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KR102815489B1 - Image sensor and manufacturing method thereof - Google Patents

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KR102815489B1
KR102815489B1 KR1020200124951A KR20200124951A KR102815489B1 KR 102815489 B1 KR102815489 B1 KR 102815489B1 KR 1020200124951 A KR1020200124951 A KR 1020200124951A KR 20200124951 A KR20200124951 A KR 20200124951A KR 102815489 B1 KR102815489 B1 KR 102815489B1
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image sensor
forming
inner lens
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김윤경
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에스케이하이닉스 주식회사
동아대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 이미지 센서 및 그 제조 방법을 개시한다. 상기 이미지 센서는 컬러 필터 상부에 위상 검출 자동 초점 마이크로 렌즈가 형성되어 있되, 그 마이크로 렌즈가 다중으로 형성되어 있되, 하나가 다른 하나를 수납하고 있는 것을 특징으로 한다. The present invention discloses an image sensor and a method for manufacturing the same. The image sensor is characterized in that a phase detection auto-focus micro lens is formed on a color filter, and the micro lenses are formed in multiples, one housing the other.

Description

이미지 센서 및 그 제조 방법{IMAGE SENSOR AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}Image sensor and manufacturing method thereof {IMAGE SENSOR AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 이미지 센서 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 위상 검출용 자동 초점화소들을 가지는 이미지 센서에 관한 것이다.The present invention relates to an image sensor and a method for manufacturing the same, and more particularly, to an image sensor having auto-focus pixels for phase detection.

최근 모바일 기기의 성능 비교에서는 통신 기능의 우열보다는 점차 카메라 기능의 비교, 다양한 앱(app)의 설치로 인한 작동의 원활성, 저장 성능의 극대화 등이 보다 중요해지고 있다. 또한 반도체 기술의 발달에 따라 모바일 기기에 장착되는 카메라 모듈의 이미지 센서 점차 그 구성과 형태가 다양해지고 있다. Recently, in the performance comparison of mobile devices, the comparison of camera functions, smooth operation due to installation of various apps, and maximization of storage performance are becoming more important than the superiority of communication functions. In addition, with the development of semiconductor technology, the image sensors of camera modules mounted on mobile devices are becoming more diverse in their configuration and form.

전통적으로 이미지 센서는 대개 포토 다이오드, 컬러필터 및 마이크로 렌즈가 조합되어 하나의 화소를 이루고 있었지만, 최근에는 여러 개의 포토 다이오드를 묶어 하나의 화소를 나타내는 이른 바 듀얼 셀, 쿼드 셀 등도 개발되어 감도를 높이기 위한 방법으로 사용되고 있다. 또한 여러 개의 화소 가운데서 일부를 피사체로부터의 위상차를 검출하기 위한 용도로 사용하는 기술도 개발되었는데, 이를 이러한 위상 검출 자동 초점(Phase Detection Auto Focus, PDAF) 기술이라 한다. 위상 검출 자동 초점(PDAF) 기술은, 한 쌍의 자동 초점 화소들을 통과한 나뉘어진 한 쌍의 빛의 위상 차이를 비교함으로써 피사체의 초점이 맞았는지 판단하는 것으로, 카메라로 하여금 보다 빠르게 초점을 맞출 수 있게 하는 기술이다. Traditionally, image sensors have usually consisted of a combination of a photodiode, a color filter, and a micro lens to form a single pixel, but recently, so-called dual-cell and quad-cell systems have been developed that combine multiple photodiodes to represent a single pixel, and are being used as a method to increase sensitivity. In addition , a technology has been developed that uses some of the multiple pixels to detect the phase difference from the subject, and this is called phase detection auto focus ( PDAF ) technology. Phase detection auto focus (PDAF) technology is a technology that enables the camera to focus more quickly by comparing the phase difference of a pair of divided lights that passed through a pair of auto focus pixels to determine whether the subject is in focus.

위상 검출 자동 초점(PDAF) 기술 가운데 일부는, 자동 초점을 위해 쓰이는 마이크로 렌즈의 크기를 여타의 마이크로 렌즈의 크기보다 크게 형성하는 경우가 있다. 예를 들어 도 1에 도시된 것과 같이 자동 초점용 마이크로 렌즈(130)는 여타의 마이크로 렌즈(110)보다 크다. 이를 이른바 쿼드 셀(quad cell)이라고 하기도 하는데, 쿼드 셀의 경우에는 도 2에 상세하게 도시된 것처럼 자동 초점용 마이크로 렌즈(130)가 일반적인 이미지 캡쳐용 마이크로 렌즈(110)에 비해 지름이 두 배, 면적은 네 배이다. In some phase detection auto focus (PDAF) technologies, the size of the micro lens used for auto focus is formed to be larger than the size of other micro lenses. For example, as illustrated in FIG. 1, the micro lens (130) for auto focus is larger than other micro lenses (110). This is also called a quad cell. In the case of a quad cell, as illustrated in detail in FIG. 2, the micro lens (130) for auto focus is twice as large in diameter and four times larger in area than a general micro lens (110) for image capture.

그런데, 쿼드 셀의 경우라 하더라도 반도체 기판 내부에 형성되는 포토 다이오드의 크기는 서로 다르지 않고 동일하게 형성하는 것이 대부분이다. 이는 서로 동일한 크기의 포토 다이오드를 연속하여 배열해야지만 인접한 셀들끼리 동일한 제조 공정 환경을 겪기 때문이다. 즉, 크기가 같아야만 성막, 노광, 식각 등 제조 공정상에서 발생하는 간섭의 정도 또한 서로 동일한 정도로 발생하기 때문이다. 극히 미세하고 예민한 반도체 제조 공정의 특성상, 간섭의 정도마저 동일하여만 포토 다이오드 각 셀들의 구조적 특성, 전기적 특성도 균일하게 된다. However, even in the case of quad cells, the sizes of the photodiodes formed inside the semiconductor substrate are mostly the same and not different from each other. This is because photodiodes of the same size must be arranged in series so that adjacent cells experience the same manufacturing process environment. In other words, the degree of interference occurring during the manufacturing process such as film deposition, exposure, and etching also occurs at the same level only when the sizes are the same. Due to the extremely fine and sensitive nature of the semiconductor manufacturing process, the structural characteristics and electrical characteristics of each photodiode cell are uniform only when the degree of interference is the same.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이 반도체 기판 내부에 형성되는 각 포토 다이오드(190)는 절연막(170)에 의해 서로 전기적으로 구분된다. 절연막(170) 역시 포토 다이오드의 깊은 벽면을 따라 형성되어 있는데 이러한 깊은 트렌치에 의한 절연방식을 DTI(Deep Trench Isolation)라고 하기도 한다. 본 발명에서는 깊은 트렌치 절연막 또는 DTI 절연막이라 부르기로 한다.Meanwhile, as illustrated in FIG. 3, each photodiode (190) formed inside a semiconductor substrate is electrically separated from each other by an insulating film (170). The insulating film (170) is also formed along the deep wall surface of the photodiode, and this method of insulation by a deep trench is also called DTI ( Deep Trench Isolation ). In the present invention, it is called a deep trench insulating film or DTI insulating film.

