KR20010061078A - 정확한 컬러이미지 구현을 위한 이미지센서 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
입사광을 컬러비율 1:1:1로 조절하여 정확한 컬러이미지를 구현하는데 적합한 이미지센서 제조 방법에 관한 것으로, 단위화소에 입사되는 광량을 1:1:1로 근접시키기 위하여 상기 각 컬러별 단위화소에 대응하는 마이크로렌즈 또는 컬러필터 또는 포토다이오드의 크기를 서로 다르게 형성하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 이미지센서 제조 방법에 관한 것으로, 정확한 컬러이미지 구현을 위한 컬러필터배열의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 이미지센서(Image Sensor)로는 CCD(Charge coupled device) 이미지센서와 CMOS 이미지센서가 있는데, 최근에는 주로 CMOS 이미지센서기술이 완성 단계에 이르러 상용화에 이르고 있다.
그리고 CMOS 이미지센서의 단위픽셀(Unit Pixel)는 빛을 감지하는 광감지부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이타화하는 로직회로 부분으로 구성되어 있다. 광감도 (Sensitivity)를 높이기 위하여 전체 단위픽셀에서 광감지부분의 면적이 차지하는 비율(Fill factor)을 크게하려는 노력이 진행되고 있지만, 근본적으로 로직회로 부분을 제거할 수 없기 때문에 제한된 면적하에서 이러한 노력에는 한계가 있다. 따라서 광감도를 높여주기 위하여 광감지부분 이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 바꿔서 광감지 부분으로 모아주는 집광기술이 등장하였는데, 이러한 기술이 바로 마이크로 렌즈(Microlens; ML) 형성 기술이다. 또한 , 컬러이미지를 구현하기 위한 이미지센서는 외부로부터의 빛을 받아 광전하를 생성 및 축적하는 광감지부분 상부에 컬러필터(Color filter)가 순차적으로 배열되어 있다. 상기의 칼라필터배열 (Color Filter Array; CFA)은 적색(Red), 초록색(Green) 및 청색(Blue)의 3가지 컬러로 이루어지거나, 황색(Yellow), 자황색(Magenta) 및 청록색(Cyan)의 3가지 컬러로 이루어질 수 있다.
도 1 에 도시된 바와 같이, 종래기술의 이미지센서는 실리콘기판(11) 에 단위화소(Unit picxel)간 분리를 위한 필드절연막(12)을 형성하고, 상기 필드절연막 (12)을 제외한 실리콘기판(11)에 불순물 이온주입이나 확산에 의해 수광영역인 포토다이오드(13)를 형성한다.
그리고 상기 포토다이오드(13) 상부에는 금속배선간 절연을 위한 층간절연막 및 소자보호막(14)을 형성하는데, 여기서 상기 절연막들로는 TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate) 와 BPSG(Boro Phophorous Silicate Glass)를 포함한 PMD(Pre-Metal Dielectric), SOG(Spin On Glass)막등이 이용된다. 또한 상기 소자보호막으로는 산화막 또는 질화막, 또는 상기 산화막 및 질화막의 적층구조로 이루어진다.
이어 상기 층간절연막 및 소자보호막(14) 상부에 컬러이미지 구현을 위한 컬러감광막(Color Photoresist)을 도포하고 순차적으로 현상하여 적색컬러필터(R) (15), 녹색컬러필터 (G)(16), 청색컬러필터(B)(17)의 컬러필터배열(CFA)을 구현한다.
이어 상기 컬러필터배열(CFA) 상부에 평탄화를 위하여 평탄층(18)을 형성하고 각 포토다이오드(13) 상에 빛을 집속하기 위한 일정폭의 마이크로렌즈(19)를 형성한다.
이와 같은 종래기술의 이미지센서 제조 방법에서는 마이크로렌즈의 넓이를각 컬러필터에 모두 일정하게 하였을 때, 각 필터들의 파장이 다르고 그에 따른 광의 투과도(도 2), 투과깊이 및 흡수계수(도 3)가 각각 다르다. R,G,B 각각의 흡수계수(Absorption coefficient)는 R<G<B순이기 때문에 컬러 B 가 가장 흡수계수가 커서 실리콘기판으로 깊게 투과하지 못한다. 즉 흡수계수가 클수록 광의 투과깊이가 낮으므로 투과깊이는 반대로 R>G>B순으로 된다. 따라서 일정시간 동안 일정량의 광을 포토다이오드로 입사시켰을 때 R,G,B 각각이 받아들이는 광자의 량은 다르게 되어 각각의 출력데이터값(출력코드값)이 R>G>B 순으로 다르다.
