KR100832710B1 - 이미지 센서 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

이미지 센서 및 이의 제조 방법이 개시되어 있다. 이미지 센서는 반도체 기판상에 배치된 포토다이오드 구조물들, 상기 각 포토다이오드 구조물들 상에 배치된 컬러필터들, 상기 컬러필터들을 덮는 평탄화층 및 상기 평탄화층상에 배치되며, 상기 각 컬러필터에 대응하여 친수성 마이크로 렌즈들 및 상기 친수성 마이크로 렌즈들의 에지와 접촉하는 소수성 마이크로 렌즈들이 교대로 배치된 마이크로 렌즈를 포함한다. 이로써, 컬러필터들 상에 친수성 마이크로 렌즈 및 소수성 마이크로 렌즈를 교대로 형성하여 친수성 마이크로 렌즈 및 소수성 마이크로 렌즈들 사이의 갭을 제거하여 이미지의 품질을 향상시킬 수 있는 장점을 갖는다.

Description

이미지 센서 및 이의 제조 방법{IMAGE SENSOR AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 이미지 센서를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 포토 다이오드 구조물에 포함된 화소들 중 하나를 도시한 평면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 마이크로 렌즈의 배치를 도시한 평면도이다.
도 4 내지 도 9는 본 발명의 제1 실시예에 의한 이미지 센서의 제조 방법을 도시한 단면도들이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 의한 이미지 센서의 단면도이다.
도 11은 도 10의 다른 실시예를 도시한 단면도이다.
도 12 내지 도 15는 본 발명의 제2 실시예에 의한 이미지 센서의 제조 방법을 도시한 단면도들이다.
본 발명은 이미지 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지 센서는 광학적 영상을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로 정의된다. 종래 이미지 센서는 전하 결합 소자(CCD), 씨모스 이미지 센서(CMOS image Sensor) 등이 대표적이다.
종래 이미지 소자의 일반적인 제조 방법은 반도체 기판상에 트랜지스터들 및 트랜지스터들에 전기적으로 연결되는 포토 다이오드를 형성하고, 트랜지스터 및 포토 다이오드 상에 절연막 구조물 및 배선을 형성한다. 이어서, 절연막 구조물 상에 레드, 그린 및 블루로 이루어진 컬러필터를 형성하고, 컬러필터의 상부면에 포지티브 타입(positive type)의 포토레지스트 필름을 도포하여 평탄화층을 형성한다. 이후, 평탄화층의 상부면에 포토 레지스트 필름을 도포하고 리플로우 공정을 진행하여 포토 다이오드로 집광된 광을 제공하는 마이크로 렌즈를 형성한다.
일반적으로, 마이크로 렌즈는 평탄화층 상에 포토레지스트 필름을 형성하고 포토레지스트 필름을 패터닝하여 형성한다.
그러나, 상술한 바와 같이 포토레지스트 필름을 패터닝하여 마이크로 렌즈를 형성할 경우, 마이크로 렌즈들 사이에 약 100nm 내지 약 200nm의 갭(gap)이 형성되고, 갭을 통해 광이 입사되어 이미지의 품질을 크게 저하 시키는 문제점을 갖는다.
본 발명의 하나의 목적은 마이크로 렌즈들 사이의 갭을 제거하여 이미지의 품질을 향상시킨 이미지 센서를 제공한다.
본 발명의 다른 목적은 상기 이미지 센서의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 하나의 목적을 구현하기 위한 이미지 센서는 반도체 기판상에 배 치된 포토다이오드 구조물들, 상기 각 포토다이오드 구조물들 상에 배치된 컬러필터들, 상기 컬러필터들을 덮는 평탄화층 및 상기 평탄화층상에 배치되며, 상기 각 컬러필터에 대응하여 친수성 마이크로 렌즈들 및 상기 친수성 마이크로 렌즈들의 에지와 접촉하는 소수성 마이크로 렌즈들이 교대로 배치된 마이크로 렌즈를 포함한다.
