KR101016547B1 - Image Sensor and Method for Manufacturing Thereof - Google Patents

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Abstract

실시예에 따른 이미지센서는, 복수개의 단위화소를 포함하는 반도체 기판; 상기 단위화소에 대응하도록 상기 반도체 기판 상에 형성된 제1 컬러필터, 제2 컬러필터 및 제3 컬러필터; 상기 제1 및 제3 컬러필터 상에 형성된 제1 마이크로렌즈; 상기 제2 컬러필터 상에 형성된 제2 마이크로렌즈; 및 상기 제2 마이크로렌즈 표면에 형성된 코팅패턴을 포함하고, 상기 제1 및 제2 마이크로렌즈는 그 상부 표면은 볼록한 구면으로 형성되고, 외각의 측면들은 사각의 형태로 형성된 것을 포함한다.An image sensor according to an embodiment includes a semiconductor substrate including a plurality of unit pixels; A first color filter, a second color filter, and a third color filter formed on the semiconductor substrate so as to correspond to the unit pixel; First microlenses formed on the first and third color filters; A second micro lens formed on the second color filter; And a coating pattern formed on the surface of the second microlens, wherein the first and second microlenses have upper surfaces formed in convex spherical surfaces, and outer side surfaces formed in a rectangular shape.

이미지센서, 마이크로렌즈, 필팩터 Image Sensor, Micro Lens, Fill Factor

Description

이미지센서 및 그 제조방법{Image Sensor and Method for Manufacturing Thereof}Image Sensor and Method for Manufacturing Thereof}

실시예는 이미지센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.Embodiments relate to an image sensor and a manufacturing method thereof.

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.The image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal, and includes a charge coupled device (CCD) image sensor and a complementary metal oxide silicon (CMOS) image sensor (CIS). do.

씨모스 이미지 센서는 단위 화소 내에 포토다이오드와 모스트랜지스터를 형성시킴으로써 스위칭 방식으로 각 단위 화소의 전기적 신호를 순차적으로 검출하여 영상을 구현한다.The CMOS image sensor implements an image by sequentially detecting an electrical signal of each unit pixel by a switching method by forming a photodiode and a MOS transistor in the unit pixel.

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. 상기 마이크로렌즈는 마스크에 의하여 감광성 유기물 물질을 노광, 현상 및 리플로우 공정에 의해 반구형으로 형성된다. As the design rule of the CMOS image sensor is gradually reduced, the size of the unit pixel may be reduced, thereby reducing the light sensitivity of the photodiode. In order to increase the light sensitivity of the image sensor, a microlens is formed on the color filter. The microlenses are formed in a hemispherical shape by exposure, development and reflow of the photosensitive organic material by a mask.

도 11 및 도 12는 종래의 렌즈 마스크 형태에 따라 형성된 마이크로렌즈 어 레이를 나타내는 것이다. 11 and 12 illustrate a microlens array formed according to a conventional lens mask form.

도 11의 (a)는 원형 마스크를 이용하여 원형의 마이크로렌즈를 형성한 것으로, 이 경우 마이크로렌즈 표면은 구면에 가까운 형태를 가지게 된다. 도 11의 (b)에 도시된 바와 같이 마이크로 렌즈의 대각선 길이(점선으로 표시)와 가로 및 세로길이(실선으로 표시)가 동일하여 수차가 작지만 필-팩터(Fill-factor)는 감소되는 문제가 있다. 예를 들어, 상기 원형 마스크를 이용한 마이크로렌즈는 필팩터가 최대 0.79를 넘지 못하는 한계가 있다. FIG. 11A illustrates a circular microlens formed using a circular mask. In this case, the microlens surface has a shape close to a spherical surface. As shown in FIG. 11B, the aberration is small because the diagonal length (indicated by a dashed line) and the horizontal and vertical lengths (indicated by a solid line) of the microlens are the same, but the fill-factor is reduced. have. For example, the microlens using the circular mask has a limit in which the fill factor does not exceed 0.79.

도 12의 (a)는 사각 마스크를 이용하여 마이크로렌즈를 형성한 것으로, 이 경우 마이크로 렌즈의 면적이 넓어져 필팩터는 도 11의 마이크로렌즈에 비하여 필-팩터(Fill-factor)는 높지만, 도 12의 (b)에 도시된 바와 같이 그 표면은 구면에서 벗어나 수차를 갖게 된다. 12A illustrates a microlens formed using a rectangular mask. In this case, the area of the microlens is increased, and the fill factor is higher than the microlens of FIG. As shown in 12 (b), the surface is out of spherical surface and has aberration.

