KR20040000877A - Cmos type image sensor with positive and negative micro-lenses and method for manufacturing same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 씨모스 이미지센서 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 렌즈의 집광 효율을 증대시킬 수 있는 오목형 및 볼록형 마이크로렌즈를 갖는 씨모스 이미지센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a CMOS image sensor and a method of manufacturing the same, and more particularly to a CMOS image sensor having a concave and convex microlenses that can increase the light condensing efficiency of the lens.
일반적으로, 이미지센서라 함은 광학 영상(optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체소자로서, 이중 전하결합소자(CCD : Charge Coupled Device)는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 커패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하캐리어가 커패시터에 저장되고 이송되는 소자이다. 더욱이, 씨모스(Complementary MOS; 이하 CMOS라 함) 이미지센서는 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소수만큼 MOS 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.In general, an image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal. In a double charge coupled device (CCD), individual metal-oxide-silicon (MOS) capacitors are very different from each other. A device in which a charge carrier is stored and transported in a capacitor while being in close proximity. Moreover, CMOS (Complementary MOS) image sensors use CMOS technology that uses a control circuit and a signal processing circuit as peripheral circuits to make MOS transistors as many as the number of pixels. It is a device that employs a switching method that detects an output in turn.
이러한 다양한 이미지센서를 제조함에 있어서, 이미지센서의 감광도(photo sensitivity)를 증가시키기 위한 노력들이 진행되고 있는바 그 중 하나가 집광기술이다. 예컨대, CMOS 이미지센서는 빛을 감지하는 광감지부와, 감지된 빛을 전기적신호로 처리하여 데이터화하는 CMOS 로직회로부로 구성되어 있다. 광감도를 높이기 위해서는 전체 이미지센서 면적에서 광감지부의 면적이 차지하는 비율(이를 통상 'Fill Factor'라 한다)을 크게 하려는 노력이 진행되고 있지만, 근본적으로 로직회로 부를 제거할 수 없기 때문에 제한된 면적 하에서 이러한 노력에는 한계가 있다. 따라서 광감도를 높여주기 위하여 광감지부 이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 바꿔서 광감지부로 모아주는 집광기술이 많이 연구되고 있다.In manufacturing such various image sensors, efforts are being made to increase the photo sensitivity of the image sensor. For example, the CMOS image sensor is composed of a light sensing unit for detecting light, and a CMOS logic circuit unit for processing the detected light into an electrical signal and converting the data into data. Efforts have been made to increase the ratio of the area of the photodetector to the total image sensor area (commonly referred to as the fill factor) in order to increase the light sensitivity. There is a limit. Therefore, in order to increase the light sensitivity, a lot of research has focused on the condensing technology to collect the light by changing the path of light incident to the area other than the light sensing unit.
현재의 기술은 광감지부 상부에 광투과율이 좋은 물질로 볼록형 마이크로렌즈를 만들어 입사광의 경로를 굴절시켜 광감지부에 보다 많은 양의 빛을 전달하는 방법이 사용되고 있다. 이 경우 마이크로렌즈의 광축과 수평한 빛이 마이크로렌즈에 의해서 굴절되어 광축상의 일정 위치에서 그 초점이 형성되어진다.In the current technology, a method of transmitting a larger amount of light to a light sensing unit by refracting a path of incident light by making a convex microlens with a material having a high light transmittance on the light sensing unit is used. In this case, light parallel to the optical axis of the microlens is refracted by the microlens to form a focal point at a predetermined position on the optical axis.
도 1은 종래 기술에 의한 마이크로렌즈를 갖는 이미지센서를 나타낸 수직 단면도로서, 집광에 관련된 CMOS 이미지센서의 주요부분만이 도시되어 있다.1 is a vertical sectional view showing an image sensor having a microlens according to the prior art, in which only the main part of a CMOS image sensor related to condensation is shown.
