KR20050103772A - Image sensor with double lense and the fabricating method thereof - Google Patents

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KR20050103772A
KR20050103772A KR1020040029069A KR20040029069A KR20050103772A KR 20050103772 A KR20050103772 A KR 20050103772A KR 1020040029069 A KR1020040029069 A KR 1020040029069A KR 20040029069 A KR20040029069 A KR 20040029069A KR 20050103772 A KR20050103772 A KR 20050103772A
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김은지
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매그나칩 반도체 유한회사
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Abstract

본 발명은 이미지센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 기존의 마이크로렌즈 상에 자그마한 마이크로렌즈를 하나 더 구비한 이미지센서 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에서는 원래의 마이크로렌즈 상에 크기가 상대적으로 작은 마이크로렌즈를 하나 더 적층하여 형성함으로서, 수광되는 빛의 손실을 감소시킬 수 있었다. 이를 위한 본 발명은 마이크로렌즈를 구비한 이미지센서에 있어서, 수광소자가 형성된 반도체 기판; 상기 반도체 기판 상에 형성된 페시베이션막; 상기 페시베이션막 상에 형성된 칼라필터; 상기 칼라필터 상에 형성되며, 돔 형태를 갖는 제 1 마이크로렌즈; 및 상기 제 1 마이크로렌즈 상에 형성되며, 돔 형태를 갖는 제 2 마이크로렌즈를 포함하여 이루어진다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image sensor and a method of manufacturing the same, and more particularly, to an image sensor including a small microlens on an existing microlens and a method of manufacturing the same. In the present invention, by forming one more microlens with a relatively small size on the original microlens, it is possible to reduce the loss of received light. To this end, the present invention provides an image sensor having a microlens, comprising: a semiconductor substrate having a light receiving element; A passivation film formed on the semiconductor substrate; A color filter formed on the passivation film; A first micro lens formed on the color filter and having a dome shape; And a second microlens formed on the first microlens and having a dome shape.

Description

더블렌즈를 구비한 이미지센서 및 그 제조방법{IMAGE SENSOR WITH DOUBLE LENSE AND THE FABRICATING METHOD THEREOF} Image sensor with double lens and manufacturing method thereof {IMAGE SENSOR WITH DOUBLE LENSE AND THE FABRICATING METHOD THEREOF}

본 발명은 이미지센서 및 그 제조방법에 관한 것으로 특히, 더블 마이크로렌즈를 구비한 이미지센서 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에서는 기존의 마이크로렌즈 상에 크기가 상대적으로 작은 또 하나의 마이크로렌즈를 적층하여 형성함으로써 입사하는 빛의 집광효율을 향상시킬 수 있었다. The present invention relates to an image sensor and a method of manufacturing the same, and more particularly, to an image sensor having a double microlens and a method of manufacturing the same. In the present invention, by stacking another microlens with a relatively small size on an existing microlens, the light condensing efficiency of incident light can be improved.

일반적으로, 이미지센서라 함은 광학 영상(optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 크게 시모스 이미지센서와 전하결합소자로 나눌 수 있다. In general, an image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal, and may be roughly divided into a CMOS image sensor and a charge coupled device.

이 중에서 전하결합소자(CCD : charge coupled device)는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 캐패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, 시모스 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.Among them, a charge coupled device (CCD) is a device in which charge carriers are stored and transported in a capacitor while individual metal-oxide-silicon (MOS) capacitors are located very close to each other. It is a device that adopts the switching method that detects the output by using MOS transistor as many as pixel by using CMOS technology that uses control circuit and signal processing circuit as peripheral circuit. .

그리고, 이미지센서는 빛을 감지하는 광감지 부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 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.

도1a 내지 도1d는 종래기술에 따른 시모스 이미지센서의 제조공정을 도시한 공정단면도로서 이를 참조하여 종래기술을 설명하면 다음과 같다. 1A to 1D are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a CMOS image sensor according to the prior art.

