KR20060077610A - 자동 배열된 마이크로렌즈를 갖는 이미지 센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동 배열된 마이크로렌즈를 갖는 이미지 센서에 관한 것으로, 집광 감도를 보상하기 위한 컬러필터부와 마이크로렌즈부를 갖는 이미지 센서에 있어서, 상기 컬러필터부 하단에서 빛을 포토다이오드로 통과시키는 오목한 형상의 평탄층, 상기 평탄층 상단에 위치하며 상부가 소정 곡률을 갖는 컬러필터부, 상기 컬러필터부 상에 포토레지스트를 스핀코트 또는 증착하여 형성된 마이크로렌즈부로 이루어진 것을 특징으로 하여, 집광 렌즈의 면적을 최대한 키울 수 있으며 또 집속하지 못하는 빛의 위신호를 흡수하여 광전 변환되지 않도록 하여 선명하고 감도가 좋은 이미지 센서에 관한 것이다.
이미지센서, 마이크로렌즈, 컬러필터

Description

자동 배열된 마이크로렌즈를 갖는 이미지 센서{Image Sensor comprising a self aligned microlens}
도 1은 본 발명의 이미지 센서 수직구조도
도 2는 이미지 센서 수직구조도,
도 3은 평탄층 형성 상태의 센서 단면도,
도 4는 컬러필터층 형성상태의 센서 단면도이다.
본 발명은 자동 배열된 마이크로렌즈를 갖는 이미지 센서에 관한 것으로, 집광 렌즈의 면적을 최대한 키울 수 있으며 또 집속하지 못하는 빛의 위신호를 흡수하여 광전 변환되지 않도록 하여 선명하고 감도가 좋은 이미지 센서에 관한 것이다.
일반적으로 이미지 센서용 기구를 제조함에 있어서, 이미지를 받아들이는 이미지 평면에 존재하는 포토다이오드의 갯수가 해상도를 결정하기 때문에 고화소화로의 진전 및 소형화에 따른 단위 화소의 미세화가 이루어지고 있다. 따라서 이렇게 소형화 및 고화소화로의 진전에 따라 외부 화상의 입력을 이미지 평면에 집속함 에 있어서 단위화소의 크기가 작아지고, 빛을 받아들이는 수광부의 면적이 줄어들게 됨에 따라 빛의 감응정도를 높이기 위하여 집광용 렌즈를 형성하게 된다.
이 집광 렌즈는 색분리층 하부 또는 상부에 형성을 하게 된다. 이 집광 렌즈의 단면적에 따라 입사하는 빛의 집속량이 달라지기 때문에 집광용 렌즈를 최대한 키우는 방향으로 하여 보다 많은 빛을 집속하고 또 집속하지 못하는 빛의 양을 줄여 위신호를 줄여 보다 선명한 화상을 얻을 수 있는 방향으로 기술이 개발되고 있다.
앞서 언급한 대로 이미지 센서의 소형화, 다화소화로의 변화에 따라 단위면적당 더 많은 화소를 만들고 있으며 화소 크기가 작아짐에 따라 상부에 온칩으로 형성하는 컬러필터 및 마이크로렌즈층의 사이즈 또한 작아진다.
단위화소 크기가 작아짐에 따라 빛을 받아들이는 포토다이오드 영역의 축소에 따라 감도는 줄어들게 된다. 따라서 줄어드는 감도를 보상하기 위해서는 더 많은 빛을 받아 들여야 하는데 그렇게 하기 위해선 개구부를 늘리는 방법과 상부에 집광 마이크로렌즈를 형성하는 방법 등이 있는데 개구부는 대부분 금속층으로 형성을 하게 되며 이 금속층은 배선 및 차광 역할을 하게 되며, 단위화소로 입사하여 차광층 상부로 입사하는 입사광을 집광 렌즈의 개구부로 빛을 굴절시켜 집속을 함에 있어서 집광 렌즈를 키움에 따라 렌즈가 서로 붙거나 떨어지는 정도가 조금씩 다르게 되어 화상의 균일도가 나빠지며, 또 하부의 색 분리층의 영향을 받게 되어, 인접 색분리층의 정보가 혼합되어 들어오기도 하여 색 재현성 및 콘트라스트가 나빠지게 된다. 또한 색분리층 형성시 안료의 혼합에 따른 광 해상도 저하로 정렬노 광시 정밀 패턴 형성이 어려우며, 색분리층간의 중첩이나 공간 형성으로 상부 평탄층이 반드시 필요하게 되는 추가공정이 필요하게 된다.