도 1을 참조하면, 종래의 CMOS 이미지센서는 반도체 기판(미도시함) 상부에 적어도 하나이상의 광감지 소자(102)와, 필드 절연막(100)과, 필드 절연막(100)과 광감지 소자(102) 상부를 층간 절연하는 층간 절연막(104, 108)과, 광감지 소자이외의 영역(100)으로 광이 입사되는 것을 방지하기 위해 층간 절연막(108)내에 광차폐막(light shield layer)(106)이 형성되어 있으며, 층간 절연막(108) 상부에 소자 보호막(110)이 형성되어 있으며, 소자 보호막(110) 상부에 적색(red), 녹색(green), 청색(blue)의 컬러필터(112a, 112b, 112c)가 어레이되어 있으며, 이들 컬러필터 어레이(112a, 112b, 112c) 위에는 평탄층(116)이 형성되어 있으며 컬러필터(112a, 112b, 112c)의 대향 위치에 볼록형 마이크로렌즈(118)가 각각 형성되어 있다. 미 설명된 도면 부호 114는 층간 절연막이다.Referring to FIG. 1, a conventional CMOS image sensor includes at least one photosensitive device 102, a field insulating film 100, a field insulating film 100, and a photosensitive device 102 on a semiconductor substrate (not shown). Interlayer insulating films 104 and 108 for interlayer insulating the upper portion, and a light shield layer 106 in the interlayer insulating film 108 to prevent light from entering the region 100 other than the photosensitive device. The device protection layer 110 is formed on the interlayer insulating layer 108, and the red, green, and blue color filters 112a, 112b, are disposed on the device protection layer 110. 112c are arrayed, and a flat layer 116 is formed on these color filter arrays 112a, 112b, and 112c, and convex microlenses 118 are formed at opposite positions of the color filters 112a, 112b, and 112c, respectively. It is. Unexplained reference numeral 114 denotes an interlayer insulating film.
여기서, 광감지 소자(102)는 포토게이트 또는 포토다이오드 등으로 형성된다. 광차폐막(106)은 금속층으로 형성된다. 컬러필터(112a, 112b, 112c)의 재료로는 특정 파장의 빛만을 흡수할 수 있는 색깔로 염색된 포토레지스트가 주로 이용되고 있으며, 마이크로렌즈(118)의 재료로는 폴리머 계열의 수지(resin)가 주로 이용된다.Here, the photosensitive device 102 is formed of a photogate, a photodiode, or the like. The light shielding film 106 is formed of a metal layer. As the material of the color filters 112a, 112b, and 112c, photoresist dyed with a color capable of absorbing only light of a specific wavelength is mainly used. As a material of the microlens 118, a polymer resin is used. Is mainly used.
그리고 층간 절연막(104, 108, 114) 및 소자 보호막(110)은 투명 물질로서, 통상 실리콘산화막이 이용되고 있으며, 평탄층(116)은 컬러필터의 거칠음을 보상하기 위하여 포토레지스트가 이용된다.In addition, the interlayer insulating films 104, 108, 114, and the device protection layer 110 are transparent materials, and a silicon oxide film is generally used, and the flat layer 116 uses a photoresist to compensate for roughness of the color filter.
입사된 빛은 마이크로렌즈(118)를 통해 각각의 적색 컬러필터(112a), 녹색 컬러필터(112b), 청색 컬러필터(112c)를 통해 해당 적색 광, 녹색 광, 청색 광을 필터링하고 필터링된 광은 소자 보호막(110) 및 층간 절연막(108, 104)을 통해서 각 컬러필터 하단에 위치한 광감지 소자(102)에 입사된다. 이때, 광차폐막(106)은 입사된 광이 다른 경로로 벗어나지 않도록 하는 역할을 한다.The incident light is filtered through the red lens 112a, the green color filter 112b, and the blue color filter 112c through the microlens 118 to filter the corresponding red light, green light, and blue light. The light is incident on the photosensitive device 102 positioned at the bottom of each color filter through the device protection film 110 and the interlayer insulating films 108 and 104. In this case, the light shielding layer 106 serves to prevent the incident light from escaping to another path.
상기와 같이 구성된 종래 기술의 마이크로렌즈(118)는 각 광감지 소자(102)의 구성 즉, 단위화소의 크기와 위치, 모양, 그리고 광감지 소자(102)의 두께, 그리고 광차폐막(106)의 높이, 위치, 크기 등에 의해 결정되는 최적의 크기와 두께 그리고 곡률 반경으로 형성되어야 한다.The microlens 118 of the related art configured as described above has the configuration of each photosensitive device 102, that is, the size and position, the shape of the unit pixel, the thickness of the photosensitive device 102, and the light shielding film 106. It should be formed with the optimum size, thickness and radius of curvature determined by height, position, size, etc.