또한, 본 발명의 하나의 목적을 구현하기 위한 이미지 센서는 반도체 기판상에 배치된 포토다이오드 구조물들, 상기 각 포토다이오드 구조물들 상에 배치되며 제1 높이를 갖는 제1 컬러필터, 상기 제1 컬러필터의 주변에 제1 높이보다 높은 제2 높이로 형성된 제2 컬러필터들을 갖는 컬러필터들 및 상기 제1 컬러필터 상에 배치된 제1 마이크로 렌즈 및 상기 제2 컬러필터 상에 배치된 제2 마이크로 렌즈를 포함하는 마이크로 렌즈를 포함한다.
본 발명의 다른 목적을 구현하기 위한 이미지 센서의 제조 방법은 반도체 기판상에 포토다이오드 구조물들을 형성하는 단계, 상기 각 포토다이오드 구조물들 상에 제1 컬러필터, 상기 제1 컬러필터와 인접한 제2 컬러필터 및 상기 제2 컬러필터와 인접한 제3 컬러필터들을 형성하는 단계, 상기 제1 및 제3 컬러필터들을 덮는 평탄화층을 형성하는 단계 및 상호 이격된 상기 제1 및 제3 컬러필터들과 대응하는 상기 평탄화층 상에 소수성 마이크로 렌즈들을 형성하는 단계 및 상기 소수성 마이크로 렌즈들의 에지와 접촉하도록 친수성 마이크로 렌즈들을 상기 제2 컬러필터와 대응하는 평탄화층 상에 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 목적을 구현하기 위한 이미지 센서의 제조 방법은 반 도체 기판상에 포토다이오드 구조물들을 형성하는 단계, 상기 각 포토다이오드 구조물들 상에 형성되며 제1 두께를 갖는 제1 컬러필터, 상기 제1 컬러필터의 주변에 제1 두께보다 두꺼운 제2 두께로 형성된 제2 컬러필터들을 갖는 컬러필터들을 형성하는 단계, 상기 제1 컬러필터 상에 제1 마이크로 렌즈를 형성하는 단계 및 상기 제2 컬러필터 상에 제2 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서 및 이의 제조 방법에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다.
실시예 1
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 이미지 센서를 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 반도체 기판(10)상에는 화소(20)를 갖는 포토 다이오드 구조물(50)들이 배치된다. 본 실시예에서, 포토다이오드 구조물(50)은 화소(20), 절연막 구조물(30), 컬러필터(40) 및 평탄화층(48)을 포함한다.
화소(20)들은 반도체 기판(10) 상에 복수개가 형성되며, 도 1에는 3 개의 화소(20)들이 예시적으로 도시되어 있다..
도 2는 도 1에 도시된 포토 다이오드 구조물에 포함된 화소들 중 하나를 도시한 평면도이다.
도 2를 참조하면, 화소(20)는 포토 다이오드(PD) 및 트랜지스터 구조물(TS) 을 포함한다.
트랜지스터 구조물(TS)은 트랜스퍼 트랜지스터(Tx), 리셋 트랜지스터(Rx), 셀렉트 트랜지스터(Sx) 및 억세스 트랜지스터(Ax)를 포함한다.
포토 다이오드(PD)에는 트랜스퍼 트랜지스터(Tx) 및 리셋 트랜지스터(Rx)가 직렬로 접속된다. 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 소오스는 포토 다이오드(PD)와 접속되고, 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 드레인은 리셋 트랜지스터(Rx)의 소오스와 접속된다. 리셋 트랜지스터(Rx)의 드레인에는 전원 전압(Vdd)이 인가된다.
트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 드레인은 부유 확산층(FD, floating diffusion) 역할을 한다. 부유 확산층(FD)은 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 게이트에 접속된다. 셀렉트 트랜지스터(Sx) 및 억세스 트랜지스터(Ax)는 직렬로 접속된다. 즉, 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 소오스와 억세스 트랜지스터(Ax)의 드레인이 서로 접속된다. 억세스 트랜지스터(Ax)의 드레인 및 리셋 트랜지스터(Rx)의 소오스에는 전원 전압(Vdd)이 인가된다. 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 드레인은 출력단(Out)에 해당하고, 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 게이트에는 선택 신호(Row)가 인가된다.
상술한 구조를 갖는 이미지 센서(100)의 포토 다이오드 구조물(50)의 화소(20)의 동작을 간략히 설명한다.
