KR100748325B1 - 이미지센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이미지센서에 관한 것으로, 특히 각 칼라 필터 어레이에 해당하는 마이크로 렌즈의 사이즈를 달리하여 빛의 세기를 맞춤으로써, 칼라 구현 능력을 향상시킬 수 있는 이미지 센서를 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은, 기판 상에 형성된 다수의 포토다이오드; 상기 포토다이오드 상부에 형성된 적, 녹, 청 칼라 필터; 및 상기 적, 녹 청 칼라 필터 상부에 각각 오버랩되며, 서로 다른 곡률 반경을 갖는 마이크로 렌즈를 포함하여 이루어지는 이미지센서를 제공한다.

CFA, 포토다이오드, 마이크로 렌즈, RGB, Light intensity.

Description

이미지센서{Image sensor}

도 1 및 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서 제조 공정을 도시한 단면도,

도 3은 도 2의 마이크로 렌즈를 도시한 평면도,

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지센서를 도시한 단면도,

도 5는 도 4의 마이크로 렌즈를 도시한 평면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

20 : 기판

21 : 포토다이오드

22 : 절연막

23 : 게이트전극

24 : 광차단막

25, 27 : 층간절연막

26a, 26b, 26c : 칼라 필터

28a, 28b, 28c : 마이크로 렌즈

본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로 특히, 칼라 구현 능력을 향상시킬 수 있는 마이크로 렌즈(Microlens)를 구비한 이미지센서에 관한 것이다.

일반적으로, 이미지센서라 함은 광학 영상(Optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체소자로서, 이중 전하결합소자(CCD : Charge Coupled Device)는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 커패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 커패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, CMOS(Complementary MOS; 이하 CMOS) 이미지센서는 제어회로(Control circuit) 및 신호처리회로(Signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소수만큼 MOS트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(Output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.

이러한 다양한 이미지센서를 제조함에 있어서, 이미지센서의 감광도(Photo sensitivity)를 증가시키기 위한 노력들이 진행되고 있는 바, 그 중 하나가 집광기술이다. 예컨대, CMOS 이미지센서는 빛을 감지하는 포토다이오드와 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 CMOS 로직회로부분으로 구성되어 있는 바, 광감도를 높이기 위해서는 전체 이미지센서 면적에서 포토다이오드의 면적이 차지하는 비율(이를 통상 Fill Factor"라 한다)을 크게 하려는 노력이 진행되고 있다.

이미지 센서는 적,녹,청(Red, Green, Blue)의 칼라 필터 어레이(Colour Filter Array; 이하 CFA라 함)를 구비함으로써 각각의 색상을 혼합하여 색상을 구현하도록 한다.

이 때, 각 RGB 화소에 대하여 동일한 포토다이오드 면적과 동일한 마이크로 렌즈 사이즈를 구현하고 있다. 그러나, 빛의 특성상 R ≥G ≥B 순으로 빛의 세기(Light intensity)의 차이가 발생하게 된다. 따라서, 각 칼라 비율(Colour ratio)이 맞지 않아 칼라 구현 능력이 감소하는 문제점이 발생하게 된다.

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 본 발명은, 각 칼라 필터 어레이에 해당하는 마이크로 렌즈의 사이즈를 달리하여 빛의 세기를 맞춤으로써, 칼라 구현 능력을 향상시킬 수 있는 이미지 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 기판 상에 형성된 다수의 포토다이오드; 상기 포토다이오드 상부에 형성된 적, 녹, 청 칼라 필터; 및 상기 적, 녹 청 칼라 필터 상부에 각각 오버랩되며, 서로 다른 곡률 반경을 갖는 마이크로 렌즈를 포함하여 이루어지는 이미지센서를 제공한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 단면도이다.

도 2를 참조하면 본 발명의 이미지센서는, 기판(20) 상에 다수의 포토다이오드(21)가 배치되어 있으며, 그 상부에 절연막(22)이 형성되어 있고, 절연막(22) 상의 포토다이오드(21)와 오버랩되지 않은 영역에 게이트전극(23)과, 게이트전극(23)으로 빛이 입사되는 것을 차단하기 위한 광차단막(26)이 게이트전극(23) 상부에 오버랩되도록 배치되어 있으며, 게이트전극(23)과 광차단막(24) 사이에 층간절연막(27)이 형성되어 있으며, 층간절연막(25) 상에 적, 녹, 청 칼라 필터(26a, 26b, 26c)가 각각 포토다이오드(21)와 오버랩되도록 배치되어 있으며, 적, 녹, 청 칼라 필터(26a, 26b, 26c) 상에 층간절연막(27)이 배치되어 있으며, 층간절연막(27) 상에 적, 녹 청 칼라 필터(26a, 26b, 26c)와 각각 오버랩되며, 서로 다른 곡률 반경을 갖는 마이크로 렌즈(28a, 28b, 28c)가 배치되어 있다.

