KR100949257B1 - 이미지센서의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른 이미지센서의 제조방법은 기판에 반사층(reflection layer)을 포함하는 수광부를 형성하는 단계; 상기 수광부의 일측에 포토다이오드를 형성하는 단계; 및 상기 포토다이오드 상측에 트랜지스터를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 한다.
이미지센서, 포토다이오드
Description
실시예는 이미지센서에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지 센서(Image sensor)는 광학적 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로써, 크게 전하결합소자(charge coupled device: CCD)와 씨모스(CMOS; Complementary Metal Oxide Silicon) 이미지 센서(Image Sensor)(CIS)로 구분된다.
씨모스 이미지 센서는 단위 화소 내에 포토 다이오드와 모스 트랜지스터를 형성시킴으로써 스위칭 방식으로 각 단위 화소의 전기적 신호를 순차적으로 검출하여 영상을 구현한다.
종래기술에 의한 CIS소자는 빛 신호를 받아서 전기 신호로 바꾸어 주는 포토다이오드(Photo Diode) 영역과, 이 전기 신호를 처리하는 트랜지스터 영역으로 구분할 수 있다.
한편, 종래기술중 컬러필터 없이 컬러를 구현하기 위한 버티컬 씨모스이미지센서(Vertical CIS)(미도시)가 있다. 이는 포토다이오드를 트랜지스터하측에 수직으로 배열한 것이다. 예를 들어, 기판에 연속적인 에피택시얼성장(Epitaxial growth)과 이온주입(implant)를 통하여 Red, Green, Blue를 센싱(sensing)하는 포토다이오드(photodiode)를 수직으로 형성시킨다. 각각의 포토다이오드(photodiode)에서 형성된 신호를 기판표면(silicon surface)으로 전달하기 위하여 제1 플러그(plug1), 제2 플러그(plug2)를 형성시키고, 이렇게 전달된 신호를 제일 윗부분의 트랜지스터(transistor)를 통해 전달하여 영상을 만들어 낸다.
그런데, 종래기술에 의하면 신호전달을 위한 트랜지스터(transistor)가 상부에 존재하기 때문에 레드 포토다이오드(Red photodiode)나 그린 포토다이오드(green photodiode)의 면적은 블루 포토다이오드(Blue photodiode)보다 크지만 결과적으로는 블루 포토다이오드(blue photodiode)의 면적만이 제 역할을 할 수 있다.
즉, 종래기술에 의하면 형성된 포토다이오드(photodiode)의 면적 대비 실제 사용되는 면적이 작게 된다.
또한, 종래기술에 의하면 기판표면(Silicon surface)에서 하부에 있는 레드 포토다이오드나 그린 포토다이드오(Green photodiode)의 신호처리를 위해 형성된 plug1, plug2 부분은 이온주입(implant)으로 형성이 되는데 외부에서 빛이 조사될 경우 신호에 잡음이 생길 수 있는 단점이 있다.
실시예는 입사된 빛의 반사(reflection)를 이용한 새로운 개념의 이미지센서(image sensor)로 포토다이오드(photodiode)의 면적 효율성을 높일 수 있는 이미지센서 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 레드 포토다이오드(Red photodiode), 그린 포토다이오드(Green photodiode), 블루 포토다이오드(Blue photodiode)를 같은 층에 형성시킬 수 있어 복잡하게 연속된 에피택시얼(Epitaxial) 공정이 필요 없는 공정 단순화가 가능한 이미지센서 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 이미지센서는 기판에 반사층을 포함하여 형성된 수광부; 상기 수광부의 일측에 형성된 포토다이오드; 및 상기 포토다이오드 상측에 형성된 트랜지스터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법은 기판에 반사층(reflection layer)을 포함하는 수광부를 형성하는 단계; 상기 수광부의 일측에 포토다이오드를 형성하는 단계; 및 상기 포토다이오드 상측에 트랜지스터를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 한다.
실시예에 따른 이미지센서 및 그 제조방법에 의하면, 반사를 이용한 새로운 구조의 이미지센서(image sensor)로서, 빛을 센싱(sensing)할 수 있는 면적을 넓힐 수 있는 장점이 있다.
즉, 실시예에 따른 이미지센서에 의하면 입사되는 빛을 90°반사(reflection)시켜 포토다이오드(photodiode)로 입사를 시키는 방식이므로 포토다이오드(photodiode) 위에 빛을 차단하는 장애물이 없고, 기존의 방법처럼 기판표면(silicon surface)으로부터 많이 떨어져 있는 레드 포토다이오드, 그린 포토다이오드의 신호를 연결하기 위한 플러그(plug)도 필요하지 않다.
