KR100760137B1 - 이미지센서 및 그의 제조 방법 - Google Patents
이미지센서 및 그의 제조 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR100760137B1 KR100760137B1 KR1020050134199A KR20050134199A KR100760137B1 KR 100760137 B1 KR100760137 B1 KR 100760137B1 KR 1020050134199 A KR1020050134199 A KR 1020050134199A KR 20050134199 A KR20050134199 A KR 20050134199A KR 100760137 B1 KR100760137 B1 KR 100760137B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- forming
- insulating layer
- trench
- photodiode
- etching
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 32
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 29
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 23
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims abstract description 22
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 20
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 claims abstract description 13
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 17
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 5
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 claims 2
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 claims 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 47
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 38
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 10
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 10
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000009279 wet oxidation reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
- H01L27/14685—Process for coatings or optical elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/1462—Coatings
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
- H01L27/14689—MOS based technologies
Abstract
본 발명은 수광된 빛이 포토다이오드 이외의 지역으로 산란하여 발생하는 빛의 손실을 최소화시킬 수 있는 이미지센서 및 그의 제조 방법을 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 이미지 센서의 제조 방법은 소정 공정이 완료된 반도체기판 상에 식각배리어층을 형성하는 단계; 상기 식각배리어층 상에 제1절연층을 형성하는 단계; 상기 제1절연층을 선택적으로 식각하여 포토다이오드로 예정된 반도체기판의 일부분을 개방시키는 트렌치를 형성하는 단계; 상기 트렌치 아래의 개방된 반도체기판에 이온주입을 통해 포토다이오드를 형성하는 단계; 상기 트렌치 바닥의 식각배리어층을 식각하면서 상기 트렌치의 양측벽에 접하는 스페이서를 형성하는 단계; 상기 스페이서가 형성된 트렌치 내부를 채우는 제2절연층을 형성하는 단계; 상기 스페이서를 선택적으로 제거하여 상기 제1절연층과 상기 제2절연층 사이에 빈 공간을 형성하는 단계; 상기 빈 공간의 입구를 막는 제3절연층을 전면에 형성하여 에어웨이브가이드를 형성하는 단계; 및 상기 제3절연층의 표면 상에 상기 포토다이오드 상부를 개방시키는 형태의 쉴드메탈을 형성하는 단계를 포함한다.
이미지센서, 쉴드층, 에어웨이브가이드, 크로스토크, 전반사
Description
도 1 및 도 2는 종래기술에 따른 이미지센서의 구조를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이미지센서의 구조를 도시한 도면,
도 4a 내지 도 4h는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 도시한 공정 단면도,
도 5는 에어웨이브가이드에서의 전반사 개념을 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 광원 입사 경로를 살펴본 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
31 : p형 반도체기판 32 : 필드산화막
33 : p형 웰 34 : 게이트산화막
35 : 게이트 36 : N+ 소스/드레인
37 : 스페이서 38 : 식각배리어층
39 : 제1층간절연막 40 : 트렌치
41 : N형 확산층 42 : P형 확산층
43 : 질화막스페이서 44 : 제2층간절연막
46 : 제3층간절연막 47 : 에어웨이브가이드
본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로, 특히 이미지센서의 제조 방법에 관한 것이다.
도 1 및 도 2는 종래기술에 따른 이미지센서의 구조를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, p형 반도체기판(11) 상에 필드산화막(12)이 형성되고, p형 반도체기판 내에 p형 웰(13)이 형성되며, p형 반도체기판(11)의 소정 표면 상에 리셋트랜지스터의 게이트(Rx)가 형성되며, 게이트(Rx) 일측의 p형 웰(13)의 포토다이오드영역에 N형 확산층(14)과 P+ 확산층(15)이 형성된다. 그리고, 게이트(Rx) 타측의 p형 웰(13) 내에 N+ 소스/드레인(16)이 형성된다. 그리고, p형 반도체기판(11)의 전면에 다층의 층간절연막(17)이 형성되고, 다층의 층간절연막(17)의 사이에 포토다이오드 상부를 개방시킨 형태의 금속배선(M3, 18)이 형성되어 있다. 여기서, 금속배선인 M1, M2는 생략하기로 한다.
