KR20000003501A - 마이크로 오목렌즈를 갖는 이미지센서 및 그 제조방법 - Google Patents
마이크로 오목렌즈를 갖는 이미지센서 및 그 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 별도의 마이크로 렌즈용 물질을 도입할 필요가 없고, 제조 공정을 단순할 수 있는 마이크로 오목렌즈를 갖는 이미지센서 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것으로, 이를 위한 본 발명의 이미지센서는, 마이크로 오목렌즈를 갖는 이미지센서에 있어서, 광감지부 및 로직부를 구성하는 회로가 형성된 기판; 상기 로직부의 상부에 형성되어 상기 로직부로 입사되는 빛을 차단하는 광차단막; 상기 광차단막이 형성된 기판 전면에 형성되며 상기 로직부와 오버랩된 영역의 표면에 상기 오목렌즈를 구성하기 위한 리세스(recess)부를 갖는 산화막; 및 상기 산화막 상에서 평탄화되어 형성되며 상기 산화막 보다 굴절율이 적은 박막을 포함하여 이루어진다.
Description
본 발명은 이미지센서(image sensor) 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 마이크로 오목렌즈(concave microlens)를 갖는 이미지센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
CMOS 이미지센서는 빛을 감지하는 광감지 부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이타화 하는 로직회로 부분으로 구성 되어있다. 광감도를 높이기 위하여 전체 이미지센서 소자에서 광감지 부분의 면적이 차지하는 비율(Fill Factor)을 크게 하려는 노력이 진행되고 있지만, 근본적으로 로직회로 부분을 제거할 수 없기 때문에 제한된 면적하에서 이러한 노력에는 한계가 있다. 따라서 광감도를 높여주기 위하여 광감지 부분 이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 바꿔서 광감지 부분으로 모아주는 집광기술이 등장하였는데, 이러한 기술이 바로 마이크로 렌즈 형성 기술이다.
도1은 종래의 마이크로 렌즈 형상 및 위치를 나타내는 이미지센서의 개략적인 단면도로서, 도면부호 1은 실리콘기판, 2는 광감지 부분, 3은 절연막, 4는 게이트 전극, 5는 층간 절연막, 6은 광차단막, 7은 수지, 8은 마이크로 볼록 렌즈를 각각 나타낸다.
도1을 참조하면, 광감지 부분(2)과 오버랩되는 영역의 상부에 마이크로 볼록 렌즈(8)가 형성되어 있어, 광감지 부분 이외의 영역으로 입사하는 빛을 굴절시켜서 광감지 부분(2)으로 모이도록 하고 있다. 이와같이, 종래에는 마이크로 렌즈를 볼록렌즈 모양으로 형성하는 것으로 하고 있으며, 특히 광감지 부분 상부에 마이크로 렌즈를 형성하는데 주안점을 두고 있다. 또한 종래의 이미지센서들은 마이크로 렌즈 형성용 물질로서 포토리소그라피 공정에서 사용하는 포토레지스트와 유사한 수지(Resin)를 별도로 사용하고 있다.
상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 별도의 마이크로 렌즈용 물질을 도입할 필요가 없고, 제조 공정을 단순할 수 있는 마이크로 오목렌즈를 갖는 이미지센서 및 그 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
도1은 종래의 마이크로 렌즈 형상 및 위치를 나타내는 이미지센서의 개략적인 단면도이다.
도2a 내지 도2d는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 오목렌즈를 갖는 이미지센서 제조방법을 나타내는 공정 단면도.
도3은 칼라 필터 공정까지 진행한 이미지센서 소자에서 본 발명의 마이크로 오목렌즈가 갖는 작용효과를 개략적으로 나타낸 도면.
도4는 본 발명에 따른 광감지부와 오목렌즈의 위치 관계를 나타내기 위한 평면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
21 : 실리콘기판 22 : 광감지부
23 : 로직부 24 : 층간절연막
25 : 광차단막 26 : 산화막
27 : 포토레지스트패턴 28 : 마이크로 오목 렌즈
29 : 수지 30 : 칼라 필터
θ1: 입사각 θ2: 굴절각
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이미지센서는, 마이크로 오목렌즈를 갖는 이미지센서에 있어서, 광감지부 및 로직부를 구성하는 회로가 형성된 기판; 상기 로직부의 상부에 형성되어 상기 로직부로 입사되는 빛을 차단하는 광차단막; 상기 광차단막이 형성된 기판 전면에 형성되며 상기 로직부와 오버랩된 영역의 표면에 상기 오목렌즈를 구성하기 위한 리세스(recess)부를 갖는 산화막; 및 상기 산화막 상에서 평탄화되어 형성되며 상기 산화막 보다 굴절율이 적은 박막을 포함하여 이루어진다. 상기 박막 상에 형성된 칼라 필터를 더 포함하여 이루어질수 있다.