먼저, 반도체 기판(11) 상에 활성영역과 필드영역을 정의하는 필드산화막(미도시)을 형성한다. 여기서 반도체 기판으로는 p형 기판이 주로 사용된다. 다음으로, 활성영역 상의 일정영역에 포토다이오드(12)를 형성한다.First, a field oxide film (not shown) defining an active region and a field region is formed on the semiconductor substrate 11. Here, the p-type substrate is mainly used as the semiconductor substrate. Next, the photodiode 12 is formed in a predetermined region on the active region.

도1a에는 자세히 도시되어 있지 않지만, 포토다이오드(12)는 통상적으로 n형 이온주입영역과 p형 이온주입영역으로 구성되며, p형 기판과 더불어 p/n/p 포토다이오드를 형성하는 것이 통상적이다. 하지만 설명의 편의를 위하여 도1a에서는 단순히 '포토다이오드' 라고만 표시하였다.Although not shown in detail in FIG. 1A, the photodiode 12 is typically composed of an n-type ion implantation region and a p-type ion implantation region, and it is common to form a p / n / p photodiode with a p-type substrate. . However, for convenience of description, only the photodiode is shown in FIG. 1A.

다음으로 도1a에는 도시되어 있지 않지만 트랜지스터의 게이트 패터닝공정이 진행된다. 이와같이 소자분리막과 포토다이오드(12) 및 트랜지스터 등을 비롯한 관련소자들이 형성된 이후에, 반도체 기판(11) 상에는 금속배선전 절연막(Pre Metal Dielectrics : PMD), 층간절연막(IMD) 등의 각종 절연막이 형성되며, 또한 복수층의 금속배선이 형성된다. 하지만, 도1a에서는 설명의 편의를 위해 이들을 모두 포함하여 하나의 절연막(14)으로 표시하였다.Next, although not shown in FIG. 1A, a gate patterning process of the transistor is performed. After the device isolation film and related devices including the photodiode 12 and the transistor are formed, various insulating films such as pre metal dielectric (PMD) and interlayer insulating film (IMD) are formed on the semiconductor substrate 11. In addition, a plurality of metal wirings are formed. However, in FIG. 1A, all of them are shown as one insulating film 14 for convenience of description.

또한, 도1a에는 제 1 금속배선(13)과 최종금속배선(15)이 도시되어 있으며, 최종금속배선(15)의 상부에는 습기나 스크래치로부터 소자를 보호하기 위한 페시베이션막(16)이 형성된다.In addition, the first metal wiring 13 and the final metal wiring 15 are shown in FIG. 1A, and a passivation film 16 is formed on the top of the final metal wiring 15 to protect the device from moisture and scratches. do.

다음으로, 페시베이션막(16) 상에는 칼라필터(17)가 형성되는데, 칼라필터는 칼라필터 형성용 물질을 도포하고, 이를 적절한 마스크를 이용하여 패턴닝하는 방식을 이용하여 형성되며, 칼라필터 형성용 물질로는 염색된 포토레지스트가 주로 사용되고 있다. Next, a color filter 17 is formed on the passivation film 16. The color filter is formed by applying a color filter forming material and patterning it using an appropriate mask. Dyeing photoresist is mainly used as a solvent.

그리고, 도1a에는 도시되어 있지 않지만 페시베이션막(16)과 칼라필터(17) 사이에는 평탄화막이 개재될 수도 있으며, 또는 도1a에서처럼 페시베이션막(16) 상에 곧바로 칼라필터(17)가 형성될 수도 있다.Although not shown in FIG. 1A, a planarization film may be interposed between the passivation film 16 and the color filter 17, or the color filter 17 is formed directly on the passivation film 16 as shown in FIG. 1A. May be

전술한 칼라필터(17)는 통상적으로 염색된 포토레지스트가 사용되며, 각각의 단위화소마다 하나의 칼라필터(17)가 형성되어, 입사하는 빛으로부터 색을 분리해 낸다.As the color filter 17 described above, a dyed photoresist is typically used, and one color filter 17 is formed for each unit pixel to separate colors from incident light.

칼라필터는 통상적으로 레드(red), 그린(green), 블루(blue)의 3가지 색으로 이루어지며, 인접한 칼라필터들은 서로 약간씩 오버랩(overlap)되어 형성된다.The color filter is typically composed of three colors of red, green, and blue, and adjacent color filters are formed to overlap each other slightly.

