KR100825805B1 - 이미지 센서 소자 및 그 센서 소자의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이미지 센서 소자의 사이즈를 축소시킬 수 있고, 픽셀 메탈 배선층의 메탈 배선의 구조를 동일하게 형성할 수 있으며, 블랙 픽셀 영역 하부의 수광부와 액티브 픽셀 영역 하부의 수광부의 전기적 특성이 동일한 이미지 센서 소자 및 그 센서 소자의 제조방법을 제공한다. 그 이미지 센서 소자는 빛을 디텍트(detect)하는 다수의 포토 다이오드(Photo Diode: PD)로 형성된 수광부; 상기 수광부 상에 투명한 재질로 형성되고 메탈 배선이 형성된 픽셀 메탈(pixel metal) 배선층; 및 상기 픽셀 메탈 배선층 상에 형성되고 파장에 따른 빛을 투과시키며 블랙 픽셀 영역 및 액티브 픽셀 영역으로 나누어지는 필터부;를 포함하고, 상기 블랙 픽셀 영역은 레드, 블루 및 그린 필터 중 어느 하나로 형성되고 상기 필터 하부에는 상기 필터를 투과한 빛을 차단하는 층이 형성되어 있다.
Description
도 1a 및 1b는 종래의 이미지 센서 소자를 보여주는 단면도 및 평면도이다.
도 2a 및 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서 소자를 보여주는 단면도 및 평면도이다.
도 3은 비정질 실리콘 및 실리콘에 대한 빛의 파장에 따른 흡수도를 보여주는 그래프이다.
도 4a ~ 4d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서 소자의 제조방법을 개략적으로 보여주는 단면도들이다.
<도면에 주요부분에 대한 설명>
100: 수광부 120: 픽셀 메탈 배선층
122: 메탈 배선 130: 필터부
132: 필터 134, 136: 수지층
138: 빛 차단층 140: 렌즈부
본 발명의 반도체 소자 및 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 새로운 구조의 광학 블랙 픽셀을 채용한 이미지 센서(image sensor) 소자 및 그 센서 소자 제조방법에 관한 것이다.
이미지 센서는 외부의 에너지, 예컨대 광자에 반응하는 반도체 장치의 성질을 이용하여, 이미지를 포획하는 장치이다. 자연계에 존재하는 각 피사체에서 발생되는 빛은 파장에 따른 고유의 에너지값을 갖는다. 이미지 센서는 픽셀부의 필터를 통해 각 피사체에서 발생하는 빛을 파장에 따라 받아들이고, 하부에 위치하는 포토 다이오드(Photo Diode: PD)을 통해 각 빛의 에너지를 전기적인 값으로 변환하게 된다.
도 1a 및 1b는 종래의 이미지 센서 소자를 보여주는 단면도 및 평면도이다.
도 1a 및 1b를 참조하면, 이미지 센서 소자는 수광부(10), 픽셀 메탈 배선층(20), 필터부(30) 및 렌즈부(40)를 포함한다. 수광부(10)는 파장에 따라 빛을 감지하여 전기적 신호로 변환하는 다수의 포토 다이오드를 포함하고, 픽셀 메탈 배선층(20)은 투명한 재질, 예컨대 실리콘옥사이드(SiO2)로 형성되고 픽셀들 사이로 다층의 메탈 배선(22)을 포함한다.
필터부(30)는 빛을 파장 별로 받아들이기 위한 컬러 필터(32), 즉 규칙적으로 배열된 레드(red), 블루(blue) 및 그린(green) 필터로 구성되는데, 도 1b와 같이 실질적으로 빛을 받아들이는 액티브 픽셀 영역(A)과 블랙 빛에 대한 기준을 제공하기 위한 광학 블랙 픽셀(optical black pixel) 영역(B)으로 나누어진다. 한편, 컬러 필터(32) 상하로는 일반적으로 소자의 평탄화를 위한 수지(resin)층(34,36)이 형성된다.
