KR100720482B1 - 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 빛의 집광 능력을 향상시킴으로써 이미지 센서의 특성을 향상시키도록 한 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 일정한 간격을 갖는 다수의 포토다이오드 및 트랜지스터가 형성된 반도체 기판과, 상기 반도체 기판의 전면에 형성되는 층간 절연막과, 상기 층간 절연막상에 상기 각 포토다이오드와 각각 대응되게 형성되는 칼라 필터층과, 상기 칼라 필터층을 포함한 반도체 기판의 전면에 형성되는 평탄화층과, 상기 각 포토다이오드와 대응되게 상기 반도체 기판의 배면에 형성되는 트렌치와, 상기 트렌치를 포함한 반도체 기판의 배면에 형성되는 반사층과, 상기 평탄화층상에 상기 각 포토다이오드와 대응되게 형성되는 다수개의 마이크로렌즈를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
포토다이오드, 마이크로렌즈, 트렌치, 반사층, 평탄화층
Description
도 1은 일반적인 3T형 CMOS 이미지 센서의 등가 회로도
도 2는 일반적인 3T형 CMOS 이미지 센서의 단위화소를 나타낸 레이아웃도
도 3은 종래 기술에 의한 씨모스 이미지 센서를 나타낸 단면도
도 4는 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서를 나타낸 단면도
도 5a 내지 도 5h는 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서의 제조방법을 나타낸 공정단면도
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
201 : 반도체 기판
202 : 소자 격리막 203 : 게이트 절연막
204 : 게이트 전극 205 : n-형 확산 영역
206 : 절연막 측벽 207 : 고농도 n+형 확산 영역
208 : 확산 저지용 질화막 209 : 제 1 층간 절연막
210 : 금속배선 211 : 제 2 층간 절연막
212 : 제 1 평탄화층 213 : 칼라 필터층
214 : 제 2 평탄화층 215 : 트렌치
216 : 반사층 217 : 마이크로렌즈
본 발명은 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 이미지 센서의 감도를 향상하도록 한 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지 센서라 함은 광학 영상(optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체소자로서, 이중에서 전하결합소자(CCD : charge coupled device)는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 커패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 커패시터에 저장되고 이송되는 소자이다.
씨모스 이미지센서는 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소 수 만큼의 MOS트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.
CCD(charge coupled device)는 구동 방식이 복잡하고 전력소모가 많으며, 마스크 공정 스텝 수가 많아서 공정이 복잡하고 시그날 프로세싱 회로를 CCD 칩내에 구현 할 수 없어 원칩(One Chip)화가 곤란하다는 등의 여러 단점이 있는 바, 최근에 그러한 단점을 극복하기 위하여 서브-마이크론(sub-micron) CMOS 제조기술을 이용한 CMOS 이미지센서의 개발이 많이 연구되고 있다.
상기 CMOS 이미지센서는 단위 화소(Pixel) 내에 포토다이오드와 모스 트랜지스터를 형성시켜 스위칭 방식으로 차례로 신호를 검출함으로써 이미지를 구현하게 되는데, CMOS 제조기술을 이용하므로 전력 소모도 적고 마스크 수도 20개 정도로 30∼40개의 마스크가 필요한 CCD 공정에 비해 공정이 매우 단순하며 여러 신호 처리 회로와 원칩화가 가능하여 차세대 이미지센서로 각광을 받고 있으며, DSC(Digital Still Camera), PC 카메라, 모빌카메라 등의 많은 응용부분에 사용되고 있다.
상기와 같은 특징을 갖는 이미지 센서 중 CMOS 이미지 센서는 트랜지스터의 개수에 따라 3T형, 4T형, 5T형 등으로 구분된다. 3T형은 1개의 포토다이오드와 3개의 트랜지스터로 구성되며, 4T형은 1개의 포토다이오드와 4개의 트랜지스터로 구성된다. 상기 3T형 CMOS 이미지 센서의 단위화소에 대한 등가회로 및 레이아웃(lay-out)을 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 일반적인 3T형 CMOS 이미지 센서의 등가 회로도이고, 도 2는 일반적인 3T형 CMOS 이미지 센서의 단위화소를 나타낸 레이아웃도이다.
