KR100967744B1 - Cmos image sensor with bi-convex microlense and fabricating method of the same - Google Patents
Cmos image sensor with bi-convex microlense and fabricating method of the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR100967744B1 KR100967744B1 KR1020030005766A KR20030005766A KR100967744B1 KR 100967744 B1 KR100967744 B1 KR 100967744B1 KR 1020030005766 A KR1020030005766 A KR 1020030005766A KR 20030005766 A KR20030005766 A KR 20030005766A KR 100967744 B1 KR100967744 B1 KR 100967744B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- ocl
- image sensor
- forming
- microlens
- cmos image
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 35
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 23
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 13
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 12
- 238000000059 patterning Methods 0.000 claims description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 19
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 19
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 9
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 7
- 206010034960 Photophobia Diseases 0.000 description 6
- 208000013469 light sensitivity Diseases 0.000 description 6
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 5
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 206010034972 Photosensitivity reaction Diseases 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000036211 photosensitivity Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/1462—Coatings
- H01L27/14621—Colour filter arrangements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/1462—Coatings
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
- H01L27/14685—Process for coatings or optical elements
Abstract
본 발명은 시모스 이미지센서 및 그 제조방법에 관한 것으로 특히, 마이크로렌즈로 양면 볼록렌즈를 적용하여, 광 감도를 향상시킨 시모스 이미지센서 및 그 제조방법에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명은, 포토다이오드를 포함한 하부구조 형성이 완료된 기판 상에 형성된 제 1 OCL; 상기 제 1 OCL 상에 서로 인접하여 형성된 복수개의 컬러필터; 상기 컬러필터 상에 형성된 제 2 OCL; 상기 제 2 OCL 상에 형성되되, 상기 컬러필터가 인접한 영역에만 일정한 폭을 갖으며 형성된 배리어라인; 상기 배리어라인을 포함하여 상기 제 2 OCL 상에 형성되되, 상기 기판 쪽으로 볼록한 곡면을 갖는 제 4 OCL; 및 상기 제 4 OCL 상에 형성된 양면 볼록 마이크로렌즈를 포함하여 이루어진다.The present invention relates to a CMOS image sensor and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a CMOS image sensor and a method of manufacturing the same by applying a double-sided convex lens as a microlens. The present invention for this purpose, the first OCL formed on the substrate is completed, the substructure including a photodiode; A plurality of color filters formed adjacent to each other on the first OCL; A second OCL formed on the color filter; A barrier line formed on the second OCL, the barrier line having a predetermined width only in an adjacent region of the color filter; A fourth OCL formed on the second OCL including the barrier line and having a curved surface that is convex toward the substrate; And a double-sided convex microlens formed on the fourth OCL.
이미지센서, 양면 볼록렌즈, 마이크로렌즈, 오버코팅레이어Image sensor, double-sided convex lens, micro lens, overcoating layer
Description
도1은 종래기술에 따른 시모스 이미지센서의 단면구조를 도시한 단면도,1 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure of the CMOS image sensor according to the prior art,
도2는 단면 볼록렌즈와 양면 볼록렌즈에서 각각 빛이 집광되는 경로를 도시한 도면,FIG. 2 is a view showing a path through which light is focused in a single-sided convex lens and a double-sided convex lens, respectively;
도3a 내지 도3f는 본 발명의 일실시예에 따른 시모스 이미지센서의 제조방법을 도시한 공정단면도.
3A to 3F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a CMOS image sensor according to an embodiment of the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
21 : 기판 22 : 소자분리막21
23 : 포토다이오드 24 : 층간절연막23
25 : 최종금속배선 26 : 페시베이션막25: final metal wiring 26: passivation film
27 : 제 1 OCL 28 : 컬러필터27: first OCL 28: color filter
29 : 제 2 OCL 30 : 제 3 OCL29: second OCL 30: third OCL
31 : 제 4 OCL 32 : 양면볼록 마이크로렌즈
31 fourth OCL 32 double-sided convex microlens
본 발명은 시모스 이미지센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 이미지센서에 구비되는 마이크로렌즈(microlense)로 양면 볼록렌즈를 적용하여, 집광되는 빛의 양을 증가시켜 광감도 향상 및 이미지센서의 특성을 향상시킨 발명이다.The present invention relates to a CMOS image sensor and a method of manufacturing the same, and in particular, by applying a double-sided convex lens as a microlens provided in the image sensor, by increasing the amount of light collected to improve the light sensitivity and improve the characteristics of the image sensor Invention.
