KR20090040574A - Image sensor and method for manufacturing thereof - Google Patents
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Abstract
Description
실시예는 이미지센서 및 그 제조방법에 관한 것이다. Embodiments relate to an image sensor and a manufacturing method thereof.
일반적으로, 이미지 센서(Image sensor)는 광학적 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로써, 크게 전하결합소자(charge coupled device: CCD)와 씨모스(CMOS; Complementary Metal Oxide Silicon) 이미지 센서(Image Sensor)(CIS)로 구분된다.In general, an image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal, and is largely a charge coupled device (CCD) and a CMOS (Complementary Metal Oxide Silicon) image sensor. It is divided into (Image Sensor) (CIS).
씨모스 이미지 센서는 단위 화소 내에 포토 다이오드와 모스 트랜지스터를 형성시킴으로써 스위칭 방식으로 각 단위 화소의 전기적 신호를 순차적으로 검출하여 영상을 구현한다.In the CMOS image sensor, a photo diode and a MOS transistor are formed in a unit pixel to sequentially detect an electrical signal of each unit pixel in a switching manner to implement an image.
이미지센서에서는 광 감도를 높이기 위해서 이미지센서의 전체 면적 중에서 포토다이오드의 면적이 차지하는 비율(Fill Factor)을 크게 하거나, 포토다이오드 이외의 영역으로 입사되는 광의 경로를 변경하여 상기 포토 다이오드로 집속시켜 주는 기술이 사용된다.The image sensor focuses on the photodiode by increasing the fill factor of the photodiode in the total area of the image sensor or changing the path of light incident to an area other than the photodiode in order to increase the optical sensitivity. This is used.
한편, 도 1과 같이 이미지센서는 그 제작공정이 완료된 후, 패키지 공정 등 을 거치고 그 상부에 외부렌즈가 부착되게 된다.On the other hand, as shown in Figure 1, after the manufacturing process is completed, the image sensor is subjected to a package process, such that the external lens is attached to the upper portion.
그런데, 종래기술(Related Art)에 의하면 외부렌즈(3)로부터 입사된 빛은 이미지 센서의 칩 중앙부(center)에 상이 맺히는데 크게 문제가 없으나, 마이크로렌즈(1)를 통과하여 이미지센서의 칩 가장자리(edge)(A)로 갈수록 Photo Diode(2)로 들어오는 빛의 량은 감소하게 되어 있다.However, according to the related art, the light incident from the
이에 따라, 단위 픽셀에 입사된 빛의 양이 달라지게 되면, 발생되는 전자의 개수도 달라지게 되며, 원래의 이미지는 같은 색상을 가진다 할 지라도, 이미지 센서의 중앙부에 입사되는 이미지와 가장자리에 입사되는 이미지의 색상은 다른 색상으로 디스플레이(Display)되게 된다.Accordingly, when the amount of light incident on the unit pixel is changed, the number of generated electrons is also changed. Even though the original image has the same color, the incident light is incident on the edge and the image incident on the center of the image sensor. The color of the image is displayed in another color.
이러한 현상은 인접 픽셀로의 Crosstalk 현상과 더불어 이미지센서의 신뢰성에 심각한 지장을 초래하여 광효율이 감소하는 문제가 발생한다.This phenomenon, together with the crosstalk phenomenon to adjacent pixels, seriously affects the reliability of the image sensor, resulting in a problem of decreasing light efficiency.
실시예는 외부렌즈로부터 입사되는 빛에 대해 이미지센서의 칩 중앙부분과 가장자리 부분의 초점차이를 극복할 수 있는 이미지센서 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.Embodiments provide an image sensor and a method of manufacturing the same that can overcome a difference in focus between a chip center portion and an edge portion of an image sensor with respect to light incident from an external lens.
