KR20020048707A - 광집속 기능을 갖는 칼라필터를 구비하는 이미지 센서 및그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 마이크로 렌즈 형성에 따른 제조 비용 절감 및 광감도 특성을 향상시킬 수 있는 이미지 센서 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 마이크로 렌즈의 역할을 수행하는 칼라필터를 구비하는 이미지 센서 및 그 제조 방법을 제공한다. 칼라필터 형성 후 OCM 평탄화층을 형성하고 마이크로 렌즈를 별도로 형성하는 종래 기술과 달리 본 발명의 실시예에서는 칼라필터를 이루는 감광막 패턴을 형성하고 열처리를 하여 반구형 칼라필터를 형성하는데 이미지 센서 제조 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 이미지 센서 제조 분야에 관한 것으로, 특히 광집속 기능을 갖는 칼라필터를 구비하는 이미지 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
이미지 센서(image sensor)는 1차원 또는 2차원 이상의 광학 정보를 전기신호로 변환하는 장치이다. 이미지 센서의 종류는 크게 나누어 촬상관과 고체 촬상 소자로 분류된다. 촬상관은 텔레비전을 중심으로 하여 화상처리기술을 구사한 계측, 제어, 인식 등에서 널리 상용되며 응용 기술이 발전되었다. 시판되는 고체 이미지 센서는 MOS(metal-oxide-semiconductor)형과 CCD(charge coupled device)형의 2종류가 있다.
CMOS 이미지 센서는 CMOS 제조 기술을 이용하여 광학적 이미지를 전기적신호로 변환시키는 소자로서, 화소수 만큼 MOS트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용하고 있다. CMOS 이미지 센서는, 종래 이미지센서로 널리 사용되고 있는 CCD 이미지센서에 비하여 구동 방식이 간편하고 다양한 스캐닝 방식의 구현이 가능하며, 신호처리 회로를 단일칩에 집적할 수 있어 제품의 소형화가 가능할 뿐만 아니라, 호환성의 CMOS 기술을 사용하므로 제조 단가를 낮출 수 있고, 전력 소모 또한 크게 낮다는 장점을 지니고 있다.
도 1은 4개의 트랜지스터와 2개의 캐패시턴스 구조로 이루어지는 CMOS 이미지센서의 단위화소를 보이는 회로도로서, 광감지 수단인 포토다이오드(PD)와 4개의 NMOS트랜지스터로 구성되는 CMOS 이미지센서의 단위화소를 보이고 있다. 4개의 NMOS트랜지스터 중 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)는 포토다이오드(PD)에서 생성된 광전하를 플로팅 확산영역(FD)으로 전송하는 신호를 전달하고, 리셋 트랜지스터(Rx)는 플로팅 확산영역(FD)을 공급전압(VDD) 레벨로 리셋시키는 신호를 전달하고, 드라이브 트랜지스터(Dx)는 소스팔로워(Source Follower)로서 역할하며, 셀렉트 트랜지스터(Sx)는 픽셀 데이터 인에이블(pixel data enable) 신호를 인가받아 픽셀 데이터 신호를 출력으로 전송하는 역할을 한다.
이와 같이 구성된 이미지센서 단위화소에 대한 동작은 다음과 같이 이루어진다. 처음에는 리셋 트랜지스터(Rx), 트랜스퍼 트랜지스터(Tx) 및 셀렉트 트랜지스터(Sx)를 온(on)시켜 단위화소를 리셋시킨다. 이때 포토다이오드(PD)는 공핍되기 시작하여 전하축적(carrier changing)이 발생하고, 플로팅 확산영역은 공급전압( VDD)까지 전하축전된다. 그리고 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)를 오프시키고 셀렉트 트랜지스터(Sx)를 온시킨 다음 리셋트랜지스터(Rx)를 오프시킨다. 이와 같은 동작 상태에서 단위화소 출력단(SO)으로부터 출력전압 V1을 읽어 버퍼에 저장시키고 난 후, 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)를 온시켜 빛의 세기에 따라 변화된 캐패시턴스 Cp의 캐리어들을 캐패시턴스 Cf로 이동시킨 다음, 다시 출력단(Out)에서 출력전압 V2를 읽어들여 V1 - V2에 대한 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변경시키므로 단위화소에 대한 한 동작주기가 완료된다.
도 2는 종래 이미지 센서를 구조를 개략적으로 보이는 단면도로서, p형 반도체 기판(20) 상에 형성된 p형 에피택셜층(epitaxial layer, 21), 상기 에피택셜층(21) 내에 형성된 소자분리막(22)에 의해 분리되며 그 각각이 에피택셜층(21) 내에 형성된 n형 불순물 영역과 p형 불순물 영역으로 이루어지는 포토다이오드(도시하지 않음), 트랜지스터(도시하지 않음) 등을 포함한 하부구조(23) 상부에 형성된 칼라필터(R, G, B), 칼라필터를 덮는 OCM(over coating material) 평탄화층(26), OCM 평탄화층(26) 상에 형성되어 칼라필터(R, G, B)와 중첩되는 마이크로 렌즈(microlens, 25)를 도시하고 있다.