도 2를 참조하면, p형 반도체기판(21) 상에 p형 에피층(22)이 형성되고, p형 에피층 내에 깊은 p형 웰(23)이 형성되며, 깊은 p형 웰(23)의 소정 부분에 필드산화막(24)이 형성되어 있다.
그리고, 깊은 p형 웰(23)의 포토다이오드를 제외한 나머지 영역에 p형 웰(25)이 형성되고, p형 웰(25) 사이에는 N형 확산층(26)과 P+ 확산층(27)로 이루어진 포토다이오드가 형성된다.
그리고, p형 웰(25) 상에 리셋 및 블루밍제어를 위한 트랜스퍼트랜지스터의 게이트(Tx)가 형성되고, 게이트(Tx) 타측의 p형 웰(25) 내에 N+ 소스/드레인(28)이 형성된다. 그리고, p형 반도체기판(21)의 전면에 다층의 층간절연막(29)이 형성되고, 다층의 층간절연막(29)의 사이에 포토다이오드 상부를 개방시킨 형태의 금속배선(30a, 30b)이 형성되어 있다. 여기서, 금속배선(30a, 30b) 중에서 하나(30a)는 M1이고, 다른 하나(30b)는 M3이며, M2는 생략하기로 한다.
도 1 및 도 2와 같은 이미지센서는 금속배선들(M1, M3)에 의해 포토다이오드를 벗어나 다른 지역으로 입사되는 빛을 쉴드(Shield)하는 역할을 수행하였다.
그러나, 종래기술들은 포토다이오드로 입사되는 빛이 다층의 층간절연막(17, 29)을 통과해야 하므로, 수광된 빛이 포토다이오드 이외의 곳으로 산란하는 량이 발생하게 된다. 따라서, 수광된 빛이 효율적으로 사용되지 못하고 있다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 수광된 빛이 포토다이오드 이외의 지역으로 산란하여 발생하는 빛의 손실을 최소화시킬 수 있는 이미지센서 및 그의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
삭제
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이미지 센서의 제조 방법은 소정 공정이 완료된 반도체기판 상에 식각배리어층을 형성하는 단계; 상기 식각배리어층 상에 제1절연층을 형성하는 단계; 상기 제1절연층을 선택적으로 식각하여 포토다이오드로 예정된 반도체기판의 일부분을 개방시키는 트렌치를 형성하는 단계; 상기 트렌치 아래의 개방된 반도체기판에 이온주입을 통해 포토다이오드를 형성하는 단계; 상기 트렌치 바닥의 식각배리어층을 식각하면서 상기 트렌치의 양측벽에 접하는 스페이서를 형성하는 단계; 상기 스페이서가 형성된 트렌치 내부를 채우는 제2절연층을 형성하는 단계; 상기 스페이서를 선택적으로 제거하여 상기 제1절연층과 상기 제2절연층 사이에 빈 공간을 형성하는 단계; 상기 빈 공간의 입구를 막는 제3절연층을 전면에 형성하여 에어웨이브가이드를 형성하는 단계; 및 상기 제3절연층의 표면 상에 상기 포토다이오드 상부를 개방시키는 형태의 쉴드메탈을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 제1,2 및 제3절연층은, 상기 제1,2 및 제3절연층을 통과하여 상기 에어웨이브가이드에 입사될 때 전반사되도록 상기 에어웨이브가이드의 굴절율(n=1)보다 더 큰 물질로 형성하는 것을 특징으로 한다.
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 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
빛 또는 전자파의 평면파가 경계면에 수직인 법선과 각을 이루며, 매질1에 입사하는 경우, 매질2에서의 굴절각을 θt라고 하고, 매질1에서 반사되는 각을 θr이라 가정한다.
그러면, 스넬의 법칙(Snell's law)에 의하며, n1sin(θi)= n2sin(θt)= n1sin(θr)의 관계가 성립된다. 여기서, n1은 매질1의 굴절율이고, n2는 매질2의 굴절율이며, θi는 입사각이다.
