KR20070051006A - Method of manufacturing an image device - Google Patents

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KR20070051006A
KR20070051006A KR1020050108341A KR20050108341A KR20070051006A KR 20070051006 A KR20070051006 A KR 20070051006A KR 1020050108341 A KR1020050108341 A KR 1020050108341A KR 20050108341 A KR20050108341 A KR 20050108341A KR 20070051006 A KR20070051006 A KR 20070051006A
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Abstract

목적하는 형상을 갖는 이너 렌즈를 포함하는 이미지 소자를 제조하는 방법에 있어서, 우선, 포토 다이오드 및 트랜지스터를 포함하는 다수의 단위 픽셀들이 형성된 기판 상에 층간 절연막 및 이너 렌즈용 막을 순차적으로 형성한다. 이어서, 상기 각 포토 다이오드 상에 위치하는 이너 렌즈용 막을 마스킹하도록 상기 이너 렌즈용 막 상에 상부면이 곡률을 갖는 포토레지스트 패턴을 형성한다. 이너 렌즈들 간격 및 이너 렌즈의 최상부 형상이 목적한 이너 렌즈 형상을 갖도록 플라즈마 식각 공정의 압력 및 파워 조건을 설정한다. 상기 설정된 압력 및 파워에 따라 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 상기 이너 렌즈용 막을 플라즈마 식각하여 이너 렌즈를 형성한다. 따라서, 이너 렌즈는 목적하는 형상을 갖게 되며, 이로써 이너 렌즈의 집광 효율을 향상시킬 수 있다.In the method of manufacturing an image device including an inner lens having a desired shape, first, an interlayer insulating film and an inner lens film are sequentially formed on a substrate on which a plurality of unit pixels including a photo diode and a transistor are formed. Subsequently, a photoresist pattern having an upper surface curvature is formed on the inner lens film to mask the inner lens film positioned on the respective photodiodes. The pressure and power conditions of the plasma etching process are set such that the interval between the inner lenses and the top shape of the inner lens has the desired inner lens shape. The inner lens film is plasma-etched using the photoresist pattern as a mask according to the set pressure and power to form an inner lens. Therefore, the inner lens has a desired shape, whereby the condensing efficiency of the inner lens can be improved.

Description

이미지 소자의 제조 방법{Method of manufacturing an image device}Method of manufacturing an image device

도 1 내지 도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이미지 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 공정 단면도들이다.1 to 6 are schematic cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an image device according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 7a 내지 7d는 식각 공정의 압력 및 파워 조건에 따른 이너 렌즈들 간격 변화를 설명하기 위하여 SEM 사진들이다.7A to 7D are SEM photographs to explain the variation of the interval between inner lenses according to the pressure and power conditions of the etching process.

도 8a 내지 8c는 식각 공정의 압력 및 파워 조건에 따른 이너 렌즈 최상부 형상 변화를 설명하기 위한 SEM 사진들이다.8A to 8C are SEM photographs for explaining the change in top shape of the inner lens according to the pressure and power conditions of the etching process.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

100 : 반도체 기판 102 : 소자 분리 영역100 semiconductor substrate 102 device isolation region

104 : 포토 다이오드 영역 106 : 게이트 구조물104: photodiode region 106: gate structure

108 : 제1 층간 절연막 110 : 금속 배선108: first interlayer insulating film 110: metal wiring

112 : 이너 렌즈용 막 114 : 예비 포토레지스트 패턴112: film for inner lens 114: preliminary photoresist pattern

116 : 포토레지스트 패턴 118 : 이너 렌즈116 photoresist pattern 118 inner lens

본 발명은 이미지 소자의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발 명은 CMOS 이미지 소자의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing an image element. More specifically, the present invention relates to a method of manufacturing a CMOS image element.

이미지 센서(image sensor)는 광학 영상(optical image)을 전기적 신호로 변화시키는 반도체 모듈로서, 그 영상 신호를 저장 및 전송, 디스플레이 장치로 표시하기 위하여 사용한다. 이미지 센서는 실리콘 반도체를 기반으로 한 고체 촬상 소자(Charge Coupled Device : CCD, 이하 'CCD'라 나타낸다)와 상보성 금속 산화막 반도체(Complementary Metal Oxide Semiconductor : CMOS, 이하 'CMOS'라 나타낸다)로 크게 두 가지로 분류된다.An image sensor is a semiconductor module that converts an optical image into an electrical signal, and is used to store and transmit the image signal to a display device. There are two types of image sensors: solid-state imaging devices (Charge Coupled Device (CCD), hereinafter referred to as 'CCD') based on silicon semiconductors, and Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS, hereinafter referred to as 'CMOS'). Classified as

상기 CCD 이미지 센서는 CMOS 이미지 센서에 비해서 노이즈(noise)가 적고 이미지 품질이 우수한 것이 특징이며, 동일 화소 급의 CMOS 이미지 센서보다 크기가 작아서 1/2인치 이하가 되어야하는 DSC(Digital Still Camera) 제품군에 적합하다.The CCD image sensor is characterized by lower noise and superior image quality than a CMOS image sensor, and is smaller than a CMOS image sensor of the same pixel class and should be 1/2 inch or less, and thus, a DSC (Digital Still Camera) family Suitable for

상기 CMOS 이미지 센서는 CCD 이미지 센서에 비해 생산 단가와 소비 전력이 낮고 주변 회로 칩과 통합하기 쉽다는 장점이 있다. 일반적인 반도체 제조 기술로 생산하기 때문에 증폭 및 신호 처리와 같은 주변 시스템과 통합이 용이하여서 생산비용을 낮출 수 있다. 또한, 처리 속도가 빠르면서 CCD 이미지 센서의 1% 정도로 소비 전력이 낮은 것이 특징이다. 따라서, 상기 CMOS는 휴대폰과 개인 휴대 단말기(PDA)용 카메라와 같은 소형 휴대용 단말기에 적합하다.The CMOS image sensor has advantages of low production cost, low power consumption, and easy integration with peripheral circuit chips. Produced by common semiconductor manufacturing techniques, it can be easily integrated with peripheral systems such as amplification and signal processing, resulting in lower production costs. In addition, it has a fast processing speed and low power consumption of about 1% of the CCD image sensor. Thus, the CMOS is suitable for small portable terminals such as mobile phones and cameras for personal digital assistants (PDAs).

