KR20070036529A - Image sensor and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 인접한 마이크로 렌즈 사이의 브릿지를 방지하여 광집속 효율을 향상시킬 수 있는 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명에서는 복수의 칼라필터가 형성된 기판과, 상기 칼라필터에 대응되도록 상기 칼라필터 상부에 각각 형성된 절연막 패턴과, 상기 절연막 패턴에 대응되도록 상기 절연막 패턴 상부에 각각 형성된 돔 형태의 마이크로 렌즈를 포함하는 이미지 센서를 제공한다.The present invention is to provide an image sensor and a method of manufacturing the same that can improve the light focusing efficiency by preventing the bridge between the adjacent micro-lens, for the purpose of the present invention to a substrate having a plurality of color filters and the color filter An image sensor including an insulating film pattern formed on the color filter so as to correspond to each other, and a dome-shaped micro lens formed on the insulating film pattern to correspond to the insulating film pattern, respectively.
이미지 센서, 마이크로 렌즈, 산화막, 브릿지, 광효율. Image sensor, micro lens, oxide film, bridge, light efficiency.
Description
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이미지 센서의 일부를 도시한 단면도.1 is a cross-sectional view showing a part of an image sensor according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2 내지 도 5는 도 1에 도시된 이미지 센서 제조방법을 도시한 공정단면도.2 to 5 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the image sensor shown in FIG. 1.
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 --Explanation of symbols for the main parts of the drawings-
110 : 기판110: substrate
111 : 필드 산화막111: field oxide film
112 : 포토다이오드 영역112: photodiode region
113 : 하부층113: lower layer
114 : 절연막114: insulating film
115 : 포토레지스트 패턴115: photoresist pattern
114a : 절연막 패턴114a: insulating film pattern
118 : 마이크로 렌즈용 절연막118: insulating film for micro lenses
118a : 마이크로 렌즈118a: Micro Lens
본 발명은 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 이미지 센서의 마이크로 렌즈(micro lens) 및 그 형성방법에 관한 것이다. The present invention relates to an image sensor and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a micro lens of the image sensor and a method of forming the same.
최근들어 디지털 카메라(digital camera)는 인터넷을 이용한 영상통신의 발전과 더불어 그 수요가 폭발적으로 증가하고 있는 추세에 있다. 더욱이, 카메라가 장착된 PDA(Personal Digital Assistant), IMT-2000(International Mobile Telecommunications-2000), CDMA(Code Division Multiple Access) 단말기 등과 같은 이동통신단말기의 보급이 증가됨에 따라 소형 카메라 모듈의 수요가 증가하고 있다. Recently, the demand of digital cameras is exploding with the development of video communication using the Internet. Moreover, the demand for small camera modules increases as the popularity of mobile communication terminals such as PDAs equipped with cameras, International Mobile Telecommunications-2000 (IMT-2000), Code Division Multiple Access (CDMA) terminals, etc. increases. Doing.
카메라 모듈로는 기본적인 구성요소가 되는 CCD(Charge Coupled Device)나 CMOS(complementary metal-oxide-semiconductor) 이미지 센서를 이용한 이미지 센서 모듈이 널리 보급되어 사용되고 있다. 이미지 센서는 칼라 이미지를 구현하기 위하여 외부로부터 빛을 받아 광전하를 생성 및 축적하는 광감지부 상부에 칼라필터가 정렬되어 있다. 칼라필터 어레이는 레드(Red), 그린(Green) 및 블루(Blue)의 3가지 칼라로 이루어지거나, 옐로우(Yellow), 마젠타(Magenta) 및 시안(Cyan)의 3가지 칼라로 이루어진다. As a camera module, an image sensor module using a charge coupled device (CCD) or a complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) image sensor that is a basic component is widely used. The image sensor is arranged on the upper part of the light sensing unit for generating and accumulating photocharges from the outside to implement a color image. The color filter array is composed of three colors of red, green, and blue, or three colors of yellow, magenta, and cyan.