상기와 같이 마이크로렌즈는 단위픽셀의 크기와 위치에 의하여 최적의 면적, 두께 및 곡률반경으로 형성되는 것이 요구된다. As described above, the microlenses are required to be formed with an optimal area, thickness, and radius of curvature by the size and position of the unit pixel.

실시예에서는 마이크로렌즈의 표면은 구면으로 형성되면서 필팩터(Fill-factor)를 향상시킬 수 있는 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공한다. In the embodiment, the surface of the microlens is formed into a spherical surface and provides an image sensor and a method of manufacturing the same, which can improve a fill factor.

실시예에 따른 이미지센서는, 복수개의 단위화소를 포함하는 반도체 기판; 상기 단위화소에 대응하도록 상기 반도체 기판 상에 형성된 제1 컬러필터, 제2 컬러필터 및 제3 컬러필터; 상기 제1 및 제3 컬러필터 상에 형성된 제1 마이크로렌즈; 상기 제2 컬러필터 상에 형성된 제2 마이크로렌즈; 및 상기 제2 마이크로렌즈 표면에 형성된 코팅패턴을 포함하고, 상기 제1 및 제2 마이크로렌즈는 그 상부 표면은 볼록한 구면으로 형성되고, 외각의 측면들은 사각의 형태로 형성된 것을 포함한다.An image sensor according to an embodiment includes a semiconductor substrate including a plurality of unit pixels; A first color filter, a second color filter, and a third color filter formed on the semiconductor substrate so as to correspond to the unit pixel; First microlenses formed on the first and third color filters; A second micro lens formed on the second color filter; And a coating pattern formed on the surface of the second microlens, wherein the first and second microlenses have upper surfaces formed in convex spherical surfaces, and outer side surfaces formed in a rectangular shape.

실시예에 따른 이미지센서의 제조방법은, 반도체 기판에 복수개의 단위화소를 형성하는 단계; 상기 단위화소에 대응하도록 상기 반도체 기판 상에 제1 컬러필터, 제2 컬러필터 및 제3 컬러필터를 포함하는 컬러필터 어레이를 형성하는 단계; 상기 제2 컬러필터 상에 그 표면은 구면으로 형성되고 외각은 사각의 형태를 가지는 제2 마이크로렌즈를 형성하는 단계; 상기 제2 마이크로렌즈의 표면에 코팅패턴을 형성하는 단계; 및 상기 제1 및 제3 컬러필터 상에 그 표면은 구면으로 형성되고 외각은 사각의 형태를 가지는 제1 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함한다.In another embodiment, a method of manufacturing an image sensor includes: forming a plurality of unit pixels on a semiconductor substrate; Forming a color filter array including a first color filter, a second color filter, and a third color filter on the semiconductor substrate so as to correspond to the unit pixel; Forming a second microlens on the second color filter, the surface of which is formed as a spherical surface and whose outer shell is rectangular in shape; Forming a coating pattern on a surface of the second microlens; And forming a first microlens on the first and third color filters, the surface of which is formed in a spherical shape and the outer surface of which has a rectangular shape.

실시예에 따른 이미지센서 및 그 제조방법에 의하면, 더블렌즈를 형성함에 있어서 마이크로렌즈의 상부표면은 구면으로 형성되고 외각은 사각 형태로 형성되어 필팩터(Fill-factor)의 손실없이 집광효율을 향상시킬 수 있다. According to the image sensor and the manufacturing method according to the embodiment, in forming the double lens, the upper surface of the microlens is formed into a spherical surface and the outer shell is formed into a square shape to improve the light condensing efficiency without losing the fill factor. You can.

실시예에 따른 이미지 센서 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. An image sensor and a method of manufacturing the same according to an embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

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. In the description of the embodiments, where described as being formed "on / over" of each layer, the on / over may be directly or through another layer ( indirectly) includes everything formed.

도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.In the drawings, the thickness or size of each layer is exaggerated, omitted, or schematically illustrated for convenience and clarity of description. In addition, the size of each component does not necessarily reflect the actual size.

도 9는 실시예에 따른 이미지센서를 나타내는 단면도이다.9 is a cross-sectional view illustrating an image sensor according to an embodiment.