이와같이 인접한 칼라필터가 서로 약간씩 오버랩되어 형성되기 때문에, 이로인한 단차가 발생하며, 이를 보완하기 위해 칼라필터(17) 상에 오버코팅 레이어(Over Coating Layer : OCL)(18)를 형성한다.Since the adjacent color filters are formed to overlap each other slightly in this way, a step is generated due to this, and an overcoat layer (OCL) 18 is formed on the color filter 17 to compensate for this.

빛을 집광하기 위한 마이크로렌즈는 평탄화된 표면 상에 형성되어야 하는데, 이를 위해서는 칼라필터로 인한 단차를 없애야 한다. 따라서, 전술한 바와같이 칼라필터(17) 상에 형성된 오버코팅 레이어(18)는 단차를 없애는 역할을 하며, 오버코팅 레이어 역시 감광막 계열의 막으로 이루어진다. Microlenses for collecting light must be formed on the flattened surface, which eliminates the step caused by the color filter. Therefore, as described above, the overcoating layer 18 formed on the color filter 17 serves to eliminate the step, and the overcoating layer is also made of a photoresist-based film.

다음으로 도1b 내지 도1c에 도시된 바와같이, 평탄화된 표면을 갖는 오버코팅 레이어(18) 상에 마이크로렌즈(19)가 형성된다. 마이크로렌즈(19)를 형성하는 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.Next, as shown in FIGS. 1B-1C, a microlens 19 is formed on the overcoating layer 18 having the planarized surface. A method of forming the microlens 19 will be described below.

먼저, 광 투과도가 높은 실리콘 산화막 계열의 감광성 포토레지스트(photo resist)를 스핀온 코팅장치(spin-on-coater)를 이용하여 도포한다. 다음으로 적절한 마스크를 사용한 패터닝 공정을 수행하여, 각각의 단위화소에 대응하는 각진 형태의 마이크로렌즈를 형성한다.First, a photosensitive photoresist of a silicon oxide film series having high light transmittance is applied by using a spin-on-coater. Next, a patterning process using an appropriate mask is performed to form an angular microlens corresponding to each unit pixel.

다음으로, 열공정을 적용하여 각진 형태의 마이크로렌즈를 플로우(flow) 시키면, 도1c에 도시된 바와같은 돔(dome) 형태의 마이크로렌즈를 얻을 수 있다.Next, when a microlens having an angular shape is flowed by applying a thermal process, a dome-shaped microlens as shown in FIG. 1C may be obtained.

도1d는 종래기술에 따라 완성된 시모스 이미지센서에서 입사광의 광로를 도시한 도면으로, 입사하는 빛은 마이크로렌즈(19)를 투과하여 칼라필터(17)를 거쳐서 포토다이오드(12)로 입사하고 있음을 알 수 있다. FIG. 1D illustrates an optical path of incident light in a CMOS image sensor completed according to the prior art, and incident light passes through the microlens 19 and enters the photodiode 12 through the color filter 17. It can be seen.

하지만, 종래기술에 따른 이미지센서에서는 마이크로렌즈를 통해 입사한 빛이 포토다이오드로 모두 입사하지 못하고 중간에 손실되는 양이 적지 않았기 때문에 광감도 특성이 저하되는 단점이 있었다. However, in the image sensor according to the related art, since the light incident through the microlenses does not enter all of the photodiodes and the amount of loss in the middle is not small, there is a disadvantage in that the light sensitivity characteristic is reduced.

즉, 종래기술에 따른 이미지센서에서는 하나의 마이크로렌즈를 통해 입사광을 굴절시켜 포토다이오드로 집광하고 있으나, 입사광이 포토다이오드에 도달하기 까지 금속배선, 층간절연막 등에 의해 굴절되고 반사됨으로써 최종적으로 포토다이오드로 도달하는 빛의 양이 많지 않았다.That is, in the image sensor according to the prior art, the incident light is refracted by one microlens to focus the photodiode. However, the incident light is refracted and reflected by the metallization, the interlayer insulating film, etc. until the incident light reaches the photodiode. There was not much light reaching.

