KR20070105763A - Cmos image sensor and fabricating method therefore - Google Patents

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KR20070105763A
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신현택
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Abstract

A CMOS image sensor and a manufacturing method of the same are provided to form a color filter in an inside of a groove formed in a metal layer by adjusting easily a thickness of the color filter. A light sensing element(33) is formed on one surface of a semiconductor substrate(31). A logic circuit layer(35) is formed on the semiconductor substrate. The logic circuit layer includes a plurality of layers of circuit patterns(37) and an insulating material formed between the circuit patterns. A metal layer(39) is formed on the insulating material as a top part and includes a plurality of grooves. Color filters(45) are formed in the grooves. A micro-lens(49) is formed on the color filters. A center of the groove corresponds to a center of the light sensing element. The center of the groove is positioned eccentrically to the center of the light sensing element.

Description

시모스 이미지센서 및 그 제작방법{CMOS IMAGE SENSOR AND FABRICATING METHOD THEREFORE}CMOS image sensor and its manufacturing method {CMOS IMAGE SENSOR AND FABRICATING METHOD THEREFORE}

도 1은 일반적인 시모스 이미지센서의 단위화소를 나타낸 회로도이다. 1 is a circuit diagram illustrating a unit pixel of a general CMOS image sensor.

도 2는 일반적인 시모스 이미지센서에서 빛이 컬러필터를 통과하지 않고 광감지소자에 입사되는 상태를 나타낸 단면도이다. 2 is a cross-sectional view illustrating a state in which light is incident on the photosensitive device without passing through a color filter in a general CMOS image sensor.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 시모스 이미지센서 제작방법에서 반도체 기판 상에 광감지소자 및 로직회로층이 형성된 상태를 나타낸 단면도이다. 3 is a cross-sectional view illustrating a state in which a photosensitive device and a logic circuit layer are formed on a semiconductor substrate in a method of manufacturing a CMOS image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 4는 도 3에서 패시베이션층 상에 금속층을 적층한 후 홈을 형성한 상태를 나타낸 단면도이다. 4 is a cross-sectional view illustrating a state in which a groove is formed after stacking a metal layer on the passivation layer in FIG. 3.

도 5는 도 4에 도시된 홈에 컬러필터를 형성한 후 평탄화층을 개재한 상태에서 마이크로 렌즈를 제작한 상태를 도시하는 단면도이다. FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a state in which a microlens is manufactured in a state where a color filter is formed in a groove illustrated in FIG. 4 and a planarization layer is interposed therebetween.

도 6a 내지 도 6c는 마이크로 렌즈 제작공정을 나타낸 단면도이다. 6A to 6C are cross-sectional views illustrating a microlens manufacturing process.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 시모스 이미지센서에서 빛이 입사되는 상태를 나타낸 단면도이다. 7 is a cross-sectional view showing a state in which light is incident on the CMOS image sensor according to an embodiment of the present invention.

<도면 부호의 설명><Description of Drawing>

31: 반도체 기판 33: 광감지소자31: semiconductor substrate 33: photosensitive device

35: 로직회로층 37: 회로패턴35: logic circuit layer 37: circuit pattern

39: 금속층 41: 홈39: metal layer 41: groove

43: 패시베이션층 45: 컬러필터43: passivation layer 45: color filter

47: 평탄화층 49: 마이크로렌즈47: planarization layer 49: microlens

본 발명은 시모스 이미지 센서에 관한 것이다. The present invention relates to a CMOS image sensor.

일반적으로 이미지 센서(image sensor)란 광학 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 크게 전하결합소자(charged coupled device: 이하 'CCD'라 함)와 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 이미지 센서로 구분된다. In general, an image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal, and is generally referred to as a charge coupled device (CCD) and a complementary metal-oxide semiconductor (CMOS). It is divided into image sensors.

CCD는 각각의 MOS(Metal-Oxide-Silicon: 이하 'MOS'라 함) 커패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 커패시터에 저장되고 이송되는 소자이다. CMOS 이미지 센서는 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소 수만큼 MOS 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 순차적으로 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다. A CCD is a device in which charge carriers are stored and transported in a capacitor while each MOS (Metal-Oxide-Silicon) capacitor is located in close proximity to each other. The CMOS image sensor adopts a switching method that uses a CMOS technology that uses a control circuit and a signal processing circuit as peripheral circuits to make MOS transistors as many as the number of pixels and sequentially detects the output using the same. It is an element to make.

