KR100790232B1 - 이미지 센서의 마이크로 렌즈 형성방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비정방형의 화소를 갖는 이미지 센서에서 마이크로 렌즈의 장축 및 단축으로 입사되는 빛의 초점차를 최소화하여 광감도를 향상시킬 수 있는 이미지 센서의 마이크로 렌즈 형성방법을 제공한다. 본 발명에 따른 이미지 센서의 마이크로 렌즈 형성방법은 소정의 공정이 완료된 기판 상에 제 1 평탄화막을 형성하는 단계; 제 1 평탄화막 상의 상기 화소의 장축방향의 가장자리 부분을 제외한 영역에 볼록형상의 구면을 갖는 정방형의 제 1 마이크로 렌즈를 형성하는 단계; 제 1 마이크로 렌즈를 덮도록 기판 상에 캡핑층을 형성하는 단계; 캡핑층 상에 제 1 마이크로 렌즈의 볼록부가 노출되도록 제 2 평탄화막을 형성하는 단계; 및 장축방향의 가장자리 부분에 제 1 마이크로 렌즈와 소정부분 오버랩하는 제 2 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함한다.
마이크로 렌즈, 이미지 센서, 초점, 정방형, 장축, 단축
Description
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 마이크로 렌즈 형성방법을 설명하기 위한 단면도로서, 도 1 내지 도 3에서
(a)는 화소의 단축(x) 방향에 따른 각각의 단면도이고,
(b)는 화소의 장축(y) 방향에 따른 각각의 단면도.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 렌즈용 제 1 및 제 2 마스크의 평면도.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 반도체 기판 11 : 수광소자
20 : 제 1 평탄화막 21 : 캡핑 산화막
22 : 제 2 평탄화막 M1 : 제 1 마이크로 렌즈
M2 : 제 2 마이크로 렌즈 100 : 제 1 포토마스크
200 : 제 2 포토마스크
본 발명은 이미지 센서 기술에 관한 것으로,특히 이미지 센서의 마이크로 렌즈 형성방법에 관한 것이다.
이미지 센서는 빛을 감지하는 광감지 부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 로직회로 부분으로 구성되어 있다. 또한, 광감도를 높이기 위하여 전체 이미지 센서 소자에서 광감지 부분의 면적이 차지하는 비율(fill factor)을 크게 하려는 노력을 진행하고 있으나, 근본적으로 로직회로 부분을 제거할 수 없기 때문에 제한된 면적하에서 이러한 노력에는 한계가 있다.
따라서, 광감도를 높이기 위하여 광감지 부분 이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 변경하여 광감지 부분으로 모아주기 위하여 마이크로 렌즈를 적용하고 있다.
그러나, 이미지 센서의 화소가 정방형이 아닌 비정방형인 경우, 마이크로 렌즈의 단축으로 입사되는 빛과 장축으로 입사되는 빛의 초점(focusing point) 거리가 서로 상이하여 초점차가 발생한다. 즉, 장축으로 입사되는 빛의 초점이 단축으로 입사되는 빛의 초점보다 깊기 때문에, 단축에 초점을 맞추게 되면 장축의 초점이 맞지 않게 되고, 장축에 초점을 맞추게 되면 단축의 초점이 맞지 않게 되는 문제가 발생한다. 이에 따라, 빛에 대한 전하 발생량이 감소되어 이미지 센서의 광감도 특성이 저하된다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 비정방형의 화소를 갖는 이미지 센서에서 마이크로 렌즈의 장축 및 단축으로 입사되는 빛의 초점차를 최소화하여 광감도를 향상시킬 수 있는 이미지 센서의 마이크로 렌즈 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 이미지 센서의 마이크로 렌즈 형성방법은, 비정방형의 화소를 갖는 기판 상에 제 1 평탄화막을 형성하는 단계; 제 1 평탄화막 상의 상기 화소의 장축방향의 가장자리 부분을 제외한 영역에 볼록형상의 구면을 갖는 정방형의 제 1 마이크로 렌즈를 형성하는 단계; 제 1 마이크로 렌즈를 덮도록 기판 상에 캡핑층을 형성하는 단계; 캡핑층 상에 제 1 마이크로 렌즈의 볼록부가 노출되도록 제 2 평탄화막을 형성하는 단계; 및 장축방향의 가장자리 부분에서 제 1 마이크로 렌즈와 오버랩하는 제 2 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함한다.
여기서, 제 1 마이크로 렌즈를 형성하는 단계는 제 1 평탄화막 상에 제 1 포토레지스트막을 도포하는 단계; 제 1 포토레지스트막을 화소의 장축방향의 가장자리를 제외하고 화소의 중앙영역을 덮는 정방형의 제 1 포토마스크를 이용하여 노광 및 현상하는 단계; 및 제 1 포토레지스트막을 열처리하여 플로우시키는 단계를 포함하고, 제 2 마이크로 렌즈를 형성하는 단계는 기판 전면 상에 제 2 포토레지스트 막을 도포하는 단계; 제 2 포토레지스트막을 볼록부의 주위에만 남도록 에치백하는 단계; 제 2 포토레지스트막을 상기 장축방향의 가장자리 부분만을 덮는 제 2 포토마스크를 이용하여 노광 및 현상하는 단계; 및 제 2 포토레지스트막을 열처리하여 플로우시키는 단계를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 마이크로 렌즈 형성방법을 설명하기 위한 단면도로서, 도 1 내지 도 3의 (a)는 화소의 단축(x; 도 4 참조)방향에 따른 단면도이고, (b)는 화소의 장축(y; 도 4 참조)방향에 따른 단면도이다.