이러한 블랙 픽셀 영역(B)의 필터는 액티브 픽셀 영역(A)과 동일한 배열의 컬러 필터 등으로 형성되고, 블랙 픽셀 영역(B) 하부의 픽셀 메탈 배선층(20)에는 빛을 차단하기 위한 층이 형성된다. 즉, 픽셀 메탈 배선층(20) 상부로 탑 메탈층(24)이 형성되어 블랙 픽셀 영역(B)으로 입사되는 빛을 반사하여 차단하게 된다.
이와 같은 종래의 이미지 센서 소자는 블랙 픽셀 영역(B)의 하부로 형성되는 탑 메탈층(24)의 존재로 인하여, 탑 메탈층(24)의 두께만큼 전체 이미지 센서 소자의 사이즈가 증가하였고, 또한 탑 메탈층(24)의 존재 때문에 픽셀 간의 전기적 특성이 달라지는 문제가 있었다. 즉, 일반적으로 픽셀 메탈 배선층(20) 형성 후에, 수광부(10)의 다크(dark) 특성 및 노이즈(noise) 특성 개선을 위해 열처리 공정, 예컨대 수소화 처리(hydrogen passivation) 공정 등이 수행되게 되는데, 블랙 픽셀 영역(B)은 탑 메탈층(24) 때문에 이러한 수소화 처리가 어렵고, 그에 따라 블랙 픽셀 영역의 수광부(10)의 전기적 특성이 액티브 픽셀 영역의 수광부의 전기적 특성과 다르게 되는 문제점이 발생한다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이미지 센서 소자의 사이즈를 축소시킬 수 있고, 픽셀 메탈 배선층의 메탈 배선의 구조를 동일하게 형성할 수 있으며, 블랙 픽셀 영역 하부의 수광부와 액티브 픽셀 영역 하부의 수광부의 전기적 특성이 동일한 이미지 센서 소자 및 그 센서 소자의 제조방법을 제공하는 데에 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 빛을 디텍트(detect)하는 다수의 포토 다이오드(Photo Diode: PD)로 형성된 수광부; 상기 수광부 상에 투명한 재질로 형성되고 메탈 배선이 형성된 픽셀 메탈(pixel metal) 배선층; 및 상기 픽셀 메탈 배선층 상에 형성되고 파장에 따른 빛을 투과시키며 블랙 픽셀 영역 및 액티브 픽셀 영역으로 나누어지는 필터부;를 포함하고, 상기 블랙 픽셀 영역은 레드, 블루 및 그린 필터 중 어느 하나로 형성되고 상기 필터 하부에는 상기 필터를 투과한 빛을 차단하는 층이 형성되어 있는 이미지 센서 소자를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 빛의 차단층은 하부의 픽셀 메탈 배선층에 안정적이고 수소화 처리(hydrogen passivation) 공정을 수행할 수 있는 막질로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 빛의 차단층은 상기 픽셀 메탈 배선층에 안정적인 저온 증착방법으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 빛의 차단층은 금속 이외의 상기 필터를 투과한 빛을 흡수 또는 반사시키는 성질을 갖는 유기막질의 조합으로 형성될 수 있다.
한편, 상기 블랙 픽셀 영역은 블루 필터로 형성될 수 있고, 상기 블루 픽셀 영역 하부의 상기 빛의 차단층은 상기 블루 필터를 투과한 빛을 흡수하는 비정질 실리콘(a-Si) 또는 실리콘(Si)으로 형성될 수 있다. 상기 빛의 차단층이 비정질 실리콘으로 형성된 경우, 상기 빛의 차단층은 블루 파장의 빛의 침투 깊이(penetration depth) 이상의 두께로 형성될 수 있다. 예컨대, 0.01 ~ 0.5 ㎛ 두께로 형성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 이미지 센서 소자는 상기 픽셀 메탈 배선층의 메탈 배선의 구조가 상기 블랙 픽셀 영역과 상기 액티브 픽셀 영역에서 동일하게 형성될 수 있다. 상기 픽셀 메탈 배선층은 투명한 물질층에 소정 패턴의 메탈 배선이 픽셀 사이 사이에 주기적으로 형성될 수 있다.