종래의 이미지 센서로 가장 주목을 받는 것은 CCD로서 현재 디지털 카메라, 카메라폰 등에 널리 사용되고 있다. 그러나 카메라폰의 중요성이 부각되면서 카메라폰의 소비전력을 줄이는 것이 중요한 문제로 대두되고 있으며, 이에 따라 CMOS 이미지 센서에 대한 관심이 증대되고 있다. 그 이유는 CMOS 이미지 센서는 일반 실리콘 반도체를 생산하는 CMOS 공정으로 제작되어 크기가 작을 뿐만 아니라 가격도 저렴하며, 소비전력이 적다는 장점을 갖고 있기 때문이다. CMOS 센서는 이처럼 집적도가 높고, 소비전력이 낮기 때문에 휴대용 센서로서의 우수한 특성을 나타내고 있으나, 기존의 CCD에 비해 광감도(photo sensitivity)가 낮다는 문제점을 가지고 있어 이를 개선하려는 여러 노력이 진행되고 있다. The most attracting attention with the conventional image sensor is the CCD is widely used in digital cameras, camera phones and the like. However, as the importance of the camera phone is highlighted, reducing the power consumption of the camera phone has emerged as an important problem, and accordingly, interest in the CMOS image sensor is increasing. The reason is that the CMOS image sensor is manufactured by a CMOS process for producing a general silicon semiconductor, which is small in size, inexpensive, and has low power consumption. CMOS sensors have excellent characteristics as portable sensors because of their high integration and low power consumption. However, various efforts have been made to improve them because they have a low photo sensitivity compared to conventional CCDs.

한편, 카메라폰 등의 기기들이 점점 소형화를 추구하고 있어, 카메라폰을 구성하는 이미지 광학계에 사용되는 광학시스템은 컴팩트화, 고화질화 되고 있는 추세이다. 따라서 카메라폰 등에 사용되고 있는 CMOS의 화소수가 30만, 100만, 130만, 200만, 300만 화소 등으로 증가하고, 센서의 픽셀 사이즈는 점점 감소하고 있으며, 이미지 모듈의 컴팩트(compact)화에 따라 이미지 센서의 대각 길이가 점차적으로 줄어들고 있는 추세이다. 이에 부합하기 위해 후초점거리(backfocal length)가 작아지고 있으며, 그 결과 CMOS의 가장자리로 입사하는 광의 입사각도는 점점 커지고 있는 경향이다. 결과적으로 렌즈의 후초점 거리가 작아질수록 CMOS 중앙부분과 가장자리 부분으로 입사하는 광량비(이하 '주변광량비'라 함)가 점점 저하되고 있다. 이것은 CCD에만 국한되는 것은 아니며, CCD에도 해당하는 사항으로 최근 이미지 센서에 관한 가장 큰 문제점의 하나로 대두되고 있다. On the other hand, devices such as camera phones are increasingly pursuing miniaturization, and the optical system used in the image optical system constituting the camera phone is becoming more compact and higher quality. Therefore, the number of CMOS pixels used in camera phones, etc. increases to 300,000, 1 million, 1.3 million, 2 million, and 3 million pixels, and the pixel size of the sensor is gradually decreasing, and as the image module is compacted, The diagonal length of the image sensor is gradually decreasing. To this end, the backfocal length is decreasing, and as a result, the angle of incidence of light incident on the edge of the CMOS tends to increase. As a result, as the postfocal distance of the lens decreases, the light intensity ratio (hereinafter referred to as 'ambient light ratio') that enters the center portion and the edge portion of the CMOS gradually decreases. This is not limited to CCD, but also corresponds to CCD, which has recently emerged as one of the biggest problems with image sensors.