일반적인 3T형 씨모스 이미지 센서의 단위 화소는, 도 1에 도시된 바와 같이, 1개의 포토다이오드(PD; Photo Diode)와 3개의 nMOS 트랜지스터(T1, T2, T3)로 구성된다. 상기 포토다이오드(PD)의 캐소드는 제 1 nMOS 트랜지스터(T1)의 드레인 및 제 2 nMOS 트랜지스터(T2)의 게이트에 접속되어 있다.
그리고, 상기 제 1, 제 2 nMOS 트랜지스터(T1, T2)의 소오스는 모두 기준 전압(VR)이 공급되는 전원선에 접속되어 있고, 제 1 nMOS 트랜지스터(T1)의 게이트는 리셋신호(RST)가 공급되는 리셋선에 접속되어 있다.
또한, 제 3 nMOS 트랜지스터(T3)의 소오스는 상기 제 2 nMOS 트랜지스터의 드레인에 접속되고, 상기 제 3 nMOS 트랜지스터(T3)의 드레인은 신호선을 통하여 판독회로(도면에는 도시되지 않음)에 접속되고, 상기 제 3 nMOS 트랜지스터(T3)의 게이트는 선택 신호(SLCT)가 공급되는 열 선택선에 접속되어 있다.
따라서, 상기 제 1 nMOS 트랜지스터(T1)는 리셋 트랜지스터(Rx)로 칭하고, 제 2 nMOS 트랜지스터(T2)는 드라이브 트랜지스터(Dx), 제 3 nMOS 트랜지스터(T3)는 선택 트랜지스터(Sx)로 칭한다.
일반적인 3T형 CMOS 이미지 센서의 단위 화소는, 도 2에 도시한 바와 같이, 액티브 영역(10)이 정의되어 액티브 영역(10) 중 폭이 넓은 부분에 1개의 포토다이오드(20)가 형성되고, 상기 나머지 부분의 액티브 영역(10)에 각각 오버랩되는 3개의 트랜지스터의 게이트 전극(30,40,50)이 형성된다.
즉, 상기 게이트 전극(30)에 의해 리셋 트랜지스터(Rx)가 형성되고, 상기 게이트 전극(40)에 의해 드라이브 트랜지스터(Dx)가 형성되며, 상기 게이트 전극(50)에 의해 선택 트랜지스터(Sx)가 형성된다.
여기서, 상기 각 트랜지스터의 액티브 영역(10)에는 각 게이트 전극(30,40,50) 하측부를 제외한 부분에 불순물 이온이 주입되어 각 트랜지스터의 소오스/드레인 영역이 형성된다.
따라서, 상기 리셋 트랜지스터(Rx)와 상기 드라이브 트랜지스터(Dx) 사이의 소오스/드레인 영역에는 전원전압(Vdd)이 인가되고, 상기 셀렉트 트랜지스터(Sx) 일측의 소오스/드레인 영역은 판독회로(도면에는 도시되지 않음)에 접속된다.
상기에서 설명한 각 게이트 전극(30,40,50)들은, 도면에는 도시되지 않았지만, 각 신호 라인에 연결되고, 상기 각 신호 라인들은 일측 끝단에 패드를 구비하여 외부의 구동회로에 연결된다
도 3은 종래 기술에 의한 씨모스 이미지 센서를 나타낸 단면도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 소자 격리영역과 액티브 영역(포토다이오드 영역 및 트랜지스터 영역)으로 정의된 반도체 기판(101)의 소자 격리영역에 녹색광, 적색광, 청색광의 입력영역간 분리를 위한 소자 격리막(102)이 형성되며, 상기 반도체 기판(101)의 포토다이오드 영역에 n-형 확산 영역(103)이 형성된다.
이어, 상기 반도체 기판(101)의 트랜지스터 영역에는 게이트 절연막(104)을 개재하여 게이트 전극(105)들이 형성되고, 상기 게이트 전극(105)의 양측면에 절연막 측벽(106)이 형성되며, 상기 게이트 전극(105)을 포함한 반도체 기판(101)의 전면에 확산 저지막(107)이 형성된다.
그리고 상기 확산 저지막(107)상에 제 1 층간 절연막(108)이 형성되고, 상기 제 1 층간 절연막(108)상에는 일정한 간격을 갖고 각종 금속배선(109)들이 형성되어 있다.
