KR100967650B1 - Method of forming hydrophobic micro lens of image sensor element - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 이미지 센서 소자의 소수성 표면 마이크로 렌즈 형성방법은 불포화 결합을 갖는 마이크로 렌즈의 표면에 소수성 이온을 주입하는 단계, 소수성 이온이 불포화 결합과 추가로 결합하여 불포화 결합이 제거되는 단계를 포함하여,마이크로 렌즈의 표면을 소수성 표면으로 형성함으로써, 마이크로 렌즈가 수분에 대하여 양호한 성질을 갖게 하여 수분에 의한 마이크로 렌즈의 손상을 방지하는 효과가 있으며, 특히 다습한 환경에서 이미지 센서 소자가 사용될 경우에 있어서도, 마이크로 렌즈의 손상이 현격히 감소되는 효과가 있다.Method for forming a hydrophobic surface microlens of the image sensor device according to the present invention comprises the steps of injecting hydrophobic ions to the surface of the microlens having an unsaturated bond, the hydrophobic ion is further bonded with the unsaturated bond to remove the unsaturated bond By forming the surface of the microlens into a hydrophobic surface, the microlens has a good property against moisture, thereby preventing damage to the microlens due to moisture, and especially when an image sensor element is used in a humid environment. As a result, the damage of the microlenses is significantly reduced.
마이크로 렌즈, 소수성 Micro lens, hydrophobic
Description
본 발명에 따른 이미지 센서 소자의 소수성 표면 마이크로 렌즈 형성방법은 이미지 센서 소자의 마이크로 렌즈에 있어서, 마이크로 렌즈의 표면이 소수성을 띄도록 하는 이미지 센서 소자의 소수성 표면 마이크로 렌즈 형성방법에 관한 것이다.The method of forming a hydrophobic surface microlens of an image sensor element according to the present invention relates to a method of forming a hydrophobic surface microlens of an image sensor element such that the surface of the microlens is hydrophobic in the microlens of the image sensor element.
이미지 센서(image sensor)는 광학 영상(optical image)을 전기적인 신호로 변화시키는 반도체 소자로서, 컬러 이미지 구현을 위한 이미지 센서는 외부 광을 입사받아 광전하를 생성 및 축적하는 광감지부 상부에 레드(red), 그린(green) 및 블루(blue)의 3가지 컬러로 이루어지는 컬러필터 어레이(Color Filter Array, CFA)를 구비하게 된다.An image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal, and an image sensor for realizing a color image is formed on an upper portion of a light sensing unit that generates and accumulates photocharges by receiving external light. A color filter array (CFA) including three colors of red, green, and blue is provided.
또한, 광감도(photo sensitivity)의 제고를 위해 광감지부 이외의 영역으로 입사되는 빛의 경로를 변경하여 광감지부로 집광하기 위해 컬러필터 어레이의 상부측에 마이크로 렌즈(micro lens)를 구비하게 되며, 마이크로 렌즈는 입사광의 경로를 굴절시켜 보다 많은 양의 광이 광감지부로 집속되도록 하게 된다.In addition, a micro lens is provided on the upper side of the color filter array in order to change the path of the light incident to an area other than the light sensing unit and to focus the light sensing unit in order to improve photo sensitivity. The micro lens refracts the path of incident light so that a greater amount of light is focused onto the light sensing unit.
도 1은 종래의 마이크로 렌즈(1)가 형성된 모습을 보여주는 평면도이다.1 is a plan view showing a state in which a
여기서, 빛을 최대한 광감지부로 유도하기 위해서는 마이크로 렌즈 사이에 갭(gap)이 없는 갭리스 마이크로 렌즈(gapless micro lens)를 형성하는 것이 이상적이나, 기존의 감광막 물질 마이크로 렌즈를 이용할 경우, 리플로우(Reflow) 공정에 의하여 인접한 마이크로 렌즈끼리 상호 겹쳐지는 문제점이 유발되어, 갭리스 마이크로 렌즈를 형성하는 것이 불가능하다.In this case, it is ideal to form a gapless micro lens without a gap between the micro lenses in order to guide the light to the light sensing unit as much as possible. However, when using a conventional photoresist material micro lens, a reflow ( The reflow process causes overlapping of adjacent micro lenses to each other, and it is impossible to form a gapless micro lens.
더욱이, 마이크로 렌즈를 유기성 물질로 형성하는 경우에는, 패키지 등의 후공정에서 웨이퍼 절단시 유발되는 입자들이 마이크로 렌즈를 손상시키거나, 마이크로 렌즈에 부착되어 이미지 결함을 유도하게 되는 문제점이 있었다.In addition, when the microlens is formed of an organic material, there is a problem in that particles generated during wafer cutting in a later process such as a package damage the microlens or adhere to the microlens to induce an image defect.