그런데 자동 초점용 마이크로 렌즈(130)을 통하여 집광된 빛 가운데 일부는 도 3에서 화살표로 도시된 것처럼 각 포토 다이오드(190)사이의 DTI 절연막(170) 방향으로 굴절되어 향하는 문제점이 있다. 이러한 문제점은 포토 다이오드로 향하여야 할 빛의 일부를 분산시켜 이미지 센서의 집광효율을 떨어뜨리는 원인이 된다. 이는 결국 위상 검출 초점 방식을 채택하고 있는 카메라 모듈의 검출 효율 저감, 자동 초점의 감도 및 동작 속도의 저감으로 이어진다. However, there is a problem that some of the light collected through the micro lens (130) for autofocus is refracted and directed toward the DTI insulating film (170) between each photodiode (190) as shown by the arrow in Fig. 3. This problem causes some of the light that should be directed to the photodiode to be dispersed, thereby reducing the light collection efficiency of the image sensor. This ultimately leads to a decrease in the detection efficiency of the camera module that adopts the phase detection focus method, and a decrease in the sensitivity and operation speed of the autofocus.

특허문헌1: 한국 등록번호 KR 10-0672706 (2007.01.16)Patent Document 1: Korean Registration No. KR 10-0672706 (2007.01.16) 특허문헌2: 한국 등록번호 KR 10-1439434 (2014.09.02)Patent Document 2: Korean Registration No. KR 10-1439434 (2014.09.02) 특허문헌3: 한국 등록번호 KR 10-0399939 (2003.05.17)Patent Document 3: Korean Registration No. KR 10-0399939 (2003.05.17)

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 광의 손실을 줄여 신뢰할 수 있는 위상을 검출하여 자동 초점의 감도 및 동작효율을 높일 수 있는 이미지 센서 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.The technical problem to be solved by the present invention is to provide an image sensor and a method of manufacturing the same capable of reducing light loss, detecting a reliable phase, and increasing the sensitivity and operating efficiency of autofocus.

본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서는, 반도체 기판에 형성된 포토 다이오드; 상기 포토 다이오드 상부에 형성된 컬러 필터; 상기 컬러 필터 상부에 형성되어 피사체로부터의 이미지를 캡쳐하는 이미지 캡쳐용 마이크로 렌즈; 상기 컬러 필터 상부에 형성되어 입사광의 위상 차를 검출하기 위한 위상 검출 자동 초점용 마이크로 렌즈; 상기 위상 검출 자동 초점용 마이크로 렌즈는 곡률 반경이 서로 다른 다중의 마이크로 렌즈;를 포함한다.An image sensor according to one embodiment of the present invention includes: a photodiode formed on a semiconductor substrate; a color filter formed on an upper portion of the photodiode; an image capturing micro lens formed on an upper portion of the color filter to capture an image from a subject; a phase detection auto-focus micro lens formed on an upper portion of the color filter to detect a phase difference of incident light; and the phase detection auto-focus micro lens includes multiple micro lenses having different radii of curvature.

본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법은, 포토 다이오드 형성 단계; 깊은 트렌치 절연층 형성 단계; 컬러 필터층 형성 단계; 이너 렌즈 형성 단계; 상기 이너 렌즈보다 큰 곡률을 가지는 아우터 렌즈를 형성하는 단계;를 포함한다.A method for manufacturing an image sensor according to one embodiment of the present invention includes a photodiode forming step; a deep trench insulating layer forming step; a color filter layer forming step; an inner lens forming step; and a step of forming an outer lens having a greater curvature than the inner lens.

본 발명의 실시예에 따르면, 각 포토 다이오드 사이의 절연막에 의해 분산되거나 산란되는 입사광을 집광하여 광 감도를 향상시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the light sensitivity can be improved by collecting incident light dispersed or scattered by an insulating film between each photodiode.

본 발명의 실시예에 따르면, 각 포토 다이오드 사이의 절연막에 의해 분산되거나 산란되는 입사광을 집광하여 포토 다이오드로 하여금 보다 풍부한 광전 변환을 일으키게 하여 카메라 모듈의 자동 초점 기능을 향상시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, incident light dispersed or scattered by an insulating film between each photodiode is collected to cause the photodiode to perform richer photoelectric conversion, thereby improving the autofocus function of the camera module.

또한 본 발명의 실시예에 따르면, 위상 검출 시 광의 손실을 줄일 수 있으므로 수광 면적이 작은 고해상도의 카메라 모듈에 채용하는 경우에도 자동 초점 성공 확률을 향상시킬 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, since the loss of light can be reduced during phase detection, the probability of autofocus success can be improved even when employed in a high-resolution camera module with a small light-receiving area.

도 1은 쿼드 셀을 적용한 자동 초점 이미지 센서의 화소들의 어레이를 도시한다.
도 2는 도 1의 상면도와 그의 부분 상세도이다.
도 3은 마이크로 렌즈에 의한 입사광의 굴절을 나타내는 그림이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예를 나타내는 상면도와 그의 부분 상세도이다
도 5는 본 발명의 일 실시 예를 의한 입사광의 다중 굴절을 나타내는 그림이다.
도 6은 광의 입사각도에 따른 광전류의 변화를 비교한 그림이다.
도 7은 본 발명의 단면 절개선을 표시하기 위한 입체도이다.
도 8은 각 층별 패턴 가운데서 마이크로 렌즈 부분의 상면을 도시한 것이다. 도 9는 각 층별 패턴 가운데서 컬러 필터 어레이의 상면을 도시한 것이다.
도 10은 각 층별 패턴 가운데서 절연층의 금속 그리드 및 깊은 트렌치 절연막의 상면을 도시한 것이다.
도 11은 각 층별 패턴 가운데서 포토 다이오드를 형성하기 위한 패턴의 상면을 도시한 것이다.
Figure 1 illustrates an array of pixels of an autofocus image sensor employing a quad cell.
Figure 2 is a top view and a partial detailed view of Figure 1.
Figure 3 is a drawing showing the refraction of incident light by a micro lens.
Figure 4 is a top view and a partial detailed view showing one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a drawing showing multiple refraction of incident light according to one embodiment of the present invention.
Figure 6 is a graph comparing the change in photocurrent according to the incident angle of light.
Figure 7 is a three-dimensional drawing for showing a cross-sectional cut line of the present invention.
Fig. 8 illustrates the upper surface of the micro lens portion among the patterns for each layer. Fig. 9 illustrates the upper surface of the color filter array among the patterns for each layer.
Figure 10 illustrates the upper surface of the metal grid and deep trench insulating film of the insulating layer among the patterns for each layer.
Figure 11 illustrates the upper surface of a pattern for forming a photodiode among the patterns of each layer.