실시예에 따른 이미지센서는 기판 상에 형성된 포토다이오드; 상기 기판 상에 형성된 층간절연층; 상기 층간절연층 상에 형성된 절연막마이크로렌즈; 및 상기 절연막마이크로렌즈 상에 형성된 제1 유기마이크로렌즈;를 포함할 수 있다.An image sensor according to an embodiment includes a photodiode formed on a substrate; An interlayer insulating layer formed on the substrate; An insulating film microlens formed on the interlayer insulating layer; And a first organic micro lens formed on the insulating film micro lens.
또한, 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법은 기판 상에 포토다이오드를 형성하는 단계; 상기 기판 상에 층간절연층의 형성하는 단계; 상기 층간절연층 상에 절연막을 형성하는 단계; 상기 절연막을 식각하여 절연막마이크로렌즈를 형성하는 단계; 및 상기 절연막마이크로렌즈 상에 제1 유기마이크로렌즈를 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.In addition, the manufacturing method of the image sensor according to the embodiment comprises the steps of forming a photodiode on the substrate; Forming an interlayer insulating layer on the substrate; Forming an insulating film on the interlayer insulating layer; Etching the insulating film to form an insulating film microlens; And forming a first organic micro lens on the insulating film micro lens.
실시예에 의하면 픽셀의 가장자리 부분에 굴절률(Refractive Index)가 큰 절연막렌즈를 형성하여, 픽셀 가장자리와 픽셀 중앙부의 광 미스매치(Mismatch)를 해결하여 광효율을 향상시킬 수 있다.According to the exemplary embodiment, an insulating lens having a large refractive index is formed at the edge of the pixel, thereby improving optical efficiency by solving optical mismatches between the pixel edge and the center of the pixel.
또한, 실시예는 픽셀의 가장자리 부분에 굴절률(Refractive Index)가 큰 절연막렌즈를 형성하여, 인접 픽셀로의 크로스토크(Crosstalk) 현상을 방지할 수 있 다.In addition, the embodiment forms an insulating film having a large refractive index on the edge portion of the pixel, thereby preventing crosstalk to adjacent pixels.
이하, 실시예에 따른 이미지센서 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, an image sensor and a method of manufacturing the same according to an embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
실시예의 설명에 있어서, 각 층의 "상/아래(on/under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상/아래는 직접(directly)와 또는 다른 층을 개재하여(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.In the description of the embodiments, where it is described as being formed "on / under" of each layer, it is understood that the phase is formed directly or indirectly through another layer. It includes everything.
(실시예)(Example)
도 2는 실시예에 따른 이미지센서 단면도이다.2 is a cross-sectional view of an image sensor according to an embodiment.
실시예에 따른 이미지센서는 기판(10) 상에 형성된 포토다이오드(12); 상기 기판(10) 상에 형성된 층간절연층; 상기 층간절연층(20,30) 상에 형성된 절연막마이크로렌즈(62); 및 상기 절연막마이크로렌즈(62) 상에 형성된 제1 유기마이크로렌즈(72);를 포함할 수 있다.The image sensor according to the embodiment includes a
실시예에 따른 이미지센서에 의하면 픽셀의 가장자리 부분에 굴절률(Refractive Index)이 큰 절연막렌즈를 형성하여, 픽셀 가장자리와 픽셀 중앙부의 광 Mismatch를 해결하여 광효율을 향상시킬 수 있으며, 또한, 인접 픽셀로의 Crosstalk현상을 방지할 수 있다.According to the image sensor according to the embodiment, by forming an insulating film having a large refractive index on the edge of the pixel, the light efficiency can be improved by solving the optical mismatch between the pixel edge and the center of the pixel, Crosstalk can be prevented.