이는 곧 색 재현성의 저하 및 세츄레이션(saturation) 특성의 저하를 유발하였는 문제로 작용하였다. This was a problem that caused the degradation of color reproducibility and degradation of saturation characteristics.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기존의 마이크로렌즈 상에 하나의 마이크로렌즈를 더 구비하여 빛의 집광도를 향상시킨 이미지센서 및 그 제조방법을 제공함을 목적으로 한다. The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an image sensor and a method of manufacturing the same, which further include one microlens on the existing microlens to improve light condensation.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 마이크로렌즈를 구비한 이미지센서에 있어서, 수광소자가 형성된 반도체 기판; 상기 반도체 기판 상에 형성된 페시베이션막; 상기 페시베이션막 상에 형성된 칼라필터; 상기 칼라필터 상에 형성되며, 돔 형태를 갖는 제 1 마이크로렌즈; 및 상기 제 1 마이크로렌즈 상에 형성되며, 돔 형태를 갖는 제 2 마이크로렌즈를 포함하여 이루어진다.The present invention for achieving the above object, the image sensor provided with a microlens, the semiconductor substrate having a light receiving element; A passivation film formed on the semiconductor substrate; A color filter formed on the passivation film; A first micro lens formed on the color filter and having a dome shape; And a second microlens formed on the first microlens and having a dome shape.

또한, 본 발명은 마이크로렌즈를 구비한 이미지센서의 제조방법에 있어서, 반도체 기판에 수광소자를 형성하는 단계; 상기 반도체 기판 상에 페시베이션막을 형성하는 단계; 상기 페시베이션막 상에 칼라필터를 형성하는 단계; 상기 칼라필터 상에 제 1 마이크로렌즈용 패턴을 패터닝하는 단계; 상기 제 1 마이크로렌즈용 패턴 상에 상기 제 1 마이크로렌즈용 패턴보다 크기가 작은 제 2 마이크로렌즈용 패턴을 패터닝 하는 단계; 및 상기 제 1 마이크로렌즈용 패턴과 상기 제 2 마이크로렌즈용 패턴을 각각 돔 형태의 제 1 마이크로렌즈와 제 2 마이크로렌즈로 변환시키는 단계를 포함하여 이루어진다. In addition, the present invention provides a method of manufacturing an image sensor having a microlens, comprising: forming a light receiving element on a semiconductor substrate; Forming a passivation film on the semiconductor substrate; Forming a color filter on the passivation film; Patterning a pattern for a first microlens on the color filter; Patterning a second microlens pattern having a smaller size than the first microlens pattern on the first microlens pattern; And converting the first microlens pattern and the second microlens pattern into dome-shaped first microlenses and second microlenses, respectively.

본 발명에서는 기존의 마이크로렌즈 상에 상대적으로 크기가 작은 마이크로렌즈를 적층 형성하여 빛의 집광도를 향상시켜 주었다. 즉, 본 발명에서는 종래기술과 동일한 프로세스로 만들어진 제 1 마이크로렌즈와, 제 1 마이크로렌즈 상에 적층형성되되, 크기는 상대적으로 작은 제 2 마이크로렌즈를 더 구비함으로서 2 개의 마이크로렌즈를 통해 입사광을 집광하고 있으며, 결과적으로 포토다이오드로 집광되는 빛의 양을 증가시킬 수 있어 색재현성 및 세츄레이션 특성을 향상시킬 수 있었다. In the present invention, by stacking a relatively small microlens on the existing microlens to improve the light condensation. That is, the present invention further comprises a first microlens made by the same process as in the prior art and a second microlens formed on the first microlens and having a relatively small size, thereby collecting incident light through the two microlenses. As a result, the amount of light collected by the photodiode can be increased, thereby improving color reproducibility and saturation characteristics.

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.

도2a 내지 도2d는 본 발명의 일실시예에 따라 형성된 시모스 이미지센서의 제조공정을 도시한 공정단면로서 이를 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명한다.2A through 2D are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a CMOS image sensor formed according to an exemplary embodiment of the present invention.

