KR20060077075A - CMOS image sensor and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 마이크로 렌즈를 통과한 빛이 포토다이오드에 최대한 많이 집속될 수 있도록, 마이크로 렌즈를 통과한 빛의 전달경로에서 빛이 반사, 흡수, 산란등의 현상이 일어나지 않도록 하는 시모스 이미지센서 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은 포토다이오드; 입사된 빛을 굴절시켜 상기 포토다이오드에 전달하기 위한 마이크로 렌즈; 및 상기 포토다이오드와 상기 마이크로 렌즈사이에 단일 물질로 배치된 광도파로을 구비하는 시모스 이미지센서를 제공한다.The present invention provides a CMOS image sensor that prevents light from being reflected, absorbed, and scattered in the transmission path of light passing through the microlens so that the light passing through the microlens can be focused on the photodiode as much as possible. To provide a method, to which the present invention comprises a photodiode; A micro lens for refracting and transmitting the incident light to the photodiode; And an optical waveguide disposed between a single material and the photodiode and the microlens.
또한, 본 발명은 기판상에 포토다이오드를 형성하는 단계; 상기 포토다이오드상에 다층의 절연막을 형성하는 단계; 상기 다층의 절연막을 선택적으로 제거하여 상기 포토다이오드가 노출되도록 홀을 형성하는 단계; 하나의 물질로 상기 홀에 매립시켜 광도파로를 형성하는 단계; 및 상기 광도파로용 절연막상에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 시모스 이미지센서의 제조방법을 제공한다.
In addition, the present invention comprises the steps of forming a photodiode on the substrate; Forming a multilayer insulating film on the photodiode; Selectively removing the multilayer insulating film to form a hole to expose the photodiode; Filling the hole with one material to form an optical waveguide; And forming a micro lens on the insulating film for optical waveguide.
이미지센서, 마이크로 렌즈, 광도파로, 감광막.Image sensor, micro lens, optical waveguide, photosensitive film.
Description
도1은 통상적인 시모스 이미지센서의 블럭구성도.1 is a block diagram of a conventional CMOS image sensor.
도2는 통상적인 시모스 이미지센서의 단위화소의 구성을 도시한 회로도.2 is a circuit diagram showing the configuration of unit pixels of a conventional CMOS image sensor.
도3은 종래기술에 따른 이미지센서를 개략적으로 도시한 단면도.Figure 3 is a schematic cross-sectional view of an image sensor according to the prior art.
도4a 내지 도4d는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이미지센서의 제조공정을 나타내는 공정단면도.4A through 4D are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of an image sensor according to a preferred embodiment of the present invention.
도5는 본 실시예에 따른 제조된 이미지센서가 동작할 때의 빛의 전달경로를 나타내는 단면도.5 is a cross-sectional view showing a light transmission path when the manufactured image sensor according to the present embodiment operates.
도6은 종래기술과 본 발명에 의한 이미지센서가 동작할 때의 빛의 전달경로를 나타내는 단면도.Figure 6 is a cross-sectional view showing a path of light transmission when the image sensor according to the prior art and the present invention operates.
도7은 한 배선에 영향을 미치는 기생캐패시터를 나타내는 개념도.7 is a conceptual diagram showing a parasitic capacitor influencing one wiring.
도8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이미지센서를 나타내는 단면도.
8 is a sectional view showing an image sensor according to a second embodiment of the present invention;
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 * Explanation of symbols on the main parts of the drawings
20 : 기판 21 : 포토다이오드 20: substrate 21: photodiode
22 : 소자분리막 23 : 층간절연막22: device isolation film 23: interlayer insulating film
24 : 배선 25 : 페시베이션막24: wiring 25: passivation film
26 : 감광막 A : 광도파로용 홀26: photosensitive film A: hole for the optical waveguide
27 : 마이크로 렌즈
27: micro lens
본 발명은 시모스 이미지센서에 관한 것으로, 특히 마이크로 렌즈를 통해 전달되는 빛이 포토다이오드에 더 많이 집속되록 하는 시모스 이미지센서와 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to CMOS image sensors, and more particularly to a CMOS image sensor and a method of manufacturing the same, wherein light transmitted through a microlens is focused more on a photodiode.