또한, 상기 금속배선(109)을 포함한 반도체 기판(101)의 전면에 제 2 층간 절연막(110) 및 제 1 평탄화층(111)이 차례로 형성되고, 상기 제 1 평탄화층(111)상에 상기 각 n-형 확산 영역(103) 및 트랜지스터 영역과 대응되게 적색(R), 녹색 (G), 청색(B)의 칼라 필터층(112)이 형성된다.
또한, 상기 각 칼라필터층(112)을 포함한 반도체 기판(101)의 전면에 제 2 평탄화층(113)이 형성되고, 상기 제 2 평탄화층(113)상에 상기 각 칼라필터층(112)과 대응되게 반구형의 마이크로렌즈(114)가 형성된다.
여기서, 미설명한 도면부호 115는 트랜지스터의 소오스 및 드레인 불순물 영역이다.
그러나 상기와 같은 종래 기술에 의한 씨모스 이미지 센서에 있어서 다음과 같은 문제점이 있었다.
즉, 픽셀의 크기가 작아지고 패턴이 미세화되면서 빛을 집광시키는 것이 이미지 센서에서 중요해지고 있지만, 궁극적으로 해결책을 찾지 못하고 있다. 특히 야간이나 흐린 날씨에 이미지 센서의 특성이 떨어지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 빛의 집광 능력을 향상시킴으로써 이미지 센서의 특성을 향상시키도록 한 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서는 일정한 간격을 갖는 다수의 포토다이오드 및 트랜지스터가 형성된 반도체 기판과, 상기 반도체 기판의 전면에 형성되는 층간 절연막과, 상기 층간 절연막상에 상기 각 포토다이오드와 각각 대응되게 형성되는 칼라 필터층과, 상기 칼라 필터층을 포함 한 반도체 기판의 전면에 형성되는 평탄화층과, 상기 각 포토다이오드와 대응되게 상기 반도체 기판의 배면에 형성되는 트렌치와, 상기 트렌치를 포함한 반도체 기판의 배면에 형성되는 반사층과, 상기 평탄화층상에 상기 각 포토다이오드와 대응되게 형성되는 다수개의 마이크로렌즈를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서의 제조방법은 반도체 기판에 일정한 간격을 갖는 다수의 포토다이오드 및 각종 트랜지스터를 형성하는 단계와, 상기 반도체 기판의 전면에 층간 절연막을 형성하는 단계와, 상기 층간 절연막상에 상기 각 포토다이오드와 각각 대응되도록 칼라 필터층들을 형성하는 단계와, 상기 칼라 필터층을 포함한 반도체 기판의 전면에 평탄화층을 형성하는 단계와, 상기 각 포토다이오드와 대응되게 상기 반도체 기판의 배면에 트렌치를 형성하는 단계와, 상기 트렌치를 포함한 반도체 기판의 배면에 반사층을 형성하는 단계와, 상기 평탄화층상에 상기 각 포토다이오드와 대응되게 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하여 형성함을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서를 나타낸 단면도이다.
도 4에서와 같이, 소자 격리영역과 포토다이오드 영역 및 트랜지스터 영역으인 액티브 영역으로 정의된 반도체 기판(201)의 소자 격리영역에 녹색광, 적색광, 청색광의 입력영역간 분리를 위한 소자 격리막(202)이 형성되며, 상기 반도체 기판 (2011의 포토다이오드 영역에 n-형 확산 영역(205)이 형성된다.
이어, 상기 반도체 기판(201)의 트랜지스터 영역에는 게이트 절연막(203)을 개재하여 게이트 전극(204)들이 형성되고, 상기 게이트 전극(204)의 양측면에 절연막 측벽(206)이 형성되며, 상기 게이트 전극(204)을 포함한 반도체 기판(201)의 전면에 확산 저지용 질화막(208)이 형성된다.
그리고 상기 확산 저지용 질화막(208)상에 제 1 층간 절연막(209)이 형성되고, 상기 제 1 층간 절연막(209)상에는 일정한 간격을 갖고 각종 금속배선(210)들이 형성되어 있다.
