KR20210081892A - 이미지 센서 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR20210081892A
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김상훈
이윤기
조형동
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명의 기술적 사상은 광의 집광 효율을 향상시키고, 또한, 크로스토크, 특히 광학적 크로스토크를 최소화할 수 있는 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공한다. 그 이미지 센서는 포토다이오드(Photo-Diode: PD)를 각각 구비한 픽셀들이 2차원 어레이 구조로 배치되고, 제1 면과 상기 제1 면에 반대되는 제2 면을 갖는 기판; 상기 기판의 제1 면 상에 배치된 다중 배선층; 상기 기판의 제2 면 상에 배치되고, 각각에 픽셀에 대응된 컬러 필터를 구비한 컬러 필터층; 및 상기 컬러 필터층 상에 배치되고, 상하 양쪽으로 볼록한 양면 구면 렌즈(double-sided spherical lens)를 구비한 렌즈층;을 포함하고, 상기 양면 구면 렌즈는 서로 다른 굴절률의 적어도 2개의 물질층을 포함한다.

Description

이미지 센서 및 그 제조방법{Image sensor and method of manufacturing the same}
본 발명의 기술적 사상은 이미지 센서에 관한 것으로, 특히 양면 구형 렌즈를 구비한 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
이미지 센서는 광학적 영상(optical image)을 전기 신호로 변환하는 반도체 소자이다. 이미지 센서는 배열된 복수 개의 픽셀들을 구비할 수 있다. 픽셀들 각각은 포토다이오드(photodiode: PD)를 포함할 수 있다. 포토다이오드는 입사되는 광을 전기 신호로 변환해 주는 역할을 한다. 반도체 소자가 고집적화됨에 따라 이미지 센서도 고집적화고 있다. 이미지 센서의 고집적화를 위하여 픽셀들 각각의 크기가 작아지고 있고, 그에 따라, 크로스토크(cross talk)에 의한 불량 발생이 증가하고 있다. 크로스토크는 마이크로 렌즈 및 컬러 필터를 통과하여 입사된 광이 해당 픽셀이 아닌 인접 픽셀로 전달되는 광학적(optical) 크로스토크와, 파장이 긴 입사광에 의해 생성된 전하가 인접 픽셀로 전달되는 전기적(electrical) 크로스토크로 구분할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상은, 광의 집광 효율을 향상시키고, 또한, 크로스토크, 특히 광학적 크로스토크를 최소화할 수 있는 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공하는 데에 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 기술적 사상은, 포토다이오드(Photo-Diode: PD)를 각각 구비한 픽셀들이 2차원 어레이 구조로 배치되고, 제1 면과 상기 제1 면에 반대되는 제2 면을 갖는 기판; 상기 기판의 제1 면 상에 배치된 다중 배선층; 상기 기판의 제2 면 상에 배치되고, 각각에 픽셀에 대응된 컬러 필터를 구비한 컬러 필터층; 및 상기 컬러 필터층 상에 배치되고, 상하 양쪽으로 볼록한 양면 구면 렌즈(double-sided spherical lens)를 구비한 렌즈층;을 포함하고, 상기 양면 구면 렌즈는 서로 다른 굴절률의 적어도 2개의 물질층을 포함하는, 이미지 센서를 제공한다.
또한, 본 발명의 기술적 사상은, 상기 과제를 해결하기 위하여, 포토다이오드를 각각 구비한 픽셀들이 2차원 어레이 구조로 배치되고, 제1 면과 상기 제1 면에 반대되는 제2 면을 갖는 기판; 상기 기판의 제1 면 상에 배치된 다중 배선층; 상기 기판의 제2 면 상에 배치되고, 각각에 픽셀에 대응된 컬러 필터를 구비한 컬러 필터층; 상기 필터층 상에 배치된 평탄화 렌즈층; 및 상기 평탄화 렌즈층 상에 배치되고, 상하 양쪽으로 볼록한 양면 구면 렌즈를 구비한 렌즈층;을 포함하고, 상기 양면 구면 렌즈는, 하부층을 구성하는 하면 구면 렌즈와 상부층을 구성하는 상면 구면 렌즈를 구비하며, 굴절률이 상기 평탄화 렌즈층, 상면 구면 렌즈, 및 하면 구면 렌즈 순으로 큰, 이미지 센서를 제공한다.
더 나아가, 본 발명의 기술적 사상은, 기판 상에 각각 포토다이오드를 구비한 다수의 픽셀들을 형성하는 단계; 상기 기판의 제1 면 상에 배선층을 형성하는 단계; 상기 기판의 제2 면 상에 각각의 픽셀에 대응하는 컬러 필터를 구비한 컬러 필터층을 형성하는 단계; 및 상기 컬러 필터층 상에 상하 양쪽으로 볼록한 양면 구면 렌즈를 구비한 렌즈층을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 양면 구면 렌즈는 서로 다른 굴절률의 적어도 2개의 물질층으로 형성한, 이미지 센서 제조방법을 제공한다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 이미지 센서는, 컬러 필터층 상에 평탄화 렌즈층과 양면 구면 렌즈를 구비한 렌즈층을 포함할 수 있다. 또한, 평탄화 렌즈층과 양면 구면 렌즈의 하면 구면 렌즈와 상면 구면 렌즈는 서로 다른 굴절률의 물질로 형성될 수 있다. 그에 따라, 본 발명의 기술적 사상에 의한 이미지 센서는 서로 다른 굴절률의 물질로 구성된 렌즈층에 기초하여 집광 효율을 크게 향상시키고, 또한, 광학적 크로스토크를 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 대한 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 이미지 센서에서의 양면 구면 렌즈를 확대하여 보여주는 단면도 및 평면도이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시예들에 따른 이미지 센서에 대한 단면도들이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예들에 따른 이미지 센서에 대한 단면도들이다.
도 5a 내지 도 5m은 도 1의 이미지 센서의 제조방법의 과정을 개략적으로 보여주는 단면도들이다.
도 6a 내지 도 6e는 도 3a의 이미지 센서의 제조방법의 과정을 개략적으로 보여주는 단면도들이다.
도 7a 내지 도 7d는 도 3b의 이미지 센서의 제조방법의 과정을 개략적으로 보여주는 단면도들이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고, 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 대한 단면도이고, 도 2a 및 도 2b는 도 1의 이미지 센서에서의 양면 구면 렌즈를 확대하여 보여주는 단면도 및 평면도이다.
도 1 내지 도 2b를 참조하면, 본 실시예의 이미지 센서(100)는 기판(101), 포토다이오드(Photo Diode: PD), 픽셀 분리 구조체(110), 다중 배선층(140), 컬러 필터층(160), 및 렌즈층(170)을 포함할 수 있다.
기판(101)은 실리콘 벌크(bulk) 웨이퍼, 또는 에피택셜(Epitaxial) 웨이퍼로 형성될 수 있다. 에피택셜 웨이퍼는 벌크 기판에 에피텍셜 공정으로 성장시킨 결정성 물질층, 즉 에피텍셜층을 포함할 수 있다. 기판(101)은 벌크 웨이퍼 또는 에피택셜 웨이퍼에 한하지 않고, 폴리시드(polished) 웨이퍼, 열처리된(Annealed) 웨이퍼, SOI(Silicon On Insulator) 웨이퍼 등 다양한 웨이퍼들을 이용하여 형성될 수 있다.
기판(101)은 전면(front side: FS)과 후면(back side: BS)을 구비할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전면(FS) 상에는 다중 배선층(140)이 배치되고, 후면(BS) 상에는 컬러 필터층(160)과 렌즈층(170)이 배치될 수 있다. 광은 렌즈층(170)이 배치된 후면(BS)으로 입사될 수 있다. 이와 같이, 광이 기판(101)의 후면(BS)으로 입사되는 구조의 이미지 센서를 BSI(Back Side Illumination) 이미지 센서라 한다. 반면에, 광이 기판(101)의 전면(FS)으로 입사되는 구조의 이미지 센서를 FSI(Frond Side Illumination) 이미지 센서라 한다.
기판(101) 내에는 다수의 픽셀들을 포함한 픽셀 영역, 또는 액티브 픽셀 센서(Active Pixel Sensor: APS) 영역이 배치될 수 있다. APS 영역의 수평 단면은 직사각형 형태를 가질 수 있다. 그러나 APS 영역의 수평 단면이 직사각형 형태에 한정되는 것은 아니다. 한편, APS 영역의 외부에는 주변 회로 영역이 배치될 수 있다. 실시예에 따라, 이미지 센서는 다중 적층 칩 구조를 가질 수 있다. 다중 적층 칩 구조의 경우, 어느 하나의 칩에 APS 영역이 형성되고 다른 칩에 주변 회로 영역이 형성되어 관통 콘택 등을 통해 서로 연결될 수도 있다.