일반적으로 반도체 장치중 이미지센서는 광학 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 장치로서, 대표적인 이미지센서 소자로는 전하결합소자(Charge Coupled Device; CCD)와 시모스 이미지센서를 들 수 있다.In general, an image sensor of a semiconductor device is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal. Representative image sensor devices include a charge coupled device (CCD) and a CMOS image sensor.
그 중에서 전하결합소자는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 캐패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, 시모스 이미지센서는 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 시모스 기술을 이용하여 화소(pixel)수 만큼 모스 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 순차적으로 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.Among them, the charge-coupled device is a device in which charge carriers are stored and transported in the capacitor while individual metal-oxide-silicon (MOS) capacitors are located very close to each other, and the CMOS image sensor is a control circuit and a signal processing circuit. It is a device that adopts a switching method of making MOS transistors by the number of pixels by using CMOS technology using a signal processing circuit as a peripheral circuit and sequentially detecting the output using the MOS transistors.
시모스 이미지센서의 감광도(Photo sensitivity)를 증가시키기 위한 노력들이 진행되고 있으며, 그 중 하나가 집광기술이다. 시모스 이미지센서는 빛을 감지하는 포토다이오드와 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 CMOS 로직 회로 부분으로 구성되어 있으며, 이미지센서의 광감도를 높이기 위해서는 전체 이미지센서 면적에서 포토다이오드의 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. Efforts have been made to increase the photo sensitivity of the CMOS image sensor, one of which is the light condensing technology. CMOS image sensor is composed of photodiode for detecting light and CMOS logic circuit for processing the detected light as electrical signal and data.In order to increase the light sensitivity of image sensor, photodiode occupies the area of total photo sensor area. Efforts have been made to increase the size (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.
따라서 광감도를 높여주기 위하여 포토다이오드 이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 바꿔서 포토다이오드로 모아주는 집광기술이 등장하였는데, 이러한 기술이 마이크로 렌즈 형성 기술이다.Therefore, in order to increase the light sensitivity, a light condensing technology that changes the path of light incident to a region other than the photodiode and collects the photodiode has emerged. Such a technique is a microlens forming technology.
그러나 마이크로 렌즈를 통해 빛을 집광시킨다고 하여도 집적되는 화소수가 점점 더 증가하면서 마이크로 렌즈와 그 하단에 배치된 포토다이오드의 거리가 점점 더 증가되어 포토다이오드에 촛점이 생기지 못해서 마이크로 렌즈를 통과한 빛이 포토다이오드에 효과적으로 전달되는 것이 점점 더 어려워지고 있다.However, even if light is collected through the microlenses, the number of pixels accumulated is gradually increased, and the distance between the microlens and the photodiode disposed at the bottom thereof is gradually increased so that the light passing through the microlens cannot be focused. Effective delivery to photodiodes is becoming increasingly difficult.
도1은 통상적인 시모스 이미지센서의 블럭구성도이다.1 is a block diagram of a conventional CMOS image sensor.
도1을 참조하여 살펴보면, 통상적인 시모스 이미지센서는 다수의 단위화소가 어레이된 화소 어레이와, 상기 화소어레이에서 출력되는 아날로그신호를 디지털 신호로 전환하는 ADC 블럭과, ADC 블럭에서 출력되는 디지털값을 저장하는 라인버퍼와, 입력된 어드레스를 디코딩하여 화소어레이의 단위화소를 선택하기 위한 디코더 /화소 드라이버와, 디코더/화소드라이버를 제어하기 위한 제어 레지스터 및 로직을 구비한다.Referring to FIG. 1, a conventional CMOS image sensor includes a pixel array in which a plurality of unit pixels are arrayed, an ADC block for converting an analog signal output from the pixel array into a digital signal, and a digital value output from the ADC block. And a line buffer to store, a decoder / pixel driver for decoding the input address to select a unit pixel of the pixel array, and a control register and logic for controlling the decoder / pixel driver.
도2는 통상적인 시모스 이미지센서의 단위화소의 구성을 도시한 회로도이다.2 is a circuit diagram showing the configuration of unit pixels of a conventional CMOS image sensor.