상기 본 발명의 이미지센서에서, 상기 산화막은 패시베이션을 위한 산화막 또는 층간절연을 위한 산화막일 수 있으며, BPSG나 TEOS와 같은 산화막이다. 상기 박막은 수지로 사용할 수 있다. 그리고, 상기 산화막은 상기 리세스부에 의해 굴절되어 상기 광감지부로 입사되는 빛의 양을 증가시키시 위한 최적화 두께를 갖는다.
또한, 본 발명의 이미지센서 제조방법은, 광감지부 및 로직부를 구성하는 회로가 형성된 기판을 준비하는 단계; 상기 로직부로 입사되는 빛을 차단하기 위하여 상기 로직부의 상부에 광차단막을 형성하는 단계; 상기 광차단막이 형성된 기판 전면에 산화막을 형성하는 단계; 상기 로직부와 오버랩된 영역의 상기 산화막 표면 일부두께를 선택적으로 등방성 습식식각하여 오목렌즈를 구성하는 리세스부을 형성하는 단계; 상기 산화막 상에 상기 산화막 보다 굴절율이 적은 평탄화된 박막을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.
상기 본 발명의 이미지센서 제조방법에서, 상기 박막은 수지로 사용할 수 있으며, 이때 수지는 베이크에 의해 경화시켜야 한다.
이와같이, 본 발명은 광감지부 이외의 영역에 마이크로 렌즈를 형성하되 형태는 오목렌즈로 하는 것에 그 특징이 있으며, 또한, 마이크로 렌즈 형성용 박막으로 소자 제조에 꼭 필요한 패시베이션 산화막 또는 층간산화막을 사용하기 때문에 별도의 렌즈용 박막을 사용하지 않아도 된다는 잇점이 있고, 오목렌즈 형태를 얻는 방법이 산화막을 선택적으로 습식식각하는 것이기 때문에 공정이 단순하다는 잇점이 있다.
그리고 본 발명은 본출원인에 의해 지난 1998년 2월 28일자에 출원된(출워번호:98-6687) CMOS 이미지센서에 적용할 경우, CMOS 이미지센서는 단위화소가 광감지부 및 로직부를 포함하고 있기 때문에 필 팩터(Fill Factor)를 효율적으로 높일 수 있을 것이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도2a 내지 도2d는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 오목렌즈를 갖는 이미지센서 제조방법을 나타내는 공정 단면도이다.
먼저 도2a는 공지의 방법으로 실리콘기판(21) 위에 광감지부(22)와 로직부(23)를 구성하는 소자를 완성한 후, 패시베이션(passivation)을 위한 절연막으로서 산화막(26)을 형성한 상태의 단면도이다. 물론 공지의 방법과 같이, 광감지부(22) 이외의 로직부(23)를 구성하는 활성영역에 빛이 투과되는 것을 방지하기 위하여 광차단막(25)이 산화막(26) 하부에 형성된다. 도면에서 도면부호 24는 층간절연막을 나타낸다.
이어서, 도2b와 같이 광감지부(22)와 오버랩된 영역 이외의 산화막(26) 영역을 선택적으로 등방성 습식식각하기 위하여 광감지부(22)와 오버랩된 영역 상에 포토레지스트패턴(27)을 형성시키고, 등방성 습식식각 공정을 통하여 산화막(26)을 식각한다. 이에 이해 오목렌즈(28)가 완성된다.
이어서, 도2c와 같이 포토레지스트패턴(27)을 제거하고, 상기 산화막(26) 보다 굴절율이 낮은 물질, 예컨대 수지(29)를 형성하여 기판 전면을 평탄화한다. 수지(29)는 베이킹에 의해 경화되어 있다. 흑백의 이미지를 얻기 위한 이미지센서는 여기서 공정이 마무리 될 것이다.
한편 칼라 이미지를 얻기 위해서는 도2d에 도시된 바와 같이, 공지의 방법으로 칼라 필터(30) 형성 공정을 추가로 진행하면 된다.