일반적으로, 이미지센서라 함은 광학 영상(optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체소자로서, 이중에서 전하결합소자(CCD : charge coupled device)는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 커패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 커패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, 시모스(Complementary MOS) 이미지센서는 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소수 만큼의 MOS트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.In general, an image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal. Among them, a charge coupled device (CCD) includes individual metal-oxide-silicon (MOS) capacitors. A device in which charge carriers are stored and transported in a capacitor while being in close proximity to each other. Complementary MOS image sensors use CMOS technology that uses a control circuit and a signal processing circuit as peripheral circuits. A device employing a switching scheme that creates MOS transistors as many as pixels and sequentially detects outputs using the MOS transistors.
CCD(charge coupled device)는 구동 방식이 복잡하고 전력소모가 많으며, 마스크 공정 스텝수가 많아서 공정이 복잡하고 시그날 프로세싱 회로를 CCD 칩내에 구현 할 수 없어 원칩(One Chip)화가 곤란하다는 등의 여러 단점이 있는 바, 최근에 그러한 단점을 극복하기 위하여 서브-마이크론(sub-micron) CMOS 제조기술을 이용한 CMOS 이미지센서의 개발이 많이 연구되고 있다. CMOS 이미지센서는 단위 화소(Pixel) 내에 포토다이오드와 모스트랜지스터를 형성시켜 스위칭 방식으로 차 례로 신호를 검출함으로써 이미지를 구현하게 되는데, CMOS 제조기술을 이용하므로 전력 소모도 적고 마스크 수도 20개 정도로 30∼40개의 마스크가 필요한 CCD 공정에 비해 공정이 매우 단순하며 여러 신호 처리 회로와 원칩화가 가능하여 차세대 이미지센서로 각광을 받고 있다. CCD (charge coupled device) has many disadvantages such as complicated driving method, high power consumption, high number of mask process steps, complicated process, and difficult to implement one processing chip because signal processing circuit cannot be implemented in CCD chip. In order to overcome such drawbacks, the development of a CMOS image sensor using a sub-micron CMOS manufacturing technology has been studied in recent years. CMOS image sensor realizes image by forming photodiode and MOS transistor in unit pixel and detects signal in turn by switching method.It uses CMOS manufacturing technology, which consumes less power and 30 to 20 masks. Compared to CCD process which requires 40 masks, the process is very simple, and it is possible to make various signal processing circuits and one chip, which is attracting attention as the next generation image sensor.
컬러 이미지를 구현하기 위한 이미지센서는 외부로부터의 빛을 받아 광전하를 생성 및 축적하는 광감지부분 상부에 컬러필터가 어레이되어 있다. 컬러필터 어레이(CFA : Color Filter Array)는 레드(Red), 그린(Green) 및 블루(Blue)의 3가지 컬러로 이루어지거나, 옐로우(Yellow), 마젠타(Magenta) 및 시안(Cyan)의 3가지 컬러로 이루어진다.The image sensor for implementing a color image has an array of color filters on the light sensing portion for generating and accumulating photocharges by receiving light from the outside. The color filter array (CFA) consists of three colors: red, green, and blue, or three colors: yellow, magenta, and cyan. It is made of color.
그리고, 이미지센서는 빛을 감지하는 광감지부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화 하는 로직회로 부분으로 구성되어 있는 바, 광감도를 높이기 위하여 전체 이미지센서 소자에서 광감지부분의 면적이 차지하는 비율(Fill Factor)을 크게 하려는 노력이 진행되고 있지만, 근본적으로 로직회로 부분을 제거할 수 없기 때문에 제한된 면적하에서 이러한 노력에는 한계가 있다.In addition, the image sensor is composed of a light sensing portion for detecting light and a logic circuit portion for processing the detected light as an electrical signal to make data. The ratio of the area of the light sensing portion in the entire image sensor element is increased to increase the light sensitivity. Efforts have been made to increase the fill factor, but these efforts are limited in a limited area because the logic circuit part cannot be removed.
따라서, 광감도를 높여주기 위하여 광감지부분 이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 바꿔서 광감지부분으로 모아주는 집광기술이 등장하였는데, 이러한 집광을 위하여 이미지센서는 칼리필터 상에 마이크로렌즈(microlens)를 형성하는 방법을 사용하고 있다.Therefore, a condensing technology has emerged to change the path of light incident to an area other than the light sensing portion to raise the light sensitivity, and to collect the light sensing portion. For this purpose, the image sensor uses a microlens on the Cali filter. The method of forming is used.