도 1을 참조하면, 일반적인 시모스 이미지센서에서 1개의 포토다이오드(PD) 와 4개의 MOS 트랜지스터로 구성된 단위화소(unit pixel)가 도시되어 있다. 단위화소는 빛을 수광하여 광전하를 생성하는 포토다이오드(10), 포토다이오드(10)에서 모아진 광전하를 플로팅 확산영역(13)으로 운송하기 위한 트랜스퍼 트랜지스터(11), 원하는 값으로 플로팅 확산영역의 전위를 세팅하고 전하를 배출하여 플로팅 확산영역(13)을 리셋시키기 위한 리셋 트랜지스터(15), 플로팅 확산영역의 전압이 게이트로 인가되어 소스 팔로워 버퍼 증폭기(source follower buffer amplifier) 역할을 하는 드라이브 트랜지스터(17), 스위칭(switching) 역할로 어드레싱(addressing) 역할을 수행하는 셀렉트 트랜지스터(19)로 이루어진다. 그리고 단위화소 외부에는 출력신호(output signal)를 읽을 수 있도록 로드(load) 트랜지스터(21)가 구비되어 있다. Referring to FIG. 1, a unit pixel composed of one photodiode PD and four MOS transistors in a typical CMOS image sensor is illustrated. The unit pixel includes a photodiode 10 for receiving light to generate photocharges, a transfer transistor 11 for transporting the photocharges collected from the photodiode 10 to the floating diffusion region 13, and a floating diffusion region at a desired value. A reset transistor 15 for resetting the floating diffusion region 13 by setting the potential of the transistor and discharging the electric charge, and a drive transistor acting as a source follower buffer amplifier by applying a voltage of the floating diffusion region to the gate. (17), it consists of a select transistor 19 which performs an addressing role as a switching role. A load transistor 21 is provided outside the unit pixel to read an output signal.

이와 같은 시모스 이미지센서는 빛을 감지하는 수광부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화 하는 로직회로 부분으로 이루어져 있는데, 광감도를 높이기 위해서 전체 이미지센서 소자에서 광감지 부분의 면적이 차지하는 비율(fill factor)을 크게 하려는 노력이 진행되고 있지만, 근본적으로 로직회로 부분을 제거할 수 없기 때문에 제한된 면적 조건에서 이러한 노력에는 한계가 있다. The CMOS image sensor is composed of a light-receiving portion for detecting light and a logic circuit portion for processing the detected light as an electrical signal and data. Efforts have been made to increase the size of the circuit, but this effort is limited in limited area conditions because the logic circuit part cannot be removed.

따라서 광감도를 높이기 위해서 광감지 부분 이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 바꿔서 광감지 부분으로 모아주는 집광기술이 개발되었는데, 이러한 집광을 위해서 시모스 이미지센서는 컬러필터 상에 마이크로 렌즈(micro lens)를 형성하는 방법을 사용하고 있다. Therefore, in order to increase the light sensitivity, a condensing technology has been developed that changes the path of light incident to a region other than the light sensing portion and collects the light into the light sensing portion. The method of forming is used.

도 2를 참조하면, 마이크로 렌즈(23)로 입사되는 빛은 컬러필터(25)를 통하 여 광감지소자(27)로 집광됨으로써 이미지를 재현한다. 그러나 컬러필터(25) 사이를 통과하는 빛은 컬러필터(25)를 통하지 않고 그대로 광감지소자(27)로 집광됨으로써 원하지 않는 이미지가 생성되는 문제점이 유발된다. 또한, 마이크로 렌즈(23) 사이를 통과하는 빛은 마이크로 렌즈(23)를 통과하지 않기 때문에 원하지 않는 광감지소자(27)로 빛이 집광됨으로써 누화(cross talk) 등과 같은 노이즈(noise)가 발생하게 된다.Referring to FIG. 2, light incident on the microlens 23 is condensed by the light sensing element 27 through the color filter 25 to reproduce an image. However, light passing through the color filters 25 is condensed by the light sensing element 27 without passing through the color filters 25, thereby causing a problem in which unwanted images are generated. In addition, since light passing between the microlenses 23 does not pass through the microlens 23, the light is condensed by the unwanted light sensing element 27 so that noise such as cross talk is generated. do.

본 발명은 누화 등과 같은 노이즈를 제거함으로써 정확하고 선명한 이미지를 생성할 수 있는 시모스 이미지센서를 제공하는 것이다. The present invention provides a CMOS image sensor capable of generating accurate and clear images by removing noise such as crosstalk.

본 발명의 일 측면에 따른 시모스 이미지센서는 일면에 광감지소자가 형성된 반도체기판, 반도체기판 상에 형성되며 복수 층의 회로패턴 및 회로패턴 사이에 형성된 절연물질로 이루어진 로직회로층, 최상부의 절연물질 상에 형성되며 복수 개의 홈을 가지는 금속층, 홈에 형성된 컬러필터 및 컬러필터 상에 형성된 마이크로 렌즈를 포함한다. According to an embodiment of the present disclosure, a CMOS image sensor may include a semiconductor substrate having an optical sensing element formed on one surface thereof, a logic circuit layer formed on a semiconductor substrate, and an insulating material formed between a plurality of circuit patterns and a circuit pattern, and an insulating material on top. And a metal layer formed on and having a plurality of grooves, a color filter formed in the grooves, and a micro lens formed on the color filter.