한편, 종래 기술의 CMOS 이미지센서에 있어서 볼록형 마이크로렌즈(118)를 형성하는 방법은, 평탄층(116)을 만들고 마이크로렌즈용 레지스트 패턴을 형성하고열처리에 의해 레지스트를 플로우시킨 후에 베이킹을 실시하여 경화시키는 방법이 사용되고 있다. 이러한 반구형 볼록형 마이크로렌즈(118)의 경우 광축과 평행한 빛은 렌즈에서 굴절되어 렌즈의 대향 위치에 있는 특정 광감지 소자(102)에 도달되어 정상적으로 소자를 동작시키지만, 광축에 평행하지 않은 빛은 렌즈에서 굴절되어 빛이 도달되어서는 안되는 경로의 광감지 소자(102)에 도달하게 되어 소자가 오동작되는 경우가 발생하게 된다.On the other hand, in the CMOS image sensor of the prior art, the method of forming the convex microlenses 118 is made by forming a flat layer 116, forming a resist pattern for microlens, flowing a resist by heat treatment, and then baking and curing. The method to make it is used. In the case of the hemispherical convex microlens 118, light parallel to the optical axis is refracted by the lens and reaches a specific light sensing element 102 at the opposite position of the lens to operate the device normally, but light not parallel to the optical axis is When the light is refracted by and reaches the light sensing element 102 of the path that light should not reach, the device may malfunction.
또한 반구형 볼록형 마이크로렌즈(118)의 경우 광의 초점이 형성되는 위치는 일정하나 하부 막질의 종류 및 두께에 따라서 광감지 소자(102)에 도달하는 빛의 양 차이를 발생하게 되어 집광효율이 떨어지고 이로 인해 이미지센서 소자의 동작을 원활하게 하는데 방해가 되며 불량 이미지를 보여주게 되는 문제점이 있었다.In addition, in the case of the hemispherical convex microlens 118, the position where the focus of the light is formed is constant, but the amount of light reaching the photosensitive device 102 is generated according to the type and thickness of the lower film quality, so that the light condensing efficiency decreases. There is a problem in that it interferes with the smooth operation of the image sensor device and shows a bad image.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 렌즈의 모양이 상부와 하부가 볼록한 형태를 갖는 볼록형 마이크로렌즈와 오목형 마이크렌즈를 구비함으로써 집광 효율을 증대시키고 광감지 소자에 수직으로 빛을 입사시켜 광감지 소자의 오동작을 미연에 방지할 수 있는 오목형 및 볼록형 마이크로렌즈를 갖는 씨모스 이미지센서를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a convex microlens and a concave microlens having a convex shape of the top and bottom of the lens in order to solve the problems of the prior art as described above to increase the light collection efficiency and perpendicular to the light sensing element The present invention provides a CMOS image sensor having concave and convex microlenses that can incident light to prevent malfunction of the photosensitive device.
본 발명의 다른 목적은 렌즈의 모양을 상부와 하부가 모두 볼록한 형태의 마이크로렌즈와 오목형 마이크로렌즈를 제작함으로써 집광 효율을 증대시키고 광감지 소자에 수직으로 빛을 입사시켜 광감지 소자의 오동작을 미연에 방지할 수 있는 오목형 및 볼록형 마이크로렌즈를 갖는 씨모스 이미지센서의 제조 방법을 제공하는데있다.Another object of the present invention is to increase the condensing efficiency by making the lens shape convex microlens and concave microlens of the upper and lower parts, and incident light to the photosensitive device perpendicularly to prevent the malfunction of the photosensitive device. The present invention provides a method for manufacturing a CMOS image sensor having concave and convex microlenses that can be prevented.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 씨모스 이미지센서에 있어서, 반도체 기판에 순차적으로 적층된 적어도 하나이상의 광감지 소자 및 층간 절연막과, 층간 절연막 상부에 순차적으로 적층된 광차폐막 및 소자 보호막과, 소자 보호막 상부에 순차적으로 적층된 컬러필터 어레이 및 평탄층과, 평탄층 상부에 컬러필터에 대향되는 반구형 홈으로 이루어진 오목형 마이크로렌즈와, 오목형 마이크로렌즈의 홈에 렌즈의 상부와 하부가 모두 볼록한 형태를 갖도록 형성된 볼록형 마이크로렌즈를 구비한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a CMOS image sensor, at least one or more photosensitive devices and an interlayer insulating film sequentially stacked on a semiconductor substrate, a light shielding film and a device protective film sequentially stacked on the interlayer insulating film, A concave microlens consisting of a color filter array and a flat layer sequentially stacked on the passivation layer, a hemispherical groove opposing the color filter on the flat layer, and both a top and a bottom of the lens convex in the concave microlens groove. It has a convex microlens formed to have a.