도1은 이와같은 컬러필터와 마이크로렌즈를 포함하여 구성된 시모스 이미지센서의 단면을 도시한 단면도로서 이를 참조하여 설명하면 먼저, 반도체 기판(11) 상에는 활성영역과 필드영역을 정의하는 소자분리막(12)이 형성되어 있으며, 각각의 단위화소에는 빛을 수광하여 광전하를 생성하는 포토다이오드(13)가 형성되어 있는데, 도1에서는 단위화소를 구성하는 각각의 트랜지스터들은 도시하지 않았다. FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a CMOS image sensor including such a color filter and a microlens. Referring to this, first, an isolation layer 12 defining an active region and a field region on a semiconductor substrate 11 is described. The
이와같이 소자분리막(12)과 포토다이오드(13)을 비롯한 관련소자들이 형성된 이후에, 층간절연막(14)이 반도체 기판(11) 상에 형성되고 이후에 층간절연막(14) 상에 최종금속배선(15)이 형성된다. 도1에서는 1개의 금속배선(15)이 사용되는 경우를 도시하였지만, 더 많은 금속배선이 사용될 수도 있으며, 가장 상부에 형성된 금속배선을 최종금속배선(15)이라 칭한다. 이때, 금속배선은 포토다이오드(13)으로 입사하는 빛을 가리지 않기 위해 의도적으로 레이아웃(layout) 되어 형성된다.After the device isolation film 12 and related elements including the
이와같이 최종금속배선(15)을 형성한 이후에, 습기나 스크래치(scratch) 등으로부터 소자를 보호하기 위하여 최종금속배선(15) 상에 패시베이션막(16)을 형성한다. After the
다음으로 최종금속배선(15)과 페시베이션막(16)에 의한 단차를 제거하기 위하여 제 1 OCL(Over Coating Layer)이 형성되는데, 이는 후속으로 형성될 컬러필터(18)가 평탄화된 표면에 형성되도록 하기 위해서이다. 이와같은 제 1 OCL(17)은 감광막계열의 물질로 이루어진다.Next, a first OCL (Over Coating Layer) is formed to remove the step by the
다음으로 제 1 OCL(17) 상에 컬러이미지 구현을 위한 컬러필터(18)가 형성되는데, 컬러필터로는 통상적으로 염색된 포토레지스트를 사용하며 각각의 단위화소마다 하나의 컬러필터(18)가 형성되어, 입사하는 빛으로부터 색을 분리해 낸다.Next, a
도1에 도시된 바와같이 종래의 컬러필터는 블루, 레드, 그린의 세가지 필터 모두 포토레지스트를 사용하여 형성되며, 또한 이웃하는 컬러필터들을 약간씩 오버랩 시켜서 형성된다. 이와같이 인접한 컬러필터가 서로 약간씩 오버랩되어 형성되기 때문에, 단차가 발생하며 이를 보완하기 위해, 후속공정으로 제 2 OCL(19)을 컬러필터(18) 상에 형성한다.As shown in FIG. 1, the conventional color filters are formed using photoresist in all three filters of blue, red, and green, and are formed by slightly overlapping neighboring color filters. Since the adjacent color filters are formed to overlap each other slightly in this way, a step occurs and to compensate for this, the
후속공정으로 형성될 마이크로렌즈는 평탄화된 표면 상에 형성되어야 하며, 이를 위해서는 컬러필터로 인한 단차를 없애야 한다. 따라서, 전술한 바와같이 컬러필터(18) 상에 제 2 OCL(19)이 형성되는데, 제 2 OCL(19) 역시 감광막 계열의 막으로 이루어진다.The microlenses to be formed in the subsequent process should be formed on the flattened surface, which eliminates the step caused by the color filter. Accordingly, as described above, the second OCL 19 is formed on the
이와같이 제 2 OCL(19)을 컬러필터 상부에 형성하여 단차를 제거한 후에, 평탄화된 표면을 갖는 제 2 OCL(19) 상에 마이크로렌즈(20)가 형성된다. 마이크로렌즈(20)는 마이크로렌즈 형성용 감광막을 패터닝하여 형성하고, 열공정을 통해 사각형 형태로 패터닝된 마이크로렌즈를 플로우(flow)시키면 도1에 도시된 바와같은 단면 볼록렌즈 형태를 갖는 마이크로렌즈를 형성할 수 있다.After the second OCL 19 is formed above the color filter to remove the step, the
최근에는 이와같은 구성을 갖는 이미지센서의 크기가 점차로 미세화되어가고 있으며 이에 따라, 단위화소의 크기 역시 감소하고 있다. 단위화소의 크기가 감소하게 되면 단위화소를 구성하는 포토다이오드의 면적 또한, 현저히 감소하게 될 것으로 예상되지만, 컬러필터나 마이크로렌즈의 크기는 그 줄어들 수 있는 폭이 제한 될 것이다.In recent years, the size of an image sensor having such a configuration is gradually miniaturized, and accordingly, the size of a unit pixel is also reduced. If the size of the unit pixel is reduced, the area of the photodiode constituting the unit pixel is also expected to be significantly reduced, but the size of the color filter or microlens may be limited.
