KR100793917B1 - Image sensor and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 포토 다이오드가 형성된 기판; 상기 기판 상에 형성된 층간절연막; 상기 층간절연막 상에 상기 포토 다이오드와 대응하도록 형성된 칼라 필터; 및 상기 칼라 필터 상에 부착되며, 그 표면에 마이크로 렌즈가 형성된 필름을 포함하는 이미지 센서를 제공하고, 또한 본 발명은 상기 이미지 센서의 제조방법을 제공한다.The present invention relates to an image sensor and a manufacturing method thereof, comprising: a substrate on which a photodiode is formed; An interlayer insulating film formed on the substrate; A color filter formed on the interlayer insulating film so as to correspond to the photodiode; And a film attached to the color filter and having a microlens formed on a surface thereof. The present invention also provides a method of manufacturing the image sensor.
이미지 센서, 마이크로 렌즈, 필름, 부착 Image sensor, micro lens, film, attach
Description
도 1a 내지 도 1b는 종래 기술에 따른 이미지 센서의 제조방법을 설명하기 위해 순차적으로 나타낸 공정 단면도.1A to 1B are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing an image sensor according to the prior art.
도 2는 일반적인 마이크로 렌즈의 형성과정을 나타낸 단면 사진도.Figure 2 is a cross-sectional photograph showing a formation process of a general micro lens.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 구조를 나타낸 단면도.3 is a cross-sectional view showing the structure of an image sensor according to an embodiment of the present invention.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법을 설명하기 위해 순차적으로 나타낸 공정 단면도.4A to 4C are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing an image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
100: 기판 110: 게이트 절연막100
120: 게이트 전극 130: 게이트 스페이서120: gate electrode 130: gate spacer
140: 포토 다이오드 150: 층간절연막140: photodiode 150: interlayer insulating film
160: 칼라 필터 170: 평탄화층160: color filter 170: planarization layer
180: 마이크로 렌즈 190: 필름180: microlens 190: film
본 발명은 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 그 표면에 마이크로 렌즈가 형성된 필름을 칼라 필터 상부에 부착함으로써, 전체 공정 수를 감소시키고, 공정 시간 및 비용을 절감할 수 있는 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an image sensor and a method of manufacturing the same, and more particularly, by attaching a film having a microlens formed on its surface to an upper portion of a color filter, the total number of processes can be reduced, and process time and cost can be reduced. An image sensor and a method of manufacturing the same.
일반적으로, 이미지 센서(image sensor)는 광학적 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 크게 전하 결합 소자(Charge Coupled Device; CCD)와 씨모스(CMOS; Complementary Metal-Oxide-Silicon) 이미지 센서로 구분된다. 이중에서 상기 CCD는 개개의 MOS 캐패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, CMOS 이미지 센서는 제어 회로(control circuit) 및 신호 처리 회로(signal processing circuit)를 주변 회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 단위 화소수 만큼의 MOS 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 각 단위 화소의 출력을 순차적으로 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.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) It is divided into image sensors. Among them, the CCD is a device in which charge carriers are stored and transported in the capacitor while the individual MOS capacitors are located in close proximity to each other, and the CMOS image sensor is a peripheral circuit of a control circuit and a signal processing circuit. It is a device that adopts a switching method of making MOS transistors as many as the unit pixels using CMOS technology, and sequentially detecting the output of each unit pixel using the CMOS technology.
칼라 이미지를 구현하기 위한 이미지 센서는 외부로부터의 빛을 받아 광전하를 생성 및 축적하는 광감지 부분 상부에 칼라 필터 어레이(Color Filter Array; CFA)가 형성되어 있다. 칼라 필터 어레이는 레드(red), 그린(green) 및 블루(blue)의 3가지 칼라로 이루어지거나, 옐로우(yellow), 마젠타(magenta) 및 시 안(cyan)의 3가지 칼라로 이루어질 수 있다.In the image sensor for implementing a color image, a color filter array (CFA) is formed on an optical sensing portion that receives and receives light from the outside to generate and accumulate photocharges. The color filter array may consist of three colors red, green and blue, or may consist of three colors yellow, magenta and cyan.