도2는 통상의 시모스 이미지센서에서 1개의 포토다이오드(PD)와 4개의 MOS 트랜지스터로 구성된 단위화소(Unit Pixel)를 도시한 회로도로서, 빛을 받아 광전하를 생성하는 포토다이오드(100)와, 포토다이오드(100)에서 모아진 광전하를 플로팅확산영역(102)으로 운송하기 위한 트랜스퍼 트랜지스터(101)와, 원하는 값으로 플로팅 확산영역의 전위를 세팅하고 전하를 배출하여 플로팅 확산영역(102)를 리셋시키기 위한 리셋 트랜지스터 (103)와, 플로팅 확산영역의 전압이 게이트로 인가되어 소스 팔로워 버퍼 증폭기(Source Follower Buffer Amplifier) 역할을 하는 드라이브 트랜지스터(104)와, 스위칭(Switching) 역할로 어드레싱(Addressing) 역할을 수행하는 셀렉트 트랜지스터(105)로 구성된다. 단위 화소 밖에는 출력신호(Output Signal)를 읽을 수 있도록 하는 로드(load) 트랜지스터(106)가 형성되어 있다.FIG. 2 is a circuit diagram showing a unit pixel composed of one photodiode PD and four MOS transistors in a conventional CMOS image sensor, and includes a
도3은 종래기술에 따른 이미지센서를 개략적으로 도시한 단면도이다.3 is a schematic cross-sectional view of an image sensor according to the prior art.
도3을 참조하여 살펴보면, 포토다이오드(11, PD)가 형성된 기판(10) 상부에 단위 화소(Pixel)를 이루는 청색(Blue), 적색(Red), 녹색(Green) 등의 칼라필터 어레이(CFA; Color Filter Array, 14)가 배치되어 있으며, 그 상부에 소위 오버코팅 레이어(OCL; Over-Coating Layer, 15)라고 하는 평탄화막이 형성되어 있고, 칼라필터 어레이(14)와 오버랩되는 영역의 상부에 볼록 형상의 마이크로렌즈(Microlens, 16)가 형성되어 있다.
Referring to FIG. 3, a color filter array (CFA) such as blue, red, and green, which form unit pixels on the
다층의 절연막(12) 사이에는 다층의 배선(13)이 형성되어 있으며, 배선(13)은 포토다이오드(11)와 오버랩되지 않는 영역에 배치되는데, 금속으로 형성되는 배선은 광차단막의 역할을 겸하게 된다.
또한, 포토다이오드(11)에 인접한 기판(10) 상에는 복수의 모스트랜지스터(18영역)가 형성되어 있는 바, 이는 4 Tr 구조의 단위 화소의 경우 트랜스퍼 트랜지스터, 셀렉트 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 드라이브 트랜지스터를 포함한다.In addition, a plurality of
마이크로렌즈(16) 상에는 스크래치(Scratch) 등으로부터 마이크로렌즈(16)를 보호하기 위해 보호막(17)이 형성되어 있다. 또한 도면부호 9는 소자분리막을 나타내는 것이다.A protective film 17 is formed on the
이상에서 살펴본 바와 같이, 시모스 이미지센서는 마이크로 렌즈를 통해 입사된 빛의 상을 포토다이오드에서 집광하여 전압신호로 변환시키게 된다. 이 때 포토다이오드로 입사한 빛의 강도에 비례하여 전하가 생성되고, 생성된 전하는 내부회로로 전달되는 것이다. As described above, the CMOS image sensor collects an image of light incident through the microlens in the photodiode and converts the image into a voltage signal. At this time, a charge is generated in proportion to the intensity of light incident on the photodiode, and the generated charge is transferred to the internal circuit.
그러므로 최대한 많은 빛이 마이크로 렌즈를 통과하여 그 하단에 배치된 포토다이오드에 접속되어야 실물에 근접하는 이미지를 제공할 수 있다.Therefore, as much light as possible must pass through the microlens and connected to the photodiode disposed at the bottom thereof to provide an image close to the real object.
그러나 전술한 바와 같이 점덤 더 많은 화소가 이미지센서에 집적됨으로서 포토다이오드와 마이크로 렌즈의 거리가 점점 더 증가되고, 그로 인해 포토다이오드로 전달되는 빛의 강도가 점점 줄어들고 있는 실정이다.However, as described above, as more pixels are integrated in the image sensor, the distance between the photodiode and the microlens is gradually increased, thereby decreasing the intensity of light transmitted to the photodiode.