즉, 마이크로렌즈나 컬러필터의 크기가 감소한다 하더라도, 포토다이오드의 면적이 감소하는 정도에는 미치지 못할 것으로 예상되며, 이 경우, 감소된 포토다이오드로 조사시킬 수 있는 광량도 감소하게 되는데, 종래와 같이 단면 볼록 마이크로렌즈를 사용하는 경우에는 광량의 감소가 더 심하다. 이를 도2를 참조하여 설명한다.In other words, even if the size of the microlens or the color filter is reduced, it is expected that the area of the photodiode is not reduced. In this case, the amount of light that can be irradiated with the reduced photodiode is also reduced. When the single-sided convex microlenses are used, the amount of light decreases more severely. This will be described with reference to FIG. 2.
도2는 양면 볼록렌즈와 단면 볼록렌즈의 경우에, 각각 집광되는 빛의 경로를 도시한 도면으로, 이를 참조하면, 단면 볼록렌즈의 경우, 광원(F1)으로부터 단면 볼록렌즈의 중앙으로 입사한 빛은 집광점(F2)으로 집광되지만, 단면 볼록렌즈의 가장자리로 입사한 빛은 집광점(F2)으로 집광되지 못한다.FIG. 2 is a diagram illustrating paths of light condensed in the case of a double-sided convex lens and a single-sided convex lens. Referring to this, in the case of a single-sided convex lens, light incident from the light source F1 toward the center of the single-sided convex lens is illustrated. Is condensed at the condensing point F2, but light incident on the edge of the cross-sectional convex lens is not condensed at the condensing point F2.
양면 볼록렌즈의 경우를 살펴보면, 광원(F1)으로부터 양면 볼록렌즈의 중앙으로 입사한 빛 뿐만 아니라, 양면 볼록렌즈의 가장자리로 입사한 빛 역시 집광점(F2)으로 집광되기 때문에 집광효율이 우수함을 알 수 있다.Looking at the case of the double-sided convex lens, not only the light incident from the light source F1 to the center of the double-sided convex lens, but also the light incident on the edge of the double-sided convex lens is condensed at the condensing point F2. Can be.
따라서, 이와같은 양면 볼록렌즈를 이미지센서에 적용할 경우에는 광감도 특성이 우수한 이미지센서를 얻을 수 있다.
Therefore, when the double-sided convex lens is applied to the image sensor, it is possible to obtain an image sensor having excellent light sensitivity.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 마이크로렌즈로 양면 볼록렌즈를 적용함으로써 광감도를 향상시킨 이미지센서 및 그 제조방법을 제공함으로 목적으로 한다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide an image sensor and a method of manufacturing the same, which improve light sensitivity by applying a double-sided convex lens as a microlens.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 포토다이오드를 포함한 하부구조 형성이 완료된 기판 상에 형성된 제 1 OCL; 상기 제 1 OCL 상에 서로 인접하여 형성된 복수개의 컬러필터; 상기 컬러필터 상에 형성된 제 2 OCL; 상기 제 2 OCL 상에 형성되되, 상기 컬러필터가 인접한 영역에만 일정한 폭을 갖으며 형성된 배리어라인; 상기 배리어라인을 포함하여 상기 제 2 OCL 상에 형성되되, 상기 기판 쪽으로 볼록한 곡면을 갖는 제 4 OCL; 및 상기 제 4 OCL 상에 형성된 양면 볼록 마이크로렌즈를 포함하여 이루어진다.The present invention for achieving the above object, the first OCL formed on the substrate is completed substructure including a photodiode; A plurality of color filters formed adjacent to each other on the first OCL; A second OCL formed on the color filter; A barrier line formed on the second OCL, the barrier line having a predetermined width only in an adjacent region of the color filter; A fourth OCL formed on the second OCL including the barrier line and having a curved surface that is convex toward the substrate; And a double-sided convex microlens formed on the fourth OCL.