픽셀들 각각은 입사광을 흡수하여 광량에 대응하는 전하를 생성 및 축적할 수 있다. 픽셀들 각각은 기판(101) 내에 형성된 포토다이오드(Photo Diode: PD)와 웰 영역(PW)을 포함할 수 있다. 포토다이오드(PD)와 웰 영역(PW)은 기판(101)의 APS 영역에 이온 주입 공정을 통해 형성될 수 있다. 예컨대, 기판(101)이 P형 에피택셜 웨이퍼를 기반으로 하는 경우, 포토다이오드(PD)에는 N형의 불순물이 도핑될 수 있고, 웰 영역(PW)에는 P형의 불순물이 도핑될 수 있다. 실시예에 따라, 웰 영역(PW)으로의 P형 불순물의 도핑은 생략될 수 있다. 포토다이오드(PD)는 기판(101)의 전면(FS)에서부터 후면(BS)까지 상대적으로 깊게 형성될 수 있다. 한편, 웰 영역(PW)은 기판(101)의 전면(FS)에 상대적으로 얕게 형성될 수 있다.
픽셀들 각각은 포토다이오드(PD)와 4개의 트랜지스터, 예컨대, 트랜스퍼 트랜지스터(transfer transistor), 소스 팔로워 트랜지스터(source follower transistor), 리셋 트랜지스터(reset transistor), 선택 트랜지스터(selection transistor)를 포함할 수 있다. 그러나 픽셀들 각각의 트랜지스터의 개수가 4개에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 실시예에 따라, 픽셀들은 공유 픽셀 구조를 가질 수 있고, 그러한 공유 픽셀 구조에서는 트랜스퍼 트랜지스터를 제외한 다른 트랜지스터들을 픽셀들이 서로 공유하여 사용할 수 있다.
이미지 센서의 동작을 간단히 설명하면 다음과 같다. 먼저, 광이 차단된 상태에서 리셋 트랜지스터의 드레인과 소스 팔로워 트랜지스터의 드레인에 전원 전압을 인가하여 부유확산(floating diffusion) 영역에 잔류하는 전하들을 방출시킨다. 그 후, 리셋 트랜지스터를 오프(off) 시키고, 외부로부터 광을 포토다이오드(PD)에 입사시키면, 포토다이오드(PD)에서 전자-정공 쌍이 생성된다. 정공은 P형 불순물 주입 영역 쪽으로 이동하고, 전자는 N형 불순물 주입 영역으로 이동한다. 이후, 트랜스퍼 트랜지스터를 온(on) 시키면, 전하는 부유확산 영역으로 전달되어 축적된다. 축적된 전하량에 비례하여 소스 팔로워 트랜지스터의 게이트 바이어스 전압이 변하고, 소스 팔로워 트랜지스터의 소스 전위의 변화가 일어난다. 이때, 선택 트랜지스터를 온 시킴으로써, 선택 트랜지스터의 소스 영역에 연결된 칼럼 라인을 통해 전하에 의한 신호를 읽을 수 있다.
픽셀 분리 구조체(110)는 기판(101)에 배치되어 픽셀들을 전기적으로 서로 분리시킬 수 있다. 픽셀 분리 구조체(110)는 픽셀들의 2차원 어레이 구조에 대응하여, 평면상으로 볼 때 그물망 또는 격자 구조를 가질 수 있다. 또한, 픽셀 분리 구조체(110)는 기판(101)의 두께에 대응하는 깊이를 가질 수 있다. 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이 픽셀 분리 구조체(110)는 기판(101)의 전면(FS)과 후면(BS)을 연결할 수 있다. 픽셀 분리 구조체(110)는 차후에 설명하는 얇은 트렌치 분리(Shallow Trench Isolation: STI)층과 구별하여 깊은 트렌치 분리(Deep Trench Isolation: DTI)층이라고도 한다.
픽셀 분리 구조체(110)는 측벽 절연층(111)과 측벽 절연층(111) 내에 배치된 도전층(113)을 포함할 수 있다. 측벽 절연층(111)은 기판(101)과 굴절률이 다른 절연물질로 형성될 수 있다. 예컨대, 측벽 절연층(111)은 실리콘 산화막, 실리콘질화막 및 실리콘산화질화막 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 본 실시예의 이미지 센서(100)에서, 측벽 절연층(111)은 기판(101)의 전면(FS)에서부터 후면(BS)까지 연장하여 형성될 수 있다.
도전층(113)은 폴리실리콘(Poly-Si) 또는 불순물이 도핑된 폴리실리콘(Doped Poly-Si) 등으로 형성될 수 있다. 그러나 도전층(113)의 재질이 전술한 물질들에 한정되는 것은 아니다. 도전층(113)은 측벽 절연층(111) 내부의 트렌치를 갭필(gap fill) 할 수 있는 모든 도전물질로 형성될 수 있다. 예컨대, 도전층(113)은 메탈, 메탈실리사이드, 메탈함유 도전물질 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 이러한 도전층(113)에 수직 콘택(142)과 배선층(141, 143)을 통해 그라운드나 마이너스 전압이 인가됨으로써, 측벽 절연층(111)의 표면에 존재할 수 있는 정공들이 고정되어 암전류 특성이 개선될 수 있다.
한편, 픽셀 분리 구조체(110)는 격자 구조로 일체로 연결된 구조를 가질 수 있다. 또한, 도전층(113) 역시 그물망 구조로 일체로 연결된 구조를 가질 수 있다. 따라서, 도전층(113)은 전기적으로 하나의 몸체 구조를 가질 수 있다. 다시 말해서, 도전층(113)의 어느 한 부분에 전기가 인가되면 도전층(113) 전체에 전기가 인가될 수 있다. 그러나 실시예에 따라, 도전층(113)은 일체로 연결되지 않고, 개별적으로 서로 분리된 구조를 가질 수도 있다.
픽셀 분리 구조체(110)는 기판(101)의 전면(FS)에서 후면(BS)까지 걸쳐 형성되고, 그에 따라 픽셀들이 서로 분리됨으로써, 경사지게 입사되는 광에 의한 크로스토크, 예컨대 광학적 크로스토크가 방지될 수 있다. 포토다이오드(PD)는 픽셀 분리 구조체(110)부터 이격되어 형성되거나, 또는 픽셀 분리 구조체(110)에 인접하여 형성될 수 있다. 포토다이오드(PD)가 픽셀 분리 구조체(110)에 인접하여 형성되는 경우, 포토다이오드(PD)의 면적이 각 픽셀의 면적과 실질적으로 동일하게 되어, 수광 면적이 넓어져 필 팩터(fill factor)가 향상되고, 그에 따라. QE(Quantum Efficiency)가 향상될 수 있다.
기판(101)의 전면(FS) 쪽의 포토다이오드(PD) 상부에는 웰 영역(PW)이 배치 되고, 웰 영역(PW) 상에 트랜지스터들(Tr)이 배치될 수 있다. 도 1에서, 트랜지스터들(Tr)의 게이트 전극(105)만이 간단히 도시되고 있다. 웰 영역(PW)에는 STI층(103a, 103b)이 배치되어 트랜지스터들(Tr)의 활성 영역이 정의될 수 있다. 예컨대, 트랜지스터들(Tr)의 활성 영역은 웰 영역(PW)에 형성된 고농도 도핑 영역으로서, 소스/드레인 영역일 수 있다. STI층(103a, 103b)은 픽셀 분리 구조체(110)보다 얕은 깊이를 가질 수 있다. 일부 영역에서 STI층(103a)과 픽셀 분리 구조체(110)는 서로 결합할 수 있다. 예컨대, 픽셀 분리 구조체(110)는 STI층(103a)을 관통하는 구조로 STI층(103a)과 결합할 수 있다.
기판(101)의 후면(BS) 쪽에는 후면 절연층(150)이 배치될 수 있다. 후면 절연층(150)은, 예컨대, 평탄화용 절연층일 수 있다. 후면 절연층(150)은 상부에 배치되는 컬러 필터층(160) 및 렌즈층(170)을 균일한 높이로 유지하기 위하여 배치될 수 있다. 실시예에 따라, 후면 절연층(150)은 상면 및/또는 하면 상에 픽셀들로 입사하는 광의 반사를 방지하는 반사 방지층을 포함할 수 있다. 예컨대, 반사 방지층은 하프늄옥사이드(HfOx)로 형성될 수 있다. 그러나 반사 방지층의 재질이 그에 한정되는 것은 아니다.
후면 절연층(150) 상에 컬러 필터층(160)이 배치될 수 있다. 컬러 필터층(160)은 메탈 격자(162, metal grid)와 컬러 필터들(164)을 포함할 수 있다. 메탈 격자(162)는 컬러 필터들(164)을 서로 분리할 수 있다. 메탈 격자(162)는 예컨대, W, Al, TiN, 또는 Ti나 Ta를 포함하는 Al 화합물 등의 물질로 형성될 수 있다. 물론, 메탈 격자(162)의 재질이 상기 물질들에 한정되는 것은 아니다.
컬러 필터(164)는 픽셀들에 대응하여 어레이 구조로 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 컬러 필터(164)는 레드 필터, 그린 필터 및 블루 필터를 포함하는 베이어 패턴(Bayer pattern) 구조를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 컬러 필터(164)는 옐로우 필터, 마젠타 필터 및 시안 필터를 포함할 수 있다. 또한, 컬러 필터(164)는 화이트 필터를 추가적으로 구비할 수도 있다.
컬러 필터층(160) 상에 렌즈층(170)이 배치될 수 있다. 렌즈층(170)은 평탄화 렌즈층(172)과 양면 구면 렌즈(174)를 포함할 수 있다.