여기서, 마이크로 렌즈(28a, 28b, 28c)의 각 크기 비는, 청색 칼라 필터(26a) 상의 마이크로 렌즈(28a) ≥녹색 칼라 필터(6c) 상의 마이크로 렌즈(28c) ≥적색 칼라 필터(26b) 상의 마이크로 렌즈(28b)의 순으로 되어 입사되는 빛의 세기에 따라 각 마이크로 렌즈(28a, 28b, 28c)의 크기를 다르게 하여 칼라 비율을 1:1:1이 되도록 구현하고 있다.

상기한 구성을 갖는 본 발명의 이미지 센서 제조 공정을 도 1 및 도 2를 참조하여 상세하게 설명한다.

먼저 도 1에 도시된 바와 같이, 소정 공정이 완료된 기판(20) 상에 광감지를 위한 포토다이오드(21)를 형성한 다음, 통상의 산화막 계열을 이용하여 절연막(22)을 형성한다.

이어서, 절연막(22) 상에 폴리실리콘 등을 이용하여 게이트전극(23)을 형성한 다음, 층간절연막(25)에 의해 격리되며 게이트전극(23) 오버랩되는 광차단막(24)을 형성하는 바, 층간절연막(25)은 다층 구조를 가지며, 소자간의 격리 뿐만이 아니라 후속 공정 마진을 높이기 위하여 평탄화된 막 특성을 갖도록 한다. 이어서, 층간절연막(27) 상에 포토다이오드(21)와 오버랩되도록 칼라 필터(26a, 26b, 26c)를 형성하는 바, 통상의 공정 단계를 통해 형성한다.

다음으로 도 2에 도시된 바와 같이, 볼록한 형상의 마이크로 렌즈(28a, 28b, 28c)을 형성한다.

구체적으로, 통상의 포토레지스트성 물질을 이용하여 볼록한 형상의 마이크로 렌즈(28a, 28b, 28c)를 형성한다.

이때, 마이크로 렌즈(28a, 28b, 28c)의 각 크기 비는, 청색 칼라 필터(26a) 상의 마이크로 렌즈(28a) ≥녹색 칼라 필터(6c) 상의 마이크로 렌즈(28c) ≥적색 칼라 필터(26b) 상의 마이크로 렌즈(28b)의 순으로 되어 입사되는 빛의 세기에 따라 각 마이크로 렌즈(28a, 28b, 28c)의 크기를 다르게 하여 칼라 비율이 1:1:1이 되도록 한다.

도 3은 상술한 마이크로 렌즈의 평면도를 도시한 것으로 도시된 'G'는 콩상의 사이즈, 'B'는 확대된 사이즈, 'R'은 축소된 사이즈를 각각 도시한다.

한편, 상술한 바와 같은 칼라 비율을 구현하기 위해 적색 칼라 필터(26b) 상의 마이크로 렌즈(28b)를 형성시키지 않을 수도 있는 바, 이는 첨부한 도 4와 같다.

여기서, 상기 도 2와 동일한 구성은 동일한 도면 부호를 명시하였으며, 그 상세한 구성 설명 또한 생략한다.

또한, 도 5는 도 4의 평면도로서, 'R' 칼라 영역에 마이크로 렌즈가 형성되지 않은 구조를 도시한다.

전술한 바와 같이 이루어지는 본 발명은, 적, 녹, 청 각 색상에 따라 포토다이오드에 입사하는 빛의 강도가 다른 점을 이용하여 각 빛의 입사되는 양을 렌즈의 크기를 달리하여 조절함으로써, 적, 녹, 청에 대한 색상 비율을 1:1:1의 이상적인 비율을 구현할 수 있도록 함으로써, 이미지 센서의 칼라 구현 능력을 향상시킬 수 있음을 실시예를 통해 알아 보았다.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

상술한 본 발명은, 색상별 빛의 세기를 이상적인 1:1:1의 비율이 되도록 함으로써, 칼라 구현 능력을 향상시킬 수 있어, 궁극적으로 이미지센서의 성능을 크게 향상시킬 수 있는 탁월한 효과를 기대할 수 있다.

Claims (4)

1. 기판 상에 형성된 다수의 포토다이오드;

   상기 포토다이오드 상부에 형성된 적, 녹, 청 칼라 필터; 및

   상기 적 칼라 필터 상부를 제외한 상기 녹, 청 칼라 필터 상부에만 각각 오버랩되도록 형성되며, 상기 녹, 청 칼라 필터 상부에서 서로 다른 곡률 반경을 갖도록 형성된 마이크로 렌즈

   를 포함하여 이루어지는 이미지센서.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 마이크로 렌즈는 상기 청 칼라 필터 상부와 오버랩된 렌즈가 상기 녹 칼라 필터 상부와 오버랩된 렌즈보다 큰 것을 특징으로 하는 이미지센서.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 마이크로렌즈는, 볼록 또는 오목 형상인 것을 특징으로 하는 이미지센서.

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