이하, 첨부한 도면들을 참고하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 각 도면에 제시된 참조부호들 중 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily practice the present invention. Among the reference numerals presented in each drawing, the same reference numerals represent the same components.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In explaining the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description is omitted.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. Although the terms first, second, etc. may be used to describe various components, said components are not limited by said terms, and said terms are used only to distinguish one component from another.

본 발명의 실시예에서는 위상 검출 자동 초점을 위해 구성된 마이크로 렌즈가 다중으로 구성되어 있는 이미지 센서가 개시된다. In an embodiment of the present invention, an image sensor is disclosed having multiple micro lenses configured for phase detection autofocus.

도 4는 본 발명의 일 실시예로서, 쿼드 셀 구조를 이용한 위상 검출 자동 초점 이미지 센서(400)의 화소들의 어레이를 도시한 것이다.FIG. 4 illustrates an array of pixels of a phase detection auto-focus image sensor (400) using a quad cell structure as an embodiment of the present invention.

도 4를 참고하면, 이미지 센서(400)는 화소들의 어레이를 포함하고, 화소들의 어레이는 이미지 캡쳐 화소 및 자동 초점 화소를 포함할 수 있다. 이미지 캡쳐 화소는 마이크로 렌즈(410)를 구성요소로서 포함하고 있다. 마이크로 렌즈는 반도체 기판 위에 형성되므로 MLOC(Micro Lens on Chip)라고 부르기도 한다. 자동 초점 화소 역시 마이크로 렌즈(430, 440)를 구성요소로서 포함하고 있다. 이미지 캡쳐 화소는 피사체의 이미지를 캡쳐하기 위한 화소로서 레드(R), 그린(G), 블루(B) 화소들을 포함할 수 있고, 쿼드 셀인 경우 인접한 네 개의 이미지 캡쳐 화소로 하나의 컬러를 나타낸다. 자동 초점용 마이크로 렌즈는 아우터 렌즈(430)와 이너 렌즈(440), 다중(multiple)으로 구성되어 있다. Referring to FIG. 4, the image sensor (400) includes an array of pixels, and the array of pixels may include an image capture pixel and an auto-focus pixel. The image capture pixel includes a micro lens (410) as a component. Since the micro lens is formed on a semiconductor substrate, it is also called MLOC ( Micro Lens o n C hip). The auto-focus pixel also includes a micro lens (430, 440) as a component. The image capture pixel is a pixel for capturing an image of a subject, and may include red (R), green (G), and blue (B) pixels, and in the case of a quad cell, one color is expressed by four adjacent image capture pixels. The micro lens for auto-focus is composed of an outer lens (430), an inner lens (440), and a multiple.

각 화소의 구성요소 가운데 포토 다이오드들은 깊은 트렌치 구조의 절연막 (DTI, Deep Trench Isolation, 470)에 의해 서로 구분된다. 그러므로 각 포토 다이오드로 수납된 빛은 인접한 포토 다이오드와의 상호 간섭없이 전류로 변환된다. 도 4의 실시 예에서, 다중 구조의 자동 초점용 마이크로 렌즈(430,440)의 하부에 형성된 포토 다이오드(490)의 크기 역시 이미지 캡쳐용 화소의 포토 다이오드(450)와 같은 크기로 형성되기에, 다중 구조의 자동 초점용 마이크로 렌즈(430,440)는 네 개의 포토 다이오드 영역을 차지하고 있다. Among the components of each pixel, the photodiodes are separated from each other by a deep trench insulation film (DTI, Deep Trench Isolation , 470). Therefore, light received by each photodiode is converted into current without mutual interference with adjacent photodiodes. In the embodiment of FIG. 4, the size of the photodiode (490) formed at the bottom of the multi-structure auto-focus micro lens (430, 440) is also formed to be the same size as the photodiode (450) of the image capture pixel, so that the multi-structure auto-focus micro lens (430, 440) occupies four photodiode areas.

도 5는 도 4에서 절개선(S)을 따라 절개한 단면도로서, 이를 참조하여 본 발명의 일 실시예를 보다 자세하게 설명한다. FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the cut line (S) in FIG. 4, with reference to which one embodiment of the present invention will be described in more detail.

포토 다이오드(490)은 반도체 기판 내부에 형성되어 있고, 각 포토 다이오드들 사이에는 DTI 절연막(470)이 둘러싸고 있고, 이로 인해 서로 전기적으로 절연된 탓에 서로의 간섭(interference) 또한 최소화되어 있다. 포토 다이오드(490)의 상부에는 컬러 필터(460)와 얇은 절연막(420)이 차례로 형성되어 있다. The photodiodes (490) are formed inside a semiconductor substrate, and a DTI insulating film (470) surrounds each photodiode, so that they are electrically insulated from each other and interference between them is also minimized. A color filter (460) and a thin insulating film (420) are formed in sequence on the upper portion of the photodiode (490).

이너 렌즈(440)와 아우터 렌즈(430)의 재질은 반도체 제조에서 쓰이는 절연 물질일 수 있다. 예컨대 실리콘 산화막, 나이트라이드(N)가 포함된 절연막일 수도 있다. 또한 반도체 전공정(前工訂)의 거의 마지막 단계에서 절연층으로 쓰이는 페시베이션 층(passivation layer)을 이용하여 이너 렌즈(440)와 아우터 렌즈(430)를 형성할 수 있다. 이는 얇은 절연막(420) 또한 마찬가지이다. 얇은 절연막(420)은 마이크로 렌즈를 형성할 때 발생할 수 있는 공정의 안정성을 위하여 미리 페시베이션 층과 같은 물질로 형성할 수 있다. 얇은 절연막(420)은 컬러 필터(460)층과 추후 형성될 마이크로 렌즈층 사이의 절연 및 완충(buffer)의 작용을 한다. 완충 작용이란 각 층을 형성하고 있는 재질들이 서로 다를 경우, 계속되는 제조 공정에 의한 각종 열팽창, 노광, 식각 등에 의한 공정 데미지(damage)를 완화하기 위한 것을 말한다. 그러므로 필요에 따라 얇은 절연막(420), 이너 렌즈(440) 및 아우터 렌즈(430)는 같은 재질일수도 있고 서로 각기 다른 재질의 절연 물질로 이루어질 수도 있다. 또한 같은 재질이라 하더라도 제조 공정의 조건에 따라 밀도가 서로 다를 수 있고 굴절률 또한 다를 수 있으며, 나아가 얇은 절연막(420)이 생략될 수도 있는 것이다.The inner lens (440) and the outer lens (430) may be made of an insulating material used in semiconductor manufacturing. For example, the material may be an insulating film containing silicon oxide or nitride (N). In addition, the inner lens (440) and the outer lens (430) may be formed using a passivation layer used as an insulating layer at a near-final stage of the semiconductor preprocess. The same applies to the thin insulating film (420). The thin insulating film (420) may be formed in advance using a material such as a passivation layer to ensure the stability of a process that may occur when forming a micro lens. The thin insulating film (420) acts as an insulator and buffer between the color filter (460) layer and the micro lens layer to be formed later. The buffering function refers to mitigating process damage caused by thermal expansion, exposure, etching, etc. during the subsequent manufacturing process when the materials forming each layer are different from each other. Therefore, depending on the need, the thin insulating film (420), the inner lens (440), and the outer lens (430) may be made of the same material or may be made of insulating materials of different materials. In addition, even if they are the same material, the density and refractive index may be different depending on the conditions of the manufacturing process, and furthermore, the thin insulating film (420) may be omitted.