따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로, 집광 렌즈의 면적을 최대한 키울 수 있으며 또 집속하지 못하는 빛의 위신호를 흡수하여 광전 변환되지 않도록 하여 선명하고 감도가 좋은 이미지 센서를 제공함에 그 목적이 있다.
상기 이미지 센서의 제조방법을 제공하는 것이 본 발명의 또다른 목적이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이미지 센서는, 집광 감도를 보상하기 위한 컬러필터부와 마이크로렌즈부를 갖는 이미지 센서에 있어서, 상기 컬러필터부 하단에서 빛을 포토다이오드로 통과시키는 오목한 형상의 평탄층, 상기 평탄층 상단에 위치하며 상부가 소정 곡률을 갖는 컬러필터부, 상기 컬러필터부 상에 포토레지스트를 스핀코트 또는 증착하여 형성된 마이크로렌즈부로 이루어진 것을 특징으로 하는 것이다. 여기서 상기 평탄층은 에스오지(SOG) 계열로 된 것이 바람직하다.
이와 같은 구조의 이미지 센서를 제조하는 방법으로, 집광 감도를 보상하기 위한 이미지 센서 제조방법에 있어서, 포토다이오드 상에 오목한 형상의 평탄층을 형성하는 단계; 상기 평탄층에 사진식각을 통해 상부에 소정 곡률을 갖는 컬러필터 부를 형성하는 단계; 상기 컬러필터부상에 포토레지스트를 스핀코팅 또는 증착하여 마이크로렌즈부를 형성하는 단계;를 포함하여 이루어진 이미지 센서 제조방법을 제공한다.
따라서 본 발명의 이미지 센서는 컬러필터부에 수광을 위한 볼록렌즈 형상의 굴곡을 갖도록 형성하게 이 위에 이를 보호하기 위한 포토레지스트의 스핀코팅 또는 증착하는 간단한 단계만으로 모든 이미지 센서 제조가 끝나게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 이미지 센서의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 이미지 센서 수직구조도이다.
실리콘 기판(10)위에 포토다이오드(12)가 형성되어 있고, 오목한 형상의 평탄층(14)이 위치하며, 그 위에 위가 볼록한 형태의 컬러필터부(16)이 형성된 후 마지막으로 상기 컬러필터부(16)를 보호하면서 그 굴곡을 그대로 살릴 수 있게 형성된 마이크로렌즈층(18)이 배열된 구조이다.
이와 같은 본 발명의 이미지 센서는 실리콘 기판에 통상의 방법으로 CCD 또는 CMOS 타입으로 이미지 센서를 형성하고 상부에 차광 및 배선용 금속을 형성한다. 도 2는 이 상태를 보여주는 도면으로, 실리콘 기판(10)위에 포토다이오드(12)가 형성되어 있는 기초적인 센서의 수직 구조를 나타낸다.
여기서 차광 용도의 금속은 필 팩터(Fill Factor) 감안 및 서브층인 포토다이오드 이외의 부분으로의 입사를 막아주기 위한 용도인데, 본 발명은 금속의 라인 폭을 가능한한 좁게 가져가는 것을 특징으로 하며, 이는 마이크로렌즈의 포칼 길이 감안하여 레이 트레이싱시 차광 금속에 의해 차단되는 것을 없게 하기 위함이다.
그리고 차광 금속 상부에 기구의 보호를 위해 패시베이션이 된 상태에서 상부에 형성될 컬러필터층의 프로파일 및 균일도 향상을 위하여 평탄층을 가시파장 영역에서 투명성이 좋은 유기물질계열로 형성을 한다. 이 단계가 도 3에 도시되어 있는데 상부에 오목한 형상의 평탄층(14)이 위치하고 있다.