상기 CMOS 이미지 센서는 이미지를 촬상하는 액티브 픽셀 영역 및 상기 액티브 픽셀 영역의 출력 신호를 컨트롤하기 위한 CMOS 로직 영역을 포함한다. 상기 픽셀 영역은 포토 다이오드 및 MOS 트랜지스터로 구성되고 상기 CMOS 로직 영역은 다 수의 CMOS 트랜지스터들로 구성될 수 있다.The CMOS image sensor includes an active pixel area for capturing an image and a CMOS logic area for controlling an output signal of the active pixel area. The pixel region may include a photodiode and a MOS transistor, and the CMOS logic region may include a plurality of CMOS transistors.

상기 액티브 픽셀 영역 및 상기 CMOS 로직 영역은 하나의 기판 상에 집적될 수 있으며, 상기 픽셀 영역 및 CMOS 로직 영역에 형성되는 트랜지스터들과 같은 소자가 동시에 형성된다.The active pixel region and the CMOS logic region may be integrated on one substrate, and devices such as transistors formed in the pixel region and the CMOS logic region are simultaneously formed.

이때, 상기 각 픽셀들 간의 이격되는 간격이 감소됨에 따라, 이웃하는 픽셀로 입사되는 광에 의한 혼색(Optical cross-talk)이 빈번하게 발생하게 된다. 또한, 상기 이미지 소자에서 금속 배선이 다층으로 구현됨에 따라, 입사각이 큰 광이 입사되는 경우, 상기 금속 배선에서의 반사를 통해 상기 광이 인접한 픽셀로 입사될 수 있다. 이렇게 인접한 픽셀로 입사된 광에 의해 혼색이 발생될 수 있다.In this case, as the spacing between each pixel is reduced, optical cross-talk due to light incident to neighboring pixels frequently occurs. In addition, as the metal wires are implemented in multiple layers in the image device, when light having a large incident angle is incident, the light may be incident to adjacent pixels through reflection from the metal wires. The mixed color may be generated by the light incident on the adjacent pixels.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 픽셀 상부에 형성된 층간 절연막 내에 이너 렌즈(inner lens)를 삽입한다. 상기 이너 렌즈의 형상은 통상적으로 이너 렌즈용 막을 형성하고 이를 사진 식각함으로써 이루어진다.In order to solve the above problems, an inner lens is inserted into the interlayer insulating film formed on the pixel. The shape of the inner lens is typically formed by forming a film for the inner lens and photo-etching it.

그러나, 상기 이너 렌즈로서의 기능을 수행하기에 적합한 곡률을 갖도록 상기 이너 렌즈를 식각하는 것이 용이하지 않다. 또한, 기판 전 영역에서 균일한 곡률을 갖도록 이너 렌즈를 형성하는 것도 용이하지 않다.However, it is not easy to etch the inner lens to have a curvature suitable to perform the function as the inner lens. In addition, it is not easy to form the inner lens to have a uniform curvature in the entire area of the substrate.

적합한 곡률을 갖지 못하는 이너 렌즈는 집광 효율이 저하되며, 이로써, 이너 렌즈를 포함하는 이미지 소자의 신뢰성이 저하될 수 있다.Inner lenses that do not have a suitable curvature have a low light collection efficiency, which can reduce the reliability of an image element including the inner lens.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 목적하는 형상을 갖는 이너 렌즈를 포함하는 이미지 소자를 제작하는 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention for solving the above problems is to provide a method for manufacturing an image element comprising an inner lens having a desired shape.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 이미지 소자를 제작하는 방법에 있어서, 포토 다이오드(photo diode) 및 트랜지스터(transistor)로 이루어지는 단위 픽셀(unit pixel)들이 반복하여 형성되어 있는 기판 상에 층간 절연막을 형성한다. 상기 층간 절연막 상에 이너 렌즈용(inner lens) 막을 형성한다. 상기 단위 픽셀에 포함되는 각 포토 다이오드 상에 위치하는 이너 렌즈용 막을 마스킹하도록 상기 이너 렌즈용 막 상에 상부면이 곡률을 갖는 포토레지스트 패턴을 형성한다. 이너 렌즈들 간격 및 이너 렌즈의 최상부가 목적한 형상이 되도록 상기 이너 렌즈용 막을 식각하기 위한 플라즈마 식각 공정의 압력 및 파워 조건을 설정한다. 상기 설정된 압력 및 파워에 따라 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 상기 이너 렌즈용 막을 플라즈마 식각하여 이너 렌즈를 형성한다.According to an aspect of the present invention for achieving the above object, in a method of manufacturing an image device, on a substrate on which unit pixels consisting of a photo diode and a transistor are repeatedly formed An interlayer insulating film is formed on the substrate. An inner lens film is formed on the interlayer insulating film. A photoresist pattern having a curvature at an upper surface is formed on the inner lens film to mask the inner lens film positioned on each photodiode included in the unit pixel. Pressure and power conditions of the plasma etching process for etching the inner lens film are set such that the interval between the inner lenses and the uppermost portion of the inner lens is the desired shape. The inner lens film is plasma-etched using the photoresist pattern as a mask according to the set pressure and power to form an inner lens.