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 씨모스 이미지센서를 제조하는 방법에 있어서, 반도체 기판에 적어도 하나이상의 광감지 소자 및 그 위를 층간 절연하는 층간 절연막을 순차적으로 형성하는 단계와, 층간 절연막 상부에 광차폐막 및 소자 보호막을 순차적으로 형성하는 단계와, 소자 보호막 상부에 컬러필터 어레이 및 평탄층을 순차적으로 형성하는 단계와, 평탄층 상부에 컬러필터에 대향되는 반구형 홈을 형성하여 오목형 마이크로렌즈를 형성하는 단계와, 오목형 마이크로렌즈의 홈에 렌즈의 상부와 하부가 모두 볼록한 형태를 갖도록 볼록형 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함한다.In accordance with another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a CMOS image sensor, the method comprising: sequentially forming at least one photosensitive device and an interlayer insulating film interlayer insulating thereon on a semiconductor substrate; Sequentially forming a light shielding film and a device protection film on the substrate; sequentially forming a color filter array and a flat layer on the device protection film; and forming a hemispherical groove on the flat layer opposite the color filter. And forming a convex microlens such that both the top and the bottom of the lens are convex in the groove of the concave microlens.
도 1은 종래 기술에 의한 마이크로렌즈를 갖는 씨모스 이미지센서를 나타낸 수직 단면도,1 is a vertical cross-sectional view showing a CMOS image sensor having a microlens according to the prior art,
도 2는 본 발명에 따른 오목형 및 볼록형 마이크로렌즈를 갖는 씨모스 이미지센서를 나타낸 수직 단면도,2 is a vertical sectional view showing a CMOS image sensor having concave and convex microlenses according to the present invention;
도 3a 내지 도 3f는 본 발명에 따른 오목형 및 볼록형 마이크로렌즈를 갖는 씨모스 이미지센서의 제조 공정을 순차적으로 나타낸 공정 순서도,3A to 3F are process flowcharts sequentially illustrating a manufacturing process of CMOS image sensors having concave and convex microlenses according to the present invention;
도 4a 및 도 4b는 볼록형 마이크로렌즈 및 오목형 마이크로렌즈에서의 빛 굴절 상태를 나타낸 도면들,4A and 4B are views showing light refraction states in convex microlenses and concave microlenses;
도 5는 본 발명에 따른 씨모스 이미지센서의 마이크로렌즈에서의 빛 굴절 상태를 나타낸 도면.5 is a view showing a state of light refraction in the microlens of the CMOS image sensor according to the present invention.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞<Description of the code | symbol about the principal part of drawing>
100 : 필드 절연막 102 : 광감지 소자100 field insulating film 102 photosensitive device
104, 108, 114 : 층간 절연막 106 : 광차폐막104, 108, 114: interlayer insulating film 106: light shielding film
110 : 소자 보호막 112a, 112b, 112c : 컬러필터110: element protection film 112a, 112b, 112c: color filter
116 : 평탄층 117 : 오목형 마이크로렌즈116: flat layer 117: concave microlens
118 : 볼록형 마이크로렌즈 120 : 빛118: convex microlens 120: light
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 오목형 및 볼록형 마이크로렌즈를 갖는 씨모스 이미지센서를 나타낸 수직 단면도이다.2 is a vertical cross-sectional view showing a CMOS image sensor having concave and convex microlenses according to the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 씨모스(이하 CMOS라 함) 이미지센서는 반도체 기판(미도시함) 상부에 적어도 하나이상의 광감지 소자(102)와, 필드 절연막(100)과, 필드 절연막(100)과 광감지 소자(102) 상부를 층간 절연하는 층간 절연막(104, 108)과, 광감지 소자이외의 영역(100)으로 광이 입사되는 것을 방지하기 위해 층간 절연막(108)내에 광차폐막(light shield layer)(106)이 형성되어 있으며, 층간 절연막(108) 상부에 소자 보호막(110)이 형성되어 있으며, 소자 보호막(110) 상부에 적색(red), 녹색(green), 청색(blue)의 컬러필터(112a, 112b, 112c)가 어레이되어 있으며, 이들 컬러필터 어레이(112a, 112b, 112c) 위에는 평탄층(116) 상부에 컬러필터(112a, 112b, 112c)에 대향되는 위치에 반구형 홈으로 이루어진 오목형 마이크로렌즈(117)와, 오목형 마이크로렌즈(117)의 홈에 렌즈의 상부와 하부가 모두 볼록한 형태를 갖는 볼록형 마이크로렌즈(118a)를 구비한다. 