즉, θi=θr로서 입사각과 반사각은 서로 같다. 만약 n1이 n2보다 큰 경우에 는 θt가 직각이 되어 매질2에서 굴절현상이 발생하지 않는 어떤 임계각 θc가 존재한다. 따라서, 입사각 θi가 θc보다 큰 경우, 굴절현상은 존재하지 않고 반사현상만 발생하여 입사된 광전력이 매질2로 투과됨이 없이 완전히 반사되게 되는데 이러한 현상을 전반사 현상이라고 하고, 이 현상을 이용하여 수광된 모든 빛을 전반사하여 효율을 극대화하고자 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이미지센서의 구조를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, p형 반도체기판(31), p형 반도체기판 내에 N형 확산층(41)과 P형 확산층(42)으로 이루어져 형성된 포토다이오드, p형 반도체기판(31) 상에 형성되며 포토다이오드의 가장자리 상부를 개방시키는 에어웨이브가이드(47)를 제공하는 제1층간절연막(39), 제2층간절연막(44) 및 제3층간절연막(46)의 다층 구조로 형성된 절연층 및 포토다이오드를 제외한 지역의 제3층간절연막(46) 상에 형성된 쉴드메탈(M1)을 포함한다. 그리고, p형 반도체기판(31)의 소정영역에 필드산화막(32)이 형성되고, p형 반도체기판(31)에는 p형 웰(33)이 형성되어 있으며, 이 p형 웰(33) 내에 포토다이오드가 형성된다. 그리고, p형 웰(33)의 소정 표면 상에 리셋 및 블루밍제어를 위한 트랜스퍼트랜지스터의 게이트(35)가 게이트산화막(34) 위에 형성되며, 게이트(35)의 양측벽에는 게이트스페이서(37)가 형성된다. 여기서, 포토다이오드는 게이트(35)의 일측의 p형 웰(33) 내에 형성되고, 게이트(35)의 타측의 p형 웰(33) 내에는 N+ 소스/드레인(36)이 형성된다. 그리고, 게이트(35)와 제1층간절연막(39) 사이에는 식각배리어층(38)이 형성된다. 여기서, 식각배리어층(38)은 에어웨이브가이드(47)를 제공하도록 포토다이오드 상부에서는 존재하지 않는다.
도 3에서, 제1층간절연막(39)은 포토다이오드를 벗어나는 p형 반도체기판(31) 상부에 형성되며, 제2층간절연막(44)은 포토다이오드의 상부에 형성되며 포토다이오드의 가장자리에서 제1층간절연막(39)과 일정 빈 공간을 제공하며, 제3층간절연막(46)은 제1층간절연막(39)과 제2층간절연막(44) 사이의 빈 공간을 일부 채워 에어웨이브가이드(47)를 형성한다. 바람직하게, 제1,2 및 제3층간절연막(39, 44, 46)은, 제1,2 및 제3층간절연막(39, 44, 46)을 통과하여 에어웨이브가이드(47)에 입사될 때 전반사되도록 에어웨이브가이드(47)의 굴절율(n=1)보다 더 큰 물질, 예컨대, 실리콘산화막이다.
도 3과 같은 이미지센서에서, 에어웨이브가이드(47)가 포토다이오드의 가장자리 상부에 구비됨에 따라 인접 셀의 포토다이오드로 벗어나는 빛이 에어웨이브가이드(47)에서 모두 전반사되어 지정된 픽셀의 포토다이오드로 모두 입사되게 되어 이웃한 픽셀간 크로스토크를 방지한다. 이는 도 5 및 도 6을 참조하여 후술하기로 한다.
도 4a 내지 도 4h는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다.
도 4a에 도시된 바와 같이, p형 실리콘기판(31)에 STI(Shallow Trench Isolation) 공정을 이용하여 픽셀간 분리를 위한 필드산화막(32)을 형성한다.
이어서, p형 실리콘기판(31)의 픽셀영역에 p형 웰(33)을 형성한 후, p형 실리콘기판(31) 상에 습식산화(Wet oxidation) 공정을 통해 게이트산화막(34)을 형성 한다.
