KR20130125044A - 이미지 센서, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 카메라 모듈 - Google Patents
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Abstract
이미지 센서, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 카메라 모듈이 개시된다. 이미지 센서는 반도체 기판; 상기 반도체 기판에 배치되는 제 1 수광부; 상기 반도체 기판에 배치되는 제 2 수광부; 상기 제 1 수광부에 대응하고, 제 1 굴절률을 가지는 제 1 렌즈부; 및 상기 제 2 수광부에 대응하고, 상기 제 1 굴절률과 다른 제 2 굴절률을 가지는 제 2 렌즈부를 포함한다.
Description
실시예는 이미지 센서, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 카메라 모듈에 관한 것이다.
최근에는 차세대 이미지 센서로서 씨모스 이미지 센서가 주목을 받고 있다. 씨모스 이미지 센서는 제어회로 및 신호처리회로 등을 주변회로로 사용하는 씨모스 기술을 이용하여 단위 화소의 수량에 해당하는 모스 트랜지스터들을 반도체 기판에 형성함으로써 모스 트랜지스터들에 의해 각 단위 화소의 출력을 순차적으로 검출하는 스위칭 방식을 채용한 소자이다. 즉, 씨모스 이미지 센서는 단위 화소 내에 포토다이오드와 모스 트랜지스터를 형성시킴으로써 스위칭 방식으로 각 단위 화소의 전기적 신호를 순차적으로 검출하여 영상을 구현한다.
씨모스 이미지 센서는 씨모스 제조 기술을 이용하므로 적은 전력 소모, 적은 포토공정 스텝에 따른 단순한 제조공정 등과 같은 장점을 갖는다. 또한, 씨모스 이미지 센서는 제어회로, 신호처리회로, 아날로그/디지털 변환회로 등을 이미지 센서 칩에 집적시킬 수가 있으므로 제품의 소형화가 용이하다는 장점을 갖고 있다. 따라서, 씨모스 이미지 센서는 현재 디지털 정지 카메라(digital still camera), 디지털 비디오 카메라 등과 같은 다양한 응용 부분에 널리 사용되고 있다.
실시예는 근거리 영상 및 원거리 영상을 선명하게 촬영할 수 있는 이미지 센서, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 카메라 모듈을 제공하고자 한다.
일 실시예에 따른 이미지 센서는 반도체 기판; 상기 반도체 기판에 배치되는 제 1 수광부; 상기 반도체 기판에 배치되는 제 2 수광부; 상기 제 1 수광부에 대응하고, 제 1 굴절률을 가지는 제 1 렌즈부; 및 상기 제 2 수광부에 대응하고, 상기 제 1 굴절률과 다른 제 2 굴절률을 가지는 제 2 렌즈부를 포함한다.
일 실시예에 따른 이미지 센서는 반도체 기판; 상기 반도체 기판에 배치되는 제 1 수광부; 상기 반도체 기판에 배치되는 제 2 수광부; 상기 제 1 수광부에 대응하고, 제 1 곡면을 포함하는 제 1 렌즈부; 및 상기 제 2 수광부에 대응하고, 상기 제 1 곡면과 곡률을 가지는 제 2 곡면을 포함하는 제 2 렌즈부를 포함한다.
일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법은 반도체 기판에 제 1 수광부 및 제 2 수광부를 형성하는 단계; 상기 제 1 수광부에 대응하는 제 1 렌즈부를 형성하는 단계; 및 상기 제 2 수광부에 대응하는 제 2 렌즈부를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 렌즈부의 제 1 굴절률은 상기 제 2 렌즈부의 제 2 굴절률과 서로 다르다.
일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법은 반도체 기판에 제 1 수광부 및 제 2 수광부를 형성하는 단계; 상기 제 1 수광부에 대응하는 제 1 렌즈부를 형성하는 단계; 및 상기 제 2 수광부에 대응하는 제 2 렌즈부를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 렌즈부는 제 1 곡률을 가지는 제 1 곡면을 포함하고, 상기 제 2 렌즈부는 상기 제 1 곡률과 다른 제 2 곡률을 가지는 제 2 곡면을 포함한다.
일 실시예에 따른 카메라 모듈은 외부의 광을 수광하는 렌즈 어셈블리; 및 상기 렌즈 어셈블리로부터의 광이 입사되는 이미지 센서를 포함하고, 상기 이미지 센서는 반도체 기판; 상기 반도체 기판에 배치되는 제 1 수광부; 상기 반도체 기판에 배치되는 제 2 수광부; 상기 제 1 수광부에 대응하고, 제 1 마이크로 렌즈부; 및 상기 제 2 수광부에 대응하고, 제 2 마이크로 렌즈부를 포함하고, 상기 제 1 마이크로 렌즈부 및 상기 제 2 마이크로 렌즈부는 서로 다른 굴절률을 가진다.
일 실시예에 따른 카메라 모듈은 외부의 광을 수광하는 렌즈 어셈블리; 및 상기 렌즈 어셈블리로부터의 광이 입사되는 이미지 센서를 포함하고, 상기 이미지 센서는 반도체 기판; 상기 반도체 기판에 배치되는 제 1 수광부; 상기 반도체 기판에 배치되는 제 2 수광부; 상기 제 1 수광부에 대응하고, 제 1 마이크로 렌즈부; 및 상기 제 2 수광부에 대응하고, 제 2 마이크로 렌즈부를 포함하고, 상기 제 1 마이크로 렌즈부의 제 1 곡면 및 상기 제 2 마이크로 렌즈부의 제 2 곡면은 서로 다른 곡률을 가진다.