먼저, 리셋 트랜지스터(Rx)를 턴 온(turn on)시켜 부유 확산층(FD)의 전위를 전원 전압(Vdd)과 동일하게 한 후에, 리셋 트랜지스터(Rx)를 턴 오프(turn off)시킨다. 이러한 동작을 리셋 동작이라 정의한다.
외부의 광이 포토 다이오드(PD)에 입사되면, 포토 다이오드(PD)내에 전자-홀 쌍(EHP; electron-hole pair)들이 생성되어 신호 전하들이 포토 다이오드(PD)내에 축적된다. 이어서, 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)가 턴 온 됨에 따라 포토 다이오드(PD)내 축적된 신호 전하들은 부유 확산층(FD)으로 출력되어 부유 확산층(FD)에 저장된다.
이에 따라, 부유 확산층(FD)의 전위는 포토 다이오드(PD)에서 출력된 전하의 전하량에 비례하여 변화되고, 이로 인해 억세스 트랜지스터(Ax)의 게이트의 전위가 변한다. 이때, 선택 신호(Row)에 의해 셀렉트 트랜지스터(Sx)가 턴 온되면, 데이타가 출력단(Out)으로 출력된다.
데이타가 출력된 후에, 화소(20)는 다시 리셋 동작을 수행한다. 포토 다이오드 구조물(50)을 포함하는 각 화소(20)들은 상술한 과정들을 반복하여 광을 전기적 신호로 변환시켜 이미지를 출력한다.
다시 도 1을 참조하면, 절연막 구조물(30)은 반도체 기판(10) 상에 배치된 화소(20)를 덮는다. 절연막 구조물(30) 내에는 화소(20)를 구동하기 위한 배선 구조물(미도시)이 배치될 수 있다.
컬러필터(40)는 절연막 구조물(30) 상에 배치된다. 컬러필터(40)는 적색광을 통과시키는 적색 컬러필터(42), 녹색광을 통과시키는 녹색 컬러필터(44) 및 청색광을 통과시키는 청색 컬러필터(46)를 포함한다.
본 실시예에서, 적색 컬러필터(42), 녹색 컬러필터(44) 및 청색 컬러필터(46)는 각각 화소(16)의 포토 다이오드(PD)들과 대응하는 위치에 배치된다.
또한, 본 실시예에서, 평탄화층(48)의 상면으로부터 측정된 컬러필터(40)의 높이는 모두 동일하다.
평탄화층(48)은 컬러필터(40) 상에 배치된다. 평탄화층(48)은 컬러필터(42)들 사이에 단차가 형성될 경우 단차를 제거하는 역할을 한다.
화소(20), 절연막 구조물(30), 컬러필터(40) 및 평탄화층(48)을 포함하는 포토 다이오드 구조물(50) 중 평탄화층(48) 상에는 마이크로 렌즈(80)가 배치된다.
마이크로 렌즈(80)는 친수성 마이크로 렌즈(60) 및 소수성 마이크로 렌즈(70)를 포함한다. 본 실시예에서, 마이크로 렌즈(80)는 각 컬러필터(40)와 대응하는 위치에 배치된다.
도 3은 도 1에 도시된 마이크로 렌즈의 배치를 도시한 평면도이다.
도 3을 참조하면, 친수성 마이크로 렌즈(60) 및 소수성 마이크로 렌즈(70)는 평탄화층(48) 상에서 교대로 배치된다. 또한, 친수성 마이크로 렌즈(60) 및 소수성 마이크로 렌즈(70)의 에지는 상호 접촉된다.
본 실시예에서, 친수성 마이크로 렌즈(60)들 및 소수성 마이크로 렌즈(70)들은 매트릭스 형태로 배치되며, 하나의 친수성 마이크로 렌즈(60)의 주변에는 약 4 개의 소수성 마이크로 렌즈(70)들이 배치된다. 이와 다르게, 하나의 소수성 마이크로 렌즈들의 주변에 약 4 개의 친수성 마이크로 렌즈들이 배치하여도 무방하다.
도 4 내지 도 9는 본 발명의 제1 실시예에 의한 이미지 센서의 제조 방법을 도시한 단면도들이다.