이어서, 게이트산화막(34) 상에 리셋(Re-set) 및 블루밍제어(Blooming control)를 위한 트랜스퍼트랜지스터의 게이트(Tx, 35)를 형성한다. 이때, 문턱전압 이온주입없이 게이트(35)를 형성하므로써, 트랜스퍼트랜지스터가 네이티브트랜지스터(native transistor)가 되도록 한다.
이어서, 픽셀영역에 소스/드레인(36)을 위한 이온주입을 진행한 후, 게이트(35)의 양측벽에 게이트스페이서(37)를 형성한다.
다음으로, p형 실리콘기판(31)의 전면에 식각배리어층(38)을 형성한다. 이때, 식각배리어층(38)은 질화막으로 사용하거나, 후속 트렌치 형성을 위한 식각시 높은 선택비를 갖고 있는 물질로 형성한다.
이어서, 식각배리어층(38) 상에 제1층간절연막(Inter Layer Dielectric, 39)을 형성한다. 이때, 제1층간절연막(39)은 실리콘산화막(SiO2)으로 형성한다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 제1층간절연막(39)을 선택적으로 식각하여 포토다이오드로 예정된 지역의 상부를 개방시키는 트렌치(40)를 형성한다. 이때, 트렌치(40)는 포토다이오드에서 발생되는 전자(Electron)의 포텐셜웰(Potential well)을 형성하기 위한 이온주입을 위해 포토다이오드로 예정된 지역을 개방시킨 구조이다.
그리고, 트렌치(40) 형성을 위한 식각공정시 후속의 높은 에너지의 이온주입시 실리콘기판(31)이 손상받지 않도록 하는 역할을 하는 식각배리어층(38) 위에서 식각이 정지하도록 한다.
도 4c에 도시된 바와 같이, 포토다이오드를 형성하기 위한 이온주입을 진행한다. 먼저, 트렌치(40)에 의해 개방된 포토다이오드 예정지역의 p형 실리콘기판(31)에 n형 불순물의 이온주입을 진행하여 깊은 n형 확산층(41)을 형성한다. 이때, n형 불순물의 이온주입은 포토다이오드에 전자의 포텐셜웰을 형성하기 위한 이온주입이며, 질화막으로 형성된 식각배리어층(28)이 이온주입에 의해 실리콘기판(31)이 손상받는 것을 방지한다. 이어서, 피닝다이오드(Pinning diode) 형성을 위한 p형 불순물의 이온주입을 진행하여 p형 확산층(42)을 형성한다.
도 4d에 도시된 바와 같이, 트렌치(40)를 포함한 제1층간절연막(39) 상에 질화막을 증착한 후 질화막 블랭킷 식각을 진행하여 트렌치(40)의 양측벽에 접하는 질화막스페이서(43)를 형성한다.
질화막 블랭킷 식각은, 적어도 CxFy가 함유된 즉, C4F8 또는 C2F6/O2/Ar의 혼합가스로 활성화된 플라즈마를 이용한 건식식각으로 진행한다. 또한 질소(N2) 가스를 더 추가하여 진행할 수도 있다.
위와 같은 질화막 블랭킷 식각을 통해 질화막스페이서(43)를 형성하면서 질화막으로 형성된 식각배리어층(38)도 동시에 식각되어 p형 실리콘기판(31)의 표면이 노출된다. 이는 굴절율(n)이 2.02로 높은 질화막을 제거하므로써 실리콘산화막(SiO2)에서 투과된 빛이 바로 실리콘기판(굴절율이 3.88∼10.02)으로 입사하도록 한다.
도 4e에 도시된 바와 같이, 질화막스페이서(43)를 포함한 전면에 제2층간절연막(44)을 증착하여 트렌치(40)를 모두 매립시킨 다음, 제2층간절연막(44)의 CMP 공정을 통해 평탄화시켜 트렌치(40) 내부를 채우는 형태로 제2층간절연막(44)을 잔류시킨다. 이때, 제2층간절연막(44)은 실리콘산화막으로 형성한다.
도 4f에 도시된 바와 같이, 뜨거운 인산용액(Hot H3PO4)을 이용하여 질화막스페이서(43)를 제거한다.