예를 들어, 실시예의 상기 절연막마이크로렌즈(62)는 상기 이미지센서 칩의 가장자리에 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 이미지센서 칩 상면의 전체면적 중 중심부분의 4%가 중앙부이며, 그 외의 영역은 가장자리일 수 있다.For example, the
또한, 실시예에서 절연막마이크로렌즈(62)는 굴절률이 큰 절연막일 수 있다. 예를 들어, 상기 절연막마이크로렌즈(62)는 633nm 파장에서 RI(Refractive Index)가 1.4 이상인 물질인 절연막을 이용하여 형성될 수 있다.In addition, in the exemplary embodiment, the
또한, 상기 절연막마이크로렌즈(62)는 절연막마이크로렌즈 또는 산화막마이크로렌즈일 수 있다.In addition, the
또한, 실시예에서 상기 절연막마이크로렌즈(62)와 상기 제1 유기마이크로렌즈(72)가 모두 소수성으로서 상호간에 결합력이 우수하여 전체적으로 렌즈형상을 형성할 수 있다.In addition, in the embodiment, both of the
또한, 실시예어서 상기 이미지센서 칩의 중앙부에 형성된 제2 유기마이크로렌즈(72a)를 더 포함할 수 있다.In addition, according to the embodiment, a second organic
이외에 미설명 도면부호는 아래 제조방법을 설명하면서 설명하기로 한다.In addition, reference numerals will be described while explaining the manufacturing method below.
다음으로, 도 3 내지 도 8을 참조하여 실시예에 따른 이미지센서 제조방법을 설명한다.Next, an image sensor manufacturing method according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 3 to 8.
우선, 도 2와 같이 기판(10) 상에 포토다이오드(12)를 형성한다. First, as shown in FIG. 2, a
또한, 실시예는 게이트 전극(11)과 층간절연층(20,30) 및 배선을 형성한다.In addition, the embodiment forms the
예를 들어, 제1 금속배선(21)을 포함한 제1 층간절연층(20)을 형성한다. 이후, 제1 층간 절연층(20) 위에 제2 금속배선(31)을 포함한 제2 층간절연층(30)을 형성한다.For example, the first
다음으로, 도 3과 같이 상기 제2 층간절연층(30) 위에 패시베이션막(40)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 층간절연층(30) 위에 피이-테오스(PE-TEOS) 막(41)을 증착한 후, 상기 PE-TEOS막(41) 위에 PE-Nitride막(42)을 증착하여 패시베이션막(40)을 형성할 수 있다.Next, as shown in FIG. 3, a
다음으로, 상기 패시베이션막(40) 위에 칼라필터(51)를 형성한 후, 유기 물질의 평탄화막(50)을 1,000 내지 10,000Å 두께로 형성하고, 상기 평탄화막(50) 위에 절연막(60)을 형성한다. 상기 절연막(60)은 질화막 또는 산화막일 수 있으며 이에 한정되는 것은 아니다.Next, after the
예를 들어, 상기 평탄화막(50) 위에 200℃ 이하에서 저온 질화막(60)을 1,000 내지 10,000Å 두께로 형성할 수 있다.For example, the low
또한, 실시예는 픽셀의 가장자리 부분에 굴절률(Refractive Index)가 큰 절연막렌즈를 형성하여, 픽셀 가장자리와 픽셀 중앙부의 광 미스매치(Mismatch)를 해결하여 광효율을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 절연막마이크로렌즈(62)는 633nm 파장에서 RI(Refractive Index)가 1.4 이상인 물질인 절연막을 이용하여 형성할 수 있다.In addition, the embodiment may form an insulating film having a large refractive index at the edge of the pixel, thereby solving optical mismatches at the pixel edge and the center of the pixel, thereby improving light efficiency. For example, the
다음으로, 도 5와 같이 상기 절연막(60) 상에 제1 감광막 패턴(미도시)을 형성한다. 이후, 상기 제1 감광막 패턴을 리플로우하여 렌즈형태의 제2 감광막 패턴(70)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 5, a first photoresist layer pattern (not shown) is formed on the
다음으로, 도 6과 같이 상기 제2 감광막 패턴(70)을 마스크로 상기 절연막(60)을 식각하여 절연막마이크로렌즈(62)를 형성한다.Next, as shown in FIG. 6, the
예를 들어, 상기 절연막(60)을 건식 식각하여 절연막마이크로렌즈(62)를 형성할 수 있다. 이때, CxHyFz(x,y,z는 0과 자연수) 계열의 식각 가스와 아르곤(Ar), 헬륨(He), 산소(O2), 질소(N2) 등의 불활성 기체 중 적어도 어느 하나의 기체를 사용하여 상기 절연막(60)을 식각할 수 있다.For example, the