도 4는 본 발명에 의한 이미지 센서의 포토 다이오드 구조물을 도시한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 반도체 기판(10) 상에는 포토다이오드 구조물(50)이 형성된다.
포토다이오드 구조물(50)을 형성하기 위해서, 반도체 기판(10) 상에는 3 개 내지 5 개의 트랜지스터를 포함하는 트랜지스터 구조물(TS) 및 포토 다이오드(PD)를 포함하는 화소(20)들이 형성된다.
화소(20)들이 반도체 기판(10) 상에 형성된 후, 반도체 기판(10) 상에는 절연막 구조물(30)이 형성된다. 절연막 구조물(30)은 화소(20)를 덮어 절연하는 역할을 한다. 절연막 구조물(30)을 형성하는 도중 절연막 구조물(30) 내부에는 화소(20)를 구동하기 위한 배선 구조물(미도시)이 형성될 수 있다.
도 5는 도 4에 도시된 포토다이오드 구조물 상에 형성된 컬러필터, 평탄화층을 도시한 단면도이다.
도 5를 참조하면, 절연막 구조물(30)이 형성된 후, 절연막 구조물(30) 상에는 컬러필터(40)가 형성된다. 컬러필터(40)는 안료 또는 염료 및 감광물질을 포함하는 포토레지스트 필름을 패터닝하여 형성되며, 컬러필터(40)는 적색 컬러필터(42), 녹색 컬러필터(44) 및 청색 컬러필터(46)로 이루어진다. 적색 컬러필터(42), 녹색 컬러필터(44) 및 청색 컬러필터(46)는 각 화소(20)와 대응하는 위치에 형성된다.
컬러필터(40)가 형성된 후 컬러필터(40) 상에는 평탄화층(48)이 형성된다. 평탄화층(48)은 컬러필터(40)에 단차가 형성될 경우 단차를 제거하는 역할을 한다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 일실시예에서 소수성 마이크로 렌즈를 형성한 것을 도시한 단면도들이다.
도 5를 다시 참조하면, 평탄화층(48) 상에는 소수성 감광 필름(71)이 형성된다. 본 실시예에서 소수성 감광 필름(71)은 소수성 특성을 갖는 소수성 물질을 포함한다.
도 6을 참조하면, 소수성 감광 필름(71)이 형성된 후, 소수성 감광 필름(71)은 노광 공정 및 현상 공정을 포함하는 포토 공정에 의하여 패터닝 되어 적색 컬러필터(42) 및 청색 컬러필터(46)과 대응하는 평탄화층(48) 상에는 예비 소수성 마이크로 렌즈(72)들이 형성된다.
도 7을 참조하면, 예비 소수성 마이크로 렌즈(72)가 평탄화층(48) 상에 형성된 후, 예비 소수성 마이크로 렌즈(72)는 열에 의하여 리플로우되어, 평탄화층(78) 상에는 소수성 마이크로 렌즈(70)가 형성된다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일실시예에서 친수성 마이크로 렌즈를 형성하는 것을 도시한 단면도들이다.
도 8을 참조하면, 친수성 마이크로 렌즈를 형성하기 위해서, 평탄화층(48) 상에는 다시 친수성 감광 필름(미도시)이 도포된다. 본 실시예에서, 친수성 감광 필름(미도시)은 친수성 특성을 갖는 친수성 물질을 포함한다.
친수성 감광 필름이 평탄화층(48) 상에 배치된 후, 친수성 감광 필름은 노광 공정 및 현상 공정을 포함하는 포토 공정에 의하여 패터닝 되어, 녹색 컬러필터(44)와 대응하는 평탄화층(48) 상에는 예비 친수성 마이크로 렌즈(62)가 형성된다.
도 9를 참조하면, 평탄화층(48) 상에 예비 친수성 마이크로 렌즈(62)가 형성된 후, 예비 친수성 마이크로 렌즈(62)는 열에 의하여 리플로우 되어 평탄화층(48) 상에는 친수성 마이크로 렌즈(60)가 형성된다.