실시예에 따른 이미지 센서는, 복수개의 단위화소(20)를 포함하는 반도체 기판(10); 상기 단위화소(20)에 대응하도록 상기 반도체 기판(10) 상에 형성된 제1 컬러필터(51), 제2 컬러필터(52) 및 제3 컬러필터(53); 상기 제1 및 제3 컬러필터(53) 상에 형성된 제1 마이크로렌즈(181); 상기 제2 컬러필터(52) 상에 형성된 제2 마이크로렌즈(182); 및 상기 제2 마이크로렌즈(182) 표면에 형성된 코팅패턴(192)을 포함하고, 상기 제1 및 제2 마이크로렌즈(182)는 그 상부 표면은 볼록한 구면으로 형성되고, 외각의 측면들은 사각의 형태로 형성된 것을 포함한다. An image sensor according to an embodiment includes a semiconductor substrate 10 including a plurality of unit pixels 20; A first color filter 51, a second color filter 52, and a third color filter 53 formed on the semiconductor substrate 10 to correspond to the unit pixel 20; First microlenses 181 formed on the first and third color filters 53; A second micro lens 182 formed on the second color filter 52; And a coating pattern 192 formed on the surface of the second microlens 182, wherein the first and second microlenses 182 have upper surfaces formed with convex spherical surfaces, and the outer sides of the outer surfaces have a rectangular shape. It includes that formed.

상기 코팅패턴(192)은 소수성 물질로 형성되고, 상기 제2 마이크로렌즈(182)의 상부표면에만 형성될 수 있다. The coating pattern 192 may be formed of a hydrophobic material and formed only on an upper surface of the second microlens 182.

상기 제1 컬러필터(51)는 레드 컬러필터이고, 상기 제2 컬러필터(52)는 그린 컬러필터이고, 제3 컬러필터(53)는 블루 컬러필터일 수 있다. 또한, 상기 제2 컬러필터(52)는 상기 제1 또는 제3 컬러필터(53)의 양측에 배치되어 제1 또는 제3 컬러필터(53)보다 두배이상의 비율로 분포될 수 있다. The first color filter 51 may be a red color filter, the second color filter 52 may be a green color filter, and the third color filter 53 may be a blue color filter. In addition, the second color filter 52 may be disposed on both sides of the first or third color filter 53 to be distributed at a ratio twice or more than that of the first or third color filter 53.

상기 제1 및 제2 마이크로렌즈(181, 182)는 그 상부 표면은 구면으로 형성되고 상기 외각의 측면들은 사각의 형태로 이루어져 필팩터 및 광감도를 향상시킬 수 있다. Upper surfaces of the first and second microlenses 181 and 182 may have a spherical surface, and side surfaces of the outer shell may have a quadrangular shape to improve the fill factor and light sensitivity.

도 9의 도면 부호 중 미설명 도면부호는 이하 제조방법에서 설명하기로 한다 Unexplained reference numerals among the reference numerals of FIG. 9 will be described in the following manufacturing method.

이하, 도 1 내지 도 10을 참조하여 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법을 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing an image sensor according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 10.

도 1을 참조하여, 단위화소(20)을 포함하는 반도체 기판(10) 상에 컬러필터 어레이(50)가 형성된다. Referring to FIG. 1, a color filter array 50 is formed on a semiconductor substrate 10 including unit pixels 20.

상기 반도체 기판(10)에는 액티브 영역과 필드영역을 정의하는 소자분리막이 형성되어 있다. 그리고, 상기 액티브 영역에 형성된 단위화소(20)는 빛을 수광하여 광전하를 생성하는 포토다이오드 및 상기 포토다이오드에 연결되어 수광된 광전하를 전기신호를 변환하는 씨모스 회로를 포함한다.In the semiconductor substrate 10, an isolation layer defining an active region and a field region is formed. The unit pixel 20 formed in the active region includes a photodiode for receiving light to generate photocharges and a CMOS circuit connected to the photodiode to convert the received photocharges into electrical signals.

상기 단위화소(20)를 포함하는 관련 소자들이 형성된 이후 금속배선(40) 및 층간절연막(30)이 상기 반도체 기판(10) 상에 형성된다.After the related devices including the unit pixel 20 are formed, the metal wiring 40 and the interlayer insulating film 30 are formed on the semiconductor substrate 10.

상기 층간절연막(30)은 복수의 층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 층간절연막(30)은 질화막 또는 산화막으로 형성될 수 있다.The interlayer insulating film 30 may be formed of a plurality of layers. For example, the interlayer insulating film 30 may be formed of a nitride film or an oxide film.

상기 금속배선(40)은 상기 층간절연막(30)을 관통하여 복수 개로 형성될 수 있다. 상기 금속배선(40)은 포토다이오드로 입사되는 빛을 가리지 않도록 의도적으로 레이아웃되어 형성된다. The metal wire 40 may be formed in plural through the interlayer insulating layer 30. The metal wire 40 is intentionally laid out so as not to block light incident on the photodiode.

또한, 상기 층간절연막(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. In addition, the interlayer insulating film 30 may include a passivation layer. The passivation layer may be formed of an insulating layer to protect the device from moisture or scratches. For example, the passivation layer may be formed of any one of a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film, or may have a structure in which one or more layers are stacked.

