KR100727267B1 - A image device having microlens and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

An image device having microlenses and its fabricating method are provided to improve a focusing efficiency by forming plural microlens having no interval using a second transparent insulation layer formed on a first transparent insulation layer pattern. A semiconductor substrate(100) has a photodiode, and plural microlenses(130) are formed on the substrate to correspond to the photodiode. The microlens includes a transparent insulation layer pattern(110) formed on the semiconductor substrate corresponding to the photodiode, and a transparent insulation layer(120) formed on the transparent insulation layer pattern. Any one of the transparent insulation layer pattern and the transparent insulation layer is a silicon oxide layer.

Description

마이크로 렌즈를 구비한 이미지 소자 및 그 제조방법{A image device having microlens and method of manufacturing the same}An image device having a microlens and a method for manufacturing the same {A image device having microlens and method of manufacturing the same}

도 1은 일반적인 이미지 소자의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a general image device.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 간격이 없는 마이크로 렌즈를 구비한 이미지 소자의 단면도이다. 2 is a cross-sectional view of an image device having a microlens without a gap in accordance with an embodiment of the present invention.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 간격이 없는 마이크로 렌즈를 구비한 이미지 소자의 제조방법을 설명하기 위한 각 공정별 단면도이다.3A to 3C are cross-sectional views of respective processes for explaining a method of manufacturing an image device having a microlens without a gap according to an embodiment of the present invention.

도 4는 도 3a의 포토 마스크의 평면도이다.4 is a plan view of the photomask of FIG. 3A.

도 5는 본 발명의 실시예에 따라 형성된 마이크로 렌즈를 나타낸 사진이다.5 is a photograph showing a micro lens formed according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 이미지 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 마이크로 렌즈를 구비한 이미지 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image element and a method of manufacturing the same, and more particularly to an image element having a micro lens and a method of manufacturing the same.

일반적으로, 이미지 소자는 광학 영상(optical image)을 전기 신호로 변환시키는 소자이다. 이러한 이미지 소자로는 대표적으로 CCD(charge coupled device) 및 CMOS 이미지 소자가 있다. 상기 CCD 및 CMOS 이미지 소자는 모두 빛을 촬상하여 전하로 변환시키는 포토 다이오드와, 상기 포토 다이오드에서 생성된 광전하를 운송하는 소자들로 구성된다. In general, an image device is a device that converts an optical image into an electrical signal. Such image devices typically include a charge coupled device (CCD) and a CMOS image device. The CCD and CMOS image elements are both composed of a photodiode for capturing light and converting it into a charge, and a device for transporting photocharges generated by the photodiode.

이러한 이미지 소자들은 상기 포토 다이오드에 보다 많은 광을 집속시키기 위하여 포토 다이오드와 대응되는 부분에 설치되는 마이크로 렌즈를 포함한다. 마이크로 렌즈는 광의 집속 효율을 높여, 필 팩터(Fill factor) 즉, 단위 픽셀 면적에 대한 포토 다이오드의 점유 면적의 비를 증대시키는 역할을 한다. 상기와 같이 광의 집속 효율을 높이려면, 무엇보다도 마이크로 렌즈의 곡률이 중요하다. These image elements include a micro lens installed at a portion corresponding to the photodiode in order to focus more light on the photodiode. The microlens increases the focusing efficiency of the light and increases the fill factor, that is, the ratio of the occupied area of the photodiode to the unit pixel area. As mentioned above, the curvature of a micro lens is important in order to raise the focusing efficiency of light.

도 1은 일반적인 마이크로 렌즈를 갖는 이미지 소자의 단면도이다. 1 is a cross-sectional view of an image device having a general micro lens.

