KR20060072172A - Image sensor having high photo sensitivity and method for production thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 높은 광 감도를 가지는 이미지 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 이미지 센서는, 반도체 기판에 단위 픽셀간 분리를 위한 복수의 필드 산화막; 상기 복수의 필드 산화막 사이의 액티브 영역에 각각 형성되며, 수광된 빛을 전기 신호로 광전변환하는 복수의 포토다이오드; 상기 각각의 포토다이오드 상부에 형성되는 복수의 컬러 필터; 및 상기 각각의 컬러 필터 상부에 형성되며, 상기 수광된 빛을 상기 포토다이오드로 집광하기 위한 복수의 마이크로 렌즈를 포함하되, 상기 이미지 센서의 가장자리 부분에 형성된 마이크로 렌즈는 상기 이미지 센서의 중앙 부분에 형성된 마이크로 렌즈에 비해 상대적으로 큰 곡률 반경을 가지는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명에 의해, 마이크로 렌즈의 집광 효율을 전체적으로 균일(uniformity)하게 만들 수 있으므로, 결과적으로 렌즈 셰이딩 현상 및 이미지 불균형 현상 등의 보상이 가능하다.The present invention relates to an image sensor having a high light sensitivity and a manufacturing method thereof. An image sensor according to the present invention comprises: a plurality of field oxide layers for separation between unit pixels on a semiconductor substrate; A plurality of photodiodes each formed in an active region between the plurality of field oxide films, for photoelectric conversion of received light into an electrical signal; A plurality of color filters formed on the respective photodiodes; And a plurality of micro lenses formed on the respective color filters and configured to condense the received light to the photodiode, wherein the micro lenses formed on an edge of the image sensor are formed on a central portion of the image sensor. It has a relatively large radius of curvature compared to the micro lens. Therefore, according to the present invention, the light condensing efficiency of the microlenses can be made uniform as a whole, and as a result, compensation of lens shading phenomenon and image imbalance phenomenon is possible.
이미지 센서, 마이크로 렌즈, 집광, 굴절률Image Sensor, Micro Lens, Condensing, Refractive Index
Description
도 1은 종래 기술에 따른 CMOS 이미지 센서의 단위 화소를 도시한 회로도.1 is a circuit diagram showing a unit pixel of a CMOS image sensor according to the prior art.
도 2는 종래 기술에 따른 CMOS 센서의 픽셀 어레이 단면과 입사광의 진행을 도시한 단면도.2 is a cross-sectional view showing a pixel array cross section and incident light of a CMOS sensor according to the prior art;
도 3은 종래 기술에 따른 집광률을 높이기 위하여 마이크로 렌즈의 위치를 이동시키는 과정을 나타낸 단면도.3 is a cross-sectional view showing a process of moving the position of the micro lens in order to increase the light collection rate according to the prior art.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 집광률을 높이기 위한 마이크로 렌즈의 배열 방법을 나타낸 도면.4 is a view showing an arrangement method of a micro lens for increasing the light collecting rate according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 집광률을 높이기 위한 마이크로 렌즈의 배열 방법을 나타낸 도면.5 is a view showing an arrangement method of a micro lens for increasing the light condensation rate according to another embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
210 : 반도체 기판210: semiconductor substrate
215 : 필드 산화막215: field oxide film
220 : 포토다이오드220: photodiode
225 : 층간 절연막225: interlayer insulating film
230 : 금속 배선230: metal wiring
235 : 페시베이션막235 passivation film
240 : 컬러 필터240: color filter
245 : 오버코팅레이어245: overcoating layer
250 : 마이크로 렌즈250: Micro Lens
본 발명은 높은 광 감도를 가지는 이미지 센서 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 픽셀 어레이의 가장자리 부분에서의 경사 입사광에 의한 광 감도를 최대화할 수 있는 높은 광 감도를 가지는 이미지 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image sensor having a high light sensitivity and a manufacturing method thereof, and more particularly to an image sensor having a high light sensitivity capable of maximizing light sensitivity due to oblique incident light at an edge portion of a pixel array and a manufacturing method thereof. will be.