자동 초점용 마이크로 렌즈는 아우터 렌즈(430)와 이너 렌즈(440)를 포함하여 다중으로 구성되어 있다. 이너 렌즈(440)는 아우터 렌즈(430) 내부에 충분히 수납할 수 있을 정도로 작고, 곡률반경 또한 아우터 렌즈의 그것보다 작다.The micro lens for autofocus is composed of multiple lenses including an outer lens (430) and an inner lens (440). The inner lens (440) is small enough to be sufficiently accommodated inside the outer lens (430), and its radius of curvature is also smaller than that of the outer lens.

반도체 제조 공정의 특성상, 맨 아래의 포토 다이오드(490)부터 시작하여 맨 위의 아우터 렌즈까지 순차적으로 형성된다. Due to the nature of the semiconductor manufacturing process, it is formed sequentially starting from the photodiode (490) at the bottom to the outer lens at the top.

도시하지는 않았지만 본 발명의 다른 실시예의 본보기로서 얇은 절연막(420)은 제조 공정 시에 생략하고 형성하지 않을 수도 있다. Although not illustrated, as an example of another embodiment of the present invention, the thin insulating film (420) may be omitted or not formed during the manufacturing process.

또한 도시하지는 않았지만 본 발명의 또 다른 실시예의 본보기로서 이너 렌즈(440)와 아우터 렌즈(430)의 높이가 같도록 하여, 두 렌즈의 최상층부가 서로 맞닿아 접점을 형성할 수도 있다. Also, although not shown, as an example of another embodiment of the present invention, the inner lens (440) and the outer lens (430) may have the same height so that the uppermost portions of the two lenses contact each other to form a point of contact.

자동 초점용 마이크로 렌즈로 입사된 광은 아우터 렌즈(430)에 의해 일차적으로 굴절된다. 굴절의 정도는 스넬(Snell)의 법칙에 따라 쉽게 구할 수 있다. 도 5에 도시된 본 발명의 일 실시예처럼, 이너 렌즈(440)가 구비된 경우에는 아우터 렌즈(430)을 통과하여 굴절된 빛이 이너 렌즈(440)에 의해 이차적으로 다시 굴절된다. 이차 굴절에 의해 포토 다이오드 사이의 DTI 절연막(470)으로 향하던 빛은 방향을 바꾸어 포토 다이오드(490)로 향하게 되어 이에 흡수된다. 만약 이차 굴절이 없었다면 일차 굴절된 빛은 종래와 같이 DTI 절연막(470)에 도달해 분산되었거나 산란되어버려 손실분이 되지만, 이차 굴절에 의해서는 포토 다이오드 내부로 수납될 수 있어 광량이 증가하게 되는데 이는 이미지 센서의 감도를 증가시키는 효과를 가져온다. 때에 따라서 본 발명에서는'감도'라는 용어는 '광전류량'과 동의어로 쓰일 수 있다. Light incident on the micro lens for autofocus is primarily refracted by the outer lens (430). The degree of refraction can be easily obtained according to Snell's law. As in the embodiment of the present invention illustrated in FIG. 5, when the inner lens (440) is provided, light refracted through the outer lens (430) is secondarily refracted again by the inner lens (440). Due to the secondary refraction, light directed toward the DTI insulating film (470) between the photodiodes changes direction and is directed toward the photodiode (490) and absorbed therein. If there were no secondary refraction, the primarily refracted light would reach the DTI insulating film (470) as before and be dispersed or scattered, resulting in loss, but due to the secondary refraction, it can be stored inside the photodiode, thereby increasing the amount of light, which has the effect of increasing the sensitivity of the image sensor. In some cases, the term 'sensitivity' in the present invention may be used synonymously with 'photocurrent amount'.

도 5에서는 이너 렌즈(440)에 의한 이차 굴절의 효과를 나타내기 위하여 포토 다이오드(490)에 도달되는 빛은 실선의 화살표(solid arrow)로, 이너 렌즈(440)없이 일차 굴절만으로 진행되는 빛은 점선의 화살표(dashed arrow)로 표시하였다.In Fig. 5, in order to show the effect of secondary refraction by the inner lens (440), light reaching the photodiode (490) is indicated by a solid arrow, and light proceeding only through primary refraction without the inner lens (440) is indicated by a dashed arrow.

이너 렌즈(440)가 가지는 굴절의 정도, 즉 굴절각은 이너 렌즈(440)의 기하학적 모양만이 아니라 그 재질에도 영향을 받는다. 원래, 재질이 가지는 고유의 굴절률은 그 재질이 가지는 유전율과 투자율의 함수이다. 그러므로 이너 렌즈(440)를 형성하기 위해 사용된 성분의 종류나 함량비, 화합물의 조성비 등도 굴절률에 영향을 미치게 된다. 예컨대 이너 렌즈(440)의 재질이 실리콘 산화막이거나, 실리콘 질화막인 경우에도 서로 다른 굴절률을 가지게 된다. 그러므로 본 발명의 연구자들은 다양한 환경에서의 반복 실험 및 모의 실험을 통하여, 보다 많은 광량이 포토 다이오드에 도달되는 적정한 조건을 찾아내었다. The degree of refraction, or refraction angle, of the inner lens (440) is affected not only by the geometric shape of the inner lens (440) but also by its material. Originally, the inherent refractive index of a material is a function of the dielectric constant and permeability of the material. Therefore, the type or content ratio of the components used to form the inner lens (440), the composition ratio of the compounds, etc. also affect the refractive index. For example, even if the material of the inner lens (440) is a silicon oxide film or a silicon nitride film, they have different refractive indices. Therefore, the researchers of the present invention found the appropriate conditions for a greater amount of light to reach the photodiode through repeated experiments and simulations in various environments.

한 쌍의 위상 검출 자동 검출 화소(AF_R, AF_L)를 가지고서, 이너 렌즈(440)가 하나만 있는 본 발명의 일 실시예 및 이너 렌즈가 없는 경우를 상호 비교하여 실험한 결과를 도 6에 나타내었다. 윗 그림은 이너 렌즈가 없는 경우를, 아랫 그림은 이너 렌즈가 있는 경우이다. 수직축은 광전류량, 즉 화소의 감도(sensitivity)를, 수평축은 광의 입사각을 나타낸다. The results of an experiment comparing an embodiment of the present invention having a pair of phase detection automatic detection pixels (AF_R, AF_L) and having only one inner lens (440) and a case without an inner lens are shown in Fig. 6. The upper figure shows a case without an inner lens, and the lower figure shows a case with an inner lens. The vertical axis represents the amount of photocurrent, i.e., the sensitivity of the pixel, and the horizontal axis represents the incident angle of light.

광의 입사각이 -20o 로부터 +20o 의 범위 사이에서 광전류량을 측정하되, 비교의 기준이 되는 측정 지점은 각각 +10o, -10o 일 때로 선정하였다. 한 쌍의 위상 검출 자동 검출 화소에서 검출된 한 쌍의 광전류량들은 입사각이 커질수록 증가(AF_L) 또는 감소(AF_R)하는데 증감의 방향은 서로 반대이다. 이러한 경향은 위상 검출을 위해 한 쌍의 자동 초점 마이크로 렌즈의 일부 영역을 스크린(screen)하는 구조적 측면에 기인한 것으로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다. 도 6에서 C1, C2 지점은 광전류의 최저값을 나타낸다. 이 최저값은 크로스톡(crosstalk), 또는 원하지 않는 기저값 성분에 해당하므로 작을수록 바람직하다. 또한, P1, P2 지점은 광전류의 최대값이므로 클수록 바람직하다.The photocurrent was measured within the range of the incident angle of light from -20 o to +20 o , and the measurement points that serve as the standards for comparison were selected as +10 o and -10 o , respectively. A pair of photocurrents detected by a pair of phase detection automatic detection pixels increase (AF_L) or decrease (AF_R) as the incident angle increases, and the directions of the increase and decrease are opposite to each other. This tendency is due to the structural aspect of screening a part of a pair of auto-focus micro lenses for phase detection, and a detailed description thereof is omitted. In Fig. 6, points C1 and C2 represent the lowest values of the photocurrent. Since this lowest value corresponds to crosstalk or an unwanted baseline component, it is desirable that it is smaller. In addition, points P1 and P2 are the maximum values of the photocurrent, so it is desirable that it is larger.

최대값과 최소값의 차이, 즉 (P1-C1, P2-C2)는 이너 렌즈가 있을 경우에 보다 크게 나타난다. 객관적인 비교를 위해 이너 렌즈가 있을 경우와 없을 경우 각각에 대하여, +10o, -10o 일 때의 차이값 둘을 평균한 다음 이들을 비교한 결과를 표 1에 나타내었다. 즉, 이를 수식으로 표현하면, 의 값들을 비교한 것이다.The difference between the maximum and minimum values, i.e. (P1-C1, P2-C2), is larger when the inner lens is present. For an objective comparison, the difference values when +10 o and -10 o are averaged for each case with and without the inner lens, and the results of comparing them are shown in Table 1. In other words, if this is expressed as a formula, it is a comparison of the values of .

이너 렌즈가 없을 경우의 이 평균값은 5.2이고, 본 발명의 일 실시예와 같이 이너 렌즈가 하나 있을 경우에는 이 평균값은 8.0에 달한다. 이 평균값은 자동 초점의 콘트라스트(AF contrast) 정도를 나타내므로 클수록 바람직한 결과이다. 이 실험에서 쓰인 여타의 다른 조건들은, 아우터 렌즈의 높이(Height) 및 곡률반경(Radius of Curvature)은 각각 0.9㎛및 0.7㎛ (H/R=0.9/1.0)이며, 이너 렌즈는 각각 0.89㎛ 및 0.7㎛ (H/R=0.89/0.7)이다. 이너 렌즈의 굴절률(n)은 1.8을 채택하였다.This average value is 5.2 when there is no inner lens, and when there is one inner lens as in one embodiment of the present invention, this average value reaches 8.0. Since this average value represents the degree of auto focus contrast (AF contrast), a larger average value is a more desirable result. Other conditions used in this experiment are that the height ( H eight) and radius of curvature ( R adius of Curvature) of the outer lens are 0.9 ㎛ and 0.7 ㎛ (H/R = 0.9/1.0), respectively, and that of the inner lens are 0.89 ㎛ and 0.7 ㎛ (H/R = 0.89/0.7), respectively. The refractive index (n) of the inner lens was adopted as 1.8.

한편, 본 발명의 효과를 알아보기 위하여 그린(green)을 나타내는 이미지 캡쳐용 화소와 자동 초점용 화소의 감도의 비율을 하나의 지표(이하, 'SENSE')로 삼아 이 수치를 측정하였다. 이 수치는 비교대상의 양 화소가 서로 감도 차이가 없어서 1에 가까울수록 바람직한 것이다. 본 발명의 일 실시예에서, 이너 렌즈가 있을 경우는 이 수치는 1.2이며, 이너 렌즈가 없을 경우에는 이 수치는 1.3으로 측정되었다. 이 비교에 의해 본 발명의 일 실시예는 감도를 나타내는 수치가 더 개선됨을 알 수 있다. 이상에서 설명한 바를 아래의 표 1에 요약하여 나타내었다. Meanwhile, in order to determine the effect of the present invention, the ratio of the sensitivity of the image capture pixels representing green and the auto focus pixels was used as an index (hereinafter, 'SENSE') and this value was measured. This value is preferable when it is closer to 1 because the two pixels to be compared have no difference in sensitivity. In one embodiment of the present invention, this value was measured as 1.2 when there was an inner lens, and as 1.3 when there was no inner lens. Through this comparison, it can be seen that one embodiment of the present invention has a further improvement in the value representing the sensitivity. The above explanation is summarized in Table 1 below.

[표 1][Table 1]

본 발명의 효과를 알아보기 위하여 여러 다른 지표를 활용할 수도 있다. 다른 지표 가운데 하나는 각 화소들 간 간섭의 정도를 나타내는 크로스톡(crosstalk)이 포함될 수 있다. 또한 본 발명에서는 자동 초점 화소의 영향을 전혀 받지 않도록 이와는 멀리 떨어진 곳의 그린(green) 이미지 캡쳐 화소와, 자동 초점 화소와 인접한 곳에 위치한 그린(green) 이미지 캡쳐 화소의 감도 차이를 비교해볼 수도 있다. 또한 같은 방법으로, 레드(red) 이미지 캡쳐 화소의 감도 차이도 비교해 볼 수도 있다. 뿐만 아니라 위에서 언급한 바와도 같이 이너 렌즈(440)의 굴절률을 다양하게 변화시켜 가면서 상기 여러 지표들의 변화를 측정해볼 수 있다. In order to determine the effectiveness of the present invention, various other indices may be utilized. One of the other indices may include crosstalk, which indicates the degree of interference between each pixel. In addition, in the present invention, the sensitivity difference between a green image capture pixel located far away from the auto-focus pixel and a green image capture pixel located adjacent to the auto-focus pixel may be compared so as not to be affected at all. In addition, the sensitivity difference of a red image capture pixel may also be compared in the same manner. In addition, as mentioned above, the refractive index of the inner lens (440) may be varied to measure the changes in the various indices.