본 실시예에서는 평탄화층(49) 상에 소수성 마이크로 렌즈(70)를 먼저 형성한 후, 친수성 마이크로 렌즈(60)를 형성하는 것이 설명되고 있지만, 이와 다르게 친수성 마이크로 렌즈(70)를 평탄화층(48) 상에 먼저 형성한 후 소수성 마이크로 렌즈(60)를 평탄화층(48) 상에 형성하여도 무방하다.
또한, 소수성 마이크로 렌즈(70)를 먼저 형성한 후, 친수성 마이크로 렌즈(60)를 형성함으로써, 소수성 마이크로 렌즈(60)의 에지 및 친수성 마이크로 렌즈(70)의 에지 사이의 갭을 완전히 제거하여 이미지 품질을 보다 향상시킬 수 있다.
실시예 2
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 의한 이미지 센서의 단면도이다.
도 10을 참조하면, 반도체 기판(10)상에는 포토다이오드 구조물(50)이 배치된다.
본 실시예에서, 포토다이오드 구조물(50)은 화소(20), 절연막 구조물(30), 컬러필터(47)를 포함한다.
화소(20)들은 반도체 기판(10) 상에 복수개가 형성되며, 도 10에는 3 개의 화소(20)들이 예시적으로 도시되어 있다.
절연막 구조물(30)은 반도체 기판(10) 상에 배치된 화소(20)를 덮는다. 절연 막 구조물(30) 내에는 화소(20)를 구동하기 위한 배선 구조물(미도시)이 배치될 수 있다.
컬러필터(47)는 절연막 구조물(30) 상에 배치된다. 컬러필터(47)는 적색광을 통과시키는 적색 컬러필터(47a), 녹색광을 통과시키는 녹색 컬러필터(47b) 및 청색광을 통과시키는 청색 컬러필터(47c)를 포함한다.
본 실시예에서, 적색 컬러필터(47a), 녹색 컬러필터(47b) 및 청색 컬러필터(47c)는 각각 화소(16)의 포토 다이오드(PD)들과 대응하는 위치에 배치된다.
또한, 본 실시예에서, 절연막 구조물(30)의 상면으로부터 측정된 컬러필터(47)의 두께는 상이하다.
예를 들어, 절연막 구조물(30)의 상면으로부터 측정된 적색 컬러필터(47a)의 두께는 약 8,000Å 내지 약 8,100Å 이고, 절연막 구조물(30)의 상면으로부터 측정된 청색 컬러필터(47c)의 두께는 약 7,900Å 내지 약 8,000Å이고, 절연막 구조물(30)의 상면으로부터 측정된 녹색 컬러필터(47b)의 두께는 약 10,000Å 내지 약 11,000Å이다.
즉, 본 실시예에서 컬러필터(47)들은 서로 다른 두께를 갖고, 녹색 컬러필터(47b)의 두께는 적색 컬러필터(47a) 및 청색 컬러필터(47c) 보다 훨씬 두껍다.
본 실시예에서, 서로 다른 두께를 갖는 컬러필터(47)의 배치는 후술될 마이크로 렌즈들 사이의 갭을 감소 시키는데 있어 매우 중요하다.
본 실시예에서는 상대적으로 두께가 얇은 하나의 적색 컬러필터(47a) 또는 하나의 청색 컬러필터(47c)의 주변에 상대적으로 두께가 두꺼운 녹색 컬러필 터(47b)가 배치된다. 이로써 적색 컬러필터(47a) 또는 청색 컬러필터(47c)의 상부에는 녹색 컬러필터(47b)들에 의하여 둘러싸여 리세스(recess)가 형성된다.
본 실시예에서, 상술한 컬러필터(47)의 상면에는 마이크로 렌즈(80)가 배치된다.
마이크로 렌즈(80)는 친수성 마이크로 렌즈(60) 및 소수성 마이크로 렌즈(70)를 포함한다. 본 실시예에서, 마이크로 렌즈(80)는 각 컬러필터(47)와 대응하는 위치에 배치된다.
구체적으로, 예를 들어, 상대적으로 얇은 두께를 갖는 적색 컬러필터(47a) 또는 청색 컬러필터(47c)에는 친수성 마이크로 렌즈(60)가 배치되고, 적색 컬러필터(47a) 또는 청색 컬러필터(47c) 주변에 배치되며 상대적으로 두꺼운 두께를 갖는 녹색 컬러필터(47b) 상에는 소수성 마이크로 렌즈(70)가 배치된다.