먼저, 도2a에서 평탄화막(28)을 형성하기까지의 공정은 종래기술과 동일하다. 이러한 점을 참조하여 설명하면 먼저 반도체 기판(21) 상에 활성영역과 필드영역을 정의하는 필드산화막(미도시)을 형성한다. First, the process up to forming the planarization film 28 in FIG. 2A is the same as in the prior art. Referring to this point, first, a field oxide film (not shown) defining an active region and a field region is formed on the semiconductor substrate 21.

여기서, 반도체 기판으로는 p형 기판이 주로 사용된다. 다음으로, 활성영역 상의 일정영역에 포토다이오드(22)를 형성한다.Here, the p-type substrate is mainly used as the semiconductor substrate. Next, the photodiode 22 is formed in a predetermined region on the active region.

도2a에는 자세히 도시되어 있지 않지만, 포토다이오드(22)는 통상적으로 n형 이온주입영역과 p형 이온주입영역으로 구성되며, p형 기판과 더불어 p/n/p 포토다이오드를 형성하는 것이 통상적이다. 하지만 설명의 편의를 위하여 도2a에서는 단순히 포토다이오드라고만 표시하였다.Although not shown in detail in FIG. 2A, the photodiode 22 is typically composed of an n-type ion implantation region and a p-type ion implantation region, and it is common to form a p / n / p photodiode with a p-type substrate. . However, for convenience of description, only the photodiode is shown in FIG. 2A.

다음으로 도2a에는 도시되어 있지 않지만 트랜지스터의 게이트 패터닝공정이 진행된다. 이와같이 소자분리막과 포토다이오드(22) 및 트랜지스터 등을 비롯한 관련소자들이 형성된 이후에, 반도체 기판(211) 상에는 금속배선전 절연막(Pre Metal Dielectrics : PMD), 층간절연막(IMD) 등의 각종 절연막이 형성되며, 또한 복수층의 금속배선이 형성된다. Next, although not shown in FIG. 2A, the gate patterning process of the transistor is performed. After the device isolation layer and related elements including the photodiode 22 and the transistor are formed, various insulating layers such as pre metal dielectric (PMD) and interlayer dielectric (IMD) are formed on the semiconductor substrate 211. In addition, a plurality of metal wirings are formed.

하지만, 도2a에서는 설명의 편의를 위해 이들을 모두 포함하여 하나의 절연막(24)으로 표시하였다. 또한, 도2a에는 제 1 금속배선(23)과 최종금속배선(25)이 도시되어 있으며, 최종금속배선(25)의 상부에는 습기나 스크래치로부터 소자를 보호하기 위한 페시베이션막(26)이 형성된다.However, in FIG. 2A, all of them are illustrated as one insulating film 24 for convenience of description. In addition, the first metal wiring 23 and the final metal wiring 25 are shown in FIG. 2A, and a passivation film 26 is formed on the top of the final metal wiring 25 to protect the device from moisture or scratches. do.

다음으로, 페시베이션막(26) 상에는 칼라필터(27)가 형성되는데, 칼라필터는 칼라필터 형성용 물질을 도포하고, 이를 적절한 마스크를 이용하여 패턴닝하는 방식을 이용하여 형성되며, 칼라필터 형성용 물질로는 염색된 포토레지스트가 주로 사용되고 있다. Next, a color filter 27 is formed on the passivation film 26. The color filter is formed by applying a color filter forming material and patterning it using an appropriate mask. Dyeing photoresist is mainly used as a solvent.

도2a에는 도시되어 있지 않지만 페시베이션막(26)과 칼라필터(27) 사이에는 평탄화막이 개재될 수도 있으며, 또는 도2a에서 처럼 페시베이션막(26) 상에 곧바로 칼라필터(27)가 형성될 수도 있다.Although not shown in FIG. 2A, a planarization film may be interposed between the passivation film 26 and the color filter 27, or the color filter 27 may be formed directly on the passivation film 26 as shown in FIG. 2A. It may be.