또한, 상기 금속배선(210)을 포함한 반도체 기판(201)의 전면에 제 2 층간 절연막(211) 및 제 1 평탄화층(212)이 차례로 형성되고, 상기 제 1 평탄화층(212)상에 상기 각 n-형 확산 영역(205)과 각각 대응되게 적색(R), 청색(B), 녹색(G)의 칼라 필터층(213)이 형성된다.
또한, 상기 각 칼라필터층(213)을 포함한 반도체 기판(201)의 전면에 제 2 평탄화층(214)이 형성되고, 상기 제 2 평탄화층(214)상에 각 칼라필터층(213)과 대응되게 반구형 형태를 갖고 마이크로렌즈(217)가 형성되어 있다.
또한, 상기 각 n-형 확산 영역(205)과 대응되게 상기 반도체 기판(201)의 배면에 소정깊이를 갖고 트렌치(215)가 형성되고, 상기 트렌치(215)를 포함한 반도체 기판(201)의 배면 전체에 반사층(216)이 형성된다.
여기서, 상기 각 n-형 확산 영역(205)은 반도체 기판(201)의 표면으로부터 약 0.6㎛의 깊이를 갖고 형성되어 있다.
또한, 상기 반도체 기판(201)의 배면에 형성되는 트렌치(215)의 깊이는 300 ~ 650㎛로 형성되고, 상기 트렌치(215)의 저면과 상기 각 n-형 확산 영역(205) 사이의 갭은 1 ~ 7㎛를 갖는다.
여기서, 상기 반사층(216)은 Ag, Al2O3, TiO2, Al, PET, 광섬유 등의 물질 중에서 적어도 하나로 이루어져 있다.
또한, 상기 반사층(216)은 500 ~ 1000Å의 두께를 갖는다.
여기서, 미설명한 도면부호 207은 트랜지스터의 소오스 및 드레인 불순물 영역이다.
도 5a 내지 도 5h는 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서의 제조방법을 나타낸 공정단면도이다.
도 5a에 도시한 바와 같이, 다결정 실리콘 등의 반도체 기판(201)에 에피택셜(epitaxial) 공정으로 에피층(도시되지 않음)을 형성한다.
여기서, 상기 에피층은 포토다이오드에서 공핍 영역(depletion region)을 크고 깊게 형성하여 광 전하를 모으기 위한 저전압 포토다이오드의 능력을 증가시키고 나아가 광 감도를 향상시키기 위함이다.
그리고, 상기 반도체 기판(201)을 포토다이오드 영역 및 트랜지스터 영역과 소자 분리 영역을 정의하고, STI 공정 또는 LOCOS 공정을 이용하여 상기 소자 분리 영역에 소자 격리막(202)을 형성한다.
그 후, 상기 소자 격리막(202)이 형성된 반도체 기판(201)의 전면에 게이트 절연막(203)과 도전층(예를 들면, 고농도 다결정 실리콘층)을 차례로 증착하고, 포토 및 식각 공정을 통해 상기 도전층 및 게이트 절연막(203)을 선택적으로 제거하여 각 트랜지스터의 게이트 전극(204)을 형성한다.
여기서, 상기 게이트 절연막(203)은 열산화 공정에 의해 형성하거나 CVD법으로 형성할 수 있으며, 상기 도전층위에 실리사이드층을 더 형성하여 게이트 전극을 형성할 수 있다.
한편, 상기 게이트 전극(204) 및 반도체 기판(201)의 표면에 열산화 공정을 실시하여 열산화막(도시되지 않음)을 형성할 수도 있다.
이어, 상기 반도체 기판(201)의 포토다이오드 영역에 저농도 제 2 도전형(n-형) 불순물 이온을 주입하여 n-형 확산 영역(205)을 형성한다.
이어, 상기 반도체 기판(201)의 전면에 절연막을 형성한 후 에치백하여 상기 게이트 전극(204)의 양측면에 절연막 측벽(206)을 형성한다.
그리고 상기 반도체 기판(201)의 트랜지스터 영역에 고농도 제 2 도전형(n+형) 불순물 이온을 주입하여 고농도 n+형 확산 영역(207)을 형성한다.