미설명된 도면 부호 114는 층간 절연막이다.Referring to FIG. 2, the CMOS image sensor according to the present invention may include at least one photosensitive device 102, a field insulating film 100, and a field insulating film on a semiconductor substrate (not shown). The interlayer insulating films 104 and 108 which insulate the upper portion of the photosensitive element 100 and the photosensitive device 102 and the light shielding film in the interlayer insulating film 108 to prevent light from entering the region 100 other than the photosensitive device. a light shield layer 106 is formed, an element protection layer 110 is formed on the interlayer insulating layer 108, and red, green, and blue are formed on the element protection layer 110. Color filters 112a, 112b, and 112c are arrayed, and on the color filter arrays 112a, 112b, and 112c, hemispherical grooves are disposed on the flat layer 116 in a position opposite to the color filters 112a, 112b, and 112c. The top and bottom of the lens in the concave microlens 117 and the groove of the concave microlens 117 All have convex microlenses 118a having convex shapes. Unexplained reference numeral 114 is an interlayer insulating film.
여기서, 광감지 소자(102)는 포토게이트 또는 포토다이오드 등으로 형성된다. 광차폐막(106)은 금속층으로 형성된다. 컬러필터(112a, 112b, 112c)의 재료로는 특정 파장의 빛만을 흡수할 수 있는 색깔로 염색된 포토레지스트가 주로 이용된다.Here, the photosensitive device 102 is formed of a photogate, a photodiode, or the like. The light shielding film 106 is formed of a metal layer. As the material of the color filters 112a, 112b, and 112c, photoresist dyed with a color capable of absorbing only light of a specific wavelength is mainly used.
그리고 층간 절연막(104, 108, 114) 및 소자 보호막(110)은 투명 물질로서, 통상 실리콘산화막이 이용되고 있으며, 평탄층(116)은 컬러필터의 거칠음을 보상하기 위하여 포토레지스트가 이용된다.In addition, the interlayer insulating films 104, 108, 114, and the device protection layer 110 are transparent materials, and a silicon oxide film is generally used, and the flat layer 116 uses a photoresist to compensate for roughness of the color filter.
이때 오목형 마이크로렌즈(117)는 저온 산화막으로 이루어지고 볼록형 마이크로렌즈(118a)는 포토레지스트로 이루어진다.At this time, the concave microlens 117 is made of a low temperature oxide film, and the convex microlens 118a is made of a photoresist.
상기와 같이 구성된 본 발명의 CMOS 이미지센서는 빛을 볼록형 및 오목형 마이크로렌즈(118a, 117)를 통해 입사받고 입사된 빛을 각각의 적색 컬러필터(112a), 녹색 컬러필터(112b), 청색 컬러필터(112c)를 통해 해당 적색 광, 녹색 광, 청색 광으로 필터링하고 필터링된 광을 소자 보호막(110) 및 층간 절연막(108, 104)을 통해서 각 컬러필터 하단에 위치한 광감지 소자(102)로 입사시킨다. 이때, 광차폐막(106)은 입사된 광이 다른 경로로 벗어나지 않도록 하는 역할을 한다.According to the CMOS image sensor of the present invention configured as described above, light is incident on the convex and concave microlenses 118a and 117 and the incident light is applied to each of the red color filter 112a, the green color filter 112b, and the blue color. The filter 112c filters the corresponding red light, green light, and blue light, and passes the filtered light to the photosensitive device 102 located at the bottom of each color filter through the device protection layer 110 and the interlayer insulating films 108 and 104. Let it enter. In this case, the light shielding layer 106 serves to prevent the incident light from escaping to another path.