또한, 포토다이오드와 마이크로 렌즈 사이에 다층으로 배치되는 층간절연막으로 인해 마이크로 렌즈를 통과한 빛은 반사(reflection), 흡수(absorption), 산 란(scattering) 현상이 생겨 많은 부분이 손실이 된다.In addition, due to the interlayer insulating layer disposed between the photodiode and the microlens in multiple layers, the light passing through the microlens is reflected, absorbed, scattered, and many parts are lost.
시모스 이미지센서가 소형화되고, 고집적화되면서 배선의 층수가 증가하게 되며, 배선의 증가는 포토다이오드와 마이크로 렌즈 사이의 거리를 멀어지게 하여 빛이 포토다이오드에 도달하기 전체 초점이 형성되고, 흩어짐으로 해서 포토다이오드에 도달하는 빛의 량이 작아지는 문제점이 발생한다.As the CMOS image sensor becomes smaller and more highly integrated, the number of layers of wiring increases, and the increase in the wiring increases the distance between the photodiode and the microlens so that the entire focus is formed and the light is scattered as the light reaches the photodiode. There is a problem that the amount of light that reaches the diode is small.
또한, 흩어진 빛이 층간절연막을 통해 빠져나가 다른 포토다이오드에 영향을 주어 색상의 선명도를 저하시키는 원인으로 작용한다. 이를 개선하기 위하여 마이크로 렌즈의 곡률 반경을 크게 하여야 하나 마이크로 렌즈의 두께를 작게하는 것에는 한계가 있으며 또한 곡률반경을 길게 하는데는도 한계에 도달하고 있다.
In addition, the scattered light escapes through the interlayer insulating film, which affects other photodiodes, thereby reducing the vividness of colors. In order to improve this problem, the radius of curvature of the microlenses should be increased. However, the thickness of the microlenses is limited, and the limit of the curvature radius is also reached.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 마이크로 렌즈를 통과한 빛이 포토다이오드에 최대한 많이 집속될 수 있도록, 마이크로 렌즈를 통과한 빛의 전달경로에서 빛이 반사, 흡수, 산란등의 현상이 일어나지 않도록 하는 시모스 이미지센서 및 그 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.
The present invention has been proposed to solve the above-mentioned problems, and in order to focus the light passing through the microlens as much as possible on the photodiode, the light is reflected, absorbed, scattered, etc. An object of the present invention is to provide a CMOS image sensor and a method of manufacturing the same.
본 발명은 포토다이오드; 입사된 빛을 굴절시켜 상기 포토다이오드에 전달하기 위한 마이크로 렌즈; 및 상기 포토다이오드와 상기 마이크로 렌즈사이에 단일 물질로 배치된 광도파로을 구비하는 시모스 이미지센서를 제공한다. The present invention is a photodiode; A micro lens for refracting and transmitting the incident light to the photodiode; And an optical waveguide disposed between a single material and the photodiode and the microlens.
또한, 본 발명은 기판상에 포토다이오드를 형성하는 단계; 상기 포토다이오드상에 다층의 절연막을 형성하는 단계; 상기 다층의 절연막을 선택적으로 제거하여 상기 포토다이오드가 노출되도록 홀을 형성하는 단계; 하나의 물질로 상기 홀에 매립시켜 광도파로를 형성하는 단계; 및 상기 광도파로용 절연막상에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 시모스 이미지센서의 제조방법을 제공한다.
In addition, the present invention comprises the steps of forming a photodiode on the substrate; Forming a multilayer insulating film on the photodiode; Selectively removing the multilayer insulating film to form a hole to expose the photodiode; Filling the hole with one material to form an optical waveguide; And forming a micro lens on the insulating film for optical waveguide.
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 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. do.
도4a 내지 도4d는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이미지센서의 제조공정을 나타내는 공정단면도이다.4A to 4D are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of an image sensor according to a preferred embodiment of the present invention.