상기 평탄층은 갭을 채우는 능력이 좋은 SOG계열로 하는 것이 바람직하다. 즉 차광 금속에 의해 발생된 표면 단차를 효율적으로 줄여주기 위해서이다. 이렇게 SOG 계열로 평탄층을 형성한 다음, 각각의 화소에 소정의 공정으로 컬러필터층을 형성한다. 컬러필터층은 통상의 포토리소그래피 방법으로 형성을 하게 된다. 즉, 적청녹(R/G/B) 색상을 선택적으로 세 번에 걸쳐 포토리소그래피 공정을 행하여 색분리층인 컬러필터층을 형성하게 된다. 이 단계가 도 4에 도시되어 있는데, 상기 평탄층(14) 위에 컬러필터층(16)이 위치하고 있다.
여기서 상기 컬러필터층은 기구의 고화소 및 단위 화소 사이즈의 미세화에 따라 정밀 패턴이 요구되고 있는 부분인데, 컬러필터층 형성방법의 한 종류인 안료분산법의 경우, 포토레지스트내에 안료가 포함되어 있기 때문에 정밀 패턴 형성이 어려우며, 고해상도의 경우 가격이 매우 비싸기 때문에 원가상승 요인이 된다. 이렇게 형성된 색 분리층의 단차는 SOG에 의해 갭을 채우는 정도에 따라 조절이 가능하며, 이는 곧바로 마이크로렌즈의 사이즈 및 곡률에 영향을 미치게 된다. 이와 같이 색 분리층으로 단차를 형성한 상태에서 마이크로렌즈 형성용 포토레지스트를 스핀코팅하면 서브층의 단차에 따라 식각 및 현상 등의 공정이 필요 없이 자동 배열 된 마이크로렌즈가 형성이 가능하게 된다.
이와 같이 본 발명은 이미지 센서용 컬러필터층을 형성함에 있어서 그 위에 올 마이크로렌즈의 배열을 위해 별도의 오버코트층의 형성이 필요없게 되며, 또한 마이크로렌즈 형성시 마이크로렌즈의 자동 배열이 가능하기 때문에 공정의 단축 및 안정화 측면에서 많은 장점이 발생하게 된다.
본 발명의 효과는 이미지 센서용 컬러필터를 제조함에 있어서, 각각의 화소에 색분리층을 보다 안정적이고 편리하게 또 보다 선명한 화상을 얻기 위한 효과가 있다.
즉, 본 발명은 컬러필터를 형성함에 있어서, 색분리층인 컬러필터층의 형성을 위한 기존의 기본적인 공정인 평탄층의 단순화 및 색분리층의 공정 마진 증대, 보호막의 형성이 필요 없게 되며, 집광 렌즈의 자동 배열이 가능하기 때문에 포토리소그래피 공정의 단순화 및 안정화 등의 장점이 발생되며, 공정 단순화, 안정화 및 박막화로 인하여 원가 절감 및 고품질의 제품이 가능하며, 차세대 제품의 개발 및 적용이 쉬운 잇점이 발생하게 된다.
아울러 마이크로렌즈의 표면적을 100%사용 가능하기 때문에 감도 향상 효율이 매우 높아 품질 향상이 가능해진다.

Claims (3)

  1. 집광 감도를 보상하기 위한 컬러필터부와 마이크로렌즈부를 갖는 이미지 센서에 있어서,
    상기 컬러필터부 하단에서 빛을 포토다이오드로 통과시키는 오목한 형상의 평탄층,
    상기 평탄층 상단에 위치하며 상부가 소정 곡률을 갖는 컬러필터부,
    상기 컬러필터부 상에 포토레지스트를 스핀코트 또는 증착하여 형성된 마이크로렌즈부로 이루어진 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 평탄층은 에스오지(SOG) 계열로 된 것임을 특징으로 하는 이미지 센서.
  3. 집광 감도를 보상하기 위한 이미지 센서 제조방법에 있어서,
    포토다이오드 상에 오목한 형상의 평탄층을 형성하는 단계;
    상기 평탄층에 사진식각을 통해 상부에 소정 곡률을 갖는 컬러필터부를 형성하는 단계;
    상기 컬러필터부상에 포토레지스트를 스핀코팅 또는 증착하여 마이크로렌즈부를 형성하는 단계;를 포함하여 이루어진 이미지 센서 제조방법.
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