KR100945869B1 - Ｃｍｏｓ이미지 센서의 마이크로 렌즈 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종래의 상부의 한쪽 면에만 반원구의 곡률을 가지는 마이크로 렌즈와 달리 상부 및 하부 양쪽 면 모두에 반원구의 곡률을 가지는 마이크로 렌즈를 형성하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서 소자의 마이크로 렌즈를 형성하는 방법은 컬러 필터 위에 형성된 평탄층 위에 상기 마이크로 렌즈가 형성될 부분을 정의하는 패턴을 형성하는 단계와 상기 패턴과 패턴 사이의 평탄층이 아래로 볼록한 제 1 곡률을 가지도록 상기 평탄층을 식각하는 단계와 상기 평탄층의 식각된 부분에 마이크로 렌즈 형성 물질을 채우는 단계와 상기 패턴을 제거하는 단계 및 리플로우를 통해 상기 마이크로 렌즈 형성 물질의 상부를 위로 볼록한 제 2 곡률로 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한 본 발명에 따른 집광부를 포함하는 CMOS 이미지 센서 소자는 아래로 볼록인 제 1 곡면과 위로 볼록인 제 2 곡면을 가진 마이크로 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.

CMOS 이미지 센서, 마이크로 렌즈

Description

ＣＭＯＳ이미지 센서의 마이크로 렌즈 및 그 제조 방법 {A micro lens of CMOS image sensor and a method thereof}

본 발명은 광학적 신호를 전기적 신호로 처리하는 소자인 CMOS 이미지 센서에 있어 투입되는 광학적 신호를 집광하기 위해 사용되는 마이크로 렌즈의 제조 방법에 관한 것이다.

광학적 신호를 전기적 신호로 처리하는 CMOS 이미지 센서 소자는 투입되는 빛을 보다 효율적으로 집광하기 위한 마이크로 렌즈를 구비하고 있다. 이러한 마이크로 렌즈는 일반적으로 상부가 위로 볼록한 형태인 반원구의 표면(hemispherical surface)을 가지고 있다. 이러한 마이크로 렌즈는 일반적으로 감광막을 이용하여 노광 공정 및 사진 공정을 이용하여 일정 모양으로 형성한 후 적정 온도에서 리플로우(reflow)시켜 형성한다. 즉 일반적으로 감광막을 도포하고 노광 및 사진 공정을 통해 사각형 형태의 섬 패턴(island pattern)을 형성한 후 열을 가해 감광막이 유동성을 가지게 함으로써 수행되는바, 유동성을 가진 감광막은 표면 에너지를 감소시키기 위해 섬 패턴의 상부 표면을 위로 볼록한 곡률을 가지도록 형상을 변화시킨다.

도 1a에는 이렇게 형성된 마이크로 렌즈를 포함하는 집광부를 나타낸 것이다. 도 1에 나타내었듯이, 광학적 신호를 전기적 신호로 변환시키는 포토 다이오드(100) 위에 절연을 위한 층간절연막(102)이 형성되어 있으며, 그 위에 적색, 녹색, 청색 필터로 구성되어 있는 컬러 필터 어레이(104)가 형성된다. 이러한 컬러 필터 어레이(104) 상에 평탄화를 위한 평탄층(106)을 형성한 뒤 위로 볼록 형태의 반원구 표면을 가진 마이크로 렌즈(108)가 형성되는 것이다. 이때 위로 볼록 형태의 반원구를 형성하기 위해서는 리플로우(reflow) 공정이 이용된다. 이러한 종래의 집광부 구조에서와 같이 컬러 필터 어레이 위에 마이크로 렌즈를 형성할 때는 제한 조건이 발생한다. 즉 도 1b에 나타낸 것과 같이 적색, 녹색, 청색 필터 위에 형성되는 마이크로 렌즈가 서로 붙어 있어서는 안되며, 어느 정도 이격되어야 하나(110), 그 이격 정도는 가능한한 작게 형성해야 된다는 것이다. 도1b에서과 같이 따라서 이러한 최소한의 이격 조건의 전제하에 마이크로 렌즈의 곡률(112)을 변화시켜야 한다. 따라서 종래의 이러한 제한 조건 하에서 마이크로 렌즈의 곡률을 변화시켜야 하므로 초점 거리(focal length)를 증가시키는 방법에는 한계를 가질 수 밖에 없었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 종래의 상부의 한쪽 면에만 반원구의 곡률을 가지는 마이크로 렌즈와 달리 상부 및 하부 양쪽 면 모두에 반원구의 곡률을 가지는 마이크로 렌즈를 형성하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서 소자의 마이크로 렌즈를 형성하는 방법은 컬러 필터 위에 형성된 평탄층 위에 상기 마이크로 렌즈가 형성될 부분을 정의하는 패턴을 형성하는 단계와 상기 패턴과 패턴 사이의 평탄층이 아래로 볼록한 제 1 곡률을 가지도록 상기 평탄층을 식각하는 단계와 상기 평탄층의 식각된 부분에 마이크로 렌즈 형성 물질을 채우는 단계와 상기 패턴을 제거하는 단계 및 리플로우를 통해 상기 마이크로 렌즈 형성 물질의 상부를 위로 볼록한 제 2 곡률로 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 집광부를 포함하는 CMOS 이미지 센서 소자는 상기 집광부는 광학적 신호를 전기적 신호를 변환시키는 포토 다이오드와 상기 상기 포토 다이오드 상에 형성되는 층간절연막과 상기 층간절연막 위에 형성되는 컬러 필터 어레이와 상기 컬러 필터 어레이 위에 형성되는 평탄층 및 상기 평탄층에 형성되며 아래로 볼록인 제 1 곡면과 위로 볼록인 제 2 곡면을 가진 마이크로 렌즈를 포함하 는 것을 특징으로 한다.

