KR100907158B1 - 이미지 센서 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른 이미지 센서는 단위화소를 포함하는 반도체 기판; 상기 반도체 기판 상에 배치된 제1 컬러필터, 제2 컬러필터 및 제3 컬러필터; 상기 제1 컬러필터 및 제3 컬러필터 상에 배치된 제1 마이크로렌즈; 및 상기 제2 컬러필터 상에 배치된 제2 마이크로렌즈를 포함하고, 상기 제1 마이크로렌즈의 외주면은 사각의 형태로 형성되고 그 상부는 반구형으로 형성된 것을 포함한다.
이미지 센서, 컬러필터, 마이크로렌즈
Description
실시예에서는 이미지 센서 및 그 제조방법이 개시된다.
이미지 센서는 광학적 영상(Optical Image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 크게 전하결합소자(charge coupled device:CCD) 이미지 센서와 씨모스(Complementary Metal Oxide Silicon:CMOS) 이미지 센서(CIS)를 포함한다.
씨모스 이미지 센서는 단위 화소 내에 포토다이오드와 모스트랜지스터를 형성시킴으로써 스위칭 방식으로 각 단위 화소의 전기적 신호를 순차적으로 검출하여 영상을 구현한다.
씨모스 이미지 센서에서 디자인 룰이 점차 감소됨에 따라 단위 픽셀의 사이즈가 감소하여 포토다이오드의 광감도가 감소될 수 있다. 이러한, 이미지 센서의 광감도를 높여주기 위하여 컬러필터 상에 마이크로렌즈가 형성된다. 마이크로렌즈는 감광성 유기물 물질을 노광, 현상 및 리플로우 공정에 의해 반구형으로 형성된다. 상기 마이크로렌즈는 단위 화소의 크기와 위치에 의하여 최적의 크기, 두께 및 곡률반경으로 형성되어야 한다.
실시예에서는 마이크로렌즈의 크기 및 형태를 최적화하여 필팩터를 향상시킬 수 있는 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공한다.
실시예에 따른 이미지 센서는 단위화소를 포함하는 반도체 기판; 상기 반도체 기판 상에 배치된 제1 컬러필터, 제2 컬러필터 및 제3 컬러필터; 상기 제1 컬러필터 및 제3 컬러필터 상에 배치된 제1 마이크로렌즈; 및 상기 제2 컬러필터 상에 배치된 제2 마이크로렌즈를 포함하고, 상기 제1 마이크로렌즈의 외주면은 사각의 형태로 형성되고 그 상부는 반구형으로 형성되면, 상기 외주면은 상부에서 바라 본 외측면의 형상인 것을 특징으로 한다.
실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법은 반도체 기판 상에 단위화소를 형성하는 단계; 상기 반도체 기판 상에 제1 컬러필터, 제2 컬러필터 및 제3 컬러필터를 형성하는 단계; 상기 제1 컬러필터 및 제3 컬러필터 상에 제1 마이크로렌즈를 형성하는 단계; 및 상기 제2 컬러필터 상에 반구형태의 제2 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제1 마이크로렌즈의 외주면은 사각의 형태로 형성되고 그 상부는 반구형으로 형성되며, 상기 외주면은 상부에서서 바라 본 외측면의 형상인 것을 특징으로 한다.
실시예에 따른 이미지 센서 및 그 제조방법에 의하면, 블루 및 레드 컬러필터와 그린 컬러필터 상에 형성되는 마이크로렌즈의 형태를 변형시켜 이미지 센서의 필 팩터 및 광감도를 향상시킬 수 있다.
실시예에 따른 이미지 센서 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
실시예의 설명에 있어서, 각 층의 "상/위(on/over)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상/위(on/over)는 직접(directly)와 또는 다른 층을 개재하여(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 6은 실시예에 따른 이미지 센서의 단면도이다.
도 6을 참조하여, 단위화소(20)를 포함하는 반도체 기판(10) 상에는 제1 컬러필터(51), 제2 컬러필터(52) 및 제3 컬러필터(53)를 포함하는 컬러필터 어레이(50)가 배치되어 있다. 상기 반도체 기판(10)에 형성된 단위화소(20)는 포토다이오드 및 씨모스 회로를 포함할 수 있다.