한편, 상기 패시베이션층의 형성을 생략하고 상기 층간절연막(30) 상에 후속공정으로 컬러필터 어레이가 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.Meanwhile, the formation of the passivation layer may be omitted, and a color filter array may be formed on the interlayer insulating layer 30 in a subsequent process. This affects the overall height of the image sensor, which may provide a thinner image sensor, and may also provide cost savings due to the reduction of process steps.

상기 층간절연막(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. The color filter array 50 is formed on the semiconductor substrate 10 including the interlayer insulating layer 30. The color filter array 50 uses dyed photoresist and one color filter is formed for each unit pixel 20 to separate colors from incident light.

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 제 1 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.Each of the color filter arrays 50 represents a different color and includes a first color filter 51, a second color filter 52, and a third color filter 53. For example, the first color filter 51 is a red color filter, the second color filter 52 is a green color filter, and the third color filter 53 is blue. ) May be formed as a color filter.

특히, 상기 제2 컬러필터(52)는 상기 제1 또는 제3 컬러필터(53)의 갯수보다 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. In particular, the second color filter 52 may be formed twice or more than the number of the first or third color filters 53. The color filter array 50 has a different sensitivity according to each color, and since the human eye is more sensitive to green than red or blue, the second color filter 52 may be formed.

상기 컬러필터 어레이(50)는 제2 컬러필터(52), 제1 컬러필터(51), 제2 컬러필터(52), 제3 컬러필터(53) 및 제2 컬러필터(52)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. The color filter array 50 may include a second color filter 52, a first color filter 51, a second color filter 52, a third color filter 53, and a second color filter 52 in that order. Can be formed. That is, second color filters 52 may be formed at both sides of the first color filter 51. In addition, second color filters 52 may be formed on both sides of the third color filter 53.

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.Although not shown, a planarization layer may be formed on the color filter array 50. The microlenses to be formed in the subsequent process should be formed on the flattened surface. Therefore, since the step due to the color filter array 50 must be eliminated, a planarization layer may be formed on the color filter array 50.

도 2를 참조하여, 상기 제2 컬러필터(52) 상에 제2 시드패턴(162)이 형성된다. 상기 제2 시드패턴(162)은 상기 컬러필터 어레이(50) 상에 마이크로렌즈 형성용 포토레지스트를 스핀 공정 등을 통해 도포하여 포토레지스트막을 형성한다. 그리고, 상기 제2 컬러필터(52)에 대응하는 영역에 원형의 패턴 마스크(300)를 위치시킨 후 노광 및 현상하여 상기 제2 컬러필터(52)들 상에 제2 시드패턴(162)을 각각 형성한다. Referring to FIG. 2, a second seed pattern 162 is formed on the second color filter 52. The second seed pattern 162 forms a photoresist layer on the color filter array 50 by applying a photoresist for forming a microlens through a spin process or the like. The circular pattern mask 300 is positioned in an area corresponding to the second color filter 52, and then exposed and developed to form a second seed pattern 162 on the second color filters 52, respectively. Form.

이때, 상기 제2 시드패턴(162)은 상기 제2 컬러필터(52)와 동일한 너비를 가지거나 상기 제2 컬러필터(52)의 너비보다 작은 너비를 가지도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2 시드패턴(162)은 평면으로 보았을 때 원형으로 형성될 수 있다. In this case, the second seed pattern 162 may be formed to have the same width as the second color filter 52 or to have a width smaller than the width of the second color filter 52. In addition, the second seed pattern 162 may be formed in a circular shape when viewed in a plan view.

도 3을 참조하여, 상기 제2 컬러필터(52)들 상에 제2 렌즈패턴(172)이 형성된다. 상기 제2 렌즈패턴(172)은 상기 제2 시드패턴(162)에 대한 써멀 리플로우(thermal reflow) 공정을 실시하여 형성될 수 있다. Referring to FIG. 3, a second lens pattern 172 is formed on the second color filters 52. The second lens pattern 172 may be formed by performing a thermal reflow process on the second seed pattern 162.

리플로우 공정은 폴리머 물질에 유동성을 부여하고 표면장력을 이용하여 렌즈면을 형성하는 방법이다. 상기 제2 시드패턴(162)에 대하여 리플로우 공정을 진행하면 상기 제2 시드패턴(162)의 외각면 형태에 의하여 상기 제2 렌즈패턴(172)의 형태가 결정될 수 있다. 즉, 상기 제2 시드패턴(162)은 평면으로 보았을 때 원형을 가지므로 상기 제2 시드패턴(162)에 대한 리플로우 공정을 진행하면 표면이 볼록한 형상을 갖는 반구형의 상기 제2 렌즈패턴(172)이 형성될 수 있다. The reflow process is a method of imparting fluidity to a polymer material and forming a lens surface using surface tension. When the reflow process is performed on the second seed pattern 162, the shape of the second lens pattern 172 may be determined by the shape of the outer surface of the second seed pattern 162. That is, since the second seed pattern 162 has a circular shape when viewed in a plane, when the reflow process is performed on the second seed pattern 162, the semi-spherical second lens pattern 172 having a convex shape is formed. ) May be formed.

