KR20080014301A - Back illuminated cmos image sensors with deep trench isolation and method for producing the same - Google Patents

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KR20080014301A
KR20080014301A KR1020060075806A KR20060075806A KR20080014301A KR 20080014301 A KR20080014301 A KR 20080014301A KR 1020060075806 A KR1020060075806 A KR 1020060075806A KR 20060075806 A KR20060075806 A KR 20060075806A KR 20080014301 A KR20080014301 A KR 20080014301A
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문창록
박병준
이덕형
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삼성전자주식회사
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Abstract

A back illuminated CMOS image sensor having a deep trench device isolating film and a method for producing the same are provided to prevent an electrical crosstalk and an optical crosstalk between pixels by isolating a photo diode of a pixel array using a device isolating film with a deep trench structure. A back illuminated CMOS image sensor comprises a device isolating film with a deep trench structure(13), a photo diode(11), a pixel circuit(20), and a lens(30). The device isolating film with the deep trench structure is formed by extending from a first side to a second side of a semiconductor substrate(10). The photo diode is defined by the device isolating film with the deep trench structure, and is formed by extending from a first side to a second side of the semiconductor substrate. The pixel circuit adjacent to the first side of the semiconductor substrate is formed. The lens adjacent to the second side of the semiconductor substrate is formed.

Description

딥트렌치 소자분리막을 포함하는 이면 조사형 CMOS 이미지 센서 및 그 제조방법{Back illuminated CMOS image sensors with deep trench isolation and method for producing the same}Back illuminated CMOS image sensors with deep trench isolation and method for producing the same

도 1은 종래의 이면 조사형 CMOS 센서의 화소 어레이 영역의 개략적인 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of a pixel array region of a conventional backside-illumination type CMOS sensor.

도 2은 종래의 이면 조사형 CMOS 센서의 칩 에지 부분의 화소 어레이 영역의 개략적인 단면도이다.2 is a schematic cross-sectional view of a pixel array region of a chip edge portion of a conventional backside-illumination type CMOS sensor.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이면 조사형 CMOS 이미지 센서의 화소 어레이 영역의 개략적인 단면도이다.3 is a schematic cross-sectional view of a pixel array region of a backside-illuminated CMOS image sensor according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 이면 조사형 CMOS 이미지 센서의 제조방법을 순서대로 설명하기 위한 개략적인 순서도이다.4 is a schematic flowchart for sequentially explaining a method of manufacturing a backside-illumination type CMOS image sensor according to the present invention.

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

10: 반도체 기판 11: 포토다이오드10: semiconductor substrate 11: photodiode

13: 딥트렌치 소자분리막 20: 화소 회로부13: deep trench device isolation layer 20: pixel circuit portion

30: 렌즈부 31: 컬러필터30: lens unit 31: color filter

33: 마이크로 렌즈 40: 지지기판33: microlens 40: support substrate

본 발명은 CMOS 이미지소자에 관한 것으로 더욱 상세하게는 크로스토크(cross talk)를 방지할 수 있는 이면 조사형(back illuminated) CMOS 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a CMOS image device, and more particularly, to a back illuminated CMOS image sensor capable of preventing cross talk and a method of manufacturing the same.

일반적인 이미지 센서는 광학 영상(optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자를 의미한다. 이러한 이미지 센서는 CCD(Charge Coupled Device)와 CMOS 이미지 센서(CMOS Image Sensor; CIS)로 구분될 수 있다. 이미지 센서들은 화소(pixel)의 2차원적인 배열에 근거하고 있다. 각 화소는 광학 영상의 일부를 전기적인 신호로 변환할 수 있는 감지 요소(sensing element)를 포함한다. 전기적인 신호들은 예를 들면, 디스플레이에 광학적 영상을 다시 생성하는데 사용된다. A general image sensor refers to a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal. Such an image sensor may be classified into a charge coupled device (CCD) and a CMOS image sensor (CIS). Image sensors are based on a two-dimensional array of pixels. Each pixel includes a sensing element capable of converting a portion of the optical image into an electrical signal. Electrical signals are used, for example, to recreate the optical image on the display.