도 1을 참조하여, 다수의 픽셀 영역을 포함하는 반도체 기판(10)을 준비한다. 반도체 기판(10)의 각 픽셀 영역마다 포토 다이오드(20)를 형성한다. 포토 다이오드(20)가 형성되어 있는 반도체 기판(10) 상부에 금속 배선체(도시되지 않음)가 형성되어 있는 층간 절연막(30)을 형성한다. 층간 절연막(30) 상부에 포토 다이오드(20)와 대응되도록 마이크로 렌즈(40)를 형성한다. 종래의 마이크로 렌즈(40)는 포토레지스트 패턴 형성시 디포커스시켜 포토 레지스트 패턴의 측벽을 테이퍼지도록 형성하고, 이후 포토레지스트 패턴을 리플로우(reflow)시킴으로써 얻어진다. 상기 마이크로 렌즈(40)는 일정 간격(g)을 가지도록 배치되고 있으며, 이러한 마이크로 렌즈(40)는 물체(50)의 이미지를 상기 포토 다이오드(20)에 집속시키는 역할을 한다.Referring to FIG. 1, a semiconductor substrate 10 including a plurality of pixel regions is prepared. The photodiode 20 is formed in each pixel region of the semiconductor substrate 10. An interlayer insulating film 30 having a metal wiring body (not shown) is formed on the semiconductor substrate 10 on which the photodiode 20 is formed. The microlens 40 is formed on the interlayer insulating layer 30 so as to correspond to the photodiode 20. The conventional microlens 40 is obtained by defocusing the photoresist pattern when forming it so as to taper the sidewalls of the photoresist pattern, and then reflowing the photoresist pattern. The micro lens 40 is disposed to have a predetermined interval (g), the micro lens 40 serves to focus the image of the object 50 to the photodiode 20.

그런데, 종래의 마이크로 렌즈(40)는 상술한 바와 같이 일정 간격(g) 이격됨으로 인해, 상기 간격(g) 부분을 통해 입사되는 빛(50)은 포토 다이오드(20)에 집 속되지 않아, 집광 효율이 저하되는 문제점이 있다.However, since the conventional microlens 40 is spaced apart by a predetermined interval g as described above, the light 50 incident through the interval g portion is not focused on the photodiode 20, thereby condensing the light. There is a problem that the efficiency is lowered.

따라서, 본 발명의 목적은 마이크로 렌즈 사이의 간격을 줄여 집광 효율을 개선할 수 있는 이미지 소자를 제공하는 것이다. Accordingly, it is an object of the present invention to provide an image device capable of improving condensing efficiency by reducing the distance between micro lenses.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기한 이미지 소자의 제조방법을 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide a method of manufacturing the above image device.

본 발명의 일견지에 따른 본 발명의 이미지 소자는, 포토 다이오드를 갖는 반도체 기판, 및 상기 포토 다이오드와 대응되도록 상기 반도체 기판 상부에 형성된 투명 절연막 패턴 및 상기 투명 절연막 패턴이 형성된 반도체 기판 표면을 따라 피복되는 투명 절연막으로 구성된 마이크로 렌즈를 구비한다.According to an aspect of the present invention, an image device includes a semiconductor substrate having a photodiode and a transparent insulating film pattern formed on the semiconductor substrate so as to correspond to the photodiode and a surface of the semiconductor substrate on which the transparent insulating film pattern is formed. And a micro lens composed of a transparent insulating film.

또한, 본 발명의 다른 견지에 따른 이미지 소자의 제조방법은, 포토 다이오드가 형성된 반도체 기판을 준비한 다음, 상기 반도체 기판 상부에 상기 포토 다이오드와 대응되도록 투명 절연막 패턴을 형성한다. 이어서, 상기 투명 절연막 패턴이 형성된 반도체 기판 상부에 CVD 방식으로 투명 절연막을 형성하여, 마이크로 렌즈를 형성한다. In addition, according to another aspect of the present invention, a method of manufacturing an image device includes preparing a semiconductor substrate on which a photodiode is formed, and then forming a transparent insulating layer pattern on the semiconductor substrate so as to correspond to the photodiode. Subsequently, a microlens is formed by forming a transparent insulating film on the semiconductor substrate on which the transparent insulating film pattern is formed by a CVD method.

이하 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하도록 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 간격이 없는 마이크로 렌즈를 구비한 이미지 소자를 나타낸 단면도이다.2 is a cross-sectional view of an image device having a microlens without a gap according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하여, 반도체 기판(100) 상에 형성되는 마이크로 렌즈(130)는 일정 간격 이격된 투명 절연막 패턴(110) 및 투명 절연막 패턴(110) 상에 피복된 투명 절연막(120)으로 형성된다.Referring to FIG. 2, the microlens 130 formed on the semiconductor substrate 100 is formed of the transparent insulating film pattern 110 and the transparent insulating film 120 coated on the transparent insulating film pattern 110. .