도 5b에 도시한 바와 같이, 상기 반도체 기판(201)에 열처리 공정(예를 들면, 급속 열처리 공정)을 실시하여 상기 n-형 확산 영역(205a,205b,205c), 고농도 n+형 확산 영역(207) 내의 불순물 이온을 확산시킨다.
한편, 상기 고농도 n+형 확산 영역(207)을 형성하기 전에 상기 n-형 확산 영역(205a,205b,205c)보다 낮은 이온 주입에너지를 통해 상기 트랜지스터 영역에 n-형 확산 영역(도시되지 않음)을 형성할 수도 있다.
이어, 상기 반도체 기판(201)의 전면에 확산 저지용 질화막(208)을 형성한다.
여기서, 상기 질화막(208)은 약 100 ~ 600Å의 두께로 형성하는데, 상기 질화막(208)의 두께 범위는 확산 저지를 위한 최소 두께와 반사 효과를 고려한 두께이면 무방하다.
도 5c에 도시한 바와 같이, 상기 반도체 기판(201)의 전면에 제 1 층간 절연막(209)을 형성한다.
여기서, 상기 제 1 층간 절연막(209)은 사일렌 계열의 층간 절연막을 형성하여 그 속에 포함되어 있는 다량의 수소 이온으로 인하여 반도체 기판(201)의 댕글린 본드를 회복시킴으로써 암전류를 효과적으로 줄일 수도 있다.
이어, 상기 제 1 층간 절연막(209)상에 금속막을 증착하고, 포토 및 식각 공정을 통해 상기 금속막을 선택적으로 식각하여 각종 금속배선(210)들을 형성한다.
한편, 본 발명의 실시예에서 구체적으로 설명을 생략하고 있지만, 상기 제 1 층간 절연막(209) 및 금속배선(210)은 다수의 층으로 이루어져 있고, 각 층간 절연막 사이에는 금속배선들이 형성된다.
도 5d에 도시한 바와 같이, 상기 금속배선(210)을 포함한 반도체 기판(201)의 전면에 제 2 층간 절연막(211)을 형성한다.
도 5e에 도시한 바와 같이, 상기 제 2 층간 절연막(211)상에 제 1 평탄화층(212)을 형성한다.
이어, 상기 제 1 평탄화층(212)상에 상기 각 n-형 확산 영역(205) 및 트랜지스터 영역과 대응되게 적색(R), 청색(B), 녹색(G))의 칼라 필터층(213)을 형성한다.
여기서, 상기 각 칼라 필터층(213)은 상기 제 1 평탄화층(212)상에 가염성 레지스트를 사용하여 도포한 후, 노광 및 현상 공정을 진행하여 각각의 파장대별로 빛을 필터링하는 칼라 필터층들을 형성한다.
또한, 상기 각 칼라 필터층(213)은 1 ~ 5㎛의 두께를 갖도록 해당 감광성 물질을 도포하고 별도의 마스크를 사용한 사진 식각 공정으로 패터닝하여 각각의 파장대별로 빛을 필터링하는 칼라 필터층을 단일층으로 형성한다.
도 5f에 도시한 바와 같이, 상기 각 칼라필터층(213)을 포함한 반도체 기판(201)의 전면에 제 2 평탄화층(214)을 형성한다.
여기서, 상기 제 2 평탄화층(214)은 상기 각 칼라 필터층(213)을 포함한 반도체 기판(201)의 전면에 신뢰성(reliability) 및 패키지(package)시 EMC, 외부로부터의 수분이나 중금속 침투를 방지하기 위하여 실리콘 나이트라이드(silicon nitride)막을 증착하여 형성한다.
한편, 이미지 센서는 광학적인 투과가 매우 중요하기 때문에 상기 제 2 평탄화층(214)의 두께에 의한 박막들의 간섭 현상을 배제하기 위하여 1000 ~ 6000Å의 두께로 형성한다.
이어, 상기 반도체 기판(201)의 배면에 포토 및 식각 공정을 통해 상기 각 n-형 확산 영역(205)에 대응되게 소정깊이를 갖는 트렌치(215)를 형성한다.
여기서, 상기 반도체 기판(201)은 통상적으로 약 700㎛의 두께를 갖고, 상기 각 n-형 확산 영역(205)은 반도체 기판(201)의 표면으로부터 약 0.6㎛의 깊이를 갖고 형성되어 있다.
또한, 상기 트렌치(215)를 형성하기 위한 식각 공정은 이방성 식각(예를 들면, TMAH 식각)이나 RIE를 사용한다.
또한, 상기 반도체 기판(201)의 배면에 형성되는 트렌치(215)의 깊이는 300 ~ 650㎛로 형성되는데, 상기 트렌치(215)의 저면과 상기 각 n-형 확산 영역(205) 사이의 갭은 1 ~ 7㎛를 갖는다.
도 5g에 도시한 바와 같이, 상기 트렌치(215)를 포함한 반도체 기판(201)의 배면에 반사 효율을 우수한 물질을 증착하여 반사층(216)을 형성한다.
여기서, 상기 반사층(216)은 Ag, Al2O3, TiO2, Al, PET, 광섬유 등의 물질 중에서 적어도 하나를 사용한다.
또한, 상기 반사층(216)은 500 ~ 1000Å의 두께로 형성한다.
도 5h에 도시한 바와 같이, 상기 반도체 기판(201)의 전면에 상기 n-형 확산 영역(205)으로 광을 효율 좋게 집속하기 위하여 마이크로렌즈용 레지스트를 도포한다.
이어, 노광 및 현상 공정으로 상기 레지스트를 선택적으로 패터닝하여 마이크로렌즈 패턴을 형성한다.
여기서, 상기 포토레지스트가 포지티브 레지스트(positive resist)인 경우 포토레지스트의 흡수체인 기폭제(initiator)의 포토 액티브 컴파운드(photo active compound)를 분해하여야만 투과율이 향상되기 때문에 전면 노광(flood exposure)으로 상기 마이크로렌즈 패턴내에 잔존하는 포토 액티브 컴파운드를 분해한다.
한편, 상기와 같이 마이크로렌즈 패턴에 전면 노광을 통해 이후 투과율을 높이고 포토 산(photo acid)을 발생시켜 마이크로렌즈의 유동성(flow ability)을 높인다.
그리고 상기 마이크로렌즈 패턴이 형성된 반도체 기판(201)을 핫 플레이트(hot plate)(도시되지 않음) 상부에 올려놓은 상태에서 200 ~ 700℃의 온도로 열처리하여 상기 마이크로렌즈 패턴을 리플로우하여 반구형의 마이크로렌즈(217)를 형성한다.
이어, 상기 마이크로렌즈(217)를 쿨링(cooling) 처리한다. 여기서, 상기 쿨링 처리는 쿨 플레이트에 반도체 기판(201)을 올려놓은 상태에서 행해진다.
그리고, 상기 마이크로렌즈(217)에 자외선을 조사하여 경화한다. 여기서, 상 기 마이크로렌즈(217)에 자외선을 조사하여 경화함으로써 상기 마이크로렌즈(217)는 최적의 곡률 반경을 유지할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 상기 트렌치(215) 및 반사층(216)을 마이크로렌즈(217)를 형성하기 전 즉, 제 2 평탄화층(214)을 형성한 후에 형성하고 있지만, 이에 한정하지 않고 어느 공정 단계에서든지 반도체 기판(201)의 배면에 트렌치(215)를 형성하고, 상기 트렌치(215)가 형성된 반도체 기판(201)의 배면에 반사층(216)을 형성할 수 있다.
또한, 상기 마이크로렌즈(217)를 형성한 후에도 트렌치(215) 및 반사층(216)을 형성할 수 있지만, 이때 상기 마이크로렌즈(217)를 보호하기 위한 별도의 마스크층을 구비해야 하기 때문에 바람직하게는 상기 마이크로렌즈(217)를 형성하기 이전에 형성하는 것이 좋다.
또한, 본 발명의 실시예에서 상기 반도체 기판(201)의 배면에 트렌치(215)를 형성하는 이유는, 최대한 많은 빛이 반사층(216)에 의해 다시 돌아가도록 하기 위해서이고, 전반사에 의해 다른 픽셀에 최대한 영향을 주지 않기 위해서이다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서 및 그 제조 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
즉, 각 포토다이오드 영역과 대응되게 반도체 기판의 배면에 트렌치를 형성하고, 상기 트렌치를 포함한 반도체 기판의 배면에 반사층을 형성함으로써 빛의 전반사에 의해 포토다이오드 영역을 빠져 나오는 빛을 다시 포토다이오드 영역으로 반사시키어 빛의 집광 능력을 향상시키어 감도를 높일 수 있다.