또한, 본 발명은 포토다이오드를 포함한 하부구조 형성이 완료된 기판 상에 제 1 OCL을 형성하는 단계; 상기 제 1 OCL 상에 복수개의 컬러필터를 서로 인접하여 형성하는 단계; 상기 컬러필터 상에 제 2 OCL을 형성하는 단계; 상기 제 2 OCL 상에 제 3 OCL을 형성하고 이를 패터닝하여, 상기 컬러필터가 인접한 영역에 대응하는 제 2 OCL 상에만, 일정한 폭을 갖는 배리어라인을 형성하는 단계; 상기 배리어라인을 포함하는 상기 제 2 OCL 상에 상기 기판 쪽으로 볼록한 곡면을 갖는 제 4 OCL을 형성하는 단계; 및 상기 제 4 OCL 상에 마이크로렌즈용 감광막을 형성하고 이를 패터닝 및 플로우시켜 양면으로 볼록한 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.In addition, the present invention comprises the steps of forming a first OCL on the substrate on which the formation of the substructure including a photodiode; Forming a plurality of color filters adjacent to each other on the first OCL; Forming a second OCL on the color filter; Forming and patterning a third OCL on the second OCL to form a barrier line having a constant width only on a second OCL corresponding to an area where the color filter is adjacent; Forming a fourth OCL having a curved surface convex toward the substrate on the second OCL including the barrier line; And forming a photoresist film for microlenses on the fourth OCL, patterning and flowing the microlens to form convex microlenses on both sides.
본 발명은 종래의 오버코팅레이어 이외에 추가로 오버코팅레이어를 형성하고, 추가로 형성된 오버코팅레이어를 이용하여 양면 볼록렌즈가 형성될 틀을 형성한 후, 감광막을 플로우시켜 양면 볼록렌즈를 형성함으로써 광감도를 향상시킨 발명이다. The present invention forms an overcoat layer in addition to the conventional overcoating layer and forms a frame on which the double-sided convex lens is to be formed using the additionally formed overcoating layer, and then the photosensitive film is flowed to form the double-sided convex lens. The invention is improved.
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 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, the most preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily implement the technical idea of the present invention.
도3a 내지 도3f는 본 발명의 일실시예에 따른 시모스 이미지센서의 제조방법을 도시한 공정단면도로서, 이를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 시모스 이미지센서 및 그 제조방법을 설명한다.3A to 3F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a CMOS image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention, and a CMOS image sensor and a method of manufacturing the same according to an exemplary embodiment will be described with reference thereto.
먼저 도3a를 참조하면, 제 2 OCL(29)를 형성하기까지의 공정은 종래기술과 동일하다. 즉, 반도체 기판(21) 상에는 활성영역과 필드영역을 정의하는 소자분리막(22)이 형성되어 있으며, 각각의 단위화소에는 빛을 수광하여 광전하를 생성하는 포토다이오드(23)가 형성되어 있는데, 도3a에서는 단위화소를 구성하는 각각의 트랜지스터들은 도시하지 않았다. Referring first to FIG. 3A, the process up to forming the
이와같이 소자분리막(22)과 포토다이오드(23)을 비롯한 관련소자들이 형성된 이후에, 층간절연막(24)이 반도체 기판(21) 상에 형성되고 이후에 층간절연막(24) 상에 최종금속배선(25)이 형성된다. 도3a에서는 1개의 금속배선(25)이 사용되는 경우를 도시하였지만 더 많은 금속배선이 사용될 수도 있으며, 가장 상부에 형성된 금속배선을 최종금속배선(25)이라 칭한다. 이때, 금속배선은 포토다이오드(23)으로 입사하는 빛을 가리지 않기 위해 의도적으로 레이아웃(layout) 되어 형성된다.After the related devices including the
이와같이 최종금속배선(25)을 형성한 이후에, 습기나 스크래치(scratch) 등으로부터 소자를 보호하기 위하여 최종금속배선(25) 상에 패시베이션막(26)을 형성한다.