상기 반도체 기판(10) 상에는 금속배선(40)을 포함하는 층간 절연막(30)이 배치되어 있다
상기 컬러필터 어레이(50)의 제1 컬러필터(51)는 레드 컬러필터이고, 상기 제2 컬러필터(52)는 그린 컬러필터이고, 상기 제3 컬러필터(53)는 블루 컬러필터일 수 있다. 또한, 상기 제2 컬러필터(52)는 상기 제1 또는 제3 컬러필터(51,53)의 양측에 배치되어 상기 제1 또는 제3 컬러필터(51,53)보다 두배이상의 비율로 분포될 수 있다. 따라서, 상기 제2 컬러필터(52)인 그린 색상이 레드 또는 블루보다 두배 이상으로 분포되어 있으므로 광감도가 향상될 수 있다.
상기 제1 또는 제3 컬러필터(51,53) 상에 제1 마이크로렌즈(81)가 배치되어 있다. 상기 제1 마이크로렌즈(81)의 외주면은 사각의 형태로 형성되고 그 상부는 반구형으로 형성될 수 있다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 상부에서 바라보았을 때 상기 제1 마이크로 렌즈의 외측면의 형상은 사각의 형태로 형성될 수 있다.
상기 제2 컬러필터(52) 상에 제2 마이크로렌즈(92)가 배치되어 있다. 상기 제2 마이크로렌즈(92)의 외주면은 원형으로 형성되고 그 상부는 반구형으로 형성될 수 있다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 상부에서 바라보았을 때 상기 제2 마이크로 렌즈의 외측면의 형상은 사각의 형태로 형성될 수 있다.
상기 제1 또는 제3 컬러필터(51,53) 상에 형성되는 제1 마이크로렌즈(81)는 가로, 세로 및 대각선의 곡률반경이 동일하게 형성되어 이미지 센서의 광감도를 향상시킬 수 있다.
실시예에 따른 이미지 센서는 블루 및 레드 컬러필터 상에 형성되는 마이크로렌즈와 그린 컬러필터 상에 형성되는 마이크로렌즈가 서로 다른 형태로 형성되어 이미지 센서의 필 팩터 및 광감도를 향상시킬 수 있다.
도 1 내지 도 7을 참조하여 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법을 설명한다.
도 1을 참조하여, 단위화소(20)를 포함하는 반도체 기판(10) 상에 컬러필터 어레이(50)가 형성된다.
상기 반도체 기판(10) 상에는 액티브 영역과 필드영역을 정의하는 소자분리막이 형성되어 있다. 그리고, 상기 액티브 영역에 형성된 단위화소(20)는 빛을 수 광하여 광전하를 생성하는 포토다이오드 및 상기 포토다이오드에 연결되어 수광된 광전하를 전기신호를 변환하는 씨모스 회로를 포함한다.
상기 단위화소(20)를 포함하는 관련 소자들이 형성된 이후 금속배선(40) 및 층간 절연막(30)이 상기 반도체 기판(10) 상에 형성된다.
상기 층간 절연막(30)은 복수의 층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 층간 절연막(30)은 질화막 또는 산화막으로 형성될 수 있다.
상기 금속배선(40)은 상기 층간 절연막(30)을 관통하여 복수의 개로 형성될 수 있다. 상기 금속배선(40)은 포토다이오드로 입사되는 빛을 가리지 않도록 의도적으로 레이아웃되어 형성된다.
또한, 상기 층간 절연막(30)은 패시베이션층을 포함할 수 있다. 상기 패시베이션층은 습기나 스크래치 등으로부터 소자를 보호하기 위한 것으로 절연막으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 패시베이션층은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 및 실리콘 산질화막 중의 어느 하나로 형성될 수도 있으며 또는 하나 이상의 층이 적층된 구조일 수도 있다.
한편, 상기 패시베이션층의 형성을 생략하고 상기 층간 절연막(30) 상에 후속공정으로 컬러필터 어레이(50)가 형성될 수 있다. 이는 이미지 센서의 전체적인 높이에 영향을 주게되어 보다 박형의 이미지 센서를 제공할 수도 있으며, 또한 공정 단계의 감소에 따른 비용 절감의 효과를 제공할 수 있다.
상기 층간 절연막(30)을 포함하는 반도체 기판(10) 상에 컬러필터 어레이(50)가 형성된다. 상기 컬러필터 어레이(50)는 염색된 포토레지스트를 사용하며 각각의 단위화소(20)마다 하나의 컬러필터가 형성되어 입사하는 빛으로부터 색을 분리해 낸다.