한편, 상기 필터부의 필터는 투명한 하부 수지(resin)층 및 상부 수지층 사이에 형성될 수 있고, 상기 액티브 픽셀 영역은 레드, 블루 및 그린 필터가 규칙적으로 배열되어 형성될 수 있다. 또한, 상기 이미지 센서는 상기 필터부 상부로 빛을 집광하기 위한 렌즈가 형성될 수 있다.
본 발명은 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 기판 상에 다수의 포토 다이오드(PD)를 포함하는 수광부를 형성하는 단계; 상기 수광부 상에 메탈 배선을 포함한 투명한 재질의 픽셀 메탈(pixel metal) 배선층을 형성하는 단계; 상기 픽셀 메탈 배선층 상에 파장에 따른 빛을 투과시키며 블랙 픽셀 영역 및 액티브 픽셀 영역을 구비한 필터부를 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 필터부를 형성하는 단계에서 상기 블랙 픽셀 영역은 레드, 블루 및 그린 필터 중 어느 하나로 형성하되 상기 필터 하부에는 상기 필터를 투과한 빛을 차단하는 층을 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 소자의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 빛의 차단층은 하부의 픽셀 메탈 배선층에 안정적이고 수소화 처리(hydrogen passivation) 공정을 수행할 수 있는 막질로 형성할 수 있다. 예컨대, 상기 빛의 차단층은 상기 픽셀 메탈 배선층에 안정적인 저온 증착 방법으로 형성할 수 있다.
상기 블랙 픽셀 영역은 블루 필터로 형성하고 상기 블루 픽셀 영역 하부의 상기 빛의 차단층은 상기 블루 필터를 투과한 빛을 흡수하는 비정질 실리콘(a-Si) 또는 실리콘(Si)으로 형성할 수 있다.
상기 빛의 차단층을 비정질 실리콘으로 형성하는 경우, 상기 빛의 차단층은 블루 파장의 빛의 침투 깊이(penetration depth) 이상의 두께, 예컨대 0.01 ~ 0.5 ㎛ 정도로 형성할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 픽셀 메탈 배선층의 메탈 배선의 구조는 상기 블랙 픽셀 영역과 상기 액티브 픽셀 영역에서 동일하게 형성할 수 있고, 상기 픽셀 메탈 배선층은 투명한 물질층에 소정 패턴의 메탈 배선을 픽셀 사이 사이에 주기적으로 형성할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 필터부의 형성단계는 하부 투명 수지(resin)층 형성단계; 상기 하부 투명 수지층 상에 필터를 형성하는 단계; 상기 필터 상에 상부 투명 수지층을 형성하는 단계; 및 상기 상부 투명 수지층 상으로 빛을 집광하기 위한 렌즈를 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 액티브 픽셀 영역은 레드, 블루 및 그린 필터가 규칙적으로 배열되도록 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 이미지 센서 소자는 블랙 픽셀 영역의 필터부를 레드, 블루 및 그린 필터 중 어느 하나의 필터, 특히 블루 필터로 구성하고, 그 하부에 비정질 실리콘에 의한 빛 차단층을 형성함으로써, 블랙 픽셀 영역과 액티브 픽셀 영역 하부의 픽셀 메탈 배선층의 메탈 배선의 구조를 동일하게 할 수 있고 그에 따라 블랙 픽셀 영역과 액티브 픽셀 영역 하부의 수광부의 전기적 특성을 동일하게 할 수 있 다. 또한, 본 발명에 따른 이미지 센서 소자는 빛 차단을 위한 탑 메탈층이 불필요하므로 종래의 이미지 센서 소자에 비해 수직 사이즈 축소 면에서 유리한 장점을 갖는다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이하의 설명에서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 상부에 존재한다고 기술될 때, 이는 다른 구성 요소의 바로 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 제3의 구성 요소가 개재될 수도 있다. 또한, 도면에서 각 구성 요소의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 생략되거나 과장되었고, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 한편, 사용되는 용어들은 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서 소자를 보여주는 단면도이다.