상기 상부면이 곡률을 갖는 포토레지스트 패턴은, 상기 이너 렌즈용 막 상에 포토레지스트 막을 형성하고, 상기 포토레지스트 막을 부분적으로 식각하여 상기 포토 다이오드 상에 위치하는 이너 렌즈용 막을 마스킹하는 예비 포토레지스트 패턴을 형성하며, 상기 예비 포토레지스트 패턴이 플로우(flow)되도록 열처리함으로써 형성된다. 상기 플라즈마 식각 공정의 압력 및 파워 조건을 설정하는 단계에서, 상기 압력은 30 내지 200mT의 범위로 설정되고, 상기 파워는 500 내지 2000W 범위로 설정될 수 있다. 이때, 상기 이너 렌즈들 간격을 증가시키기 위하여, 상기 설정된 압력 및 파워 범위 내에서 상기 압력을 감소시키고, 상기 파워를 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 이너 렌즈의 최상부가 뾰족한 형상을 갖기 위하여, 상기 설정된 압력 및 파워 범위 내에서 상기 압력을 증가시키고, 상기 파워를 증가시킬 수 있다.The photoresist pattern having a curvature of the upper surface may include forming a photoresist film on the inner lens film, and partially etching the photoresist film to mask the inner lens film on the photodiode. And heat treatment such that the preliminary photoresist pattern flows. In setting the pressure and power conditions of the plasma etching process, the pressure may be set in the range of 30 to 200 mT, and the power may be set in the range of 500 to 2000W. In this case, in order to increase the interval between the inner lenses, the pressure may be reduced within the set pressure and power range, and the power may be increased. In addition, in order to have a sharp shape at the top of the inner lens, the pressure may be increased within the set pressure and power range, and the power may be increased.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 이너 렌즈용 막을 플라즈마 식각하기 전에 압력 및 파워와 같은 식각 조건을 설정하고, 상기 설정된 식각 조건으로 식각 공정을 수행함으로써 목적하는 형상을 갖는 이너 렌즈를 용이하게 형성할 수 있다.According to the present invention as described above, by setting the etching conditions such as pressure and power before plasma etching the inner lens film, and performing the etching process with the set etching conditions, it is possible to easily form the inner lens having a desired shape. have.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따른 이미지 소자의 제조 방법에 대해 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a method of manufacturing an image device according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.1 to 6 are schematic cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an image device according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 반도체 기판(100)을 소자 분리 영역(102)에 의해 필드 영역(field area) 및 액티브 영역(active area)으로 한정한다. 상기 소자 분리 영역(102)은 예컨대, 트렌치 소자 분리막, 열적 필드 산화막 등이 있으며, 본 실시예에서는 상기 소자 분리 영역(102)으로써 실리콘 부분 산화 공정(LOCal Oxidation of Silicon; LOCOS)으로 열적 필드 산화막을 형성한다.Referring to FIG. 1, the semiconductor substrate 100 is defined as a field area and an active area by the device isolation region 102. The device isolation region 102 may include, for example, a trench device isolation layer and a thermal field oxide layer. In the present embodiment, the device isolation region 102 may include a thermal field oxide layer using a LOCal Oxidation of Silicon (LOCOS). Form.

이어서, 상기 반도체 기판(100) 표면 아래에 불순물을 도핑하여 포토 다이오드(photo diode, 104)와 채널 영역(channel area, 도시되지 않음)을 형성한다. 이때, 상기 포토 다이오드(104)는 수광 소자로 기능하며, 광 효율을 높이기 위하여 다소 넓은 영역을 차지한다.Subsequently, an impurity is doped under the surface of the semiconductor substrate 100 to form a photo diode 104 and a channel area (not shown). In this case, the photodiode 104 functions as a light receiving element and occupies a rather large area to increase light efficiency.

다음으로, 상기 반도체 기판(100) 상에 게이트 절연막(도시되지 않음) 및 도전막(도시되지 않음)을 순차적으로 형성한다. 상기 도전막 및 게이트 절연막을 소 정의 사진 공정으로 패터닝하여 게이트 구조물(106)을 형성한다. 그 결과, 상기 반도체 기판(100) 상에는 게이트 구조물(106)들로써, 트랜스퍼 게이트(transfer gate), 리셋 게이트(reset gate), 선택 게이트(selection gate) 및 액세스 게이트(excess gate)가 형성된다. 상기 게이트 구조물(106)들은 상기 포토 다이오드(104)가 형성된 반도체 기판(100)의 일 측에 형성될 수 있으며, 상기 트랜스퍼 게이트는 상기 채널 영역 상에 형성될 수 있다.Next, a gate insulating film (not shown) and a conductive film (not shown) are sequentially formed on the semiconductor substrate 100. The conductive film and the gate insulating film are patterned by a predetermined photo process to form a gate structure 106. As a result, a transfer gate, a reset gate, a selection gate, and an access gate are formed as gate structures 106 on the semiconductor substrate 100. The gate structures 106 may be formed on one side of the semiconductor substrate 100 on which the photodiode 104 is formed, and the transfer gate may be formed on the channel region.