또한, 상기 절연막마이크로렌즈(62)는 이미지센서 칩의 가장자리에 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 이미지센서 칩 상면의 전체면적 중 중심부분의 4%가 중앙부이며, 그 외의 영역의 가장자리에 절연막마이크로렌즈(62)가 형성될 수 있다.In addition, the
한편, 상기 절연막마이크로렌즈(62)는 이미지센서 칩의 가장자리에 형성될 수 있다. 실시예는 이미지센서 칩의 가장자리에 절연막마이크로렌즈(62)를 형성하는 예이나 이에 한정되지 않고 이미지센서 칩의 전체 영역에 형성될 수도 있다.Meanwhile, the
다음으로, 도 7과 같이 상기 절연막마이크로렌즈(62) 상에 제3 감광막 패턴(71)을 형성한다. Next, a third photosensitive film pattern 71 is formed on the
이때, 실시예는 상기 절연막마이크로렌즈(62) 상에 제3 감광막 패턴(71)을 형성하는 단계와 동시에 상기 이미지센서의 칩의 중앙부의 상에 제3 감광막 패턴(71a)을 더 형성할 수 있다.In this case, in the embodiment, the third photoresist layer pattern 71a may be further formed on the central portion of the chip of the image sensor at the same time as the third photoresist layer pattern 71 is formed on the
다음으로, 도 8과 같이 상기 제3 감광막 패턴(71)을 리플로우하여 상기 절연막마이크로렌즈(62) 상에 제1 유기마이크로렌즈(72)를 형성할 수 있다.Next, as shown in FIG. 8, the first organic microlens 72 may be formed on the
또한, 실시예는 상기 절연막마이크로렌즈(62) 상에 제1 유기마이크로렌즈(72)를 형성하는 단계와 동시에 상기 중앙부의 제3 감광막 패턴(71a)을 리플로우하여 제2 유기마이크로렌즈(72a)를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, in the embodiment, the first organic microlens 72 is formed on the
이때, 실시예에서 상기 절연막마이크로렌즈(62)와 상기 제1 유기마이크로렌즈(72)가 모두 소수성으로서 상호간에 결합력이 우수하여 전체적으로 렌즈형상을 형성할 수 있다.At this time, in the embodiment, both the
실시예에 의하면 픽셀의 가장자리 부분에 굴절률(Refractive Index)가 큰 절연막렌즈를 형성하여, 픽셀 가장자리와 픽셀 중앙부의 광 Mismatch를 해결하여 광효율을 향상시킬 수 있다.According to the embodiment, an insulating film having a large refractive index (refractive index) may be formed at the edge of the pixel, thereby improving light efficiency by solving the optical mismatch between the pixel edge and the pixel center.
또한, 실시예는 픽셀의 가장자리 부분에 굴절률(Refractive Index)가 큰 절연막렌즈를 형성하여, 인접 픽셀로의 크로스토크(Crosstalk)현상을 방지할 수 있다.In addition, the embodiment forms an insulating film having a large refractive index at the edge of the pixel, thereby preventing crosstalk to adjacent pixels.
본 발명은 기재된 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 청구항의 권리범위에 속하는 범위 안에서 다양한 다른 실시예가 가능하다.The present invention is not limited to the described embodiments and drawings, and various other embodiments are possible within the scope of the claims.
도 1은 외부렌즈에서 이미지센서 칩으로 광이 입사하는 경로의 개략도.1 is a schematic diagram of a path of light incident from an external lens into an image sensor chip;
도 2는 실시예에 따른 이미지센서 단면도.2 is a cross-sectional view of an image sensor according to an embodiment.
도 3 내지 도 8은 실시예에 따른 이미지센서 제조방법의 공정단면도.3 to 8 are process cross-sectional views of the image sensor manufacturing method according to the embodiment.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E90F | Notification of reason for final refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20120619 Year of fee payment: 4 |
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LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |