경우, 차광 지지층(18)의 저부에는 컬러필터 어레이(16)를 포함하는 광 투광층(14)의 상부를 커버하여, 마이크로 렌즈 어레이(17) 및 차광 지지층(18)의 기저를 평탄화 하는 평탄화 층(15)이 더 배치된다.
이때, 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 차광 지지층(18)은 기존 차광층과 달리, 마이크로 렌즈 어레이(17)보다 상대적으로 더 두꺼운 두께, 바람직하게, 1.5배~2.5배정도 더 두꺼운 두께를 유지한다.
이처럼, 마이크로 렌즈 어레이(17)의 주위에 해당 마이크로 렌즈 어레이(17)보다 더 두꺼운 두께를 갖는 차광 지지층(18)이 배치된 상황에서, 도 5b에 도시된 바와 같이, 외부 파티클을 차단하기 위해 밀봉 테이프(201)가 부착되더라도, 해당 밀봉 테이프(201)는 종래와 달리, 마이크로 렌즈 어레이(17)와 직접 맞닿지 않고, 차광 지지층(18)에 의해 지지되어, 마이크로 렌즈 어레이(17)와의 사이에 일정 규모의 이격 공간 S를 자연스럽게 형성할 수 있게 된다.
물론, 이러한 이격공간 S가 형성된 상황에서, 반도체 기판(11)의 후면(11a) 연마절차가 진행되고, 이를 통해, 연마 툴에 기인한 압력이 이미지 센서의 표면 방향으로 강하게 가해지더라도, 마이크로 렌즈 어레이(17)는 밀봉 테이프(201)와의 직접적인 물리 접촉을 손쉽게 피할 수 있게 되며, 결국, 밀봉 테이프(201)와의 강한 접촉에 따른 일련의 손상을 자연스럽게 회피할 수 있게 된다.
이처럼, 기존, 차광층의 형태개선을 통해, 반도체 기판(11)의 후면 연마 및 밀봉 테이프(201)와의 접촉에 기인한 마이크로 렌즈 어레이(17)의 손상이 차단되는 경우, 해당 마이크로 렌즈 어레이(17)의 집광기능은 자연스럽게 최적화될 수 있게 되며, 결국, 최종 형상화되는 영상의 이미지 재현품질은 대폭 향상될 수 있게 된다.
상술한 연마절차를 통해, 이미지 센서의 토탈 두께가 경박 단소화되면, 본 발명에서는 밀봉 테이프(201)를 제거하는 절차, 이미지 센서의 각 구조물들을 외부와 전기적으로 연결하는 절차, 외부 노출 렌즈를 조립하는 절차 등을 후속 진행하고, 이를 통해, 최종의 이미지 센서를 제조 완료한다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 기존, 차광층의 위치를 마이크로 렌즈 어레이의 측부로 이전시킴과 아울러, 이 차광층의 두께를 마이크로 렌즈 어레이의 두께보다 더 두껍게 형성시키고, 이 차광층의 지지작용을 통해, 오염물질 블록킹용 밀봉 테이프 및 마이크로 렌즈 어레이의 직접적인 접촉을 미리 차단시킴으로써, 반도체 기판의 후면 연마에 따른 압력이 강하게 가해지고, 이에 의해 밀봉 테이프가 눌리더라도, 마이크로 렌즈 어레이가 이에 기인한 손상을 손쉽게 피할 수 있도록 유도할 수 있다.
이러한 차광층의 형태개선을 통해, 반도체 기판의 후면 연마 및 밀봉 테이프와의 접촉에 기인한 마이크로 렌즈 어레이의 손상이 차단되고, 이를 통해, 마이크로 렌즈 어레이의 집광기능이 최적화되는 경우, 이미지 센서에 의해 최종 형상화되는 영상의 이미지 재현품질 역시 대폭 향상될 수 있게 된다.
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다.
이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 첨부된 특허청구의 범위안에 속한다 해야 할 것이다.
도 1은 종래의 기술에 따른 이미지 센서를 도시한 예시도.
도 2는 종래의 기술에 따른 이미지 센서와 밀봉 테이프와의 접촉 상태를 도시한 예시도.
도 3은 종래의 기술에 따른 마이크로 렌즈 어레이의 손상 상태를 개념적으로 도시한 예시도,
도 4는 본 발명에 따른 이미지 센서를 도시한 예시도.
도 5a는 본 발명에 따른 이미지 센서와 밀봉 테이프와의 접촉 상태를 도시한 예시도.
도 5b는 도 5a를 절단선 A1-A2를 따라 절단한 단면도.

Claims (4)

  1. 외부로부터 입력되는 빛을 집광하는 마이크로 렌즈 어레이;
    상기 마이크로 렌즈 어레이에 의해 집광된 빛을 컬러화 하는 컬러필터 어레이;
    반도체 기판의 활성 영역에 배치되며, 상기 마이크로 렌즈 어레이에 의해 집광된 빛을 받아들여, 일련의 광 전하를 생성 축적하는 포토 다이오드 어레이;
    상기 포토 다이오드 어레이가 커버되도록 상기 반도체 기판의 상부에 적층된 상태에서, 상기 마이크로 렌즈 어레이 및 컬러필터 어레이를 지지하며, 상기 마이크로 렌즈 어레이에 의해 집광된 빛을 상기 포토 다이오드 어레이 측으로 전달하는 광 투과층;
    상기 마이크로 렌즈 어레이의 최외곽 측부에 배치된 상태에서, 외부 빛을 차단하며, 외부 파티클 차단용 테이프가 부착되는 경우, 해당 테이프를 지지하여, 상기 마이크로 렌즈 어레이 및 테이프간의 물리적인 접촉을 차단하는 차광 지지층을 포함하여 구성된 이미지 센서.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 광 투광층의 상부에는 상기 마이크로 렌즈 어레이 및 차광 지지층의 기저를 평탄화하기 위한 평탄화 층이 더 배치되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 차광 지지층의 두께는 상기 마이크로 렌즈 어레이의 두께보다 더 두꺼운 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 차광 지지층의 두께는 상기 마이크로 렌즈 어레이의 두께보다 1.5배~2.5배 더 두꺼운 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
KR10-2003-0098107A 2003-12-27 2003-12-27 이미지 센서 KR100538149B1 (ko)

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