도4a에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 시모스 이미지센서의 제조방법은 먼저 소자분리막(22)이 형성된 기판에 포토다이오드(21)와 포토다이오드에 대응하는 모스트랜지스터(한 단위화소에 구비되는 4개의 모스트랜지스터)를 형성한다. 이어서 그 상부에 다층의 배선(23)과, 각 배선(23)을 절연시키기 위한 층간절연막(24)을 형성한다. 이어서 최상단에 페시베이션막(25)을 형성한다.As shown in FIG. 4A, a method of manufacturing a CMOS image sensor according to the present embodiment includes a
이어서 도4b에 도시된 바와 같이, 포토다이오드가 노출되도록 층간절연막(24)을 선택적으로 제거하여 광도파로용 홀(A)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 4B, the
광도파로용 홀(A)을 형성할 때에는 포토다이오드가 노출되도록 마이크로 렌즈와 포토다이오드의 사이에 있는, 층간절연막/페시베이션막을 포함하는 모든막을 선택적으로 제거하는 것이다.When forming the optical waveguide hole A, all the films including the interlayer insulating film / passivation film between the microlens and the photodiode are selectively removed so that the photodiode is exposed.
이어서 도4c에 도시된 바와 같이, 광도파로용 홀(A)에 식각반사율이 2 ~ 2.5이상의 감광막을 매립시킨다.Subsequently, as illustrated in FIG. 4C, a photoresist having an etch reflectance of 2 to 2.5 or more is embedded in the hole A for the optical waveguide.
이어서 도4d에 도시된 바와 같이, 마이크로 렌즈를 형성한다.Then, as shown in Fig. 4D, a micro lens is formed.
따라서 본 실시예에 따라 제조된 시모스 이미지센서는 마이크로 렌즈를 통과한 빛이 포토다이오드에 전달되는 경로상에는 하나의 물질로된 감광막만이 있기 때문에 빛의 굴절, 산란등의 현상이 발생하지 않아서 보다 많은 빛이 포토다이오드에 집속될 수 있다.Therefore, since the CMOS image sensor manufactured according to the present embodiment has only one photosensitive film on the path through which the light passing through the microlens is transmitted to the photodiode, the phenomenon of light refraction, scattering, etc. does not occur. Light can be focused on the photodiode.
빛이 전달되는 광도파로에 반사율이 2 ~ 2.5 범위의 감광막을 매립시킴으로서, 층간절연막으로 사용되는 실리콘절연막이 반사율이 1.46 정도이기 때문에, 마이크로 렌즈를 통해 입력된 빛은 광도파로와 접하는 이웃한 층간절연막과의 계면에서 전반사가 일어나게 된다. 따라서 빛이 광도파로에서 소모되지 않고 하단의 포토다이오드에 모두 도달되는 것이다.By embedding a photoresist film having a reflectance in the range of 2 to 2.5 in the optical waveguide through which light is transmitted, since the silicon insulating film used as the interlayer insulating film has a reflectance of about 1.46, the light input through the microlens is adjacent to the adjacent interlayer insulating film in contact with the optical waveguide. Total reflection occurs at the interface with the. Therefore, the light reaches all the photodiodes at the bottom without being consumed in the optical waveguide.
전술한 바와 같이, 굴절률이 큰 매질에서 작은 매질로 빛이 진행할 때 임계각 이상에서는 전반사가 일어나는 원리를 이용하는데, 굴절율 n1에서 n2로 진행할 때 임계각을 구하는 식은 sinφ = n2/n1 이 된다.As described above, total reflection occurs at or above the critical angle when light travels from the medium having the large refractive index to the small medium. The equation for obtaining the critical angle when the refractive index n1 progresses from n1 to n2 is sinφ = n2 / n1.
광도파관으로 쓰인 감광막의 굴절율은 2.0 ~ 2.5에서 층간절연막으로 사용되는 실리콘산화막의 굴절율은 1.45이므로 임계각이 47 ~ 38도 정도가 된다.Since the refractive index of the photosensitive film used as the optical waveguide is 2.0 to 2.5, the refractive index of the silicon oxide film used as the interlayer insulating film is 1.45, so the critical angle is about 47 to 38 degrees.
마이크로 렌즈를 통과한 빛은 도파로용 감광막과 이웃한 절연막과의 계면에 50이상 충분한 각도를 가지고 입사되므로 전반사하여 포토다이오드에 도달하게 된 다.The light passing through the microlenses is incident at a sufficient angle of 50 or more at the interface between the waveguide photosensitive film and the neighboring insulating film, so that the light is totally reflected to reach the photodiode.