상기 게이트 구조물(106)들 사이의 노출된 반도체 기판(100) 표면 아래에 플로팅 확산 영역(도시되지 않음) 및 저 농도 확산 영역(도시되지 않음)을 형성한다. 구체적으로, 상기 게이트 구조물(106)들을 마스크로 하여 이온 주입을 수행하여 상기 플로팅 확산 영역과, 저 농도 확산 영역을 형성할 수 있으며, 특히, 상기 플로팅 확산 영역은 상기 트랜스퍼 게이트 사이에서 상기 포토 다이오드(104)와 마주보는 반도체 기판(100) 타 측 표면 아래에 형성되며, 상기 채널 영역과 연결될 수 있다.A floating diffusion region (not shown) and a low concentration diffusion region (not shown) are formed below the exposed semiconductor substrate 100 surface between the gate structures 106. In detail, the floating diffusion region and the low concentration diffusion region may be formed by performing ion implantation using the gate structures 106 as a mask. In particular, the floating diffusion region may be formed between the photodiode and the transfer gate. The lower surface of the semiconductor substrate 100 facing the 104 may be formed to be connected to the channel region.

도 2를 참조하면, 상기 게이트 구조물(106)들이 형성된 반도체 기판(100) 상에 제1 층간 절연막(108) 및 금속 배선(110)을 형성한다. 이때, 상기 제1 층간 절연막(108)은 다층 구조로 이루어지고, 상기 금속 배선(110)을 상기 제1 층간 절연막(108) 내부에 상기 포토 다이오드(104)와 중첩되지 않도록 형성한다. 또한, 상기 제1 층간 절연막(108)은 광 투과성이 우수한 물질을 사용한다. 이에 따라, 본 실시예에서는 실리콘 산화물(SiO2)을 사용하여 상기 제1 층간 절연막(108)을 형성한다.Referring to FIG. 2, a first interlayer insulating layer 108 and a metal wire 110 are formed on the semiconductor substrate 100 on which the gate structures 106 are formed. In this case, the first interlayer insulating layer 108 has a multi-layered structure, and the metal wire 110 is formed so as not to overlap the photodiode 104 in the first interlayer insulating layer 108. In addition, the first interlayer insulating layer 108 is made of a material having excellent light transmittance. Accordingly, in the present embodiment, the first interlayer insulating layer 108 is formed using silicon oxide (SiO 2 ).

구체적으로, 상기 다층 구조를 갖는 상기 제1 층간 절연막(108) 및 금속 배선(110)을 형성하는 방법은, 먼저 하부 제1 층간 절연막(도시되지 않음)을 형성한 후, 전기적 연결을 위한 부위에 하부 콘택홀(도시되지 않음)을 형성한다. 그리고, 상기 하부 콘택홀을 포함하는 하부 제1 층간 절연막 상에 하부 금속막(도시되지 않음)을 형성한 후, 상기 하부 금속막을 패터닝하여 하부 금속 배선(도시되지 않음)을 형성한다. 이어서, 상기 하부 금속 배선을 갖는 하부 제1 층간 절연막 상에 상부 제1 층간 절연막(도시되지 않음)을 형성한 후, 전기적 연결을 위한 부위에 상부 콘택홀(도시되지 않음)을 형성한다. 계속해서, 상기 상부 콘택홀을 포함하는 상부 제1 층간 절연막 상에 상부 금속막(도시되지 않음)을 형성한 후, 상기 상부 금속막을 패터닝하여 상부 금속 배선(도시되지 않음)을 형성한다.Specifically, the method of forming the first interlayer insulating film 108 and the metal wiring 110 having the multi-layer structure, first to form a lower first interlayer insulating film (not shown), and then to the site for electrical connection A lower contact hole (not shown) is formed. After forming a lower metal layer (not shown) on the lower first interlayer insulating layer including the lower contact hole, the lower metal layer is patterned to form a lower metal line (not shown). Subsequently, an upper first interlayer insulating layer (not shown) is formed on the lower first interlayer insulating layer having the lower metal wiring, and then an upper contact hole (not shown) is formed in a portion for electrical connection. Subsequently, an upper metal layer (not shown) is formed on the upper first interlayer insulating layer including the upper contact hole, and then the upper metal layer is patterned to form an upper metal line (not shown).

상기 공정을 반복적으로 수행함으로써 다층 구조를 갖는 상기 제1 층간 절연막(108)과, 상기 제1 층간 절연막(108) 내부에 금속 배선(110)을 형성할 수 있다.By repeatedly performing the above process, the first interlayer insulating layer 108 having a multilayer structure and the metal wire 110 may be formed in the first interlayer insulating layer 108.

도 3을 참조하면, 상기 제1 층간 절연막(108) 상부에 이너 렌즈용 막(112)을 형성한다. 이너 렌즈용 막(112)은 SiO2, SiON 또는 SiN 등이 사용될 수 있으며, 상기 제1 층간 절연막(108) 보다 질소(N2)가 많이 첨가되는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 3, an inner lens layer 112 is formed on the first interlayer insulating layer 108. SiO 2 , SiON, SiN, or the like may be used for the inner lens film 112, and it is preferable that more nitrogen (N 2 ) is added than the first interlayer insulating film 108.

상기와 같이 상기 제1 층간 절연막보다 질소가 많이 첨가된 이너 렌즈용 막을 형성함으로써 이후에 형성되는 이너 렌즈의 굴절률을 증가시킬 수 있다. 본 실시예에서는 상기 이너 렌즈용 막(112)으로써 SiN을 사용하는 것으로 한정하여 설명하기로 한다.As described above, by forming an inner lens film to which nitrogen is added more than the first interlayer insulating film, the refractive index of the inner lens formed thereafter may be increased. In the present embodiment, only the use of SiN as the inner lens film 112 will be described.

또한, 상기 물질들이 이중으로 형성되어 상기 이너 렌즈용 막이 이중막으로 형성될 수 있다.In addition, the material may be formed in a double, so that the inner lens film may be formed as a double film.

