KR100757653B1

KR100757653B1 - Manufacturing Method of Photosensitive Device

Info

Publication number: KR100757653B1
Application number: KR1020010037396A
Authority: KR
Inventors: 이난이
Original assignee: 매그나칩 반도체 유한회사
Priority date: 2001-06-28
Filing date: 2001-06-28
Publication date: 2007-09-10
Anticipated expiration: 2021-06-28
Also published as: KR20030001066A

Abstract

본 발명은 광감지소자의 마이크로렌즈에 관한 것으로 흑색재질로 이루어진 광차단막으로 인해 브리지 발생없이 마이크로렌즈의 크기를 최대로 할 수 있어 광집적효율을 증가시킬 수 있으며 마이크로렌즈 이외의 지역으로 들어오는 입사광을 막아 smear현상을 방지, 광특성을 향상시켜 주며 광차단막으로 마이크로렌즈의 크기를 조절함으로써 어레이 전체의 크기 단일성을 향상시켜 광감지소자의 광특성을 향상시킨다. 이러한 본 발명은 소정공정이 완료된 기판 상에 마이크로렌즈가 형성될 영역의 가장자리에 광차단층을 형성하는 단계; 및 상기 광차단층을 렌즈틀로하여 상기 기판 상에 돔 형태의 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하여 이루어 진다.
The present invention relates to a microlens of a light sensing element, and because of the light blocking film made of black material, the size of the microlens can be maximized without the occurrence of bridges, thereby increasing the light integration efficiency and preventing incident light entering the region other than the microlens. It prevents smear phenomenon, improves optical characteristics, and improves the optical characteristics of the photosensitive device by improving the size unity of the entire array by controlling the size of the microlens with a light blocking film. The present invention comprises the steps of forming a light blocking layer on the edge of the region where the microlens is to be formed on the substrate is completed a predetermined process; And forming a dome-shaped microlens on the substrate using the light blocking layer as a lens frame.

광감지소자, 마이크로렌즈, 광차단막Photosensitive element, microlens, light shielding film

Description

Method for manufacturing light sensing device {Method for fabricating light detecting device}

도1은 종래의 광감지소자의 마이크로렌즈가 형성되어 있는 모습을 도시한 도면1 is a view showing a state in which a microlens of a conventional photosensitive device is formed;

도2는 종래의 마이크로렌즈 어레이의 일부를 도시한 도면 2 shows a part of a conventional microlens array;

도3은 본 발명에 따른 마이크로렌즈가 형성되어 있는 모습을 도시한 도면3 is a view showing a state in which a microlens according to the present invention is formed;

도4는 본 발명에 따른 마이크로렌즈 어레이의 일부를 도시한 도면 4 illustrates a portion of a microlens array in accordance with the present invention.

도5는 본 발명에 따른 마이크로렌즈 형성방법을 도시한 도면
5 is a view showing a method of forming a microlens according to the present invention;

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

1 : 실리콘 기판 2 : 필드산화막1 silicon substrate 2 field oxide film

3 : 단위픽셀 4 : 오버코팅어레이3: unit pixel 4: overcoating array

5 : 흑색재질 6 : 마이크로렌즈
5: black material 6: microlens

본 발명은 광감지소자의 마이크로렌즈 형성방법에 관한 것으로 특히, 흑색재질을 이용한 광차단막을 형성하여 광집적도와 광특성을 향상시킨 광감지소자의 마이크로렌즈 형성방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a microlens of a photosensitive device, and more particularly, to a method of forming a microlens of a photosensitive device in which a light blocking film using a black material is formed to improve light integration and optical characteristics.

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 전하 캐리어가 커패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, CMOS(Complementary MOS; 이하 CMOS) 이미지센서는 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소수만큼 MOS트랜지스터를 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 charge carriers are stored and transported in a capacitor while being in close proximity, and a CMOS (Complementary MOS) image sensor is a CMOS technology that uses a control circuit and a signal processing circuit as peripheral circuits. Is a device that employs a switching method that makes MOS transistors by the number of pixels and sequentially detects the output using them.