상기 제2 렌즈패턴(172)이 리플로우 공정을 통해 형성되므로 상기 제2 렌즈패턴(172)은 상기 제2 컬러필터(52)를 모두 덮도록 형성될 수 있다. 또는 상기 제2 렌즈패턴(172)은 상기 제2 컬러필터(52) 보다 넓은 너비를 갖도록 형성되어 상기 제2 컬러필터(52) 양측의 제1 또는 제3 컬러필터(51, 53)의 가장자리 영역까지 형성될 수 있다. Since the second lens pattern 172 is formed through a reflow process, the second lens pattern 172 may be formed to cover all of the second color filters 52. Alternatively, the second lens pattern 172 is formed to have a wider width than the second color filter 52, so that edge regions of the first or third color filters 51 and 53 on both sides of the second color filter 52 are formed. It can be formed up to.

상기 제2 렌즈패턴(172)은 원형의 패턴 마스크(300)를 사용하여 형성된 상기 제2 시드패턴(162)을 리플로우하여 형성되므로 가로, 세로 및 대각선의 곡률반경이 일정한 형태로 형성될 수 있다. Since the second lens pattern 172 is formed by reflowing the second seed pattern 162 formed using the circular pattern mask 300, the curvature radiuses of the horizontal, vertical, and diagonal lines may be formed in a constant shape. .

도 4를 참조하여, 상기 제2 렌즈패턴(172)이 형성된 상기 컬러필터 어레이(50) 상에 코팅층(190)이 형성된다. 상기 코팅층(190)은 상기 제2 렌즈패턴(172)을 포함하는 컬러필터 어레이(50) 상에 형성되어 상기 제2 렌즈패턴(172) 및 컬러필터 어레이(50)의 표면을 보호할 수 있다. 상기 코팅층(190)은 소수성 물질로 형성될 수 있다. Referring to FIG. 4, a coating layer 190 is formed on the color filter array 50 on which the second lens pattern 172 is formed. The coating layer 190 may be formed on the color filter array 50 including the second lens pattern 172 to protect the surfaces of the second lens pattern 172 and the color filter array 50. The coating layer 190 may be formed of a hydrophobic material.

예를 들어, 상기 코팅층(190)은 포토레지스트와 같은 소수성 물질을 스핀코팅하여 형성될 수 있다. For example, the coating layer 190 may be formed by spin coating a hydrophobic material such as a photoresist.

도 5를 참조하여, 상기 제2 렌즈패턴(172) 상에 포토레지스트 패턴(350)이 형성된다. 상기 포토레지스트 패턴(350)은 상기 제2 컬러필터(52)에 대응하도록 상기 제2 렌즈패턴(172) 상에 형성되어 상기 제1 내지 제3 컬러필터(51,53)에 대응하는 상기 코팅층(190)을 노출시킬 수 있다. 또한, 상기 포토레지스트 패턴(350)은 상기 제2 컬러필터(52)와 동일한 크기 및 형태로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 포토레지스트 패턴(350)은 상기 제2 컬러필터(52) 상부의 상기 제2 렌즈패턴(172)을 제외한 나머지 영역을 노출시킬 수 있다. Referring to FIG. 5, a photoresist pattern 350 is formed on the second lens pattern 172. The photoresist pattern 350 is formed on the second lens pattern 172 so as to correspond to the second color filter 52 and the coating layer corresponding to the first to third color filters 51 and 53. 190). In addition, the photoresist pattern 350 may be formed in the same size and shape as the second color filter 52. Therefore, the photoresist pattern 350 may expose the remaining region except for the second lens pattern 172 on the second color filter 52.

도 6 및 도 7을 참조하여, 상기 제2 컬러필터(52) 상에 제2 마이크로렌즈(182) 및 코팅패턴(192)이 형성된다. 상기 제2 마이크로렌즈(182)는 상기 제2 컬러필터(52)와 동일한 크기로 형성되고 그 상부표면은 구면으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 코팅패턴(192)은 상기 제2 마이크로렌즈(182)의 상부 표면에만 형성될 수 있다. 6 and 7, a second microlens 182 and a coating pattern 192 are formed on the second color filter 52. The second microlens 182 may have the same size as that of the second color filter 52, and an upper surface thereof may have a spherical surface. In addition, the coating pattern 192 may be formed only on an upper surface of the second microlens 182.