이러한 이미지 센서는 일반적으로 빛을 감지하는 광감지부와, 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 로직회로부로 구성된다. 광감도를 높이기 위하여 전체 이미지 센서 소자에서 광감지부의 면적이 차지하는 비율(fill factor)을 크게 하려는 노력이 진행됨에 따라 광감지부 이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 바꿔서 광감지부로 모아 주는 집광기술이 등장하였는데, 이러한 집광을 위하여 이미지 센서는 칼라필터 상에 마이크로 렌즈(microlens)를 형성하는 방법을 사용하고 있다. The image sensor is generally composed of a light sensing unit for detecting light, and a logic circuit unit for processing the detected light into an electrical signal to make data. As efforts are made to increase the fill factor of the area of the photodetector in the entire image sensor device in order to increase the photosensitivity, a condensing technology that changes the path of light incident to an area other than the photodetector and collects it into the photodetector For this purpose, the image sensor uses a method of forming microlenses on a color filter.
종래에는, 이러한 마이크로 렌즈를 형성하기 위해서 유기물 포토레지스트를 이용하였다. 예컨대, 칼라필터 형성공정이 완료된 구조물 상부를 평탄화하기 위해 형성된 평탄화막 상에 유기물 포토레지스트를 도포한 후, 노광 및 현상공정을 통해 유기물 포토레지스트를 패터닝(patterning)한다. 그런 다음, 열공정을 통해 패터닝된 유기물 포토레지스트를 플로우(flow)시킴으로써 마이크로 렌즈를 형성한다.Conventionally, organic photoresist was used to form such a micro lens. For example, after the organic photoresist is applied on the planarization film formed to planarize the structure structure on which the color filter formation process is completed, the organic photoresist is patterned through an exposure and development process. Then, the microlenses are formed by flowing the patterned organic photoresist through a thermal process.
그러나, 종래와 같이 유기물 포토레지스트를 이용하여 마이크로 렌즈를 형성하는 경우에는 유기물 포토레지스트 패터닝할 시에 유기물 포토레지스트 간의 간격을 일정하게 유지함으로써, 이들을 격리시켜야 한다. 이처럼, 일정 간격으로 유기물 포토레지스트 간을 격리시키지 않게 되면, 열공정시 유기물 포토레지스트가 플로우되면서 인접한 유기물 포토레지스트가 서로 붙어버리는 브릿지(bridge)가 발생되기 때문이다. 이와 같이, 마이크로 렌즈 형성시 브릿지가 발생하면 마이크로 렌즈로서의 본래 기능을 상실하게 된다.However, in the case of forming a microlens using an organic photoresist as in the related art, it is necessary to isolate them by maintaining a constant gap between organic photoresists during organic photoresist patterning. As such, when the organic material photoresist is not isolated at a predetermined interval, a bridge is formed in which the organic material photoresist flows during the thermal process so that adjacent organic photoresist may adhere to each other. As such, if a bridge occurs in forming the microlens, the original function as the microlens is lost.
한편, 마이크로 렌즈는 그 크기가 클수록 더욱 이미지 센서의 광효율을 개선 시킬 수 있다. 이는, 마이크로 렌즈의 크기가 클수록 더 많은 빛을 모아 포토다이오드 영역에 입사시키기 때문이다. 이러한 반면에, 상기 종래기술에 따르면 브릿지를 방지하기 위해서는 인접한 마이크로 렌즈 사이를 서로 일정 간격 격리시켜야 하므로, 제한된 면적 내에서 상대적으로 마이크로 렌즈 크기가 감소하여 마이크로 렌즈의 광집속 효율이 저하되는 문제가 있다.On the other hand, the larger the size of the micro lens can improve the light efficiency of the image sensor. This is because the larger the size of the microlenses, the more light is collected and incident on the photodiode region. On the other hand, according to the related art, in order to prevent the bridge, the adjacent microlenses must be separated from each other by a predetermined distance, so that the size of the microlenses is relatively reduced within a limited area, thereby deteriorating the light focusing efficiency of the microlenses. .