이와 같이, 질화막스페이서(43)를 제거하면, 제1층간절연막(39)과 제2층간절연막(44) 사이에 빈 공간(45)이 만들어진다.
도 4g에 도시된 바와 같이, 전면에 실리콘산화막인 제3층간절연막(46)을 실링한다. 이때, 제1층간절연막(39)과 제2층간절연막(44) 사이에 만들어진 빈 공간(45)의 입구가 좁아, 즉 종횡비가 작아 제3층간절연막(46)을 실링(sealing)하면 빈 공간(45)의 상부가 밀폐되어 빈공간(45)이 에어웨이브가이드(air wave guide, 47)로 바뀐다. 즉, 제3층간절연막(46)에 의해 상부가 밀폐됨에 따라 빈 공간의 내부는 에어갭(Air gap) 형태가 된다.
통상적으로 에어(Air)는 굴절율이 낮은 진공(굴절율 1)으로서 제3층간절연막(46)을 통과한 빛이 에어웨이브가이드(47)에서 전반사가 일어난다.
결국, 에어웨이브가이드(47)는 포토다이오드의 가장자리 상부를 개방시키는 형태를 가져, 포토다이오드를 벗어나서 입사되는 빛을 전반사시켜 포토다이오드쪽으로 입사시킨다.
도 4h에 도시된 바와 같이, 콘택 및 배선 공정을 실시하여 픽셀이 동작하도록 금속배선(M1)을 형성한다. 이때, 금속배선(M1)은 첫번째 금속배선을 일컫는 것으로, M1의 금속배선이 기본적인 회로를 위한 배선이면서 동시에 마이크로렌즈로부터 입사된 빛이 다른 인접 픽셀로 입사되지 못하도록 하는 쉴드메탈(shield metal) 역할을 한다. 따라서, 이웃하는 금속배선(M1)들은 포토다이오드 상부를 개방시키는 형태를 가진다.
도 5는 에어웨이브가이드에서의 전반사 개념을 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 광원 입사 경로를 살펴본 도면이다.
도 5를 참조하면, 실리콘산화막인 제2층간절연막(44)의 굴절율을 n1이라 하고, 에어웨이브가이드(47)의 굴절율을 n2라고 하면, n1의 값은 1.46이고, n2의 값은 1.0이 된다.
따라서, n1의 제2층간절연막(44)에서 n2의 에어웨이브가이드(47)로 입사시 n1>n2가 되어 빛이 입사되어도 흡수(투과)되지 않고 모두 전반사한다.
즉, 스넬의 법칙에 의해 n1sin(θi)= n2sin(θt)= n1sin(θr)의 관계가 성립된다.
여기서, 임계각 θc는,
sin(θc)=n2/n1, 또는 θc=sin-(n2/n1)의 관계가 성립된다.
결국, sin(θc)=1/1.46=0.68493이다.
따라서, θc=43°로 금속배선(M1)의 쉴드메탈을 통과한 모든 빛은 투과되지 못하고 전반사되어 실리콘기판(31)쪽으로 도달하게 되어 입사한 모든 광을 흡수없이 사용하여 효율을 극대화시켜 감도를 개선시킨다.
