KR100595898B1 - 이미지 센서 및 그 제조방법 - Google Patents

이미지 센서 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100595898B1
KR100595898B1 KR1020030101699A KR20030101699A KR100595898B1 KR 100595898 B1 KR100595898 B1 KR 100595898B1 KR 1020030101699 A KR1020030101699 A KR 1020030101699A KR 20030101699 A KR20030101699 A KR 20030101699A KR 100595898 B1 KR100595898 B1 KR 100595898B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
array
color filter
image sensor
lens
Prior art date
Application number
KR1020030101699A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20050069540A (ko
Inventor
임근혁
Original Assignee
동부일렉트로닉스 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 동부일렉트로닉스 주식회사 filed Critical 동부일렉트로닉스 주식회사
Priority to KR1020030101699A priority Critical patent/KR100595898B1/ko
Priority to JP2004369142A priority patent/JP3936954B2/ja
Priority to DE102004062926A priority patent/DE102004062926A1/de
Priority to US11/026,903 priority patent/US20050139945A1/en
Priority to CNB2004101036454A priority patent/CN100418228C/zh
Publication of KR20050069540A publication Critical patent/KR20050069540A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100595898B1 publication Critical patent/KR100595898B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14627—Microlenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14621—Colour filter arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14685—Process for coatings or optical elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

본 발명은 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에서는 컬러필터 어레이의 상부에 배치되어 있던 전통적인 마이크로 렌즈 어레이를 제거하는 대신에, 컬러필터 어레이의 저부에 마이크로 렌즈 어레이의 기능을 대체할 수 있는 마이크로 렌즈 패턴을 신규 배치하여, 집광된 빛이 포토 다이오드까지 이르는 전체적인 거리를 최소화하고, 이를 통해, 해당 포토 다이오드 어레이에 최종 도달하는 빛의 강도 및 포커스를 최적화함으로써, 최종 완성되는 이미지 센서의 저 조도 특성을 대폭 향상시킬 수 있다.
이러한 본 발명의 실시 하에, 집광 완료된 빛의 입사 거리 최소화가 현실화되고, 그 여파로, 포토 다이오드 어레이에 최종 도달하는 빛의 강도 및 포커스가 최적화되는 경우, 이미지 센서에 의해 최종 형상화되는 영상의 이미지 재현품질 역시 대폭 향상될 수 있게 된다.