일반적으로, 피사체를 촬상하여 화상 처리하기 위한 이미지 픽업 디바이스로 CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서 또는 CMOS 이미지 센서가 이용된다. Generally, a CCD (Charge Coupled Device) image sensor or a CMOS image sensor is used as an image pickup device for picking up an image and processing an object.
이중 CMOS 이미지 센서는 광을 수광하여 상기 광의 수광량에 따라 해당하는 전기적 신호로 변환하여 수광 소자인 포토 다이오드와, 상기 포토 다이오드의 전기적 신호를 변환하여 데이터화하는 로직 회로부로 구성된다. 또한 저전압의 전원을 사용하기 때문에 전력소모가 작고, 이미지 품질면에서도 CCD 이미지 센서와 큰 차이가 없어 최근 개인용 컴퓨터, 모바일 폰 및 PDA에 접목되는 소형 카메라의 제조 에 이용되고 있다.The dual CMOS image sensor includes light, a photodiode as a light receiving element, and a logic circuit unit for converting and converting an electrical signal of the photodiode into data according to the amount of light received. In addition, since it uses a low voltage power source, power consumption is small, and there is no big difference from CCD image sensor in terms of image quality. Therefore, it is recently used in the manufacture of small cameras that are incorporated in personal computers, mobile phones, and PDAs.
상술한 CMOS 이미지 센서는 포토 다이오드의 수광량이 많을수록 이미지 센서의 광 감도(Photo Sensitivity) 특성이 양호해진다. 따라서, 이미지 센서의 광 감도를 높이기 위해 이미지 센서의 전체 면적 중에서 포토 다이오드의 면적이 차지하는 비율(Fill Factor)을 크게 하기 위한 노력이 진행되어 왔다. In the CMOS image sensor described above, the higher the light receiving amount of the photodiode, the better the photo sensitivity characteristic of the image sensor. Therefore, in order to increase the light sensitivity of the image sensor, efforts have been made to increase the fill factor of the photodiode in the total area of the image sensor.
그러나, 로직 회로부를 제거하는 것이 근본적으로 불가능하기 때문에 이미지 센서의 제한된 면적에서 포토 다이오드의 면적 비율을 증가하는데는 한계가 있다. 따라서, 광 감도를 높여주기 위해 포토 다이오드 이외의 영역으로 입사되는 광의 경로를 변경하여 포토 다이오드로 집광시켜주는 집광기술이 제안되었으며, 이러한 집광기술의 대표적인 예가 마이크로 렌즈 형성 기술이다.However, there is a limit to increasing the area ratio of the photodiode in the limited area of the image sensor because it is essentially impossible to remove the logic circuitry. Therefore, a condensing technique for changing the path of light incident to a region other than the photodiode and condensing it with a photodiode has been proposed to increase the light sensitivity, and a representative example of such condensing technique is a microlens forming technique.
그러나, 이미지 센서의 렌즈 모듈의 크기가 점점 작아짐에 따라 센서의 가장자리로 갈수록 센서의 입사각(chief ray angle)이 커지므로 가장자리 부분에 있는 마이크로 렌즈 어레이들은 중앙 부분에 비하여 광 감도가 떨어지는 문제점이 있었다.However, as the size of the lens module of the image sensor becomes smaller and smaller, the incidence angle (chief ray) of the sensor increases toward the edge of the sensor. Therefore, the microlens arrays at the edge portion have a problem in that light sensitivity is lower than that of the center portion.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 종래의 마이크로 렌즈 배열 방법은 가장자리 부분에 있는 마이크로 렌즈의 감도를 높이기 위하여 각 픽셀의 마이크로 렌즈의 위치를 다르게 배치하도록 하여 이미지 센서의 감도를 높이는 방법이 이용되었다.In order to solve this problem, the conventional method of arranging the microlenses is used to increase the sensitivity of the image sensor by disposing different positions of the microlenses of each pixel in order to increase the sensitivity of the microlenses at the edges.
그러나, 종래의 마이크로 렌즈 배열 방법은 이미지 센서 제조 공정을 복잡하게 하는 문제점이 있었다.However, the conventional micro lens array method has a problem that complicates the image sensor manufacturing process.