마이크로 렌즈는 포토다이오드 영역 이외에서 입사되는 빛도 포토다이오드 영역내로 집광시켜 포토다이오드의 감도(sensitivity)를 증가시키기는 역할을 하는 것으로서, 종래 이미지 센서에 범용으로 사용되고 있다. 도 2에 보이는 바와 같이 종래 마이크로 렌즈(25)는 각 픽셀에 대해 볼록한 형태로 형성되는데, 이러한 마이크로 구조는 제조원가, 제조공기를 증가시킬 뿐만 아니라 광투과율이 불량한 OCM 평탄화층(26)을 마이크로 렌즈 형성 전에 형성하여야만 하기 때문에 이미지 센서의 광감도가 저하되는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 마이크로 렌즈 형성에 따른 제조 비용 절감 및 광감도 특성을 향상시킬 수 있는 이미지 센서 및 그 제조 방법을 제공하는데 목적이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 CMOS 이미지 센서의 단위화소 구조를 개략적으로 보이는 회로도,
도 2는 종래 이미지 센서를 구조를 개략적으로 보이는 단면도,
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서 공정 단면도.
*도면의 주요부분에 대한 도면 부호의 설명*
33, 34, 35, 33A, 34A, 35A: 칼라필터
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 수광수단; 및 상기 수광수단과 상부에 형성되는 감광막으로 이루어지며 반구형상을 가져 집광 기능을 구비하는 칼라필터를 포함하는 이미지 센서를 제공한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 수광수단을 포함하는 소정의 하부구조 형성이 완료된 반도체 기판을 마련하는 단계; 상기 수광수단 상부에 감광막으로 이루어지는 적어도 1색의 칼라필터 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 칼라필터 패턴을 열처리하여 집광기능을 갖는 반구형의 칼라필터 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 마이크로 렌즈의 역할을 수행하는 칼라필터를 형성하는데 그 특징이 있다. 칼라필터 형성 후 OCM 평탄화층을 형성하고 마이크로 렌즈를 별도로 형성하는 종래 기술과 달리 본 발명은 칼라필터를 이루는 감광막 패턴을 형성하고 열처리를 하여 반구형 칼라필터를 형성하는데 그 특징이 있다.
이하, 첨부된 도면 도 3a 내지 도 3e를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서 제조 방법을 설명한다.
먼저 도 3a에 도시한 바와 같이, 소자분리막(31), 포토다이오드(도시하지 않음), 트랜지스터 및 금속배선 등을 포함한 소정의 하부구조(32) 형성이 완료된 반도체 기판(30)을 마련한다. 도 3a에서 미설명 도면부호 'P'는 포토다이오드 영역을 나타낸다.
다음으로 도 3b에 보이는 바와 같이, 블루 칼라필터(33)를 형성하고, 이어서 도 3c에 도시한 바와 같이, 레드 칼라필터(34)를 형성한 다음, 도 3d에 보이는 바와 같이 그린 칼라필터(35)를 형성한다. 상기 블루 칼라필터(33), 레드 칼라필터(34) 및 그린 칼라필터(35) 각각은 감광막으로 형성한다.
이어서 도 3e에 보이는 바와 같이, 열처리를 실시하여 각각 반구형의 블루 칼라필터(33A), 레드 칼라필터(34A) 및 그린 칼라필터(35A)를 형성하여, 마이크로렌즈 역할을 겸비하는 칼라필터 형성 공정을 완료한다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은 집광기능을 갖는 칼라필터를 형성함으로써 광투과율이 불량하고 재료가 고가인 OCM 평탄화층 형성 과정을 생략할 수 있어 이미지 센서의 광감도를 향상시킬 수 있고 제조원가를 절감시킬 수 있으며, 제조 공기를 단축시킬 수 있다.
Claims (3)
- 이미지 센서에 있어서,수광수단; 및상기 수광수단과 상부에 형성되는 감광막으로 이루어지며 반구형상을 가져 집광 기능을 구비하는 칼라필터를 포함하는 이미지 센서.
- 이미지 센서 제조 방법에 있어서,수광수단을 포함하는 소정의 하부구조 형성이 완료된 반도체 기판을 마련하는 단계;상기 수광수단 상부에 감광막으로 이루어지는 적어도 1색의 칼라필터 패턴을 형성하는 단계; 및상기 칼라필터 패턴을 열처리하여 집광기능을 갖는 반구형의 칼라필터 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서 제조 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 칼라필터 패턴은, 블루, 레드 및 그린의 3색 칼라필터인 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조 방법.
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| KR100649022B1 (ko) * | 2004-11-09 | 2006-11-28 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 씨모스 이미지 센서의 제조방법 |
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