이러한 다양한 이미지센서를 제조함에 있어서, 이미지센서의 감광도(photo sensitivity)를 증가시키기 위한 노력들이 진행되고 있는바 그 중 하나가 집광기술이다. 예컨대, CMOS 이미지센서는 빛을 감지하는 광감지부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 CMOS 로직회로부분으로 구성되어 있는바, 광감도를 높이기 위해서는 전체 이미지센서 면적에서 광감지부분의 면적이 차지하는 비율(이를 통상 "Fill Factor"라 한다)을 크게 하려는 노력이 진행되고 있지만, 근본적으로 로직회로 부분을 제거할 수 없기 때문에 제한된 면적 하에서 이러한 노력에는 한계가 있다. 따라서 광감도를 높여주기 위하여 광감지부분 이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 바꿔서 광감지부분으로 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 portion for detecting light and a CMOS logic circuit portion for processing the detected light into an electrical signal to make data. In order to increase the light sensitivity, the area of the light sensing portion in the overall image sensor area is increased. Efforts have been made to increase the percentage of occupancy (commonly referred to as "Fill Factor"), but there is a limit to such efforts under a limited area since the logic circuit part cannot be removed. Therefore, a lot of researches have focused on condensing technology to change the path of light incident to the area other than the light sensing area to raise the light sensitivity.

종래의 일반적인 광감지소자의 제조방법을 도1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.A conventional method of manufacturing a photosensitive device will now be described with reference to FIG. 1.

실리콘 P-Epi 기판(1) 위에 소자간의 전기적인 절연을 위하여 필드산화막(2)을 형성한 후 폴리실리콘과 텅스텐 실리사이드막을 연속적으로 도포하고 패턴닝함으로써 게이트 전극을 형성한다.After forming the field oxide film 2 on the silicon P-Epi substrate 1 for electrical insulation between the devices, a gate electrode is formed by successively applying and patterning a polysilicon and a tungsten silicide film.

이후 적절한 이온주입 공정을 진행함으로써 포토다이오드를 형성하고 노말 트랜지스터의 소오스/드레인 및 센싱노드를 형성하기 위한 이온주입을 실시하고 금속층간 절연막, 금속접속창 및 금속배선들을 형성하고 패시베이션 보호막을 형성하면 일반 시모스 로직 프로세스가 완료된다. 도1의 도면부호(3)은 수광소자을 포함하여 구성된 광감지소자의 단위픽셀을 나타낸 것이다.After the appropriate ion implantation process, a photodiode is formed, ion implantation is performed to form a source / drain and sensing node of a normal transistor, an intermetallic insulating film, a metal connection window and metal wirings are formed, and a passivation protective film is formed. The CMOS logic process is complete. Reference numeral 3 in Fig. 1 shows a unit pixel of the light sensing element including the light receiving element.

이후 칼라 이미지 구현을 위한 세가지 종류의 칼라필터 형성공정을 진행하고 OCL(Over Coating Layer)막(4)을 이용한 평탄화 공정을 진행하여 칼라필터어레이를 형성한다. 칼라필터의 물질은 통상 염색된 포토레지스트를 사용한다. 도1에는 OCL막(4)은 도시되어 있으나 칼라필터어레이는 도시되어 있지 않다.Thereafter, three types of color filter forming processes are performed to implement a color image, and a color filter array is formed by performing a planarization process using an OCL (Over Coating Layer) film 4. The material of the color filter usually uses dyed photoresist. In FIG. 1, the OCL film 4 is shown, but the color filter array is not shown.

OCL(4)은 일종의 감광막으로서 후속 마이크로렌즈 마스크 패터닝을 용이하게 하기 위한 평탄화 목적으로 쓰인다. OCL막을 이용하여 평탄화공정을 수행한 다음 광집속율을 증가시키기 위해 마이크로렌즈(6)를 형성하는데 마이크로렌즈는 주로 유기물 포토레지스트 물질을 이용하여 형성한다. The OCL 4 is a kind of photoresist and is used for the purpose of planarization to facilitate subsequent microlens mask patterning. After the planarization process using the OCL film, the microlenses 6 are formed to increase the light focusing rate. The microlenses are mainly formed using an organic photoresist material.

마이크로렌즈의 형성은 다음과 같이 수행된다.Formation of the microlenses is performed as follows.

마이크로렌즈 감광제를 도포한 후 마스크 공정을 통해 패턴을 형성한다. 이후 베이킹을 하여 마이크로렌즈를 플로우 시켜서 돔 형태의 마이크로렌즈를 형성시키게 된다.After applying the microlens photosensitizer, a pattern is formed through a mask process. After baking, the microlens is flowed to form a dome-shaped microlens.