이때 상기 제 1 곡률과 상기 제 2 곡률은 서로 상이한 값을 가질 수 있다.

본 발명에 의할 시 상부 양면 쪽에 곡류를 가진 표면을 형성함으로써 초점 거리를 증가시킬 수 있으며, 이때 상부 양면 쪽의 곡률을 서로 다르게 함으로써 초점 거리를 더욱 증가시키는 효과를 얻을 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따른 마이크로 렌즈의 형성 방법을 단계별로 나타낸 것이다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 평탄층(200)위에 마이크로 렌즈가 형성될 부분을 정의하기 위한 패턴(202)을 형성한다. 이때 형성된 패턴(202) 사이에는 후속 공정에서 마이크로 렌즈가 형성된다. 이때 상기 패턴은 감광막을 도포한 후 노광 공정 및 사진 공정을 이용하여 형성할 수 있다. 또는 평탄층(200) 및 후술하는 마이크로 렌즈 형성 물질과 선택적으로 식각되는 물질을 도포한 후 일반적인 노광/사진 공정 및 식각 공정을 통해 형성할 수도 있다. 예를 들어 평탄층(200)을 실리콘 산화막으로 형성하며, 마이크로 렌즈 형성 물질이 유기물질로 이루어 진 경우, 상기 평탄층(200) 위에 형성되는 패턴(202)는 실리콘 질화막으로 형성하는 것이 가능하다. 만약 상기 패턴(202)이 감광막으로 형성된 것이라면 후술하는 마이크로 렌즈 형성 물질과 특정 용액에 대해 식각이 선택적으로 일어날 수 있어야 한다..

이와 같이 마이크로 렌즈가 형성될 부분을 정의하기위한 패턴(202)가 형성되면, 도 2b에 나타낸 것과 같이 식각을 통해 평탄층(200)에 원하는 만큼의 곡률을 가지도록 식각한다.

다음, 도 2c에 도시된 것과 같이 상기 식각된 부분에 마이크로 렌즈 형성 물질(204)을 채운 후, 도 2d에 도시된 것과 같이 패턴(202)를 제거한다. 이때 패턴 (202)는 상술한 바와 같이 그 하부에 있는 평탄층(200) 및 마이크로 렌즈 형성 물질(204)와 식각 선택비가 있는 물질로 형성되어 있으므로 패턴(202) 만을 제거할 수 있다.

상기 패턴(202)이 제거된 후에는 도 2e에 나타낸 것과 같이 적정 온도에서 리플로우 시켜 상부에도 곡률을 가진 마이크로 렌즈를 형성한다.

도 3에는 본 발명에 따른 마이크로 렌즈를 구비한 CMOS 이미지 센서의 집광부 형태를 도시하였다 .

지금까지 본 발명의 일 실시예에 국한하여 설명하였으나 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 가능성이 자명하다. 이러한 변형된 실시 예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.

도 1는 종래의 CMOS 이미지 센서 소자에 구비된 집광부를 나타낸 것이다.

도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따른 마이크로 렌즈 형성 방법을 단계별로 나타낸 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서 소자의 집광부를 나타낸 것이다.

Claims (5)

1. CMOS 이미지 센서 소자의 마이크로 렌즈를 형성하는 방법에 있어서,

   컬러 필터 위에 형성된 평탄층 위에 상기 마이크로 렌즈가 형성될 부분을 정의하는 패턴을 상기 평탄층 및 상기 마이크로 렌즈 형성 물질과 식각 선택비를 가지는 물질을 이용하여 형성하는 단계;

   상기 패턴과 패턴 사이의 평탄층이 아래로 볼록한 제 1 곡률을 가지도록 상기 평탄층을 식각하는 단계;

   상기 평탄층의 식각된 부분에 마이크로 렌즈 형성 물질을 채우는 단계;

   식각 선택비를 이용하여 상기 패턴을 제거하는 단계; 및

   리플로우를 통해 상기 마이크로 렌즈 형성 물질의 상부를 위로 볼록한 제 2 곡률로 형성하는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서의 마이크로 렌즈 형성 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 평탄층 및 상기 마이크로 렌즈 형성 물질은 각각 실리콘 산화막 및 유기물질이며, 상기 패턴을 이루는 물질은 실리콘 질화막인 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서의 마이크로 렌즈 형성 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 곡률과 상기 제 2 곡률을 서로 상이하게 형성하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서의 마이크로 렌즈 형성 방법.
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