도3은 칼라 필터 공정까지 진행한 이미지센서 소자에서 본 발명의 마이크로 오목렌즈가 갖는 작용효과를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도3을 참조하면, 칼라필터(30)를 통해 광감지부(22)으로 입사되는 빛은 그대로 광감지 영역으로 들어오게 된다. 그리고 광감지부(22) 이외의 오목 렌즈(28)영역으로 입사되는 빛은 오목렌즈 면에서 굴절되어 광감지부(22)으로 들어오게 된다. 이는 오목렌즈를 형성하는 산화막(26)의 굴절율이 상부의 펑탄화를 위하여 사용한 수지(29)의 굴절율 보다 크기 때문이다. 즉, 산화막(26)의 굴절율이 크기 때문에 굴절되는 빛이 오목렌즈 면에 수직한 방향과 이루는 각인 θ22가 입사하는 빛이 오목 렌즈면에 수직한 방향과 이루는 각인 θ1보다 작아지게 된다. 따라서 광감지 부(22)으로 입사되는 빛의 양이 증가하므로 광감도를 높일 수 있는 것이다.
도4는 광감지부(22)와 오목렌즈(28)의 위치 관계를 나타내기 위한 평면도로서, 도면과 같이 마이크로 오목렌즈를 X축과 Y축으로 각각 형성시킬 수 있다. 이렇게 형성한 마이크로 오목 렌즈는 전체적으로는 반 원통형의(SEMI CYLINDRICAL) 형태를 갖는다.
이상에서 설명한 바와같이 본 실시예에서는 패시베이션을 이한 산화막을 선택적으로 습식식각하여 오목렌즈를 형성하였으나, 패시베이션용 산화막 이외에 BPSG 및 TEOS 산화막과 같은 층간산화막을 선택적으로 습식식각하여 오목렌즈를 형성할수 있으며, 단 이때의 산화막은 광차단막 상부에 형성된 것이여야 한다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
이미지센서 소자에서는 광감도를 높이기 위하여 마이크로 렌즈를 형성시키고 있는바, 본 발명은 기존에 사용하고 있던 패시베이션용 산화막을 선택적으로 습식식각하여 오목렌즈를 형성하는 것으로, 종래와 달리 별도의 렌즈형성용 수지를 사용하지 않아도 된다. 이에 의해 공정의 단순화, 비용 절감 등의 효과를 가져다 준다. 그리고 흑백의 이미지 뿐만아니라 마이크로 렌즈 형성 공정 이후에 종래의 칼라 필터 공정을 그대로 적용함으로써 칼라 이미지를 얻을 수 있다.
Claims (11)
- 마이크로 오목렌즈를 갖는 이미지센서에 있어서,광감지부 및 로직부를 구성하는 회로가 형성된 기판;상기 로직부의 상부에 형성되어 상기 로직부로 입사되는 빛을 차단하는 광차단막;상기 광차단막이 형성된 기판 전면에 형성되며 상기 로직부와 오버랩된 영역의 표면에 상기 오목렌즈를 구성하기 위한 리세스부를 갖는 산화막; 및상기 산화막 상에서 평탄화되어 형성되며 상기 산화막 보다 굴절율이 적은 박막을 포함하여 이루어진 이미지센서.
- 제1항에 있어서,상기 산화막은 패시베이션을 위한 산화막 또는 층간절연을 위한 산화막인 것을 특징으로 하는 이미지센서.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 박막은 수지인 것을 특징으로 하는 이미지센서.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 산화막은 상기 리세스부에 의해 굴절되어 상기 광감지부로 입사되는 빛의 양을 증가시키시 위한 최적화 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 이미지센서.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 박막 상에 형성된 칼라 필터를 더 포함하여 이루어진 이미지센서.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 산화막은 BPSG 또는 TEOS 실리콘산화막인 것을 특징으로 하는 이미지센서.
- 이미지센서 제조방법에 있어서,광감지부 및 로직부를 구성하는 회로가 형성된 기판을 준비하는 단계;상기 로직부로 입사되는 빛을 차단하기 위하여 상기 로직부의 상부에 광차단막을 형성하는 단계;상기 광차단막이 형성된 기판 전면에 산화막을 형성하는 단계;상기 로직부와 오버랩된 영역의 상기 산화막 표면 일부두께를 선택적으로 등방성 식각하여 오목렌즈를 구성하는 리세스부을 형성하는 단계; 및상기 산화막 상에 상기 산화막 보다 굴절율이 적은 평탄화된 박막을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 이미지센서 제조방법.
- 제7항에 있어서,상기 박막 상에 칼라 필터를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조방법.
- 제7항 또는 제8항에 있어서,상기 박막은 수지이며, 상기 수지를 코팅한 다음 경화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조방법.
- 제7항 또는 제8항에 있어서,상기 리세스부를 형성하기 위한 등방성 식각은 습식식각으로 실시하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조방법.
- 제7항 또는 제8항에 있어서,상기 산화막은 패시베이션을 위한 산화막 또는 층간절연을 위한 산화막인 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조방법.
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