Claims (20)
- 일정한 간격을 갖는 다수의 포토다이오드 및 트랜지스터가 형성된 반도체 기판과,상기 반도체 기판의 전면에 형성되는 층간 절연막과,상기 층간 절연막상에 상기 각 포토다이오드와 각각 대응되게 형성되는 칼라 필터층과,상기 칼라 필터층을 포함한 반도체 기판의 전면에 형성되는 평탄화층과,상기 각 포토다이오드와 대응되게 상기 반도체 기판의 배면에 형성되는 트렌치와,상기 트렌치를 포함한 반도체 기판의 배면에 형성되는 반사층과,상기 평탄화층상에 상기 각 포토다이오드와 대응되게 형성되는 다수개의 마이크로렌즈를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서, 상기 층간 절연막은 PSG, BSG, BPSG 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서, 상기 각 포토다이오드는 상기 반도체 기판의 표면으로부터 약 0.6㎛의 깊이로 형성됨을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서, 상기 트렌치는 300 ~ 650㎛의 깊이로 형성됨을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서, 상기 트렌치의 저면과 상기 각 포토다이오드 사이의 갭은 1 ~ 7㎛를 갖는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서, 상기 반사층은 Ag, Al2O3, TiO2, Al, PET, 광섬유 등의 물질 중에서 적어도 하나를 이루어짐을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서, 상기 반사층은 500 ~ 1000Å의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서, 상기 평탄화층은 실리콘 나이트라이드로 이루어짐을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서.
- 반도체 기판에 일정한 간격을 갖는 다수의 포토다이오드 및 각종 트랜지스터를 형성하는 단계;상기 반도체 기판의 전면에 층간 절연막을 형성하는 단계;상기 층간 절연막상에 상기 각 포토다이오드와 각각 대응되도록 칼라 필터층 들을 형성하는 단계;상기 칼라 필터층을 포함한 반도체 기판의 전면에 평탄화층을 형성하는 단계;상기 각 포토다이오드와 대응되게 상기 반도체 기판의 배면에 트렌치를 형성하는 단계;상기 트렌치를 포함한 반도체 기판의 배면에 반사층을 형성하는 단계;상기 평탄화층상에 상기 각 포토다이오드와 대응되게 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하여 형성함을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
- 제 9 항에 있어서, 상기 층간 절연막은 PSG, BSG, BPSG 중에서 어느 하나를 사용하는 형성하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
- 제 9 항에 있어서, 상기 각 포토다이오드는 상기 반도체 기판의 표면으로부터 약 0.6㎛의 깊이로 형성하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
- 제 9 항에 있어서, 상기 트렌치는 300 ~ 650㎛의 깊이로 형성하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
- 제 9 항에 있어서, 상기 트렌치의 저면과 상기 각 포토다이오드 사이는 1 ~ 7㎛의 갭을 갖도록 형성하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
- 제 9 항에 있어서, 상기 반사층은 Ag, Al2O3, TiO2, Al, PET, 광섬유 등의 물질 중에서 적어도 하나를 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
- 제 9 항에 있어서, 상기 반사층은 500 ~ 1000Å의 두께를 갖도록 형성하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
- 제 9 항에 있어서, 상기 평탄화층은 실리콘 나이트라이드로 형성하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
- 제 9 항에 있어서, 상기 트렌치는 상기 반도체 기판을 이방성 식각으로 제거하여 형성하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
- 제 9 항에 있어서, 상기 마이크로렌즈는 상기 평탄화층상에 레지스트를 도포한 후 선택적으로 패터닝하여 마이크로렌즈 패턴을 형성하고, 상기 마이크로렌즈 패턴을 소정온도에서 리플로우하여 형성하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
- 제 18 항에 있어서, 상기 리플로우 공정은 200 ~ 700℃의 온도에서 실시하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
- 제 9 항에 있어서, 상기 마이크로렌즈에 자외선을 조사하는 단계를 더 포함하여 형성함을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
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