평탄화 렌즈층(172)은 양면 구면 렌즈(174)를 수용할 수 있는 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 평탄화 렌즈층(172)은 양면 구면 렌즈(174)의 하면, 즉 하면 구면 렌즈(174-1)의 하부로 볼록한 형태에 대응하여 하부로 오목한 오목부들을 포함할 수 있다. 이러한 형태의 평탄화 렌즈층(172)은 제1 리플로우 패턴(도 5e의 180 참조)을 이용한 에치백(etchback) 공정을 통해 형성될 수 있다. 평탄화 렌즈층(172)의 형성 과정에 대해서는 차후 도 5a 내지 도 5m의 이미지 센서 제조방법의 설명 부분에서 좀더 상세히 설명한다.
양면 구면 렌즈(174)는 하부층을 구성하는 하면 구면 렌즈(174-1)와 상부층을 구성하는 상면 구면 렌즈(174-2)를 포함할 수 있다. 도 1 및 도 2a에 도시된 바와 같이, 하면 구면 렌즈(174-1)는 하부로 볼록한 반구 형태를 가지며, 상면 구면 렌즈(174-2)는 상부로 볼록한 반구 형태를 가질 수 있다. 도 2b는 상면 상에서 본 양면 구면 렌즈(174)에 대한 평면도로서, 하면 구면 렌즈(174-1)와 상면 구면 렌즈(174-2)가 접합된 부분에 대응하여 원의 형태를 가질 수 있다.
하면 구면 렌즈(174-1)와 상면 구면 렌즈(174-2) 서로 다른 물질, 예컨대, 서로 다른 굴절률을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 또한, 도 1 또는 도 2a에 도시된 바와 같이, 하면 구면 렌즈(174-1)와 상면 구면 렌즈(174-2)는 서로 다른 곡률(curvature)을 가질 수 있다. 예컨대, 하면 구면 렌즈(174-1)의 곡률이 상면 구면 렌즈(174-2)의 곡률보다 더 작을 수 있다. 그에 따라, 하면 구면 렌즈(174-1)의 곡률 반경(R1)이 상면 구면 렌즈(174-2)의 곡률 반경(R2)보다 클 수 있다. 여기서, C1과 C2는 곡률 반경들(R1, R2)에 대한 곡률 중심에 해당할 수 있다.
실시예에 따라, 하면 구면 렌즈(174-1)의 곡률과 상면 구면 렌즈(174-2)의 곡률이 실질적으로 동일할 수도 있다. 또한, 하면 구면 렌즈(174-1)의 곡률이 상면 구면 렌즈(174-2)의 곡률보다 클 수도 있다. 본 실시예의 이미지 센서(100)에서, 입사되는 광이 해당 픽셀로 가장 효율적으로 입사될 수 있도록, 이하에서 설명하는 굴절률과 함께, 양면 구면 렌즈(174)를 구성하는 하면 구면 렌즈(174-1)와 상면 구면 렌즈(174-2) 각각의 곡률이 적절히 설정될 수 있다.
광이 굴절률이 다른 물질의 경계면에 경사 입사될 때, 굴절 법칙, 즉 스넬의 법칙에 따라 경계면에서 굴절하게 된다. 예컨대, 광이 낮은 굴절률(n1)의 물질로부터 높은 굴절률(n2)의 물질로 경사 입사되고, 경계면에 수직인 법선에 대해 입사각(θi)과 굴절각(θi)이 정의될 때, 굴절 법칙에 의해 n1*sin(θi) = n2*sin(θt)이 성립하므로, θi > θt가 되어 광은 경계면을 통과하면서 법선 쪽으로 꺽이게 된다.
본 실시예의 이미지 센서(100)에서는, 굴절 법칙에 기초하여, 평탄화 렌즈층(172) 상에 양면 구면 렌즈(174)가 배치된 구조를 가질 수 있다. 또한, 평탄화 렌즈층(172)과 양면 구면 렌즈(174)의 하면 구면 렌즈(174-1)와 상면 구면 렌즈(174-2) 각각의 굴절률이 적절히 조절됨으로써, 입사되는 광이 해당 픽셀에 보다 효율적으로 집광될 수 있다.
좀더 구체적으로 설명하면, 본 실시예의 이미지 센서(100)에서, 굴절률은 평탄화 렌즈층(172), 상면 구면 렌즈(174-2), 및 하면 구면 렌즈(174-1) 순으로 높을 수 있다. 이러한 순서의 굴절률 크기를 갖는 경우, 도 1의 왼쪽의 화살표들로 표시된 바와 같이, 양면 구면 렌즈(174)의 중심 부분으로 거의 수직하게 입사하는 광은 렌즈층(170)의 경계 부분들에서 굴절되어 해당 픽셀의 중심 부분으로 입사됨으로써, 집광 효율이 향상될 수 있다. 또한, 오른쪽의 화살표들로 표시된 바와 같이 양면 구면 렌즈(174)로 사입사 된 광의 경우도 경계 부분들에서 굴절됨으로써, 인접하는 다른 픽셀로 넘어가지 않고 해당 픽셀로 입사될 수 있다. 다시 말해서, 기존의 이미지 센서의 렌즈층과 같이, 하나의 굴절률의 동일 물질로 렌즈층이 형성되는 경우, 광은 공기와 렌즈층과의 경계에서만 한번 굴절되고, 그에 따라, 사입사 된 광은 해당 픽셀에 입사되지 못하고 인접하는 다른 픽셀로 입사되는 광학적 크로스토크가 유발될 수 있다. 그러나 본 실시예의 이미지 센서(100)에서는 양면 구면 렌즈(174)를 채용하고, 또한, 평탄화 렌즈층(172)을 비롯하여 양면 구면 렌즈(174)의 하면 구면 렌즈(174-1)와 상면 구면 렌즈(174-2)의 굴절률을 각각 다르게 함으로써, 광이 해당 픽셀로 효율적으로 집광되도록 할 수 있고, 또한 광학적 크로스토크를 최소화할 수 있다. 따라서, 이미지 센서의 불량을 최소화할 수 있다.
구체적으로 예를 들면, 평탄화 렌즈층(172)은 1.2 ~ 1.8 정도의 굴절률을 가지며, 폴리이미드(polyimide)나 SiO2 등으로 형성될 수 있다. 또한, 하면 구면 렌즈(174-1)는 1.8 내지 2.5 정도의 굴절률을 가지며, 폴리이미드, SiN, SiO2, SiON, HfOx, TiO2 등으로 형성될 수 있다. 한편, 상면 구면 렌즈는 1.4 내지 1.8 정도의 굴절률을 가지며, 폴리이미드, SiO2, Al2O3 등으로 형성될 수 있다. 물론, 평탄화 렌즈층(172), 하면 구면 렌즈(174-1), 및 상면 구면 렌즈(174-2) 각각의 굴절률과 재질이 전술한 수치나 물질들에 한정되는 것은 아니다.
참고로, 폴리이미드(polyimide)는 성분과 합성 방법에 따라 굴절률이 다양할 수 있다. 예컨대, 폴리이미드는 1.5 내지 1.89 정도의 굴절률을 가질 수 있다. SiO2의 굴절률은 1.457 정도이고, SiN의 굴절률은 2.023 정도이며, SiON는 SiO2와 SiN의 사이의 굴절률을 가질 수 있다. 한편, HfOx의 굴절률은 1.910 정도이고, TiO2Al의 굴절률은 2.874(rutile), 2.493(amorphous) 정도이며, Al2O3의 굴절률은 1.770 정도이다. 한편, 굴절률은 광의 파장에 따라 달라지며, 전술한 굴절률들은 632.8㎚ 파장을 기준으로 한 수치들이다.
한편, 기판(101)의 전면(FS) 상에는 층간 절연층(130)과 다중 배선층(140)이 배치될 수 있다. 층간 절연층(130)은 다중층으로 형성될 수 있다. 예컨대, 층간 절연층(130)은 제1 내지 제3 절연층(131, 133, 135)을 포함할 수 있다. 물론, 층간 절연층(130)의 층수가 3개에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 층간 절연층(130)은 4 중층 이상으로 형성될 수 있다.
다중 배선층(140)은 복수 층의 배선층을 포함할 수 있다. 예컨대, 다중 배선층(140)은 제1 절연층(131) 상의 제1 배선층(141)과 제2 절연층(133) 상의 제2 배선층(143)을 포함할 수 있다. 물론, 다중 배선층(140)의 층수가 2 중층에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 다중 배선층(140)은 층간 절연층(130)의 층수에 기초하여, 3 중층 이상의 배선층을 포함할 수 있다. 다중 배선층(140)의 제1 및 제2 배선층들(141,143)은 수직 콘택(142)을 통해 서로 전기적으로 연결되고, 또한, 기판(101)의 활성 영역들과 픽셀 분리 구조체(110)의 도전층(113)에 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 다중 배선층(140)은 APS 영역 외부의 주변 회로 영역으로 확장할 수 있다.