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 본 발명은, 인접한 마이크로 렌즈 사이의 브릿지를 방지하여 광집속 효율을 향상시킬 수 있는 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention proposed to solve the above problems of the prior art, an object of the present invention is to provide an image sensor and a method of manufacturing the same that can improve the light focusing efficiency by preventing the bridge between adjacent micro lenses.
상기 목적을 달성하기 위한 일측면에 따른 본 발명은, 복수의 칼라필터가 형성된 기판과, 상기 칼라필터에 대응되도록 상기 칼라필터 상부에 각각 형성된 절연막 패턴과, 상기 절연막 패턴에 대응되도록 상기 절연막 패턴 상부에 각각 형성된 돔 형태의 마이크로 렌즈를 포함하는 이미지 센서를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a substrate including a plurality of color filters, an insulating film pattern formed on the color filter to correspond to the color filter, and an insulating film pattern to correspond to the insulating film pattern. It provides an image sensor including a dome-shaped micro lens each formed in.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 다른 측면에 따른 본 발명은, 복수의 칼라필터가 형성된 기판을 제공하는 단계와, 상기 칼라필터에 대응되도록 상기 칼라필터 상부에 절연막 패턴을 형성하는 단계와, 상기 절연막 패턴 사이에서 굴곡부를 갖고 상기 절연막 패턴을 덮도록 마이크로 렌즈용 절연막을 증착하는 단계와, 상기 마이크로 렌즈용 절연막의 굴곡부를 연마하여 돔 형태를 갖는 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서 제조방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a substrate including a plurality of color filters, a step of forming an insulating film pattern on the color filter so as to correspond to the color filter, and the insulating film. Depositing an insulating film for a microlens with a bent portion between the patterns to cover the insulating film pattern, and forming a microlens having a dome shape by polishing the bent portion of the microlens insulating film. to provide.
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 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이며, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나, 또는 그들 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호는 표시된 부분은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 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. In addition, in the drawings, the thicknesses of layers and regions are exaggerated for clarity, and in the case where the layers are said to be "on" another layer or substrate, they may be formed directly on another layer or substrate or Or a third layer may be interposed therebetween. Also, throughout the specification, the same reference numerals denote the same components.
실시예Example
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이미지 센서의 일부를 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a part of an image sensor according to a preferred embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이미지 센서는 복수의 칼라필터(미도시)를 포함한 하부층(113)이 형성된 기판(110)과, 칼라필터에 대응되도록 칼라필터 상부에 각각 형성된 절연막 패턴(114a)과, 절연막 패턴(114a)에 대응되도록 절연막 패턴(114a) 상부에 각각 형성된 돔(dome) 형태의 마이크로 렌즈(118a)를 포함한다. 또한, 절연막 패턴(114a) 사이로 노출된 기판(110)을 덮도록 절연막 패턴(114a)과 마이크로 렌즈(118a) 사이에 형성된 마이크로 렌즈용 절연막 (118)을 더 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1, an image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention may be formed on a