After the
다음으로 최종금속배선(25)과 페시베이션막(26)에 의한 단차를 제거하기 위하여 페시베이션막(26) 상에 제 1 OCL(Over Coating Layer)이 형성되는데, 이는 후속으로 형성될 컬러필터(28)가 평탄화된 표면에 형성되도록 하기 위해서이다.Next, a first overcoat layer (OCL) is formed on the
이와같은 제 1 OCL(27)은 감광막계열의 물질로 이루어지며, 페시베이션막 (26) 상에 제 1 OCL(27)을 6500Å 정도의 두께로 도포한 후, 컬러필터에 대응하는 영역에만 제 1 OCL(27)이 형성되도록, 도포된 제 1 OCL(27)을 적절한 마스크를 이용하여 패터닝한다.The
즉, 컬러필터가 형성될 단위화소영역에만 제 1 OCL을 남기고, 입출력 회로영역이나 주변회로영역에 도포된 제 1 OCL(27)은 적절한 마스크(미도시)를 이용하여 제거하는데, 이때 사용되는 상기 마스크를 제 1 마스크(미도시)라 하기로 한다. 이와같이 제 1 OCL(27)을 패터닝한 이후에, 220℃ 에서 3분간 경화(curing) 공정을 진행한다.That is, the
다음으로 제 1 OCL(27) 상에 컬러이미지 구현을 위한 컬러필터(28)를 형성한다. 컬러필터의 구성물질로는 통상적으로 염색된 포토레지스트를 사용하며 각각의 단위화소마다 하나의 컬러필터(28)가 형성되어, 입사하는 빛으로부터 색을 분리해 낸다.Next, a
도3a에 도시된 블루필터의 경우는 약 7000Å의 두께를 갖게 형성되며, 레드필터의 경우는 약 8000Å, 그린필터는 7000Å 정도의 두께를 갖게 형성된다. 이와같이 컬러필터를 형성한 이후에는, 반드시 소정의 온도에서 경화 공정을 진행하여야 하는데, 이는 컬러필터 물질간의 반응 및 화학적 어택(attack)을 방지하기 위함이다. 본 발명의 일실시예에서는 220℃에서 3분간 경화 공정을 진행하였다.The blue filter illustrated in FIG. 3A has a thickness of about 7000 약, the red filter has a thickness of about 8000 Å and the green filter has a thickness of about 7000 Å. After the color filter is formed in this way, the curing process must be performed at a predetermined temperature, in order to prevent reaction and chemical attack between the color filter materials. In one embodiment of the present invention, the curing process was performed at 220 ° C for 3 minutes.
도3a을 참조하면 이웃하는 컬러필터들은 약간씩 오버랩(overlap) 되면서 형성되므로 단차가 발생하며, 이를 보완하기 위해 후속공정으로 제 2 OCL(29)을 컬러필터(28) 상에 형성한다.Referring to FIG. 3A, since the neighboring color filters are formed to overlap slightly, a step is generated. In order to compensate for this, a
후속공정으로 형성될 마이크로렌즈는 평탄화된 표면 상에 형성되어야 하며, 이를 위해서는 컬러필터로 인한 단차를 없애야 한다. 따라서, 전술한 바와같이 컬러필터(28) 상에 제 2 OCL(29)이 형성되는데, 이와같은 제 2 OCL(29)은 감광막 계열의 막으로 이루어진다.The microlenses to be formed in the subsequent process should be formed on the flattened surface, which eliminates the step caused by the color filter. Accordingly, as described above, the
제 2 OCL(29)은 제 1 OCL(27)과 마찬가지로 컬러필터에 대응하는 영역에만 형성되어야 하기 때문에, 4000Å의 두께를 갖는 제 2 OCL(29)을 도포한 후, 상기 제 1 마스크(미도시)를 이용하여 패터닝한다.Since the
다음으로, 도3b에 도시된 바와같이 제 2 OCL(29) 상에 제 3 OCL(30)을 2400 ∼ 2600Å의 두께로 도포한 후, 제 2 마스크(미도시)를 이용하여 도3c에 도시된 바와같이 제 3 OCL(30)을 패터닝하여 배리어라인(30)을 형성한다. Next, as shown in FIG. 3B, the
이를 도3c를 참조하여 상술하면, 제 3 OCL(30)은 컬러필터와 컬러필터가 인접하는 경계에 대응하는 영역에만 0.4 ∼ 0.6㎛ 정도의 폭(d)을 갖으며 잔존하여, 배리어라인(30)을 형성하고, 나머지 영역에 존재하는 제 3 OCL(30)은 제거되도록 패터닝되는데, 이와같은 제 3 OCL(30) 패터닝 공정에 사용된 마스크를 제 2 마스크(미도시)라 한다. 배리어라인(30)의 기능은 후속공정에서 양면 볼록렌즈가 형성될 틀을 형성하기 위함이다.Referring to FIG. 3C, the
이와같이 배리어라인(30)을 형성한 이후에, 도3d에 도시된 바와같이 배리어라인(30)을 포함하는 제 2 OCL(29) 상에 제 4 OCL(31)을 5000Å의 두께로 도포한다. 제 4 OCL(31)은 배리어라인(30)으로 인한 단차 때문에 곡면을 갖게 도포되는데, 이를 도3d에 도시하였다. 기판쪽으로 볼록한 곡면을 갖는 제 4 OCL(31)은 후속 마이크로렌즈 형성공정에서 양면 볼록렌즈가 형성될 틀 역할을 하게 된다.After the
다음으로 도3e에 도시된 바와같이, 마이크로렌즈 형성용 감광막(32)를 5500 ∼ 7500Å의 두께로 제 4 OCL(31) 상에 도포하고, 이를 패터닝하여 각각의 단위화소마다 하나씩의 마이크로렌즈(32)를 형성한다. 본 발명의 일실시예에서 사용된 마이크로렌즈 형성용 감광막(32)으로는 광 투과성이 좋은 실리콘산화막 계열의 감광성 레지스트를 사용하였다. 도3e에 도시된 마이크로렌즈(32)는 아직 플로우(flow) 되기 전이므로 각진 형태를 갖고 있다.Next, as shown in FIG. 3E, a microlens forming