도 1을 참조하면, 포토다이오드와 같은 수광소자(11)를 포함하는 비정방형의 화소가 구비되고 소정의 공정이 수행된 반도체 기판(10) 상에 제 1 평탄화막(20)을 형성하여 표면을 평탄한다. 그 다음, 제 1 평탄화막(20) 상에 마이크로 렌즈용 제 1 포토레지스트막을 도포하고, 도 4에 도시된 바와 같이, 장축인 y방향의 가장자리를 제외하고 화소의 중앙영역을 덮는 정방형의 제 1 포토마스크(100)를 이용하여, 상기 제 1 포토레지스트막을 노광 및 현상한 후, 큐어링과 같은 열처리 공정을 수행하여 제 1 포로테지스트막을 플로우시켜 볼록형상의 구면을 갖는 정방형의 제 1 마이크로 렌즈(M1)를 형성한다. 그 후, 제 1 마이크로 렌즈(M1)를 덮도록 기판 상부에 캡핑 산화막(21)을 형성하고, 그 상부에 제 2 평탄화막(22)을 형성한다. 그리고 나서, 에치백 공정으로 제 2 평탄화막(22)을 식각하여 제 1 마이크로 렌즈(M1)의 볼록부를 노출시킨다.
도 2를 참조하면, 노출된 제 1 마이크로 렌즈(M1)의 볼록부를 덮도록 기판 상에 마이크로 렌즈용 제 2 포토레지스트막(23)을 도포하고, 상기 볼록부의 주위에만 남도록 에치백공정으로 제 2 포토레지스트막(23)을 식각한다.
도 3을 참조하면, 도 5에 도시된 바와 같이, 장축인 y 방향의 상기 가장자리 부분만을 덮는 제 2 포토마스크(200)를 이용하여, 제 2 포토레지스트막(23)을 노광 및 현상한 후 큐어링과 같은 열처리 공정을 수행하여 플로우시켜, (b)에 도시된 바와 같이, 장축방향의 가장자리 부분에만 제 1 마이크로 렌즈(M1)와 소정부분 오버랩되는 제 2 마이크로 렌즈(M2)를 형성한다. 여기서, 제 2 마이크로 렌즈(M2)는 제 1 마이크로 렌즈(M2) 보다 큰 곡률반경을 갖도록 형성한다. 그 다음, 노출된 제 2 평탄화막(22)을 제거한다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 마이크로 렌즈의 장축 방향의 가장자리 부분의 곡율반경이 단축방향의 곡율반경보다 크지만, 평탄화막 및 캡핑산화막에 의해 수광소자(11)와의 거리가 멀어지게 되어, 장축과 단축방향의 초점차가 최소화되고 초점이 거의 일치하게 된다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변형시켜 실시할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 비정방형 화소를 갖는 이미지 센서에서, 평탄화막 및 캡핑산화막을 사이에 두고 장축방향의 마이크로 렌즈를 2개의 적층구조로 형성하므로, 단축방향과 장축방향에서의 초점이 거의 일치하게 되어 빛에 대한 전하 발생량이 감소됨으로써, 결국 이미지 센서의 광감도 특성을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
Claims (3)
- 비정방형의 화소를 갖는 기판 상에 제 1 평탄화막을 형성하는 단계;상기 제 1 평탄화막 상의 상기 화소의 장축방향의 가장자리 부분을 제외한 영역에 볼록형상의 구면을 갖는 정방형의 제 1 마이크로 렌즈를 형성하는 단계;상기 제 1 마이크로 렌즈를 덮도록 기판 상에 캡핑층을 형성하는 단계;상기 캡핑층 상에 상기 제 1 마이크로 렌즈의 볼록부가 노출되도록 제 2 평탄화막을 형성하는 단계; 및상기 장축방향의 가장자리 부분에서 상기 제 1 마이크로 렌즈와 오버랩하는 제 2 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 마이크로 렌즈 형성방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 마이크로 렌즈를 형성하는 단계는상기 제 1 평탄화막 상에 제 1 포토레지스트막을 도포하는 단계;상기 제 1 포토레지스트막을 상기 화소의 장축방향의 가장자리를 제외하고 화소의 중앙영역을 덮는 정방형의 제 1 포토마스크를 이용하여 노광 및 현상하는 단계; 및상기 제 1 포토레지스트막을 열처리하여 플로우시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 마이크로 렌즈 형성방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 제 2 마이크로 렌즈를 형성하는 단계는상기 기판 전면 상에 제 2 포토레지스트막을 도포하는 단계;상기 제 2 포토레지스트막을 상기 볼록부의 주위에만 남도록 에치백하는 단계;상기 제 2 포토레지스트막을 상기 장축방향의 가장자리 부분만을 덮는 제 2 포토마스크를 이용하여 노광 및 현상하는 단계; 및상기 제 2 포토레지스트막을 열처리하여 플로우시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 마이크로 렌즈 형성방법.
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