Description

이미지 센서 및 그 제조방법{Image sensor and method for fabricating the same}
도 1은 종래의 기술에 따른 이미지 센서를 도시한 예시도.
도 2는 본 발명에 따른 이미지 센서를 도시한 예시도.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명에 따른 이미지 센서 제조방법을 순차적으로 도시한 공정 순서도.
본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 컬러필터 어레이의 상부에 배치되어 있던 전통적인 마이크로 렌즈 어레이를 제거하는 대신에, 컬러필터 어레이의 저부에 마이크로 렌즈 어레이의 기능을 대체할 수 있는 마이크로 렌즈 패턴을 신규 배치하여, 집광된 빛이 포토 다이오드까지 이르는 전체적인 거리를 최소화하고, 이를 통해, 해당 포토 다이오드 어레이에 최종 도달하는 빛의 강도 및 포커스를 최적화함으로써, 최종 형상화되는 영상의 이미지 재현품질을 대폭 향상시킬 수 있도록 하는 이미지 센서에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 이미지 센서를 제조하는 방법에 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 외부 노출 렌즈(100)로부터 입력되는 빛을 집광하는 마이크로 렌즈 어레이(7)와, 이 마이크로 렌즈 어레이(7)에 의해 집광된 빛을 컬러화 하는 컬러필터 어레이(6)와, 컬러필터 어레이의 상부에 배치된 상태로, 마이크로 렌즈 어레이의 기저를 평탄화 하여, 균일한 광 전달을 유도하는 평탄화 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, 마이크로 렌즈 어레이(7)는 자체 곡률 특성을 이용하여, 포인트 p1를 통과하는 빛을 직선으로 통과시키고, 포인트 p2,p3를 통과하는 빛을 일정 각도 꺾어 통과시키는 방식을 취함으로써, 외부 노출 렌즈(100)를 통과한 빛이 모두 포토 다이오드 어레이(3) 측에 집중 입사될 수 있도록 유도하게 된다.
이러한 종래의 기술에 따른 이미지 센서 체제 하에서, 앞서 언급한 바와 같이, 마이크로 렌즈 어레이(7)에 의해 집광된 빛은 컬러필터 어레이(6), 광 투과층(4) 등을 두루 거쳐, 포토 다이오드 어레이(3)로 전달된다. 즉, 종래의 체제 하에서, 빛이 마이크로 렌즈 어레이(7)에 의해 집광되어, 포토 다이오드 어레이(3)까지 이르는 데에는 상당한 거리가 존재하는 것이다.
이처럼, 마이크로 렌즈 어레이(7) 및 포토 다이오드 어레이(3) 사이에 상당한 거리가 존재하는 경우, 포토 다이오드 어레이(3)에 최종 도달하는 빛의 강도 및 포커스는 해당 거리에 비례하여, 상당히 왜곡될 수밖에 없게 되며, 그 여파로, 이미지 센서의 저 조도 특성은 크게 저하될 수밖에 없게 된다.
물론, 이러한 이미지 센서의 저 조도 특성 저하가 별다른 조처 없이 그대로 방치되는 경우, 그 영향으로 인해, 이미지 센서에 의해 최종 형상화되는 영상은 그 이미지 재현품질이 크게 저하될 수밖에 없게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 컬러필터 어레이의 상부에 배치되어 있던 전통적 인 마이크로 렌즈 어레이를 제거하는 대신에, 컬러필터 어레이의 저부에 마이크로 렌즈 어레이의 기능을 대체할 수 있는 마이크로 렌즈 패턴을 신규 배치하여, 집광된 빛이 포토 다이오드까지 이르는 전체적인 거리를 최소화하고, 이를 통해, 해당 포토 다이오드 어레이에 최종 도달하는 빛의 강도 및 포커스를 최적화함으로써, 최종 완성되는 이미지 센서의 저 조도 특성을 대폭 향상시키는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 집광 완료된 빛의 입사 거리 최소화를 유도하여, 포토 다이오드 어레이에 최종 도달하는 빛의 강도 및 포커스를 최적화하고, 이를 통해, 이미지 센서의 저조도 특성을 대폭 향상시킴으로써, 해당 이미지 센서에 의해 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 입사된 빛을 컬러화 하는 컬러필터 어레이, 컬러필터 어레이의 저부에 배치되며, 컬러필터 어레이를 통과한 빛을 집광하는 마이크로 렌즈 패턴들, 반도체 기판의 활성 영역에 배치되며, 마이크로 렌즈 패턴들에 의해 집광된 빛을 받아들여, 일련의 광 전하를 생성 축적하는 포토 다이오드 어레이, 포토 다이오드 어레이가 커버되도록 반도체 기판의 상부에 적층된 상태로, 마이크로 렌즈 패턴들 및 컬러필터 어레이를 지지하며, 마이크로 렌즈 패턴들에 의해 집광된 빛을 포토 다이오드 어레이 측으로 전달하는 광 투과층의 조합으로 이루어지는 이미지 