다음으로 마이크로렌즈를 플로우(flow) 시키는 공정을 진행하면, 도3f에 도시된 바와같이 양면으로 볼록한 마이크로렌즈를 얻을 수 있다. 즉, 마이크로렌즈의 하부에 존재하는 제 4 OCL(31)이 기판(21)쪽으로 볼록한 곡면을 갖고 있으므로, 플로우 공정을 진행하는 경우, 마이크로렌즈(32)의 저면도 제 4 OCL(31)의 굴곡을 따라 볼록하게 플로우되며, 마이크로렌즈(32)의 상면은 종래와 동일한 방법을 통해 볼록하게 플로우 되므로, 양면으로 볼록한 마이크로렌즈를 얻을 수 있다.Next, when the process of flowing the microlenses is performed, as shown in FIG. 3F, microlenses convex on both sides can be obtained. That is, since the
본 발명의 일실시예에 따른 플로우 공정에 대해 좀더 상술하면 다음과 같다. 먼저, 도3e에 도시된 바와같이 제 4 OCL(31) 상에 형성된 마이크로렌즈 형성용 감광막(32)을 패터닝한 이후에, 스텝퍼(stepper)를 이용한 블랭크(Blank) 노광(Bleaching)을 진행한다.Hereinafter, the flow process according to an embodiment of the present invention will be described in more detail. First, as shown in FIG. 3E, after patterning the
전술한 블랭크 노광공정에서는 248㎚의 파장을 갖는 빛을 사용한다. 이러한 노광공정을 통해 마이크로렌즈 형성용 감광막(32)에 존재하는 PAC(Photo Active Compound) 성분이 분해되어, 후속으로 열공정을 진행하면 플로우가 원할히 진행된다.In the above blank exposure step, light having a wavelength of 248 nm is used. Through this exposure process, the PAC (Photo Active Compound) component present in the microlens forming
즉, 노광공정을 통해 PAC 성분을 분해하면 결합력이 감소하게 되므로, 150℃ 의 온도에서 5분 동안의 플로우공정을 통해, 도3f에 도시된 바와같은 양면으로 볼록한 형태의 마이크로렌즈를 얻을 수 있으며, 이와같은 플로우 공정 이후에 다시 200℃에서 5분동안 경화 공정을 진행하여 마이크로렌즈의 형태를 고형화 (hardening) 시킨다.That is, since the bonding force is reduced when the PAC component is decomposed through the exposure process, through the flow process for 5 minutes at a temperature of 150 ℃, it is possible to obtain a two-sided convex microlens as shown in Figure 3f, After such a flow process, the curing process is further performed at 200 ° C. for 5 minutes to harden the shape of the microlens.
본 발명의 시모스 이미지센서에 적용하게 되면, 마이크로렌즈와 컬러필터의 크기가 일정(예를 들면, 3.2㎛ ×3.2㎛)한데 비해, 포토다이오드의 크기가 감소(예를 들면, 2.0㎛ ×2.0㎛ 이하로 감소)하는 최근에 추세에도 시모스 이미지센서의 광감도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다. When applied to the CMOS image sensor of the present invention, the size of the photodiode is reduced (for example, 2.0㎛ × 2.0㎛), while the size of the microlens and the color filter is constant (for example, 3.2㎛ × 3.2㎛) The recent trend of decreasing below) has the advantage of improving the light sensitivity of the CMOS image sensor.
또한, 본 발명의 일실시예에서는 양면 볼록 마이크로렌즈를 시모스 이미지센서에 적용하는 경우를 예로 들어 설명하였지만, 시모스 이미지센서이외에도 전하결합소자(Charge Coupled Device : CCD)에서도 마이크로렌즈가 적용되므로, 본 발명은 전하결합소자에도 적용될 수 있다.
In addition, in the exemplary embodiment of the present invention, the case in which the double-sided convex microlens is applied to the CMOS image sensor has been described as an example, but the microlens is also applied to the charge coupled device (CCD) in addition to the CMOS image sensor. Silver can also be applied to charge coupled devices.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명이 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and the present invention may be variously substituted, modified, and changed without departing from the spirit of the present invention. It will be apparent to those of ordinary skill in Esau.