도5는 본 실시예에 따른 제조된 이미지센서가 동작할 때의 빛의 전달경로를 나타내는 단면도이다.5 is a cross-sectional view showing a light transmission path when the manufactured image sensor according to the present embodiment operates.
도5에 도시된 바와 같이, 감광막으로 형성된 광도파로를 원통형으로 형성할 수 있다. 원통형의 모양으로 광도파로를 형성하게 되면, 입사되는 빛의 각도가 더 높아질 수 있어 더 쉽게 전반사시켜 하단의 포토다이오드에 집광시킬 수 있다. 또한, 아래영역이 더 넓은 원통형모양이나 윗부분이 더 넓은 원통형모양으로 형성할 수도 있다.As shown in Fig. 5, the optical waveguide formed of the photosensitive film can be formed in a cylindrical shape. When the optical waveguide is formed in the shape of a cylinder, the angle of incident light may be higher, thereby making it easier to totally reflect the light on the lower photodiode. In addition, the lower region may be formed into a wider cylindrical shape or the upper portion of a wider cylindrical shape.
또한 감광막으로 광도파로를 형성하는 것 외에도 SOG(Spin On Glass)계열의 실리콘산화막으로 광도파로를 형성하던지 HDP(High Density plasma)를 이용한 실리콘산화막 또는 실리콘절연막으로 광도파로를 형성할 수 있다. 이 경우에도 이웃한 절연막과 굴절율의 차이를 두고 형성이 되면 되는 것이다.In addition to forming an optical waveguide using a photosensitive film, an optical waveguide may be formed of a silicon oxide film of SOG (Spin On Glass) series or a silicon oxide film or a silicon insulating film using HDP (High Density plasma). Also in this case, it may be formed with a difference between the adjacent insulating film and the refractive index.
도6은 종래기술과 본 발명에 의한 이미지센서가 동작할 때의 빛의 전달경로를 나타내는 단면도이다.6 is a cross-sectional view showing a light transmission path when the image sensor according to the related art and the present invention operate.
도6의 좌측도면을 참조하면, 종래에는 마이크로 렌즈를 통해 입사된 빛이 다층의 절연막을 통과하면서 하단의 포토다이오드에 집속되지 못하고 많은 양의 빛이 다른 부분으로 퍼져나갔다.Referring to the left side of FIG. 6, conventionally, light incident through a microlens passes through a multi-layered insulating layer and cannot be focused on a lower photodiode, but a large amount of light has spread to other portions.
그러나,도6의 우측도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 이미지센서는 광도파로가 하나의 물질인 감광막으로 되어 있기 때문에 이웃한 절연막과의 경계면에서 전반사가 일어나서 입사된 빛의 대부분이 하단의 포토다이오드에 집속될 수 있다.However, as shown in the right figure of FIG. 6, since the image sensor according to the present embodiment is a photosensitive film having one optical waveguide, total reflection occurs at the interface with neighboring insulating films, so that most of the incident light is lowered. Can be focused on a photodiode of
또한, 이웃한 영역으로 빛이 퍼져나가지 않기 때문에 빛의 흩어짐현상이 사라져 보다 선명한 이미지를 구현할 수 있다.
In addition, since light does not spread to neighboring areas, light scattering disappears and a clearer image can be realized.
도7은 한 배선에 영향을 미치는 기생캐패시터를 나타내는 개념도이다.7 is a conceptual diagram showing a parasitic capacitor influencing one wiring.
도7에 도시된 바와 같이, 배선을 통해 신호가 전달되는 데 있어서, 신호전달속도는 배선과 주변의 절연막에 생기는 기생캐패시터와 배선등에서의 저항의 크기에 따라 정해진다.As shown in Fig. 7, in the signal transmission through the wiring, the signal transmission speed is determined by the magnitude of the resistance in the parasitic capacitor and the wiring generated in the wiring and the surrounding insulating film.