본 실시예의 이미지 센서(100)는, 컬러 필터층(160) 상에 평탄화 렌즈층(172)과 양면 구면 렌즈(174)를 구비한 렌즈층(170)을 포함할 수 있다. 또한, 평탄화 렌즈층(172)과 양면 구면 렌즈(174)의 하면 구면 렌즈(174-1)와 상면 구면 렌즈(174-2)는 서로 다른 굴절률의 물질로 형성될 수 있다. 그에 따라, 본 실시예의 이미지 센서(100)는 서로 다른 굴절률의 물질로 구성된 렌즈층(170)에 기초하여 집광 효율을 크게 향상시키고, 또한, 광학적 크로스토크를 최소할 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시예들에 따른 이미지 센서에 대한 단면도들이다. 도 1 내지 도 2b의 설명 부분에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
도 3a를 참조하면, 본 실시예의 이미지 센서(100a)는 렌즈층(170a)의 구조에서 도 1의 이미지 센서(100)와 다를 수 있다. 구체적으로, 본 실시예의 이미지 센서(100a)에서, 렌즈층(170a)은 평탄화 렌즈층(172)과 양면 구면 렌즈(174a)를 포함하되, 양면 구면 렌즈(174a)는 중간 렌즈(174-3)를 더 포함할 수 있다. 즉, 양면 구면 렌즈(174a)는 하부층을 구성하는 하면 구면 렌즈(174-1), 상부층을 구성하는 상면 구면 렌즈(174-2), 및 하면 구면 렌즈(174-1)와 상면 구면 렌즈(174-2) 사이에 중간층을 구성하는 중간 렌즈(174-3)를 포함할 수 있다.
중간 렌즈(174-3)는 하면 구면 렌즈(174-1)와 상면 구면 렌즈(174-2) 사이의 굴절률을 가질 수 있다. 다시 말해서, 본 실시예의 이미지 센서(100a)의 양면 구면 렌즈(174a)에서, 굴절률은 상면 구면 렌즈(174-2), 중간 렌즈(174-3), 및 하면 구면 렌즈(174-1) 순으로 높을 수 있다. 전술한 바와 같이, 평탄화 렌즈층(172)의 굴절률은 상면 구면 렌즈(174-2)의 굴절률보다 낮을 수 있다.
또한, 중간 렌즈(174-3)은, 하면 구면 렌즈(174-1)와 상면 구면 렌즈(174-2)에 대해 예시한 물질들 중 어느 하나의 물질로 형성될 수 있다. 중간 렌즈(174-3)는, 도 3a에 도시된 바와 같이, 평판 형태로 균일한 두께로 형성될 수 있다. 다시 말해서, 중간 렌즈(174-3)는 하나의 평판 형태로 일체형으로 형성되고, 전체 평판의 일부분들 각각이 중간 렌즈(174-3)로서, 양면 구면 렌즈(174a)를 구성할 수 있다.
한편, 중간 렌즈(174-3)는 하면 구면 렌즈(174-1)나 상면 구면 렌즈(174-2)에 비해 비교적 얇은 두께로 형성될 수 있다. 예컨대, 하면 구면 렌즈(174-1)나 상면 구면 렌즈(174-2)가 500㎚ 정도의 두께로 형성된다고 할 때, 중간 렌즈(174-3)는 100㎚ 이하의 수십 ㎚ 정도의 두께로 형성될 수 있다. 이러한 중간 렌즈(174-3)는 굴절에 의한 집광 효율의 증가보다는 반사 방지를 통한 집광 효율 증가에 기여할 수 있다. 예컨대, 중간 렌즈(174-3)는 반사 방지막일 수 있고, SiON, HfOx 등으로 형성될 수 있다. 그러나 중간 렌즈(174-3)의 기능과 재질이 그에 한정되는 것은 아니다.
도 3b를 참조하면, 본 실시예의 본 실시예의 이미지 센서(100b)는 렌즈층(170b)의 구조에서 도 1의 이미지 센서(100)와 다를 수 있다. 구체적으로, 본 실시예의 이미지 센서(100b)에서, 렌즈층(170b)은 평탄화 렌즈층(172)과 양면 구면 렌즈(174b)를 포함하되, 양면 구면 렌즈(174b)는 중간 렌즈(174-3)와 덮개 렌즈(174-4)를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 실시예의 이미지 센서(100b)에서, 상면 구면 렌즈(174-2a)의 사이즈는 하면 구면 렌즈(174-1)에 비해 작을 수 있고, 상면 구면 렌즈(174-2a)와 덮개 렌즈(174-4)를 합친 사이즈가 하면 구면 렌즈(174-1)의 사이즈에 대응할 수 있다. 예컨대, 상면 구면 렌즈(174-2a)의 하면의 사이즈는 하면 구면 렌즈(174-1)의 상면의 사이즈보다 작을 수 있다. 또한, 덮개 렌즈(174-4)의 하면의 외곽 쪽의 지름이 하면 구면 렌즈(174-1)의 상면의 지름과 실질적으로 동일할 수 있다. 여기서, 덮개 렌즈(174-4)의 하면은 도넛 형태를 가지며, 외곽 쪽 지름과 내곽 쪽 지름을 가질 수 있다. 도 1의 이미지 센서(100)와 비교할 때, 상면 구면 렌즈(174-2a)와 덮개 렌즈(174-4)가 합쳐진 구조가 도 1의 이미지 센서(100)의 상면 구면 렌즈(174-2)에 해당할 수 있다.
덮개 렌즈(174-4)는 상면 구면 렌즈(174-2a)를 균일한 두께로 덮을 수 있다. 그에 따라, 덮개 렌즈(174-4)는 중심이 빈 반구 형태를 가질 수 있다. 덮개 렌즈(174-4)는 비교적 얇은 두께로 형성되고, 또한 낮은 굴절률의 물질로 형성될 수 있다. 예컨대, 덮개 렌즈(174-4)는 100㎚ 정도의 두께로 형성되고, 1.0 ~ 1.4 정도의 매우 낮은 굴절률을 가질 수 있다. 이러한 덮개 렌즈(174-4)는, 예컨대, 폴리이미드나 SiO2 등으로 형성될 수 있다. 물론, 덮개 렌즈(174-4)의 두께, 굴절률, 및 재질이 전술한 내용들에 한정되는 것은 아니다.
일반적으로 굴절률 차이가 클수록 반사가 크게 발생할 수 있다. 따라서, 공기와 굴절률 차이가 작은 낮은 굴절률의 덮개 렌즈(174-4)를 양면 구면 렌즈(174b)의 최외곽 쪽에 배치함으로써, 반사를 최소화할 수 있다. 다시 말해서, 덮개 렌즈(174-4)는 반사 방지막의 기능을 할 수 있다. 결국, 본 실시예의 이미지 센서(100b)에서, 양면 구면 렌즈(174b)는 입사되는 광의 반사를 최소화하면서 집광 효율을 최대화하고 또한 광학적 크로스토크를 최소할 수 있다.
도 3c를 참조하면, 본 실시예의 본 실시예의 이미지 센서(100c)는 렌즈층(170c)의 구조에서 도 1의 이미지 센서(100)와 다를 수 있다. 구체적으로, 본 실시예의 이미지 센서(100c)에서, 렌즈층(170c)은 평탄화 렌즈층(172)과 양면 구면 렌즈(174c)를 포함하되, 양면 구면 렌즈(174c)는 덮개 렌즈(174-4)를 더 포함할 수 있다. 또한, 본 실시예의 이미지 센서(100c)의 양면 구면 렌즈(174c)는 도 3b의 이미지 센서(100b)의 양면 구면 렌즈(174b)와 비교할 때, 중간 렌즈가 생략된 구조에 해당할 수 있다.
상면 구면 렌즈(174-2a) 및 덮개 렌즈(174-4)에 대해서는, 도 3b의 이미지 센서(100b)의 양면 구면 렌즈(174b)에 대해 설명한 바와 같다. 한편, 도 3a의 이미지 센서(100a)에서 설명한 바와 같이, 중간 렌즈(174-3)는 반사 방지막을 기능을 할 수 있고, 또한, 도 3b의 이미지 센서(100b)에서 설명한 바와 같이, 덮개 렌즈(174-4) 역시 반사 방지막의 기능을 할 수 있다. 따라서, 둘 중 어느 하나가 반사 방지의 기능을 효율적으로 수행할 수 있는 경우에, 다른 하나를 생략함으로써, 양면 구면 렌즈(174c) 구조를 단순화하여 양면 구면 렌즈(174c)에 대한 제조 공정을 용이하게 할 수 있다. 결과적으로, 이미지 센서의 제조 비용과 시간을 감소시킬 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예들에 따른 이미지 센서에 대한 단면도들이다. 도 1 내지 도 3c에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
도 4a를 참조하면, 본 실시예의 이미지 센서(100d)는 픽셀 분리 구조체(110a)의 구조에서, 도 1의 이미지 센서(100)와 다를 수 있다. 구체적으로, 본 실시예의 이미지 센서(100d)에서, 픽셀 분리 구조체(110a)는 STI층(103a)을 관통하지 않고, STI층(103a)의 상면에 접하는 구조를 가질 수 있다. 또한, 픽셀 분리 구조체(110a)가 STI층(103a)의 상면에 접합함에 따라, 수직 콘택(142)은 제1 절연층(131)과 STI층(103a)을 관통하는 구조로 픽셀 분리 구조체(110a)의 도전층(113a)에 연결될 수 있다.