도 2a를 참조하면, 이미지 센서 소자는 수광부(100), 픽셀 메탈 배선층(120), 필터부(130) 및 렌즈부(140)를 포함한다. 수광부(100)는 파장에 따라 빛을 감지하여 전기적 신호로 변환하는 다수의 포토 다이오드를 포함한다. 픽셀 메탈 배선층(120)은 투명한 재질, 예컨대 실리콘옥사이드(SiO2)로 형성되고 픽셀 사이로 메탈 배선(122)을 포함한다.
필터부(130)는 빛을 파장 별로 받아들이기 위한 컬러 필터, 즉 규칙적으로 배열된 레드(red), 블루(blue) 및 그린(green) 필터로 형성되는데, 실질적으로 빛을 받아들이는 액티브 픽셀 영역(A)과 블랙 빛에 대한 기준을 제공하기 위한 광학 블랙 픽셀(optical black pixel) 영역(B)으로 나누어진다.
광학 블랙 픽셀 영역(B)의 필터(132)는 종래와 달리 레드, 블루 및 그린 필터 중 어느 하나로 형성되고, 필터(132) 하부로는 필터(132)를 통과한 빛을 차단하기 위한 빛 차단층(138)이 존재한다. 이러한 빛 차단층(138)은 광학 블랙 픽셀 영역(B) 하부의 수광부(100)로 빛이 입사될 수 없도록 빛을 흡수하거나 빛을 반사시키는 재질로 형성될 수 있다.
예컨대, 빛을 흡수하는 특성을 갖는 빛 차단층(138)은 실리콘 또는 비정질 실리콘으로 형성될 수 있다. 실리콘 또는 비정질 실리콘에 대한 빛을 흡수 특성은 도 3에 대한 설명에서 좀더 상세히 설명한다. 한편, 빛을 반사시키는 특성을 갖는 빛 차단층(138)은 몇 가지 유기 막질의 조합으로 형성될 수 있다.
여기서, 유의할 점은 빛 차단층(138)이 금속으로 형성되어서는 안된다는 것이다. 왜냐하면, 금속으로 형성하게 되면, 종래와 같은 문제, 즉 픽셀 메탈 배선층 배선구조의 차이, 또는 금속 메탈층의 존재에 따른 수소화 처리 공정의 어려움 등에 따른 각 영역 간의 전기적 특성 차이가 발생하기 때문이다.
필터부(130)는 평탄화를 위해 필터(132) 상하로 투명 수지(resin)층이 형성되는데, 하부 수지층(134)에 비정질 실리콘 등으로 형성된 얇은 빛 차단층(138)이 형성될 수 있다. 한편, 상부 수지층(136) 상부로는 렌즈부(140)가 형성되는데, 렌즈부(140)는 각 필터로 빛을 집광하기 위한 다수의 렌즈로 이루어진다.
도 2b는 도 2a의 이미지 센서 소자에 대한 평면도로서, 도시된 바와 같이 본 실시예의 이미지 센서 소자는 종래와 달리 블랙 픽셀 영역이 하나의 필터 예컨대, 블루 필터만으로 형성되게 된다. 또한, 그 하부로 블루 필터를 통과한 빛을 흡수하기 위한 빛 차단층(138)이 형성된다.
