KR100727268B1 - 이미지 센서 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 포토 다이오드가 형성된 반도체 기판 상에 컬러 필터(color filter)를 형성하고, 컬러 필터 상에 평탄화 제1감광막을 형성하고, 평탄화 제1감광막 상에 내측 마이크로 렌즈를 형성한 후, 내측 마이크로 렌즈 상에 평탄화 제2감광막을 형성한다. 제2감광막 상에 외측 마이크로 렌즈를 형성하는 이미지 센서 제조 방법을 제시한다. 이때, 내측 및 외측 마이크로 렌즈들은 동일한 굴절율을 가지는 물질 또는 동일한 물질로 형성될 수 있다.
이중 마이크로 렌즈, 컬러 필터, 집광

Description

이미지 센서 및 그 제조 방법{Apparatus and fabricating method of image sensor}
도 1 및 도 2는 종래의 이미지 센서를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면들이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 렌즈(micro lens)를 포함하는 이미지 센서 및 제조 방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면들이다.
본 발명은 이미지 센서(image sensor)에 관한 것으로, 특히, 광 감도(light sensitivity)를 개선한 마이크로 렌즈(micro lens)를 포함하는 이미지 센서 및 제조 방법에 관한 것이다.
이미지 센서는 광학 영상(optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체소자이다. 이미지 센서는 전하결합소자(CCD : Charge Coupled Device) 또는 시모스(CMOS) 이미지 센서로 형성되고 있다. 이러한 이미지 센서에서 픽셀 크기(pixel size)가 작아짐에 따라 입사광(incident light)의 포토 다이오드(photo diode)로의 효과적인 집광을 위해서, 마이크로 렌즈(micro lens)의 모양 또한 변화되고 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 이미지 센서를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 이미지 센서는 반도체 기판(10)에 얕는 트렌치 소자 분리(STI: 15)를 형성하고, 소자 분리(15)에 의해 설정된 액티브 영역(active region)에 레드(R: red), 그린(G: green) 및 블루(B: blue) 각각에 대한 포토 다이오드(20)를 형성하고 있다. 이후에, 금속 층간 절연층과 같은 절연층(31)을 형성하고, 산화물층 등을 포함하는 패시베이션층(passivation layer: 33)을 형성하고, 평탄화하고 있다.
패시베이션층(33) 상에 R, G, B 컬러 필터(color filter: 40)를 형성하고, 컬러 필터(40) 상에 컬러 필터(40)의 토폴로지 차이를 해소하기 위한 평탄화 감광막(50) 등이 형성되고, 감광막 등의 포토마스크 패터닝(photo mask patterning) 등에 의해 마이크로 렌즈(60)가 형성되고 있다. 평탄한 감광막(50)은 마이크로 렌즈(60)의 포토마스크 패터닝의 패턴 균일도(pattern uniformity)를 증가시키기 위해서 추가로 도입되고 있다.
그런데, 이러한 마이크로 렌즈(60)의 경우, 도 2에 제시된 바와 같이 광 경로 상의 경로 폭(W1)이 상당히 넓어 중간의 배선을 위해 도입되는 금속층(도시되지 않음)에 의해 입사광의 일부가 차단(blocking)되는 현상이 발생하고 있다. 따라서, 마이크로 렌즈(60)에 의해 집광되는 입사광의 광량보다 감소된 광량의 입사광이 포토 다이오드(20)에 집광되고 있다. 이러한 경우, 광 감도가 저하되는 문제가 유발될 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 마이크로 렌즈로부터 포토 다이오드까지의 입사광의 집광 작용이 보다 효과적으로 수행될 수 있는 마이크로 렌즈 구조를 포함하는 이미지 센서 및 제조 방법을 제시하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 위한 본 발명의 일 실시예는, 반도체 기판 상에 형성된 포토 다이오드들; 상기 반도체 기판 상에 상기 포토 다이오드에 정렬되게 형성된 컬러 필터(color filter); 상기 컬러 필터 상에 상기 포토 다이오드로의 입사광의 1차 집광을 위해 형성된 외측 마이크로 렌즈; 및 상기 외측 마이크로 렌즈 아래에서 상기 1차 집광된 입사광의 2차 집광을 위한 내측 마이크로 렌즈를 포함하는 이미지 센서를 제시한다.
상기 내측 및 외측 마이크로 렌즈들은 동일한 굴절율을 가지는 물질 또는 동일한 물질로 형성된 것일 수 있다.
상기 본 발명의 다른 일 실시예는, 포토 다이오드가 형성된 반도체 기판 상에 컬러 필터(color filter)를 형성하는 단계; 상기 컬러 필터 상에 평탄화 제1감광막을 형성하는 단계; 상기 평탄화 제1감광막 상에 내측 마이크로 렌즈를 형성하는 단계; 상기 내측 마이크로 렌즈 상에 평탄화 제2감광막을 형성하는 단계; 및 상기 제2감광막 상에 외측 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서 제조 방법을 제시한다.
본 발명에 따르면, 마이크로 렌즈로부터 포토 다이오드까지의 입사광의 집광 작용이 보다 효과적으로 수행될 수 있도록 이중 마이크로 렌즈 구조를 도입한 이미지 센서 및 제조 방법을 제시할 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명의 실시예에서는, 외측(outer) 마이크로 렌즈와 함께 이에 정렬된 내측(inner) 마이크로 렌즈를 구비한 이미지 센서를 제시한다. 이때, 내측 마이크로 렌즈는 외측 마이크로 렌즈와 동일한 굴절율(RI), 예컨대, 1.6 내지 2.0 정도 굴절율을 가지는 물질로 형성될 수 있다. 이에 따라, 입사관의 광 경로 폭이 보다 작게 축소될 수 있어, 입사광의 광 에너지의 포토 다이오드로의 집광이 보다 효과적으로 수행되게 된다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 렌즈(micro lens)를 포함하는 이미지 센서 및 제조 방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면들이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는, 반도체 기판(100)에 얕는 트렌치 소자 분리(STI: 150)를 형성하고, 소자 분리(150)에 의해 설정된 액티브 영역에 레드(R), 그린(G) 및 블루(B) 각각에 대한 포토 다이오드(200)를 형성한다. 이후에, 금속 층간 절연층과 같은 배선 금속층들 간의 층간 절연을 위한 절연층(310)을 형성하고, 산화물층 등을 포함하는 패시베이션층(330)을 형성하고, 평탄화하고 있다.
평탄화된 패시베이션층(330) 상에 상기 포토 다이오드(200)에 해당하는 위치에 포토마스크 패터닝(photo mask patterning)에 의하여 내측 마이크로 렌즈(610)를 형성한다. 이때 상기 내측 마이크로 렌즈(610)는 해당하는 포토 다이오드(200)에 입사광이 집광하도록 배열된다. 그리고 상기 내측 마이크로 렌즈(610) 위로 컬러 필터를 형성하기 위해 평탄화 제1감광막(350)을 형성하여 표면을 평탄화 시킨후, 상기 평탄화 제1감광막 상으로 R, G, B 컬러 필터(color filter: 400)를 형성한다. 그리고, 상기 컬러 필터(400) 상에 컬러 필터(400)의 토폴로지 차이를 해소하기 위한 평탄화 제2감광막(500)을 형성한다.
이후에, 상기 평탄화 제2감광막(500) 상에 내측 마이크로 렌즈(610)로 입사광을 집광하도록 배열되는 외측 마이크로 렌즈(650)를 형성한다. 상기 외측 및 내측 마이크로 렌즈(650,610)는 동일한 물질로 형성될 수 있고, 상기 내측 마이크로 렌즈(610)은 상기 외측 마이크로 렌즈(650)보다 작게 형성되어 입사광이 포토 다이오드(200)로의 집광율을 향상시킬 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이 본 발명은 외측 및 내측 마이크로 렌즈(650,610)의 이중 마이크로 렌즈 구조로 이루어져, 외측 마이크로 렌즈(650)에 의해 집광된 입사광은 상기 외측 마이크로 렌즈(650)에 하부에 형성된 내측 마이크로 렌즈(610)로 다시 한번 집광되어 포토 다이오드(200)로 유도된다. 이에 따라, 포토 다이오드(200)로 입사되는 광의 폭(W2)은 상대적으로 더 좁아질 수 있어, 금속층 등에 의해 광이 차단되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 보다 많은 에너지 량의 입사광이 포토 다이오드(200) 상에 집광될 수 있으므로, 상대적으로 높은 광 감도를 구현할 수 있다.
상술한 본 발명에 따르면, 이중 마이크로 렌즈 형성으로 고집적 이미지 센서에서 입사광에 대한 감도를 크게 향상시킬 수 있다.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예들을 통하여 설명하였지만, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명은 여러 형태로 변형될 수 있다.