전술한 칼라필터(27)는 통상적으로 염색된 포토레지스트가 사용되며, 각각의 단위화소마다 하나의 칼라필터(27)가 형성되어, 입사하는 빛으로부터 색을 분리해 낸다. 칼라필터는 통상적으로 레드(red), 그린(green), 블루(blue)의 3가지 색으로 이루어지며, 인접한 칼라필터들은 서로 약간씩 오버랩(overlap)되어 형성된다.As the color filter 27 described above, a dyed photoresist is generally used, and one color filter 27 is formed for each unit pixel to separate colors from incident light. The color filter is typically composed of three colors of red, green, and blue, and adjacent color filters are formed to overlap each other slightly.

이와같이 인접한 칼라필터가 서로 약간씩 오버랩되어 형성되기 때문에, 이로인한 단차가 발생하며, 이를 보완하기 위해 칼라필터(27) 상에 오버코팅 레이어(Over Coating Layer : OCL)(28)를 형성한다.Since the adjacent color filters are formed to overlap each other slightly in this way, a step is generated due to this, and an over coating layer (OCL) 28 is formed on the color filter 27 to compensate for this.

빛을 집광하기 위한 마이크로렌즈는 평탄화된 표면 상에 형성되어야 하는데, 이를 위해서는 칼라필터로 인한 단차를 없애야 한다. 따라서, 전술한 바와같이 칼라필터(17) 상에 형성된 오버코팅 레이어(18)는 단차를 없애는 역할을 하며, 오버코팅 레이어 역시 감광막 계열의 막으로 이루어진다.Microlenses for collecting light must be formed on the flattened surface, which eliminates the step caused by the color filter. Therefore, as described above, the overcoating layer 18 formed on the color filter 17 serves to eliminate the step, and the overcoating layer is also made of a photoresist-based film.

다음으로 평탄화된 표면을 갖는 오버코팅 레이어(28) 상에 마이크로렌즈 형성물질을 형성하고, 이를 적절한 마스크를 이용하여 패터닝하여 제 1 마이크로렌즈용 패턴(29)을 형성한다.Next, a microlens forming material is formed on the overcoating layer 28 having the planarized surface, and patterned using an appropriate mask to form the first microlens pattern 29.

앞으로, 본 발명의 일실시예에 대한 설명에서는, 플로우 공정을 거쳐 최종적으로 돔(dome) 형태를 갖는 것을 '마이크로렌즈'라 칭하기로 하고, 플로우 공정 전에 사각형의 형태로 패터닝된 상태인 것은 '마이크로렌즈용 패턴'이라 칭하기로 한다.In the following description of an embodiment of the present invention, a final dome shape through a flow process will be referred to as a 'microlens', and the patterned state in a rectangular shape before the flow process is referred to as 'micro'. The pattern for lenses will be referred to as'.

다음으로, 도2b에 도시된 바와같이 제 1 마이크로렌즈용 패턴(29) 상에 제 1 마으크로렌즈(29) 보다는 작은 크기를 갖는 제 2 마이크로렌즈용 패턴(30)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 2B, a second microlens pattern 30 having a smaller size than the first microlens 29 is formed on the first microlens pattern 29.

마이크로렌즈 형성용 물질로는 광 투과도가 높은 실리콘 산화막 계열의 감광성 포토레지스트(photo resist)가 주로 사용되며, 스핀온 코팅장치(spin-on-coater)를 이용하여 도포한 후, 적절한 마스크를 이용한 패터닝 공정을 수행하여 각각의 단위화소에 대응하는 각진 형태의 마이크로렌즈용 패턴(29, 30)을 형성한다.As the material for forming the microlenses, a photosensitive photoresist based on a silicon oxide film having high light transmittance is mainly used, and is patterned using an appropriate mask after coating using a spin-on-coater. The process is performed to form the angle-shaped microlens patterns 29 and 30 corresponding to each unit pixel.

다음으로, 도2c에 도시된 바와같이 빛을 이용한 블리칭 공정(bleaching)을 진행하게 되면, 마이크로렌즈용 감광막내의 연결고리가 끊어지게 되며, 이후에 고온의 하드 베이크(hard bake) 공정을 적용하면 연결고리가 끊어진 마이크로렌즈용 감광막은 고온에서의 응집력에 의해 돔 형태를 갖는 마이크로렌즈로 형성된다.Next, when the bleaching process using light as shown in Figure 2c proceeds (bleaching), the connection in the photosensitive film for the microlens is broken, and after applying a high temperature hard bake process (hard bake) The photosensitive film for microlens with a broken link is formed of a microlens having a dome shape by the cohesive force at high temperature.