이와 같은 빛 차단층(138)이 금속이 아닌 실리콘 또는 비정질 실리콘 등으로 형성됨으로써, 픽셀 메탈 배선층(120)의 메탈 배선(122)의 구조가 블랙 픽셀 영역(B)과 액티브 픽셀 영역(A)에서 동일하게 형성될 수 있다. 또한, 이러한 동일한 메탈 배선을 가지고, 블랙 픽셀 영역에서도 수소화 처리 공정을 용이하게 수행할 수 있기 때문에, 블랙 픽셀 영역과 액티브 픽셀 영역 하부의 수광부(100)에서의 전기적 특성, 예컨대 다크 특성이나 노이즈 특성 등을 동일 수준으로 개선시킬 수 있다.
또한, 종래와 같은 탑 메탈층이 불필요하므로, 그만큼의 이미지 센서 소자의 두께를 감소시킬 수 있고 그에 따라, 종래 픽셀 메탈 배선층의 두께가 두꺼워 발생하던 픽셀의 감도 저하 및 크로스-토크(crosstalk) 문제도 어느 정도 개선시킬 수 있다.
도 3은 비정질 실리콘 및 실리콘에 대한 빛의 파장에 따른 흡수도를 보여주는 그래프이다.
도 3을 참조하면, 실리콘과 비정질 실리콘에서 ㎝당 빛의 파장에 대한 흡수 계수는 짧은 파장에서 더 높은 값을 보여주고 있는데, 특히 블루 계통의 파장에서 비정질 실리콘의 흡수 계수는 결정질계 실리콘에 비하여 거의 열 배(1 order) 이상 높음을 알 수 있다. 이러한 결과를 토대로, 본 실시예의 이미지 센서 소자의 블랙 픽셀 영역의 필터를 블루 필터로 형성하고, 그 하부로 빛 차단층을 비정실 실리콘으로 형성하는 경우에 효율적인 블랙 픽셀 영역을 형성할 수 있음을 알 수 있다.
즉, 블랙 픽셀 영역의 필터를 블루 필터로 형성하는 경우, 비정질 실리콘에 대한 블루 파장의 침투 깊이(penetration depth) 이상, 예컨대 0.01 ~ 0.5 ㎛ 두께로 비정실 실리콘으로 빛 차단층을 형성함으로써, 블랙 픽셀 영역에서의 빛을 거의 완전히 차단시킬 수 있다. 한편, 비정실 실리콘으로 빛 차단층을 형성하는 경우, 500℃ 이하의 저온 증착 공정이 가능하기 때문에, CMOS 공정과 호환성을 가지고 하부 픽셀 메탈 배선층에 안정적인 공정을 진행시킬 수 있다.
한편, 블랙 픽셀 영역의 필터를 블루 필터 이외에 그린이나 레드 필터로 형성할 수 있음은 물론이다. 그러나 그래프에서 알 수 있듯이 그린이나 레드 필터로 형성하는 경우, 비정질 실리콘의 두께, 즉 흡수층의 두께가 증가되기 때문에 픽셀의 감도 및 광학적 크로스 토크에 좋지 않은 영향을 끼칠 수 있고 소자의 전체 두께를 증가시킬 수 있다. 또한, 빛 차단층으로 결정계 실리콘을 사용할 수도 있으나, 비정질 실리콘과 같은 효과를 얻기 위해서는 거의 10 배 정도 더 두껍게 형성하여야 한다.
본 실시예에의 이미지 센서 소자는 블랙 픽셀 영역에 블루 필터를 사용하고 그 하부로 비정질 실리콘에 의한 빛 차단층을 형성함으로써, 소자의 두께 측면이나 픽셀의 감도 및 크로스 토크 문제를 개선시킬 수 있다. 또한, 비정실 실리콘의 경우 500℃ 이하의 저온 증착 공정으로 형성가능 하므로 전 단계의 CMOS 공정과 호환 성이 우수하다. 더 나아가 종래 픽셀 메탈 배선층 상부로 빛 차단을 위한 탑 메탈층이 불필요하므로 블랙 픽셀 영역과 액티브 픽셀 영역 하부의 픽셀 메탈 배선층의 메탈 배선을 동일한 구조로 형성할 수 있고, 이러한 메탈 배선의 균일성에 의해 수광부에 수소화 처리 공정도 균일하게 수행할 수 있어서, 수광부의 전기적 특성, 예컨대 노이즈 특성 및 다크 특성도 균일하게 개선시킬 수 있다.