CMOS 이미지 센서는 단위 화소 내에 광신호를 수신하는 포토다이오드와 상기 광신호를 제어할 수 있는 모스트랜지스터를 구비하는 소자로, CCD에 비해 제조공정이 매우 단순하며 잘 확립된 CMOS 기술을 이용하여 다른 여러 신호처리 소자와 더불어 하나의 칩으로 제조할 수 있는 장점이 있다.CMOS image sensor is a device having a photodiode that receives an optical signal in a unit pixel and a MOS transistor that can control the optical signal. The CMOS image sensor is simpler in manufacturing process than a CCD and uses a well-established CMOS technology. In addition to the signal processing device, there is an advantage that can be manufactured in a single chip.

CMOS 기술이 포토리소그래피의 축소의 방향으로 전개됨에 따라 CMOS 이미지 센서의 화소 및 회로의 크기도 감소하고 있다. 화소의 크기가 감소함에 따라 적은 비용으로 많은 수의 화소로 이루어진 화소 어레이를 만들 수 있는 장점이 있으나, 한편으로 적은 양의 광입사로 인하여 광감도가 떨어지는 문제점이 있다. 특히, 능동 화소(active pixel sensor: APS)를 사용하는 전면 조사형(front illuminated) CMOS 이미지 센서에서는 능동회로와 관련된 금속 라인이 화소 어레이의 채움율(fill factor)을 감소시킨다. 이것은 금속 라인의 선폭이 축소되어도 금속 라인의 존재로 인하여 광감지부인 포토다이오드 확산영역이 가려지거나 빛이 포토다이오드 확산영역에 도달하는 거리가 멀어짐으로써 확산영역에 도달하는 빛의 양이 감소되어 일어난다. As CMOS technology evolves toward shrinking photolithography, the size of pixels and circuits in CMOS image sensors is also decreasing. As the size of the pixel is reduced, there is an advantage in that a pixel array made up of a large number of pixels can be manufactured at a low cost. In particular, in a front illuminated CMOS image sensor using an active pixel sensor (APS), metal lines associated with the active circuit reduce the fill factor of the pixel array. This occurs even when the line width of the metal line is reduced, because the presence of the metal line obscures the photodiode diffusion region, which is the light sensing unit, or the distance that the light reaches the photodiode diffusion region is reduced, thereby reducing the amount of light reaching the diffusion region.

이면 조사형(back illuminated) CMOS 센서는 회로가 기판의 전면에 존재하고 렌즈가 기판의 이면에 존재하는 이미지 센서이다. 빛이 회로영역을 통과하지 않고 렌즈를 통하여 바로 포토다이오드의 불순물 영역으로 들어오므로 전면 조사형 CMOS 이미지 센서의 채움율 감소의 문제를 해결할 수 있다. Back illuminated CMOS sensors are image sensors in which circuits are present on the front of the substrate and lenses are present on the back of the substrate. Since light enters the impurity region of the photodiode directly through the lens without passing through the circuit region, the problem of reducing the filling rate of the front-illumination CMOS image sensor can be solved.

도 1은 종래의 이면 조사형 CMOS 센서의 개략적인 단면도이다. 기판(2)의 일면(7)에 접하여 CMOS 센서의 화소 회로부(1)가 적층 형성되어 있다. 화소 회로부(1) 위로 기판(2)의 다른 일면(8)까지 확장되는 포토다이오드의 불순물 영역(9)이 형성되어 있으며 그 위로 칼라필터(3)와 마이크로 렌즈(4)가 형성되어 있다. CMOS 이미지 센서의 기판(2)은 그 두께가 매우 얇아 화소 회로부(1)에 접한 지지기판(6)에 의하여 지지된다. 1 is a schematic cross-sectional view of a conventional back-illumination CMOS sensor. The pixel circuit portion 1 of the CMOS sensor is laminated in contact with one surface 7 of the substrate 2. An impurity region 9 of a photodiode is formed above the pixel circuit portion 1 and extends to the other surface 8 of the substrate 2, and a color filter 3 and a microlens 4 are formed thereon. The substrate 2 of the CMOS image sensor is very thin and is supported by the supporting substrate 6 in contact with the pixel circuit portion 1.