도 4를 참조하면, 상기 이너 렌즈용 막(112) 상에 포토레지스트 막(도시되지 않음)을 형성한 후, 상기 포토레지스트 막을 선택적으로 노광 및 현상하여 예비 포토레지스트 패턴(114)을 형성한다.Referring to FIG. 4, after forming a photoresist film (not shown) on the inner lens film 112, the photoresist film is selectively exposed and developed to form a preliminary photoresist pattern 114.

상기 예비 포토레지스트 패턴(114)은 이너 렌즈(118)가 형성될 영역을 마스킹한다. 즉, 상기 예비 포토레지스트 패턴(114)은 상기 각 포토 다이오드(104) 상에 위치하는 이너 렌즈용 막(112)을 마스킹하도록 형성된다.The preliminary photoresist pattern 114 masks a region where the inner lens 118 is to be formed. That is, the preliminary photoresist pattern 114 is formed to mask the inner lens film 112 positioned on each photodiode 104.

이때, 상기 마스킹하는 예비 포토레지스트 패턴(114)의 선폭은 상기 포토 다이오드(104) 영역의 선폭보다 좁은 것이 바람직하다. 이는 후속 열처리 공정에 의해 형성되는 포토레지스트 패턴(도시되지 않음)의 선폭이 상기 포토 다이오드(104) 영역의 선폭과 실질적으로 동일하게 형성하기 위함이다. 이에 대한 설명은 이후에 자세하게 하기로 한다.In this case, the line width of the masking preliminary photoresist pattern 114 is preferably narrower than the line width of the photodiode 104 region. This is because the line width of the photoresist pattern (not shown) formed by the subsequent heat treatment process is substantially the same as the line width of the photodiode 104 region. This will be described later in detail.

도 5를 참조하면, 상기 예비 포토레지스트 패턴(114)을 플로우(flow)시켜 포토레지스트 패턴(116)을 형성한다.Referring to FIG. 5, the preliminary photoresist pattern 114 is flowed to form a photoresist pattern 116.

보다 상세하게, 상기 예비 포토레지스트 패턴(114)을 열처리하면, 상기 예비 포토레지스트 패턴(114)은 양측으로 확장되어, 소정의 곡률을 갖는 반구 형상을 갖는 포토레지스트 패턴(116)을 형성한다. 즉, 상기 포토레지스트 패턴(116)의 중앙에서 양단으로 갈수록 두께가 감소하여 경사를 갖게 된다. 이때, 상기 포토레지스트 패턴(116)의 선폭은 예비 포토레지스트 패턴(114)보다 증가하고, 높이는 감소하 게 된다. 상기 포토레지스트의 선폭은 상기 포토 다이오드(104) 영역의 선폭과 실질적으로 동일한 것이 바람직하다.In more detail, when the preliminary photoresist pattern 114 is heat-treated, the preliminary photoresist pattern 114 is extended to both sides to form a photoresist pattern 116 having a hemispherical shape having a predetermined curvature. That is, the thickness decreases toward both ends from the center of the photoresist pattern 116 to have an inclination. In this case, the line width of the photoresist pattern 116 is increased than the preliminary photoresist pattern 114, and the height is decreased. The line width of the photoresist is preferably substantially the same as the line width of the photodiode 104 region.

이때, 상기 포토레지스트 패턴(116)은 이너 렌즈(118)를 형성하기 위한 식각 마스크로 제공되므로, 목적하는 이너 렌즈(118)의 사이즈 및 곡률을 갖는 것이 바람직하다.In this case, since the photoresist pattern 116 is provided as an etching mask for forming the inner lens 118, the photoresist pattern 116 preferably has a desired size and curvature of the inner lens 118.

따라서, 상기 포토레지스트 패턴(116) 및 이너 렌즈용 막(112)을 플라즈마 식각하는 동안 상기 포토레지스트 패턴(116) 및 이너 렌즈용 막(112)이 동일한 식각 비율로 식각되는 것이 바람직하다. 상기 포토레지스트 패턴(116) 및 이너 렌즈용 막(112)이 동일하게 식각되도록 상기 플라즈마 식각 공정 시, 식각 조건을 조절한다.Therefore, the photoresist pattern 116 and the inner lens layer 112 may be etched at the same etching rate during the plasma etching of the photoresist pattern 116 and the inner lens layer 112. During the plasma etching process, the etching conditions are adjusted such that the photoresist pattern 116 and the inner lens layer 112 are etched identically.

이어서, 이너 렌즈(118)들 간격 및 이너 렌즈(118)의 최상부가 목적한 형상을 갖는 이너 렌즈(118)를 형성하기 위하여 플라즈마 식각 공정의 압력 및 파워 조건을 설정한다. 여기서, 플라즈마 식각 공정의 압력은 상기 플라즈마 식각 공정을 수행하기 위한 공정 챔버 내의 압력을 의미하며, 파워는 상기 공정 챔버로 인가되어 상기 플라즈마를 형성시키기 위한 에너지를 의미한다.Subsequently, the pressure and power conditions of the plasma etching process are set to form the inner lens 118 having the desired shape at the interval between the inner lenses 118 and the top of the inner lens 118. Here, the pressure of the plasma etching process means a pressure in the process chamber for performing the plasma etching process, and the power means energy for forming the plasma by being applied to the process chamber.

상기 플라즈마 식각 공정에서의 압력 범위는 약 30 내지 200mT로 설정하고, 파워 범위는 500 내지 2000W로 설정하는 것이 바람직하다.The pressure range in the plasma etching process is preferably set to about 30 to 200mT, the power range is set to 500 to 2000W.

이때, 상기 설정된 압력 및 파워 범위 내에서 상기 압력을 감소시키고, 상기 파워를 증가시켜 상기 이너 렌즈(118)들 간격을 증가시킬 수 있다. 예컨대, 상기 압력은 약 30mT, 파워는 약 2000W로 설정함으로써, 이너 렌즈(118)들 간격을 증가 시킬 수 있다. 이와는 다르게, 상기 이너 렌즈(118)들 간격을 좁게 형성하기 위해서는 상기 압력을 증가시키고, 상기 파워를 감소시킨다.In this case, the pressure may be reduced within the set pressure and power range, and the power may be increased to increase the interval between the inner lenses 118. For example, by setting the pressure to about 30mT and the power to about 2000W, the interval between the inner lenses 118 can be increased. Alternatively, in order to form a narrow gap between the inner lenses 118, the pressure is increased and the power is decreased.

또한, 상기 설정된 압력 및 파워 범위 내에서 상기 압력을 감소시키고, 상기 파워를 증가시킴으로써 상기 이너 렌즈(118)의 최상부가 뾰족한 형상을 갖는다. 예컨대, 상기 압력은 약 30mT, 파워는 약 2000W로 설정함으로써, 이너 렌즈(118)의 최상부의 형상을 보다 뾰족하게 형성할 수 있다. 이와는 다르게, 상기 이너 렌즈(118)의 최상부를 완만한 굴곡을 갖도록 형성하기 위해서는 상기 압력을 증가시키고, 상기 파워를 감소시킨다.In addition, the uppermost portion of the inner lens 118 has a sharp shape by decreasing the pressure within the set pressure and power range and increasing the power. For example, by setting the pressure to about 30mT and the power to about 2000W, the top of the inner lens 118 can be more pointed. Alternatively, in order to form the top of the inner lens 118 to have a gentle bend, the pressure is increased, and the power is decreased.

도 6을 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(116)을 마스크로써 상기 이너 렌즈용 막(112)을 상기 설정된 압력 및 파워 하에서 플라즈마 식각하여 이너 렌즈(118)를 형성한다. 이때, 상기 형성된 이너 렌즈(118)는 이후에 형성되는 마이크로 렌즈(도시되지 않음)를 통해 입사되는 광이 포토 다이오드(104)에 도달할 수 있도록 한번 더 광을 모아주는 기능을 한다.Referring to FIG. 6, an inner lens 118 is formed by plasma etching the inner lens film 112 under the set pressure and power using the photoresist pattern 116 as a mask. In this case, the formed inner lens 118 collects light once more so that light incident through a micro lens (not shown) formed thereafter may reach the photodiode 104.

플라즈마 식각에 대하여 보다 자세하게 살펴보면, 우선, 플라즈마 식각 공정으로 마이크로파 플라즈마 식각(microwave plasma etching), 반응성 이온 식각(reactive ion etching) 또는 고밀도 플라즈마 식각(high density plasma etching) 등을 사용할 수 있다.Looking at plasma etching in more detail, first, microwave plasma etching, reactive ion etching, or high density plasma etching may be used as the plasma etching process.

본 실시예에서 상기 이너 렌즈용 막(112)으로 SiN을 사용하기 때문에, 상기 이너 렌즈용 막(112)을 식각하기 위하여 식각 가스로 CF4 또는 CHF3을 사용할 수 있 으며, 분위기 가스로는 Ar 또는 O2 등을 사용하여 식각 공정을 수행한다. 또한, 상기 공정 챔버 내 압력 및 공정 챔버로 인가되는 파워는 목적하는 이너 렌즈의 형상에 따라 상기 설정된 범위 내에서 선택된다.Since SiN is used as the inner lens film 112 in the present embodiment, CF 4 or CHF 3 may be used as an etching gas to etch the inner lens film 112, and Ar or The etching process is performed using O 2 or the like. In addition, the pressure in the process chamber and the power applied to the process chamber are selected within the set range according to the shape of the desired inner lens.

상기 플라즈마 식각 공정을 단계적으로 보다 상세하게 설명하면, 식각 공정 초기에는 포토레지스트 패턴(116)의 상부 및 포토레지스트 패턴(116)에 의해 노출된 이너 렌즈용 막(112)이 제거된다. 이후, 포토레지스트 패턴(116)의 두께가 낮은 단부의 포토레지스트 패턴(116)이 모두 제거되면서 노출되는 이너 렌즈용 막(112)이 계속하여 제거된다. 그리고, 상기 포토레지스트 패턴(116)의 두께가 높은 중앙 부위의 포토레지스트 패턴(116)이 모두 제거됨으로써 식각 공정을 종료한다.The plasma etching process will be described in more detail step by step. The upper portion of the photoresist pattern 116 and the inner lens film 112 exposed by the photoresist pattern 116 are removed at the beginning of the etching process. Thereafter, the photoresist pattern 116 at the lower end portion of the photoresist pattern 116 is removed while all of the inner lens film 112 is removed. Then, the photoresist pattern 116 of the central portion having a high thickness of the photoresist pattern 116 is removed, thereby completing the etching process.

계속해서, 도시되어 있지는 않지만, 상기 이너 렌즈(118) 및 제1 층간 절연막(108) 상에 제2 층간 절연막(도시되지 않음)을 더 형성하며, 상기 제2 층간 절연막 상에 컬러 필터(도시되지 않음), 평탄층(도시되지 않음) 및 마이크로 렌즈(도시되지 않음)를 순차적으로 형성한다.Subsequently, although not shown, a second interlayer insulating film (not shown) is further formed on the inner lens 118 and the first interlayer insulating film 108, and a color filter (not shown) is formed on the second interlayer insulating film. Not shown), a flat layer (not shown) and a micro lens (not shown) are sequentially formed.

구체적으로, 상기 컬러 필터는 컬러 이미지를 구현하며, 레드(R), 그린(G), 블루(B)로 염색된 포토레지스트를 상기 층간 절연막 구조물 상에 형성한 후, 선택적으로 패터닝하여 형성한다. 이어서, 상기 컬러 필터 상에 평탄층을 형성하고, 상기 평탄층 상에 마이크로 렌즈를 형성한다. 상기 마이크로 렌즈는 상기 평탄층 상에 포토레지스트를 도포한 후, 열처리를 수행함으로써 형성된다. 또한, 선택적으로 상기 마이크로 렌즈 표면상에 상기 마이크로 렌즈를 보호하기 위하여 저온 산화막 과 같은 캡핑막(도시되지 않음)을 더 형성할 수 있다.Specifically, the color filter implements a color image, and is formed by selectively patterning a photoresist dyed with red (R), green (G), and blue (B) on the interlayer insulating film structure. Subsequently, a flat layer is formed on the color filter, and a micro lens is formed on the flat layer. The micro lens is formed by applying a photoresist on the flat layer and then performing heat treatment. In addition, a capping film (not shown), such as a low temperature oxide film, may be further formed on the surface of the micro lens to selectively protect the micro lens.

이하, 플라즈마 식각 공정 중 압력 및 파워 조건에 따라 변화하는 이너 렌즈(118) 형상을 설명하기로 한다.Hereinafter, the shape of the inner lens 118 that varies according to pressure and power conditions during the plasma etching process will be described.

도 7a 내지 도 7d는 식각 공정의 압력 및 파워 조건에 따른 이너 렌즈들 간격 변화를 설명하기 위하여 SEM 사진들이고, 도 8a 내지 도 8c는 식각 공정의 압력 및 파워 조건에 따른 이너 렌즈 최상부 형상 변화를 설명하기 위한 SEM 사진들이다.7A to 7D are SEM photographs for explaining the change in the interval between inner lenses according to the pressure and power conditions of the etching process, and FIGS. 8A to 8C illustrate the change in top shape of the inner lens according to the pressure and power conditions of the etching process. SEM pictures for the purpose.

구체적으로, 도 7a 및 도 7d는 다른 조건들을 동일하게 유지하고 압력을 서로 다르게 하여 이너 렌즈용 막을 식각한 후 수득한 SEM사진들이다. 도 7a에 도시된 것과 같이, 상대적으로 압력을 높게 유지하면서 식각 공정을 수행한 경우 상기 이너 렌즈들 사이의 폭이 감소하게 된다. 이와는 다르게, 도 7d에 도시된 것과 같이, 상대적으로 압력을 낮게 유지하면서 식각 공정을 수행하는 경우 상기 이너 렌즈들 사이의 폭이 증가하게 된다.Specifically, FIGS. 7A and 7D are SEM photographs obtained after etching the membrane for the inner lens by keeping different conditions the same and different pressures. As shown in FIG. 7A, when the etching process is performed while maintaining a relatively high pressure, the width between the inner lenses is reduced. In contrast, as illustrated in FIG. 7D, when the etching process is performed while maintaining a relatively low pressure, the width between the inner lenses is increased.

도 7b 및 도 7c는 다른 조건들을 동일하게 유지하고 파워를 서로 다르게 하여 이너 렌즈용 막을 식각한 후 수득한 SEM사진들이다. 도 7b에 도시된 것과 같이, 상대적으로 파워를 높게 유지하면서 식각 공정을 수행하는 경우 이너 렌즈들 사이의 폭이 증가하게 된다. 이와는 다르게, 도 7c에 도시된 것과 같이 상대적으로 파워를 낮게 유지하면서 식각 공정을 수행하는 경우 이너 렌즈들 사이의 폭이 감소한다.7B and 7C are SEM photographs obtained after etching the film for the inner lens by keeping different conditions the same and different power. As shown in FIG. 7B, when the etching process is performed while maintaining relatively high power, the width between the inner lenses is increased. Alternatively, the width between the inner lenses is reduced when the etching process is performed while keeping the power relatively low as shown in FIG. 7C.

따라서, 이너 렌즈들 간격을 넓게 형성하고자 할 때에는 설정된 압력 및 파 워 범위 내에서 상기 압력은 낮게 파워는 높게 설정하고, 이와는 다르게, 이너 렌즈들 간격을 좁게 형성하고자 할 때에는 설정된 압력 및 파워 범위상기 압력은 높게 파워는 낮게 설정한다.Accordingly, the pressure is set to be low and the power is set high within the set pressure and power range when the inner lenses are to be widened. Alternatively, the pressure and power range is set when the inner lenses are narrow. Is set to high and low to low.

도 8a 및 도 8c는 다른 조건들을 동일하게 유지하고 압력을 서로 다르게 하여 이너 렌즈용 막을 식각한 후 수득한 SEM사진들이다. 도 7a에 도시된 것과 같이, 상대적으로 압력을 높게 유지하면서 식각 공정을 수행한 경우 상대적으로 완만한 형상의 최상부를 갖는 이너 렌즈를 형성하게 된다. 이와는 다르게, 도 8c에 도시된 것과 같이, 상대적으로 압력을 낮게 유지하면서 식각 공정을 수행하는 경우 상대적으로 뾰족한 형상의 최상부를 갖는 이너 렌즈를 형성하게 된다.8A and 8C are SEM photographs obtained after etching the inner lens film by keeping different conditions the same and different pressures. As shown in FIG. 7A, when the etching process is performed while maintaining a relatively high pressure, an inner lens having a top of a relatively smooth shape is formed. In contrast, as illustrated in FIG. 8C, when the etching process is performed while maintaining a relatively low pressure, an inner lens having a top of a relatively sharp shape is formed.

도 8b는 다른 조건들을 동일하게 유지하고 파워를 높게 유지하면서 이너 렌즈용 막을 식각한 후 수득한 SEM 사진이다. 상기와 같이 파워를 상대적으로 높게 유지하면서 식각 공정을 수행하는 경우, 상대적으로 뾰족한 형상의 최상부를 갖는 이너 렌즈를 형성하게 된다.8B is an SEM photograph obtained after etching the film for the inner lens while keeping the other conditions the same and keeping the power high. When the etching process is performed while maintaining the power relatively high as described above, an inner lens having a top of a relatively sharp shape is formed.

따라서, 최상부가 완만한 이너 렌즈를 형성하기 위해서는 설정된 압력 및 파워 범위 내에서 압력은 높게 파워는 낮게 설정하고, 이와는 다르게 최상부가 뾰족한 이너 렌즈를 형성하기 위해서는 설정된 압력 및 파워 범위 내에서 압력은 낮게 파워는 높게 설정한다.Therefore, the power is set high and the power is low within the set pressure and power range to form a gentle inner lens at the top, whereas the pressure is low within the set pressure and power range to form an inner lens with the sharp top. Is set high.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 포토레지스트 패턴을 마스크로 이너 렌즈용 막을 식각하는 플라즈마 식각 공정에서, 공정 챔버로 인 가되는 파워 및 공정 챔버 내의 압력 등의 공정 조건을 식각 공정 전에 설정하여 상기 설정된 공정 조건 하에서 플라즈마 식각 공정을 수행함으로써 목적하는 형상을 갖는 이너 렌즈를 획득할 수 있다.As described above, according to a preferred embodiment of the present invention, in the plasma etching process of etching the inner lens film using the photoresist pattern as a mask, the process conditions such as the power applied to the process chamber and the pressure in the process chamber are etched. The inner lens having the desired shape may be obtained by performing the plasma etching process under the set process conditions set previously.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.While the foregoing has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will be able to variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. It will be appreciated.

Claims (4)

포토 다이오드(photo diode) 및 트랜지스터(transistor)로 이루어지는 단위 픽셀(unit pixel)들이 반복하여 형성되어 있는 기판 상에 층간 절연막을 형성하는 단계;Forming an interlayer insulating film on a substrate on which unit pixels composed of a photo diode and a transistor are repeatedly formed; 상기 층간 절연막 상에 이너 렌즈용(inner lens) 막을 형성하는 단계;Forming an inner lens film on the interlayer insulating film; 상기 단위 픽셀에 포함되는 각 포토 다이오드 상에 위치하는 이너 렌즈용 막을 마스킹하도록 상기 이너 렌즈용 막 상에 상부면이 곡률을 갖는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;Forming a photoresist pattern having an upper surface curvature on the inner lens film to mask the inner lens film positioned on each photo diode included in the unit pixel; 이너 렌즈의 최상부가 뾰족한 형상 또는 곡률을 갖는 형상이 되도록, 상기 이너 렌즈용 막을 식각하기 위한 플라즈마 식각 공정의 압력을 30 내지 200mT, 파워를 500 내지 2000W 범위 내에서 설정하는 단계; 및Setting a pressure in the plasma etching process for etching the inner lens film within a range of 30 to 200 mT and a power within a range of 500 to 2000 W so that the uppermost portion of the inner lens has a sharp shape or a curvature; And 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 사용하고, 상기 이너 렌즈용 막을 상기 설정된 압력 및 파워하에서 플라즈마 식각하여 이너 렌즈들을 형성하는 단계를 포함하는 이미지 소자 제조 방법.And using the photoresist pattern as a mask and plasma-etching the inner lens film under the set pressure and power to form inner lenses. 제1항에 있어서, 상기 상부면이 곡률을 갖는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계는,The method of claim 1, wherein the forming of the photoresist pattern having the curvature of the upper surface comprises: 상기 이너 렌즈용 막 상에 포토레지스트 막을 형성하는 단계;Forming a photoresist film on the inner lens film; 상기 포토레지스트 막을 부분적으로 식각하여 상기 포토 다이오드 상에 위치 하는 이너 렌즈용 막을 마스킹하는 예비 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및Partially etching the photoresist film to form a preliminary photoresist pattern for masking an inner lens film positioned on the photodiode; And 상기 예비 포토레지스트 패턴이 플로우(flow)되도록 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 소자의 제조 방법.And heat-treating the preliminary photoresist pattern to flow. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 식각 공정의 압력 및 파워를 설정하는 단계에서, 상기 이너 렌즈의 최상부가 뾰족한 형상을 갖기 위하여 상기 설정된 압력 및 파워 범위 내에서 상기 압력을 감소시키고, 상기 파워를 증가시키는 것을 특징으로 하는 이미지 소자의 제조 방법.The method of claim 1, wherein in setting the pressure and power of the plasma etching process, the pressure is decreased within the set pressure and power range and the power is increased so as to have a sharp shape at the top of the inner lens. The manufacturing method of the image element characterized by the above-mentioned. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 식각 공정의 압력 및 파워를 설정하는 단계에서, 상기 압력 및 파워에 따라 상기 이너 렌즈들 사이의 간격이 변화되고, 상기 이너 렌즈들 간격을 증가시키기 위하여 상기 설정된 압력 및 파워 범위 내에서 상기 압력을 감소시키고, 상기 파워를 증가시키는 것을 특징으로 하는 이미지 소자의 제조 방법.The method of claim 1, wherein in the setting of the pressure and power of the plasma etching process, the interval between the inner lenses is changed according to the pressure and power, and the set pressure and Reducing the pressure within the power range and increasing the power.
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