본 실시예의 이미지 센서(100d)의 렌즈층(170)은, 도 1의 이미지 센서(100)의 렌즈층(170)과 실질적으로 동일한 구조를 가질 수 있다. 그에 따라, 렌즈층(170)은 평탄화 렌즈층(172)과 양면 구면 렌즈(174)를 포함하고, 또한, 양면 구면 렌즈(174)는 하면 구면 렌즈(174-1)와 상면 구면 렌즈(174-2)를 포함할 수 있다. 그러나 본 실시예의 이미지 센서(100d)의 렌즈층(170)의 구조가, 도 1의 이미지 센서(100)의 렌즈층(170)의 구조에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 본 실시예의 이미지 센서(100d)에서 렌즈층(170)의 구조는, 도 3a 내지 도 3c의 이미지 센서(100a ~ 100c)의 렌즈층(170a ~ 170c)의 구조들 중 어느 하나를 채용할 수 있다.
참고로, 도 1의 이미지 센서(100)의 경우, 기판(101)에 STI층(103a)을 먼저 형성하고, 그 후에 STI층(103a) 부분에 픽셀 분리 구조체(110)를 형성함으로써, 구현될 수 있다. 그에 반해, 도 4a의 이미지 센서(100d)의 경우, 기판(101)에 먼저 픽셀 분리 구조체(110a)를 형성하고, 그 후, 픽셀 분리 구조체(110a) 부분에 STI층(103a)을 형성함으로써, 구현될 수 있다. 한편, 도 1의 이미지 센서(100)와 도 4a의 이미지 센서(100d)는, 모두 기판(101)의 전면(FS) 쪽에서 깊은 트렌치를 형성하고, 깊은 트렌치를 측벽 절연층(111, 111a)과 도전층(113, 113a)으로 채워 픽셀 분리 구조체(110, 110a)를 형성함으로써, 구현될 수 있다.
도 4b를 참조하면, 본 실시예의 이미지 센서(100e)는 픽셀 분리 구조체(110b)의 구조에서, 도 1의 이미지 센서(100)와 다를 수 있다. 구체적으로, 본 실시예의 이미지 센서(100e)에서, 픽셀 분리 구조체(110b)는 STI층(103a)과 결합하지 않는 구조로 형성될 수 있다. 다시 말해서, 픽셀 분리 구조체(110b)는 STI층(103a)이 없는 부분에 형성될 수 있다. 이러한 픽셀 분리 구조체(110b) 역시 기판(101)의 전면(FS) 쪽에서 깊은 트렌치를 형성하고, 깊은 트렌치를 측벽 절연층(111b)과 도전층(113b)으로 채움으로써, 형성될 수 있다.
본 실시예의 이미지 센서(100e)에서도, 렌즈층(170)은, 도 1의 이미지 센서(100)의 렌즈층(170)과 실질적으로 동일한 구조를 가질 수 있다. 그러나 본 실시예의 이미지 센서(100e)의 렌즈층(170)의 구조가, 도 1의 이미지 센서(100)의 렌즈층(170)의 구조에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 본 실시예의 이미지 센서(100e)에서 렌즈층(170)의 구조는, 도 3a 내지 도 3c의 이미지 센서(100a ~ 100c)의 렌즈층(170a ~ 170c)의 구조들 중 어느 하나를 채용할 수 있다.
도 4c를 참조하면, 본 실시예의 이미지 센서(100f)는 픽셀 분리 구조체(110c)의 구조에서, 도 3의 이미지 센서(100)와 다를 수 있다. 구체적으로, 본 실시예의 이미지 센서(100f)에서, 픽셀 분리 구조체(110c)는 STI층(103a)과 결합한 구조로 형성되되, 측벽 절연층(111c)이 도전층(113c)의 측면과 하면을 감싸는 구조를 가질 수 있다. 즉, 측벽 절연층(111c)은 도전층(113c)의 측면으로부터 확장하여 도전층(113c)의 하면을 덮을 수 있다. 그에 따라, 픽셀 분리 구조체(110c)는 도전층(113c) 대신 측벽 절연층(111c)이 기판(101)의 전면(FS) 상에 노출될 수 있다.
또한, 도시하지는 않았지만, 본 실시예의 이미지 센서(100f)에서, 픽셀 분리 구조체(110c)의 측벽 절연층(111c)이 기판(101)의 전면(FS) 상에 노출됨에 따라, 측벽 절연층(111c)을 관통하여 픽셀 분리 구조체(110c)의 도전층(113c)에 연결되는 수직 콘택 및 수직 콘택에 연결되는 배선층이 다중 배선층(140) 내에 형성될 수 있다. 또한, 실시예에 따라, 도전층(113c)에 연결되는 수직 콘택 및 수직 콘택에 연결되는 배선층은 기판(101)의 후면 상에 형성될 수도 있다.
본 실시예의 이미지 센서(100f)에서도, 렌즈층(170)은, 도 1의 이미지 센서(100)의 렌즈층(170)과 실질적으로 동일한 구조를 가질 수 있다. 그러나 본 실시예의 이미지 센서(100f)의 렌즈층(170)의 구조가, 도 1의 이미지 센서(100)의 렌즈층(170)의 구조에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 본 실시예의 이미지 센서(100f)에서 렌즈층(170)의 구조는, 도 3a 내지 도 3c의 이미지 센서(100a ~ 100c)의 렌즈층(170a ~ 170c)의 구조들 중 어느 하나를 채용할 수 있다.
한편, 본 실시예의 이미지 센서(100f) 경우, 기판(101)의 후면(BS) 쪽에서 전면(FS)까지 연장하는 깊은 트렌치를 형성하고, 깊은 트렌치를 측벽 절연층(111c)과 도전층(113c)으로 채워 픽셀 분리 구조체(110c)를 형성함으로써, 구현될 수 있다. 좀더 구체적으로 설명하면, 먼저, 기판(101)의 전면(FS) 쪽에 STI층(103a, 103b)을 형성하고, 이후, 기판(101)의 전면(FS) 쪽에 다중 배선층(140)을 형성한다. 다음, 기판(101)의 후면(BS) 쪽에서 깊은 트렌치를 형성하고, 깊은 트렌치를 측벽 절연층(111c) 및 도전층(113c)으로 채워 픽셀 분리 구조체(110c)를 형성한다. 또한, 도시하지 않았지만, 도전층(113c)에 연결되는 수직 콘택과 배선층을 다중 배선층(140) 내에 형성하거나, 또는 기판(101)의 후면(BS) 상에 형성할 수 있다. 마지막으로, 기판(101)의 후면(BS) 쪽에 후면 절연층(150), 컬러 필터층(160), 및 렌즈층(170)을 형성함으로써, 본 실시예의 이미지 센서(100f)를 구현할 수 있다.
도 4d를 참조하면, 본 실시예의 이미지 센서(100g)는 픽셀 분리 구조체(110d)의 구조에서, 도 4c의 이미지 센서(100f)와 다를 수 있다. 구체적으로, 본 실시예의 이미지 센서(100g)에서, 픽셀 분리 구조체(110d)는 STI층(103a)과 결합하지 않는 구조로 형성될 수 있다. 다시 말해서, 픽셀 분리 구조체(110d)는 STI층(103a)이 없는 부분에 형성될 수 있다. 이러한 픽셀 분리 구조체(110d)는 기판(101)의 후면(BS) 쪽에서 기판(101)의 전면(FS)까지 연장하는 깊은 트렌치를 형성하고, 깊은 트렌치를 측벽 절연층(111d)과 도전층(113d)으로 채움으로써, 형성할 수 있다.
본 실시예의 이미지 센서(100g)에서도, 렌즈층(170)은, 도 1의 이미지 센서(100)의 렌즈층(170)과 실질적으로 동일한 구조를 가질 수 있다. 그러나 본 실시예의 이미지 센서(100g)의 렌즈층(170)의 구조가, 도 1의 이미지 센서(100)의 렌즈층(170)의 구조에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 본 실시예의 이미지 센서(100g)에서 렌즈층(170)의 구조는, 도 3a 내지 도 3c의 이미지 센서(100a ~ 100c)의 렌즈층(170a ~ 170c)의 구조들 중 어느 하나를 채용할 수 있다.
지금까지 다양한 구조의 이미지 센서들에 대해 설명하였지만, 본 발명의 기술적 사상이 예시된 이미지 센서들의 구조에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 집광 효율을 향상시키고 광학적 크로스토크를 방지하기 위하여, 렌즈층이 양면 구면 렌즈를 포함하고, 또한, 양면 구면 렌즈가 서로 다른 굴절률의 적어도 2개의 물질층으로 형성된 구조를 포함하는 이미지 센서는, 본 발명의 기술적 사상에 속한다고 할 것이다.
도 5a 내지 도 5m은 도 1의 이미지 센서의 제조방법의 과정을 개략적으로 보여주는 단면도들이다. 도 1을 함께 참조하여 설명하고, 도 1에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
도 5a를 참조하면, 먼저, 앞서 잠깐 설명한 바와 같이 기판(101)에 STI층(103a)을 형성하고, 그 후에 STI층(103a) 부분을 관통하는 픽셀 분리 구조체(110)를 형성한다. 한편, STI층(103a, 103b)을 형성하기 전에, 기판(101)에 불순물을 도핑하여 포토다이오드(PD)와 웰 영역(PW)을 형성할 수 있다. 또한, STI층(103a, 103b)을 형성하는 과정에서, 기판(101)의 전면 상에 활성 영역을 정의하고, 게이트 전극(105)을 형성하여 픽셀 내에 트랜지스터들(Tr)을 형성할 수 있다. 픽셀 분리 구조체는 기판(101)의 전면(FS)에서 소정 깊이의 트렌치를 형성하고, 트렌치 내부를 측벽 절연층(111)과 도전층(113)으로 채워 형성할 수 있다.