이러한 종래의 이면 조사형 CMOS 센서의 제조 방법은 다음과 같다. 먼저, 이온주입에 의하여 기판의 전면으로부터 일정 깊이의 깊이에 포토다이오드의 불순물 영역(2)을 형성한 후 화소 회로부(1)를 구성하는 회로 패턴층들을 형성한다. 그리고 화소 회로부(1)에 접하여 기판의 전면에 지지기판(6)을 부착하고 기판의 후면을 연마하여 포토다이오드의 불순물 영역(2)을 기판의 뒷면으로부터 노출시킨다. 노출 된 포토다이오드(2) 위로 칼라필터(3)와 마이크로 렌즈(4)를 포함하는 렌즈부(5)를 형성한다. The manufacturing method of such a conventional backside-illumination type CMOS sensor is as follows. First, the impurity region 2 of the photodiode is formed at a predetermined depth from the entire surface of the substrate by ion implantation, and then circuit pattern layers constituting the pixel circuit unit 1 are formed. The support substrate 6 is attached to the front surface of the substrate in contact with the pixel circuit portion 1, and the back surface of the substrate is polished to expose the impurity region 2 of the photodiode from the rear surface of the substrate. A lens unit 5 including a color filter 3 and a micro lens 4 is formed on the exposed photodiode 2.

포토다이오드(2) 영역 중 칼라필터(3) 바로 아래 영역은 기판의 전면으로부터 가장 멀리 떨어진 곳에 해당되어 이온주입된 불순물의 농도가 균일하지 않을 확률이 높아진다. 이면 조사형 CMOS 센서에서는 포토다이오드(2) 간의 소자분리가 도핑 프로파일에 의하여 이루어지는데, 칼라필터(3) 아래 영역은 빛의 수광량이 많은 부분이면서도 불순물 농도의 불균일로 인하여 도핑 프로파일이 명확하지 않아 전기적인 크로스토크(electrical crosstalk)가 완벽하게 제거되지 못할 수 있다. The area immediately below the color filter 3 in the photodiode 2 area corresponds to the farthest part from the front surface of the substrate, thereby increasing the probability that the concentration of the ion-implanted impurities is not uniform. In the back-illumination type CMOS sensor, device separation between the photodiodes 2 is performed by a doping profile. The area under the color filter 3 is a region where a large amount of light is received, but the doping profile is not clear due to uneven impurities. Electrical crosstalk may not be completely eliminated.

또한, 도 2에 도시한 바와 같이 칩의 에지에 있는 화소의 경우에는 마이크로 렌즈(3) 및 칼라필터(4)가 해당 포토다이오드(2)에 정렬되어 있지 않고 빛의 수광량을 높이기 위하여 포토다이오드(2)에 대하여 일정하게 이동(shift)하여 형성된다. 따라서 칩 에지의 화소의 경우에는 광학적 크로스토크(optical crosstalk)가 발생할 가능성이 높아진다. In addition, as shown in FIG. 2, in the case of the pixel at the edge of the chip, the microlens 3 and the color filter 4 are not aligned with the photodiode 2, and the photodiode is used to increase the amount of light received. It is formed by shifting constantly with respect to 2). Therefore, in the case of the pixel at the chip edge, there is a high possibility of optical crosstalk.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 화소간 전기적 크로스토크와 광학적 크로스토크를 차단할 수 있는 이면 조사형 CMOS 이미지 센서를 제공하는데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a backside-illuminated CMOS image sensor capable of blocking electrical crosstalk and optical crosstalk between pixels.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 화소간 전기적 크로스토크와 광학적 크로스토크를 차단할 수 있는 이면 조사형 CMOS 이미지 센서의 제조방법을 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a backside-illumination type CMOS image sensor capable of blocking electrical crosstalk and optical crosstalk between pixels.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이면 조사형 CMOS 이미지 센서는 제1 면과 제2 면을 갖는 반도체 기판 내에서 상기 제1 면으로부터 상기 제2면을 향하여 확장되어 형성된 딥트렌치 구조의 소자분리막; 상기 딥트렌치 소자분리막에 의하여 한정되며 상기 제1 면으로부터 상기 제2면을 향하여 확장되어 형성된 포토다이오드; 상기 반도체 기판의 상기 제1 면에 인접하여 형성된 화소 회로부; 및 상기 반도체 기판의 상기 제2 면에 인접하여 형성된 렌즈부;를 포함한다. In order to achieve the above object, a backside-illumination type CMOS image sensor extends from the first surface to the second surface in a semiconductor substrate having a first surface and a second surface, and has a deep trench structure. ; A photodiode defined by the deep trench isolation layer and extending from the first surface toward the second surface; A pixel circuit portion formed adjacent to the first surface of the semiconductor substrate; And a lens unit formed adjacent to the second surface of the semiconductor substrate.

