KR100727269B1 - Method for forming microlens in image sensor - Google Patents

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Abstract

A method for fabricating a microlens for an image sensor is provided to improve the focusing efficiency by eliminating gaps between the microlenses, thereby increasing the light sensitivity of the image sensor. A base layer(104) is formed on a semiconductor substrate(102), and photosensitive layer patterns for microlens are formed on the base layer. The photosensitive layer patterns are applied with thermal stress to form first rounded microlenses(110). A thermosetting resin layer is formed on the entire surface of the base layer having the first microlenses. The thermosetting resin layer is blanket-etched to form second microlens(114) of a uniform thickness.

Description

이미지 센서의 마이크로 렌즈 형성 방법{Method for forming microlens in image sensor}Method for forming microlens in image sensor

도 1 및 도 2는 종래 기술에 의한 이미지 센서의 마이크로 렌즈 형성 방법을 설명하기 위한 단면도이다.1 and 2 are cross-sectional views illustrating a method for forming a micro lens of an image sensor according to the prior art.

도 3 내지 도 6은 본 발명에 의한 이미지 센서의 마이크로 렌즈 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 3 to 6 are cross-sectional views illustrating a method for forming a micro lens of an image sensor according to the present invention.

본 발명은 이미지 센서의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이미지 센서의 마이크로 렌즈 형성 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for manufacturing an image sensor, and more particularly, to a method for forming a micro lens of an image sensor.

일반적으로, 이미지 센서는 광학 영상을 전기적인 신호로 변환시키는 반도체 소자이다. 이미지 센서는 씨씨디(CCD, charge coupled device) 이미지 센서와 씨모스 이미지 센서(complementary metal oxide semiconductor) 이미지 센서가 있다. In general, an image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal. Image sensors include a charge coupled device (CCD) image sensor and a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) image sensor.

이미지 센서를 제조함에 있어서, 이미지 센서의 광감도를 증가시키기 위한 노력들이 진행되고 있는바, 그중 하나가 집광기술이다. 상기 집광 기술은 광 감지부분 이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 바꿔서 광 감지부분으로 모아주는 것 이다. 상기 집광 기술의 하나로써 이미지 센서의 칼라필터 상부에 마이크로 렌즈를 형성하는 것이다.In manufacturing an image sensor, efforts are being made to increase the light sensitivity of an image sensor, one of which is a condensing technology. The condensing technology changes the path of light incident to an area other than the light sensing part and collects the light into the light sensing part. One condensing technique is to form a micro lens on the color filter of the image sensor.

도 1 및 도 2는 종래 기술에 의한 이미지 센서의 마이크로 렌즈 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.1 and 2 are cross-sectional views illustrating a method for forming a micro lens of an image sensor according to the prior art.

도 1을 참조하면, 포토 다이오드(photo diode, P/D) 및 트랜치 분리 절연층(10)을 포함하는 반도체 기판(12) 상에 하지층(under layer, 14)이 형성되어 있다. 상기 하지층(14)은 다양한 복수개의 층들로 구성되며, 산화막, 질화막, 평탄화층, 칼라필터 어레이, 전극층 등을 모두 포함한다. 상기 하지층(14)은 다양한 물질층으로 구성되므로 편의상 생략한다. Referring to FIG. 1, an under layer 14 is formed on a semiconductor substrate 12 including a photo diode (P / D) and a trench isolation insulating layer 10. The base layer 14 is composed of a plurality of layers, and includes all of an oxide film, a nitride film, a planarization layer, a color filter array, an electrode layer, and the like. Since the base layer 14 is composed of various material layers, it is omitted for convenience.

상기 하지층(14) 상에 사진노광공정을 이용하여 마이크로 렌즈용 감광막 패턴들(16)을 형성한다. 상기 마이크로 렌즈용 감광막 패턴들(16)의 형성시에 노광기(예컨대 스텝퍼)의 해상도(resolution) 한계로 인하여 상기 감광막 패턴들(16) 사이에는 0.2∼0.5㎛의 갭(18)이 발생한다. Photosensitive film patterns 16 for microlenses are formed on the underlayer 14 by using a photolithography process. In the formation of the photoresist patterns 16 for microlenses, a gap 18 between 0.2 and 0.5 μm is generated between the photoresist patterns 16 due to the resolution limit of an exposure machine (for example, a stepper).