도 4a ~ 4d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서 소자의 제조방법을 개략적으로 보여주는 단면도들이다.
도 4a를 참조하면, 먼저 기판 상으로 빛을 감지하여 전기적 신호로 변환시키는 다수의 포토 다이오드를 포함한 수광부(100)를 형성한다. 이러한 포토 다이오드는 기판으로 불순물 확산층을 형성함으로써 구현할 수 있는데, 예컨대, 기판이 P형 도전성인 경우, 기판 표면 하부의 P0 영역, P0 영역 하부로 N- 영역 및 고농도 P형(P+) 영역으로 이루어진 P/N/P 형 구조로 형성할 수 있다.
도 4b를 참조하면, 수광부(100) 상부로 투명한 재질, 예컨대 실리콘 옥사이드(120)로 형성된 픽셀 메탈 배선층(120)을 형성한다. 이러한 픽셀 메탈 배선층(120)에는 여러 층의 배탈 배선(122)이 형성된다. 이러한 메탈 배선(122)은 알루미늄 또는 구리를 이용하여 형성되는데, 픽셀 간에 동일한 구조로 형성되므로 종래와 비해 용이하게 형성할 수 있다. 즉, 종래의 경우 블랙 픽셀 영역으로 탑 메탈층이 형성됨으로써, 탑 메탈층을 위한 층이 추가되거나 또는 전체 메탈 배선에 대한 레이 아웃(layout)이 변경되어야 하는 문제가 있었으나, 본 실시예에서는 그러한 문제를 배제할 수 있다.
이러한 픽셀 메탈 배선층(120) 형성 후, 수광부(100)의 전기적 특성 개선을 위해 수소화 처리 과정이 수행될 수 있다. 이러한 수소화 처리 과정은 수소 분위기에서 열처리 공정을 통해 수행되는데, 픽셀 간의 메탈 배선이 균일하므로 하부의 수광부에서 균일한 전기적 특성을 유지되도록 할 수 있다. 종래의 경우 탑 메탈의 존재로 인해 블랙 픽셀 영역의 수소화 처리 과정이 불가능하여 블랙 픽셀 영역과 액티브 픽셀 영역의 수광부에서의 전기적 특성이 달라지는 문제점이 있었다.
도 4c를 참조하면, 픽셀 메탈 배선층(120) 상의 블랙 픽셀 영역으로 빛 차단층(138)을 형성한다. 이러한 빛 차단층(138)은 전술한 바와 같이 비정질 실리콘으로 형성하는 것이 바람직하다. 비정질 실리콘으로 빛 차단층(138)을 형성하는 것이 두께, 하부의 메탈 배선(122)의 안정성 문제 등에 있어서 실리콘에 비해 유리함은 전술한 바와 같다. 한편, 빛 차단층(138)으로 비정질 실리콘이 매우 얇게 형성되기 때문에 수소화 처리 과정을 빛 차단층(138) 형성 후에 수행할 수도 있다.
도 4d를 참조하면, 소자의 평탄화를 위해 투명한 하부 수지층(134)을 형성한 후, 하부 수지층(134) 상부로 필터(132)가 형성되는데, 액티브 픽셀 영역으로는 레드, 그린 및 블루 필터를 규칙적으로 형성하고, 블랙 픽셀 영역으로는 블루 필터를 형성한다. 블랙 픽셀 영역으로 블루 필터를 형성함으로써, 하부의 비정질 실리콘의 두께를 최소로 할 수 있음은 전술한 바와 같다.