또한, 에어웨이브가이드(47)가 포토다이오드의 가장자리 상부에 구비됨에 따라 인접 셀의 포토다이오드로 벗어나는 빛(L1, L2, L3)이 에어웨이브가이드(47)에서 모두 전반사되어 지정된 픽셀의 포토다이오드로 모두 입사되게 되어 이웃한 픽셀간 크로스토크를 방지한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명이 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상술한 본 발명은 수광된 모든 광을 사용하므로써 효율이 높아지고, 또한 다른 인접 픽셀로 영향을 주지 않으므로 인젭 픽셀간의 크로스토크를 방지할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 본 발명은 수광빛 빛의 효율이 높아지므로 감도를 개선할 수 있고, 또한 동일한 수광량을 기준으로 마이크로렌즈의 크기를 줄일 수 있으므로 집적도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
Claims (11)
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 소정 공정이 완료된 반도체기판 상에 식각배리어층을 형성하는 단계;상기 식각배리어층 상에 제1절연층을 형성하는 단계;상기 제1절연층을 선택적으로 식각하여 포토다이오드로 예정된 반도체기판의 일부분을 개방시키는 트렌치를 형성하는 단계;상기 트렌치 아래의 개방된 반도체기판에 이온주입을 통해 포토다이오드를 형성하는 단계;상기 트렌치 바닥의 식각배리어층을 식각하면서 상기 트렌치의 양측벽에 접하는 스페이서를 형성하는 단계;상기 스페이서가 형성된 트렌치 내부를 채우는 제2절연층을 형성하는 단계;상기 스페이서를 선택적으로 제거하여 상기 제1절연층과 상기 제2절연층 사이에 빈 공간을 형성하는 단계;상기 빈 공간의 입구를 막는 제3절연층을 전면에 형성하여 에어웨이브가이드를 형성하는 단계; 및상기 제3절연층의 표면 상에 상기 포토다이오드 상부를 개방시키는 형태의 쉴드메탈을 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제5항에 있어서,상기 제1,2 및 제3절연층은, 상기 제1,2 및 제3절연층을 통과하여 상기 에어웨이브가이드에 빛이 입사될 때 전반사되도록 상기 에어웨이브가이드의 굴절율(n=1)보다 더 큰 물질로 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제6항에 있어서,상기 제1,2 및 제3절연층은, 실리콘산화막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제5항에 있어서,상기 식각배리어층과 상기 스페이서는, 질화막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조 방법.
- 제8항에 있어서,상기 스페이서를 형성하는 단계는,상기 스페이서용 물질로 질화막을 증착한 후 상기 식각배리어층으로 사용된 질화막까지 블랭킷 식각으로 진행하여 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제5항 또는 제8항에 있어서,상기 스페이서를 제거하는 단계는,습식식각으로 진행하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조 방법.
- 제10항에 있어서,상기 습식식각은, 인산용액을 이용하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020050134199A KR100760137B1 (ko) | 2005-12-29 | 2005-12-29 | 이미지센서 및 그의 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020050134199A KR100760137B1 (ko) | 2005-12-29 | 2005-12-29 | 이미지센서 및 그의 제조 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20070071051A KR20070071051A (ko) | 2007-07-04 |
| KR100760137B1 true KR100760137B1 (ko) | 2007-09-18 |
Family
ID=38506250
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020050134199A KR100760137B1 (ko) | 2005-12-29 | 2005-12-29 | 이미지센서 및 그의 제조 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100760137B1 (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI425630B (zh) * | 2010-08-06 | 2014-02-01 | Himax Imagimg Inc | 影像感測器 |
| US10032819B2 (en) | 2015-01-13 | 2018-07-24 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Image sensors and methods of forming the same |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009252983A (ja) * | 2008-04-04 | 2009-10-29 | Canon Inc | 撮像センサー、及び撮像センサーの製造方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20000041459A (ko) * | 1998-12-22 | 2000-07-15 | 김영환 | 집광기로서 경사진 반사층을 갖는 이미지센서 및 그 제조방법 |
| KR20020055199A (ko) * | 2000-12-28 | 2002-07-08 | 박종섭 | 광도파관을 구비하는 이미지 센서 및 그 제조 방법 |
| JP2003298034A (ja) * | 2002-04-05 | 2003-10-17 | Sony Corp | 固体撮像素子及びその製造方法 |
| KR20040106229A (ko) * | 2003-06-11 | 2004-12-17 | 소니 가부시끼 가이샤 | 고체 촬상 소자 |
| KR20050069657A (ko) * | 2003-12-31 | 2005-07-05 | 동부아남반도체 주식회사 | 이미지 센서 및 그 제조방법 |
| US20070045511A1 (en) * | 2005-08-24 | 2007-03-01 | Micron Technology, Inc. | Method and apparatus providing an optical guide in image sensor devices |
-
2005
- 2005-12-29 KR KR1020050134199A patent/KR100760137B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20000041459A (ko) * | 1998-12-22 | 2000-07-15 | 김영환 | 집광기로서 경사진 반사층을 갖는 이미지센서 및 그 제조방법 |
| KR20020055199A (ko) * | 2000-12-28 | 2002-07-08 | 박종섭 | 광도파관을 구비하는 이미지 센서 및 그 제조 방법 |