따라서, 상술한 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 픽셀 어레이의 가장자리 부분에서의 경사 입사광에 의한 광 감도를 최대화할 수 있는 높은 광 감도를 가지는 이미지 센서 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention to solve the above problems is to provide an image sensor and a manufacturing method having a high light sensitivity that can maximize the light sensitivity of the oblique incident light at the edge portion of the pixel array.
본 발명의 다른 목적은 마이크로 렌즈 어레이의 위치를 이동시키지 않고 집광률을 높일 수 있고, 마이크로 렌즈의 집광 효율을 전체적으로 균일(uniformity)하게 만들 수 있는 높은 광 감도를 가지는 이미지 센서 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide an image sensor having a high light sensitivity and a method of manufacturing the same, which can increase the light collecting rate without shifting the position of the micro lens array and make the light collecting efficiency of the micro lens as a whole uniform. It is.
본 발명의 또 다른 목적은 이미지 센서 제조 공정을 단순화하여 제조 비용 절감을 유도할 수 있는 높은 광 감도를 가지는 이미지 센서 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide an image sensor having a high light sensitivity and a method of manufacturing the same, which can simplify the image sensor manufacturing process and induce a reduction in manufacturing cost.
본 발명의 또 다른 목적은 본 발명은 마이크로 렌즈의 집광 효율을 전체적으로 균일(uniformity)하게 만들 수 있으므로, 결과적으로 렌즈 셰이딩 현상 및 이미지 불균형 현상 등의 보상이 가능한 높은 광 감도를 가지는 이미지 센서 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
Still another object of the present invention is to make the light collecting efficiency of the microlens as a whole uniform, and as a result, an image sensor having a high light sensitivity capable of compensating for lens shading and image imbalance, and manufacturing thereof To provide a way.
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 이미지 센서에 있어서, 반도체 기판에 단위 픽셀간 분리를 위한 복수의 필드 산화막; 상기 복 수의 필드 산화막 사이의 액티브 영역에 각각 형성되며, 수광된 빛을 전기 신호로 광전변환하는 복수의 포토다이오드; 상기 각각의 포토다이오드 상부에 형성되는 복수의 컬러 필터; 및 상기 각각의 컬러 필터 상부에 형성되며, 상기 수광된 빛을 상기 포토다이오드로 집광하기 위한 복수의 마이크로 렌즈를 포함하되, 상기 이미지 센서의 가장자리 부분에 형성된 마이크로 렌즈는 상기 이미지 센서의 중앙 부분에 형성된 마이크로 렌즈에 비해 상대적으로 큰 곡률 반경을 가지는 것을 특징으로 하는 이미지 센서가 제공된다.In order to achieve the above objects, according to an aspect of the present invention, an image sensor comprising: a plurality of field oxide films for separation between unit pixels on a semiconductor substrate; A plurality of photodiodes each formed in an active region between the plurality of field oxide layers, for photoelectric conversion of received light into an electrical signal; A plurality of color filters formed on the respective photodiodes; And a plurality of micro lenses formed on the respective color filters and configured to condense the received light to the photodiode, wherein the micro lenses formed on an edge of the image sensor are formed on a central portion of the image sensor. An image sensor is provided which has a relatively large radius of curvature compared to a micro lens.
상기 이미지 센서의 가장자리 부분에 형성된 마이크로 렌즈는 상기 이미지 센서의 중앙 부분에 형성된 마이크로 렌즈에 비해 상대적으로 큰 너비를 가지며, 상기 마이크로 렌즈의 너비는 상기 컬러 필터 너비 이하인 것을 특징으로 한다.The microlens formed at the edge portion of the image sensor has a relatively larger width than the microlens formed at the center portion of the image sensor, and the width of the microlens is less than or equal to the width of the color filter.
상기 이미지 센서의 가장자리 부분에 형성된 마이크로 렌즈는 상기 이미지 센서의 중앙 부분에 형성된 마이크로 렌즈에 비해 상대적으로 큰 높이를 가지는 것을 특징으로 한다.The microlens formed on the edge portion of the image sensor has a relatively large height compared to the microlens formed on the center portion of the image sensor.