마이크로 렌즈(118a)와 절연막 패턴(114a)은 모두 산화막 계열의 물질로 형성된다. 예컨대, 마이크로 렌즈(118a)와 절연막 패턴(114a)은 HDP(High Density Plasma) 산화막, BPSG(Boron Phosphorus Silicate Glass)막, PSG(Phosphorus Silicate Glass)막, PETEOS(Plasma Enhanced Tetra Ethyle Ortho Silicate)막, PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)막, USG(Un-doped Silicate Glass)막, FSG(Fluorinated Silicate Glass)막, CDO(Carbon Doped Oxide)막 및 OSG(Organic Silicate Glass)막 중 어느 하나로 이루어진다. 또한, 마이크로 렌즈용 절연막(118)은 마이크로 렌즈(118a)와 동일한 물질로 이루어지는 것이 특징이다.Both the
기판(110) 내에는 칼라필터와 대응되는 영역에 각각 포토다이오드 영역(112)이 형성되어 있고, 이웃하는 포토다이오드 영역(112)을 서로 격리시키기 위한 필드 산화막(111)이 형성되어 있다. 앞서 언급한 하부층(113)은 금속배선, 금속배선과 기판을 절연시키기 위한 층간절연막, 금속배선을 보호하는 패시베이션막, 패시베이션막 상에 형성된 복수의 칼라필터 및 칼라필터를 덮는 평탄화막을 포함한다.In the
여기서 중요한 것은, 이웃하는 마이크로 렌즈(118a) 간의 간격(D2)은 이웃하는 마이크로 렌즈(118a) 간에 브릿지를 억제할 수 있도록, 이웃하는 절연막 패턴(114a) 간의 간격(D1)보다 좁도록 한다. 그리고, 마이크로 렌즈(118a)의 폭(W2)은 광집속 효율을 최대화시키도록 절연막 패턴(114a)의 폭(W1)보다 크도록 한다.Importantly, the spacing D 2 between the neighboring
도 2 내지 도 5는 도 1에 도시된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이미지 센서 제조방법을 도시한 공정단면도이다.2 to 5 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an image sensor according to a preferred embodiment of the present invention shown in FIG. 1.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 포토다이오드 영역(112) 및 인접한 포토다이오드 영역(112) 사이를 격리시키는 복수의 필드 산화막(111)이 형성된 기판(110) 상에 칼라필터(미도시)를 포함한 하부층(113)을 형성한다. 여기서, 하부층(113)은 금속배선, 금속배선과 기판을 절연시키기 위한 층간절연막, 금속배선을 보호하도록 금속배선 상에 형성된 패시베이션막, 패시베이션막 상에 형성된 복수의 칼라필터 및 칼라필터를 덮는 평탄화막을 포함한다.First, as shown in FIG. 2, a color filter (not shown) is formed on a
이어서, 하부층(113) 상에 절연막(114)을 증착한다. 이때, 절연막(114)은 산화막 계열의 물질을 증착한다. 예컨대, HDP(High Density Plasma) 산화막, BPSG(Boron Phosphorus Silicate Glass)막, PSG(Phosphorus Silicate Glass)막, PETEOS(Plasma Enhanced Tetra Ethyle Ortho Silicate)막, PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)막, USG(Un-doped Silicate Glass)막, FSG(Fluorinated Silicate Glass)막, CDO(Carbon Doped Oxide)막 및 OSG(Organic Silicate Glass)막 중 어느 하나를 증착한다.Next, an
이어서, 도 3에 도시된 바와 같이, 절연막(114, 도 2 참조) 상에 포토레지스트(미도시)를 도포한 후, 노광 및 현상공정을 실시하여 포토레지스트 패턴(115)을 형성한다. 이때, 포토레지스트 패턴(115)은 칼라필터(미도시)와 대응되는 영역을 덮도록 형성한다. Subsequently, as shown in FIG. 3, after the photoresist (not shown) is coated on the insulating layer 114 (see FIG. 2), the
이어서, 포토레지스트 패턴(115)을 식각마스크로 이용한 식각공정(116)을 실 시하여 절연막(114)을 식각한다. 이로써, 칼라필터와 대응되는 영역의 하부층(113) 상에 각각 절연막 패턴(114a)이 형성된다.Subsequently, an
이어서, 도 4에 도시된 바와 같이, 스트립(strip) 공정을 실시하여 포토레지스트 패턴(115, 도 3 참조)을 제거한다. Subsequently, as shown in FIG. 4, a strip process is performed to remove the photoresist pattern 115 (see FIG. 3).