이러한 컬러필터 어레이(50)는 각각 다른 색상을 나타내는 것으로 제1 컬러필터(51), 제2 컬러필터(52) 및 제3 컬러필터(53)를 포함한다. 예를 들어, 상기 제1 컬러필터(51)는 레드(Red) 컬러필터이고, 상기 제2 컬러필터(52)는 그린(Green) 컬러필터이며, 상기 제3 컬러필터(53)는 블루(Blue) 컬러필터로 형성될 수 있다.
특히, 상기 제2 컬러필터(52)는 상기 제1 또는 제3 컬러필터(51,53)의 개수보다 두배 이상 형성될 수 있다. 상기 컬러필터 어레이(50)는 각 컬러에 따라 감도가 다르고, 사람의 눈이 레드 또는 블루보다 그린에 민감하게 반응하기 때문에 상기 제2 컬러필터(52)가 많이 형성될 수 있다.
따라서, 상기 컬러필터 어레이(50)는 제2 컬러필터(52), 제1 컬러필터(51), 제2 컬러필터(52) 및 제3 컬러필터(53)의 순으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 제1 컬러필터(51)의 양측에는 제2 컬러필터(52)가 형성될 수 있다. 또한, 상기 제3 컬러필터(53)의 양측에도 제2 컬러필터(52)가 형성될 수 있다.
도시되지는 않았지만, 상기 컬러필터 어레이(50) 상에 평탄화층이 형성될 수 있다. 후속공정으로 형성될 마이크로렌즈는 평탄화된 표면에 형성되어야 한다. 따라서, 상기 컬러필터 어레이(50)로 인한 단차를 없애야 하므로, 상기 컬러필터 어레이(50) 상에 평탄화층이 형성될 수 있다.
도 2를 참조하여, 상기 제1 또는 제3 컬러필터(51,53) 상에 제1 시드 패턴(61)이 형성된다. 상기 제1 시드 패턴(61)은 상기 컬러필터 어레이(50) 상에 마 이크로렌즈 형성용 포토레지스트를 스핀공정 등을 통해 도포하여 포토레지스트막을 형성한다. 그리고, 상기 포토레지스트막을 노광 및 현상하여 상기 제1 또는 제3 컬러필터(51,53) 상에 제1 시드 패턴(61)을 형성한다.
특히, 상기 제1 시드 패턴(61)의 형성시 사용되는 마스크는 도 7(a)에 도시된바와 같이 원형의 마스크일 수 있다. 따라서, 상기 제1 시드 패턴(61)은 반지름의 길이가 동일한 원형으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1 시드 패턴(61)은 상기 제1 또는 제3 컬러필터(51,53)보다 넓은 영역에 형성될 수 있다. 즉, 상기 제1 또는 제3 컬러필터(51,53) 상에 형성되는 제1 시드 패턴(61)은 상기 제2 컬러필터(52)의 가장자리 영역까지 형성될 수 있다.
도 3을 참조하여, 상기 제1 또는 제3 컬러필터(51,53) 상에 제1 렌즈 패턴(71)이 형성된다. 상기 제1 렌즈 패턴(71)은 상기 제1 시드 패턴(61)에 대한 리플로우 공정을 실시하여 형성될 수 있다. 즉, 상기 제1 시드 패턴(61)에 대한 리플로우 공정을 진행하면 표면이 볼록한 형상을 갖는 반구형의 제1 렌즈 패턴(71)이 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1 렌즈 패턴(71)은 도 7(b)에 도시된 바와 같이 원형으로 형성되므로 가로,세로 및 대각선에서 동일한 곡률반경을 가질 수 있다.
상기 제1 또는 제3 컬러필터(51,53) 상에 형성된 제1 렌즈 패턴(71)은 상기 제1 또는 제3 컬러필터(51,53)보다 넓은 영역에 형성될 수 있다. 상기 제1 시드 패턴(61)이 상기 제1 또는 제3 컬러필터(51,53)의 상부를 충분히 덮도록 형성되어 있기 때문에 상기 제1 시드 패턴(61)에 대한 리플로우 공정을 진행하여도 상기 제1 렌즈 패턴(71)은 상기 제1 또는 제3 컬러필터(51,53)를 덮도록 형성될 수 있다.