상기 제2 마이크로렌즈(182) 및 코팅패턴(192)은 상기 포토레지스트 패 턴(350)을 식각마스크로 사용하여 상기 제1 및 제3 컬러필터(51, 53) 상부의 제2 렌즈패턴(172) 및 코팅층(190)을 제거함으로써 상기 제2 컬러필터(52) 상에만 형성될 수 있다. 이후, 상기 포토레지스트 패턴(350)을 애싱공정등에 의하여 제거한다. The second microlens 182 and the coating pattern 192 may use the photoresist pattern 350 as an etching mask to form the second lens pattern 172 on the first and third color filters 51 and 53. ) And the coating layer 190 may be formed only on the second color filter 52. Thereafter, the photoresist pattern 350 is removed by an ashing process or the like.

그러면, 상기 제2 마이크로렌즈(182)의 상부 표면은 구면형태로 형성되고 외각의 측벽들은 사각의 형태로 형성될 수 있다. 즉 상기 제2 마이크로렌즈(182)를 평면상으로 보았을 때 상기 제2 컬러필터(52)와 동일한 사각의 형태로 형성되고 그 상부 표면은 볼록한 구면을 가질 수 있다. Then, the upper surface of the second microlens 182 may be formed in a spherical shape, and the outer sidewalls may be formed in a quadrangular shape. That is, when the second microlens 182 is viewed in a plan view, the second microlens 182 may be formed in the same square shape as the second color filter 52, and the upper surface thereof may have a convex spherical surface.

이미지 센서의 마이크로렌즈는 가로, 세로 및 대각선의 길이가 모두 동일한 곡률반경으로 형성되어야만 광감도가 향상될 수 있다. 실시예에서는 상기 제2 마이크로렌즈(182)의 상부 표면은 구면으로 형성되어 수차가 감소되므로 광감도를 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 제2 마이크로렌즈(182)의 외각면은 상기 제2 컬러필터(52)를 모두 가리도록 사각 형태로 형성되어 필 팩터(fill-factor)는 향상시킬 수 있다. The microlenses of the image sensor may have improved curvature sensitivity only when the horizontal, vertical, and diagonal lengths of the microlenses are the same. In an exemplary embodiment, the upper surface of the second microlens 182 is formed in a spherical surface, thereby reducing aberration, thereby improving light sensitivity. In addition, an outer surface of the second microlens 182 may be formed in a quadrangular shape so as to cover all of the second color filters 52, thereby improving a fill factor.

도 8을 참조하여, 상기 제1 및 제3 컬러필터(51,53) 상에 제1 시드패턴(161)이 형성된다. 상기 제1 시드패턴(161)은 상기 컬러필터 어레이(50) 상에 마이크로렌즈 형성용 포토레지스트를 스핀공정을 통해 도포하여 포토레지스트막을 형성한다. 이후, 상기 포토레지스트막을 노광 및 현상하여 상기 제1 및 제3 컬러필터(51,53) 상에 제1 시드패턴(161)을 형성한다. 상기 제1 시드패턴(161) 형성시 사용되는 마스크는 사각의 마스크일 수 있다. 한편, 상기 제1 시드패턴(161)은 상기 상기 제2 시드패턴(162)을 형성할 때 사용했던 마스크와 동일한 마스크를 사용하여 형성될 수도 있다. Referring to FIG. 8, first seed patterns 161 are formed on the first and third color filters 51 and 53. The first seed pattern 161 forms a photoresist film by applying a microlens forming photoresist on the color filter array 50 through a spin process. Thereafter, the photoresist film is exposed and developed to form first seed patterns 161 on the first and third color filters 51 and 53. The mask used when forming the first seed pattern 161 may be a rectangular mask. Meanwhile, the first seed pattern 161 may be formed using the same mask as the mask used to form the second seed pattern 162.

한편, 상기 제2 마이크로렌즈(182) 상부 표면에는 코팅패턴(192)이 형성되어 있으므로 상기 제1 시드패턴(161) 형성을 위한 노광 및 현상공정시 상기 제2 마이크로렌즈(182)가 변형되는 것을 방지할 수 있다.Meanwhile, since the coating pattern 192 is formed on the upper surface of the second microlens 182, the second microlens 182 is deformed during the exposure and development processes for forming the first seed pattern 161. It can prevent.