도 5b를 참조하면, 픽셀 분리 구조체(110) 형성 후, 기판(101)의 전면(FS) 상에 층간 절연층(130)과 다중 배선층(140)을 형성한다. 다중 배선층(140)은 픽셀 분리 구조체(110)의 도전층(113)에 연결되는 수직 콘택(142)과 그에 연결된 제1 배선층(141)을 포함할 수 있다. 이후 기판(101)의 후면(BS')을 연마하여 기판(101)을 얇게 한다. 기판(101)의 후면(BS')의 연마를 통해 픽셀 분리 구조체(110)의 도전층(113)이 노출되고, 기판(101)의 후면(BS)이 새롭게 정의될 수 있다.
도 5c를 참조하면, 이후, 기판(101)의 후면 상에 후면 절연층(150), 및 컬러 필터층(160)을 형성한다. 컬러 필터층(160)은 메탈 격자(162)와 컬러 필터(164)를 포함할 수 있다.
도 5d를 참조하면, 계속해서, 컬러 필터층(160) 상에 제1 물질층(172-1)을 형성한다. 제1 물질층(172-1)은 평탄화 렌즈층(172)을 형성하기 위한 물질층으로서, 전술한 바와 같이, 1.2 ~ 1.8 정도의 굴절률을 갖는 물질, 예컨대, 폴리이미드나 SiO2 등으로 형성될 수 있다. 물론, 제1 물질층(172-1)의 굴절률이나 재질이 그에 한정되는 것은 아니다. 한편, 제1 물질층(172-1)은 평탄화를 위해 비교적 두껍게 형성하거나 또는 점도가 낮은 물질로 형성할 수 있다.
도 5e를 참조하면, 제1 물질층(172-1) 상에 제1 마스크 패턴(180)을 형성한다. 제1 마스크 패턴(180)은 포토 공정을 통해 형성하고, 감광성 레지스트, 예컨대 실리콘산화막 계열의 감광성 레지스트로 형성할 수 있다. 제1 마스크 패턴(180)은 도 5e에 도시된 바와 같이, 메탈 격자(162)에 대응하는 위치에 비교적 얇은 폭, 예컨대, 100 ~ 300㎚ 정도의 폭으로 형성할 수 있다.
도 5f를 참조하면, 제1 마스크 패턴(180) 형성 후, 리플로우(reflow) 공정을 진행하여 제1 리플로우 패턴(180a)을 형성한다. 리플로우 공정은, 예컨대, 스텝퍼(stepper)를 이용한 블랭크(blank) 노광을 이용하여 수행할 수 있다. 구체적으로, 스텝퍼를 통해 소정 파장의 광을 제1 마스크 패턴(180)으로 조사하면, 제1 마스크 패턴(180)에 존재하는 PAC(Photo Active Compound) 성분이 분해되고, 이후 열 공정을 진행하면 리플로우가 원활하게 진행될 수 있다. 여기서, 열 공정은, 예컨대, 150℃의 온도에서 5분 정도로 진행할 수 있다. 물론, 열 공정의 온도와 시간이 상기 수치에 한정되는 것은 아니다.
도 5g를 참조하면, 제1 리플로우 패턴(180a)을 마스크로 하여 에치백 공정을 수행하여 평탄화 렌즈층(172)을 형성한다. 에치백 공정은 제1 리플로우 패턴(180a)이 완전히 제거될 때까지 수행할 수 있다. 이러한 제1 리플로우 패턴(180a)을 이용한 에치백 공정을 통해, 평탄화 렌즈층(172)에 하부로 오목한 오목부들(Co)이 형성될 수 있다. 다시 말해서, 에치백 공정 후에, 제1 리플로우 패턴(180a)에 대응하는 평탄화 렌즈층(172)의 부분은 상부로 돌출된 형태를 가지며, 제1 리플로우 패턴(180a) 사이에 대응하는 평탄화 렌즈층(172)의 부분은 오목부(Co) 형태를 가질 수 있다.
도 5h를 참조하면, 평탄화 렌즈층(172) 상에 제2 물질층(174-1a)을 형성한다. 제2 물질층(174-1a)은, 예컨대, 하면 구면 렌즈(174-1)를 형성하기 위한 물질층일 수 있다. 그에 따라, 제2 물질층(174-1a)은 1.8 ~ 2.5 정도의 굴절률을 갖는 물질, 예컨대, 폴리이미드, SiN, SiO2, SiON, HfOx, TiO2 등의 물질로 형성될 수 있다. 물론, 제2 물질층(174-1a)의 굴절률이나 재질이 그에 한정되는 것은 아니다. 한편, 제2 물질층(174-1a)의 상면이 하부의 평탄화 렌즈층(172)의 상면의 형태에 영향을 받지 않을 정도로, 제2 물질층(174-1a)은 비교적 두껍게 형성되거나 또는 점도가 낮은 물질로 형성될 수 있다.
도 5i를 참조하면, 제2 물질층(174-1a)에 대하여 에치백 공정을 수행하여 평탄화 렌즈층(172)의 오목부들(Co)에만 제2 물질층(174-1a)을 남김으로써, 하부로 볼록한 하면 구면 렌즈(174-1)를 형성한다. 한편, 실시예에 따라, 점도가 낮은 제2 물질층(174-1a)으로 평탄화 렌즈층(172)의 오목부들(Co)을 채우고 경화시킴으로써, 하면 구면 렌즈(174-1)를 형성할 수도 있다. 그러한 경우, 에치백 공정이 생략될 수도 있다.
도 5j를 참조하면, 하면 구면 렌즈(174-1) 상에 제3 물질층(174-2b)을 형성한다. 제3 물질층(174-2b)은, 예컨대, 상면 구면 렌즈(174-2)를 형성하기 위한 물질층일 수 있다. 그에 따라, 제3 물질층(174-2b)은 1.4 ~ 1.8 정도의 굴절률을 갖는 물질, 예컨대, 폴리이미드, SiO2, Al2O3 등의 물질로 형성될 수 있다. 물론, 제3 물질층(174-2b)의 굴절률이나 재질이 그에 한정되는 것은 아니다.
도 5k를 참조하면, 제3 물질층(174-2b) 상에 제2 마스크 패턴(182)을 형성한다. 제2 마스크 패턴(182)은 포토 공정을 통해 형성하고, 제1 마스크 패턴(180)과 동일하게 감광성 레지스트로 형성할 수 있다. 한편, 제2 마스크 패턴(182)은 도 5k에 도시된 바와 같이, 하면 구면 렌즈(174-1)에 대응하는 위치에 형성되고, 하면 구면 렌즈(174-1) 사이에 부분, 즉 평탄화 렌즈층(172)의 돌출부에 대응하는 부분에는 형성되지 않을 수 있다. 제2 마스크 패턴(182)은 비교적 넓은 폭, 예컨대, 1000㎚ 정도의 폭으로 형성될 수 있다. 물론, 제2 마스크 패턴(182)의 폭이 그에 한정되는 것은 아니다.
도 5l를 참조하면, 제2 마스크 패턴(182) 형성 후, 리플로우 공정을 진행하여 제2 리플로우 패턴(182a)을 형성한다. 제2 마스크 패턴(182)에 대한 리플로우 공정 역시, 예컨대, 스텝퍼를 이용한 블랭크 노광, 및 열 공정을 진행하여 수행할 수 있다. 도 5l에 도시된 바와 같이, 리플로우 공정을 통해 형성된 제2 리플로우 패턴(182a)은 반구와 유사한 형태를 가지며 서로 분리된 형태를 가질 수 있다. 그러나 실시예에 따라, 제2 리플로우 패턴들(182a)은 서로 접할 수도 있다.
도 5m를 참조하면, 제2 리플로우 패턴(182a)을 마스크로 하여 에치백 공정을 수행하여 상면 구면 렌즈(174-2)를 형성한다. 에치백 공정은 제2 리플로우 패턴(182a)이 완전히 제거될 때까지 수행할 수 있다. 이러한 제2 리플로우 패턴(182a)을 이용한 에치백 공정을 통해, 상면 구면 렌즈(174-2)는 상부로 볼록한 구조를 가질 수 있다. 다시 말해서, 에치백 공정을 통해 제2 리플로우 패턴(182a)의 형태가 그대로 제3 물질층(174-2b)에 전사됨으로써, 제2 리플로우 패턴(182a)과 유사한 형태의 상면 구면 렌즈(174-2)가 형성될 수 있다.
에치백 공정을 통해 상면 구면 렌즈(174-2)를 형성함으로써, 도 1의 이미지 센서(100)를 완성할 수 있다. 즉, 상면 구면 렌즈(174-2)를 형성함으로써, 하면 구면 렌즈(174-1)와 상면 구면 렌즈(174-2)를 구비한 양면 구면 렌즈(174)가 완성되고, 또한, 평탄화 렌즈층(172)과 양면 구면 렌즈(174)를 포함한 렌즈층(170)이 완성될 수 있다.