본 발명에 따른 시모스 이미지센서의 실시예들은 다음과 같은 특징들을 하나 또는 그 이상 구비할 수 있다. 예를 들면, 홈의 중심은 광감지소자의 중심과 실질적으로 일치하거나, 홈의 중심은 광감지소자의 중심에서 편심될 수 있다. 그리고 금속층은무반사 코팅 메탈로 이루어질 수 있으며, 광감지소자는 포토다이오드 및 포토게이트 중 어느 하나일 수 있다. Embodiments of the CMOS image sensor according to the present invention may have one or more of the following features. For example, the center of the groove may substantially coincide with the center of the photosensitive device, or the center of the groove may be eccentric at the center of the photosensitive device. The metal layer may be made of an antireflective coating metal, and the photosensitive device may be any one of a photodiode and a photogate.

그리고 컬러필터 상에는 평탄화층이 추가로 적층되고, 평탄화층 상에 마이크로렌즈가 형성될 수 있다. The planarization layer may be further stacked on the color filter, and a microlens may be formed on the planarization layer.

본 발명의 일 측면에 따른 시모스 이미지센서 제작방법은 반도체 기판 상에 광감지소자를 형성하는 단계, 반도체기판 상에 복수 층의 회로패턴 및 회로패턴 사이에 형성된 절연물질로 이루어진 로직회로층을 적층하는 단계, 최상부의 절연물질 상에 금속층을 적층한 후 복수 개의 홈을 형성하는 단계, 홈의 내부에 컬러필터를 형성하는 단계, 컬러필터의 상부에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함한다. According to an embodiment of the present disclosure, a method of manufacturing a CMOS image sensor may include forming a photosensitive device on a semiconductor substrate, and stacking a logic circuit layer made of an insulating material formed between a plurality of circuit patterns and a circuit pattern on the semiconductor substrate. Forming a plurality of grooves after forming a metal layer on the uppermost insulating material, forming a color filter inside the grooves, and forming a microlens on the color filter.

본 발명에 따른 시모스 이미지센서 제작방법은 다음과 같은 실시예들을 하나 또는 그 이상 구비할 수 있다. 예를 들면, 홈의 중심은 광감지소자의 중심과 실질적으로 일치하건 일정 간격 편심될 수 있다. 그리고 금속층은 무반사 코팅 메탈로 이루어질 수 있다. The method for manufacturing CMOS image sensor according to the present invention may include one or more of the following embodiments. For example, the center of the groove may be eccentrically constant or substantially coincident with the center of the light sensing element. And the metal layer may be made of an antireflective coating metal.

이하, 본 발명에 따른 시모스 이미지센서 및 그 제작방법의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. Hereinafter, an embodiment of a CMOS image sensor and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description with reference to the accompanying drawings, the same or corresponding components are given the same reference numerals. Duplicate description thereof will be omitted.

도 3을 참조하면, 컬러필터를 형성하기 전까지의 공정을 진행한 상태가 도시되어 있다. 즉, 시모스 이미지센서 제작 과정에서 반도체기판(31) 상에 광감지소 자(33)를 형성하고 이 밖에 이미지 센서를 구성하는 NMOS 및 PMOS 트랜지스터 등의 CMOS소자(미도시) 등을 형성한다. 광감지소자(33)로는 일반적인 포토 다이오드(photo diode) 또는 포토 게이트(photo gate) 중 어느 하나일 수 있다. 또한, 광감지소자(33)가 포토 다이오드인 경우 통상적인 p/n/p 구조의 포토 다이오드가 형성될 수 있다. Referring to FIG. 3, a state in which the process until the color filter is formed is performed. That is, in the process of fabricating the CMOS image sensor, the optical sensing element 33 is formed on the semiconductor substrate 31, and other CMOS devices (not shown), such as NMOS and PMOS transistors constituting the image sensor, are formed. The photosensitive device 33 may be any one of a general photo diode or a photo gate. In addition, when the photosensitive device 33 is a photodiode, a photodiode having a conventional p / n / p structure may be formed.

그리고 도시하지는 않았지만, 광감지소자(33) 사이에는 활성영역과 필드영역을 정의하는 소자분리막이 형성된다. 소자분리막은 열산화막을 이용한 LOCOS 기법 또는 얕은 트렌치 소자분리법(Shallow Trench Isolation: STI) 등에 의해 제작될 수 있다. Although not shown, an isolation layer defining an active region and a field region is formed between the photosensitive elements 33. The device isolation layer may be manufactured by a LOCOS method using a thermal oxide film or a shallow trench isolation (STI) method.

한편, 시모스 이미지센서는 빛을 감지하는 광감지 부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 로직회로 부분으로 이루어진다. 이와 같은 로직회로 부분을 형성하기 위해서 복수의 회로패턴(37)이 형성되며, 이는 로직회로 부분을 형성하는 과정 중에서 생성된 복수의 산화물계(oxide) 절연물질(36)에 의해 둘러 싸이게 된다. 또한, 최상층에 있는 절연물질(36)의 상부에는 광감지소자(33) 등을 습기나 스크래치로부터 보호하기 위한 페시베이션층(43)이 형성되어 있다.On the other hand, the CMOS image sensor is composed of a light sensing portion for detecting light and a logic circuit portion for processing the detected light into an electrical signal to make data. A plurality of circuit patterns 37 are formed to form the logic circuit portion, which is surrounded by a plurality of oxide insulating materials 36 generated during the formation of the logic circuit portion. In addition, a passivation layer 43 is formed on the top of the insulating material 36 on the uppermost layer to protect the light sensing element 33 and the like from moisture and scratches.

도 4를 참조하면, 페시베이션층(43) 상에는 금속층(39)이 적층되고 금속층(39)에는 광감지소자(33)에 대응하여 홈(41)이 형성된다. 홈(41)에는 추후 공정에 의해 컬러필터(45)가 형성되는데, 이로 인해 컬러필터(45) 사이로 입사되는 빛은 금속층(39)에 의해 차단됨으로써 원하지 않는 이미지 신호가 발생되는 것을 방지할 수 있다. Referring to FIG. 4, a metal layer 39 is stacked on the passivation layer 43, and a groove 41 is formed in the metal layer 39 corresponding to the light sensing element 33. The color filter 45 is formed in the groove 41 by a later process. As a result, light incident between the color filters 45 is blocked by the metal layer 39, thereby preventing unwanted image signals from being generated. .

금속층(39)은 구리 또는 알루미늄 박막을 페시베이션층(43) 상에 적층함으로써 형성된다. 적층방법으로는 동도금법과 같은 전해 또는 비전해 도금 방법 등이 있으며, 이에 국한되는 것은 아니다. 그리고 금속층(39)은 무반사 코팅(anti-reflection coating)된 금속으로 이루어질 수 있다. 이와 같이 무반사 코팅된 금속층(39)은 마이크로 렌즈(49) 이외의 부분으로 흡수되는 빛을 반사시키지 않기 때문에 빛의 간섭을 방지할 수 있게 된다. 금속층(39)의 두께는 추후의 공정에 의해 형성되는 컬러필터(45)의 두께 등을 고려하여 조절할 수 있다. The metal layer 39 is formed by laminating a copper or aluminum thin film on the passivation layer 43. Examples of the lamination method include an electrolytic or non-electrolytic plating method such as copper plating, but are not limited thereto. In addition, the metal layer 39 may be made of an anti-reflection coating metal. As such, the antireflective coating metal layer 39 does not reflect light absorbed by portions other than the microlens 49, thereby preventing interference of light. The thickness of the metal layer 39 may be adjusted in consideration of the thickness of the color filter 45 formed by a later process.

금속층(39) 상에 형성된 홈(41)은 습식에칭 공정 등에 의해 형성될 수 있으며, 홈(41)은 금속층(39)을 관통한다. 따라서 홈(41)에 의해 페시베이션층(43)의 상면이 외부로 노출된다. 홈(41)의 형성 개수는 광감지소자(33)의 개수와 동일하다. 즉, 하나의 광감지소자(33)에 대응하는 홈(41) 및 그 내부에 형성되는 컬러필터(45)가 각각 구비된다. 그리고 홈(41)은 그 중심을 갖는데, 이와 같은 홈(41)의 중심은 광감지소자(33)의 중심과 동일하거나 일정 정도 편심될 수 있다. 도 4에서는 홈(41)의 중심을 광감지소자(33)의 중심과 일치시켜 형성한 상태를 도시하고 있다. The grooves 41 formed on the metal layer 39 may be formed by a wet etching process or the like, and the grooves 41 penetrate the metal layer 39. Therefore, the top surface of the passivation layer 43 is exposed to the outside by the groove 41. The number of formations of the grooves 41 is the same as the number of the photosensitive elements 33. That is, each of the grooves 41 corresponding to one light sensing element 33 and the color filter 45 formed therein are provided. The groove 41 has a center, and the center of the groove 41 may be equal to or eccentric with the center of the light sensing element 33. 4 shows a state in which the center of the groove 41 is formed to coincide with the center of the light sensing element 33.

도 5를 참조하면, 홈(41)에는 컬러필터(45)가 형성되고 그 상부에는 평탄화층(47)이 적층된다. 그리고 평탄화층(47) 상에는 컬러필터(45)의 위치에 대응하여 마이크로 렌즈(49)가 형성된다. Referring to FIG. 5, the color filter 45 is formed in the groove 41, and the planarization layer 47 is stacked on the groove 41. On the planarization layer 47, a microlens 49 is formed corresponding to the position of the color filter 45.

컬러필터(45)는 레드(R), 그린(G) 및 블루(B)의 3가지 컬러로 이루어지거나, 옐로우(yellow), 마젠타(Magenta) 및 시안(Cyan)의 3가지 컬러로 이루어진다. 컬러 필터(45)를 통과한 빛은 레드, 그린 및 블루의 세가지로 분리됨으로써 컬러 이미지가 구현된다. 컬러필터(45)는 포토레지스터(PR)에 색소를 첨가함으로써 제작하는데, 그 투과특성은 포토레지스터(PR)에 첨가되는 색소의 양에 의해 결정될 수 있으나, 실제 최적의 색감을 내는 컬러필터의 두께와 색소 첨가량은 정해져 있기 때문에 컬러필터의 두께를 조절하는 것은 중요하다. 본 실시예에 따른 시모스 이미지센서는 금속층(39)의 두께를 조절함으로써 금속층(39)에 형성된 홈(41)의 내부에 형성되는 컬러필터(45)의 두께를 용이하게 조절할 수 있게 된다. 그리고 컬러필터(45) 사이로 입사되는 빛은 내부로 진행하지 않고 금속층(39)에 의해 차단되기 때문에 원하지 않는 이미지 신호가 발생하는 것을 방지할 수 있다. The color filter 45 includes three colors of red (R), green (G), and blue (B), or three colors of yellow, magenta, and cyan. The light passing through the color filter 45 is separated into three types of red, green, and blue to realize a color image. The color filter 45 is manufactured by adding a dye to the photoresist PR, and its transmission characteristics may be determined by the amount of the dye added to the photoresist PR, but the thickness of the color filter that actually produces an optimal color. It is important to adjust the thickness of the color filter because the amount of dye addition is determined. The CMOS image sensor according to the present exemplary embodiment may easily adjust the thickness of the color filter 45 formed in the groove 41 formed in the metal layer 39 by adjusting the thickness of the metal layer 39. In addition, since the light incident between the color filters 45 is blocked by the metal layer 39 without proceeding to the inside, unwanted image signals may be prevented from occurring.

그리고 컬러필터(45)의 상부가 거칠기 때문에 컬러필터(45)로 인해 발생하는 높이의 단차를 제거하기 위하여 평탄화층(over coating layer)(47)이 형성된다. 그리고 평탄화층(47)의 상부에는 광감지소자(33) 및 컬러필터(45)의 위치 등을 고려하여 마이크로 렌즈(49)를 형성한다. 마이크로 렌즈(49)는 수광효율을 좋게 하기 위하여 외부에서 입사되는 빛을 광감지소자(33)로 집중시키는 역할을 한다. Since the top of the color filter 45 is rough, an over coating layer 47 is formed to remove the height difference generated by the color filter 45. The microlens 49 is formed on the planarization layer 47 in consideration of the positions of the light sensing element 33 and the color filter 45. The microlens 49 plays a role of concentrating light incident from the outside to the light sensing element 33 in order to improve light receiving efficiency.

도 5에 도시된 바와 같이, 마이크로 렌즈(49)는 평탄화층(47)과 평행한 평탄부(51) 및 상기 평탄부(51)의 양 단부에서 연장되는 곡선부(53)를 구비한다. As shown in FIG. 5, the microlens 49 includes a flat portion 51 parallel to the flattening layer 47 and a curved portion 53 extending from both ends of the flat portion 51.

평탄부(51)는 마이크로 렌즈용 레진(resin)을 도포한 후 리플로우 공정에 의해 용융되어 흘러 내리지 않은 부분에 해당하는데, 평탄부(51)의 제작 방법에 대해서는 아래에서 설명하기로 한다. 평탄부(51)는 마이크로 렌즈(49)의 곡률반경을 크게 하는데, 이는 상기 평탄부(51)에 수직으로 입사한 빛은 굴절되지 않고 광감지소 자(33)에 그대로 입사한다. 따라서 평탄부(51)를 형성함으로써 이미지 센서는 광 감도(photo sensitivity)가 증가한다. 그리고 평탄부(51)의 면적을 광감지소자(33)와 동일하거나 다소 크게 형성함으로써 광감지소자(33) 방향으로 입사되는 빛이 최대로 할 수 있다. The flat part 51 corresponds to a part which is not melted and flowed down by a reflow process after applying a resin for a microlens, and a method of manufacturing the flat part 51 will be described below. The flat part 51 increases the radius of curvature of the microlens 49, which is incident on the photosensitive element 33 without being refracted. Therefore, by forming the flat part 51, the image sensitivity of the image sensor is increased. In addition, since the area of the flat part 51 is formed to be the same as or slightly larger than that of the photosensitive device 33, the light incident in the direction of the photosensitive device 33 can be maximized.

곡선부(53)는 평탄부(51)의 양 단부에서 형성되어 평탄화층(47)과 접한다. 곡선부(53)는 마이크로 렌즈용 레진을 도포한 후 리플로우 공정에 의해 용융되어 흘러 내린 부분에 해당한다. The curved portion 53 is formed at both ends of the flat portion 51 to contact the flattening layer 47. The curved portion 53 corresponds to a portion melted and flowed down by a reflow process after coating the resin for a microlens.

이하에서는 도 6a 내지 도 6c를 참조하면서, 본 발명의 일 실시예에 따른 시모스 이미지 센서의 마이크로 렌즈(49)의 제작방법에 대해서 설명하기로 한다. Hereinafter, a method of manufacturing the microlens 49 of the CMOS image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6A to 6C.

도 6a를 참조하면, 포토 다이오드 등이 형성된 반도체 기판을 준비한 후, 컬러필터(45)를 형성하고, 평탄화층(47) 상에 마이크로 렌즈를 형성하기 위한 레지스트(55)를 도포한다. 그리고 레티클(reticle)(57)을 이용하여 선택적으로 빛(화살표 표시)을 인가하여 레지스트(55) 부분을 부분적으로 노광시킨다. Referring to FIG. 6A, after preparing a semiconductor substrate on which a photodiode or the like is formed, a color filter 45 is formed, and a resist 55 for forming a micro lens on the planarization layer 47 is coated. Then, a portion of the resist 55 is partially exposed by selectively applying light (arrow mark) using a reticle 57.

그리고 도 6b에 도시된 바와 같이, 에칭 용액 등을 이용한 현상에 의해 노광된 부분을 제거함으로써, 원하는 레지스트 패턴(59)을 형성하고, 도 6c에 도시된 바와 같이, 베이킹(baking)에 의해 레지스트 패턴(59)을 약간 플로우시켜 곡선부(53)를 형성한다. 이때, 마이크로 렌즈(49)의 평탄부(51)의 면적은 광감지소자(33)의 면적과 동일하거나 근사하게 형성하는 것이 바람직하다.As shown in Fig. 6B, the desired resist pattern 59 is formed by removing the exposed portions by development using an etching solution or the like, and as shown in Fig. 6C, the resist pattern is formed by baking. Slightly flows 59 to form curved portion 53. At this time, the area of the flat part 51 of the microlens 49 is preferably formed to be the same as or close to the area of the light sensing element 33.

본 발명의 일 실시예에 따른 시모스 이미지센서의 작동을 설명하기 위해 도 7을 참고하면, 마이크로 렌즈(49)를 통해 입사되는 빛은 모두 광감지소자(33)로 집 광될 수 있도록 마이크로 렌즈(49)의 굴절율 및 곡률반경이 조정되어 있다. 그리고 컬러펄터(45) 사이에 입사하는 빛은 금속층(39)에 의해 차단되어 광감지소자(33)로 집광될 수 없기 때문에, 인접하는 광감지소자 방향으로 빛이 입사하여 누화(cross talk) 등과 같은 노이즈(noise)가 발생하는 것을 방지할 수 있다. Referring to FIG. 7 to describe the operation of the CMOS image sensor according to an exemplary embodiment of the present disclosure, all of the light incident through the microlens 49 may be collected by the photosensitive device 33. ), The refractive index and the radius of curvature are adjusted. In addition, since the light incident between the color pulp 45 is blocked by the metal layer 39 and cannot be collected by the light sensing element 33, light is incident in the direction of the adjacent light sensing element so that cross talk, etc. The same noise can be prevented from occurring.

이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명의 다양한 변경예와 수정예도 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 한 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다. Although the embodiments of the present invention have been described above, various changes and modifications of the present invention should also be construed as falling within the scope of the present invention as long as the technical idea of the present invention is realized.

본 발명은 누화 등과 같은 노이즈를 제거함으로써 정확하고 선명한 이미지를 생성할 수 있는 시모스 이미지센서를 제공할 수 있다. The present invention can provide a CMOS image sensor capable of generating accurate and clear images by removing noise such as crosstalk.

본 발명은 금속층에 형성된 홈의 내부에 컬러필터를 형성하기 때문에 컬러필터의 두께를 용이하게 조절할 수 있는 시모스 이미지센서를 제공할 수 있다. The present invention can provide a CMOS image sensor that can easily adjust the thickness of the color filter because the color filter is formed in the groove formed in the metal layer.

Claims (10)

일면에 광감지소자가 형성된 반도체기판;A semiconductor substrate having a photosensitive device formed on one surface thereof; 상기 반도체기판 상에 형성되며 복수 층의 회로패턴 및 상기 회로패턴 사이에 형성된 절연물질로 이루어진 로직회로층;A logic circuit layer formed on the semiconductor substrate and comprising a plurality of circuit patterns and an insulating material formed between the circuit patterns; 최상부의 상기 절연물질 상에 형성되며 복수 개의 홈을 가지는 금속층;A metal layer formed on an uppermost portion of the insulating material and having a plurality of grooves; 상기 홈에 형성된 컬러필터 및 상기 컬러필터 상에 형성된 마이크로 렌즈를 포함하는 시모스 이미지센서.The CMOS image sensor comprising a color filter formed in the groove and a micro lens formed on the color filter. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 홈의 중심은 상기 광감지소자의 중심과 실질적으로 일치하는 시모스 이미지센서.And the center of the groove is substantially coincident with the center of the light sensing element. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 홈의 중심은 상기 광감지소자의 중심에서 편심되어 있는 시모스 이미지 센서.The center of the groove is a CMOS image sensor is eccentric from the center of the light sensing element. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 금속층은 무반사 코팅메탈로 이루어지는 시모스 이미지센서.The metal layer is CMOS image sensor made of an anti-reflective coating metal. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 광감지소자는 포토다이오드 및 포토게이트 중 어느 하나인 시모스 이미지센서.The photosensitive device is a CMOS image sensor of any one of a photodiode and a photogate. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 컬러필터 상에는 평탄화층이 추가로 적층되고,A planarization layer is further laminated on the color filter, 상기 평탄화층 상에 상기 마이크로렌즈가 형성되는 시모스 이미지센서.The CMOS image sensor, wherein the microlens is formed on the planarization layer. 반도체 기판 상에 광감지소자를 형성하는 단계;Forming a photosensitive device on the semiconductor substrate; 상기 반도체기판 상에 복수 층의 회로패턴 및 상기 회로패턴 사이에 형성된 절연물질로 이루어진 로직회로층을 적층하는 단계;Stacking a logic circuit layer made of a plurality of circuit patterns and an insulating material formed between the circuit patterns on the semiconductor substrate; 최상부의 상기 절연물질 상에 금속층을 적층한 후 복수 개의 홈을 형성하는 단계;Forming a plurality of grooves after laminating a metal layer on the uppermost insulating material; 상기 홈의 내부에 컬러필터를 형성하는 단계;Forming a color filter in the groove; 상기 컬러필터의 상부에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 시모스 이미지센서 제작방법.The manufacturing method of the CMOS image sensor comprising the step of forming a micro lens on the color filter. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 홈의 중심은 상기 광감지소자의 중심과 실질적으로 일치하는 시모스 이미지센서 제작방법.And a center of the groove substantially coincides with a center of the photosensitive device. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 홈의 중심은 상기 광감지소자의 중심으로부터 일정간격 편심되어 있는 시모스 이미지센서 제작방법.And a center of the groove is eccentrically spaced from the center of the photosensitive device. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 금속층은 무반사 코팅메탈인 시모스 이미지센서 제작방법.The metal layer is anti-reflective coating metal CMOS image sensor manufacturing method.
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KR20110009984A (en) * 2009-07-23 2011-01-31 엘지이노텍 주식회사 Camera device
CN109273475A (en) * 2018-10-25 2019-01-25 德淮半导体有限公司 Imaging sensor and forming method thereof

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