도 2를 참조하면, 상기 마이크로 렌즈용 감광막 패턴들(16)에 열적 스트레스를 주어 상기 감광막 패턴들(16)을 플로우시켜 둥근 형태의 마이크로 렌즈들(20)을 형성한다. 상기 마이크로 렌즈들(20)도 앞서의 감광막 패턴들(16)의 갭(18)으로 인하여 0.2∼0.5㎛의 동일한 갭(18)이 발생한다. Referring to FIG. 2, the photoresist patterns 16 may be flown to thermally stress the photoresist patterns 16 for microlenses, thereby forming rounded micro lenses 20. The microlenses 20 also have the same gap 18 of 0.2 to 0.5 μm due to the gap 18 of the photoresist patterns 16.

이와 같이, 종래의 이미지 센서의 마이크로 렌즈 형성 방법은 상기 마이크로 렌즈들(20) 사이에는 갭(18)이 발생하기 때문에 집광효율이 떨어져 이미지 센서의 광감도가 떨어지게 된다. As described above, in the method of forming a microlens of the conventional image sensor, since a gap 18 is generated between the microlenses 20, the light collecting efficiency is lowered, thereby reducing the light sensitivity of the image sensor.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 문제를 해결하기 위하여 창안한 것으로서, 마이크로 렌즈들 사이의 갭을 줄여 집광효율을 높일 수 있는 이미지 센서의 마이크로 렌즈 형성 방법을 제공하는 데 있다. Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problem, and to provide a method for forming a microlens of an image sensor that can increase the light collecting efficiency by reducing the gap between the microlenses.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 포토 다이오드를 포함하는 반도체 기판 상에 하지층을 형성한 후, 상기 하지층 상에 형성되고, 그 사이에 갭을 갖는 마이크로 렌즈용 감광막 패턴들을 형성한다. In order to achieve the above technical problem, the present invention forms a base layer on a semiconductor substrate including a photodiode, and then formed on the base layer, and forms photoresist patterns for microlenses having a gap therebetween.

상기 감광막 패턴들을 플로우시켜 형성되고, 그 사이에 갭을 갖는 둥근 형태의 제1 마이크로 렌즈들을 형성한다. 상기 제1 마이크로 렌즈들이 형성된 상기 하지층 전면에 열경화성 수지층을 형성한다. The photoresist patterns are formed by flowing the first micro lenses having a round shape with a gap therebetween. A thermosetting resin layer is formed on the entire base layer on which the first micro lenses are formed.

상기 열경화성 수지층를 블랑킷 식각하여 상기 제1 마이크로 렌즈들 사이에 갭이 없게 제2 마이크로 렌즈들을 형성하여, 상기 제1 마이크로 렌즈들과 제2 마이크로 렌즈들로 이루어진 마이크로 렌즈를 형성한다.The thermosetting resin layer is blanket-etched to form second micro lenses without a gap between the first micro lenses, thereby forming a micro lens including the first micro lenses and the second micro lenses.

상기 블랑킷 식각은 이방성 식각일 수 있다. 상기 블랑킷 식각시에 상기 제1 마이크로 렌즈들의 측벽에 형성된 열경화성 수지층은 식각이 덜되게 수행할 수 있다. 상기 제1 마이크로 렌즈들 사이의 갭은 0.2∼0.5㎛이고, 상기 열경화성 수지층은 0.1 내지 0.4㎛의 두께로 형성할 수 있다.The blanket etching may be anisotropic etching. When the blanket is etched, the thermosetting resin layer formed on sidewalls of the first micro lenses may be less etched. The gap between the first micro lenses may be 0.2 to 0.5 μm, and the thermosetting resin layer may have a thickness of 0.1 to 0.4 μm.

이상의 본 발명의 이미지 센서의 마이크로 렌즈 형성 방법은 상기 마이크로 렌즈들 사이에 갭이 발생하지 않아 집광효율을 높일 수 있고, 이에 따라 이미지 센 서의 광감도를 향상시킬 수 있다. In the method of forming a microlens of the image sensor of the present invention, a gap does not occur between the microlenses, thereby increasing light condensing efficiency, thereby improving the light sensitivity of the image sensor.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3 내지 도 6은 본 발명에 의한 이미지 센서의 마이크로 렌즈 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.3 to 6 are cross-sectional views illustrating a method for forming a micro lens of an image sensor according to the present invention.

도 3을 참조하면, 포토 다이오드(photo diode, P/D) 및 트랜치 분리 절연층(100)을 포함하는 반도체 기판(102) 상에 하지층(under layer, 104)이 형성되어 있다. 상기 하지층(104)은 다양한 복수개의 층들로 구성되며, 산화막, 질화막, 평탄화층, 칼라필터 어레이, 전극층 등을 모두 포함한다. 상기 하지층(104)은 다양한 물질층으로 구성되므로 편의상 생략한다. Referring to FIG. 3, an under layer 104 is formed on a semiconductor substrate 102 including a photo diode (P / D) and a trench isolation insulating layer 100. The base layer 104 is composed of a plurality of layers, and includes all of an oxide film, a nitride film, a planarization layer, a color filter array, an electrode layer, and the like. Since the base layer 104 is composed of various material layers, it is omitted for convenience.

상기 하지층(104) 상에 사진노광공정을 이용하여 마이크로 렌즈용 감광막 패턴들(106)을 형성한다. 상기 마이크로 렌즈용 감광막 패턴들(106)의 형성시에 노광기(예컨대 스텝퍼)의 해상도(resolution) 한계로 인하여 상기 감광막 패턴들(106) 사이에는 0.2∼0.5㎛의 갭(108)이 발생한다.Photoresist patterns 106 for microlenses are formed on the underlayer 104 using a photolithography process. In the formation of the photoresist patterns 106 for the microlens, a gap 108 of 0.2 to 0.5 μm occurs between the photoresist patterns 106 due to the resolution limit of an exposure machine (for example, a stepper).

도 4를 참조하면, 상기 마이크로 렌즈용 감광막 패턴들(106)에 열적 스트레스를 주어 상기 감광막 패턴들(106)을 플로우시켜 둥근 형태의 제1 마이크로 렌즈들(110)을 형성한다. 상기 제1 마이크로 렌즈들(110)은 상기 포토 다이오드(100)에 대응되게 상기 하지층(104) 상에 형성한다. 상기 제1 마이크로 렌즈들(110)도 앞서의 감광막 패턴(106)의 갭(108)으로 인하여 0.2∼0.5㎛의 동일한 갭(108)이 발생한다. Referring to FIG. 4, the photoresist patterns 106 may be flown to heat the photoresist patterns 106 for the microlenses, thereby forming the first micro lenses 110 having a round shape. The first micro lenses 110 are formed on the base layer 104 to correspond to the photodiode 100. The first micro lenses 110 also have the same gap 108 as 0.2 to 0.5 μm due to the gap 108 of the photoresist pattern 106.

도 5를 참조하면, 상기 제1 마이크로 렌즈들(110)이 형성된 하지층(104) 전 면에 열경화성 수지층(112)을 형성한다. 상기 열경화성 수지층(112)은 상기 둥근형태의 제1 마이크로 렌즈들(110)의 토폴로지(topology)를 따라 코팅된다. 상기 열경화성 수지층(112)은 0.1 내지 0.4㎛의 두께로 형성한다. Referring to FIG. 5, the thermosetting resin layer 112 is formed on the entire surface of the base layer 104 on which the first micro lenses 110 are formed. The thermosetting resin layer 112 is coated along a topology of the round first micro lenses 110. The thermosetting resin layer 112 is formed to a thickness of 0.1 to 0.4㎛.

도 6을 참조하면, 상기 열경화성 수지층(112)을 블랑킷 식각(blanket etch, 전면식각(에치백, etch-back))하여 상기 제1 마이크로 렌즈들(110) 사이에 갭이 없게 균일한 두께의 제2 마이크로 렌즈들(114)을 형성한다. 상기 블랑킷 식각은 이방성 식각이며, 제1 마이크로 렌즈들(114)의 측벽에 형성된 열경화성 수지층(112)이 상기 제1 마이크로 렌즈들(114)의 표면에 형성된 열경화성 수지층(112)보다 식각이 덜되게 실시한다. 이에 따라서, 상기 제1 마이크로 렌즈들(110)과 제2 마이크로 렌즈들(114)로 이루어진 마이크로 렌즈들(116) 사이의 갭이 없게 된다. 이렇게 캡이 없게 되면, 집광 효율을 높일 수 있어 이미지 센서의 광감도를 향상시킬 수 있다. Referring to FIG. 6, the thermosetting resin layer 112 is blanket etched (blanket etched, etch-backed) to have a uniform thickness without a gap between the first micro lenses 110. Second micro lenses 114 are formed. The blanket etching is anisotropic etching, and the thermosetting resin layer 112 formed on the sidewalls of the first micro lenses 114 has a higher etching rate than the thermosetting resin layer 112 formed on the surfaces of the first micro lenses 114. Do it less. Accordingly, there is no gap between the micro lenses 116 including the first micro lenses 110 and the second micro lenses 114. If the cap is removed in this way, the light collecting efficiency can be increased, and the light sensitivity of the image sensor can be improved.

상술한 바와 같이 본 발명은 이미지 센서의 마이크로 렌즈 형성 방법은 상기 마이크로 렌즈들 사이에 갭이 발생하지 않아 집광효율을 높일 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 이미지 센서는 광감도를 향상시킬 수 있다.As described above, in the method of forming the microlens of the image sensor, a gap does not occur between the microlenses and thus the light collecting efficiency may be improved. Accordingly, the image sensor of the present invention can improve the light sensitivity.

Claims (4)

포토 다이오드를 포함하는 반도체 기판 상에 하지층을 형성하는 단계;Forming a base layer on a semiconductor substrate including a photodiode; 상기 하지층 상에 형성되고, 그 사이에 갭을 갖는 마이크로 렌즈용 감광막 패턴들을 형성하는 단계;Forming photoresist patterns for microlenses having a gap therebetween formed on the base layer; 상기 감광막 패턴들을 플로우시켜 형성되고, 그 사이에 갭을 갖는 둥근형태의 제1 마이크로 렌즈들을 형성하는 단계;Forming round first micro lenses having a gap therebetween formed by flowing the photoresist patterns; 상기 제1 마이크로 렌즈들이 형성된 상기 하지층 전면에 열경화성 수지층을 형성하는 단계; 및 Forming a thermosetting resin layer on an entire surface of the base layer on which the first micro lenses are formed; And 상기 열경화성 수지층을 블랑킷 식각하여 상기 제1 마이크로 렌즈들 사이에 갭이 없게 균일한 두께의 제2 마이크로 렌즈들을 형성하는 단계를 포함하여, 상기 제1 마이크로 렌즈들과 제2 마이크로 렌즈들로 이루어진 마이크로 렌즈를 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 마이크로 렌즈 형성 방법. Blanket etching the thermosetting resin layer to form second micro lenses having a uniform thickness without gaps between the first micro lenses, wherein the first micro lenses and the second micro lenses are formed. A micro lens forming method of an image sensor, characterized by forming a micro lens. 제1항에 있어서, 상기 블랑킷 식각은 이방성 식각인 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 마이크로 렌즈 형성 방법.The method of claim 1, wherein the blanket etching is anisotropic etching. 제1항에 있어서, 상기 블랑킷 식각시에 상기 제1 마이크로 렌즈들의 측벽에 형성된 상기 열경화성 수지층은 상기 제1 마이크로 렌즈들의 표면에 형성된 열경화성 수지층보다 식각이 덜되게 수행하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 마이크로 렌즈 형성 방법. The image of claim 1, wherein the thermosetting resin layer formed on the sidewalls of the first micro lenses when the blanket is etched is performed to be less etched than the thermosetting resin layer formed on the surfaces of the first micro lenses. How to form a micro lens of the sensor. 제1항에 있어서, 상기 제1 마이크로 렌즈들 사이의 갭은 0.2∼0.5㎛이고, 상기 열경화성 수지층은 0.1 내지 0.4㎛의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 마이크로 렌즈 형성 방법. The method of claim 1, wherein the gap between the first micro lenses is 0.2 to 0.5 μm, and the thermosetting resin layer is formed to a thickness of 0.1 to 0.4 μm.
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