또한, 이미지 센서는 빛을 감지하는 광감지 부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 로직 회로 부분으로 구성되어 있는바, 광감도를 높이기 위하여 전체 이미지 센서 소자에서 광감지 부분의 면적이 차지하는 비율(Fill Factor)을 크게 하려는 노력이 진행되고 있지만, 근본적으로 로직 회로 부분을 제거할 수 없기 때문에 제한된 면적하에서 이러한 노력에는 한계가 있다.In addition, the image sensor is composed of a light sensing portion for detecting light and a logic circuit portion for processing the detected light as an electrical signal to make data. The ratio of the area of the light sensing portion in the entire image sensor element is increased to increase the light sensitivity. Efforts have been made to increase the fill factor, but these efforts are limited in a limited area because the logic circuit part cannot be removed fundamentally.
따라서 광감도를 높여주기 위하여 광감지 부분 이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 바꿔서 광감지 부분으로 모아주는 집광 기술이 등장하였는데, 이러한 집광을 위하여 이미지 센서는 칼라 필터 상부에 마이크로 렌즈(micro-lens)를 형성하는 방법을 사용하고 있다.Therefore, a condensing technology has emerged to change the path of light incident to an area other than the light sensing portion to collect the light sensing portion in order to increase the light sensitivity. For this purpose, the image sensor has a micro-lens on the upper part of the color filter. It is using the method to form.
이하 도 1a 내지 도 1b 및 도 2를 참조하여 종래 기술에 따른 이미지 센서의 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing an image sensor according to the prior art will be described with reference to FIGS. 1A to 1B and FIG. 2.
도 1a 내지 도 1b는 종래 기술에 따른 이미지 센서의 제조방법을 설명하기 위해 순차적으로 나타낸 공정 단면도이다.1A through 1B are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing an image sensor according to the prior art.
도 1a에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(100) 상에 게이트 절연막(110)을 개재하여 게이트 전극(120)을 형성한다. 상기 게이트 전극(120)은 폴리실리콘 등으로 이루어질 수 있다. 그 다음에, 상기 게이트 전극(120)의 양측벽에 게이트 스페이서(130)를 형성한다.As shown in FIG. 1A, the
그런 다음, 이온주입 공정을 통해 상기 반도체 기판(100)의 표면 내에 포토 다이오드(140)와 같은 수광소자를 형성한다.Then, a light receiving device such as the
그 다음에, 상기 반도체 기판(100)의 상부전면에 상기 게이트 전극(120)을 덮도록 층간절연막(150)을 형성한다. 여기서, 도면에 도시하지는 않았지만, 상기 층간절연막(150)의 내부에는 다층의 금속 배선이 형성되어 있다.Next, an interlayer
다음으로, 상기 층간절연막(150) 상에, 칼라 필터 형성용 물질을 도포하고 나서, 이를 패터닝하여 상기 포토 다이오드(140)와 대응하는 칼라 필터(160)를 형성한다. 그 다음에, 상기 칼라 필터(160)로 인한 단차를 보상하기 위한 평탄화층(170)을 형성한다.Next, a color filter forming material is coated on the
그런 다음, 도 1b에 도시한 바와 같이, 상기 평탄화층(170) 상에 상기 포토 다이오드(140)로 광을 모아주기 위한 마이크로 렌즈(180)를 형성한다.Then, as shown in FIG. 1B, a
일반적으로 마이크로 렌즈(180)는 다음과 같은 방법으로 형성된다. 도 2는 일반적인 마이크로 렌즈의 형성과정을 나타낸 단면 사진도이다.In general, the
도 2를 참조하면, 먼저, 마이크로 렌즈 형성용 물질을 평탄화층(170) 상에 도포한 다음, 마스크를 이용한 식각 공정을 통해 상기 마이크로 렌즈 형성용 물질을 패터닝한다.Referring to FIG. 2, first, a microlens forming material is coated on the
그런 후에, 오븐(oven) 또는 핫 플레이트(hot plate) 상에서 상기 패터닝된 마이크로 렌즈 형성용 물질을 리플로우(reflow)시켜, 돔(dome) 형태의 마이크로 렌즈(180)를 형성한다.Thereafter, the patterned microlens forming material is reflowed on an oven or hot plate to form a dome-
그러나, 이러한 종래기술에 따른 이미지 센서의 제조방법에 있어서는, 마이크로 렌즈(180)의 형성을 위한 마스크 공정 및 리플로우 공정 등이 수반됨에 따라, 전체 공정 수가 증가되어, 공정 시간 및 공정 비용이 증가되는 문제가 있었다.However, in the method of manufacturing the image sensor according to the related art, as the mask process and the reflow process for forming the