상기 컬러 필터는 컬러 포토레지스터가 도포되어 형성된 것을 특징으로 한다.The color filter may be formed by applying a color photoresist.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 이미지 센서 제조 방법에 있어서, 반도체 기판에 단위 픽셀간 분리를 위한 복수의 필드 산화막을 형성하는 단계; 상기 복수의 필드 산화막 사이의 액티브 영역에 수광된 빛을 전기 신호로 광전변환하는 포토다이오드를 각각 형성하는 단계; 상기 포토다이오드 상부에 컬러 필터를 형성하는 단계; 및 상기 컬러 필터 상부에 상기 수광된 빛을 상기 포토다이오드로 집광하기 위 한 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하되, 상기 이미지 센서의 가장자리 부분에 형성된 마이크로 렌즈는 상기 이미지 센서의 중앙 부분에 형성된 마이크로 렌즈에 비해 상대적으로 큰 곡률 반경을 가지는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조 방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an image sensor, the method comprising: forming a plurality of field oxide layers for separation between unit pixels on a semiconductor substrate; Forming photodiodes for photoelectric conversion of light received in an active region between the plurality of field oxide films into an electrical signal; Forming a color filter on the photodiode; And forming a microlens on the color filter to collect the received light with the photodiode, wherein the microlens formed at an edge of the image sensor is a microlens formed at a central portion of the image sensor. Compared to the present invention, there is provided a method of manufacturing an image sensor, which has a relatively large radius of curvature.
상기 이미지 센서의 가장자리 부분에 형성된 마이크로 렌즈는 상기 이미지 센서의 중앙 부분에 형성된 마이크로 렌즈에 비해 상대적으로 큰 너비를 가지며, 상기 마이크로 렌즈의 너비는 상기 컬러 필터 너비 이하인 것을 특징으로 한다.The microlens formed at the edge portion of the image sensor has a relatively larger width than the microlens formed at the center portion of the image sensor, and the width of the microlens is less than or equal to the width of the color filter.
상기 이미지 센서의 가장자리 부분에 형성된 마이크로 렌즈는 상기 이미지 센서의 중앙 부분에 형성된 마이크로 렌즈에 비해 상대적으로 큰 높이를 가지는 것을 특징으로 한다.The microlens formed on the edge portion of the image sensor has a relatively large height compared to the microlens formed on the center portion of the image sensor.
상기 컬러 필터는 컬러 포토레지스터가 도포되어 형성된 것을 특징으로 한다.The color filter may be formed by applying a color photoresist.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, the same reference numerals will be used for the same means regardless of the reference numerals in order to facilitate the overall understanding.
도 1은 종래 기술에 따른 CMOS 이미지 센서의 단위 화소를 도시한 회로도이고, 도 2는 종래 기술에 따른 CMOS 센서의 픽셀 어레이 단면과 입사광의 진행을 도시한 단면도이고, 도 3은 종래 기술에 따른 집광률을 높이기 위하여 마이크로 렌즈의 위치를 이동시키는 과정을 나타낸 단면도이다.1 is a circuit diagram showing a unit pixel of a CMOS image sensor according to the prior art, Figure 2 is a cross-sectional view showing the cross-sectional view of the pixel array and the incident light of the CMOS sensor according to the prior art, Figure 3 is a condensing according to the prior art It is sectional drawing which shows the process of moving the position of a micro lens in order to raise a rate.