도 6a 내지 도 6e는 도 3a의 이미지 센서의 제조방법의 과정을 개략적으로 보여주는 단면도들이다. 도 3a를 함께 참조하여 설명하고, 도 3a 및 도 5a 내지 도 5m의 설명 부분에서 이미 설명한 내용을 간단히 설명하거나 생략한다.
도 6a를 참조하면, 먼저, 도 5a 내지 도 5i의 과정을 거쳐 컬러 필터층(160) 상에 평탄화 렌즈층(172)과 하면 구면 렌즈(174-1)를 형성한다. 이후, 하면 구면 렌즈(174-1) 상에 중간 렌즈(174-3)를 형성한다. 중간 렌즈(174-3)는 평판 형태로 일체로 형성되며, 비교적 얇은 두께로 형성될 수 있다.
구체적으로, 중간 렌즈(174-3)는 하면 구면 렌즈(174-1)와 상면 구면 렌즈(174-2) 사이의 굴절률을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 예컨대, 중간 렌즈(174-3)는, 하면 구면 렌즈(174-1)와 상면 구면 렌즈(174-2)에 대해 예시한 물질들 중 어느 하나의 물질로 형성될 수 있다. 물론, 중간 렌즈(174-3)의 재질이 그에 한정되는 것은 아니다. 한편, 중간 렌즈(174-3)는 100㎚ 이하의 수십 ㎚ 정도의 얇은 두께로 형성될 수 있고, 이러한 중간 렌즈(174-3)는 반사 방지를 통해 집광 효율의 향상에 기여할 수 있다.
도 6b를 참조하면, 중간 렌즈(174-3) 상에 제3 물질층(174-2b)을 형성한다. 제3 물질층(174-2b)은, 상면 구면 렌즈(174-2)를 형성하기 위한 물질층일 수 있다. 제3 물질층(174-2b)에 대해서는 도 5j의 설명 부분에서 설명한 바와 같다.
도 6c를 참조하면, 제3 물질층(174-2b) 상에 제2 마스크 패턴(182)을 형성한다. 제2 마스크 패턴(182)은 포토 공정을 통해 형성하고, 감광성 레지스트로 형성할 수 있다. 제2 마스크 패턴(182)의 형성에 대해서는 도 5k의 설명 부분에서 설명한 바와 같다.
도 6d를 참조하면, 제2 마스크 패턴(182) 형성 후, 리플로우 공정을 진행하여 제2 리플로우 패턴(182a)을 형성한다. 제2 리플로우 패턴(182a)의 형성에 대해서는 도 5l의 설명 부분에서 설명한 바와 같다.
도 6e를 참조하면, 제2 리플로우 패턴(182a)을 마스크로 하여 에치백 공정을 수행하여 상면 구면 렌즈(174-2)를 형성한다. 상면 구면 렌즈(174-2)의 형성에 대해서는 도 5m의 설명 부분에서 설명한 바와 같다. 에치백 공정을 통해 상면 구면 렌즈(174-2)를 형성함으로써, 도 3a의 이미지 센서(100a)를 완성할 수 있다. 즉, 상면 구면 렌즈(174-2)를 형성함으로써, 하면 구면 렌즈(174-1), 중간 렌즈(174-3), 및 상면 구면 렌즈(174-2)를 구비한 양면 구면 렌즈(174a)가 완성되고, 또한, 평탄화 렌즈층(172)과 양면 구면 렌즈(174a)를 포함한 렌즈층(170a)이 완성될 수 있다.
도 7a 내지 도 7d는 도 3b의 이미지 센서의 제조방법의 과정을 개략적으로 보여주는 단면도들이다. 도 3b를 함께 참조하여 설명하고, 도 3b 및 도 5a 내지 도 6e의 설명 부분에서 이미 설명한 내용을 간단히 설명하거나 생략한다.
도 7a를 참조하면, 먼저, 도 6a 및 도 6b의 과정을 거쳐, 중간 렌즈(174-3) 상에 제3 물질층(174-2c)을 형성한다. 제3 물질층(174-2c)은 상면 구면 렌즈(174-2a)를 형성하기 위한 물질층이고, 앞서, 도 5j 또는 도 6b의 제3 물질층(174-2b)과 동일한 물질로 형성될 수 있다. 다만, 본 실시예의 이미지 센서 제조방법에서, 제3 물질층(174-2c)은 도 5j 또는 도 6b의 제3 물질층(174-2b)보다는 얇은 두께로 형성될 수 있다. 그러나 실시예에 따라, 제3 물질층(174-2c)은 도 5j 또는 도 6b의 제3 물질층(174-2b)과 실질적으로 동일한 두께로 형성될 수도 있다.
이후, 제3 물질층(174-2c) 상에 제2 마스크 패턴(182')을 형성한다. 제2 마스크 패턴(182')은 도 5k 또는 도 6c의 제2 마스크 패턴(182)과 동일한 재질, 예컨대, 감광성 레지스트로 형성될 수 있다. 다만, 도 7a에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 이미지 센서 제조방법에서, 제2 마스크 패턴(182')은 도 5k 또는 도 6c의 제2 마스크 패턴(182)보다는 작은 사이즈로 형성될 수 있다. 그러나 실시예에 따라, 제2 마스크 패턴(182')은 도 5k 또는 도 6c의 제2 마스크 패턴(182)과 실질적으로 동일한 사이즈로 형성될 수도 있다.
도 7b를 참조하면, 제2 마스크 패턴(182') 형성 후, 리플로우 공정을 진행하여 제2 리플로우 패턴(182a')을 형성한다. 제2 마스크 패턴(182')의 사이즈가 작으므로, 그에 대응하여 제2 리플로우 패턴(182a')의 사이즈도 작을 수 있다. 또한, 제2 마스크 패턴(182')의 작은 사이즈에 대응하여 열 공정의 시간이 짧을 수 있다. 그러나 제2 마스크 패턴(182')이 도 5k 또는 도 6c의 제2 마스크 패턴(182)과 동일한 사이즈로 형성된 경우, 열 공정 시간은 그대로 유지되고, 제2 리플로우 패턴(182a')의 사이즈는 도 5l 또는 도 6d의 제2 리플로우 패턴(182a)의 사이즈와 실질적으로 동일할 수 있다.
도 7c를 참조하면, 제2 리플로우 패턴(182a')을 마스크로 이용하여 에치백 공정을 수행하여, 상면 구면 렌즈(174-2a)를 형성한다. 본 실시예의 이미지 센서 제조방법에서, 제3 물질층(174-2c)의 두께가 작고, 또한 제2 리플로우 패턴(182a')의 사이즈가 작으므로, 상면 구면 렌즈(174-2a)는 도 5m 또는 도 6e의 상면 구면 렌즈(174-2)와 비교하여 작은 사이즈로 형성될 수 있다. 한편, 전술한 바와 같이, 실시예에 따라, 제3 물질층(174-2c)을 두껍게 형성하고, 또한, 제2 리플로우 패턴(182a')의 사이즈를 크게 형성할 수도 있는데, 그러한 실시예들의 경우, 에치백 공정의 시간을 증가시킴으로써, 작은 사이즈의 상면 구면 렌즈(174-2a)를 형성할 수 있다.
도 7d를 참조하면, 상면 구면 렌즈(174-2a) 형성 후, 상면 구면 렌즈(174-2a) 상에 덮개 렌즈(174-4)를 형성한다. 구체적으로 상면 구면 렌즈(174-2a) 상에 덮개 렌즈용 물질층을 균일한 두께로 형성하고 경화시킴으로써, 덮개 렌즈(174-4)를 형성할 수 있다. 덮개 렌즈(174-4)는 비교적 얇은 두께로 형성되고, 또한 낮은 굴절률의 물질로 형성될 수 있다. 예컨대, 덮개 렌즈(174-4)는 100㎚ 정도의 두께로 형성되고, 1.0 ~ 1.4 정도의 굴절률을 갖는 폴리이미드나 SiO2 등으로 형성될 수 있다. 물론, 덮개 렌즈(174-4)의 두께, 굴절률, 및 재질이 전술한 내용들에 한정되는 것은 아니다. 이러한 낮은 굴절률의 얇은 덮개 렌즈(174-4)는 반사 방지막의 기능을 수행할 수 있다.