상기 화소 회로부 위의 지지 기판을 더 포함할 수 있다. The substrate may further include a support substrate on the pixel circuit unit.

상기 딥트렌치 구조의 소자분리막의 깊이는 3~10㎛인 것이 바람직하다. The depth of the device isolation layer of the deep trench structure is preferably 3 ~ 10㎛.

상기 딥트렌치 구조의 소자분리막은 상기 포토다이오드를 통과하여 경사입사된 빛이 상기 소자분리막의 경계에서 전반사되도록 상기 반도체 기판보다 굴절율이 낮은 절연막으로 형성하는 것이 바람직하며, 실리콘 산화막일 수 있다. The device of the deep trench structure may be formed of an insulating film having a refractive index lower than that of the semiconductor substrate so that the light incident through the photodiode and totally reflected at the boundary of the device isolation film may be silicon oxide.

상기 반도체 기판의 상기 제2 면과 상기 렌즈부 사이에 글래스 기판을 더 포함할 수 있다. A glass substrate may be further included between the second surface of the semiconductor substrate and the lens unit.

상기 화소 회로부는 전달 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 구동 트랜지스터, 선택 트랜지스터 및 배선을 포함할 수 있다. The pixel circuit unit may include a transfer transistor, a reset transistor, a driving transistor, a selection transistor, and a wiring.

상기 렌즈부는 상기 반도체 기판의 상기 제2 면에 인접한 칼라필터과 상기 칼라필터 위의 마이크로 렌즈를 포함할 수 있다. The lens unit may include a color filter adjacent to the second surface of the semiconductor substrate and a micro lens on the color filter.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이면 조사형 CMOS 이미지 센서의 제조방법은 반도체 기판의 제1 면으로부터 딥트렌치 구조의 소자분리막을 형성하는 단계; 상기 소자분리막에 의하여 한정되는 상기 반도체 기판 내에 상기 제1 면으로부터의 이온주입에 의하여 포토다이오드 영역을 형성하는 단계; 상기 포토다이오드 영역 위로 상기 반도체 기판의 상기 제1 면에 화소 회로부를 형성하는 단계; 상기 화소 회로부가 형성된 상기 반도체 기판의 상기 제2 면을 연마하는 단계; 및 연마된 상기 반도체 기판의 상기 제2 면에 상기 포토다이오드에 정렬하여 렌즈부를 형성하는 단계;를 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a backside-illumination type CMOS image sensor, the method including: forming an isolation layer of a deep trench structure from a first surface of a semiconductor substrate; Forming a photodiode region by ion implantation from the first surface in the semiconductor substrate defined by the device isolation film; Forming a pixel circuit portion on the first surface of the semiconductor substrate over the photodiode region; Polishing the second surface of the semiconductor substrate on which the pixel circuit portion is formed; And forming a lens unit on the second surface of the polished semiconductor substrate by aligning the photodiode.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하여 위하여 과장된 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosure may be made thorough and complete, and to fully convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. In the drawings, the thicknesses of layers and regions are exaggerated for clarity. Like numbers refer to like elements throughout.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이면 조사형 CMOS 이미지 센서의 일부를 단순화하여 보여주는 단면도이다. 도 3에는 포토다이오드(11), 화소 회로부(20) 및 렌즈부(30)를 포함하는 화소 어레이 부분이 도시되어 있다. 도 3에서 포토다이오드(11)가 형성되어 있는 반도체 기판(10)은 전면(front side, 13)이 아래를 향하고 있으며 이면(back side, 15)이 위를 향하고 있다. 이면 조사형 CMOS 이미지 센서에서는 빛이 반도체 기판(10)의 이면(15)으로부터 입사되므로 입사된 빛이 포토다이오드(11)에 도달할 수 있을 정도로 기판의 두께가 얇아야 한다. 3 is a cross-sectional view schematically illustrating a portion of a backside-illuminated CMOS image sensor according to an embodiment of the present invention. 3 shows a pixel array portion including a photodiode 11, a pixel circuit portion 20, and a lens portion 30. In FIG. 3, the front side 13 of the semiconductor substrate 10 on which the photodiode 11 is formed is faced downward, and the back side 15 of the semiconductor substrate 10 faces upward. In the backside-illumination type CMOS image sensor, since the light is incident from the backside 15 of the semiconductor substrate 10, the thickness of the substrate should be thin enough to allow the incident light to reach the photodiode 11.