Claims (3)

  1. 반도체 기판 상에 형성된 포토 다이오드들;
    상기 반도체 기판 상에 적층된 절연층 및 패시베이션층;
    상기 패시베이션층 상에 형성되고 상기 포토 다이오드로의 입사광의 집광을 위해 형성된 내측 마이크로 렌즈를 포함하는 평탄화 제1감광막;
    상기 포토 다이오드에 정렬되도록 상기 평탄화 제1감광막 상에 형성된 컬러 필터(color filter);
    상기 컬러 필터 상에 형성된 평탄화 제2감광막;
    상기 평탄화 제2감광막 상에 형성되어 상기 포토 다이오드로의 입사광의 집광을 위해 형성된 외측 마이크로 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내측 마이크로 렌즈는 외측 마이크로 렌즈보다 작게 형성된 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  3. 포토 다이오드가 형성된 반도체 기판 상에 절연층 및 패시베이션층을 형성하는 단계;
    상기 패시베이션층상에 내측 마이크로 렌즈를 형성하는 단계;
    상기 내측 마이크로 렌즈 상으로 평탄화 제1감광막을 형성하는 단계;
    상기 평탄화 제1감광막 상에 컬러 필터(color filter)를 형성하는 단계;
    상기 컬러 필터 상에 평탄화 제2감광막을 형성하는 단계;
    상기 평탄화 제2감광막 상에 외측 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조 방법.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20020057277A (ko) * 2000-12-30 2002-07-11 박종섭 이중 렌즈를 구비하는 이미지 센서 및 그 제조 방법
KR20050039160A (ko) * 2003-10-24 2005-04-29 매그나칩 반도체 유한회사 칼라필터를 내부렌즈로 사용하는 이미지센서 및 그 제조방법
KR20050051267A (ko) * 2003-11-27 2005-06-01 매그나칩 반도체 유한회사 이미지 센서 제조 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020057277A (ko) * 2000-12-30 2002-07-11 박종섭 이중 렌즈를 구비하는 이미지 센서 및 그 제조 방법
KR20050039160A (ko) * 2003-10-24 2005-04-29 매그나칩 반도체 유한회사 칼라필터를 내부렌즈로 사용하는 이미지센서 및 그 제조방법
KR20050051267A (ko) * 2003-11-27 2005-06-01 매그나칩 반도체 유한회사 이미지 센서 제조 방법

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