상기 반도체 기판(100)은 광에 의해 이미지를 촬상하여 전하를 생성하는 포토 다이오드(도시되지 않음)를 포함하며, 상기 투명 절연막 패턴(110)은 상기 포토 다이오드와 대응되도록 형성된다. 이때, 상기 반도체 기판(100)은 공지와 같이, 상기 포토 다이오드 외에, 포토 다이오드에서 생성된 전하를 전달하는 전달 소자, 층간 절연막, 금속 배선 및 컬러 필터가 형성되어 있다.The semiconductor substrate 100 includes a photodiode (not shown) that generates an image by imaging an image by light, and the transparent insulating layer pattern 110 is formed to correspond to the photodiode. At this time, the semiconductor substrate 100, as is well known, in addition to the photodiode, a transfer element, an interlayer insulating film, a metal wiring, and a color filter for transferring charges generated by the photodiode are formed.

상기 투명 절연막 패턴(110)은 예컨대 실리콘 산화막으로 형성될 수 있다. 상기 투명 절연막 패턴(110)은 반도체 기판(100) 결과물에 토폴로지를 부여하기 위해 제공된다. The transparent insulating layer pattern 110 may be formed of, for example, a silicon oxide layer. The transparent insulating layer pattern 110 is provided to impart a topology to a result of the semiconductor substrate 100.

상기 투명 절연막(120)은 층덮힘 특성이 우수한 막, 예컨대 실리콘 산화막으로 형성될 수 있다. 이 투명 절연막(120)은 상기 투명 절연막 패턴(110)에 의해 부여된 토폴로지에 의해 그 표면이 굴곡을 갖도록 형성된다. The transparent insulating layer 120 may be formed of a layer having excellent layer covering properties, for example, a silicon oxide layer. The transparent insulating film 120 is formed such that its surface is curved by a topology imparted by the transparent insulating film pattern 110.

이렇게 형성된 마이크로 렌즈(130)는 비록 상기 투명 절연막 패턴(110) 사이에는 간격이 존재하더라도, 그 간격 부분이 상기 투명 절연막(120)으로 커버되어, 간격이 제거된다. 그러므로 간격 부분으로 입사되는 광을 모두 포토 다이오드로 집중시킬 수 있다. The microlens 130 thus formed has a gap between the transparent insulating layer patterns 110, but the gap is covered with the transparent insulating layer 120, thereby eliminating the gap. Therefore, all of the light incident to the gap portion can be focused on the photodiode.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 렌즈의 제조방법을 설명하기 위한 각 공정별 단면도로서, 상기 도면을 통하여 마이크로 렌즈의 제조방 법을 설명한다. 3A to 3C are cross-sectional views of respective processes for explaining a method of manufacturing a microlens according to an exemplary embodiment of the present invention, and a method of manufacturing the microlens will be described with reference to the drawings.

도 3a를 참조하여, 일정 규칙을 가지고 형성된 포토 다이오드(도시되지 않음), 포토 다이오드에서 생성된 전하를 전달하는 전달 소자(도시되지 않음), 상기 전달 소자에 전기 신호를 전달하기 위한 금속 배선(도시되지 않음) 및 상기 금속 배선간을 절연하는 절연막(도시되지 않음)을 포함하는 반도체 기판(100) 상부에 컬러 필터(102)를 형성한다. 컬러 필터(102)는 공지된 바와 같이, R,G,B 단위 필터(도시되지 않음)로 구성될 수 있으며, 상기 각각의 단위 필터는 상기 포토 다이오드와 대응되도록 형성된다.Referring to FIG. 3A, a photodiode (not shown) formed with a predetermined rule, a transfer element (not shown) for transferring charges generated from the photodiode, and a metal wiring for transferring an electrical signal to the transfer element (shown) And a color filter 102 formed on the semiconductor substrate 100 including an insulating film (not shown) that insulates the metal wires from each other. The color filter 102 may be configured as R, G, B unit filters (not shown), as is known, and each unit filter is formed to correspond to the photodiode.

상기 컬러 필터(102) 상부에 평탄화막(104)을 형성한다. 상기 평탄화막(104) 상부에 마이크로 렌즈용 제 1 투명 절연막(110)을 형성한다. 상기 제 1 투명 절연막(110)은 실리콘 산화막일 수 있다. 제 1 투명 절연막(110) 상부에 포토레지스트막(140)을 도포한 다음, 상기 반도체 기판(100) 결과물 상부에 마이크로 렌즈를 한정하기 위한 포토 마스크(150)를 배치한다. 상기 포토 마스크(150)는 석영 기판(151)과 차광 패턴(153)으로 구성될 수 있으며, 상기 마이크로 렌즈가 형성될 영역과 상기 차광 패턴(153)이 대응될 수 있도록 배치된다. 도 4는 상기 포토 마스크(150)의 평면도로서, 상기 차광 패턴(153)은 석영 기판(151) 상에 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. The planarization film 104 is formed on the color filter 102. A first transparent insulating film 110 for microlens is formed on the planarization film 104. The first transparent insulating layer 110 may be a silicon oxide layer. After the photoresist layer 140 is coated on the first transparent insulating layer 110, a photo mask 150 for defining a microlens is disposed on the resultant of the semiconductor substrate 100. The photo mask 150 may be formed of a quartz substrate 151 and a light blocking pattern 153. The photo mask 150 may be disposed to correspond to a region where the microlens is to be formed and the light blocking pattern 153 may correspond to each other. 4 is a plan view of the photo mask 150, and the light blocking pattern 153 may be disposed in a matrix form on the quartz substrate 151.

다음 도 3b를 참조하여, 상기 포토 마스크(150)를 이용해서 노광 공정을 실시한 다음, 상기 노광된 포토레지스트막(140)을 현상 처리하여, 포토레지스트 패턴을 형성한다. 그후, 상기 포토레지스트 패턴의 형태로 상기 제 1 투명 절연막(110) 을 식각하여 투명 절연막 패턴(110)을 형성한다. 이때, 상기 제 1 투명 절연막과 투명 절연막 패턴은 동일한 물질이므로 동일 부호를 부여하도록 한다. 그리고 나서, 상기 포토레지스트 패턴을 공지의 방식으로 제거한다. 상기 투명 절연막 패턴(110)의 형성으로 상기 반도체 기판(100) 결과물 표면은 토폴로지를 갖게 된다. Next, referring to FIG. 3B, an exposure process is performed using the photomask 150, and then the exposed photoresist film 140 is developed to form a photoresist pattern. Thereafter, the first transparent insulating layer 110 is etched in the form of the photoresist pattern to form the transparent insulating layer pattern 110. In this case, since the first transparent insulating film and the transparent insulating film pattern are the same material, the same reference numerals are used. The photoresist pattern is then removed in a known manner. The surface of the resultant semiconductor substrate 100 has a topology due to the formation of the transparent insulating film pattern 110.

이어서, 상기 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 투명 절연막 패턴(110)이 형성된 평탄화막(104) 상부에 제 2 투명 절연막(120)을 형성한다. 상기 제 2 투명 절연막(120)은 층덮힘 특성이 우수한 실리콘 산화막으로 형성될 수 있으며, 상기 실리콘 산화막은 CVD(chemical vapor deposition) 방식, 바람직하게는 저온 CVD 방식으로 형성된다. 이렇게 형성된 제 2 투명 절연막(120)은 상기 투명 절연막 패턴(110)의 토폴로지에 의하여 표면 굴곡을 갖도록 형성되어, 간격이 없는 마이크로 렌즈(130)를 형성하게 된다.Subsequently, as illustrated in FIG. 3C, the second transparent insulating layer 120 is formed on the planarization layer 104 on which the transparent insulating layer pattern 110 is formed. The second transparent insulating layer 120 may be formed of a silicon oxide film having excellent layer covering properties, and the silicon oxide film may be formed by a chemical vapor deposition (CVD) method, preferably a low temperature CVD method. The second transparent insulating layer 120 formed as described above is formed to have surface curvature by the topology of the transparent insulating layer pattern 110, thereby forming a microlens 130 having no gap.

도 5는 본 발명의 실시예와 같이 투명 절연막 패턴(110) 및 투명 절연막(120)으로 구성된 마이크로 렌즈를 보여주는 사진으로서, 상기 사진에 의하면 표면이 일정한 굴곡을 가지면서 간격이 존재하지 않음을 확인할 수 있다. 5 is a photo showing a micro lens composed of a transparent insulating film pattern 110 and a transparent insulating film 120 as in the embodiment of the present invention, according to the above picture it can be confirmed that the surface has a constant curvature and there is no gap. have.