때문에, 도 4와 같이 R,G,B출력 곡선의 기울기가 달라서 임의의 컬러를 보다 정확하게 구현하기 어렵다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 컬러필터배열 상부의 마이크로렌즈를 각각 다르게 형성하여 정확한 컬러이미지 구현을 위한 이미지센서 제조 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
도 1 은 종래기술에 따른 이미지센서를 나타낸 도면,
도 2 는 종래기술에 따른 입사광의 투과도를 나타낸 도면,
도 3 은 종래기술에 따른 입사광의 흡수계수를 나타낸 도면,
도 4 는 종래기술에 따른 광집적시간에 따른 출력데이터값을 나타낸 도면,
도 5 는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서를 나타낸 도면,
도 6 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지센서를 나타낸 도면,
도 7 은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이미지센서를 나타낸 도면,
도 8 은 본 발명의 실시예에 따른 광집적시간에 따른 출력데이터값을 나타낸 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
31 : 실리콘기판 32 : 필드절연막
33 : 포토다이오드 34 : 층간절연막 및 소자보호막
35,36,37 : 컬러필터배열 38 : 평탄층
39,40,41 : 마이크로렌즈
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서 제조 방법은 제1,2,3컬러의 단위화소어레이를 갖는 이미지센서에 있어서, 상기 제1,2,3컬러의 단위화소에 입사되는 광량을 1:1:1로 근접시키기 위하여 상기 각 컬러별 단위화소에 대응하는 마이크로렌즈의 크기를 서로 다르게 형성하는 것을 특징으로 하고, 다른 실시예에 따른 이미지센서의 제조 방법은 제1,2,3컬러의 단위화소에 입사되는 광량을 1:1:1로 근접시키기 위하여 상기 각 컬러별 단위화소에 대응하는 컬러필터의 두께를 서로 다르게 형성하는 것을 특징으로 하고, 또 다른 이미지센서의 제조 방법은 제1,2,3컬러의 단위화소에 입사되는 광량을 1:1:1로 근접시키기 위하여 상기 각 컬러별 단위화소에 대응하는 포토다이오드의 크기를 서로 다르게 형성하는 것을 특징으로 한다.
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 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 5 는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서를 나타낸 도면으로서, 실리콘기판(31)에 단위화소(Unit pixel)간 분리를 위한 필드절연막(32)을 형성하고, 상기 필드절연막(32)을 제외한 실리콘기판(31)에 불순물 이온주입이나 확산에 의해 수광영역인 포토다이오드(33a,33b,33c)를 형성한다.
그리고 상기 포토다이오드(33a,33b,33c) 상부에는 금속배선간 절연을 위한 층간절연막 및 소자보호막(34)을 형성하는데, 여기서 상기 절연막들로는 TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate) 와 BPSG(Boro Phophorous Silicate Glass)를 포함한 PMD(Pre-Metal Dielectric), SOG(Spin On Glass)막등이 이용된다. 또한 상기 소자보호막으로는 산화막 또는 질화막, 또는 상기 산화막 및 질화막의 적층구조로 이루어진다. 그리고 상기 층간절연막 상에 단층, 이층 또는 삼층 구조의 금속배선이 형성될 수 있다.
이어 상기 층간절연막 및 소자보호막(34) 상부에 컬러이미지 구현을 위한 컬러감광막(Color Photoresist)을 도포하고 순차적으로 현상하여 적색컬러필터(R) (35), 녹색컬러필터(G)(36), 청색컬러필터(B)(37)의 컬러필터배열(CFA)을 형성한다.
이어 상기 컬러필터배열(CFA) 상부에 평탄화를 위하여 평탄층(38)을 형성하고 빛을 집속하며 상기 포토다이오드(33a,33b,33c)에 대향하는 일정폭의 마이크로렌즈(39,40,41)를 형성한다. 이 때 각각의 마이크로렌즈(39,40,41)의 너비를 청색, 녹색, 적색(R<G<B)순으로 크게하여(d1<d2<d3) 각각 받아들이는 광자량(Photon flus)을 조절하므로써 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 컬러비율을 1:1:1로 근접하게 만들어 임의의 컬러를 보다 정확하게 구현할 수 있다.