센서를 개시한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에서는 소자 분리막에 의해 정의된 반도체 기판의 활성 영역에 포토 다이오드 어레이를 형성하는 단계, 포토 다이오드 어레이의 상부에 광 투과층을 형성하는 단계, 광 투과층의 상부에 외부로부터 입사된 빛을 집광하는 마이크로 렌즈 패턴들을 형성하는 단계, 마이크로 렌즈 패턴들의 상부에 컬러필터 어레이를 형성하는 단계의 조합으로 이루어지는 이미지 센서의 제조방법을 개시한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 이미지 센서 및 그 제조방법을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이미지 센서, 예컨대, CMOS 이미지 센서는 외부 노출 렌즈(100)로부터 입력되는 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, 컬러필터 어레이(16)를 지지하는 구조를 취하게 되며, 이 경우, 광 투과층(14)의 상부에는 컬러필터 어레이(16)의 기저를 평탄화 하여, 균일한 광 전달을 유도하는 평탄화 층(15)이 추가 배치된다.
이러한 이미지 센서 체제 하에서, 본 발명에서는 도면에 도시된 바와 같이, 컬러필터 어레이(16)의 상부에 배치되어 있던 전통적인 마이크로 렌즈 어레이를 제거하는 대신에, 컬러필터 어레이(16)의 저부에 기존 마이크로 렌즈 어레이의 기능을 대체하여, 컬러필터 어레이(16)를 통과한 빛을 집광하는 역할을 효과적으로 수행할 수 있는 마이크로 렌즈 패턴(20)을 신규 배치하는 조치를 취한다.
이 경우, 마이크로 렌즈 패턴(20)은 바람직하게, 컬러필터 어레이(16)를 통과한 빛을 포토 다이오드 어레이(13) 방향으로 직진 통과시키는 산화막 재질의 제 1 렌즈 패턴(21), 이 제 1 렌즈 패턴(21)의 양 측부를 둥글게 커버하면서, 컬러필터 어레이(16)를 통과한 빛을 포토 다이오드 어레이(13) 방향으로 굴절시켜 통과시키는 질화막, 예컨대, SiN 재질의 제 2 렌즈 패턴(22)의 조합으로 이루어지게 된다.
이때, 바람직하게, 제 1 렌즈패턴(21)은 11000Å~14000Å의 두께를 갖으며, 상기 제 2 렌즈 패턴(22)은 6000Å~8000Å의 두께를 갖는다.
물론, 널리 알려진 바와 같이, 질화막은 산화막보다 그 굴절률이 더 크기 때문에, 도면에 도시된 바와 같이, 질화막 재질을 갖는 제 2 렌즈 패턴(22)이 산화막 재질을 갖는 제 1 렌즈 패턴(21)의 양 측부를 둥글게 감싸는 구조를 취하게 되면, 포인트 p4에 도달한 빛은 전통적인 마이크로 렌즈 어레이가 배치되었던 상황과 마찬가지로, 제 1 렌즈 패턴(21)을 직선으로 통과하게 되고, 포인트 p5,p6에 도달한 빛은 일정 각도 꺾여 제 2 렌즈 패턴(22)을 통과하게 되며, 결국, 외부 노출 렌즈(100)를 통과한 빛은 별다른 문제점 없이, 모두 포토 다이오드 어레이(13) 측 에 집중 입사될 수 있게 된다.
요컨대, 본 발명에서는 전통적인 마이크로 렌즈 어레이가 수행하던 기능을 동일하게 수행할 수 있는 일련의 마이크로 렌즈 패턴들(20)을 컬러필터 어레이(16)의 저부에 신규 배치하고, 이를 통해, 집광 완료된 빛이 포토 다이오드 어레이(13)까지 이르는 전체적인 거리를 최소화시키는 것이다.
종래 에서는, 일련의 집광 기능을 수행하는 마이크로 렌즈 어레이를 컬러필터 어레이의 상부에 배치시켰기 때문에, 종래의 체제 하에서, 집광 완료된 빛은 컬러필터 어레이, 광 투과층 등을 두루 거쳐, 포토 다이오드 어레이로 전달될 수밖에 없었으며, 그 여파로, 포토 다이오드 어레이에 최종 도달하는 빛의 강도 및 포커스는 해당 거리에 비례하여, 상당히 왜곡될 수밖에 없었고, 결국, 최종 완성되는 이미지 센서의 저 조도 특성은 크게 저하될 수밖에 없었다.
그러나, 본 발명에서는, 일련의 집광 기능을 수행하는 마이크로 렌즈 패턴(20)들을 컬러필터 어레이(16)의 저부에 배치시키기 때문에, 본 발명의 체제 하에서, 집광 완료된 빛은 단지, 광 투과층(14)만을 단 거리 통과하여, 포토 다이오드 어레이(13) 측으로 자연스럽게 입사될 수 있게 되며, 그 여파로, 포토 다이오드 어레이(13)에 최종 도달되는 빛의 강도 및 포커스는 최적의 상태를 유지할 수 있게 되고, 결국, 최종 완성되는 이미지 센서의 저 조도 특성은 종래에 비해 대폭 향상될 수 있게 된다.
물론, 이러한 본 발명의 실시 하에, 집광 완료된 빛의 입사 거리 최소화가 현실화되고, 그 여파로, 포토 다이오드 어레이(13)에 최종 도달하는 빛의 강도 및 포커스가 최적화되는 경우, 이미지 센서에 의해 최종 형상화되는 영상의 이미지 재현품질 역시 대폭 향상될 수 있게 된다.