본 실시예에서는 마이크로 렌즈를 구성하는 막으로 실리콘 산화막을 이용하였지만, 이에 국한되지 않고, 상기 포토 다이오드에 광을 집속시킬 수 있으면서 저온으로 형성될 수 있는 막이면 모두 여기에 포함된다. In the present embodiment, a silicon oxide film is used as a film constituting the microlens, but the present invention is not limited thereto, and any film can be formed at a low temperature while focusing light on the photodiode.

이상에서 자세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 마이크로 렌즈를 투명 절연막 패턴 및 투명 절연막 패턴이 형성된 결과물을 덮는 투명 절연막으로 구 성한다. As described above in detail, according to the present invention, the microlens is composed of a transparent insulating film covering the resultant formed with a transparent insulating film pattern and a transparent insulating film pattern.

이에 의해 마이크로 렌즈의 간격을 없앨 수 있어, 집광 효율을 크게 개선할 수 있다. 또한, 포토레지스트 패턴의 리플로우 공정이 요구되지 않으므로, 재현성이 우수한 균일한 크기의 마이크로 렌즈를 제작할 수 있다. Thereby, the space | interval of a micro lens can be eliminated and a condensing efficiency can be improved significantly. In addition, since a reflow step of the photoresist pattern is not required, a microlens having a uniform size with excellent reproducibility can be manufactured.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.Although the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention. Do.

Claims (5)

포토 다이오드를 갖는 반도체 기판; 및A semiconductor substrate having a photodiode; And 상기 포토 다이오드와 대응되도록 상기 기판상에 형성된 복수의 마이크로렌즈;를 포함하되,And a plurality of microlenses formed on the substrate to correspond to the photodiode. 상기 마이크로렌즈는 상기 포토 다이오드와 대응되도록 상기 반도체 기판 상부에 형성된 투명 절연막 패턴과 상기 투명 절연막 패턴이 형성된 반도체 기판 표면을 따라 피복되는 투명 절연막을 포함하고,The microlenses include a transparent insulating film pattern formed on the semiconductor substrate so as to correspond to the photodiode and a transparent insulating film coated along a surface of the semiconductor substrate on which the transparent insulating film pattern is formed. 상기 마이크로 렌즈 사이에는 갭이 없는 것을 특징으로 하는 이미지 소자.And no gap between the micro lenses. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 투명 절연막 패턴 및 투명 절연막 중 적어도 하나는 실리콘 산화막으로 이루어지는 이미지 소자.And at least one of the transparent insulating film pattern and the transparent insulating film is formed of a silicon oxide film. 포토 다이오드가 형성된 반도체 기판을 제공하는 단계;Providing a semiconductor substrate having a photodiode formed thereon; 상기 포토 다이오드와 대응되도록 상기 기판상에 복수의 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하되,Forming a plurality of microlenses on the substrate to correspond to the photodiode; 상기 복수의 마이크로렌즈를 형성하는 단계는,Forming the plurality of micro lenses, 상기 반도체 기판 상부에 상기 포토 다이오드와 대응되도록 투명 절연막 패턴을 형성하는 단계와 상기 투명 절연막 패턴이 형성된 반도체 기판 상부에 투명 절연막을 형성하는 단계를 포함하고,Forming a transparent insulating film pattern on the semiconductor substrate so as to correspond to the photodiode and forming a transparent insulating film on the semiconductor substrate on which the transparent insulating film pattern is formed; 상기 복수의 마이크로렌즈를 형성하는 단계는 마이크로렌즈 사이에 갭이 없도록 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 소자의 제조방법. The forming of the plurality of microlenses may be performed such that there is no gap between the microlenses. 제 3 항에 있어서, 상기 투명 절연막 패턴을 형성하는 단계는,The method of claim 3, wherein the forming of the transparent insulating film pattern comprises: 상기 반도체 기판 상부에 투명 절연막을 증착하는 단계; 및 Depositing a transparent insulating film on the semiconductor substrate; And 상기 투명 절연막을 포토리소그라피 공정을 이용하여 식각하는 단계Etching the transparent insulating film using a photolithography process 를 포함하는 이미지 소자의 제조방법.Method of manufacturing an image device comprising a. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 투명 절연막 패턴 및 상기 투명 절연막 중 적어도 하나는 실리콘 산화막으로 형성하는 이미지 소자의 제조방법.And at least one of the transparent insulating film pattern and the transparent insulating film is formed of a silicon oxide film.
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