도 9를 참조하여, 상기 제1 및 제3 컬러필터(51,53) 상에 제1 마이크로렌즈(181)가 형성된다. 상기 제1 마이크로렌즈(181)는 상기 제1 시드패턴(161)에 대한 리플로우 공정을 실시하여 형성될 수 있다. 따라서, 상기 제1 시드패턴(161)에 대한 리플로우 공정을 진행하면 상부 표면이 볼록한 구면을 가지는 제1 마이크로렌즈(181)가 형성될 수 있다. 특히, 상기 제1 시드패턴(161)에 대한 리플로우를 진행할 때 리플로우 되는 물질이 상기 제2 마이크로렌즈(182)의 측면에는 잘 접착하여 퍼지다가 상기 제2 마이크로렌즈(182)의 표면인 코팅패턴(192)에 도달하면 더 이상 퍼지지 않고 볼록해지게 된다. 즉, 상기 제1 마이크로렌즈(181)는 상기 제2 마이크로렌즈(182)의 표면에 형성된 코팅패턴(192)의 의하여 상부 표면은 볼록한 구면을 가지게 되고 외각면은 사각 형태를 가지게 될 수 있다. Referring to FIG. 9, first microlenses 181 are formed on the first and third color filters 51 and 53. The first microlens 181 may be formed by performing a reflow process on the first seed pattern 161. Accordingly, when the reflow process is performed on the first seed pattern 161, a first microlens 181 having a convex spherical surface may be formed. Particularly, when the reflow of the first seed pattern 161 is performed, the material to be reflowed adheres well to the side surfaces of the second microlens 182 and is coated on the surface of the second microlens 182. When the pattern 192 is reached, it becomes convex rather than spreading. That is, the first microlens 181 may have a convex spherical surface and an outer surface may have a rectangular shape by the coating pattern 192 formed on the surface of the second microlens 182.

한편, 실시예에서는 상기 제2 마이크로렌즈(182) 형성 후 제1 마이크로렌즈(181)가 형성되는 것을 예로 하였지만, 상기 제1 마이크로렌즈(181) 형성 후 제2 마이크로렌즈(182)를 형성할 수도 있다. Meanwhile, in the exemplary embodiment, the first microlens 181 is formed after the second microlens 182 is formed, but the second microlens 182 may be formed after the first microlens 181 is formed. have.

도 10은 도 9를 개략적으로 도시한 평면도이다.FIG. 10 is a plan view schematically illustrating FIG. 9.

도 10의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 마이크로 렌즈는 상부 표면은 구면으로 형성되고 외각은 사각의 형태로 형성됨으로써 상기 제1 및 제2 마 이크로 렌즈의 가로, 세로, 및 대각선 길이가 일정하게 형성될 수 있다. As shown in (a) and (b) of FIG. 10, the first and second micro lenses have a top surface formed in a spherical shape and an outer shell formed in a quadrangular shape so that the first and second micro lenses have a horizontal width. , Vertical, and diagonal lengths can be formed uniformly.

실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법에 의하면, 더블렌즈를 제작함에 있어서 렌즈의 상부표면이 구면으로 형성되고 외각의 형태는 사각으로 형성되어 필팩터의 손실없이 집광효율을 높임으로써 감도를 향상시킬 수 있다.According to the manufacturing method of the image sensor according to the embodiment, in manufacturing a double lens, the upper surface of the lens is formed in a spherical shape and the outer shell is formed in a square shape to improve the light condensing efficiency without loss of fill factor to improve sensitivity. have.

또한, 제2 마이크로렌즈를 형성할 때 원형의 마스크를 사용하여 렌즈패턴을 구면으로 형성한 후 외측면의 형태를 사각으로 형성될 수 있다. In addition, when the second microlens is formed, the lens pattern may be spherically formed using a circular mask, and then the outer surface may be formed in a square shape.

또한, 제2 마이크로렌즈의 표면에 소수성이 있는 코팅패턴을 형성함으로써 후속으로 형성되는 제1 마이크로렌즈의 상부표면은 구면으로 형성되고 외측면은 사각으로 형성될 수 있다. In addition, by forming a hydrophobic coating pattern on the surface of the second microlens, the upper surface of the first microlens, which is subsequently formed, may be formed in a spherical surface, and the outer surface may be formed in a square.

이상과 같이 실시예 따른 이미지 센서 및 그 제조방법을 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사항 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다. As described above with reference to the drawings illustrating an image sensor and a manufacturing method according to an embodiment, the present invention is not limited by the embodiments and drawings disclosed herein, those skilled in the art within the technical scope of the present invention Of course, various modifications may be made.

도 1 내지 도 9는 실시예에 따른 이미지센서의 제조공정을 나타내는 단면도이다.1 to 9 are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of an image sensor according to an embodiment.

도 10은 실시예에 따른 이미지센서를 개략적으로 나타내는 평면도이다.10 is a plan view schematically illustrating an image sensor according to an exemplary embodiment.

도 11 및 도 12는 종래의 기술에 따른 이미지센서를 개략적으로 나타내는 평면도이다.11 and 12 are plan views schematically illustrating image sensors according to the related art.