도 1을 참조하면, 일반적인 CMOS 이미지 센서의 단위 화소(Unit Pixel)는 하나의 포토다이오드(PD : Photodiode, 110)와 네 개의 NMOS(즉, 트랜스퍼 트랜지스터(Tx : Transfer transistor, 120), 리셋 트랜지스터(Rx : Reset Transistor, 140), 드라이브 트랜지스터(Dx : Drive Transistor, 150), 셀렉트 트랜지스터(Sx : Select Transistor, 160))로 구성된다. 또한, 단위 화소 밖에는 출력 신호(Output Signal)를 읽을 수 있도록 로드 트랜지스터(Load Transistor)가 형성되어 있다.Referring to FIG. 1, a unit pixel of a general CMOS image sensor may include one photodiode (PD) 110 and four NMOSs (ie, a
트랜스퍼 트랜지스터(120)는 포토다이오드(110)에 집속된 광전하(Photo-generated charge)를 플로팅 확산(FD : Floating Diffusion) 영역(130)으로 운송하기 위한 수단이고, 리셋 트랜지스터(140)는 원하는 값으로 노드의 전위를 세팅하고 전하를 배출하여 플로팅 확산 영역(130)을 리셋(Reset)시키기 위한 수단이다. 드라이브 트랜지스터(150)는 소스 팔로워 버퍼 증폭기(Source Follower Buffer Amplifier) 역할을 수행하고, 셀렉트 트랜지스터(160)는 스위칭 역할로 어드레싱(Addressing)을 수행한다.The
여기서, 트랜스퍼 트랜지스터(120) 및 리셋 트랜지스터(140)는 네이티브 트랜지스터(Native NMOS)를 이용하고 드라이브 트랜지스터(150) 및 셀렉트 트랜지스터(160)는 일반적인 트랜지스터(Normal NMOS)를 이용하며, 리셋 트랜지스터(140)는 CDS(Correlated Double Sampling)를 위한 트랜지스터이다.Here, the
도 1에 도시된 바와 같이, CMOS 이미지 센서의 단위 화소(Unit Pixel)는 네이티브 트랜지스터(Native Transistor)를 사용하여 포토다이오드(110) 영역에서 가시광선 파장 대역의 광을 감지한 후 축적한 광전하(Photogenerated charge)를 플로 팅 확산 영역(130)으로 운송하고, 결과적으로 드라이브 트랜지스터(150)의 게이트로 전달한 광전하량을 출력단(Vout)을 통해 전기적 신호로 출력한다. As illustrated in FIG. 1, a unit pixel of a CMOS image sensor may use photoelectric charges accumulated after sensing light in a visible wavelength band in a
도 2에는 종래의 일반적인 이미지센서에서 복수개의 단위 화소로 구성된 픽셀 어레이의 중앙 부분과 가장자리 부분의 단면 및 이들 영역으로 입사하는 빛의 진행을 도시한 도면이 도시되어 있다. 이하, 도 2를 참조하여 종래의 이미지 센서 제조 방법에 대해 설명한다.FIG. 2 is a diagram illustrating a cross section of a central portion and an edge portion of a pixel array including a plurality of unit pixels in a conventional general image sensor and light propagation incident to these regions. Hereinafter, a conventional image sensor manufacturing method will be described with reference to FIG. 2.
먼저, 반도체 기판(210) 상에 소자간의 전기적인 절연을 위하여 필드 산화막 (215)을 형성한 후, 폴리 실리콘과 텅스텐 실리사이드막을 연속적으로 도포하고 패턴닝함으로써 게이트 전극(도시되지 않음)을 형성한다.First, a
이후 적절한 이온주입 공정을 진행함으로써 포토다이오드(220)를 형성하고 트랜지스터의 소오스/드레인 및 센싱 노드를 형성하기 위한 이온주입을 실시한다.Thereafter, an appropriate ion implantation process is performed to form the
다음으로 포토다이오드(220)와 필드 산화막(215)을 포함하는 전체 구조상에 층간 절연막(225)을 형성하고 평탄화 공정을 수행한다.Next, an
이어서, 층간 절연막(225) 상부에 금속 배선(230)을 형성한다. 이때 형성되는 금속 배선(230)은 포토다이오드(220)로 입사하는 빛을 막지 않도록 배치되어 형성된다. Subsequently, a
이후에 습기나 스크랫치(scratch)로부터 소자를 보호하기 위하여 산화막 또는 질화막으로 구성된 페시베이션막(235)을 금속 배선(230) 상부에 형성하여 일반적인 CMOS 공정을 마무리한다.Thereafter, in order to protect the device from moisture or scratch, a
도1에는 한 층의 금속 배선만이 사용되는 경우를 가정하여 도시되었으나, 금 속 배선으로 복수의 층으로 형성될 수 있으며, 복수의 층으로 금속 배선이 사용될 경우, 금속 배선들 사이에는 금속 배선간 절연막을 형성하고 최종 금속 배선 상부에는 페시베이션막을 형성한다.In FIG. 1, it is assumed that only one layer of metal wiring is used, but the metal wiring may be formed of a plurality of layers. When the metal wiring is used as a plurality of layers, the metal wiring may be interposed between the metal wirings. An insulating film is formed and a passivation film is formed over the final metal wiring.