즉, 도2c에 도시된 바와같이 평탄화막(28) 상에는 돔 형태의 제 1 마이크로렌즈(31)가 형성되어 있으며, 제 1 마이크로렌즈(31)의 바로 위에는 상대적으로 크기가 작은 제 2 마이크로렌즈(32)가 형성되어 있음을 알 수 있다.That is, as shown in FIG. 2C, a domed first microlens 31 is formed on the planarization film 28, and a relatively small second microlens (just above the first microlens 31) is formed. It can be seen that 32) is formed.

이와같이 제 1 마이크로렌즈(31) 및 제 2 마이크로렌즈(32)가 완성된 이후에는, 제 1 및 제 2 마이크로렌즈를 보호하기 위한 마이크로렌즈 보호용 절연막(미도시)이 적용될 수도 있다. In this way, after the first microlens 31 and the second microlens 32 are completed, a microlens protective insulating film (not shown) for protecting the first and second microlenses may be applied.

도2d는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서에 입사광의 경로를 함께 도시한 도면으로, 이를 참조하면 제 2 마이크로렌즈를 통해 일차로 굴절된 빛이 제 1 마이크로렌즈를 통해 다시한번 굴절되므로, 최종적으로 포토다이오드까지 입사하는 빛의 양이 종래보다 증가하고 있음을 알 수 있다. FIG. 2D is a view illustrating a path of incident light to an image sensor according to an embodiment of the present invention. Referring to this, since light primarily refracted through a second microlens is refracted through the first microlens again, FIG. Finally, it can be seen that the amount of light incident to the photodiode is increasing than in the prior art.

본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서에서는, 제 2 마이크로렌즈를 통해 1차로 집광된 빛이 제 1 마이크로렌즈를 통해 다시 한번 집광되므로 종래와 같은 빛 손실 없이 집광효율을 높일 수 있었다.In the image sensor according to the exemplary embodiment of the present invention, since the light primarily collected through the second microlens is focused once again through the first microlens, the light collecting efficiency may be increased without losing light as in the prior art.

전술한 바와같은 특징을 갖는 본 발명은, 시모스 이미지센서 이외에도 마이크로렌즈를 사용하는 다른 이미지센서(예를 들면, 전하결합소자)에도 적용가능하다. The present invention having the features as described above is applicable to other image sensors (eg, charge coupling elements) using microlenses in addition to the CMOS image sensor.

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.

본 발명을 이미지센서에 적용하면, 입사광의 집적도를 더욱 높일 수 있어, 색재현성 및 세추레이션 특성이 향상되는 효과가 있다. When the present invention is applied to an image sensor, the degree of integration of incident light can be further increased, and color reproducibility and saturation characteristics are improved.

도1a는 내지 도1d는 종래의 이미지센서 제조공정을 도시한 공정단면도,1A to 1D are process cross-sectional views showing a conventional image sensor manufacturing process;

도2a 내지 도2d는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서 제조공정을 도시한 공정단면도. Figures 2a to 2d is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the 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 : 포토다이오드21 substrate 22 photodiode

23 : 제 1 금속배선 24 : 층간절연막23: first metal wiring 24: interlayer insulating film

25 : 최종금속배선 26 : 페시베이션막25: final metal wiring 26: passivation film

27 : 칼라필터 28 : 평탄화막27 color filter 28 planarization film

29 : 제 1 마이크로렌즈용 패턴 30 : 제 2 마이크로렌즈용 패턴29: pattern for the first microlens 30: pattern for the second microlens

31 : 제 1 마이크로렌즈 32 : 제 2 마이크로렌즈 31: first microlens 32: second microlens

Claims (8)