상기 설명한 바와 같이 다양한 실험을 통하여 여러 지표들을 측정한 결과를 표 2에 나타내었다. 이 가운데에서 그린(green)과 레드(red) 각각에 대한 크로스톡은, 다음의 수식으로 표현될 수 있고, 퍼센트(%) 단위를 가진다.As described above, the results of measuring various indicators through various experiments are shown in Table 2. Among these, the crosstalk for each of green and red can be expressed by the following formula and has a unit of percentage (%).

Figure 112020102535147-pat00002
Figure 112020102535147-pat00002

표 2의 결과들은 아우터 렌즈(430)의 굴절률을 1.58, 측정의 기준 파장은 540㎚로 고정시켜 놓은 다음, 이너 렌즈(440)의 굴절률을 1.7 ~ 2.0 사이로 변화시켜 가면서 자동 초점 화소의 콘트라스트(AF contrast), 감도 지표(SENSE), 그린(green) 화소의 크로스톡 및 레드(red) 화소의 크로스톡을 각각 면밀히 측정한 것이다. 표 2에서 가장 왼쪽 컬럼의 수치는 비교를 위하여 이너 렌즈(440)가 없을 경우에 측정된 값이다. The results in Table 2 are obtained by closely measuring the contrast of auto focus pixels (AF contrast), sensitivity index (SENSE), crosstalk of green pixels, and crosstalk of red pixels, respectively, while fixing the refractive index of the outer lens (430) to 1.58 and the reference wavelength of measurement to 540 nm, and then changing the refractive index of the inner lens (440) between 1.7 and 2.0. The figures in the leftmost column in Table 2 are values measured when there is no inner lens (440) for comparison.

[표 2][Table 2]

이러한 본 발명에서의 다양한 실험 결과는 본 발명의 일 실시예로 제시한 이너 렌즈(440)의 존재가 위상 검출 자동 초점(Phase Detection Auto Focus, PDAF) 기술을 적용함에 있어서 보다 효과적이라는 것을 알려준다. These various experimental results in the present invention show that the presence of the inner lens (440) presented as an embodiment of the present invention is more effective in applying the phase detection auto focus ( PDAF ) technology.

표 1 및 표 2에서의 여러 개선된 수치로부터 예상할 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예로부터 이너 렌즈의 재질, 굴절률, 높이, 곡률 반경, 아우터 렌즈와의 거리 등을 다양하게 변경하여 실시될 수 있음은 당연하다. 또한 이너 렌즈의 갯수가 단지 하나만이 아니라 여러 개를 다중으로 실시한 예들도 본 발명의 핵심적인 아이디어의 범주에 포함됨도 당연하다. As can be expected from the various improved figures in Tables 1 and 2, it is obvious that the material, refractive index, height, radius of curvature, distance from the outer lens, etc. of the inner lens can be variously changed from one embodiment of the present invention. In addition, it is also obvious that examples in which the number of inner lenses is not just one but multiple are included in the scope of the core idea of the present invention.

상술하여 설명한 유용한 실험 결과를 얻기 위해서, 이미지 캡쳐용 마이크로 렌즈 어레이와 위상 검출 자동 초첨용 마이크로 렌즈가 형성된 이미지 센서를 가지고서 잘 짜진 상업용 컴퓨터 프로그램을 활용하여 모의 실험을 할 수 있다. 모의 실험을 위해서는 도 7에 도시된 것처럼 이미지 센서를 단면으로 절개(A-A 라인)하여 반도체 기판 내부의 적정한 깊이에서 포토 다이오드에 의해 전류로 변환된 이른바 광전류 성분을 검출한다.In order to obtain useful experimental results as described above, a simulation experiment can be performed using a well-written commercial computer program with an image sensor formed with a microlens array for image capture and a microlens for phase detection autofocus. For the simulation experiment, the image sensor is cut in cross section (A-A line) as shown in Fig. 7, and the so-called photocurrent component converted into current by a photodiode is detected at an appropriate depth inside the semiconductor substrate.

본 발명의 일 실시예과 같은 다중 마이크로 렌즈를 반도체 제조 기술을 활용하여 제작하기 위해서는 도 8 내지 도 11의 마스크 패턴을 사용하는 것이 바람직하다. In order to manufacture a multi-micro lens like one embodiment of the present invention using semiconductor manufacturing technology, it is preferable to use the mask patterns of FIGS. 8 to 11.

도 8은 본 발명의 일 실시예에서 나타내고 설명된, 최상층부의 마이크로 렌즈를 형성하기 위한 패턴을 나타내는 상면도(top view)이다. 이미지 캡쳐용 마이크로 렌즈(410)가 어레이되어 있고, 자동 초점용 마이크로 렌즈 가운데 아우터 렌즈(430) 패턴이 형성되어 있다. FIG. 8 is a top view showing a pattern for forming a top-layer micro lens, as shown and described in one embodiment of the present invention. Micro lenses (410) for image capture are arrayed, and an outer lens (430) pattern is formed among the micro lenses for autofocus.

도 9는 본 발명의 일 실시예에서 설명된 컬러 필터를 형성하기 위한 패턴을 나타낸다. 레드(red), 그린(green), 블루(blue)의 컬러는 편의상 무늬의 다름으로 구분되었다. 또한 본 발명의 아우터 렌즈(430) 및 이너 렌즈(440)가 그린 컬러 필터 위에 형성되도록 선택되었을 경우에는 도 9에서와 같이 그린 컬러 필터와 서로 겹쳐지게 도시되었다. Fig. 9 shows a pattern for forming a color filter described in one embodiment of the present invention. The colors of red, green, and blue are distinguished by differences in patterns for convenience. In addition, when the outer lens (430) and inner lens (440) of the present invention are selected to be formed on a green color filter, they are shown to overlap with the green color filter as shown in Fig. 9.

도 10에는 포토 다이오드와 컬러 필터 사이에 존재하는 절연층을 형성하기 위한 패턴으로 격자 형상의 금속 그리드와 네모난 형상의 깊은 트렌치 절연막을 표시하고 있다. 자동 초점용 마이크로 렌즈가 형성될 부분의 면적은 보다 커서 쉽게 알아볼 수 있다. Fig. 10 shows a grid-shaped metal grid and a square-shaped deep trench insulating film as a pattern for forming an insulating layer between a photodiode and a color filter. The area of the part where the micro lens for autofocus is formed is larger and can be easily recognized.