반도체 기판(10) 내의 포토다이오드(11)는 n형 불순물 내의 p형 불순물 영 역, 또는 p형 불순물 영역 내의 n형 불순물 영역에 의하여 형성될 수 있다. 포토다이오드(11) 아래의 반도체 기판(10)의 전면(13)에는 포토다이오드(11)와 함께 단위 화소를 구성하는 트랜지스터들과 배선들을 포함하는 화소 회로부(20)가 적층되어 형성되어 있다. 화소 회로부(20) 아래로 지지 기판(40)이 부착되어 있으며, 화소 회로부(20)와 지지 기판(40) 사이에는 패시베이션층(미도시)과 접착층(미도시)가 더 형성될 수 있다. 포토다이오드(11) 위의 반도체 기판(10)의 이면에는 칼라 필터(31) 및 마이크로 렌즈(33)를 포함하는 렌즈부(30)가 형성되어 있다. 포토다이오드(11)와 렌즈부(30) 사이에는 글래스와 같은 투명기판(미도시)이 더 형성될 수 있다. The photodiode 11 in the semiconductor substrate 10 may be formed by a p-type impurity region in the n-type impurity or an n-type impurity region in the p-type impurity region. On the front surface 13 of the semiconductor substrate 10 under the photodiode 11, a pixel circuit unit 20 including transistors and wirings constituting a unit pixel together with the photodiode 11 is stacked. The support substrate 40 may be attached under the pixel circuit unit 20, and a passivation layer (not shown) and an adhesive layer (not shown) may be further formed between the pixel circuit unit 20 and the support substrate 40. On the back surface of the semiconductor substrate 10 on the photodiode 11, a lens portion 30 including a color filter 31 and a micro lens 33 is formed. A transparent substrate such as glass (not shown) may be further formed between the photodiode 11 and the lens unit 30.

본 발명에서는 인접하는 포토다이오드(11)가 딥트렌치 소자분리막(13)에 의하여 서로 분리된다. 딥트렌치 소자분리막(13)은 포토다이오드(11)의 깊이만큼 형성되거나 그보다 약간 얕게 형성될 수 있다. 딥트렌치 소자분리막(13)은 렌즈부(30)의 바로 아래까지 형성되어 있어서, 포토다이오드(11) 내에서 빛에 의해 생성된 전자 또는 전공이 수직으로 이동하지 못하고 인접 화소 영역으로 이동하여 발생하는 전기적 크로스토크(electrical crosstalk)를 방지할 수 있다. 이면 조사형 CMOS 이미지 센서에서는 포토다이오드(11)의 불순물 영역이 반도체 기판(10)의 전면으로부터 깊은 이온주입에 의하여 생성되므로 렌즈부(30) 아래의 반도체 기판(10)의 이면에 접하는 불순물 영역은 도핑 프로파일이 흩트러져서 전기적 크로스토크가 발생할 수 있는데, 절연막인 딥트렌치 소자분리막(13)에 의하여 전기적 크로스토크가 방지될 수 있는 것이다. In the present invention, adjacent photodiodes 11 are separated from each other by the deep trench device isolation layer 13. The deep trench device isolation layer 13 may be formed as deep as the photodiode 11 or slightly shallower. The deep trench device isolation layer 13 is formed directly below the lens unit 30, so that electrons or holes generated by light in the photodiode 11 do not move vertically but move to adjacent pixel regions. Electrical crosstalk can be prevented. In the backside-illumination type CMOS image sensor, the impurity region of the photodiode 11 is generated by deep ion implantation from the front surface of the semiconductor substrate 10, so that the impurity region in contact with the backside of the semiconductor substrate 10 under the lens portion 30 is Electrical crosstalk may occur due to scattering of the doping profile, and electrical crosstalk may be prevented by the deep trench device isolation layer 13, which is an insulating layer.

또한 렌즈부(30)를 통해 경사를 갖고 입사된 빛은 포토다이오드(11)와 소자분리막(13)의 경계에서 전반사되어 인접 화소의 포토다이오드(11)로 통과하지 못하므로 광학적 크로스토크(optical crosstalk)를 방지할 수 있다. 종래의 CMOS 이미지 센서의 칩의 에지부의 화소는 비스듬히 들어오는 빛의 수광효율을 높이기 위하여 하나의 화소에서 렌즈부(30)와 이에 대응하는 포토다이오드(11)가 서로 수직으로 겹치지 않고 비스듬히 겹치도록 형성되어 인접 화소간 광학적 크로스토크가 발생할 가능성이 컸다. 그러나 본 발명에서는 도 4에 나타낸 바와 같이 포토다이오드(11) 사이의 딥트렌치 소자분리막(13)이 포토다이오드(11)의 실리콘보다 굴절율이 낮은 물질을 사용하여 딥트렌치 소자분리막(13)으로 비스듬히 들어오는 빛을 전반사함으로써 광학적 크로스토크를 방지할 수 있다. In addition, since the light incident with the inclination through the lens unit 30 is totally reflected at the boundary between the photodiode 11 and the device isolation layer 13 and cannot pass through the photodiode 11 of the adjacent pixel, optical crosstalk is performed. ) Can be prevented. The pixels of the edge portion of the chip of the conventional CMOS image sensor are formed such that the lens unit 30 and the corresponding photodiode 11 corresponding to each other do not overlap vertically but obliquely with each other in order to increase the light receiving efficiency of light coming in at an angle. There was a high possibility of optical crosstalk between adjacent pixels. However, in the present invention, as shown in FIG. 4, the deep trench device isolation layer 13 between the photodiodes 11 is obliquely introduced into the deep trench device isolation layer 13 using a material having a lower refractive index than the silicon of the photodiode 11. By total reflection of light it is possible to prevent optical crosstalk.

도 5는 본 발명에 따른 이면 조사형 CMOS 이미지 센서의 제조방법을 순서대로 설명하기 위한 개략적인 순서도이다.5 is a schematic flowchart for sequentially explaining a method of manufacturing a backside-illumination type CMOS image sensor according to the present invention.

도 5를 참조하면, 먼저 반도체 기판에 딥트렌치 소자분리막을 형성한다(S10). 딥트렌치 소자분리막은 실리콘 질화막과 같은 하드마스크 패턴을 마스크로 하여 반도체 기판을 식각하여 딥트렌치를 형성한 후, 실리콘 산화막과 같은 절연막을 충전하여 형성한다. 절연막 매립은 딥트렌치를 매립하도록 절연막의 형성하고 평탄화한 후 하드마스크 패턴을 제거하여 이루어진다.Referring to FIG. 5, first, a deep trench device isolation layer is formed on a semiconductor substrate (S10). The deep trench device isolation layer is formed by etching a semiconductor substrate using a hard mask pattern such as a silicon nitride film as a mask to form a deep trench, and then filling an insulating film such as a silicon oxide film. The insulating film is filled by forming and planarizing the insulating film so as to fill the deep trench, and then removing the hard mask pattern.

이어서 딥트렌치 소자분리막이 형성된 반도체 기판 내에 불순물의 이온주입에 의하여 포토다이오드 영역을 형성한다(S20). 포토다이오드 영역은 n형 불순물 내에 p형 불순물 영역을 형성하거나 p형 불순물 영역 내의 n형 불순물 영역을 형성 함으로써 만들 수 있다. Subsequently, a photodiode region is formed by implanting impurities into the semiconductor substrate on which the deep trench device isolation layer is formed (S20). The photodiode region can be made by forming a p-type impurity region in the n-type impurity or by forming an n-type impurity region in the p-type impurity region.

반도체 기판에 포토다이오드 영역을 만든 후에 기판 위로 전달 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 구동 트랜지스터, 선택 트랜지스터와 같은 단위 화소를 구성하는 트랜지스터와 배선을 포함하는 화소 회로부를 형성한다(S30). After the photodiode region is formed in the semiconductor substrate, a pixel circuit portion including transistors and wirings forming unit pixels, such as a transfer transistor, a reset transistor, a driving transistor, and a selection transistor, is formed on the substrate (S30).

화소 회로부가 형성된 반도체 기판의 전면에 지지 기판을 부착한다(S40). 지지기판의 부착 전 화소 회로부를 보호하기 위한 패시베이션층을 형성할 수 있다. The support substrate is attached to the entire surface of the semiconductor substrate on which the pixel circuit portion is formed (S40). A passivation layer may be formed to protect the pixel circuit portion before attachment of the support substrate.

지지기판을 부착한 후 반도체 기판의 이면으로부터 포토다이오드 영역으로 빛이 입사될 수 있을 정도로 반도체 기판의 이면을 갈고 화학적 기계적 연마를 수행하여 반도체 기판의 두께를 얇게 만든다(S50).After attaching the support substrate, the back surface of the semiconductor substrate is ground and chemical mechanical polishing is performed so that light may be incident from the back surface of the semiconductor substrate to the photodiode region (S50).

반도체 기판의 이면의 포토다이오드 위로 칼라필터 및 마이크로 렌즈를 포함하는 렌즈부를 형성한다(S60). 이때 반도체 기판의 이면과 렌즈부 사이에 글래스 기판을 더 형성되어 있을 수도 있다.A lens unit including a color filter and a micro lens is formed on the photodiode on the rear surface of the semiconductor substrate (S60). In this case, a glass substrate may be further formed between the rear surface of the semiconductor substrate and the lens unit.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하였지만, 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. Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes without departing from the technical spirit of the present invention are made. It will be apparent to one of ordinary skill in the art that this is possible.

본 발명에 의하면 이면 조사형 CMOS 이미지 센서에서 화소 어레이의 포토다이오드를 딥트렌치 구조의 소자분리막으로 격리함으로써 화소간 전기적 크로스토크 와 광학적 크로스토크를 차단할 수 있다. According to the present invention, the electrical crosstalk and the optical crosstalk between pixels can be blocked by isolating the photodiode of the pixel array with the device isolation layer having the deep trench structure in the backside-illumination type CMOS image sensor.

Claims (9)

제1 면과 제2 면을 갖는 반도체 기판 내에서 상기 제1 면으로부터 상기 제2면을 향하여 확장되어 형성된 딥트렌치 구조의 소자분리막; A device isolation layer having a deep trench structure extending from the first surface toward the second surface in a semiconductor substrate having a first surface and a second surface; 상기 딥트렌치 소자분리막에 의하여 한정되며 상기 제1 면으로부터 상기 제2면을 향하여 확장되어 형성된 포토다이오드; A photodiode defined by the deep trench isolation layer and extending from the first surface toward the second surface; 상기 반도체 기판의 상기 제1 면에 인접하여 형성된 화소 회로부; 및A pixel circuit portion formed adjacent to the first surface of the semiconductor substrate; And 상기 반도체 기판의 상기 제2 면에 인접하여 형성된 렌즈부;를 포함하는 이면 조사형 CMOS 이미지 센서.And a lens unit formed adjacent to the second surface of the semiconductor substrate. 제1 항에 있어서, 상기 화소 회로부 위의 지지 기판을 더 포함하는 이면 조사형 CMOS 이미지 센서.The back-illuminated CMOS image sensor of claim 1, further comprising a support substrate on the pixel circuit portion. 제1 항에 있어서, 상기 딥트렌치 구조의 소자분리막의 깊이는 3~10㎛인 이면 조사형 CMOS 이미지 센서.The backside-illumination type CMOS image sensor of claim 1, wherein a depth of the device isolation layer having the deep trench structure is 3 to 10 μm. 제1 항에 있어서, 상기 딥트렌치 구조의 소자분리막은 상기 포토다이오드를 통과하여 경사입사된 빛이 상기 소자분리막의 경계에서 전반사되도록 상기 반도체 기판보다 굴절율이 낮은 절연막으로 형성된 이면 조사형 CMOS 이미지 센서.The backside type CMOS image sensor of claim 1, wherein the device isolation film having the deep trench structure is formed of an insulating film having a refractive index lower than that of the semiconductor substrate so that the light incident obliquely through the photodiode is totally reflected at the boundary of the device isolation film. 제4 항에 있어서, 상기 딥트렌치 구조의 소자분리막은 실리콘 산화막인 이면 조사형 CMOS 이미지 센서.The backside irradiation CMOS image sensor of claim 4, wherein the device isolation layer of the deep trench structure is a silicon oxide layer. 제1 항에 있어서, 상기 반도체 기판의 상기 제2 면과 상기 렌즈부 사이에 글래스 기판을 더 포함하는 이면 조사형 CMOS 이미지 센서.The back-illumination type CMOS image sensor of claim 1, further comprising a glass substrate between the second surface of the semiconductor substrate and the lens unit. 제1 항에 있어서, 상기 화소 회로부는 전달 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 구동 트랜지스터, 선택 트랜지스터 및 배선을 포함하는 이면 조사형 CMOS 이미지 센서.The back-illumination CMOS image sensor of claim 1, wherein the pixel circuit unit comprises a transfer transistor, a reset transistor, a driving transistor, a selection transistor, and a wiring. 제1 항에 있어서, 상기 렌즈부는 상기 반도체 기판의 상기 제2 면에 인접한 칼라필터과 상기 칼라필터 위의 마이크로 렌즈를 포함하는 이면 조사형 CMOS 이미지 센서.The back-illumination CMOS image sensor of claim 1, wherein the lens unit comprises a color filter adjacent to the second surface of the semiconductor substrate and a micro lens on the color filter. 반도체 기판의 제1 면으로부터 딥트렌치 구조의 소자분리막을 형성하는 단계;Forming a device isolation film having a deep trench structure from a first surface of the semiconductor substrate; 상기 소자분리막에 의하여 한정되는 상기 반도체 기판 내에 상기 제1 면으로부터의 이온주입에 의하여 포토다이오드 영역을 형성하는 단계;Forming a photodiode region by ion implantation from the first surface in the semiconductor substrate defined by the device isolation film; 상기 포토다이오드 영역 위로 상기 반도체 기판의 상기 제1 면에 화소 회로부를 형성하는 단계;Forming a pixel circuit portion on the first surface of the semiconductor substrate over the photodiode region; 상기 화소 회로부가 형성된 상기 반도체 기판의 상기 제2 면을 연마하는 단계;Polishing the second surface of the semiconductor substrate on which the pixel circuit portion is formed; 연마된 상기 반도체 기판의 상기 제2 면에 상기 포토다이오드에 정렬하여 렌즈부를 형성하는 단계;를 포함하는 이면 조사형 CMOS 이미지 센서를 형성하는 방법.And forming a lens unit on the second surface of the semiconductor substrate to be aligned with the photodiode.
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