실시예에 따른 이미지 센서는 서로 다른 굴절률을 가지는 렌즈부들을 포함한다. 이에 따라서, 실시예에 따른 이미지 센서는 근거리의 물체의 경우, 상대적으로 작은 굴절률을 가지는 렌즈부들을 포함하는 픽셀들을 사용하여 영상을 촬영할 수 있다. 또한, 실시예에 따른 이미지 센서는 원거리의 물체의 경우, 상대적으로 큰 굴절률을 가지는 렌즈부들을 포함하는 픽셀들을 사용하여 영상을 촬영할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 이미지 센서는 각각의 렌즈부의 곡면의 곡률이 서로 다르도록 할 수 있다. 이에 따라서, 상대적으로 작은 곡률을 가지는 렌즈부를 포함하는 픽셀들은 근거리 물체를 촬영하고, 상대적으로 큰 곡률을 가지는 렌즈부를 포함하는 픽셀들은 원거리 물체를 촬영할 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 이미지 센서 및 카메라 모듈은 근거리 물체 및 원거리 물체를 보다 선명하게 촬영할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 카메라 모듈을 도시한 도면이다.
도 2는 실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 평면도이다.
도 3은 실시예에 따른 이미지 센서의 하나의 픽셀의 회로를 도시한 도면이다.
도 4는 실시예에 따른 이미지 센서의 일 단면을 도시한 단면도이다.
도 5 내지 도 8은 실시예에 따른 이미지 센서를 제조하는 과정을 도시한 도면들이다.
도 9는 다른 실시예에 다른 이미지 센서의 일 단면을 도시한 단면도이다.
도 10 내지 도 14는 다른 실시예에 따른 이미지 센서를 제조하는 과정을 도시한 도면들이다.
도 2는 실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 평면도이다.
도 3은 실시예에 따른 이미지 센서의 하나의 픽셀의 회로를 도시한 도면이다.
도 4는 실시예에 따른 이미지 센서의 일 단면을 도시한 단면도이다.
도 5 내지 도 8은 실시예에 따른 이미지 센서를 제조하는 과정을 도시한 도면들이다.
도 9는 다른 실시예에 다른 이미지 센서의 일 단면을 도시한 단면도이다.
도 10 내지 도 14는 다른 실시예에 따른 이미지 센서를 제조하는 과정을 도시한 도면들이다.
실시 예의 설명에 있어서, 각 기판, 패턴, 영역 또는 층 등이 각 기판, 패턴, 영역 또는 층 등의 "상(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 구성요소의 상 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 또한, 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
도 1은 실시예에 따른 카메라 모듈을 도시한 도면이다. 도 2는 실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 평면도이다. 도 3은 실시예에 따른 이미지 센서의 하나의 픽셀의 회로를 도시한 도면이다. 도 4는 실시예에 따른 이미지 센서의 일 단면을 도시한 단면도이다. 도 5 내지 도 8은 실시예에 따른 이미지 센서를 제조하는 과정을 도시한 도면들이다.
도 1 내지 도 8을 참조하면, 실시예에 따른 카메라 모듈은 렌즈 어셈블리(10) 및 이미지 센서(20)를 포함한다.
상기 렌즈 어셈블리(10)는 복수의 렌즈들(11, 12, 13)을 포함할 수 있다. 상기 렌즈들(11, 12, 13)은 렌즈 배럴(미도시) 등에 체결될 수 있다. 상기 렌즈 어셈블리(10)는 외부의 광을 수광한다. 즉, 외부의 물체로부터의 영상은 상기 렌즈 어셈블리(10)를 통하여, 상기 이미지 센서(20)에 입사될 수 있다. 즉, 상기 렌즈 어셈블리(10)로부터의 광은 상기 이미지 센서(20)에 입사된다.
상기 이미지 센서(20)는 외부로부터의 광을 센싱한다. 상기 이미지 센서(20)는 픽셀 단위로 외부의 영상을 센싱할 수 있다. 더 자세하게, 상기 이미지 센서(20)는 씨모스 이미지 센서일 수 있다. 이와는 다르게, 상기 이미지 센서(20)는 CCD 이미지 센서일 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 이미지 센서(20)는 복수의 픽셀들(P1, P2, P3)을 포함한다. 상기 픽셀들(P1, P2, P3)은 모자이크 형태로 배치될 수 있다. 또한, 상기 픽셀들(P1, P2, P3)은 제 1 픽셀들(P1), 제 2 픽셀들(P2) 및 제 3 픽셀들(P3)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 픽셀들(P1), 상기 제 2 픽셀들(P2) 및 상기 제 3 픽셀들(P3)은 서로 인접하여 배치될 수 있다.
상기 제 1 픽셀들(P1)은 근거리에 배치되는 물체의 영상을 센싱할 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 1 픽셀들(P1)은 근거리의 물체를 보다 선명하게 센싱할 수 있다.
상기 제 2 픽셀들(P2)은 중거리에 배치되는 물체의 영상을 센싱할 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 2 픽셀들(P2)은 중거리의 물체를 보다 선명하게 센싱할 수 있다.
상기 제 3 픽셀들(P3)은 원거리에 배치되는 물체의 영상을 센싱할 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 3 픽셀들(P3)은 원거리의 물체를 보다 선명하게 센싱할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 이미지 센서(20)는 반도체 기판(100), 복수의 포토다이오드들(PD1, PD2, PD3), 층간 절연막(200), 컬러필터들(310, 320, 330), 오버 코팅층(300) 및 마이크로 렌즈부들(410, 420, 430)를 포함한다.
상기 반도체 기판(100)은 상기 층간 절연막(200), 상기 컬러필터들(310, 320, 330), 상기 오버 코팅층(300) 및 상기 마이크로 렌즈부들(410, 420, 430)를 지지한다. 상기 반도체 기판(100)은 실리콘 기판일 수 있다.