본 발명에 따른 CMOS 이미지센서를 통하여 볼록형 및 오목형 마이크로렌즈(118a, 117)를 입사되는 과정에 대한 상세한 설명은 추후 도 4a, 4b 및 도 5를 참조하기로 한다.Detailed descriptions of the process of injecting the convex and concave microlenses 118a and 117 through the CMOS image sensor according to the present invention will be made later with reference to FIGS. 4A, 4B and 5.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명에 따른 오목형 및 볼록형 마이크로렌즈를 갖는 씨모스(CMOS) 이미지센서의 제조 공정을 순차적으로 나타낸 공정 순서도이다.3A to 3F are process flowcharts sequentially illustrating a manufacturing process of CMOS image sensors having concave and convex microlenses according to the present invention.
우선 도 3a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(미도시함)에 이미지센서의 단위화소간의 전기적인 절연을 위하여 필드 절연막(100)을 형성하고, 필드 절연막(100) 사이에 적어도 하나이상의 광감지 소자(102)를 형성하고, 그 결과물 전면에 층간 절연막(104)을 증착한 후에 광차폐막(106) 패턴을 형성한다. 여기서 광차폐막(106) 패턴은 단층 금속 패턴 또는 다층의 금속 패턴으로도 제조될 수 있다.First, as illustrated in FIG. 3A, a field insulating film 100 is formed on a semiconductor substrate (not shown) for electrical insulation between unit pixels of an image sensor, and at least one photosensitive device is disposed between the field insulating films 100. 102 is formed and the light shielding film 106 pattern is formed after depositing the interlayer insulating film 104 over the resultant. The light shielding layer 106 pattern may be made of a single layer metal pattern or a multilayer metal pattern.
그 다음 광차폐막(106) 패턴이 형성된 결과물에 층간 절연막(108)을 증착한후에, 그 위에 수분이나 스크래치로부터 소자를 보호하기 위하여 평탄화된 소자 보호막(110)을 형성한다.Then, after the interlayer insulating film 108 is deposited on the resultant pattern of the light shielding film 106, a planarized device protection film 110 is formed thereon to protect the device from moisture or scratches.
이어서 소자 보호막(110) 상부에 염색된 포토레지스트를 도포하고 현상하여 적색, 녹색, 청색의 컬러필터(112a, 112b, 112c)를 어레이한 후에 그 위에 평탄화 및 초점거리 조절을 위하여 평탄층(116)을 형성한다.Subsequently, a dyed photoresist is applied and developed on the device passivation layer 110 to arrange the red, green, and blue color filters 112a, 112b, and 112c, and then the planarization layer 116 for planarization and focal length control thereon. To form.
도 3b에 도시된 바와 같이, 평탄층(116) 상부에 오목형 마이크로렌즈를 위하여 저온 산화막(117a)을 증착한다.As shown in FIG. 3B, a low temperature oxide film 117a is deposited on the flat layer 116 for the concave microlens.
이어서 도 3c에 도시된 바와 같이, 저온 산화막(117a) 상부에 마이크로렌즈 영역을 정의하기 위한 포토레지스트 패턴(119)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 3C, a photoresist pattern 119 is formed on the low temperature oxide film 117a to define the microlens region.
그리고 도 3d에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(119)에 의해 드러나는 저온 산화막(117a)을 선택적 습식 식각(wet etch)하여 컬러필터(112a, 112b, 112c)에 대향되는 위치에 반구형 홈(112) 형태를 갖는 오목형 마이크로렌즈(117)를 형성한다.As shown in FIG. 3D, the low temperature oxide film 117a exposed by the photoresist pattern 119 is selectively wet etched to hemisphere groove 112 at a position opposite to the color filters 112a, 112b and 112c. ) To form a concave microlens 117 having a shape.
그 다음 도 3e에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(119)을 제거한다.Next, as shown in FIG. 3E, the photoresist pattern 119 is removed.
그리고나서 도 3f에 도시된 바와 같이, 오목형 마이크로렌즈(117)가 형성된 구조물에 포토레지스트 패턴을 형성하고 이를 플로우(flow)한 후에 고온 베이크처리하여 오목형 마이크로렌즈(117)의 반구형 홈에 렌즈의 상부와 하부가 모두 볼록한 형태를 갖는 볼록형 마이크로렌즈(118a)를 형성한다.3F, a photoresist pattern is formed on the structure in which the concave microlens 117 is formed, and the lens is formed in a hemispherical groove of the concave microlens 117 by high temperature baking. Both upper and lower portions of the convex microlens 118a have a convex shape.
도 4a 및 도 4b는 볼록형 마이크로렌즈 및 오목형 마이크로렌즈에서의 빛 굴절 상태를 나타낸 도면들이다.4A and 4B are diagrams showing light refraction states of convex microlenses and concave microlenses.
도 4a를 참조하면, 볼록형 마이크로렌즈(118)에서는 광축과 평행하게 입사된 빛(120)이 렌즈를 통과하여 안쪽으로 꺾여서 한 점(초점)으로 모이게 된다. 그리고 광축과 평행하지 않고 굴절로 입사된 빛(120)은 볼록형 마이크로렌즈(118)를 통해서 진행 방향으로 계속 나아가게 되는 특징을 갖는다.Referring to FIG. 4A, in the convex microlens 118, light 120 incident in parallel with the optical axis passes through the lens and bends inward to collect at a point (focus). In addition, the light 120 incident by refraction that is not parallel to the optical axis has a characteristic that the light 120 continues to travel in the direction of travel through the convex microlens 118.
도 4b를 참조하면, 오목형 마이크로렌즈(117)에서는 광축과 평행 또는 굴절로 입사된 빛(120)이 렌즈를 통하여 평행한 직진 방향으로 나아가게 되는 특징을 갖는다.Referring to FIG. 4B, in the concave microlens 117, light 120 incident to the optical axis in parallel or in refraction may travel in a straight straight direction through the lens.
도 5는 본 발명에 따른 씨모스(CMOS) 이미지센서의 마이크로렌즈에서의 빛 굴절 상태를 나타낸 도면이다.5 is a view showing a state of light refraction in the microlens of the CMOS image sensor according to the present invention.
도 5를 참조하면, 본 발명의 CMOS 이미지센서에서는 도 4a의 볼록형 마이크로렌즈(118)와 도 4b의 오목형 마이크로렌즈(117)를 함께 채택하고 있기 때문에 광축과 평행 또는 평행하지 않은 빛이 모두 볼록형 마이크로렌즈(118a)를 통해서 안쪽으로 꺽이고 이 꺽인 빛이 오목형 마이크로렌즈(117)를 통해서 평행으로 나아가게 되어 아래 위치한 컬러필터(112a, 112b, 112c)를 거쳐 그 아래의 광감지 소자(102)까지 수직으로 도달하게된다.Referring to FIG. 5, since the CMOS image sensor of the present invention adopts the convex microlens 118 of FIG. 4A and the concave microlens 117 of FIG. 4B, all the light parallel or not parallel to the optical axis is convex. The light is bent inwardly through the microlens 118a and the light is advanced in parallel through the concave microlens 117 to pass through the color filters 112a, 112b and 112c positioned below the photosensitive device 102 thereunder. Until it reaches vertically.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 렌즈의 모양이 상부와 하부가 볼록한 형태를 갖는 볼록형 마이크로렌즈와 오목형 마이크렌즈를 구비/제작함으로써 광감지 소자에 수직으로 빛을 입사시켜 광감지 소자의 오동작을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다. 즉, 본 발명은 종래 반구형 볼록형 마이크로렌즈를 사용했을 때 발생되던 광축에 평행하지 않은 빛이 렌즈에서 굴절되어 빛이 도달되어서는 안되는 경로의 광감지 소자에 도달하게 되어 소자가 오동작되는 경우를 미연에 방지할 수 있다.As described above, the present invention provides and manufactures a convex micro lens and a concave micro lens having convex shapes of the upper and lower parts of the lens so that light is incident perpendicularly to the photosensitive device, thereby preventing malfunction of the photosensitive device. There is an effect that can be prevented. That is, the present invention is a case in which the light that is not parallel to the optical axis generated when using a conventional hemispherical convex microlens is refracted by the lens to reach the light sensing element of the path that should not reach the light, so that the device malfunctions. You can prevent it.
또한 본 발명은 볼록형 마이크로렌즈를 통해 빛을 안쪽으로 꺽이게 하고 꺽인 빛을 오목형 마이크로렌즈를 통해 직진 방향으로 빛을 나아가게 함으로써 마이크로렌즈의 집광 효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of increasing the condensing efficiency of the microlens by bending the light inward through the convex microlens and directing the light in the straight direction through the concave microlens.
한편, 본 발명은 상술한 실시예에 국한되는 것이 아니라 후술되는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주내에서 당업자에 의해 여러 가지 변형이 가능하다.On the other hand, the present invention is not limited to the above-described embodiment, various modifications are possible by those skilled in the art within the spirit and scope of the present invention described in the claims to be described later.
Claims (6)
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