지금까지, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100, 100a ~ 100g: 이미지 센서, 101: 기판, 103a, 103b: STI층, 105: 게이트 전극, 110: 픽셀 분리 구조체, 111: 측벽 절연층, 113: 도전층, 130: 층간 절연층, 140: 다중 배선층, 150: 후면 절연층, 160: 컬러 필터층, 170: 렌즈층, 172: 평탄화 렌즈층, 174: 양면 구면 렌즈, 174-1: 하면 구면 렌즈, 174-2: 상면 구면 렌즈, 174-3: 중간 렌즈, 174-4: 덮개 렌즈

Claims (20)

  1. 포토다이오드(Photo-Diode: PD)를 각각 구비한 픽셀들이 2차원 어레이 구조로 배치되고, 제1 면과 상기 제1 면에 반대되는 제2 면을 갖는 기판;
    상기 기판의 제1 면 상에 배치된 다중 배선층;
    상기 기판의 제2 면 상에 배치되고, 각각에 픽셀에 대응된 컬러 필터를 구비한 컬러 필터층; 및
    상기 컬러 필터층 상에 배치되고, 상하 양쪽으로 볼록한 양면 구면 렌즈(double-sided spherical lens)를 구비한 렌즈층;을 포함하고,
    상기 양면 구면 렌즈는 서로 다른 굴절률의 적어도 2개의 물질층을 포함하는, 이미지 센서.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 렌즈층은 상기 양면 구면 렌즈의 하부에 평탄화 렌즈층을 더 포함하고,
    상기 평탄화 렌즈층은 상면은 상기 양면 구면 렌즈의 하면에 대응하여 하부로 오목한 오목부들을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 렌즈층은 상기 양면 구면 렌즈의 하부에 평탄화 렌즈층을 더 포함하고,
    상기 양면 구면 렌즈는, 하부층을 구성하는 하면 구면 렌즈와 상부층을 구성하는 상면 구면 렌즈를 포함하며,
    굴절률은 상기 평탄화 렌즈층, 상면 구면 렌즈, 및 하면 구면 렌즈의 순으로 큰 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 양면 구면 렌즈는, 하부층을 구성하는 하면 구면 렌즈, 상부층을 구성하는 상면 구면 렌즈, 및 상기 하면 구면 렌즈와 상면 구면 렌즈 사이에 배치되고 평판 형태의 중간 렌즈를 포함하고,
    상기 하면 구면 렌즈의 굴절률이 상기 상면 구면 렌즈의 굴절률보다 크고,
    상기 중간 렌즈는, 상기 하면 구면 렌즈의 굴절률과 상기 상면 구면 렌즈의 굴절률 사이의 굴절률을 가지며, 균일한 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 렌즈층은 상기 양면 구면 렌즈의 하부에 평탄화 렌즈층을 더 포함하고,
    상기 양면 구면 렌즈는 상기 상면 구면 렌즈를 균일한 두께로 덮는 덮개 렌즈를 더 포함하며,
    굴절률은 상기 덮개 렌즈, 평탄화 렌즈층, 상면 구면 렌즈, 중간 렌즈, 및 하면 구면 렌즈의 순으로 큰 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 양면 구면 렌즈는, 하부층을 구성하는 하면 구면 렌즈와 상부층을 구성하는 상면 구면 렌즈를 포함하고,
    상기 하면 구면 렌즈의 곡률과 상기 상면 구면 렌즈의 곡률은 서로 다른 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 컬러 필터는 메탈 격자(metal grid)에 의해 서로 분리되고,
    상기 픽셀들은 픽셀 분리 구조체에 의해 서로 분리되며,
    상기 양면 구면 렌즈는 광학적 크로스토크(optical crosstalk)을 최소화하도록 상기 적어도 2개의 물질층의 굴절률이 조절된 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 양면 구면 렌즈는 폴리이미드, Al2O3, SiN, SiON, SiO, SiO2, HfOx, 및 TiO2 중 적어도 2개를 이용하여 형성된 것은 특징으로 하는 이미지 센서.
  9. 포토다이오드를 각각 구비한 픽셀들이 2차원 어레이 구조로 배치되고, 제1 면과 상기 제1 면에 반대되는 제2 면을 갖는 기판;
    상기 기판의 제1 면 상에 배치된 다중 배선층;
    상기 기판의 제2 면 상에 배치되고, 각각에 픽셀에 대응된 컬러 필터를 구비한 컬러 필터층;
    상기 필터층 상에 배치된 평탄화 렌즈층; 및
    상기 평탄화 렌즈층 상에 배치되고, 상하 양쪽으로 볼록한 양면 구면 렌즈를 구비한 렌즈층;을 포함하고,
    상기 양면 구면 렌즈는, 하부층을 구성하는 하면 구면 렌즈와 상부층을 구성하는 상면 구면 렌즈를 구비하며,
    굴절률이 상기 평탄화 렌즈층, 상면 구면 렌즈, 및 하면 구면 렌즈 순으로 큰, 이미지 센서.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 양면 구면 렌즈는, 상기 상면 구면 렌즈를 균일한 두께로 덮는 덮개 렌즈와, 상기 상면 구면 렌즈와 하면 구면 렌즈의 사이 및 상기 덮개 렌즈와 하면 구면 렌즈 사이에 배치되고 균일한 두께를 갖는 중간 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  11. 제10 항에 있어서,
    굴절률은 상기 덮개 렌즈, 평탄화 렌즈층, 상면 구면 렌즈, 중간 렌즈, 및 하면 구면 렌즈의 순으로 큰 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 하면 구면 렌즈의 곡률과 상기 상면 구면 렌즈의 곡률은 서로 다른 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  13. 제9 항에 있어서,
    상기 평탄화 층과 상기 양면 구면 렌즈는 폴리이미드, Al2O3, SiN, SiON, SiO, SiO2, HfOx, 및 TiO2 중 적어도 3개를 이용하여 형성된 것은 특징으로 하는 이미지 센서.
  14. 기판 상에 각각 포토다이오드를 구비한 다수의 픽셀들을 형성하는 단계;
    상기 기판의 제1 면 상에 배선층을 형성하는 단계;
    상기 기판의 제2 면 상에 각각의 픽셀에 대응하는 컬러 필터를 구비한 컬러 필터층을 형성하는 단계; 및
    상기 컬러 필터층 상에 상하 양쪽으로 볼록한 양면 구면 렌즈를 구비한 렌즈층을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 양면 구면 렌즈는 서로 다른 굴절률의 적어도 2개의 물질층으로 형성한, 이미지 센서 제조방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 렌즈층을 형성하는 단계는,
    상기 컬러 필터층 상에 평탄화 렌즈층을 형성하는 단계, 및
    상기 평탄화 렌즈층 상에 상기 양면 구면 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 평탄화 렌즈층을 형성하는 단계는,
    상기 컬러 필터층 상에 제1 물질층을 형성하는 단계,
    상기 제1 물질층 상에 제1 마스크 패턴을 형성하는 단계,
    상기 제1 마스크 패턴을 리플로우하여 제1 리플로우 패턴을 형성하는 단계, 및
    상기 제1 리플로우 패턴을 마스크로 이용하여 상기 제1 물질층을 에치백(etchback) 하여 상기 평탄화 렌즈층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 평탄화 렌즈층은 상기 양면 구면 렌즈의 하면에 대응하여 하부로 오목한 오목부들을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 양면 구면 렌즈를 형성하는 단계는,
    상기 평탄화 렌즈층에 제2 물질층을 도포하는 단계;
    상기 제2 물질층을 에치백 하여 하부로 볼록한 하면 구면 렌즈를 형성하는 단계,
    상기 하면 구면 렌즈 상에 제3 물질층을 도포하는 단계;
    상기 제3 물질층 상에 제2 마스크 패턴을 형성하는 단계,
    상기 제2 마스크 패턴을 리플로우하여 제2 리플로우 패턴을 형성하는 단계, 및
    상기 제2 리플로우 패턴을 마스크로 이용하여 상기 제3 물질층을 에치백 하여 상부로 볼록한 상면 구면 렌즈를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 하면 구면 렌즈가 상기 양면 구면 렌즈의 하부층을 구성하고, 상기 상면 구면 렌즈가 양면 구면 렌즈의 상부층을 구성하며,
    상기 하면 구면 렌즈의 굴절률이 상기 상면 구면 렌즈의 굴절률보다 큰 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
  18. 제15 항에 있어서,
    상기 양면 구면 렌즈를 형성하는 단계는,
    상기 평탄화 렌즈층에 상에 제2 물질층을 도포하고 에치백 하여 하부로 볼록한 하면 구면 렌즈를 형성하는 단계,
    상기 하면 구면 렌즈 상에 제3 물질층을 균일한 두께로 도포하여 중간 렌즈를 형성하는 단계,
    상기 중간 렌즈 상에 제3 물질층을 도포하는 단계,
    상기 제3 물질층 상에 제2 마스크 패턴을 형성하는 단계,
    상기 제2 마스크 패턴을 리플로우하여 제2 리플로우 패턴을 형성하는 단계, 및
    상기 제2 리플로우 패턴을 마스크로 이용하여 상기 제3 물질층을 에치백 하여 상부로 볼록한 상면 구면 렌즈를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 하면 구면 렌즈의 굴절률이 상기 상면 구면 렌즈의 굴절률보다 크고,
    상기 중간 렌즈는, 상기 하면 구면 렌즈의 굴절률과 상기 상면 구면 렌즈의 굴절률 사이의 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
  19. 제15 항에 있어서,
    상기 양면 구면 렌즈를 형성하는 단계는,
    하부층을 구성하는 하면 구면 렌즈를 형성하는 단계와,
    상부층을 구성하는 상면 구면 렌즈를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 하면 구면 렌즈와 상면 구면 렌즈가 서로 다른 곡률을 갖도록 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
  20. 제15 항에 있어서,
    상기 평탄화 렌즈층과 상기 양면 구면 렌즈는 폴리이미드, Al2O3, SiN, SiON, SiO, SiO2, HfOx, 및 TiO2 중 적어도 3개를 이용하여 형성하는 것은 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
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