이처럼 마이크로렌즈(39,40,41)의 크기를 다르게 하는 이유는 흡수계수가 청색, 녹색, 적색(R<G<B) 순이고 투과깊이 및 같은 광집적시간 동안의 데이터코드값이 적색, 녹색, 청색(R>G>B) 순이기 때문에 마이크로렌즈(39,40,41) 크기는 역으로 크기를 달리한다. 또한 정확한 마이크로렌즈 크기의 비율은 실험을 통하여 알수있지만 데이터코드로 대략 계산해보면 약 1:1.2:1.4 정도이다.
도 6 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지센서를 나타낸 도면으로서, 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 컬러비율을 조절할 수 있는 다른 방법을 나타내고 있다.
이를 자세히 설명하면, 단위화소간 분리를 위한 필드절연막(32), 포토다이오드(33a,33b,33c), 층간절연막 및 소자보호막(34)이 형성된 이미지센서에 있어서, 컬러필터배열(CFA) 형성시 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 각각의 컬러필터(35,36,37)의 두께를 다르게 한다. 즉 적색, 녹색, 청색(R>G>B) 순으로 형성되는 컬러필터의 두께를 얇게 하여(d4>d5>d6) RGB 컬러비율을 1:1:1로 근접하게 형성할 수 있다. 그리고 마이크로렌즈(39,40,41)의 크기는 모두 동일 조건을 사용하고 있다.
도 7 은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이미지센서를 나타낸 도면으로서, 포토다이오드(33a,33b,33c)의 폭을 조절하여 컬러비율을 조절하는 것을 나타낸다.
즉 실리콘기판(31)에 포토다이오드(33a,33b,33c) 영역을 형성할 시 RGB 컬러에 해당하는 포토다이오드(33a,33b,33c)의 폭을 청색, 녹색, 적색(R<G<B) 순으로 크게하여(d7<d8<d9), 입사되는 광자량을 조절하므로써 RGB 컬러비율을 1:1:1로 조절한다.
이와 같이 본 발명에서는, 도 8 에 도시된 것처럼, 적색, 녹색 및 청색 컬러비율이 1:1:1이 되도록 마이크로렌즈, 컬러필터, 포토다이오드를 조절하여 정확한 컬러이미지를 구현할 수 있다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 본 발명은 마이크로렌즈, 컬러필터 또는 포토다이오드를 공정조건을변화시켜 입사되는 광자량을 1:1:1로 근접하게 조절하므로써 정확한 컬러이미지를 구현하여 이미지센서의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
Claims (6)
- 제1,2,3컬러의 단위화소어레이를 갖는 이미지센서에 있어서,상기 제1,2,3컬러의 단위화소에 입사되는 광량을 1:1:1로 근접시키기 위하여 상기 각 컬러별 단위화소에 대응하는 마이크로렌즈의 크기를 서로 다르게 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제1,2,3컬러는 각각 적색, 녹색, 청색이며, 상기 마이크로렌즈의 크기는 적색화소에 대응되는 제1마이크로렌즈보다 녹색화소에 대응되는 제2마이크로렌즈가 더 크고, 상기 제2마이크로렌즈보다 청색화소에 대응되는 제3마이크로렌즈가 더 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조 방법.
- 제1,2,3컬러의 단위화소어레이를 갖는 이미지센서에 있어서,상기 제1,2,3컬러의 단위화소에 입사되는 광량을 1:1:1로 근접시키기 위하여 상기 각 컬러별 단위화소에 대응하는 컬러필터의 두께를 서로 다르게 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조 방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 제1,2,3컬러는 각각 적색, 녹색, 청색이며, 상기 컬러필터의 두께는 적색화소에 대응되는 제1컬러필터보다 녹색화소에 대응되는 제2컬러필터의 두께가 더 작고, 상기 제2컬러필터보다 청색화소에 대응되는 제3컬러필터의 두께가 더 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조 방법.
- 제1,2,3컬러의 단위화소어레이를 갖는 이미지센서에 있어서,상기 제1,2,3컬러의 단위화소에 입사되는 광량을 1:1:1로 근접시키기 위하여 상기 각 컬러별 단위화소에 대응하는 포토다이오드의 크기를 서로 다르게 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조 방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 제1,2,3컬러는 각각 적색, 녹색, 청색이며, 상기 포토다이오드의 크기는 적색화소에 대응되는 제1포토다이오드보다 녹색화소에 대응되는 제2포토다이오드가 더 크고, 상기 제2포토다이오드보다 청색화소에 대응되는 제3포토다이오드가 더 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조 방법.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |