KR100678269B1 - 씨모스 방식의 이미지 센서와 그 제작 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 이미지 센서는 에피층이 성장된 기판과, 상기 에피층에 매립된 복수의 포토 다이오드들과, 상기 포토다이오드들의 사이에 위치됨으로써 상기 포토다이오드들을 절연시키기 위한 복수의 필드 산화막들을 포함하며, 상기 각 필드 산화막은 상기 에피층에 형성된 트랜치와, 상기 트랜치의 내측면에 증착된 제1 산화층과, 상기 포토다이오드의 측면에 대향되도록 상기 제1 산화층의 일부분에 증착되며 상기 제1 산화층으로 입사된 광을 해당 포토다이오드의 측면으로 반사시키기 위한 반사층과, 상기 반사층 상에 형성된 제2 산화막으로 이루어진다.
필드 산화막, 씨모스(CMOS), 이미지 센서

Description

씨모스 방식의 이미지 센서와 그 제작 방법{FABRICATING METHOD OF THE CMOS IMAGE SENSOR AND IMAGE SENSOR USING THE SAME}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이미지 센서를 나타내는 도면,
도 2는 도 1에 도시된 필드 산화막을 도시한 도면,
도 3a 내지 도 3e는 도 1에 도시된 필드 산화막의 제작 과정을 각 단계별로 도시한 도면.
본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로서, 특히 씨모스 방식의 이미지 센서 및 그 제작 방법에 관한 것이다.
씨모스(CMOS) 이미지 센서는 무수히 많은 복수의 포토다이오드들이 집적된 반도체 소자로서, 각각의 포토다이오드들이 입사된 광을 전기로 변환 시켜서 입력된 광신호로부터 대상 물체의 이미지를 검출해내기 위한 센서이다. 씨모스 이미지 센서는 카메라 휴대폰 장치, 디지털 카메라 등과 같은 소형화된 개인 휴대 장치들 에 장착됨으로, 그 크기에 있어서도 제약을 받게된다.
일반적인 이미지 센서에 있어서 광을 검출할 수 있는 최소 단위는 픽셀(Pixel)이라하며, 이미지 센서는 복수의 픽셀들로 구성된다. 상기 픽셀들은 각각의 포토다이오드와 해당 포토다이오드를 구동시키기 위한 구동 소자들과, 그 외 다수의 소자들로 이루어진다. 상기 픽셀들과 상기 포토다이오드들은 일대일 대응되며, 해당 픽셀 면적에 대한 상기 각 포토다이오드들의 수광 면적의 비를 필 팩터(Fill factor)라 하며, 일반적인 이미지 센서의 필 팩터는 20% 내외이다. 상술한 필 팩터는 이미지 센서의 감광 능력을 평가할 수 있는 척도이다.
제한된 공간에서 이미지 센서의 감광 능력을 향상시키기 위해서는 집적되는 픽셀의 수를 늘리고, 각 픽셀에서 차지하는 포토다이오드의 수광 면적을 최대한 확장시켜야 할 필요성이 있다.
상술한 필 팩터를 증가시키기 위한 수단으로는 이미지 센서의 수광면에 대응되는 위치에 각각의 마이크로 렌즈들을 위치시켜서, 해당 포토다이오드에 광을 수렴시키는 방법이 제안되고 있다.
그러나, 마이크로 렌즈 등을 통해서 포토다이오드에 수광되지 못한 광들은 이미지 센서에 있어서, 불필요한 광들로 서로 간섭 등에 의해서 색번짐을 유발하는 크로스 토그(cross talk) 등의 요인이 된다.
본 발명은 크로스 토크의 발생을 억제 할 수 있는 이미지 센서를 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명에 따른 이미지 센서는,
에피층이 성장된 기판과;
상기 에피층에 매립된 복수의 포토 다이오드들과;
상기 포토다이오드들의 사이에 위치됨으로써 상기 포토다이오드들을 절연시키기 위한 복수의 필드 산화막들을 포함하며,
상기 각 필드 산화막은 상기 에피층에 형성된 트랜치와, 상기 트랜치의 내측면에 증착된 제1 산화층과, 상기 포토다이오드의 측면에 대향되도록 상기 제1 산화층의 일부분에 증착되며 상기 제1 산화층으로 입사된 광을 해당 포토다이오드의 측면으로 반사시키기 위한 반사층과, 상기 반사층 상에 형성된 제2 산화막으로 이루어진다.
이하에서는 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능, 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이미지 센서를 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 이미지 센서는 에피층(120)이 성장된 기판(110)과, 상기 에피층(120)에 매립된 복수의 포토다이오드들(140)과, 상기 포토다이오드들(140)의 사이에 위치된 복수의 필드 산화막들(130)과, 복수의 트랜스퍼 게이트들(150)과, 상기 각 트랜스퍼 게이트(150)와 상기 에피층(120) 사이의 게이트 산화막(160)과, 상기 에피층(120) 상에 성장된 제1 절연층(180)과, 상기 제1 절연층(180) 상에 해당 포토다이오드(140)에 대향되도록 위치된 복수의 색필터들(230)과, 상기 색필터들(230)을 포함하는 상기 제1 절연층(180) 상에 성장된 제2 절연층(190)과, 상기 제2 절연층(190) 상에 해당 색필터(230)에 대향되도록 형성된 복수의 마이크로 렌즈들(240)을 포함한다.
상기 기판(110)은 P형 도펀트가 첨가되며, 상기 기판(110)에 첨가된 P형 도펀트 보다 농도가 낮은 저농도의 P형 도펀트가 첨가된 에피층(120)이 상기 기판(110) 상에 성장된다. 상기 에피층(120) 내에는 상호 인접한 복수의 상기 포토다이오드들(140)이 매립된 형태로 형성된다.
도 2는 도 1에 도시된 필드 산화막(130)을 도시한 도면이고, 도 3a 내지 도 3e는 도 1에 도시된 필드 산화막(130)의 제작 과정을 각 단계별로 도시한 도면이다. 도 2와, 도 3a 내지 도 3e를 참조해서 상기 각 필드 산화막(130)을 설명한다.
상기 각 필드 산화막(130)은 상기 에피층(120)에 형성된 트랜치(trench; 131)와, 상기 트랜치(131)에 증착된 제1 산화층(132)과, 상기 제1 산화층(133)에 증착되어 입사된 광을 상기 각 포토다이오드(140)의 측면(140a)으로 반사시키기 위한 반사층(133)과, 상기 반사층(133) 상에 형성된 제2 산화층(134)을 포함한다.
상기 제1 산화층(132)은 액상 산화물을 스핀 코팅에 의해서 상기 각 트랜치(131)의 기저면과 측면에 증착됨으로써, 해당 포토다이오드(140)의 측면에 대해서 기 설정된 경사도를 갖게된다.
상기 반사층(133)은 상기 포토다이오드(140)의 측면(140a)에 대향되도록 상 기 제1 산화층(132)의 일부분에 증착됨으로써, 입사된 광을 상기 포토다이오드 (140)의 측면(140a)으로 반사시킨다. 상기 반사층(133)은 금속 코팅 또는 스퍼터 코팅(sputter coating)에 의해 형성되며, 상기 반사층(133)이 형성된 상기 제1 산화층(132) 상에 상기 제2 산화층(134)이 성장된다.
상기 필드 산화막(130)은 성장된 상기 제2 산화층(134)을 평탄화시킴으로써 완성되며, 상기 필드 산화막(130)은 상기 포토다이오드들(140) 사이를 광학적, 전기적으로 절연시킨다. 특히, 상기 반사층(133)은 상기 포토다이오드들 각각의 수광면으로 입사되지 못한 광들을 해당 포토다이오드(140)의 측면(140a)으로 반사시킴으로써 상기 포토다이오드들(140)의 수광 능력을 향상시킬 수 있다.
상기 각 트랜스 게이트(150)는 상기 에피층(120) 상에 형성되며, 상기 트랜스 게이트(150)의 양측 벽에 스페이서들(151a, 151b)가 위치된다. 상기 게이트 산화막(160)은 상기 각 트랜스퍼 게이트(150)와 상기 에피층(120)의 사이에 적층되며, 상기 트랜스퍼 게이트(150)와 상기 에피층(120)을 절연시킨다.
상기 제1 절연층(180)은 상기 트랜스퍼 게이트들(150)을 포함하는 상기 에피층(120) 상에 성장되고, 상기 제1 절연층(180) 상에는 해당 포토다이오드(140)에 대향되도록 위치된 복수의 색필터들(230)이 위치된다.
상기 제2 절연층(190)은 상기 색필터들(230)을 포함하는 상기 제1 절연층(180) 상에 형성되고, 상기 마이크로 렌즈들(240)은 상기 제2 절연층(190) 상에 해당 색필터(230)에 대향되도록 형성된다. 상기 마이크로 렌즈들(240)은 입사되는 광을 해당 색필터(230)를 통해서 상기 각 포토다이오드(140)의 수광면으로 수렴시킨다.
본 발명은 포토 다이오드의 측면에 대향되도록 반사층을 필터 산화막 내부에 증착함으로써, 포토다이오드의 수광면으로 입사되지 못하고 필터 산화막에 입사된 광들을 포토다이오드의 측면으로 반사시킨다. 즉, 포토다이오드로 입사되지 못하고, 소멸 또는 크로스 토크를 유발하는 광들을 포토다이오드의 측면으로 입사시킴으로써, 포토다이오드의 필 팩터를 늘리지 않고도 이미지-센서의 수광 능력을 향상시킬 수 있다.
즉, 본 발명은 포토다이오드의 수광면적을 늘리지 않고도 필-팩터 향상이 가능함으로, 동일한 면적의 이미지 센서에 더 많은 포토다이오드를 집적시킨 것과 동일한 효과를 얻을 수 있게 되며, 소멸되는 광들로 인한 크로스 토그 등과 같은 교란 또는 색번짐과 같은 현상 등을 억제할 수 있다.

Claims (7)

  1. 이미지 센서에 있어서,
    에피층이 성장된 기판과;
    상기 에피층에 매립된 복수의 포토 다이오드들과;
    상기 포토다이오드들의 사이에 위치됨으로써 상기 포토다이오드들을 절연시키기 위한 복수의 필드 산화막들을 포함하며,
    상기 각 필드 산화막은 상기 에피층에 형성된 트랜치와, 상기 트랜치의 내측면에 증착된 제1 산화층과, 상기 포토다이오드의 측면에 대향되도록 상기 제1 산화층의 일부분에 증착되며 상기 제1 산화층으로 입사된 광을 해당 포토다이오드의 측면으로 반사시키기 위한 반사층과, 상기 반사층 상에 형성된 제2 산화층으로 이루어지고, 상기 반사층은 상기 제1 및 제2 산화층의 사이에 위치됨을 특징으로 하는 씨모스 방식의 이미지 센서.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 기판은 P형 도펀트가 도핑됨을 특징으로 하는 씨모스 방식의 이미지 센서.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 에피층은 상기 기판에 비해서 농도가 낮은 P형 도펀트가 도핑됨을 특징 으로 하는 씨모스 방식의 이미지 센서.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 이미지 센서는,
    상기 에피층 상에 형성되며, 그 양측 벽에 스페이서로 이루어진 복수의 트랜스퍼 게이트들과;
    상기 각 트랜스퍼 게이트와 상기 에피층 사이에 적층된 게이트 산화막과;
    상기 트랜스퍼 게이트들을 포함하는 상기 에피층 상에 성장된 제1 절연층과;
    상기 제1 절연층 상에 해당 포토다드에 대향되도록 위치된 복수의 색필터들과;
    상기 칼라 필터를 포함하는 상기 제1 절연층 상에 형성된 제2 절연층과;
    상기 제2 절연층 상에 해당 색필터에 대향되도록 형성된 복수의 마이크로 렌즈들을 더 포함함을 특징으로 하는 씨모스 방식의 이미지 센서.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 산화층은 스핀 코팅에 의해서 상기 트랜치의 내측면에 증착됨을 특징으로 하는 씨모스 방식의 이미지 센서.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 반사층은 상기 제1 산화층 상의 일부에 형성됨으로써 입사된 광을 상기 포토다이오드의 측면으로 반사시킴을 특징으로 하는 씨모스 방식의 이미지 센서.
  7. 기판 상에 성장된 에피층에 매립된 복수의 포토다이오드들과, 상기 포토다이오드들 사이를 절연시키기 위한 복수의 필드 산화막들을 포함하는 이미지 센서의 제작 방법에 있어서, 상기 필드 산화막의 형성 방법은,
    상기 포토다이오드들 사이의 에피층을 식각시킨 트랜치 형성 과정과;
    상기 트랜치의 내측에 스핀 코팅에 의해 제1 산화층을 성장시키는 과정과;
    해당 제1 산화층으로 입사된 광을 해당 포토다이오드의 측면으로 반사시킬 수 있게 상기 제1 산화층의 상기 포토다이오의 측면에 대향되는 일 부분에 반사층을 증착하는 과정과;
    상기 반사층을 포함하는 상기 제1 산화층 상에 제2 산화층을 성장시키고, 성장된 상기 제2 산화층을 평탄화시키는 과정을 포함하고, 상기 반사층은 상기 제1 및 제2 산화층의 사이에 위치됨을 특징으로 하는 이미지 센서의 제작 방법.
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