도 4를 참조하여, 상기 제1 또는 제3 컬러필터(51,53) 상에 제1 마이크로렌즈(81)가 형성된다. 상기 제1 마이크로렌즈(81)를 형성하기 위해서는 상기 제1 렌즈 패턴(71) 상에 상기 제1 또는 제3 컬러필터(51,53)의 크기에 대응하는 포토레지스트 패턴(100)을 형성한다. 이때 상기 포토레지스트 패턴(100)은 도 7(c)에 도시된 바와 같이, 상기 제1 또는 제3 컬러필터(51,53)의 크기에 대응되는 크기 및 형태를 가질 수 있다. 그리고, 상기 포토레지스트 패턴(100)을 식각 마스크로 상기 제1 렌즈 패턴(71)의 노출영역을 제거한다. 그러면, 도 7(d)에 도시된 바와 같이, 상기 제1 마이크로렌즈(81)는 상부는 반구형으로 형성되고 외각면은 사각의 형태로 형성될 수 있다.
이미지 센서의 마이크로렌즈는 가로, 세로 및 대각선 길이가 모두 동일한 곡률반경으로 형성되어야만 광감도가 향상될 수 있다. 실시예에서는 상기 제1 마이크로렌즈(81)의 상부는 구면으로 형성되고 외각형태는 사각으로 형성될 수 있다. 그러면 상기 제1 마이크로렌즈(81)의 가로,세로 및 대간선의 곡률반경이 동일하게 되어 수차가 감소되므로 광감도를 향상시킬 수 있다.
도 5를 참조하여, 상기 제2 컬러필터(52) 상에 제2 시드 패턴(90)이 형성된다. 상기 제2 시드 패턴(90)은 상기 컬러필터 어레이(50) 상에 마이크로렌즈 형성용 포토레지스트를 스핀공정 등을 통해 도포하여 포토레지스트막을 형성한다. 이때, 상기 제1 마이크로렌즈(81) 상에는 보호 마스크(110)가 형성되어 상기 제1 마이크로렌즈(81)의 표면을 보호할 수 있다. 그리고, 상기 포토레지스트막을 노광 및 현상하여 상기 제2 컬러필터(52) 상에 제2 시드 패턴(90)을 형성한다.
특히, 상기 제2 시드 패턴(90)의 형성시 사용되는 마스크는 도 7(e)에 도시된 바와같이 사각의 마스크일 수 있다. 따라서, 상기 제2 시드 패턴(90)은 사각형태로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2 시드 패턴(90)은 상기 보호 마스크(110)를 포함하는 컬러필터 어레이(50) 상에 형성되는 것이므로 상기 제2 컬러필터(52) 상에만 형성될 수 있다.
도 6을 참조하여, 상기 제2 컬러필터(52) 상에 제2 마이크로렌즈(92)가 형성된다. 상기 제2 마이크로렌즈(92)는 상기 제2 시드 패턴(90)에 대한 리플로우 공정을 실시하여 형성될 수 있다. 상기 제2 시드 패턴(90)에 대한 리플로우 공정 실시하면 표면이 볼록한 반구형태를 가지는 제2 마이크로렌즈(92)가 형성된다.
이후, 상기 보호 마스크(110)는 제거된다.
도 7(f)에 도시된 바와 같이, 상기 제2 마이크로렌즈(92)는 반구형태로 형성되고 상기 제1 마이크로렌즈(81)에 비하여 두배 이상 형성되므로 이미지 센서의 광감도를 향상시킬 수 있다.
실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법에 의하면, 제1 내지 제3 컬러필터(53) 상에 상부면이 반구형태로 형성된 제1 및 제2 마이크로렌즈(92)가 형성되어 이미지 센서의 필 팩터를 향상시킬 수 있다.
또한, 제1 및 제3 컬러필터(53) 상에는 제1 마이크로렌즈(81)가 형성되고 상기 제2 컬러필터(52) 상에는 제2 마이크로렌즈(92)가 형성되어 이미지 센서의 광감도를 향상시킬 수 있다.
즉, 상기 제1 및 제3 컬러필터(53)보다 많이 형성된 상기 제2 컬러필터(52) 상에는 그 표면이 반구형으로 형성된 제2 마이크로렌즈(92)가 형성되므로 광감도를 개선하여 이미지 특성을 향상시킬 수 있다. 이는 그린색상이 레드 및 블루보다 민감하기 때문에 상기 제2 컬러필터(52) 및 제2 마이크로렌즈(92)를 많이 형성하면 이미지 센서의 감도가 향상될 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제3 컬러필터(53) 상에는 표면이 반구형태를 가지고 외각은 사각형태를 가지는 제1 마이크로렌즈(81)가 형성되므로 광감도를 개선하여 이미지 특성을 향상시킬 수 있다. 이는 상기 제2 마이크로렌즈(92)에 비하여 적은 개수로 형성된 제1 마이크로렌즈(81)의 형태를 변화시켜 수차를 줄임으로써 레드 및 블루에 대한 감도를 선택적으로 증가시킬 수 있으므로 전체적인 이미지 센서의 감도를 높일 수 있다.