이어서, 절연막 패턴(114a) 사이에서 굴곡부를 갖도록 스트립 공정으로 노출된 절연막 패턴(114a)을 포함한 하부층(113) 상부의 단차를 따라 마이크로 렌즈용 절연막(118)을 증착한다. 이때, 마이크로 렌즈용 절연막(118)은 PE-CVD(Plasma Enhanced-Chemical Vapor Deposition) 방식으로 증착한다. 일반적으로, PE-CVD 방식을 이용하여 절연막을 증착하는 경우에는, 절연막이 수직 방향 뿐만 아니라 수평 방향으로도 증착되게 된다. 따라서, 이웃하는 절연막 패턴(114a) 간의 간격(W1)보다 마이크로 렌즈용 절연막(118) 간의 간격(W2)이 더 좁아진다. 이러한 특성을 이용하여, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 이웃하는 마이크로 렌즈용 절연막(118) 사이에서 브릿지가 유발되지 않을 정도의 레시피(recipe)를 갖는 PE-CVD 방식으로 마이크로 렌즈용 절연막(118)을 증착한다.Subsequently, the
이어서, 도 5에 도시된 바와 같이, 굴곡부에서의 돌출된 마이크로 렌즈용 절연막(118, 도 4 참조)을 평탄화하여, 즉 연마하여 돔 형태의 마이크로 렌즈(118a)를 형성한다. 이때, 마이크로 렌즈(118a)는 자동으로 절연막 패턴(114a)에 얼라인되어(self-aligned) 절연막 패턴(114a)의 폭(W1)보다 넓은 폭(W2)으로 형성된다. 따라서, 마이크로 렌즈(118a)의 폭을 가능한 한 크게 하여 마이크로 렌즈(118a)의 광 집속 효율을 최대화할 수 있다.Then, as shown in Fig. 5, the dome-shaped microlens insulating film 118 (see Fig. 4) protruding from the bent portion is flattened, that is, polished to form a dome-shaped
여기서, 평탄화는 굴곡부에서의 마이크로 렌즈용 절연막(118)의 중심부와 모서리 부분 간의 연마 속도 차이를 이용하여 진행된다. 예컨대, 굴곡부의 중심부에서의 연마속도보다 굴곡부의 모서리 부분에서의 연마속도가 현저히 빠르게 진행되므로 돔 형태의 마이크로 렌즈(118a)를 형성할 수 있게 된다. 구체적으로, 연마 공정시 사용되는 패드(Pad) 중 소프트형(soft type) 패드를 사용하면 패턴의 측면이 압력을 많이 받게 되므로, 여기서는 굴곡부의 중심부보다 모서리 부분의 연마가 잘 일어나게 된다. 바람직하게는, 평탄화는CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 이용한다.Here, the planarization proceeds by using the difference in polishing rate between the center portion and the corner portion of the
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. Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 복수의 칼라필터와 각각 대응되도록 복수의 절연막 패턴이 형성된 기판 상에 마이크로 렌즈용 절연막을 증착한 후, 절연막 패턴과 대응되는 영역의 마이크로 렌즈용 절연막을 연마하여 브릿지가 유발되지 않을 정도로 서로 이격된 돔 형태의 마이크로 렌즈를 형성함으로써, 이웃하는 마이크로 렌즈 간의 브릿지를 방지할 수 있다. As described above, according to the present invention, the microlens insulating film is deposited on a substrate on which a plurality of insulating film patterns are formed so as to correspond to the plurality of color filters, respectively, and then the microlens insulating film in the region corresponding to the insulating film pattern is polished. By forming the dome-shaped microlenses spaced apart from each other such that the bridge is not induced, it is possible to prevent the bridge between neighboring microlenses.
또한, 제한된 면적 내에서 절연막으로 이루어진 마이크로 렌즈의 크기를 최대로 형성할 수 있어 마이크로 렌즈의 광집속 효율을 향상시킬 수 있다. In addition, it is possible to maximize the size of the microlens made of an insulating film within a limited area can improve the light focusing efficiency of the microlens.
즉, 본 발명에 의하면, 마이크로 렌즈의 브릿지를 방지하면서 마이크로 렌즈의 광집속 효율을 향상시킴으로써, 이미지 센서의 광효율을 개선시킬 수 있다.That is, according to the present invention, the light efficiency of the image sensor can be improved by improving the light focusing efficiency of the micro lens while preventing the bridge of the micro lens.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020050091691A KR20070036529A (en) | 2005-09-29 | 2005-09-29 | Image sensor and method for manufacturing the same |
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| KR (1) | KR20070036529A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100958626B1 (en) * | 2007-12-26 | 2010-05-19 | 주식회사 동부하이텍 | Inspection method of micro lens |
-
2005
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