이하, 상술한 구성을 취하는 본 발명에 따른 이미지 센서의 제조방법을 상세히 설명한다.
우선, 도 3a에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 일련의 STI 공정(Shallow Trench Isolation process), 또는 LOCOS 공정(LOCal Oxidation of Silicon process) 등을 선택적으로 진행하여, 반도체 기판(11)의 활성 영역을 정의하기 위한 소자 분리막(12)을 형성한다. 이 경우, 반도체 기판(11), 예컨대, 고 농도 P++형 단결정 실리콘 기판에는 상황에 따라, 공핍 영역(Depletion region)의 크기(깊이)를 증가시키기 위한 P-형 에피층(도시 안됨)이 먼저 형성될 수도 있다.
이어, 본 발명에서는 일련의 이온 주입 공정을 통해, 반도체 기판(11)의 활성 영역에 예컨대, P형 불순물층, N형 불순물층 등을 정의하고, 이를 통해, 일련의 광 전하 생성 축적 역할을 수행하는 포토 다이오드 어레이(13)를 형성한다.
그 다음에, 본 발명에서는 일련의 증착공정, 식각공정 등을 반복 수행하여, 도 3b에 도시된 바와 같이, 포토 다이오드 어레이(13)를 포함하는 반도체 기판(11)의 상부에 예컨대, 금속 전 절연막, 금속배선, 층간 절연막 등이 조합된 광 투과층(14)을 형성한다. 물론, 이러한 광 투과층(14)의 구조, 제조 시퀀스(Fabricating sequence) 등은 상황에 따라, 다양한 변형을 이룰 수 있다.
이어, 본 발명에서는 일련의 화학기상 증착공정을 진행시켜, 광 투과층(14)의 상부에 예컨대, 11000Å~14000Å의 두께를 갖는 산화막층(21a)을 형성시킨 후, 이 산화막층(21a)의 상부에 추후 형성될 제 1 렌즈 패턴을 정의하는 감광막 패턴(201)을 형성시킨다.
계속해서, 본 발명에서는 감광막 패턴(201)을 기반으로 하여, 일련의 노광공정, 현상공정 등을 추가 진행시키고, 이를 통해, 도 3c에 도시된 바와 같이, 광 투과층(14)의 상부에서, 서로 이격되어 독립된 개체를 이루는 제 1 렌즈 패턴들(21)을 형성시킨다.
그 다음에, 본 발명에서는 일련의 화학기상 증착공정을 진행시켜, 제 1 렌즈 패턴(21)을 포함하는 광 투과층(14)의 상부에 일련의 질화막층(22a)을 형성시킨 후, 이 질화막층(22a)을 타겟으로 일련의 이방성 식각 특성을 갖는 건식 식각공정, 예컨대, 반응성 이온식각공정을 진행시켜, 도 3d에 도시된 바와 같이, 제 1 렌즈 패턴(21)의 양 측부에 예컨대, 6000Å~8000Å의 두께를 갖는 제 2 렌즈 패턴들(22)을 형성한다.
이러한 절차가 마무리되면, 산화막 재질의 제 1 렌즈 패턴(21), 이 제 1 렌즈 패턴(21)의 양 측부를 둥글게 커버하는 질화막 재질의 제 2 렌즈 패턴(22)의 조합으로 이루어지는 마이크로 렌즈 패턴(20)이 광 투과층(14)의 상부에서 완성된 구조를 안정적으로 갖출 수 있게 된다.
이러한 마이크로 렌즈 패턴(20)의 제조가 완료되면, 본 발명에서는 상황에 따라, 오존-TEOS(Tetra Ortho Silicate Glass) 공정, 상압 화학기상증착 공정, 플라즈마 화학기상증착 공정, 고밀도 플라즈마 화학기상증착 공정(High Density Plasma Chemical Vapor Deposition process:HDP CVD process) 등을 선택적으로 진 행시켜, 도 3e에 도시된 바와 같이, 앞의 마이크로 렌즈 패턴(20)이 커버되도록 광 투과층(14)의 상부에 평탄화 층(15)을 형성시킨 후, 일련의 화학기계연마 공정을 진행시켜, 이 평탄화 층(15)을 고르게 연마한다.
이후, 본 발명에서는 일련의 증착공정, 패터닝 공정 등을 통해, 평탄화 층의 상부(15)에 컬러필터 어레이(16)를 형성함으로써, 본 발명에서 얻고자 하는 최종의 이미지 센서를 제조 완료한다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 컬러필터 어레이의 상부에 배치되어 있던 전통적인 마이크로 렌즈 어레이를 제거하는 대신에, 컬러필터 어레이의 저부에 마이크로 렌즈 어레이의 기능을 대체할 수 있는 마이크로 렌즈 패턴을 신규 배치하여, 집광된 빛이 포토 다이오드까지 이르는 전체적인 거리를 최소화하고, 이를 통해, 해당 포토 다이오드 어레이에 최종 도달하는 빛의 강도 및 포커스를 최적화함으로써, 최종 완성되는 이미지 센서의 저 조도 특성을 대폭 향상시킬 수 있다.
이러한 본 발명의 실시 하에, 집광 완료된 빛의 입사 거리 최소화가 현실화되고, 그 여파로, 포토 다이오드 어레이에 최종 도달하는 빛의 강도 및 포커스가 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.