Claims (8)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 반도체 기판에 복수개의 단위화소를 형성하는 단계;Forming a plurality of unit pixels on the semiconductor substrate; 상기 단위화소에 대응하도록 상기 반도체 기판 상에 제1 컬러필터, 제2 컬러필터 및 제3 컬러필터를 포함하는 컬러필터 어레이를 형성하는 단계;Forming a color filter array including a first color filter, a second color filter, and a third color filter on the semiconductor substrate so as to correspond to the unit pixel; 상기 제2 컬러필터 상에 그 표면은 구면으로 형성되고 외각은 사각의 형태를 가지는 제2 마이크로렌즈를 형성하는 단계;Forming a second microlens on the second color filter, the surface of which is formed as a spherical surface and whose outer shell is rectangular in shape; 상기 제2 마이크로렌즈의 표면에 코팅패턴을 형성하는 단계; 및Forming a coating pattern on a surface of the second microlens; And 상기 제1 및 제3 컬러필터 상에 그 표면은 구면으로 형성되고 외각은 사각의 형태를 가지는 제1 마이크로렌즈를 형성하는 단계;를 포함하며,And forming a first microlens on the first and third color filters, the surface of which is formed as a spherical surface and the outer surface of which has a rectangular shape. 상기 제2 마이크로렌즈 및 코팅패턴을 형성하는 단계는, Forming the second microlens and the coating pattern, 상기 제2 컬러필터 상에 렌즈용 물질을 도포하고 패터닝하여 제2 시드패턴을 형성하는 단계;    Forming a second seed pattern by coating and patterning a lens material on the second color filter; 상기 제2 시드패턴에 대한 리플로우 공정을 진행하여 상기 제2 컬러필터의 너비보다 넓고 반구형태로 형성된 제2 렌즈패턴을 형성하는 단계;    Performing a reflow process on the second seed pattern to form a second lens pattern wider than the width of the second color filter and formed in a hemispherical shape; 상기 제2 렌즈패턴을 포함하는 컬러필터 어레이 상에 코팅층을 형성하는 단계;     Forming a coating layer on the color filter array including the second lens pattern; 상기 제2 컬러필터의 형태 및 위치에 대응하도록 상기 코팅층 상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;    Forming a photoresist pattern on the coating layer to correspond to the shape and position of the second color filter; 상기 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 사용하여 상기 제2 컬러필터 상부를 제외한 나머지 영역의 코팅층 및 제2 렌즈패턴을 제거하는 단계;를 포함하는 이미지센서의 제조방법.    Removing the coating layer and the second lens pattern of the remaining areas except the upper part of the second color filter by using the photoresist pattern as an etching mask. 삭제delete 반도체 기판에 복수개의 단위화소를 형성하는 단계;Forming a plurality of unit pixels on the semiconductor substrate; 상기 단위화소에 대응하도록 상기 반도체 기판 상에 제1 컬러필터, 제2 컬러필터 및 제3 컬러필터를 포함하는 컬러필터 어레이를 형성하는 단계;Forming a color filter array including a first color filter, a second color filter, and a third color filter on the semiconductor substrate so as to correspond to the unit pixel; 상기 제2 컬러필터 상에 그 표면은 구면으로 형성되고 외각은 사각의 형태를 가지는 제2 마이크로렌즈를 형성하는 단계;Forming a second microlens on the second color filter, the surface of which is formed as a spherical surface and whose outer shell is rectangular in shape; 상기 제2 마이크로렌즈의 표면에 코팅패턴을 형성하는 단계; 및Forming a coating pattern on a surface of the second microlens; And 상기 제1 및 제3 컬러필터 상에 그 표면은 구면으로 형성되고 외각은 사각의 형태를 가지는 제1 마이크로렌즈를 형성하는 단계;를 포함하며,And forming a first microlens on the first and third color filters, the surface of which is formed as a spherical surface and the outer surface of which has a rectangular shape. 상기 제1 마이크로렌즈를 형성하는 단계는,Forming the first microlens, 상기 제1 및 제3 컬러필터 상에 제1 시드패턴을 형성하는 단계;     Forming a first seed pattern on the first and third color filters; 상기 제1 시드패턴에 대한 리플로우 공정을 진행하는 단계를 포함하고,     Performing a reflow process on the first seed pattern; 상기 제1 시드패턴이 리플로우 될 때 상기 코팅패턴에 의하여 상기 제1 마이크로렌즈의 상부 표면이 구면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.   And the upper surface of the first microlens is spherical by the coating pattern when the first seed pattern is reflowed. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 코팅패턴은 소수성 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.The coating pattern is a manufacturing method of the image sensor, characterized in that formed with a hydrophobic material. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 제2 시드패턴을 형성할 때 원형 마스크가 사용되는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.And a circular mask is used to form the second seed pattern.
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