이러한 기존의 마이크로렌즈 형성방법에서는 마이크로렌즈의 크기를 키우기 위하여 마이크로렌즈의 간격을 좁힐 경우에는 베이킹 공정 수행시 인접 마이크로렌즈들이 서로 붙어버리는 브리지현상이 발생할 수 있고 이는 광감지소자의 배드 픽셀(Bad Pixel)을 만드는 원인으로 작용한다.In such a conventional microlens formation method, when the microlens spacing is narrowed to increase the size of the microlens, a bridge phenomenon in which adjacent microlenses stick to each other during the baking process may occur, which is a bad pixel of an optical sensing device. Acts as a cause of

기존 방법에서는 이러한 이유때문에 마이크로렌즈의 크기를 일정이상으로 증가시킬 수가 없었으며 또한 마이크로렌즈 어레이를 보게 되면 어레이의 코너와 센터에서의 마이크로렌즈의 크기가 차이를 보이게 되어 광감지소자의 광특성이 단일성(Uniformity)을 보이지 못하게 되는 단점이 있었다.
For this reason, the size of microlenses could not be increased more than a certain amount because of this reason, and when looking at the microlens array, the size of the microlenses at the corners and centers of the arrays was different. There was a disadvantage of not showing (Uniformity).

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로 마이크로렌즈 형성전에 흑색재질을 이용한 광차단막을 형성하여 마이크로렌즈간의 브리지 발생을 없애고 또한 마이크로렌즈의 크기를 증가시켜 광집적도를 향상시킨 광감지소자의 마이크로렌즈 최적화 형성방법을 제공함을 그 목적으로 한다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and before forming microlenses, a light blocking film using a black material is formed to eliminate bridges between the microlenses and to increase the size of the microlenses, thereby improving the optical density. It is an object of the present invention to provide a method for forming microlens optimization.

상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 소정공정이 완료된 기판 상에 마이크로렌즈가 형성될 영역의 가장자리에 광차단층을 형성하는 단계; 및 상기 광차단층을 렌즈틀로하여 상기 기판 상에 돔 형태의 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.
The present invention to solve the above-mentioned problems, the present invention comprises the steps of forming a light blocking layer on the edge of the region where the microlens is to be formed on the substrate is completed; And forming a dome-shaped microlens on the substrate using the light blocking layer as a lens frame.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
Hereinafter, the most preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily implement the technical idea of the present invention.

도3 과 도4는 본 발명에 따라 마이크로렌즈가 형성된 모습을 보인 도면이고 도5 내지 도7은 본 발명에 따른 마이크로렌즈 형성방법을 차례로 도시한 도면으로 이를 참조하여 본 발명에 따른 마이크로렌즈 형성방법을 설명한다.3 and 4 are views showing a state in which a microlens is formed according to the present invention, and FIGS. 5 to 7 are diagrams sequentially showing a method of forming a microlens according to the present invention. Explain.

먼저 도5에 도시된 바와 같이 오버코팅레이어(4)상에 마이크로렌즈(6)를 형성하기 전에 마이크로렌즈 포토레지스트(6)의 두께보다 얇은 두께의 흑색재질(5)을 도포한다.First, as shown in FIG. 5, a black material 5 having a thickness thinner than that of the microlens photoresist 6 is applied before the microlens 6 is formed on the overcoating layer 4.

이후 광차단막 패턴 마스크를 이용하여 광차단막(5)을 형성한다. 상기 광차단막은 마이크로렌즈의 외곽틀 모양으로 형성시키게 되는데 차후에 형성되는 마이크로렌즈의 형태에 따라 그 외곽틀의 모양으로 광차단막을 형성한다.Thereafter, the light blocking film 5 is formed using the light blocking film pattern mask. The light blocking film is formed in the shape of an outer frame of the microlenses. The light blocking film is formed in the shape of the outer frame according to the shape of the microlenses formed later.

본 발명에서는 흑색재질을 광차단물질로 이용하였지만 상기 흑색재질 외에도 광차단 효과가 있는 물질이면 광차단막으로 사용할 수 있다. In the present invention, the black material is used as the light blocking material, but any material having a light blocking effect in addition to the black material may be used as the light blocking film.

상기 광차단막은 마이크로렌즈가 커버하지 못하는 영역으로 빛이 입사되는 것을 막아주어 smear현상이 발생하는 것을 방지하는 역할을 하게된다.The light blocking film prevents light from being incident on an area that the microlenses cannot cover, thereby preventing smear from occurring.