도시된 바와 같이, 이웃한 배선과 인접한 절연면에 의해 생기는 기생캐패시터가 작을 수록, 배선의 저항의 크기가 작을 수록 배선을 통해 신호가 전달되는 속도가 증가된다.As shown, the smaller the parasitic capacitor generated by the adjacent insulating surface and the adjacent insulating surface, and the smaller the magnitude of the resistance of the wiring, the higher the speed at which the signal is transmitted through the wiring.
이전에는 배선으로 가장 많이 사용하는 물질은 알루미늄이었다. 알루미늄은 제조공정상 처리하기 쉬운 많은 장점이 있지만, 이미지 센서가 점점 더 고집적화되면서 원하는 전도성을 가지기 위해서는 배선으로 사용하는 알루미늄을 상당한 두께로 형성해야 하는 어려움을 겪고 있다.Previously, the most commonly used material for wiring was aluminum. Aluminum has many advantages that are easy to process in the manufacturing process, but as the image sensor becomes more integrated, it is difficult to form a considerable thickness of aluminum for wiring in order to have the desired conductivity.
따라서 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 이미지센서는 배선으로 저항이 낮아 전도성이 더 좋은 구리를 사용하여 형성한다.Therefore, the image sensor according to the second preferred embodiment of the present invention is formed by using copper having better conductivity because of low resistance as wiring.
구리를 배선으로 사용하게 되면 이전보다 배선의 두께를 더 얇게 형성할 수 있기 때문에 마이크로 렌즈와 포토다이오드의 간격을 보다 더 줄일 수 있다.If copper is used as the wiring, the thickness of the wiring can be made thinner than before, so the gap between the micro lens and the photodiode can be further reduced.
도8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이미지센서를 나타내는 단면도이다. 8 is a cross-sectional view illustrating an image sensor according to a second exemplary embodiment of the present invention.
도8의 우측에 도시된 바와 같이 알루미늄 대신 구리를 배선으로 사용함으로서 마이크로 렌즈와 포토다이오드의 간격이 이전보다 크게 줄어든 것을 알 수 있다. 이 때 구리 배선을 위해서는 이미 널리 알려진 다마신 공정으로 형성하면 된다.As shown in the right side of FIG. 8, it can be seen that the distance between the microlens and the photodiode is significantly reduced than before by using copper as a wiring instead of aluminum. In this case, the copper wiring may be formed by a well-known damascene process.
따라서 시모스 이미지센서에 사용하는 모든 배선을 구리로 사용하고, 광도파로에는 하나의 물질로 형성하게 되면 마이크로 렌즈를 통과하여 입사한 대부분의 빛을 포토다이오드에 집광시킬 수 있다.Therefore, if all the wiring used for the CMOS image sensor is used as copper, and an optical waveguide is formed of one material, most of the light incident through the micro lens can be focused on the photodiode.
이 때에도 광도파로에 사용하는 물질로는 감광막을 사용할 수 있으며, 또한 감광막으로 광도파로를 형성하는 것 외에도 SOG(Spin On Glass)계열의 실리콘산화막으로 광도파로를 형성하던지 HDP(High Density plasma)를 이용한 실리콘산화막 또는 실리콘절연막으로 광도파로를 형성할 수 있다. 이 경우에도 이웃한 절연막과 굴절율의 차이를 두고(전반사형상이 일어날 수 있도록) 형성이 되면 되는 것이다.In this case, a photosensitive film may be used as the material for the optical waveguide. In addition to forming an optical waveguide using the photosensitive film, an optical waveguide may be formed of a silicon oxide film of SOG (Spin On Glass) series or HDP (High Density plasma). An optical waveguide may be formed of a silicon oxide film or a silicon insulating film. Also in this case, it may be formed with a difference in refractive index between neighboring insulating films (so that a total reflection shape can occur).
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
본 발명에 의해서 시모스 이미지센서에 전달되는 빛을 포토다이오드에 보다 많은 빛을 집광시킬 수 있다. According to the present invention, the light transmitted to the CMOS image sensor can focus more light on the photodiode.
또한, 빛이 주변의 층간절연막을 통해 흩어지는 것을 방지할 수 있어, 흩어져 나오는 빛을 근본적으로 차단하여 선명한 색상을 이미지로 구현할 수 있다.
In addition, the light can be prevented from being scattered through the interlayer insulating film, so that the scattered light can be fundamentally blocked to realize a vivid color as an image.
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