| JP2003298034A (ja) * | 2002-04-05 | 2003-10-17 | Sony Corp | 固体撮像素子及びその製造方法 |
| KR20040106229A (ko) * | 2003-06-11 | 2004-12-17 | 소니 가부시끼 가이샤 | 고체 촬상 소자 |
| KR20050069657A (ko) * | 2003-12-31 | 2005-07-05 | 동부아남반도체 주식회사 | 이미지 센서 및 그 제조방법 |
| US20070045511A1 (en) * | 2005-08-24 | 2007-03-01 | Micron Technology, Inc. | Method and apparatus providing an optical guide in image sensor devices |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Dun-Nian Yaung et al., "Air-Gap Guard Ring for Pixel Sensitivity and Crosstalk Improvement in Deep Sub-micron CMOS Image Sensor", Electron Device Meeting, 2003, IEDM''03 Technical Digest, IEEE Internat * |
| Dun-Nian Yaung et al., "Air-Gap Guard Ring for Pixel Sensitivity and Crosstalk Improvement in Deep Sub-micron CMOS Image Sensor", Electron Device Meeting, 2003, IEDM''03 Technical Digest. * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI425630B (zh) * | 2010-08-06 | 2014-02-01 | Himax Imagimg Inc | 影像感測器 |
| US10032819B2 (en) | 2015-01-13 | 2018-07-24 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Image sensors and methods of forming the same |
| US10418403B2 (en) | 2015-01-13 | 2019-09-17 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Image sensors and methods of forming the same |
| US10797095B2 (en) | 2015-01-13 | 2020-10-06 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Image sensors and methods of forming the same |
| US11211420B2 (en) | 2015-01-13 | 2021-12-28 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Image sensors and methods of forming the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20070071051A (ko) | 2007-07-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9899436B1 (en) | Image sensor and related fabrication method | |
| US8299511B2 (en) | Light guide array for an image sensor | |
| US7679113B2 (en) | CMOS image sensor and method of fabricating the same | |
| US8187909B2 (en) | Backside illuminated image sensor having deep light reflective trenches | |
| KR100670606B1 (ko) | 크로스 토크를 감소시키는 이미지 센서의 소자 분리 구조체및 그 제조방법 | |
| KR20200040131A (ko) | 이미지 센서 및 이의 제조 방법 | |
| JP2008010544A (ja) | 固体撮像素子 | |
| KR20220147503A (ko) | 이미지 센서를 위한 후면 구조체 | |
| KR20140075898A (ko) | 이미지센서 및 그 제조 방법 | |
| JP2007036118A (ja) | 固体撮像デバイスおよびその製造方法 | |
| Watanabe et al. | A 1.4 µm front-side illuminated image sensor with novel light guiding structure consisting of stacked lightpipes | |
| KR100595875B1 (ko) | 식각데미지를 감소시킨 시모스 이미지센서 제조방법 | |
| US20130200396A1 (en) | Prevention of light leakage in backside illuminated imaging sensors | |
| KR100760137B1 (ko) | 이미지센서 및 그의 제조 방법 | |
| KR100719338B1 (ko) | 이미지 센서 및 그 형성 방법 | |
| US8455811B2 (en) | Light guide array for an image sensor | |
| US11764248B2 (en) | Band-pass filter for stacked sensor | |
| CN117393502B (zh) | 一种半导体结构及其制造方法 | |
| KR100718771B1 (ko) | 광 감도가 향상된 이미지센서의 제조방법 | |
| KR20070070429A (ko) | 씨모스이미지센서 및 그의 제조 방법 | |
| CN117059635A (zh) | 光电传感器及其形成方法 | |
| KR20080059924A (ko) | 씨모스 이미지 센서의 제조 방법 | |
| KR20040059532A (ko) | 중금속 이온의 유입을 차단하여 암전류를 감소시킨 시모스이미지센서 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| G170 | Re-publication after modification of scope of protection [patent] | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20120830 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130830 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140828 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160629 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180628 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190624 Year of fee payment: 13 |