또한 광차단막(5)이 마이크로렌즈간의 브리지 발생도 억제해 주기 때문에 마이크로렌즈의 크기를 기존공정에서와 달리 더욱 크게 형성할 수 있어 소자의 광집적도를 향상시킬 수 있다. 또한 광차단막(5)은 마이크로렌즈 포토레지스트(6)의 두께보다 얇은 두께로 형성되기 때문에 패턴의 단일성(Uniformity)이 보장되고 이는 후속으로 진행되는 마이크로렌즈의 크기 단일성을 향상시켜 준다.In addition, since the light blocking film 5 also suppresses the occurrence of bridges between the microlenses, the size of the microlenses can be made larger than in the conventional process, thereby improving the optical density of the device. In addition, since the light blocking film 5 is formed to a thickness thinner than that of the microlens photoresist 6, uniformity of the pattern is ensured, which improves the size unity of the microlenses which are subsequently processed.

다음으로 도6에 도시된 바와 같이 마이크로렌즈 포토레지스터를 도포하고 마이크로렌즈 마스크를 사용하여 광차단막의 틀 가운데 일정한 크기로 마이크로렌즈 를 형성한 다음 마이크로렌즈 포토레지스터를 제거하는 Bleaching 공정을 진행한다.Next, as shown in FIG. 6, a microlens photoresist is applied, a microlens is formed to a certain size in the frame of the light blocking layer using a microlens mask, and then a bleaching process of removing the microlens photoresist is performed.

이후 마이크로렌즈를 돔 형태를 만들어 주기 위해 베이킹하여 도7에 도시된 바와 같이 마이크로렌즈를 플로우 시킨다.Thereafter, the microlens is baked to form a dome shape, and the microlens is flowed as shown in FIG. 7.

이상의 공정을 통하여 형성된 마이크로렌즈는 마이크로렌즈 사이에 존재하는 광차단막으로 인해 브리지 발생 없이 최대한의 크기로 증가시킬 수 있어 광집적효과를 증가시킬 수 있으며 마이크로렌즈 이외의 지역으로 입사되는 빛을 막아 smear현상을 방지해준다.The microlenses formed through the above process can be increased to the maximum size without the occurrence of bridges due to the light blocking film existing between the microlenses, which can increase the light integration effect and prevent the light incident to areas other than the microlenses. Prevents.

또한 광차단막으로 마이크로렌즈의 크기를 조절함으로서 마이크로렌즈 어레이 전체적으로 크기 단일성을 향상시킬 수 있어 광감지소자의 광특성이 향상된다.
In addition, by controlling the size of the microlenses with the light blocking film, the size unity of the entire microlens array can be improved, thereby improving the optical characteristics of the photosensitive device.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명이 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 명백할 것이다.
As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and the present invention may be variously substituted, modified, and changed without departing from the spirit of the present invention. It will be apparent to those of ordinary skill in the art.

본 발명을 이용하면 마이크로렌즈 사이에 존재하는 흑색재질로 이루어진 광차단막으로 인해 브리지 발생없이 마이크로렌즈의 크기를 최대로 할 수 있어 광집적효율을 증가 시킬 수 있으며 마이크로렌즈 이외의 지역으로 들어오는 입사광을 막아 smear현상을 방지, 광특성을 향상시켜 준다. 또한 광차단막으로 마이크로렌즈의 크기를 조절함으로써 어레이 전체의 크기 단일성을 향상시켜 광감지소자의 광특성을 향상시킨다.By using the present invention, the light blocking film made of black material existing between the microlenses can maximize the size of the microlenses without the occurrence of bridges, thereby increasing the light integration efficiency and preventing incident light entering the area other than the microlenses. Prevents smear phenomenon and improves optical properties. In addition, by controlling the size of the microlenses with the light shielding film, the size uniformity of the entire array is improved to improve the optical characteristics of the photosensitive device.

Claims

In the manufacturing method of the photosensitive device,

Forming a light blocking layer in the shape of a lens frame on the substrate at the edge of the region where the microlens is to be formed; And

Forming a dome-shaped microlens on the substrate using the light blocking layer as a lens frame;

Method of manufacturing a photosensitive device comprising a.

The method of claim 1,

Forming the micro lens,

Forming a resist pattern, and

The method of manufacturing a photosensitive device comprising the step of flowing the resist pattern.

The method of claim 2,

The thickness of the light blocking layer is formed smaller than the thickness of the resist pattern manufacturing method of the light sensing element.