이러한 유기성 마이크로 렌즈의 단점을 보완하기 위하여, 마이크로 렌즈의 물질로 산화 물질을 사용하는 산화 마이크로 렌즈를 형성하기 위한 공정이 개발되고 있다. 이러한 산화 마이크로 렌즈를 형성하기 위한 공정은 컬러필터 어레이를 형성하고, 그 상부에 평탄층을 형성한 후, 산화 물질을 증착 한 후, 패터닝 공정을 통하여 마이크로 렌즈를 형성하는 것이다.In order to make up for the disadvantages of such organic microlenses, a process for forming an oxidized microlens using an oxidizing material as a material of the microlens has been developed. The process for forming such an oxidized microlens is to form a color filter array, form a flat layer thereon, deposit an oxidizing material, and then form a microlens through a patterning process.
구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 질화막(3) 상측에 형성된 층간절연막(5)의 상부에 컬러필터 어레이(7)를 형성하고, 컬러필터 어레이(7) 상측에 평탄층(9)을 코팅하고, 그 상측에 제1 저온산화막(11)을 형성한 후, 마이크로 렌즈 마스크(13)를 형성하는 단계(S1), 제1 저온산화막(11)을 에칭하는 단계(S2), 제2 저온 산화막(19)을 형성하는 단계(S3), 및 제2 저온 산화막(19)을 사진 식각하여 갭(15, 17)리스 마이크로 렌즈(23)를 형성하는 단계(S4)로 이루어진다.Specifically, as shown in FIG. 2, the color filter array 7 is formed on the interlayer insulating film 5 formed on the
여기서, 제2 저온 산화막(19)을 형성(S3)하여 이를 사진 식각함(S4)으로써, 마이크로 렌즈 사이의 갭(15, 17)이 소멸되어 갭리스 마이크로 렌즈(23)가 형성되게 되며, 제1 및 제2 저온산화막(11, 19)을 사용하는 이유는 산화막을 산화 마이크로 렌즈로 사용하기 위하여 컬러필터 등의 손상을 막기 위함이다.Here, by forming the second low temperature oxide film 19 (S3) and photoetching it (S4), the
하지만, 이러한 산화 마이크로 렌즈는 포토레지스트를 사용하는 유기성 마이크로 렌즈보다 웨이퍼 절단시 발생하는 입자에 의한 손상문제와 이미지 결함을 유발시키는 문제는 감소하지만, 유기물인 컬러필터의 손상을 막기 위하여 최대한 낮은 온도(약 섭씨 180도)에서 산화막 증착을 하게 되고, 이렇게 증착된 산화막은 수분에 의하여 흡착이 용이하여 수분 침투가 용이한 성질을 갖게 된다.However, the oxidized microlenses reduce the damage caused by the particles and the image defects generated during wafer cutting than the organic microlenses using the photoresist. The oxide film is deposited at about 180 degrees Celsius), and the deposited oxide film is easily adsorbed by moisture and thus has a property of easily penetrating moisture.
참고로, 증착된 산화막을 온도 섭씨 85도, 습도 85%에서 168시간 동안 방치시키는 신뢰성 평가에서는 산화막 내부의 흡수공을 통하여 수분이 흡착되어 마이크로 렌즈 부분이 얇은 층으로 갈라지고 마이크로 렌즈가 깨어져 나가는 문제점이 발생하였다.For reference, in the reliability evaluation in which the deposited oxide film is left at a temperature of 85 degrees Celsius and a humidity of 85% for 168 hours, moisture is adsorbed through the absorption holes inside the oxide film, so that the microlens portion is divided into a thin layer and the microlens is broken. This occurred.
본 발명에 따른 이미지 센서 소자의 소수성 표면 마이크로 렌즈 형성방법은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 마이크로 렌즈의 표면을 소수성 표면이 되도록 함으로써, 마이크로 렌즈가 수분에 대하여 양호한 성질을 갖게 하여 마이크로 렌즈의 손상을 방지하는 효과가 있다.The method for forming a hydrophobic surface microlens of the image sensor device according to the present invention is to solve the above problems, and by making the surface of the microlens a hydrophobic surface, the microlens has a good property against moisture and damages the microlens. It is effective to prevent.
본 발명에 따른 이미지 센서 소자의 소수성 표면 마이크로 렌즈 형성방법은, 불포화 결합을 갖는 마이크로 렌즈의 표면에 소수성 이온을 주입하는 단계, 소수성 이온이 불포화 결합과 추가로 결합하여 불포화 결합이 제거되는 단계를 포함한다.The method for forming a hydrophobic surface microlens of an image sensor device according to the present invention includes injecting hydrophobic ions onto a surface of a microlens having an unsaturated bond, and removing the unsaturated bond by further combining the hydrophobic ion with the unsaturated bond. do.
또한, 소수성 이온은 탄소 이온일 수 있다.In addition, the hydrophobic ions may be carbon ions.