이와 다르게, 상대적으로 얇은 두께를 갖는 적색 컬러필터(47a) 또는 청색 컬러필터(47c)에는 소수성 마이크로 렌즈가 배치되고, 적색 컬러필터(47a) 또는 청색 컬러필터(47c) 주변에 배치되며 상대적으로 두꺼운 두께를 갖는 녹색 컬러필터(47b) 상에는 친수성 마이크로 렌즈가 배치되어도 무방하다.
본 실시예에서, 적색 컬러필터(47a) 또는 청색 컬러필터(47c) 상에 배치된 친수성 마이크로 렌즈(60) 및 녹색 컬러필터(47b) 상에 배치된 소수성 마이크로 렌즈(70)의 두께는 모두 동일하다.
그러나, 녹색 컬러필터(47b)의 두께가 적색 컬러필터(47a) 및 청색 컬러필터(47c)에 비하여 두껍기 때문에 친수성 마이크로 렌즈(60) 및 소수성 마이크로 렌 즈(70)의 두께가 동일할 경우, 친수성 마이크로 렌즈(60) 및 소수성 마이크로 렌즈(70)에서 집광된 광이 화소(20)의 포토 다이오드(PD)에 정확하게 포커싱 되지 않게 된다.
이를 감안하여, 본 실시예에서는 친수성 마이크로 렌즈(60) 및 소수성 마이크로 렌즈(70)에서 포커싱된 광이 화소(20)의 포토다이오드(PD)에 정확하게 포커싱될 수 있도록 친수성 마이크로 렌즈(60)는 제1 굴절률을 갖고, 소수성 마이크로 렌즈(70)는 제2 굴절률을 갖도록 하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서, 제1 굴절률 및 제2 굴절률은 친수성 마이크로 렌즈(60) 및 소수성 마이크로 렌즈(70)의 물질에 따라 적절하게 조절될 수 있다. 이와 다르게, 친수성 마이크로 렌즈(60)가 제2 굴절률을 갖고, 소수성 마이크로 렌즈(70)는 제1 굴절률을 갖는 것도 바람직하다.
도 11은 도 10의 다른 실시예를 도시한 단면도이다.
도 11을 참조하면, 녹색 컬러필터(47b)에 형성된 소수성 마이크로 렌즈(70)는 제1 두께를 갖고, 적색 컬러필터(47a) 또는 청색 컬러필터(47c)에 형성된 친수성 마이크로 렌즈(60)는 제1 두께보다 두꺼운 제2 두께를 갖도록 함으로써 친수성 마이크로 렌즈(60) 및 소수성 마이크로 렌즈(70)에서 집광된 광이 화소(20)의 포토다이오드(PD)에 정확하게 포커싱될 수 있도록 하는 것도 바람직하다.
도 12 내지 도 15는 본 발명의 제2 실시예에 의한 이미지 센서의 제조 방법을 도시한 단면도들이다.
도 12는 본 발명에 의한 이미지 센서의 포토 다이오드 구조물을 도시한 단면도이다.
도 12를 참조하면, 반도체 기판(10) 상에는 포토다이오드 구조물(50)이 형성된다.
포토다이오드 구조물(50)을 형성하기 위해서, 반도체 기판(10) 상에는 3 개 내지 5 개의 트랜지스터를 포함하는 트랜지스터 구조물(TS) 및 포토 다이오드(PD)를 포함하는 화소(20)들이 형성된다.
화소(20)들이 반도체 기판(10) 상에 형성된 후, 반도체 기판(10) 상에는 절연막 구조물(30)이 형성된다. 절연막 구조물(30)은 화소(20)를 덮어 절연하는 역할을 한다. 절연막 구조물(30)을 형성하는 도중 절연막 구조물(30) 내부에는 화소(20)를 구동하기 위한 배선 구조물(미도시)이 형성될 수 있다.
포토다이오드 구조물(50)이 형성된 후, 절연막 구조물(30) 상에는 컬러필터(47)들이 형성된다. 컬러필터(47)들은 화소(20)의 각 포토다이오드(PD)와 대응하는 위치에 형성된다.