이상에서 설명한 실시예는 전술한 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 실시예의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
도 1 내지 도 6은 실시예에 따른 이미지 센서의 제조공정을 나타내는 단면도이다.
도 7은 실시예에 따른 이미지 센서의 제조공정을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
Claims (11)
- 단위화소를 포함하는 반도체 기판;상기 반도체 기판 상에 배치된 제1 컬러필터, 제2 컬러필터 및 제3 컬러필터;상기 제1 컬러필터 및 제3 컬러필터 상에 배치된 제1 마이크로렌즈; 및상기 제2 컬러필터 상에 배치된 제2 마이크로렌즈를 포함하고,상기 제1 마이크로 렌즈의 외주면은 사각의 형태로 형성되고, 그 상부는 반구형으로 형성되며,상기 외주면은 상부에서 바라 본 외측면의 형상인 것을 특징으로 하고,상기 제1 컬러필터는 레드 컬러필터이고, 상기 제2 컬러필터는 그린 컬러필터이고, 상기 제3 컬러필터는 블루 컬러필터인 것을 포함하는 이미지 센서.
- 제1항에 있어서,상기 제2 마이크로렌즈의 외주면은 원형으로 형성되고 그 상부는 반구형으로 형성된 이미지 센서.
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 제1 컬러필터의 양측에는 제2 컬러필터가 배치되고, 상기 제3 컬러필터 의 양측에는 제2 컬러필터가 배치된 이미지 센서.
- 반도체 기판 상에 단위화소를 형성하는 단계;상기 반도체 기판 상에 제1 컬러필터, 제2 컬러필터 및 제3 컬러필터를 형성하는 단계;상기 제1 컬러필터 및 제3 컬러필터 상에 제1 마이크로렌즈를 형성하는 단계; 및상기 제2 컬러필터 상에 반구형태의 제2 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하고,상기 제1 마이크로렌즈의 외주면은 사각의 형태로 형성되고 그 상부는 반구형으로 형성되며,상기 외주면은 상부에서 바라 본 외측면의 형상인 것을 특징으로 하고,상기 제1 컬러필터는 레드 컬러필터로 형성되고, 상기 제2 컬러필터는 그린 컬러필터로 형성되고, 상기 제3 컬러필터는 블루 컬러필터로 형성되는 이미지 센서의 제조방법.
- 삭제
- 제5항에 있어서,상기 제1 마이크로렌즈를 형성하는 단계는,상기 제1 및 제3 컬러필터 상에 제1 시드 패턴을 형성하는 단계;상기 제1 시드 패턴에 대한 리플로우 공정을 진행하여 반구 형태의 제1 렌즈 패턴을 형성하는 단계;상기 제1 렌즈 패턴의 측면을 제거하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제7항에 있어서,상기 제1 렌즈 패턴은 상기 제1 또는 제3 컬러필터보다 크게 형성되는 이미지 센서의 제조방법.
- 제7항에 있어서,상기 제1 마이크로렌즈를 형성하는 단계에서,상기 제1 및 제3 컬러필터에 대응하는 위치에 포토레지스트 패턴을 형성한 후, 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 상기 제1 렌즈 패턴을 식각하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제5항에 있어서,상기 제2 마이크로렌즈를 형성하는 단계는,상기 제2 컬러필터 상에 제2 시드 패턴을 형성하는 단계; 및상기 제2 시드 패턴에 대한 리플로우 공정을 진행하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제10항에 있어서,상기 제2 마이크로렌즈 형성하는 동안 상기 제1 마이크로렌즈는 보호마스크에 의해 보호되는 이미지 센서의 제조방법.
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| JPH07203317A (ja) * | 1993-12-28 | 1995-08-04 | Matsushita Electron Corp | カラー固体撮像装置 |
| JP2000206310A (ja) | 1999-01-19 | 2000-07-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | レンズアレイ |
| KR20070086918A (ko) * | 2004-12-03 | 2007-08-27 | 마이크론 테크놀로지, 인크 | 간극이 없는 마이크로렌즈 어레이 및 제조 방법 |
-
2007
- 2007-10-11 KR KR1020070102352A patent/KR100907158B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR20070086918A (ko) * | 2004-12-03 | 2007-08-27 | 마이크론 테크놀로지, 인크 | 간극이 없는 마이크로렌즈 어레이 및 제조 방법 |
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