이어서, 형성된 페시베이션막(235) 상부에 컬러 이미지 구현을 위한 컬러 필터(240)를 형성하며, 컬러 필터는 염색된 포토레지스트를 사용하여 형성된다. 컬러 필터(240)는 R, G, B 수광 필터의 어레이로 구성되어 각각의 영역의 컬러만 통과시킨다. Subsequently, a
컬러 필터를 형성한 이후, 컬러필터(240)와 페시베이션막(235) 상에 오버코팅레이어(245)를 증착하고 이를 평탄화시켜 후속 공정으로서 마이크로 렌즈(250)가 평탄화된 오버코팅레이어(245) 상부에 형성될 수 있도록 한다.After the color filter is formed, the
다음으로 각 컬러 필터(240)에 대응하는 마이크로 렌즈(250)를 상기 평탄화된 오버코팅레이어(245) 상부에 형성한다. 마이크로 렌즈(250)는 입사광을 집광하기 위한 것이다. 마이크로 렌즈(250)는 단위 화소의 크기와 위치, 모양, 그리고 수광 소자의 깊이, 그리고 패시베이션막(235)의 높이, 위치, 크기 등에 의해 결정되는 최적의 크기와 두께 그리고 곡률 반경으로 형성되어야 한다. 일반적으로 마이크로 렌즈는 다음과 같은 방법으로 형성된다, 먼저, 마이크로 렌즈용 포토레지스터를 오버코팅레이어(245) 상부에 도포하고 이를 선택적 노광 및 현상에 의하여 패터닝한다. 이후, 열을 가하여 패터닝된 마이크로 렌즈용 포토레지스터를 플로우(flow) 시켜 돔(dome) 형태의 마이크로 렌즈를 형성한다.Next, a
도 2에 도시된 도면에서, 컬러필터(240)의 너비 R'와 마이크로 렌즈(250)의 너비 R은 하기 수학식 1의 관계를 가진다.In FIG. 2, the width R ′ of the
컬러필터(240)의 너비 R'와 마이크로 렌즈(250)의 너비 R이 동일하면 집광률이 최대가 될 수 있으나, 공정상의 제약에 의하여 R' = R의 관계는 성립할 수 없으며, 항상 수학식 1과 같은 관계가 성립된다.If the width R 'of the
이러한 비율이 동일한 이미지 센서에서 수백만개의 마이크로 렌즈에 적용된다고 할 때 가장자리 부분으로 갈수록 빛을 받아들이는 양이 줄어들게 되며 집광 효율이 떨어지게 된다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이 픽셀 어레이의 가장자리 부분은 거의 10ㅀ이상의 입사각을 갖는 경사 입사광(oblinque incident optical ray)의 영향을 받게 되어 원하는 초점 특성을 가지지 못할 뿐만 아니라 인접 픽셀간의 크로스토크(cross talk) 현상도 유발하는 문제점이 있다. 또한, 픽셀 어레이의 중앙 부분과 가장자리 부분은 광감지 특성에 있어 심한 편차를 나타내게 되므로 전체적인 이미지센서의 광감지 특성이 저하되는 단점도 있다.If this ratio is applied to millions of micro lenses in the same image sensor, the amount of light received decreases toward the edge and the light collection efficiency decreases. That is, as shown in FIG. 2, the edge portion of the pixel array is affected by oblinque incident optical ray having an angle of incidence of about 10 ° or more, thereby not having a desired focusing characteristic and crosstalk between adjacent pixels. Talk) also causes problems. In addition, since the center portion and the edge portion of the pixel array exhibit a severe deviation in the light sensing characteristic, there is a disadvantage in that the light sensing characteristic of the overall image sensor is degraded.