Claims (7)

  1. 외부로부터 입사된 빛을 컬러화 하는 컬러필터 어레이;
    상기 컬러필터 어레이의 저부에 배치되며, 상기 컬러필터 어레이를 통과한 빛을 집광하는 마이크로 렌즈 패턴들;
    반도체 기판의 활성 영역에 배치되며, 상기 마이크로 렌즈 패턴들에 의해 집광된 빛을 받아들여, 일련의 광 전하를 생성 축적하는 포토 다이오드 어레이;
    상기 포토 다이오드 어레이가 커버되도록 상기 반도체 기판의 상부에 적층된 상태로, 상기 마이크로 렌즈 패턴들 및 컬러필터 어레이를 지지하며, 상기 마이크로 렌즈 패턴들에 의해 집광된 빛을 상기 포토 다이오드 어레이 측으로 전달하는 광 투과층을 포함하여 구성된 이미지 센서.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 각 마이크로 랜즈 패턴들은 상기 컬러필터 어레이를 통과한 빛을 상기 포토 다이오드 어레이 방향으로 직진 통과시키는 제 1 렌즈 패턴;
    상기 제 1 렌즈 패턴의 양 측부를 둥글게 커버하며, 상기 컬러필터 어레이를 통과한 빛을 상기 포토 다이오드 어레이 방향으로 굴절시켜 통과시키는 제 2 렌즈 패턴을 포함하여 구성된 이미지 센서.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 렌즈 패턴은 상기 제 1 렌즈 패턴보다 상대적 으로 더 큰 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 렌즈 패턴은 산화막 패턴이고, 상기 제 2 렌즈 패턴은 질화막 패턴인 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 렌즈 패턴은 11000Å~14000Å의 두께를 갖으며, 상기 제 2 렌즈 패턴은 6000Å~8000Å의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  6. 소자 분리막에 의해 정의된 반도체 기판의 활성 영역에 포토 다이오드 어레이를 형성하는 단계;
    상기 포토 다이오드 어레이의 상부에 광 투과층을 형성하는 단계;
    상기 광 투과층의 상부에 외부로부터 입사된 빛을 집광하는 마이크로 렌즈 패턴들을 형성하는 단계;
    상기 마이크로 렌즈 패턴들의 상부에 컬러필터 어레이를 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 마이크로 렌즈 패턴들을 형성하는 단계는 상기 광 투과층의 상부에 산화막을 증착한 후, 해당 산화막을 패터닝 하여, 일련의 제 1 렌즈 패턴을 형성하는 단계;
    상기 제 1 렌즈 패턴이 커버되도록 상기 광 투과층의 상부에 질화막을 증착한 후, 해당 질화막을 상기 제 1 렌즈 패턴의 양 측부를 둥글게 감싸도록 패터닝 하여, 일련의 제 2 렌즈 패턴을 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
KR1020030101699A 2003-12-31 2003-12-31 이미지 센서 및 그 제조방법 KR100595898B1 (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020030101699A KR100595898B1 (ko) 2003-12-31 2003-12-31 이미지 센서 및 그 제조방법
JP2004369142A JP3936954B2 (ja) 2003-12-31 2004-12-21 イメージセンサ及びその製造方法
DE102004062926A DE102004062926A1 (de) 2003-12-31 2004-12-28 Bildsensor und Verfahren zu dessen Herstellung
US11/026,903 US20050139945A1 (en) 2003-12-31 2004-12-29 Image sensor and method for fabricating the same
CNB2004101036454A CN100418228C (zh) 2003-12-31 2004-12-29 图像传感器及其制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020030101699A KR100595898B1 (ko) 2003-12-31 2003-12-31 이미지 센서 및 그 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20050069540A KR20050069540A (ko) 2005-07-05
KR100595898B1 true KR100595898B1 (ko) 2006-07-03