필터 상부로 다시 투명한 상부 수지층(138)을 형성하여 소자를 전체적으로 평탄화한다. 필터부(130) 상부로는 렌즈부(140)가 형성될 수 있는데, 이러한 렌즈 부(140)는 각 픽셀의 필터(132)로 빛을 집광하기 위한 다수의 렌즈를 포함할 수 있다.
지금까지, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 이미지 센서 소자는 블랙 픽셀 영역에 레드, 그린 및 블루 필터 중 어느 하나의 필터, 특히 블루 필터를 사용하고 그 하부로 비정질 실리콘에 의한 빛 차단층을 형성함으로써, 소자의 두께 측면이나 픽셀의 감도 및 크로스 토크 문제를 개선시킬 수 있다.
또한, 비정실 실리콘의 경우, 500℃ 이하의 저온 증착 공정으로 형성가능 하기 때문에 전 단계의 CMOS 공정과 호환성이 우수하다. 예컨대, 하부의 메탈 배선에 안정적으로 빛 차단층을 형성할 수 있다.
더 나아가, 종래 픽셀 메탈 배선층 상부로 빛 차단을 위한 탑 메탈층이 불필요하므로 블랙 픽셀 영역과 액티브 픽셀 영역 하부의 픽셀 메탈 배선층의 메탈 배선을 동일한 구조로 형성할 수 있고, 메탈 배선 구조의 균일성에 의해 수광부에 수소화 처리 과정도 균일하게 수행할 수 있다. 그에 따라, 수광부의 전기적 특성, 예컨대 노이즈 특성 및 다크 특성도 균일하게 개선시킬 수 있다.
Claims (21)
- 빛을 디텍트(detect)하는 다수의 포토 다이오드(Photo Diode: PD)로 형성된 수광부;상기 수광부 상에 투명한 재질로 형성되고 메탈 배선이 형성된 픽셀 메탈(pixel metal) 배선층; 및상기 픽셀 메탈 배선층 상에 형성되고 파장에 따른 빛을 투과시키며 블랙 픽셀 영역 및 액티브 픽셀 영역으로 나누어지는 필터부;를 포함하고,상기 블랙 픽셀 영역은 레드, 블루 및 그린 필터 중 어느 하나로 형성되고 상기 필터 하부에는 상기 필터를 투과한 빛을 차단하는 층이 형성되어 있는 이미지 센서 소자.
- 제1 항에 있어서,상기 빛의 차단층은 하부의 픽셀 메탈 배선층에 안정적이고 수소화 처리(hydrogen passivation) 공정을 수행할 수 있는 막질로 형성된 것을 특징으로 하는 이미지 센서 소자.
- 제2 항에 있어서,상기 빛의 차단층은 상기 픽셀 메탈 배선층에 안정적인 저온 증착방법으로 형성될 수 있는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 소자.
- 제1 항에 있어서,상기 빛의 차단층은 상기 필터를 투과한 빛을 흡수 또는 반사시키는 성질을 갖는 유기막질의 조합으로 형성된 것을 특징으로 하는 이미지 센서 소자.
- 제1 항에 있어서,상기 블랙 픽셀 영역은 블루 필터로 형성되고 상기 블루 픽셀 영역 하부의 상기 빛의 차단층은 상기 블루 필터를 투과한 빛을 흡수하는 비정질 실리콘(a-Si) 또는 실리콘(Si)으로 형성된 것을 특징으로 하는 이미지 센서 소자.
- 제5 항에 있어서,상기 빛의 차단층은 비정질 실리콘으로 형성되고,상기 빛의 차단층은 블루 파장의 빛의 침투 깊이(penetration depth) 이상의 두께로 형성되되, 0.5㎛ 이하의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 소자.
- 제5 항에 있어서,상기 빛의 차단층은 비정질 실리콘으로 형성되고,상기 빛의 차단층은 0.01 ~ 0.5 ㎛ 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 소자.