이와 같이 가장자리 부분으로 갈수록 빛을 받아들이는 양이 줄어들어 집광 효율이 떨어지는 원인을 도 3을 참조하여 구체적으로 설명한다.As described above, the cause of light collection efficiency decreases as the amount of light received toward the edge portion decreases.
일반적으로, 마이크로 렌즈(250)는 입사각과 굴절률에 따라 초점 거리와 집광률이 달라진다. 따라서 중앙 부분에서 멀어질수록(즉, 가장자리 부분으로 가까워질수록) 입사되는 각에 따른 굴절률이 커지므로 초점 거리가 일정하지 않아 집광률이 떨어지게 된다. In general, the focal length and focusing rate of the
따라서, 가장자리 부분에서의 집광률을 높이기 위한 종래 기술은 도 3에 도시된 바와 같이 가장자리 부분으로 갈수록 마이크로 렌즈(250)의 위치를 이동시킴으로써 집광률을 최대한 높이는 방법을 적용하고 있었다.Therefore, the prior art for increasing the light collecting rate at the edge portion has been applied to the method of increasing the light collecting rate as much as possible by moving the position of the
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 집광률을 높이기 위한 마이크로 렌즈의 배열 방법을 나타낸 도면이다.4 is a view showing an arrangement method of a micro lens for increasing the light collecting rate according to an embodiment of the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이, 마이크로 렌즈(250)의 너비 R가 컬러 필터(240)의 너비 R'보다 작으므로, 중앙 부분에서 가장자리 부분으로 갈수록 마이크로 렌즈의 너비 R을 증가(즉, R1 > R2 > R3 )시키면서 곡률 반경을 조절하여 가장자리 부분의 집광률을 높일 수 있다. 결과적으로, 마이크로 렌즈(250)의 어레이를 이동하지 않고도 전체적으로 균일(uniformity)한 집광 효율을 가지도록 할 수 있다. 참고로 곡률 반경은 곡선의 굽은 정도를 나타내는 것으로 곡률 반경이 크다는 것은 커브(curve)가 완만함을 의미한다. 따라서, 가장자리 부분으로 갈수록 마이크로 렌즈의 너비가 길어지므로 가장자리 부분으로 갈수록 곡률 반경은 커진다.As shown in FIG. 4, since the width R of the
따라서, 본 발명에 따른 마이크로 렌즈 배열 방법을 이용하면 마이크로 렌즈 어레이의 위치를 이동시키지 않고 집광률을 향상시킬 수 있다.Therefore, by using the microlens arrangement method according to the present invention, it is possible to improve the light collection rate without shifting the position of the microlens array.
도 5는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 집광률을 높이기 위한 마이크로 렌즈의 배열 방법을 나타낸 도면이다.5 is a view showing an arrangement method of a micro lens for increasing the light collecting rate according to another preferred embodiment of the present invention.
도 5에 도시된 바와 같이, 마이크로 렌즈(250)의 너비 R을 중앙 부분에서 가장자리 부분까지 모두 일정하게 한 후, 중앙 부분에서 가장자리 부분으로 갈수록 마이크로 렌즈(250)의 높이를 증가시키면서 곡률 반경을 조절하여 초점거리를 동일하게 함으로써 가장자리 부분의 집광률도 높일 수 있다. 결과적으로, 마이크로 렌즈(250)의 어레이를 이동하지 않고도 전체적으로 균일(uniformity)한 집광 효율을 가지도록 할 수 있다. 참고로 곡률 반경은 곡선의 굽은 정도를 나타내는 것으로 곡률 반경이 크다는 것은 커브(curve)가 완만함을 의미한다. 따라서, 가장자리 부분으로 갈수록 마이크로 렌즈의 너비는 고정되어있으나 높이가 길어지므로 가장자리 부분으로 갈수록 곡률 반경은 커진다.As shown in FIG. 5, the width R of the
따라서, 본 발명에 따른 마이크로 렌즈 배열 방법을 이용하면 마이크로 렌즈 어레이의 위치를 이동시키지 않고 집광률을 향상시킬 수 있다.Therefore, by using the microlens arrangement method according to the present invention, it is possible to improve the light collection rate without shifting the position of the microlens array.