상기 포토다이오드들(PD1, PD2, PD3)은 상기 반도체 기판(100)에 형성된다. 상기 외부로부터 입사되는 광을 수광하는 수광부이다. 상기 포토다이오드들(PD1, PD2, PD3)은 외부로부터 입사되는 광에 의한 전하를 생성하여 축적한다.
상기 포토다이오드들(PD1, PD2, PD3)은 복수의 제 1 포토다이오드들(PD1), 복수의 제 2 포토다이오드들(PD2) 및 복수의 제 3 포토다이오드들(PD3)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 포토다이오드들(PD1)은 상기 제 1 픽셀들(P1)에 각각 배치된다. 상기 제 2 포토다이오드들(PD2)은 상기 제 2 픽셀들(P2)에 각각 배치된다. 또한, 상기 제 3 포토다이오드들(PD3)은 상기 제 3 픽셀들(P3)에 각각 배치된다.
또한, 상기 제 1 포토다이오드들(PD1), 상기 제 2 포토다이오드들(PD2) 및 상기 제 3 포토다이오드들(PD3)은 서로 동일한 평면에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 포토다이오드들(PD1), 상기 제 2 포토다이오드들(PD2) 및 상기 제 3 포토다이오드들(PD3)의 상면은 서로 동일한 평면에 배치될 수 있다.
또한, 상기 제 2 포토다이오드들(PD2)은 상기 제 1 포토다이오드들(PD1) 옆에 각각 배치될 수 있다. 또한, 상기 제 3 포토다이오드들(PD3)은 상기 제 1 포토다이오드들(PD1) 옆에 및/또는 상기 제 2 포토다이오드들(PD2) 옆에 각각 배치될 수 있다.
또한, 상기 포토다이오드들(PD1, PD2, PD3)은 각각 n형 도핑층(111, 121, 131) 및 p형 도핑층(112, 122, 132)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 반도체 기판(100)에는 복수의 트랜지스터들(TR1, TR2...)이 배치될 수 있다. 상기 트랜지스터들(TR1, TR2...)은 상기 픽셀들(P1, P2, P3)을 구동하기 위한 소자들이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 각각 픽셀(P)은 외부의 광을 감지하는 상기 포토다이오드(PD) 및 상기 포토다이오드(PD)에 저장된 전하들의 전송 및/또는 출력 등을 제어하는 복수의 트랜지스터들(Tx, Rx, Ax, Sx)을 포함한다.
특히, 상기 픽셀(P)은 광을 감지하는 상기 포토다이오드(PD), 트랜스퍼 트랜지스터(Tx), 리셋 트랜지스터(Rx), 셀렉트 트랜지스터(Sx) 및 억세스 트랜지스터(Ax)를 포함할 수 있다.
상기 포토다이오드(PD)에는 상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx) 및 상기 리셋 트랜지스터(Rx)가 직렬로 접속된다. 상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 소오스는 상기 포토다이오드(PD)와 접속하고, 상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 드레인(FD)은 상기 리셋 트랜지스터(Sx)의 소오스와 접속한다. 상기 리셋 트랜지스터(Sx)의 드레인에는 전원 전압(Vdd)이 인가된다.
상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 드레인(FD)은 부유 확산층(FD, floating diffusion) 역할을 한다. 상기 부유 확산층(FD)은 상기 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 게이트에 접속된다. 상기 셀렉트 트랜지스터(Sx) 및 상기 억세스 트랜지스터(Ax)는 직렬로 접속된다. 즉, 상기 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 소오스(120)와 상기 억세스 트랜지스터(Ax)의 드레인은 서로 접속한다. 상기 억세스 트랜지스터(Ax)의 드레인 및 상기 리셋 트랜지스터(Rx)의 소오스에는 상기 전원 전압(Vdd)이 인가된다. 상기 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 드레인은 출력단(Out)에 해당하고, 상기 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 게이트에는 선택 신호(Row)가 인가된다.
상술한 구조의 씨모스 이미지 센서(20)의 화소(P)의 동작을 간략히 설명한다. 먼저, 상기 리셋 트랜지스터(Rx)를 턴 온(turn on)시켜 상기 부유 확산층(FD)의 전위를 상기 전원 전압(Vdd)과 동일하게 한 후에, 상기 리셋 트랜지스터(Rx)를 턴 오프(turn off)시킨다. 이러한 동작을 리셋 동작이라 정의한다.
외부의 광이 상기 포토다이오드(PD)에 입사되면, 상기 포토다이오드(PD)내에 전자-홀 쌍(EHP; electron-hole pair)들이 생성되어 신호 전하들이 상기 포토다이오드(PD)내에 축적된다. 이어서, 상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)가 턴 온됨에 따라 상기 포토다이오드(PD)내 축적된 신호 전하들은 상기 부유 확산층(FD)으로 출력되어 상기 부유 확산층(FD)에 저장된다. 이에 따라, 상기 부유 확산층(FD)의 전위는 상기 포토다이오드(PD)에서 출력된 전하의 전하량에 비례하여 변화되고, 이로 인해 상기 억세스 트랜지스터(Ax)의 게이트의 전위가 변한다. 이때, 선택 신호(Row)에 의해 상기 셀렉트 트랜지스터(Sx)가 턴 온되면, 데이타가 출력단(Out)으로 출력된다. 데이타가 출력된 후에, 픽셀(P)은 다시 리셋 동작을 수행한다. 상기 픽셀(P)은 이러한 과정들을 반복하여 광을 전기적 신호로 변환시켜 출력한다.
상기 반도체 기판(100) 상에는 층간 절연막(200)이 배치된다. 상기 층간 절연막(200)은 상기 포토다이오드들(PD1, PD2, PD3) 및 상기 트랜지스터들(TR1, TR2...)을 덮을 수 있다. 상기 제 1 층간 절연막(200)으로 사용되는 물질의 예로서는 USG(undoped silicate glass) 또는 BPSG(borophospho silicate glass) 등을 들 수 있다.
상기 층간 절연막(200)에는 배선들(M1, M2)(410)이 형성될 수 있다. 또한, 상기 층간 절연막(200)에는 비아들이 형성될 수 있다. 상기 배선들(M1, M2)(410) 및 상기 비아들은 구리를 포함할 수 있다. 또한, 상기 배선들(M1, M2)은 상기 비아들을 통하여, 서로 연결될 수 있다. 또한, 상기 배선들(M1, M2)은 상기 비아들을 통하여, 상기 트랜지스터들(TR1, TR2...)과 연결될 수 있다.
상기 층간 절연막(200)은 단일층, 이중층 또는 4중층 이상의 다중층 구조를 가질수 있다.
상기 컬러필터들(310, 320, 330)은 상기 층간 절연막(200) 상에 배치된다. 상기 컬러필터들(310, 320, 330)은 상기 픽셀들(P1, P2, P3)에 각각 배치될 수 있다. 상기 컬러필터들(310, 320, 330)은 상기 포토다이오드들(PD1, PD2, PD3)에 각각 대응하여 배치될 수 있다. 상기 컬러필터들(310, 320, 330)은 통과하는 광의 컬러를 변환시킨다. 상기 컬러필터들(310, 320, 330)은 적색 컬러필터, 녹색 컬러필터 및 청색 컬러필터를 포함할 수 있다.
상기 오버 코팅층(300)은 상기 컬러필터들(310, 320, 330)을 덮는다. 또한, 상기 오버 코팅층(300)은 상기 컬러필터들(310, 320, 330) 사이에도 배치된다. 상기 오버 코팅층(300)으로 사용되는 물질의 예로서는 실리콘 옥사이드 등과 같은 투명한 무기 물질 또는 폴리이미드(polyimide) 등과 같은 투명한 수지 등을 들 수 있다.
상기 마이크로 렌즈부들(410, 420, 430)은 상기 오버 코팅층(300) 상에 배치된다. 상기 마이크로 렌즈부들(410, 420, 430)은 상기 오버 코팅층(300) 상에 직접 배치될 수 있다. 상기 마이크로 렌즈부들(410, 420, 430)은 상기 픽셀들(P1, P2, P3)에 각각 배치될 수 있다. 또한, 상기 마이크로 렌즈부들(410, 420, 430)은 상기 포토다이오드들(PD1, PD2, PD3)에 각각 대응될 수 있다.
상기 마이크로 렌즈부들(410, 420, 430)은 복수의 제 1 마이크로 렌즈부들(410), 복수의 제 2 마이크로 렌즈부들(420) 및 복수의 제 3 마이크로 렌즈부들(430)을 포함할 수 있다.
상기 제 1 마이크로 렌즈부들(410)은 상기 제 1 포토다이오드들(PD1)에 각각 대응된다. 상기 제 1 마이크로 렌즈부들(410)은 상기 제 1 픽셀들(P1)에 각각 배치된다. 상기 제 1 마이크로 렌즈부들(410)은 상기 제 1 포토다이오드들(PD1)과 각각 서로 마주본다.
상기 제 1 마이크로 렌즈부들(410)은 투명하다. 상기 제 1 마이크로 렌즈부들(410)은 제 1 굴절률을 가질 수 있다. 상기 제 1 굴절률은 약 1.3 내지 약 1.4일 수 있다. 상기 제 1 마이크로 렌즈부들(410)로 포토레지스트가 사용될 수 있다.
상기 제 2 마이크로 렌즈부들(420)은 상기 제 2 포토다이오드들(PD2)에 각각 대응된다. 상기 제 2 마이크로 렌즈부들(420)은 상기 제 2 픽셀들(P2)에 각각 배치된다. 상기 제 2 마이크로 렌즈부들(420)은 상기 제 2 포토다이오드들(PD2)과 각각 서로 마주본다.
상기 제 2 마이크로 렌즈부들(420)은 투명하다. 상기 제 2 마이크로 렌즈부들(420)은 제 2 굴절률을 가질 수 있다. 상기 제 2 굴절률은 상기 제 1 굴절률과 다르다. 더 자세하게, 상기 제 2 굴절률은 상기 제 1 굴절률보다 더 클 수 있다. 상기 제 1 굴절률 및 상기 제 2 굴절률의 차이는 약 0.05 내지 약 0.2일 수 있다. 상기 제 2 굴절률은 약 1.4 내지 약 1.5일 수 있다. 상기 제 2 마이크로 렌즈부들(420)로 포토레지스트가 사용될 수 있다.
상기 제 3 마이크로 렌즈부들(430)은 상기 제 3 포토다이오드들(PD3)에 각각 대응된다. 상기 제 3 마이크로 렌즈부들(430)은 상기 제 3 픽셀들(P3)에 각각 배치된다. 상기 제 3 마이크로 렌즈부들(430)은 상기 제 3 포토다이오드들(PD3)과 각각 서로 마주본다.
상기 제 3 마이크로 렌즈부들(430)은 투명하다. 상기 제 3 마이크로 렌즈부들(430)은 제 3 굴절률을 가질 수 있다. 상기 제 3 굴절률은 상기 제 1 굴절률 및 상기 제 2 굴절률과 다르다. 더 자세하게, 상기 제 3 굴절률은 상기 제 1 굴절률 및 상기 제 2 굴절률보다 더 클 수 있다. 상기 제 2 굴절률 및 상기 제 3 굴절률의 차이는 약 0.05 내지 약 0.2일 수 있다. 상기 제 3 굴절률은 약 1.5 내지 약 1.7일 수 있다. 상기 제 3 마이크로 렌즈부들(430)로 포토레지스트가 사용될 수 있다.
상기 제 1 마이크로 렌즈부들(410), 상기 제 2 마이크로 렌즈부들(420) 및 상기 제 3 마이크로 렌즈부들(430)은 서로 동일한 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 제 1 마이크로 렌즈부들(410), 상기 제 2 마이크로 렌즈부들(420) 및 상기 제 3 마이크로 렌즈부들(430)은 서로 동일한 곡률을 가질 수 있다.
상기 이미지 센서(20)는 다음과 같은 방법에 의해서 제조될 수 있다.
먼저, 도 5를 참조하면, 반도체 기판(100)에 트랜지스터들(TR1, TR2...)이 형성된다. 상기 트랜지스터들(TR1, TR2...)은 게이트 전극들을 포함하고, 소오스/드레인을 포함한다. 상기 트랜지스터들(TR1, TR2...)은 증착 공정, 패터닝 공정 및 이온 주입 공정 등에 의해서 형성된다.
또한, 상기 반도체 기판(100)에 포토다이오드들(PD1, PD2, PD3)이 형성된다. 상기 포토다이오드들(PD1, PD2, PD3)은 이온 주입 공정에 의해서 형성될 수 있다. 상기 포토다이오드들(PD1, PD2, PD3)은 저농도 n형 불순물이 도핑된 영역(111, 121, 131) 및 저농도의 p형 불순물이 도핑된 영역(112, 122, 132)을 포함한다.
이후, 상기 반도체 기판(100) 상에 층간 절연막(200)이 형성된다. 상기 층간 절연막(200)은 USG 또는 BPSG를 상기 반사 방지막(200) 상에 증착하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 층간 절연막(200)이 형성되는 과정에서, 배선들(M1, M2) 및 비아들이 형성될 수 있다. 상기 배선들(M1, M2)(410) 및 비아들은 다마신(damascene) 공정에 의해서 형성될 수 있다.
이후, 상기 층간 절연막(200) 상에 복수의 컬러필터들(310, 320, 330)이 형성되고, 상기 컬러필터들(310, 320, 330)을 덮는 오버 코팅층(300)이 형성될 수 있다.
이후, 제 1 픽셀들(P1)에 각각 제 1 투명 패턴(411)이 형성된다. 상기 제 1 투명 패턴(411)이 형성되기 위해서, 상기 오버 코팅층(300) 상에 제 1 투명층이 형성된다. 상기 제 1 투명층은 포토리소그라피 공정에 의해서 패터닝되고, 상기 제 1 투명 패턴(411)이 형성된다. 상기 제 1 투명층 및 상기 제 1 투명 패턴(411)으로 사용되는 물질의 예로서는 저 굴절률의 투명 수지 등을 들 수 있다. 특히, 상기 제 1 투명 패턴(411) 및 상기 제 1 투명층으로 저 굴절률의 포토레지스트가 사용될 수 있다. 상기 제 1 투명 패턴(411) 및 상기 제 1 투명층으로 사용되는 포토레지스트의 굴절률은 약 1.3 내지 약 1.4일 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 오버 코팅층(300) 상에 및 상기 제 2 픽셀들(P2)에 제 2 투명 패턴(421)이 형성된다. 상기 제 2 투명 패턴(421)이 형성되기 위해서, 상기 오버 코팅층(300) 상에 제 2 투명층이 형성된다. 상기 제 2 투명층은 포토리소그라피 공정에 의해서 패터닝되고, 상기 제 2 투명 패턴(421)이 형성된다. 상기 제 2 투명층 및 상기 제 2 투명 패턴(421)으로 사용되는 물질의 예로서는 중 굴절률의 투명 수지 등을 들 수 있다. 특히, 상기 제 2 투명 패턴(421) 및 상기 제 2 투명층으로 중 굴절률의 포토레지스트가 사용될 수 있다. 상기 제 2 투명 패턴(421) 및 상기 제 2 투명층으로 사용되는 포토레지스트의 굴절률은 약 1.4 내지 약 1.5일 수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 오버 코팅층(300) 상에 및 상기 제 3 픽셀들(P3)에 제 3 투명 패턴(431)이 형성된다. 상기 제 3 투명 패턴(431)이 형성되기 위해서, 상기 오버 코팅층(300) 상에 제 3 투명층이 형성된다. 상기 제 3 투명층은 포토리소그라피 공정에 의해서 패터닝되고, 상기 제 3 투명 패턴(431)이 형성된다. 상기 제 3 투명층 및 상기 제 3 투명 패턴(431)으로 사용되는 물질의 예로서는 고 굴절률의 투명 수지 등을 들 수 있다. 특히, 상기 제 3 투명 패턴(431) 및 상기 제 3 투명층으로 고 굴절률의 포토레지스트가 사용될 수 있다. 상기 제 3 투명 패턴(431) 및 상기 제 3 투명층으로 사용되는 포토레지스트의 굴절률은 약 1.5 내지 약 1.7일 수 있다.
도 8을 참조하면, 상기 제 1 투명 패턴(411), 상기 제 2 투명 패턴(421) 및 상기 제 3 투명 패턴(431)은 열처리되고, 상기 오버 코팅층(300) 상에 상기 제 1 마이크로 렌즈부들(410), 상기 제 2 마이크로 렌즈부들(420) 및 상기 제 3 마이크로 렌즈부들(430)이 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 1 마이크로 렌즈부들(410), 상기 제 2 마이크로 렌즈부들(420) 및 상기 제 3 마이크로 렌즈부들(430)은 리플로우 공정에 의해서 동시에 형성될 수 있다. 상기 리플로우 공정의 온도는 약 100℃ 내지 약 300℃일 수 있다. 또한, 상기 리플로우 공정 시간은 약 1초 내지 약 1분일 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 상기 이미지 센서(20)는 서로 다른 굴절률을 가지는 마이크로 렌즈부들(410, 420, 430)을 포함한다. 이에 따라서, 상기 이미지 센서(20)는 상기 제 1 마이크로 렌즈부들(410)을 사용하여, 즉, 상기 제 1 픽셀들(P1)에서, 근거리의 물체의 영상을 촬영할 수 있다. 또한, 상기 이미지 센서(20)는 상기 제 2 마이크로 렌즈부들(420)을 사용하여, 즉, 상기 제 2 픽셀들(P2)에서, 중거리의 물체의 영상을 촬영할 수 있다. 또한, 상기 이미지 센서(20)는 상기 제 3 마이크로 렌즈부들(430)을 사용하여, 즉, 상기 제 3 픽셀들(P3)에서, 원거리의 영상을 촬영할 수 있다.
즉, 상기 제 1 마이크로 렌즈부들(410)은 가장 작은 상기 제 1 굴절률을 가지기 때문에, 상대적으로 긴 초점 거리를 가진다. 이에 따라서, 상기 제 1 마이크로 렌즈 및 상기 제 1 픽셀들(P1)은 근거리 물체의 영상을 촬영하는데 적합할 수 있다.
또한, 상기 제 2 마이크로 렌즈부들(420)은 중간 정도의 상기 제 2 굴절률을 가지기 때문에, 상대적으로 중간 초점 거리를 가진다. 이에 따라서, 상기 제 2 마이크로 렌즈 및 상기 제 2 픽셀들(P2)은 중거리 물체의 영상을 촬영하는데 적합할 수 있다.
상기 제 3 마이크로 렌즈부들(430)은 가장 작은 상기 제 3 굴절률을 가지기 때문에, 상대적으로 짧은 초점 거리를 가진다. 이에 따라서, 상기 제 3 마이크로 렌즈 및 상기 제 3 픽셀들(P3)은 원거리 물체의 영상을 촬영하는데 적합할 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 카메라 모듈은 근거리 물체, 중거리 물체 및 원거리 물체를 전체적으로 보다 선명하게 촬영할 수 있다.
도 9는 다른 실시예에 다른 이미지 센서(20)의 일 단면을 도시한 단면도이다. 도 10 내지 도 14는 다른 실시예에 따른 이미지 센서(20)를 제조하는 과정을 도시한 도면들이다. 본 실시예에 대한 설명에 있어서, 앞선 카메라 모듈, 이미지 센서(20) 및 제조방법에 대한 설명을 참고한다. 즉, 앞선 카메라 모듈, 이미지 센서(20) 및 제조방법에 대한 설명은 변경된 부분을 제외하고, 본 실시예에 대한 설명에 본질적으로 결합될 수 있다.
도 9를 참조하면, 이미지 센서(20)는 제 1 마이크로 렌즈부들(440), 제 2 마이크로 렌즈부들(450) 및 제 3 마이크로 렌즈부들(460)을 포함한다.
상기 제 1 마이크로 렌즈부들(440)은 제 1 곡면(442)을 포함한다. 상기 제 1 곡면(442)은 제 1 곡률을 가진다. 상기 제 2 마이크로 렌즈부들(450)은 제 2 곡면(452)을 포함한다. 상기 제 2 곡면(452)은 제 2 곡률을 가진다. 상기 제 3 마이크로 렌즈부들(460)은 제 3 곡면(462)을 포함한다. 상기 제 3 곡면(462)은 제 3 곡률을 가진다.
상기 제 1 곡률은 상기 제 2 곡률 및 상기 제 3 곡률과 다르다. 상기 제 1 곡률은 상기 제 2 곡률 및 상기 제 3 곡률보다 작을 수 있다. 또한, 상기 제 2 곡률은 상기 제 3 곡률과 다르다. 상기 제 2 곡률은 상기 제 1 곡률보다 크고, 상기 제 3 곡률보다 더 작을 수 있다. 또한, 상기 제 3 곡률은 상기 제 1 곡률 및 상기 제 2 곡률보다 더 클 수 있다.
즉, 상기 제 3 마이크로 렌즈부들(460)은 가장 볼록하고, 상기 제 2 마이크로 렌즈부들(450)은 그보다 덜 볼록하고, 상기 제 1 마이크로 렌즈부들(440)은 가장 덜 볼록할 수 있다.
예를 들어, 상기 제 1 곡면(442)의 곡률 반지름은 상기 제 3 곡면(462)의 곡률 반지름의 약 3배 내지 약 5배일 수 있다. 상기 제 2 곡면(452)의 곡률 반지름은 상기 제 3 곡면(462)의 곡률 반지름의 약 1.5배 내지 약 2.5배일 수 있다.
상기 이미지 센서(20)는 다음과 같은 공정에 의해서 형성될 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 오버 코팅층(300) 상에 제 1 투명층(443)이 형성된다. 상기 제 1 투명층(443)은 상기 오버코팅층 상에 전체적으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 1 투명층(443)은 제 1 픽셀들(P1), 제 2 픽셀들(P2) 및 제 3 픽셀들(P3)에 전체적으로 형성될 수 있다.
도 10을 참조하면, 상기 제 1 투명층(443) 상에 제 2 투명층(453)이 형성된다. 상기 제 2 투명층(453)은 상기 제 1 투명층(443)과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 상기 제 2 투명층(453)은 상기 제 2 픽셀들(P2) 및 상기 제 3 픽셀들(P3)에 걸쳐서 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 2 투명층(453)은 상기 제 1 픽셀들(P1)에는 형성되지 않는다.
도 11을 참조하면, 상기 제 2 투명층(453) 상에 제 3 투명층(463)이 형성된다. 상기 제 3 투명층(463)은 상기 제 1 투명층(443) 및 상기 제 2 투명층(453)과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 상기 제 3 투명층(463)은 상기 제 3 픽셀들(P3)에 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 3 투명층(463)은 상기 제 1 픽셀들(P1) 및 상기 제 2 픽셀들(P2)에는 형성되지 않는다.
도 12를 참조하면, 상기 제 1 투명층(443), 상기 제 2 투명층(453) 및 상기 제 3 투명층(463)은 패터닝되고, 상기 오버 코팅층(300) 상에 제 1 투명 패턴(441), 제 2 투명 패턴(451) 및 제 3 투명 패턴(461)이 형성된다.
상기 제 1 투명 패턴(441)은 가장 작은 제 1 두께(T1)를 가진다. 상기 제 1 투명 패턴(441)은 상기 제 1 픽셀들(P1)에 형성된다.
상기 제 2 투명 패턴(451)은 상기 제 1 두께(T1)보다 더 큰 제 2 두께(T2)를 가진다. 상기 제 2 투명 패턴(451)은 상기 제 2 픽셀들(P2)에 형성된다.
상기 제 3 투명 패턴(461)은 상기 제 2 두게보다 더 큰 제 3 두께(T3)를 가진다. 상기 제 3 투명 패턴(461)은 상기 제 3 픽셀들(P3)에 형성된다.
도 13을 참조하면, 상기 제 1 투명 패턴(441), 상기 제 2 투명 패턴(451) 및 상기 제 3 투명 패턴(461)은 열처리되고, 상기 오버 코팅층(300) 상에 상기 제 1 마이크로 렌즈부들(440), 상기 제 2 마이크로 렌즈부들(450) 및 상기 제 3 마이크로 렌즈부들(460)이 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 1 마이크로 렌즈부들(440), 상기 제 2 마이크로 렌즈부들(450) 및 상기 제 3 마이크로 렌즈부들(460)은 리플로우 공정에 의해서 동시에 형성될 수 있다.
이때, 상기 제 1 투명 패턴(441), 상기 제 2 투명 패턴(451) 및 상기 제 3 투명 패턴(461)은 서로 다른 두께를 가지기 때문에, 상기 제 1 마이크로 렌즈부들(440), 상기 제 2 마이크로 렌즈부들(450) 및 상기 제 3 마이크로 렌즈부들(460)은 서로 다른 곡률을 가질 수 있다.
상기 제 1 마이크로 렌즈부들(440), 상기 제 2 마이크로 렌즈부들(450) 및 상기 제 3 마이크로 렌즈부들(460)은 서로 동일한 물질로 형성될 수 있다. 이에 따라서, 상기 제 1 마이크로 렌즈부들(440), 상기 제 2 마이크로 렌즈부들(450) 및 상기 제 3 마이크로 렌즈부들(460)은 서로 동일한 굴절률을 가질 수 있다.
이와는 다르게, 앞선 실시예에서와 같이, 상기 제 1 마이크로 렌즈부들(440), 상기 제 2 마이크로 렌즈부들(450) 및 상기 제 3 마이크로 렌즈부들(460)은 서로 다른 굴절률을 가질 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 상기 이미지 센서(20)는 상기 제 1 마이크로 렌즈부들(440), 상기 제 2 마이크로 렌즈부들(450) 및 상기 제 3 마이크로 렌즈부들(460)의 곡면의 곡률이 서로 다르도록 할 수 있다.
이에 따라서, 상기 제 1 마이크로 렌즈부들(440)을 사용하여, 즉, 상기 제 1 픽셀들(P1)에서, 근거리 물체를 촬영할 수 있다. 또한, 상기 제 2 마이크로 렌즈부들(450)을 사용하여, 즉, 상기 제 2 픽셀들(P2)에서, 중거리 물체를 촬영할 수 있다. 또한, 상기 제 3 마이크로 렌즈부들(460)을 사용하여, 즉, 상기 제 3 픽셀들(P3)에서, 원거리 물체를 촬영할 수 있다.
즉, 상대적으로 작은 곡률을 가지는 상기 제 1 마이크로 렌즈부들(440)을 포함하는 상기 제 1 픽셀들(P1)은 근거리 물체를 촬영하는데 적합할 수 있다. 또한, 상대적으로 중간 곡률을 가지는 상기 제 2 마이크로 렌즈부들(450)을 포함하는 상기 제 2 픽셀들(P2)은 중거리 물체를 촬영하는데 적합할 수 있다. 또한, 상대적으로 큰 곡률을 가지는 상기 제 3 마이크로 렌즈부들(460)을 포함하는 상기 제 3 픽셀들(P3)은 원거리 물체를 촬영하는데 적합할 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 카메라 모듈은 근거리 물체, 중거리 물체 및 원거리 물체를 전체적으로 보다 선명하게 촬영할 수 있다.
또한, 이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (13)
- 반도체 기판;
상기 반도체 기판에 배치되는 제 1 수광부;
상기 반도체 기판에 배치되는 제 2 수광부;
상기 제 1 수광부에 대응하고, 제 1 굴절률을 가지는 제 1 렌즈부; 및
상기 제 2 수광부에 대응하고, 상기 제 1 굴절률과 다른 제 2 굴절률을 가지는 제 2 렌즈부를 포함하는 이미지 센서. - 제 1 항에 있어서, 상기 반도체 기판에 배치되는 제 3 수광부; 및
상기 제 3 수광부에 대응하고, 상기 제 1 굴절률 및 상기 제 2 굴절률과 다른 제 3 굴절률을 가지는 제 3 렌즈부를 더 포함하는 이미지 센서. - 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 굴절률은 1.3 내지 1.4이고,
상기 제 2 굴절률은 1.4 내지 1.5이고,
상기 제 3 굴절률은 1.5 내지 1.7인 이미지 센서. - 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 굴절률 및 상기 제 2 굴절률의 차이는 0.05 내지 0.5인 이미지 센서.
- 반도체 기판;
상기 반도체 기판에 배치되는 제 1 수광부;
상기 반도체 기판에 배치되는 제 2 수광부;
상기 제 1 수광부에 대응하고, 제 1 곡면을 포함하는 제 1 렌즈부; 및
상기 제 2 수광부에 대응하고, 상기 제 1 곡면과 곡률을 가지는 제 2 곡면을 포함하는 제 2 렌즈부를 포함하는 이미지 센서. - 제 5 항에 있어서, 상기 반도체 기판에 배치되는 제 3 수광부; 및
상기 제 3 수광부에 대응하고, 제 3 곡면을 포함하는 제 3 렌즈부를 더 포함하고,
상기 제 3 곡면은 상기 제 1 곡면 및 상기 제 2 곡면과 다른 곡률을 가지는 이미지 센서. - 반도체 기판에 제 1 수광부 및 제 2 수광부를 형성하는 단계;
상기 제 1 수광부에 대응하는 제 1 렌즈부를 형성하는 단계; 및
상기 제 2 수광부에 대응하는 제 2 렌즈부를 형성하는 단계를 포함하고,
상기 제 1 렌즈부의 제 1 굴절률은 상기 제 2 렌즈부의 제 2 굴절률과 서로 다른 이미지 센서의 제조방법. - 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 렌즈부를 형성하는 단계는
상기 반도체 기판 상에 상기 제 1 굴절률을 가지는 제 1 투명층을 형성하는 단계;
상기 제 1 투명층을 패터닝하는 단계; 및
상기 패터닝된 제 1 투명층을 열처리하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조방법. - 제 8 항에 있어서, 상기 제 2 렌즈부를 형성하는 단계는
상기 반도체 기판 상에 상기 제 2 굴절률을 가지는 제 2 투명층을 형성하는 단계;
상기 제 2 투명층을 패터닝하는 단계; 및
상기 패터닝된 제 2 투명층을 열처리하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조방법. - 반도체 기판에 제 1 수광부 및 제 2 수광부를 형성하는 단계;
상기 제 1 수광부에 대응하는 제 1 렌즈부를 형성하는 단계; 및
상기 제 2 수광부에 대응하는 제 2 렌즈부를 형성하는 단계를 포함하고,
상기 제 1 렌즈부는 제 1 곡률을 가지는 제 1 곡면을 포함하고,
상기 제 2 렌즈부는 상기 제 1 곡률과 다른 제 2 곡률을 가지는 제 2 곡면을 포함하는 이미지 센서의 제조방법. - 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 렌즈부를 형성하는 단계는
상기 반도체 기판 상에 상기 제 1 두께를 가지는 제 1 투명 패턴을 형성하는 단계;
상기 제 1 투명 패턴을 열처리하는 단계를 포함하고,
상기 제 2 렌즈부를 형성하는 단계는
상기 반도체 기판 상에 상기 제 1 두께와 다른 제 2 두께를 가지는 제 2 투명 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 제 2 투명 패턴을 열처리하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조방법. - 외부의 광을 수광하는 렌즈 어셈블리; 및
상기 렌즈 어셈블리로부터의 광이 입사되는 이미지 센서를 포함하고,
상기 이미지 센서는
반도체 기판;
상기 반도체 기판에 배치되는 제 1 수광부;
상기 반도체 기판에 배치되는 제 2 수광부;
상기 제 1 수광부에 대응하고, 제 1 마이크로 렌즈부; 및
상기 제 2 수광부에 대응하고, 제 2 마이크로 렌즈부를 포함하고,
상기 제 1 마이크로 렌즈부 및 상기 제 2 마이크로 렌즈부는 서로 다른 굴절률을 가지는 카메라 모듈. - 외부의 광을 수광하는 렌즈 어셈블리; 및
상기 렌즈 어셈블리로부터의 광이 입사되는 이미지 센서를 포함하고,
상기 이미지 센서는
반도체 기판;
상기 반도체 기판에 배치되는 제 1 수광부;
상기 반도체 기판에 배치되는 제 2 수광부;
상기 제 1 수광부에 대응하고, 제 1 마이크로 렌즈부; 및
상기 제 2 수광부에 대응하고, 제 2 마이크로 렌즈부를 포함하고,
상기 제 1 마이크로 렌즈부의 제 1 곡면 및 상기 제 2 마이크로 렌즈부의 제 2 곡면은 서로 다른 곡률을 가지는 카메라 모듈.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120048465A KR20130125044A (ko) | 2012-05-08 | 2012-05-08 | 이미지 센서, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 카메라 모듈 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120048465A KR20130125044A (ko) | 2012-05-08 | 2012-05-08 | 이미지 센서, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 카메라 모듈 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20130125044A true KR20130125044A (ko) | 2013-11-18 |
Family
ID=49853601
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020120048465A KR20130125044A (ko) | 2012-05-08 | 2012-05-08 | 이미지 센서, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 카메라 모듈 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20130125044A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108321168A (zh) * | 2018-04-04 | 2018-07-24 | 德淮半导体有限公司 | 图像传感器及形成图像传感器的方法 |
-
2012
- 2012-05-08 KR KR1020120048465A patent/KR20130125044A/ko not_active Application Discontinuation
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