또한, 이미지 센서의 고급화로 인해 이미지 센서의 픽셀수가 증가함에 따라, 보다 정확한 공정 정밀도가 요구되는 추세에 있어, 상기한 바와 같이 전체 공정 수가 증가될 경우, 공정 중 발생할 수 있는 결함의 확률이 높아져서, 높은 수율을 기대하기 어렵다는 문제점이 있다.In addition, as the number of pixels of the image sensor increases due to the enhancement of the image sensor, more accurate process precision is required, and as described above, when the total number of processes increases, the probability of defects that may occur during the process increases. There is a problem that it is difficult to expect a high yield.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은, 전체 공정 수를 감소시켜, 공정 시간 및 비용을 절감할 수 있고, 높은 수율을 기대할 수 있는 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to reduce the total number of processes, to reduce the process time and cost, and to provide a high yield and an image sensor and a method of manufacturing the same. To provide.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 이미지 센서는, 포토 다이오드가 형성된 기판; 상기 기판 상에 형성된 층간절연막; 상기 층간절연막 상에 상기 포토 다이오드와 대응하도록 형성된 칼라 필터; 및 상기 칼라 필터 상에 부착되며, 그 표면에 마이크로 렌즈가 형성된 필름을 포함한다.An image sensor according to the present invention for achieving the above object, a photodiode formed substrate; An interlayer insulating film formed on the substrate; A color filter formed on the interlayer insulating film so as to correspond to the photodiode; And a film attached to the color filter and having a microlens formed on the surface thereof.
여기서, 상기 필름은 열융착 방식 또는 자외선 경화형의 접착제를 이용한 방식으로 부착된 것을 특징으로 한다.Here, the film is characterized in that it is attached in a manner using a heat fusion method or an ultraviolet curable adhesive.
그리고, 상기 칼라 필터와 상기 필름 사이에 형성된 평탄화층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.And, it characterized in that it further comprises a planarization layer formed between the color filter and the film.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 이미지 센서의 제조방법은, 포토 다이오드가 형성된 기판을 제공하는 단계; 상기 기판 상에 층간절연막을 형성하는 단계; 상기 층간절연막 상에 상기 포토 다이오드와 대응하는 칼라 필터를 형성하는 단계; 및 상기 칼라 필터 상에, 그 표면에 마이크로 렌즈가 형성된 필름을 부착하는 단계를 포함한다.In addition, the manufacturing method of the image sensor according to the present invention for achieving the above object comprises the steps of providing a substrate with a photodiode; Forming an interlayer insulating film on the substrate; Forming a color filter corresponding to the photodiode on the interlayer insulating film; And attaching a film having a microlens formed on a surface thereof on the color filter.
여기서, 상기 필름의 부착은, 열융착 방식 또는 접착제를 이용한 방식으로 수행하는 것을 특징으로 한다.Here, the film is attached, characterized in that carried out by a method using a heat fusion method or an adhesive.
그리고, 상기 접착제는 자외선 경화형의 접착제인 것을 특징으로 한다.And, the adhesive is characterized in that the ultraviolet curable adhesive.
또한, 상기 필름을 부착하는 단계 전에, 상기 칼라 필터 상에 평탄화층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The method may further include forming a flattening layer on the color filter before attaching the film.
이하 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 병기하였다.In the drawings, the thickness of layers, films, panels, regions, etc., are exaggerated for clarity. Like reference numerals designate like parts throughout the specification.
이제 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서 및 그 제조방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.Now, an image sensor and a method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
이미지 센서의 구조에 관한 실시예Embodiment of Structure of Image Sensor
먼저, 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서에 대하여 상세히 설명한다.First, an image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 3.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 구조를 나타낸 단면도이다.3 is a cross-sectional view illustrating a structure of an image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는, 도 3에 도시한 바와 같이, 포토 다이오드(140)와 같은 수광소자가 형성된 반도체 기판(100)을 구비한다. 상기 포토 다이오드(140)는, 상기 기판(100)의 표면 내에 형성되어 있다.As illustrated in FIG. 3, the image sensor according to the exemplary embodiment of the present invention includes a
상기 기판(100) 상에는 게이트 전극(120)이 형성되어 있다. 상기 게이트 전극(120)과 기판(100)의 사이에는 게이트 절연막(110)이 형성되어 있고, 상기 게이트 전극(120)의 양측벽에는 게이트 스페이서(130)가 형성되어 있다.The
상기 기판(100)의 상부전면에는, 상기 게이트 전극(120)을 덮도록 층간절연막(150)이 형성되어 있다. 이 때, 도면에 도시하지는 않았지만, 상기 층간절연막(150)의 내부에는 다층의 금속 배선이 형성되어 있다.An interlayer insulating
상기 층간절연막(150) 상에는, 상기 포토 다이오드(140)와 대응하는 칼라 필터(160)가 형성되어 있고, 그 상부에는 상기 칼라 필터(160)로 인한 단차를 보상하기 위한 평탄화층(170)이 형성되어 있다.A
특히, 본 발명에 의한 이미지 센서의 평탄화층(170) 상에는, 그 표면에 돔 형태의 마이크로 렌즈(180)가 형성된 필름(190)이 부착되어 있다.In particular, on the
상기 필름(190)은 열융착 방식 또는 접착제를 이용한 방식으로 부착된 것이 바람직하다. 여기서, 상기 접착제로서 자외선(UV) 경화형의 접착제를 이용할 수 있다.The
이와 같이, 본 실시예에서는 마이크로 렌즈(180)가 형성된 필름(190)을 칼라 필터(160)의 상부에 부착함으로써, 기존의 마이크로 렌즈를 형성하기 위해 수반되었던 마스크 공정 및 리플로우 공정을 생략할 수 있다. 따라서, 본 발명은 전체 공정 수를 감소시켜 공정 시간 및 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.As such, in the present exemplary embodiment, the
이미지 센서의 제조방법에 관한 실시예Embodiment of a manufacturing method of an image sensor
이하, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법에 대하여 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing an image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 4A to 4C.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법을 설명하기 위해 순차적으로 나타낸 공정 단면도이다.4A through 4C are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing an image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
우선, 도 4a에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(100) 상에 게이트 절연막(110)을 개재하여 게이트 전극(120)을 형성한다. 상기 게이트 전극(120)은 폴리실리콘 등으로 이루어질 수 있다. 그 다음에, 상기 게이트 전극(120)의 양측벽에 게이트 스페이서(130)를 형성한다.First, as shown in FIG. 4A, the
그런 다음, 이온주입 공정을 통해 상기 반도체 기판(100)의 표면 내에 포토 다이오드(140)와 같은 수광소자를 형성한다.Then, a light receiving device such as the
그 다음에, 상기 반도체 기판(100)의 상부전면에 상기 게이트 전극(120)을 덮도록 층간절연막(150)을 형성한다. 여기서, 도면에 도시하지는 않았지만, 상기 층간절연막(150)의 내부에는 다층의 금속 배선이 형성되어 있다.Next, an
다음으로, 도 4b에 도시한 바와 같이, 상기 층간절연막(150) 상에, 칼라 필터 형성용 물질을 도포하고 나서, 이를 패터닝하여 상기 포토 다이오드(140)와 대응하는 칼라 필터(160)를 형성한다. 그 다음에, 상기 칼라 필터(160)로 인한 단차를 보상하기 위한 평탄화층(170)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 4B, a color filter forming material is coated on the
그런 다음, 도 4c에 도시한 바와 같이, 상기 평탄화층(170) 상에, 그 표면에 마이크로 렌즈(180)가 형성된 필름(190)을 부착한다. 상기 마이크로 렌즈(180)는, 상기 포토 다이오드(140)로 광을 모아주기 위해 돔 형태로 형성되는 것이 일반적이며, 상기 칼라 필터(160)와 대응하도록 형성되어 있다.Next, as shown in FIG. 4C, the
여기서, 상기 마이크로 렌즈(180)가 형성된 필름(190)의 부착 공정을 수행하기 전에, 상기 평탄화층(170)의 표면에 존재하는 이물질을 완전히 제거하여, 필름(190)의 부착이 원활하게 이루어지도록 하기 위한 세정 공정을 추가로 수행할 수도 있다.Here, before performing the process of attaching the
그리고, 상기 필름(190)의 부착 공정은, 열융착 방식 또는 접착제를 이용한 방식으로 수행하는 것이 바람직하다. 특히, 접착제를 이용한 방식으로 상기 필름(190)을 부착할 경우, 자외선 경화형 접착제를 이용하는 것이 바람직하다. 상기 자외선 경화형 접착제를 이용하면 온도를 올리는 일 없이 매우 용이하게 접착할 수 있는 장점이 있다.In addition, the attaching process of the
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서 및 그 제조방법에 의하면, 마이크로 렌즈(180)가 형성된 필름(190)을 미리 준비하고, 이를 평탄화 층(170) 상에 부착함으로써, 기존에 마이크로 렌즈(180)를 형성하기 위해 수행하는 마스크 공정 및 리플로우 공정을 생략할 수 있는 바, 전체 공정 수를 감소시켜 공정 시간 및 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the image sensor and the method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention, by preparing a
또한, 상기한 바와 같이 공정 수가 감소되면, 공정 중 발생할 수 있는 결함의 확률이 낮아지므로, 높은 수율을 기대할 수 있는 장점이 있다.In addition, as described above, when the number of processes is reduced, the probability of defects that may occur during the process is lowered, and thus, there is an advantage that a high yield can be expected.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 권리 범위는 개시된 실시예에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Accordingly, the scope of the present invention is not limited to the disclosed embodiments, but various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concept of the present invention as defined in the following claims also belong to the scope of the present invention.
앞에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이미지 센서 및 그 제조방법에 의하면, 그 표면에 마이크로 렌즈가 형성된 필름을 미리 준비하고, 상기 필름을 평탄화층 상에 부착함으로써, 기존에 마이크로 렌즈를 형성하기 위해 수행하는 마스크 공정 및 리플로우 공정 등을 생략할 수 있다. 따라서, 본 발명은 이미지 센서를 제조하기 위한 전체 공정 수를 감소시켜, 공정 시간 및 비용을 절감할 수 있다.As described above, according to the image sensor and the manufacturing method according to the present invention, by preparing a film having a microlens formed on the surface in advance, and attaching the film on the planarization layer, it is carried out to form a conventional microlens The mask process, the reflow process, and the like can be omitted. Therefore, the present invention can reduce the overall number of processes for manufacturing the image sensor, thereby reducing the process time and cost.
또한, 전체 공정 수가 감소됨에 따라, 공정 중 발생할 수 있는 결함의 확률 이 낮아지므로, 높은 수율을 기대할 수 있는 장점이 있다.In addition, as the total number of processes is reduced, the probability of defects that may occur during the process is lowered, there is an advantage that can expect a high yield.
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| JPH0461277A (en) * | 1990-06-29 | 1992-02-27 | Toshiba Corp | Manufacture of solid state image sensor |
| KR20030019654A (en) * | 2001-08-29 | 2003-03-07 | 일진다이아몬드(주) | Mold for making micro lens and Method for processing micro lens used in the same |
| KR20050010343A (en) * | 2003-07-19 | 2005-01-27 | 주식회사 옵토메카 | Image sensor, fabrication method of an image sensor and mold for fabricating a micro condenser element array used in the same |
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2006
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