Family

ID=34698897

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020030101699A KR100595898B1 (ko) 2003-12-31 2003-12-31 이미지 센서 및 그 제조방법

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20050139945A1 (ko)
JP (1) JP3936954B2 (ko)
KR (1) KR100595898B1 (ko)
CN (1) CN100418228C (ko)
DE (1) DE102004062926A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9634058B2 (en) 2013-02-25 2017-04-25 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensor and computing system having the same

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100685881B1 (ko) * 2004-06-22 2007-02-23 동부일렉트로닉스 주식회사 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법
KR100741875B1 (ko) * 2004-09-06 2007-07-23 동부일렉트로닉스 주식회사 Ｃｍｏｓ 이미지 센서 및 그의 제조 방법
US8139130B2 (en) 2005-07-28 2012-03-20 Omnivision Technologies, Inc. Image sensor with improved light sensitivity
US8274715B2 (en) 2005-07-28 2012-09-25 Omnivision Technologies, Inc. Processing color and panchromatic pixels
KR100766244B1 (ko) * 2005-12-28 2007-10-10 동부일렉트로닉스 주식회사 이미지 센서
US7916362B2 (en) 2006-05-22 2011-03-29 Eastman Kodak Company Image sensor with improved light sensitivity
US8031258B2 (en) 2006-10-04 2011-10-04 Omnivision Technologies, Inc. Providing multiple video signals from single sensor
CN101236978B (zh) * 2007-02-01 2011-05-18 精材科技股份有限公司 感光式芯片封装构造及其制造方法
JP5164509B2 (ja) * 2007-10-03 2013-03-21 キヤノン株式会社 光電変換装置、可視光用光電変換装置及びそれらを用いた撮像システム
US20100149396A1 (en) * 2008-12-16 2010-06-17 Summa Joseph R Image sensor with inlaid color pixels in etched panchromatic array
JP5468133B2 (ja) * 2010-05-14 2014-04-09 パナソニック株式会社 固体撮像装置
JP5711323B2 (ja) * 2013-08-29 2015-04-30 ルネサスエレクトロニクス株式会社 固体撮像装置
KR102160237B1 (ko) * 2014-03-19 2020-09-28 에스케이하이닉스 주식회사 마이크로 렌즈를 갖는 이미지 센서
KR102568789B1 (ko) 2016-03-10 2023-08-21 삼성전자주식회사 무기 컬러 필터를 포함하는 컬러 필터 어레이, 상기 컬러 필터 어레이를 포함하는 이미지 센서 및 디스플레이 장치
KR102506837B1 (ko) * 2017-11-20 2023-03-06 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 그 제조 방법

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR960000223B1 (ko) * 1990-11-16 1996-01-03 가부시키가이샤 도시바 고체촬상장치 및 그 제조방법
US5316640A (en) * 1991-06-19 1994-05-31 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Fabricating method of micro lens
JP2833941B2 (ja) * 1992-10-09 1998-12-09 三菱電機株式会社 固体撮像装置とその製造方法
CA2169923A1 (en) * 1993-09-17 1995-03-23 Christopher R. Needham Forming microlenses on solid state imager
US5841126A (en) * 1994-01-28 1998-11-24 California Institute Of Technology CMOS active pixel sensor type imaging system on a chip
US6021172A (en) * 1994-01-28 2000-02-01 California Institute Of Technology Active pixel sensor having intra-pixel charge transfer with analog-to-digital converter
US5677200A (en) * 1995-05-12 1997-10-14 Lg Semicond Co., Ltd. Color charge-coupled device and method of manufacturing the same
US5990506A (en) * 1996-03-20 1999-11-23 California Institute Of Technology Active pixel sensors with substantially planarized color filtering elements
US5886659A (en) * 1996-08-21 1999-03-23 California Institute Of Technology On-focal-plane analog-to-digital conversion for current-mode imaging devices
US6005619A (en) * 1997-10-06 1999-12-21 Photobit Corporation Quantum efficiency improvements in active pixel sensors
JP3403062B2 (ja) * 1998-03-31 2003-05-06 株式会社東芝 固体撮像装置
KR100359768B1 (ko) * 1999-03-18 2002-11-07 주식회사 하이닉스반도체 고체 촬상 소자 및 그 제조방법
US6091093A (en) * 1999-06-01 2000-07-18 Intel Corporation Photodiode having transparent insulating film around gate islands above p-n junction
US6362513B2 (en) * 1999-07-08 2002-03-26 Intel Corporation Conformal color filter layer above microlens structures in an image sensor die
US6171885B1 (en) * 1999-10-12 2001-01-09 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company High efficiency color filter process for semiconductor array imaging devices
US6221687B1 (en) * 1999-12-23 2001-04-24 Tower Semiconductor Ltd. Color image sensor with embedded microlens array
JP2002026366A (ja) * 2000-07-11 2002-01-25 Sony Corp 半導体装置
JP2003204050A (ja) * 2002-01-08 2003-07-18 Canon Inc 固体撮像装置
KR20040060509A (ko) * 2002-12-30 2004-07-06 동부전자 주식회사 Ｃｍｏｓ 이미지 센서
US6979588B2 (en) * 2003-01-29 2005-12-27 Hynix Semiconductor Inc. Method for manufacturing CMOS image sensor having microlens therein with high photosensitivity
US7078260B2 (en) * 2003-12-31 2006-07-18 Dongbu Electronics Co., Ltd. CMOS image sensors and methods for fabricating the same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9634058B2 (en) 2013-02-25 2017-04-25 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensor and computing system having the same
US10096634B2 (en) 2013-02-25 2018-10-09 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensor and computing system having the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2005197680A (ja) 2005-07-21
CN100418228C (zh) 2008-09-10
DE102004062926A1 (de) 2005-08-04
JP3936954B2 (ja) 2007-06-27
CN1638139A (zh) 2005-07-13
KR20050069540A (ko) 2005-07-05
US20050139945A1 (en) 2005-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100595898B1 (ko) 이미지 센서 및 그 제조방법
US7612395B2 (en) CMOS image sensors
KR100511074B1 (ko) 반도체 장치 및 그 제조방법
TWI399849B (zh) 固態成像裝置，製造固態成像裝置之方法，及電子設備
US7453110B2 (en) CMOS image sensor and method for manufacturing the same
US20070063299A1 (en) CMOS image sensor and method of manufacturing the same
US20080079103A1 (en) Microlens structure
TW200425488A (en) Solid-state imaging apparatus and its manufacturing method
JP2004253573A (ja) 半導体装置およびその製造方法
US7723765B2 (en) Image sensor having hydrophilic and hydrophobic microlenses and method for manufacturing the same
US20120153418A1 (en) Solid-state imaging device and manufacturing method thereof
US20180358397A1 (en) Methods of fabricating solid-state imaging devices having flat microlenses
US20070145425A1 (en) Cmos image sensor
US8610227B2 (en) Formation of embedded micro-lens
US20080035836A1 (en) Image sensor and method for fabricating the same
CN114664876B (zh) 一种图像传感器及其制作方法
US20120261731A1 (en) Image sensor
US20060039044A1 (en) Self-aligned image sensor and method for fabricating the same
TWI773209B (zh) 固態成像裝置
JP2004319896A (ja) 固体撮像装置及びその製造方法
KR100718785B1 (ko) 씨모스 이미지 센서 및 그 제조 방법
KR100595901B1 (ko) 이미지 센서 및 그 제조방법
CN101136363A (zh) 微聚光镜结构及其制作方法
KR100727267B1 (ko) 마이크로 렌즈를 구비한 이미지 소자 및 그 제조방법
JP2003046074A (ja) 固体撮像装置およびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
N231 Notification of change of applicant
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120521

Year of fee payment: 7

LAPS Lapse due to unpaid annual fee