도 11은 포토 다이오드를 형성하기 위한 패턴을 나타낸다. 반도체 기판 내부에 형성되는 포토 다이오드는 이미지 캡쳐용 화소와 자동 초점용 화소를 구분함이 없이 서로 같은 크기로 반복 어레이(array)되어 있다. Figure 11 shows a pattern for forming a photodiode. The photodiodes formed inside the semiconductor substrate are repeatedly arrayed with the same size without distinguishing between pixels for image capture and pixels for auto focus.

본 발명의 일 실시예와 같은 이미지 센서의 구조를 형성하기 위해서는 다음의 제조 공정 단계를 거쳐야 한다. In order to form a structure of an image sensor like one embodiment of the present invention, the following manufacturing process steps must be performed.

반도체 기판 내부에 포토 다이오드를 형성하기 위하여, 불순물의 이온 주입 또는 확산의 기법을 이용하여 PN 접합 다이오드를 만든다. 이때 쓰이는 노광의 패턴은 도 11에 도시된 것과 같은 형상을 이용한다.(포토 다이오드 형성 단계)In order to form a photodiode inside a semiconductor substrate, a PN junction diode is made using the technique of ion implantation or diffusion of impurities. The exposure pattern used at this time uses a shape like that shown in Fig. 11. (Photodiode formation step)

이하 각 단계에서는 공통적으로 해당 패턴의 마스크를 이용한 노광, 식각 등 잘 알려진 포토리쏘그라피(photolithography) 기술이 공통적으로 사용된다. In each step below, well-known photolithography techniques such as exposure and etching using a mask of the corresponding pattern are commonly used.

이후, 각 포토 다이오드들 상부에 절연층을 형성하기 위하여 각 포토 다이오드 상부와 옆면(sidewall)을 격벽하여 절연하는 깊은 트렌치 절연막(DTI, Deep Trench Isolation)을 형성한다. 이때 쓰이는 마스크 패턴은 도 10에 도시된 바와 같다. (깊은 트렌치 절연막 형성 단계) Afterwards , a deep trench insulation film ( DTI ) is formed to insulate the top and sidewall of each photodiode to form an insulating layer on top of each photodiode. The mask pattern used at this time is as shown in Fig. 10. ( Deep trench insulation film formation step)

깊은 트렌치 절연막 상부에 삼원색을 표시하는 레드(red), 그린(green), 블루(blue)의 컬러 필터층을 형성한다. 이때 하나의 컬러 필터 면적에는 다수 개의 포토 다이오드가 대응되도록 한다. 즉, 어레이되어 반복 형성되는 각 단위 컬러 필터의 크기는, 역시 어레이되어 반복 형성되는 각 단위 포토 다이오드의 크기보다 크다. 예컨대 쿼드 셀의 경우에는 하나의 단위 컬러 필터에는 네 개의 포토 다이오드 면적이 포함되어 대응되도록 되어 있다.(컬러 필터층 형성 단계)Red, green, and blue color filter layers that display three primary colors are formed on the upper part of the deep trench insulating film. At this time, a plurality of photodiodes correspond to one color filter area. In other words, the size of each unit color filter that is arrayed and repeatedly formed is larger than the size of each unit photodiode that is also arrayed and repeatedly formed. For example, in the case of a quad cell, one unit color filter includes and corresponds to four photodiode areas. (Color filter layer formation step)

컬러 필터층 상부에 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막 등이 포함될 수 있는 층간 절연 물질을 선택하여 형성한다.(얇은 절연막 형성 단계) 이 단계는 제조상의 잇점을 취하기 위하여는 생략될 수 있다. An interlayer insulating material, such as a silicon oxide film or silicon nitride film, is selected and formed on top of the color filter layer. (Thin insulating film formation step) This step may be omitted to obtain manufacturing advantages.

컬러 필터층 또는 얇은 절연막 상부에 이너 렌즈(440) 층을 형성한다. 이때 선택되는 물질은 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막이 포함될 수 있다. 이너 렌즈의 형상은 하부는 평평하게, 상부는 볼록하게 형성하여 평-볼록 렌즈의 기능을 수행할 수 있도록 한다. (이너 렌즈 형성 단계)An inner lens (440) layer is formed on top of a color filter layer or a thin insulating film. The material selected at this time may include a silicon oxide film or a silicon nitride film. The shape of the inner lens is formed so that the lower part is flat and the upper part is convex, so that it can perform the function of a plano-convex lens. (Inner lens formation step)

이너 렌즈(440) 층 상부에 아우터 렌즈(430) 층을 형성한다. 이때 선택되는 물질은 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막이 포함될 수 있다. 아우터 렌즈의 크기는 이너 렌즈의 전부 또는 일부를 그 내부에 수납할 수 있을 정도의 크기가 바람직하므로 아우터 렌즈의 곡률은 이너 렌즈이 곡률보다 큰 것이 좋다. 이너 렌즈를 수납함에 있어서 이너 렌즈의 마루는 아우터 렌즈의 마루와 서로 맞닿을 수도 있고 일정 거리를 유지할 수도 있다. 아우터 렌즈의 형상은 상부는 볼록하게 형성하여 볼록 렌즈의 기능을 수행할 수 있도록 한다. (아우터 렌즈 형성 단계)An outer lens (430) layer is formed on top of the inner lens (440) layer. The material selected at this time may include a silicon oxide film or a silicon nitride film. The size of the outer lens is preferably such that all or part of the inner lens can be accommodated therein, so the curvature of the outer lens is preferably larger than the curvature of the inner lens. When the inner lens is accommodated, the crest of the inner lens may touch the crest of the outer lens or may maintain a certain distance therefrom. The shape of the outer lens is formed so that the upper part is convex so that it can perform the function of a convex lens. (Outer lens formation step)

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예 또는 본 발명의 핵심적인 아이디어에 따르면, 위상 검출 자동 초점(PDAF) 화소의 마이크로 렌즈를 다중으로 구성함으로써 입사광의 손실을 줄일 수 있고 위상 차 검출의 신뢰성이 증가한다. 또한 각 화소들 간의 크로스톡을 최소한으로 억제한 상태에서 자동 초점 콘트라스트(AF Contrast) 성능과 이미지 센서의 감도를 향상시킬 수 있다.As described above, according to the embodiment of the present invention or the core idea of the present invention, by configuring the micro lenses of the phase detection auto focus (PDAF) pixels in multiple layers, the loss of incident light can be reduced and the reliability of phase difference detection can be increased. In addition, the auto focus contrast (AF Contrast) performance and the sensitivity of the image sensor can be improved while minimizing crosstalk between each pixel.