상기와 같이 이루어지는 본 발명을 적용할 경우, 양면으로 볼록한 마이크로렌즈를 형성할 수 있어 미세화된 이미지센서에도 광감도가 향상되는 효과가 있다. When applying the present invention made as described above, it is possible to form a convex microlens on both sides, there is an effect that the photosensitivity is improved even in the miniaturized image sensor.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020030005766A KR100967744B1 (en) | 2003-01-29 | 2003-01-29 | Cmos image sensor with bi-convex microlense and fabricating method of the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020030005766A KR100967744B1 (en) | 2003-01-29 | 2003-01-29 | Cmos image sensor with bi-convex microlense and fabricating method of the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20040069408A KR20040069408A (en) | 2004-08-06 |
KR100967744B1 true KR100967744B1 (en) | 2010-07-05 |
Family
ID=37358148
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020030005766A KR100967744B1 (en) | 2003-01-29 | 2003-01-29 | Cmos image sensor with bi-convex microlense and fabricating method of the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100967744B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11552118B2 (en) | 2019-12-24 | 2023-01-10 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Image sensor including a double-sided spherical lens |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100802305B1 (en) * | 2006-12-27 | 2008-02-11 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | Image sensor fabricating method |
KR100945869B1 (en) * | 2007-12-27 | 2010-03-05 | 주식회사 동부하이텍 | A micro lens of CMOS image sensor and a method thereof |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR930017194A (en) * | 1992-01-14 | 1993-08-30 | 김광호 | Color filter and its manufacturing method |
KR19980039148A (en) * | 1996-11-27 | 1998-08-17 | 문정환 | Solid-state image sensor and its manufacturing method |
KR20040000877A (en) * | 2002-06-26 | 2004-01-07 | 동부전자 주식회사 | Cmos type image sensor with positive and negative micro-lenses and method for manufacturing same |
-
2003
- 2003-01-29 KR KR1020030005766A patent/KR100967744B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR930017194A (en) * | 1992-01-14 | 1993-08-30 | 김광호 | Color filter and its manufacturing method |
KR19980039148A (en) * | 1996-11-27 | 1998-08-17 | 문정환 | Solid-state image sensor and its manufacturing method |
KR20040000877A (en) * | 2002-06-26 | 2004-01-07 | 동부전자 주식회사 | Cmos type image sensor with positive and negative micro-lenses and method for manufacturing same |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11552118B2 (en) | 2019-12-24 | 2023-01-10 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Image sensor including a double-sided spherical lens |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20040069408A (en) | 2004-08-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4790989B2 (en) | Manufacturing method of CMOS image sensor | |
JP5247042B2 (en) | Color filter array and image sensor | |
CN100466282C (en) | CMOS image sensor and manufacturing method thereof | |
US20090278220A1 (en) | Image sensor and fabricting method thereof | |
KR100720509B1 (en) | Image Sensor and Method for Manufacturing the Same | |
US20050281942A1 (en) | Method for forming microlens of image sensor | |
KR100461977B1 (en) | CMOS image sensor and fabricating method of the same | |
KR100967744B1 (en) | Cmos image sensor with bi-convex microlense and fabricating method of the same | |
KR100969469B1 (en) | Fabricating method of cmos image sensor with improved light sensitivity using half transmission reticle | |
KR100522827B1 (en) | Fabricating method of cmos image sensor with improved light sensitivity | |
KR20040059760A (en) | Fabricating method for CMOS image sensor with concavo-convex shape in over coating layer | |
KR101001093B1 (en) | Cmos image sensor with improved characteristics and fabricating method of the same | |
KR100817710B1 (en) | CMOS image sensor with microlense having different radius of curvature comparing to wavelength of incident light and the method of fabricating the same | |
KR100776145B1 (en) | Image sensor with multilayer color filter | |
KR100698092B1 (en) | Method for manufacturing of CMOS image sensor | |
US20080122021A1 (en) | Image sensor | |
US20070145238A1 (en) | Method for Manufacturing Mask and CMOS Image Sensor | |
KR20050039165A (en) | Fabricating method of cmos image sensor | |
KR100791472B1 (en) | Micro lens of image sensor and fabricating method therefore | |
KR20050039160A (en) | Image sensor having color filter used for inner lens and the fabricating method thereof | |
KR100491863B1 (en) | Image sensor having PIQ prism and the method for fabricating thereof | |
KR100793563B1 (en) | The method of fabrication for CMOS image sensor | |
KR100720463B1 (en) | Method for fabricating cmos image sensor | |
KR20060136076A (en) | method for manufacturing of CMOS image sensor | |
KR100802293B1 (en) | Method of manufacturing image sensor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
N231 | Notification of change of applicant | ||
A201 | Request for examination | ||
N231 | Notification of change of applicant | ||
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 |