컬러필터(47)는 적색 컬러필터(47a), 청색 컬러필터(47c) 및 녹색 컬러필터(47b)를 포함한다.
컬러필터(47)들을 형성하기 위해서 먼저, 적색 컬러필터(47a) 및 청색 컬러필터(47c)들은 상호 인접하지 않도록 각 화소(20)를 한 칸씩 건너 띄어 매트릭스 형태로 형성된다.적색 컬러필터(47a) 및 청색 컬러필터(47c)들은 교대로 배치된다.
본 실시예에서, 적색 컬러필터(47a) 및 청색 컬러필터 (47c)들의 두께는 서로 다르지만, 본 실시예에서는 설명의 편의상 모두 제1 두께를 갖는 것으로 정의하기로 한다.
적색 컬러필터(47a) 및 청색 컬러필터(47c)가 형성된 후, 적색 컬러필터(47a) 또는 청색 컬러필터(47c)가 형성되지 않은 곳에는 제1 두께보다 높은 제2 두께를 갖는 녹색 컬러필터(47b)들이 형성되고, 이 결과 적색 컬러필터(47a) 또는 청색 컬러필터(47c)의 상부에는 녹색 컬러필터(47b)에 의하여 리세스가 형성된다.
도 13을 참조하면, 컬러필터(47) 상에는 소수성 감광 필름(미도시)이 형성된다. 본 실시예에서 소수성 감광 필름은 소수성 특성을 갖는 소수성 물질을 포함한다.
소수성 감광 필름이 형성된 후, 소수성 감광 필름은 노광 공정 및 현상 공정을 포함하는 포토 공정에 의하여 패터닝 되어 녹색 컬러필터(47b) 상에는 예비 소수성 마이크로 렌즈(72)들이 형성된다.
도 14을 참조하면, 예비 소수성 마이크로 렌즈(72)가 녹색 컬러필터(47b) 상에 형성된 후, 예비 소수성 마이크로 렌즈(72)는 열에 의하여 리플로우되어, 녹색 컬러필터(47b) 상에는 소수성 마이크로 렌즈(70)가 형성된다.
도 15를 참조하면, 친수성 마이크로 렌즈를 형성하기 위해서, 컬러필터(47)상에는 다시 친수성 감광 필름(미도시)이 도포된다. 본 실시예에서, 친수성 감광 필름(미도시)은 친수성 특성을 갖는 친수성 물질을 포함한다.
친수성 감광 필름을 형성한 후, 친수성 감광 필름은 노광 공정 및 현상 공정을 포함하는 포토 공정에 의하여 패터닝 되어, 적색 컬러필터(47a) 또는 청색 컬러필터(47c)와 대응하는 평탄화층(48) 상에는 예비 친수성 마이크로 렌즈가 형성되고, 예비 친수성 마이크로 렌즈는 열에 의하여 리플로우 되어 적색 컬러필터(47a) 또는 청색 컬러필터(47c) 상에는 친수성 마이크로 렌즈(60)가 형성되어 이미지 센서가 제조된다.