마이크로렌즈를 구비한 이미지센서에 있어서,In an image sensor having a micro lens, 수광소자가 형성된 반도체 기판; A semiconductor substrate on which a light receiving element is formed; 상기 반도체 기판 상에 형성된 페시베이션막;A passivation film formed on the semiconductor substrate; 상기 페시베이션막 상에 형성된 칼라필터; A color filter formed on the passivation film; 상기 칼라필터 상에 형성되며, 돔 형태를 갖는 제 1 마이크로렌즈; 및A first micro lens formed on the color filter and having a dome shape; And 상기 제 1 마이크로렌즈 상에 형성되며, 돔 형태를 갖는 제 2 마이크로렌즈A second microlens formed on the first microlens and having a dome shape 를 포함하여 이루어진 이미지센서.Image sensor made, including. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 칼라필터와 상기 제 1 마이크로렌즈 사이에 개재된 평탄화막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서,An image sensor further comprising a planarization layer interposed between the color filter and the first microlens; 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 마이크로렌즈 및 제 2 마이크로렌즈 상에 형성되며, 상기 제 1 및 제 2 마이크로렌즈를 보호하기 위한 마이크로렌즈 보호용 절연막을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이미지센서.An image sensor formed on the first microlens and the second microlens, further comprising a microlens protection insulating film for protecting the first and second microlenses. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제 1 마이크로렌즈 및 제 2 마이크로렌즈 상에 형성되어, 상기 제 1 및 제 2 마이크로렌즈를 보호하기 위한 마이크로렌즈 보호용 절연막을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이미지센서.An image sensor formed on the first microlens and the second microlens, further comprising a microlens protective insulating film for protecting the first and second microlenses. 마이크로렌즈를 구비한 이미지센서의 제조방법에 있어서,In the manufacturing method of an image sensor having a micro lens, 반도체 기판에 수광소자를 형성하는 단계; Forming a light receiving element on the semiconductor substrate; 상기 반도체 기판 상에 페시베이션막을 형성하는 단계;Forming a passivation film on the semiconductor substrate; 상기 페시베이션막 상에 칼라필터를 형성하는 단계; Forming a color filter on the passivation film; 상기 칼라필터 상에 제 1 마이크로렌즈용 패턴을 패터닝하는 단계; Patterning a pattern for a first microlens on the color filter; 상기 제 1 마이크로렌즈용 패턴 상에 상기 제 1 마이크로렌즈용 패턴보다 크기가 작은 제 2 마이크로렌즈용 패턴을 패터닝 하는 단계; 및Patterning a second microlens pattern having a smaller size than the first microlens pattern on the first microlens pattern; And 상기 제 1 마이크로렌즈용 패턴과 상기 제 2 마이크로렌즈용 패턴을 각각 돔 형태의 제 1 마이크로렌즈와 제 2 마이크로렌즈로 변환시키는 단계Converting the first microlens pattern and the second microlens pattern into domed first microlenses and second microlenses, respectively 를 포함하여 이루어지는 이미지센서의 제조방법.Method of manufacturing an image sensor comprising a. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 돔 형태의 제 1 마이크로렌즈와 제 2 마이크로렌즈로 변환시키는 단계는,The converting into the dome-shaped first microlens and the second microlens, 상기 제 1 마이크로렌즈용 패턴과 상기 제 2 마이크로렌즈용 패턴에 대한 블리칭 공정을 진행하는 단계;Performing a bleaching process on the first microlens pattern and the second microlens pattern; 상기 제 1 마이크로렌즈용 패턴과 상기 제 2 마이크로렌즈용 패턴에 대한 하드 베이크 공정을 진행하는 단계Performing a hard bake process on the first microlens pattern and the second microlens pattern 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.Manufacturing method of an image sensor, characterized in that it further comprises. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 제 1 마이크로렌즈 및 제 2 마이크로렌즈 상에, 상기 제 1 및 제 2 마이크로렌즈를 보호하기 위한 마이크로렌즈 보호용 절연막을 형성하는 단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.And forming a microlens protective insulating film for protecting the first and second microlenses on the first microlens and the second microlens. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 제 1 마이크로렌즈 및 제 2 마이크로렌즈 상에, 상기 제 1 및 제 2 마이크로렌즈를 보호하기 위한 마이크로렌즈 보호용 절연막을 형성하는 단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.And forming a microlens protective insulating film for protecting the first and second microlenses on the first microlens and the second microlens.
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