또한, 소수성 이온이 불포화 결합과 추가로 결합하여 불포화 결합이 제거되는 단계는 플라즈마 환경에서 이루어질 수 있으며, 여기서 소수성 이온은 NH3, N2, CH4의 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소일 수 있다.In addition, the step in which the hydrophobic ion is further bonded with the unsaturated bond to remove the unsaturated bond may be performed in a plasma environment, wherein the hydrophobic ion may be at least one element selected from the group of
본 발명에 따른 이미지 센서 소자의 소수성 표면 마이크로 렌즈 형성방법은 마이크로 렌즈의 표면을 소수성 표면으로 형성함으로써, 마이크로 렌즈가 수분에 대하여 양호한 성질을 갖게 하여 수분에 의한 마이크로 렌즈의 손상을 방지하는 효과가 있으며, 특히 다습한 환경에서 이미지 센서 소자가 사용될 경우에 있어서도, 마이크로 렌즈의 손상이 현격히 감소되는 효과가 있다.The method of forming a hydrophobic surface microlens of the image sensor device according to the present invention forms the surface of the microlens as a hydrophobic surface, thereby making the microlenses have good properties against moisture, thereby preventing damage to the microlenses by moisture. In particular, even when the image sensor element is used in a humid environment, there is an effect that the damage of the micro lens is significantly reduced.
본 발명에 따른 이미지 센서 소자의 소수성 표면 마이크로 렌즈 형성방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.A method of forming a hydrophobic surface micro lens of an image sensor device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 이미지 센서 소자의 마이크로 렌즈의 표면을 소수성 표면으로 형성하기 위한 공정을 도시한 도면이다.3 is a view showing a process for forming the surface of the micro lens of the image sensor element into a hydrophobic surface.
산화막으로부터 형성된 마이크로 렌즈(23)는 갭리스 마이크로 렌즈(23)이며, 그 표면에는 "-O" 또는 "-OH" 등의 불포화 결합(31)이 분포하고 있다. 여기서, "-O" 또는 "-OH" 등의 불포화 결합(31)은 수분과 흡착될 수 있으며, 이는 곧 마이크로 렌즈(23)가 얇은 층으로 갈라지고 마이크로 렌즈(23)가 깨어져 나가게 되는 원인이 된다.The
이러한 불포화 결합을 갖는 마이크로 렌즈(23)의 표면에 소수성 이온(33)을 주입(S10)하게 되면, 소수성 이온(33)이 "-O" 또는 "-OH" 등의 불포화 결합(31)과 결합할 수 있게 되는데, 도 3에서는 이러한 소수성 이온(33)의 일 예로 탄소(C)를 사용하였다.When the
탄소의 주입은 탄소 임플란테이션(implantation) 기법을 이용하여 탄소를 마이크로 렌즈(23)의 표면에 가하는 방법을 사용한다.The injection of carbon uses a method of applying carbon to the surface of the
이와 같이, 마이크로 렌즈(23)의 표면에 탄소를 주입(33)하게 되면, "-O" 또는 "-OH" 등의 불포화 결합(31)에 탄소가 부가되어 결합됨(S11)으로써, 마이크로 렌즈의 표면이 포화상태로 바뀌게 되고, 이로써, 수분에 강한 소수성 표면(35)이 완성된다.As such, when
여기서, 도면으로 도시하지 않았으나, 소수성 이온으로서 플라즈마 환경에서 NH3, N2, CH4 등의 이온을 주입할 수 있으며, 이 경우, "-O" 또는 "-OH" 등의 불포화 결합에 이러한 이온들이 결합함으로써, 마이크로 렌즈의 표면이 포화상태로 바뀌게 되고, 이로써, 수분에 강한 소수성 표면이 완성된다.Although not shown in the drawing, ions such as
이러한 소수성 표면 마이크로 렌즈는 수분과 쉽게 결합하지 않음으로써, 수분에 대하여 양호한 성질을 갖게 된다.Such hydrophobic surface microlenses do not bind easily with moisture, and thus have good properties with respect to moisture.
도 1은 종래의 마이크로 렌즈(1)가 형성된 모습을 도시한 평면도이고,1 is a plan view showing a state in which a
도 2는 종래의 산화 마이크로 렌즈의 형성과정을 도시한 도면이고,2 is a view illustrating a process of forming a conventional oxidation micro lens,
도 3은 본 발명에 따른 이미지 센서 소자의 소수성 표면 마이크로 렌즈의 형성과정을 도시한 도면이다.3 is a view illustrating a process of forming a hydrophobic surface micro lens of the image sensor device according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1: 마이크로 렌즈 3: 질화막1: micro lens 3: nitride film
5: 컬러필터 9: 평탄층5: color filter 9: flat layer
11: 제1 저온산화막 13: 마이크로 렌즈 마스크11: First low temperature oxide film 13: Micro lens mask
15: 갭 17: 갭15: gap 17: gap
19: 제2 저온산화막 23: 산화 마이크로 렌즈19: second low temperature oxide film 23: oxidation micro lens
31: 불포화 결합 33: 소수성 이온31: unsaturated bond 33: hydrophobic ion
35: 소수성 표면35: hydrophobic surface
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |