KR20100019811A - Image sensor and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이미지센서 및 그 형성방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마이크로렌즈의 곡률을 동일하게 만들어 빛의 효율성을 향상시켜서 선명하고 감도가 좋은 이미지센서를 제조하고자 하는 것이다.The present invention relates to an image sensor and a method of forming the same, and more particularly, to make a clear and sensitive image sensor by improving the efficiency of light by making the curvature of the microlens equal.
일반적으로 이미지 센서를 제조함에 있어서, 이미지를 받아들이는 이미지 평면에 존재하는 포토다이오드의 개수가 해상도를 결정하기 때문에 고화소로의 진전 및 소형화에 따른 단위 화소의 미세화가 이루어지고 있다. 따라서 이렇게 소형화 및 고화소로의 진전에 따라 외부 화상의 입력을 이미지 평면에 집속함에 있어서 단위화소의 크기가 작아지고, 빛을 받아들이는 수광부의 면적이 줄어들게 됨에 따라 빛의 감응정도를 높이기 위하여 집광용 렌즈를 형성하게 된다.In general, in manufacturing an image sensor, since the number of photodiodes in the image plane that receives an image determines the resolution, the unit pixels are miniaturized due to the progress and miniaturization of a high pixel. Therefore, condensing lens to increase the sensitivity of light as the size of the unit pixel becomes smaller and the area of the light-receiving part that receives light decreases in converging the input of the external image to the image plane according to the miniaturization and progress to the high pixel. Will form.
이 집광용 렌즈는 컬러필터층 하부 또는 상부에 형성을 하게 된다. 이 집광용 렌즈의 단면적에 따라 입사하는 빛의 집속량이 달라지기 때문에 렌즈를 최대한 키우는 방향으로 하여 보다 많은 빛을 집속하고 또 집속하지 못하는 빛의 양을 줄여 보다 선명한 화상을 얻을 수 있는 방향으로 기술이 개발되고 있다.The light collecting lens is formed under or above the color filter layer. Since the focusing amount of incident light varies depending on the cross-sectional area of the light-converging lens, the technology is focused on increasing the lens as much as possible to focus more light and reducing the amount of light that cannot be focused to obtain clearer images. Is being developed.
앞서 언급한 대로 이미지 센서의 소형화, 고화소로의 변화에 따라 단위면적당 더 많은 화소를 만들고 있으며 화소 크기가 작아짐에 따라 상부에 온 칩으로 형성하는 컬러필터 및 마이크로렌즈 층의 사이즈 또한 작아진다. 단위화소 크기가 작아짐에 따라 빛을 받아들이는 포토다이오드 영역의 축소에 따라 감도는 줄어들게 된다. 따라서 줄어드는 감도를 보상하기 위해서 추가적으로 이너 렌즈를 형성하여 F-수(F-number)에 따른 집속각도의 변화에 맞도록 입사유도 및 포토다이오드와의 거리가 길어짐에 따라 빛의 벗어남을 보정하거나, 마이크로렌즈의 사이즈를 최대한 키우는 방향으로 진행이 일어나고 있다.As mentioned earlier, as the image sensor becomes smaller and changes to a higher pixel, more pixels are made per unit area, and as the pixel size becomes smaller, the size of the color filter and microlens layer formed on-chip on top also becomes smaller. As the unit pixel size decreases, the sensitivity decreases as the photodiode region that receives light decreases. Therefore, in order to compensate for the reduced sensitivity, additional inner lenses are formed to compensate for light deviation as the induction of incidence and distance to the photodiode increase to match the change of focusing angle according to F-number, or micro Progress has been made toward increasing the size of the lens as much as possible.
그러나, 마이크로렌즈의 사이즈를 키우는 방법에는 한계가 있기 때문에 이 한계를 개선하고자 두 번에 걸쳐 마이크로렌즈를 형성하는 듀얼 마이크로렌즈가 개발되고 있다. However, since there are limitations on how to increase the size of microlenses, dual microlenses have been developed to form microlenses twice in order to improve this limitation.
이러한 듀얼 마이크로렌즈는 본 발명의 출원인에 의해 2007년 6월 25일자로 "이미지센서 및 그 제조방법" 이라는 명칭으로 특허 출원된 10-2007-62023호에 기술되어 있는 듀얼 마이크로렌즈 제조방법에 대해 기술되어 있다.Such a dual microlens is described by the applicant of the present invention as described in Patent Application No. 10-2007-62023 filed on June 25, 2007 entitled "image sensor and its manufacturing method" It is.
여기서 기출원된 듀얼 마이크로렌즈는 기존에 이웃하는 마이크로렌즈 사이의 갭을 최대한 줄여서 보다 많은 빛을 포토다이오드에 보내기 위함이다.The dual microlenses previously applied are intended to send more light to the photodiode by minimizing the gap between neighboring microlenses as much as possible.
그러나, 이러한 종래의 듀얼 마이크로렌즈는 렌즈 모양이 도 1a에서와 같이 정사각 형태로 제작되며, 이러한 정사각 형태의 렌즈에서는 도 1b와 같이 가로와 세로의 길이는 같으나 대각선 길이는 달라 도 1c에서와 같이 마이크로렌즈의 곡률이 다르게 나타난다. 결국 다른 곡률은 초점 길이가 달라져서 오히려 크로스토크를 발생시켜 감도를 저해시키는 문제점이 있었다.However, such a conventional dual microlens has a lens shape formed in a square shape as shown in FIG. 1A. In this square type lens, as shown in FIG. The curvature of the lens is different. As a result, other curvatures have a problem in that the focal length is changed and thus crosstalk is generated and thus the sensitivity is inhibited.
따라서 본 발명은, 가로, 세로 길이와 대각선 길이가 동일하도록 마이크로렌즈의 각 모서리부를 기설정 길이로 커팅 처리하여 제작함으로써, 마이크로렌즈의 초점 길이가 동일하게 되어 크로스토크의 감소를 가져와 빛의 간섭 현상을 줄어들고 이로 인하여 빛의 효율이 향상될 수 있는 이미지센서를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Therefore, the present invention is produced by cutting each corner portion of the microlens to a predetermined length so that the horizontal, vertical and diagonal lengths are the same, so that the focal length of the microlens becomes the same, resulting in a reduction in crosstalk and interference of light. It is an object of the present invention to provide an image sensor which can reduce and thereby improve the efficiency of light.
또한, 이와 같은 이미지센서의 제조방법을 제공하는데 본 발명의 또다른 목적이 있다.In addition, another object of the present invention to provide a method of manufacturing such an image sensor.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 이미지 센서에 있어서, 픽셀영역의 기판상에 형성되는 층간절연층과, 층간절연층 상에 거리 이격되어 형성되는 복수의 제 1 마이크로렌즈와, 제 1 마이크로렌즈 사이에 형성되는 복수의 제 2 마이크로렌즈를 포함하되, 제 1, 2 마이크로렌즈의 각 모서리부는 기설정 길이로 커팅 처리되어 제조되는 이미지센서를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an image sensor comprising: an interlayer insulating layer formed on a substrate in a pixel region, a plurality of first microlenses formed on a distance from the interlayer insulating layer, and a first microlens It includes a plurality of second microlenses formed therebetween, each corner of the first and second microlenses provides an image sensor that is manufactured by cutting to a predetermined length.
그리고 바람직하게 제 1, 2 마이크로렌즈는, 픽셀영역과 이웃하는 대각선 방향의 픽셀영역과의 대각선 길이와 가로, 세로 길이가 동일하도록 각 모서리부가 포토에칭 공정으로 커팅 처리되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the first and second microlenses are characterized in that each corner portion is cut by a photoetching process so that the diagonal length, the horizontal length, and the vertical length of the pixel area and the adjacent diagonal pixel area are the same.
또한, 본 발명에서는 픽셀영역의 기판상에 층간절연층을 형성하는 단계와, 층간절연층 상에 거리 이격되어 각 모서리부가 기설정 길이로 커팅 처리된 제 1 마이크로렌즈를 형성하는 단계와, 제 1 마이크로렌즈 사이에 각 모서리부가 기설정 길이로 커팅 처리된 제 2 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 이미지센서 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method of forming an interlayer dielectric layer on a substrate in a pixel region, forming a first microlens having a corner portion cut to a predetermined length and spaced apart from each other on the interlayer dielectric layer; It provides a method for manufacturing an image sensor comprising the step of forming a second microlens, each corner portion is cut to a predetermined length between the microlens.
더욱 바람직하게 제 1마이크로렌즈와 상기 제 2 마이크로렌즈를 형성하는 단계에서, 픽셀영역과 이웃하는 대각선 방향의 픽셀영역과의 대각선 길이와 가로, 세로 길이가 동일하도록 각 모서리부가 커팅 처리되며, 모서리부 커팅 처리는 포토에칭 공정을 거쳐 리플로우 되는 것을 특징으로 한다.More preferably, in the forming of the first microlens and the second microlens, each corner portion is cut so that the diagonal length, the horizontal length and the vertical length of the pixel region and the neighboring diagonal pixel regions are equal to each other. The cutting process may be reflowed through a photoetching process.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 이미지센서 및 그 형성방법에 따르면, 마이크로렌즈의 초점 길이가 동일하게 되어 크로스토크의 감소로 하여 빛의 간섭 현상을 줄어들고 이로 인하여 빛의 효율이 향상을 가져와 선명하고 감도가 좋은 이미지센서를 제작할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the image sensor and the forming method of the present invention, the focal length of the microlens is the same to reduce the crosstalk to reduce the interference phenomenon of light, thereby improving the efficiency of the light resulting in a sharp and sensitive It is effective to make a good image sensor.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. Hereinafter, the operating principle of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, when it is determined that a detailed description of a known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, and may be changed according to intentions or customs of users or operators. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout the specification.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이미지센서의 제조 공정도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로렌즈를 제작하기 위한 마스크 드로잉 도면이다.2 to 5 are manufacturing process diagrams of an image sensor according to an embodiment of the present invention, Figure 6 is a mask drawing for manufacturing a microlens according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 이미지센서에 따르면, 동일한 초점 길이를 가질 수 있도록 마이크로렌즈를 제조하는 것이다.According to the image sensor of the present invention, a microlens is manufactured to have the same focal length.
도 2에 도시된 이미지센서의 제조공정도에서 우선, 픽셀영역의 기판(110)상에 층간절연층(130)을 형성한다.In the manufacturing process diagram of the image sensor shown in FIG. 2, an
기판(110)에는 포토다이오드가 미도시되었지만 형성되어 있을 수 있다. 이때, 포토다이오드는 트랜지스터(120)와 수평이 되도록 형성되거나 또는 트랜지스터(120)와 수직인 위치에 형성될 수도 있다.Although not shown, a photodiode may be formed on the
그리고 층간절연층(130)은 다층으로 형성될 수도 있고, 하나의 층간절연층을 형성한 후에 포토다이오드(미도시) 영역 이외의 부분으로 빛이 입사되는 것을 막기 위한 차광층(미도시)을 형성한 후에 다시 층간절연층을 형성할 수도 있다.In addition, the
층간절연층(130) 사이에는 금속배선(140)이 형성된다.The metal wiring 140 is formed between the interlayer
이후, 층간절연층(130)상에 수분 및 스크래치로부터 소자를 보호하기 위한 보호막(150)이 더 형성된다. 보호막(150)은 산화막, 질화막 등을 포함할 수 있으며, 단일층 또는 복수층일 수 있다.Thereafter, a
다음으로, 층간절연층(130) 상에 가염성레지스트를 사용하여 도포한 후, 노광 및 현상 공정을 진행하여 각각의 파장대별로 빛을 필터링하는 레드(Red), 그린(Green), 블루(Blue) 색상을 선택적으로 세 번에 걸쳐 포토리소그래피 공정을 행하여 컬러필터층(160: 도 1a 참고)을 형성한다.Next, the coating is applied on the
그리고 컬러필터층(160)상에 초점거리 조절 및 렌즈층을 형성하기위한 평탄도확보 등을 위하여 평탄화층(PL:planarization layer)(170)을 더 형성할 수 있다.In addition, a planarization layer (PL) 170 may be further formed on the color filter layer 160 in order to adjust the focal length and secure the flatness for forming the lens layer.
한편, 실시예는 컬러필터층(160)이 형성되는 예를 들고 있으나, 이에 한정되는 것이 아니다. 예를 들어, 컬러필터 없이 후술하는 마이크로렌즈 자체에 컬러 마이크렌즈를 채용하여 원하는 빛의 색깔을 걸러낼 수 있다.On the other hand, the embodiment is an example in which the color filter layer 160 is formed, but is not limited thereto. For example, a color microphone lens may be employed in the microlens itself, which will be described later, without a color filter, to filter out a desired color of light.
다음으로, 층간절연층(130) 상에 제 1 마이크로렌즈 패턴(181a)을 형성한다. 제 1 마이크로렌즈 패턴(181a)은 상호 분리되어 형성될 수 있다.Next, a
예를 들어, 제 1 마이크로렌즈 패턴(181a)은 제 1 픽셀영역(A1)과 제 1 픽셀영역(A1)과 대각선 방향에 위치한 제 2 픽셀영역(A2)들에 형성될 수 있다.For example, the
이후, 도 3과 같이 제 1 마이크로렌즈 패턴(181a)을 포토에칭(PEP) 공정시 각 모서리부를 기설정 길이로 커팅 처리하고 리플로우 하여 제 1 마이크로렌 즈(181)를 형성한다.Thereafter, as shown in FIG. 3, each corner portion is cut to a predetermined length in a photoetching (PEP) process and reflowed to form a
예컨대, 제 1 마이크로렌즈 패턴(181a)이 형성된 기판(110)을 핫 플레이트(hot plate)(미도시) 상부에 올려놓은 상태에서 약 150℃ 이상의 열처리로 상부에 존재하는 제 1 마이크로렌즈 패턴(181a)을 리플로우하여 반구형의 제 1 마이크로렌즈(181)를 형성하며, 제 1 마이크로렌즈(181)는 제 1 픽셀영역(A1)과 이웃하는 대각선 방향의 제 2 픽셀영역(A2)과의 대각선 길이와 가로, 세로 길이가 동일하도록 각 모서리부가 포토에칭 공정으로 커팅 처리된다.For example, the
다음으로, 도 4와 같이 제 1 픽셀영역(A1)과 제 2 픽셀영역(A2) 외의 제 3 픽셀영역(A3)에 제 2 마이크로렌즈 패턴(182a)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 4, the
이어서 도 5에서는 제 2 마이크로렌즈 패턴(182a)을 제 1 마이크로렌즈 패턴(181a)과 같이 포토에칭(PEP) 공정시 각 모서리부를 기설정 길이로 커팅 처리하고 리플로우 하여 제 2 마이크로렌즈(182a)를 형성한다.Subsequently, in FIG. 5, the
이로써, 상기 제 1 마이크로렌즈(181) 사이에 제 2 마이크로렌즈(182)를 형성할 수 있다.As a result, a second microlens 182 may be formed between the
또한, 실시예에서 제 2 마이크로렌즈(182)는 제 1 픽셀영역(A1)과 제 2 픽셀영역(A2) 외의 제3 픽셀영역(A3)에 형성될 수 있다.In an embodiment, the second microlens 182 may be formed in the third pixel region A3 other than the first pixel region A1 and the second pixel region A2.
또, 실시예에서 제 2 마이크로렌즈(182)는 상기 제 1 픽셀영역(A1)과 제 2 픽셀영역(A2)의 상하, 좌우에 인접한 제3 픽셀영역(A3)에 형성될 수 있다.In an exemplary embodiment, the second microlens 182 may be formed in the third pixel region A3 adjacent to the top, bottom, left, and right sides of the first pixel region A1 and the second pixel region A2.
그리고 제 2 마이크로렌즈(182) 역시 제 3 픽셀영역(A3)과 이웃하는 대각선 방향의 픽셀영역과의 대각선 길이와 가로, 세로 길이가 동일하도록 각 모서리부가 포토에칭 공정으로 커팅 처리된다.In addition, the corners of the second microlens 182 may be cut by a photoetching process so that the diagonal length, the horizontal length, and the vertical length of the third pixel area A3 and the neighboring diagonal pixel areas are the same.