이상에서 상세하게 설명한 바에 의하면, 컬러필터들 상에 친수성 마이크로 렌즈 및 소수성 마이크로 렌즈를 교대로 형성하여 친수성 마이크로 렌즈 및 소수성 마이크로 렌즈들 사이의 갭을 제거하여 이미지의 품질을 향상시킬 수 있는 장점을 갖는다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (19)

  1. 반도체 기판상에 배치된 포토다이오드 구조물들;
    상기 각 포토다이오드 구조물들 상에 배치된 컬러필터들;
    상기 컬러필터들을 덮는 평탄화층; 및
    상기 평탄화층상에 배치되며, 상기 각 컬러필터에 대응하여 친수성 마이크로 렌즈들 및 상기 친수성 마이크로 렌즈들의 에지와 접촉하는 소수성 마이크로 렌즈들이 교대로 배치된 마이크로 렌즈를 포함하는 이미지 센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 친수성 마이크로 렌즈들 및 상기 소수성 마이크로 렌즈들은 매트릭스 형태로 배치되며, 하나의 상기 친수성 마이크로 렌즈들의 주변에는 4 개의 상기 소수성 마이크로 렌즈들이 배치된 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  3. 제1항에 있어서, 상기 친수성 마이크로 렌즈들 및 상기 소수성 마이크로 렌즈들은 매트릭스 형태로 배치되며, 하나의 상기 소수성 마이크로 렌즈들의 주변에는 4 개의 상기 친수성 마이크로 렌즈들이 배치된 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  4. 제1항에 있어서, 상기 컬러필터는 적색광을 통과시키는 적색 컬러필터, 녹색 광을 통과시키는 녹색 컬러필터 및 청색광을 통과시키는 청색 컬러필터를 포함하며, 상기 적색,녹색 및 청색 컬러필터들의 높이는 동일한 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  5. 반도체 기판상에 포토다이오드 구조물들을 형성하는 단계;
    상기 각 포토다이오드 구조물들 상에 제1 컬러필터, 상기 제1 컬러필터와 인접한 제2 컬러필터 및 상기 제2 컬러필터와 인접한 제3 컬러필터들을 형성하는 단계;
    상기 제1 내지 제3 컬러필터들을 덮는 평탄화층을 형성하는 단계; 및
    상호 이격된 상기 제1 및 제3 컬러필터들과 대응하는 상기 평탄화층 상에 소수성 마이크로 렌즈들을 형성하는 단계; 및
    상기 소수성 마이크로 렌즈들의 에지와 접촉하도록 친수성 마이크로 렌즈들을 상기 제2 컬러필터와 대응하는 평탄화층 상에 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 소수성 마이크로 렌즈들을 형성하는 단계는
    상기 평탄화층 상에 소수성 감광 필름을 형성하는 단계;
    상기 소수성 감광 필름을 패터닝하여 상기 제1 및 제3 컬러필터들과 대응하는 상기 평탄화층 상에 예비 소수성 마이크로 렌즈를 형성하는 단계; 및
    상기 예비 소수성 마이크로 렌즈를 열에 의하여 리플로우하는 단계를 포함하 는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 친수성 마이크로 렌즈들을 형성하는 단계는
    상기 평탄화층 상에 친수성 감광 필름을 형성하는 단계;
    상기 친수성 감광 필름을 패터닝하여 상기 제2 컬러필터들과 대응하는 상기 평탄화층 상에 예비 친수성 마이크로 렌즈를 형성하는 단계; 및
    상기 예비 친수성 마이크로 렌즈를 열에 의하여 리플로우하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 제1 컬러필터는 적색광을 통과시키는 적색 컬러필터이고, 상기 제3 컬러필터는 청색광을 통과시키는 청색 컬러필터이고, 상기 제2 컬러필터는 녹색광을 통과시키는 녹색 컬러필터인 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
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  17. 반도체 기판상에 포토다이오드 구조물들을 형성하는 단계;
    상기 각 포토다이오드 구조물들 상에 형성되며 제1 두께를 갖는 제1 컬러필터, 상기 제1 컬러필터의 주변에 제1 두께보다 두꺼운 제2 두께로 형성된 제2 컬러필터들을 갖는 컬러필터들을 형성하는 단계;
    상기 제1 컬러필터 상에 친수성 제1 마이크로 렌즈를 형성하는 단계; 및
    상기 제2 컬러필터 상에 소수성 제2 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 마이크로 렌즈를 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 친수성 제1 마이크로 렌즈를 형성하는 단계는
    상기 컬러필터들 상에 제1 광 굴절률을 갖는 친수성 포토레지스트막을 형성하는 단계;
    상기 친수성 포토레지스트 막을 패터닝하여 상기 제1 컬러필터상에 친수성 제1 예비 마이크로 렌즈를 형성하는 단계; 및
    상기 제1 예비 마이크로 렌즈를 경화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 소수성 제2 마이크로 렌즈를 형성하는 단계는
    상기 컬러필터들 상에 제2 광 굴절률을 갖는 소수성 포토레지스트막을 형성하는 단계;
    상기 소수성 포토레지스트 막을 패터닝하여 상기 제2 컬러필터상에 친수성 제2 예비 마이크로 렌즈를 형성하는 단계; 및
    상기 제2 예비 마이크로 렌즈를 경화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
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