본 발명은 도면들에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이들로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, these are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible from these. Accordingly, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

100: 쿼드 셀 PDAF 어레이 110: 일반 마이크로 렌즈
130: 자동 초점용 마이크로 렌즈 150, 450: 컬러 필터
170, 470: 깊은 트렌치 절연막 190, 490: 포토 다이오드
400: 쿼드 셀 PDAF 어레이 420: 얇은 절연막
430: 아우터 렌즈 440: 이너 렌즈
100: Quad cell PDAF array 110: Standard micro lens
130: Micro lens for autofocus 150, 450: Color filter
170, 470: Deep trench insulation 190, 490: Photo diode
400: Quad cell PDAF array 420: Thin insulating film
430: Outer Lens 440: Inner Lens

Claims (13)

반도체 기판에 형성된 포토 다이오드들;
상기 포토 다이오드들 사이를 전기적으로 절연하는 깊은 트렌치 절연막;
상기 포토 다이오드들 상부에 형성된 컬러 필터;
상기 포토 다이오드들에 일대일로 대응하며, 상기 포토 다이오드들 상부에 형성되어 피사체로부터의 이미지를 캡쳐하는 이미지 캡쳐용 마이크로 렌즈;
상기 포토 다이오드들 가운데 서로 인접한 4개의 포토 다이오드에 대응하며, 상기 인접한 4개의 포토 다이오드 상부에 형성되어 입사광의 위상 차를 검출하기 위한 위상 검출 자동 초점용 마이크로 렌즈;
상기 위상 검출 자동 초점용 마이크로 렌즈는 곡률 반경이 서로 다른 다중의 마이크로 렌즈;를 포함하되 상기 다중의 마이크로 렌즈 가운데 하나가 나머지 다른 하나를 내부에 수납하는 구조로 되어 있는 이미지 센서.
Photodiodes formed on a semiconductor substrate;
A deep trench insulating film electrically insulating between the photodiodes;
A color filter formed on top of the above photodiodes;
An image capturing micro lens formed on top of the photo diodes and corresponding to the photo diodes one-to-one to capture an image from a subject;
A micro lens for phase detection auto-focus, corresponding to four adjacent photodiodes among the above photodiodes and formed on the upper part of the four adjacent photodiodes to detect the phase difference of incident light;
An image sensor having a structure in which the above-described phase detection autofocus microlens comprises multiple microlenses having different radii of curvature, wherein one of the multiple microlenses is housed inside the other.
제 1 항에 있어서,
상기 다중의 마이크로 렌즈는 서로 다른 높이를 가지는 평-볼록 렌즈(plane-convex lens)인 이미지 센서.
In paragraph 1,
An image sensor in which the above multiple micro lenses are plane-convex lenses having different heights.
제 1 항에 있어서,
상기 다중의 마이크로 렌즈 가운데 하나는 상기 이미지 캡쳐용 마이크로 렌즈보다 높은 높이를 가지는 이미지 센서.
In paragraph 1,
An image sensor wherein one of the multiple micro lenses has a height higher than the image capturing micro lens.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 수납되는 마이크로 렌즈는 이너(inner) 렌즈이고, 이를 수납하는 마이크로 렌즈는 아우터(outer) 렌즈인 이미지 센서.
In paragraph 1,
An image sensor in which the micro lens to be accommodated is an inner lens and the micro lens that accommodates it is an outer lens.
제 5 항에 있어서,
상기 이너(inner) 렌즈의 곡률 반경이 상기 아우터(outer) 렌즈의 곡률 반경보다 작은 이미지 센서.
In paragraph 5,
An image sensor in which the radius of curvature of the inner lens is smaller than the radius of curvature of the outer lens.
제 1항에 있어서,
상기 컬러 필터 가운데 임의의 한 컬러는 상기 포토 다이오드의 다수에 대응되는 크기를 가지는 이미지 센서.
In paragraph 1,
An image sensor wherein any one color among the above color filters has a size corresponding to a plurality of the above photodiodes.
반도체 기판에 포토 다이오드들을 형성하는 단계;
상기 포토 다이오드들 사이를 전기적으로 절연하기 위한 깊은 트렌치 절연막을 형성하는 단계;
상기 포토 다이오드들 상부에 컬러 필터층을 형성하는 단계;
상기 포토 다이오드들에 일대일로 대응하며, 상기 포토 다이오드 상부에 각각 형성되어 피사체로부터의 이미지를 캡쳐하는 이미지 캡쳐용 마이크로 렌즈를 형성하는 단계;
상기 포토 다이오드들 가운데 서로 인접한 4개의 포토 다이오드에 대응하며, 상기 4개의 포토 다이오드 상부에 형성되는 이너 렌즈 형성 단계;
상기 이너 렌즈보다 큰 곡률 반경을 가지는 아우터 렌즈를 형성하는 단계;
를 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
A step of forming photodiodes on a semiconductor substrate;
A step of forming a deep trench insulating film for electrically insulating between the above photodiodes;
A step of forming a color filter layer on top of the above photodiodes;
A step of forming an image capturing micro lens corresponding to the above photodiodes one-to-one and formed on each upper portion of the photodiodes to capture an image from a subject;
A step of forming an inner lens corresponding to four adjacent photodiodes among the above photodiodes and formed on top of the four photodiodes;
A step of forming an outer lens having a larger radius of curvature than the inner lens;
A method for manufacturing an image sensor including:
제 8항에 있어서,
상기 컬러 필터층의 임의의 한 단위 컬러 필터의 면적은 상기 포토 다이오드 여러 개의 면적에 대응되는 크기를 가지도록 하는 이미지 센서의 제조 방법.
In Article 8,
A method for manufacturing an image sensor, wherein the area of any one unit color filter of the color filter layer has a size corresponding to the area of several photodiodes.
제 8항에 있어서,
상기 아우터 렌즈의 마루 부분은 상기 이너 렌즈의 마루부분과 서로 맞닿아 있도록 하는 이미지 센서의 제조 방법.
In Article 8,
A method for manufacturing an image sensor in which the top portion of the outer lens is in contact with the top portion of the inner lens.
제 8항에 있어서,
상기 아우터 렌즈의 높이는 상기 이너 렌즈의 높이보다 같거나 크도록 하는 이미지 센서의 제조 방법.
In Article 8,
A method for manufacturing an image sensor, wherein the height of the outer lens is equal to or greater than the height of the inner lens.
삭제delete 제 8항에 있어서,
상기 컬러 필터층 형성 단계와 상기 이너 렌즈 형성 단계 사이에 얇은 절연막을 추가로 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
In Article 8,
A method for manufacturing an image sensor, comprising a step of additionally forming a thin insulating film between the color filter layer forming step and the inner lens forming step.
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