한편, 위에서와 같이 제 1, 2 마이크로렌즈(181)(182)의 각 모서리부를 커팅 처리하기 위하여 도 6에 도시된 마이크로렌즈를 제작하기 위한 마스크 드로잉 도면을 참고하면, 대각선 방향으로 이웃하는 제 1, 2 마이크로렌즈(181)(182)의 각 모서리부를 커팅 처리되었음을 알 수 있으며, 이에 따라 가로(d1), 가로(d2) 길이와 대각선(d3+d4) 길이가 동일하게 되어 마이크로렌즈의 초점 길이가 동일하게 됨을 알 수 있다.Meanwhile, referring to a mask drawing drawing for manufacturing the microlens shown in FIG. 6 in order to cut each corner of the first and
결과적으로 모서리부가 커팅 처리된 본 발명의 제 1, 2 마이크로렌즈(181)(182)에 따르면 빛의 효율성이 10%정도 향상되며, 그 이유는 동일한 초점 길이를 가지고 있는 제 1, 2 마이크로렌즈(181)(182)에서 크로스토크를 줄여 빛의 간섭 현상을 줄이게 된다.As a result, according to the first and
덧붙여, 모서리부 커팅은 바람직하게 2.25pixel 에서는 90∼110nm의 범위내에서 이루어지며, 1.75pixel 에서는 63∼73nm의 범위내에서 이루어지고, 1.4pixel 에서는 45∼55nm의 범위내에서 이루어지는 것이 가장 큰 효과가 나타난다. In addition, the edge cutting is preferably made in the range of 90 to 110 nm at 2.25 pixels, in the range of 63 to 73 nm at 1.75 pixels, and in the range of 45 to 55 nm at 1.4 pixels. appear.
더 나아가 실시 예의 설명에 있어서 씨모스이미지센서(CIS)에 대한 구조의 도면을 이용하여 설명하나, 본 발명은 씨모스이미지센서에 한정되는 것이 아니며, CCD 이미지센서 등 마이크로렌즈를 채용하는 모든 이미지센서에 적용이 가능하다.In addition, in the description of the embodiment described with reference to the structure of the CMOS image sensor (CIS), the present invention is not limited to the CMOS image sensor, all image sensors employing a micro lens, such as CCD image sensor Applicable to
예들 들어, 본 발명은 포토다이오드가 회로영역과 수직이게 형성되는 Above IC 형태의 이미지센서에 대해서도 적용이 가능하다.For example, the present invention can be applied to the above IC type image sensor in which the photodiode is formed perpendicular to the circuit region.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 이미지센서 및 그 형성방법은 하나의 바람직한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 있다고 할 것이다.As described above, the image sensor and the method of forming the same according to the present invention are merely one preferred embodiment, and the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the scope of the present invention is as claimed in the following claims. Without departing from the scope of the present invention to those of ordinary skill in the art to which a variety of modifications can be made to the spirit of the present invention.
도 1a 내지 도 1c는 종래의 듀얼 마이크로렌즈에서 다른 곡률이 발생함을 보여주기 위한 도면이고,1A to 1C are diagrams for illustrating that different curvatures occur in a conventional dual microlens.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이미지센서의 제조 공정도이고,2 to 5 is a manufacturing process diagram of the image sensor according to an embodiment of the present invention,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로렌즈를 제작하기 위한 마스크 드로잉 도면이다.6 is a mask drawing for manufacturing a microlens according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
110 : 기판 120 : 트랜지스터110
130 : 트랜지스터 140 : 금속배선130: transistor 140: metal wiring
150 : 보호막 160 : 컬러필터층150: protective film 160: color filter layer
170 : 평탄화층 181, 182 : 제 1, 2 마이크로렌즈170:
Claims (6)
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| KR1020080078538A KR20100019811A (en) | 2008-08-11 | 2008-08-11 | Image sensor and method for manufacturing the same |
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ID=42090020
Family Applications (1)
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| KR1020080078538A KR20100019811A (en) | 2008-08-11 | 2008-08-11 | Image sensor and method for manufacturing the same |
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2008
- 2008-08-11 KR KR1020080078538A patent/KR20100019811A/en not_active Application Discontinuation
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