이제까지, 도 4 및 도 5를 참조하여 각각 설명한 중앙 부분과 가장자리 부분의 곡률 반경을 달리하여 마이크로 렌즈 어레이의 위치를 이동시키지 않고 집광률을 향상시키는 방법은 독립적으로 적용될 수도 있으나 두 가지 방법이 통합적으로 적용될 수도 있음은 자명하다.Up to now, the method of improving the condensing rate without changing the position of the microlens array by changing the radius of curvature of the center portion and the edge portion described with reference to FIGS. 4 and 5 may be applied independently, but the two methods may be integrated. It is obvious that it may be applied.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 높은 광 감도를 가지는 이미지 센서 및 그 제조 방법은 픽셀 어레이의 가장자리 부분에서의 경사 입사광에 의한 광 감도를 최대화할 수 있다. As described above, the image sensor having the high light sensitivity and the manufacturing method thereof according to the present invention can maximize the light sensitivity due to oblique incident light at the edge portion of the pixel array.
또한, 본 발명은 마이크로 렌즈 어레이의 위치를 이동시키지 않고 집광률을 높일 수 있고, 마이크로 렌즈의 집광 효율을 전체적으로 균일(uniformity)하게 만들 수 있다.In addition, the present invention can increase the light collecting rate without shifting the position of the micro lens array, and can make the light collecting efficiency of the micro lens as a whole uniform.
또한, 본 발명은 이미지 센서 제조 공정을 단순화하여 제조 비용 절감을 유도할 수 있다.In addition, the present invention can simplify the image sensor manufacturing process to induce a reduction in manufacturing costs.
또한, 본 발명은 마이크로 렌즈의 집광 효율을 전체적으로 균일(uniformity)하게 만들 수 있으므로, 결과적으로 렌즈 셰이딩 현상 및 이미지 불균형 현상 등의 보상이 가능하다.
In addition, the present invention can make the light collecting efficiency of the microlens as a whole uniform, resulting in compensation of lens shading and image imbalance.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art to which the present invention pertains without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below It will be appreciated that modifications and variations can be made.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020040110016A KR20060072172A (en) | 2004-12-22 | 2004-12-22 | Image sensor having high photo sensitivity and method for production thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020040110016A KR20060072172A (en) | 2004-12-22 | 2004-12-22 | Image sensor having high photo sensitivity and method for production thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20060072172A true KR20060072172A (en) | 2006-06-28 |
Family
ID=37165397
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020040110016A KR20060072172A (en) | 2004-12-22 | 2004-12-22 | Image sensor having high photo sensitivity and method for production thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20060072172A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100821346B1 (en) * | 2006-08-02 | 2008-04-10 | 삼성전자주식회사 | Image sensor for improving the image quality and method of sensing the image for improving it |
| KR100967483B1 (en) * | 2008-03-13 | 2010-07-07 | 주식회사 동부하이텍 | Image sensor and manufacturing method of image sensor |
| CN109273469A (en) * | 2018-09-17 | 2019-01-25 | 德淮半导体有限公司 | Imaging sensor and forming method thereof |
| CN110164892A (en) * | 2019-05-23 | 2019-08-23 | 德淮半导体有限公司 | Imaging sensor and forming method thereof |
-
2004
- 2004-12-22 KR KR1020040110016A patent/KR20060072172A/en not_active Application Discontinuation
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| KR100821346B1 (en) * | 2006-08-02 | 2008-04-10 | 삼성전자주식회사 | Image sensor for improving the image quality and method of sensing the image for improving it |
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| CN109273469A (en) * | 2018-09-17 | 2019-01-25 | 德淮半导体有限公司 | Imaging sensor and forming method thereof |
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