- 제1 항에 있어서,상기 픽셀 메탈 배선층의 메탈 배선의 구조는 상기 블랙 픽셀 영역과 상기 액티브 픽셀 영역에서 동일한 것을 특징으로 하는 이미지 센서 소자.
- 제1 항에 있어서,상기 빛의 차단층은 금속 이외의 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 이미지 센서 소자.
- 제1 항에 있어서,상기 픽셀 메탈 배선층은 투명한 물질층에 소정 패턴의 메탈 배선이 픽셀 사이 사이에 주기적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 소자.
- 제1 항에 있어서,상기 필터부의 필터는 투명한 하부 수지(resin)층과 상부 수지층 사이에 형성되고,상기 액티브 픽셀 영역은 레드, 블루 및 그린 필터가 규칙적으로 배열되어 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 소자.
- 제1 항에 있어서,상기 이미지 센서는 상기 필터부 상부로 빛을 집광하기 위한 렌즈가 형성되 어 있는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 소자.
- 기판 상에 다수의 포토 다이오드(PD)를 포함하는 수광부를 형성하는 단계;상기 수광부 상에 메탈 배선을 포함한 투명한 재질의 픽셀 메탈(pixel metal) 배선층을 형성하는 단계;상기 픽셀 메탈 배선층 상에 파장에 따른 빛을 투과시키며 블랙 픽셀 영역 및 액티브 픽셀 영역을 구비한 필터부를 형성하는 단계;를 포함하고,상기 필터부를 형성하는 단계에서 상기 블랙 픽셀 영역은 레드, 블루 및 그린 필터 중 어느 하나로 형성하되 상기 필터 하부에는 상기 필터를 투과한 빛을 차단하는 층을 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 소자의 제조 방법.
- 제13 항에 있어서,상기 빛의 차단층은 하부의 픽셀 메탈 배선층에 안정적이고 수소화 처리(hydrogen passivation) 공정을 수행할 수 있는 막질로 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 소자의 제조방법.
- 제14 항에 있어서,상기 빛의 차단층은 상기 픽셀 메탈 배선층에 안정적인 저온 증착 방법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 소자 제조방법.
- 제13 항에 있어서,상기 블랙 픽셀 영역은 블루 필터로 형성하고 상기 블루 픽셀 영역 하부의 상기 빛의 차단층은 상기 블루 필터를 투과한 빛을 흡수하는 비정질 실리콘(a-Si) 또는 실리콘(Si)으로 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 소자 제조방법.
- 제16 항에 있어서,상기 빛의 차단층은 비정질 실리콘으로 형성하고,상기 빛의 차단층은 블루 파장의 빛의 침투 깊이(penentration depth) 이상의 두께로 형성하되, 0.5㎛ 이하의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 소자 제조방법.
- 제16 항에 있어서,상기 빛의 차단층은 비정질 실리콘으로 형성하고,상기 빛의 차단층은 0.01 ~ 0.5 ㎛ 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 소자 제조방법.
- 제13 항에 있어서,상기 픽셀 메탈 배선층의 메탈 배선의 구조는 상기 블랙 픽셀 영역과 상기 액티브 픽셀 영역에서 동일하게 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 소자 제조방법.
- 제13 항에 있어서,상기 픽셀 메탈 배선층은 투명한 물질층에 소정 패턴의 메탈 배선을 픽셀 사이 사이에 주기적으로 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 소자 제조방법.
- 제13 항에 있어서,상기 필터부의 형성단계는 하부 투명 수지(resin)층 형성단계;상기 하부 투명 수지층 상에 필터를 형성하는 단계;상기 필터 상에 상부 투명 수지층을 형성하는 단계; 및상기 상부 투명 수지층 상으로 빛을 집광하기 위한 렌즈를 형성하는 단계;를 포함하고,상기 액티브 픽셀 영역은 레드, 블루 및 그린 필터가 규칙적으로 배열되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 소자 제조방법.
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