또한, 실시예에 의하면 형성된 신호를 포토다이오드(photodiode)의 에지(edge)에 존재하는 트랜지스터(transistor)를 통해 직접 전달하는 것으로 신호 전달은 완성되는 장점 또한 존재한다. 이에 따라 플러그(plug)의 존재로 발생할 수 있는 신호 전달 시 잡음 또한 제거될 수 있다.
결과적으로 실시예에 따른 이미지센서 및 그 제조방법에 의하면 기존 이미지센서(image sensor) 보다 빛을 받을 수 있는 면적이 효율적이라는 장점이 있고, 하부에서부터 쌓아가는 적층형 구조의 단점인 연속적인 에피(Epi)와 이온주입(implant)으로 공정이 복잡해지는 단점을 극복할 수 있다. 또한, 하부의 신호를 전달하기 위한 플러그(plug)의 존재로 발생할 수 있는 신호 전달 시 잡음 또한 제거될 수 있다.
이하, 실시예에 따른 이미지센서 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
실시예의 설명에 있어서, 각 층의 "상/아래(on/under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상/아래는 직접(directly)와 또는 다른 층을 개재하여(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.
실시예의 설명에 있어서 씨모스이미지센서(CIS)에 대한 구조의 도면을 이용하여 설명하나, 본 발명은 씨모스이미지센서에 한정되는 것이 아니며, CCD 이미지센서 등 포토다이오드가 채용되는 모든 이미지센서에 적용이 가능하다.
(실시예)
도 1은 실시예에 따른 이미지센서의 단면도이다.
실시예에 따른 이미지센서는 기판(110)에 반사층(150)을 포함하여 형성된 수광부(165); 상기 수광부(165)의 일측에 형성된 포토다이오드(195); 및 상기 포토다이오드(195) 상측에 형성된 트랜지스터(210);를 포함할 수 있다.
이때, 실시예에서 상기 수광부(165)는 상기 기판(110)에 형성된 트렌치(도 2 참조)의 일측 모서리에 형성된 제1 절연층(120a); 상기 일측 모서리에 형성된 제1 절연층(120a) 상에 형성된 반사층(150); 및 상기 반사층(150) 상에 형성되며 상기 트렌치를 메우는 제2 절연층(160);을 포함할 수 있다.
또한, 상기 포토다이오드(195)는 같은 높이로 형성된 레드 포토다이오드(170), 그린 포토다이오드(180) 및 블루 포토다이오드(190)를 포함할 수 있다.
실시예에서 상기 각각의 레드 포토다이오드(170), 그린 포토다이오드(180), 블루 포토다이오드(190)는 상기 기판(110)의 표면에 대해 수직이게 형성될 수 있다.
실시예에 따른 이미지센서에 의하면, 반사를 이용한 새로운 구조의 이미지센 서(image sensor)로서, 빛을 센싱(sensing)할 수 있는 면적을 넓힐 수 있는 장점이 있다.
즉, 실시예에 따른 이미지센서에 의하면 입사되는 빛을 90°반사시켜 포토다이오드(photodiode)로 입사를 시키는 방식이므로 포토다이오드(photodiode) 위에 빛을 차단하는 장애물이 없고, 기존의 방법처럼 기판표면(silicon surface)으로부터 많이 떨어져 있는 레드 포토다이오드, 그린 포토다이오드의 신호를 연결하기 위한 플러그(plug)도 필요하지 않다.
도 1과 같이 입사되는 제1 빛(L1), 제2 빛(L2), 제3 빛(L3)이 각각 반사되어 레드 포토다이오드(170), 그린 포토다이오드(180) 및 블루 포토다이오드(190)에 입사되어 해당 빛에 대한 신호를 생성하게 된다.
또한, 실시예에 의하면 형성된 신호를 포토다이오드(photodiode)의 에지(edge)에 존재하는 트랜지스터(transistor)를 통해 직접 전달하는 것으로 신호 전달은 완성되는 장점 또한 존재한다. 이에 따라 플러그(plug)의 존재로 발생할 수 있는 신호 전달 시 잡음 또한 제거될 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 10을 참조하여 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법을 설명한다.
우선, 도 2와 같이 기판(110)에 트렌치(T)를 형성한다. 예를 들어, 건식식각에 의한 이방성식각으로 트렌치를 형성할 수 있으나 식각방법이 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 도 3과 같이 상기 트렌치(T) 상에 제1 절연층(120)을 형성한다. 예를 들어, 질화막(Nitride)를 증착하여 제1 절연층(120)을 형성할 수 있으나 제1 절연층이 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 도 4와 같이 상기 제1 절연층(120)을 선택적으로 식각하여 상기 트렌치의 양측 모서리에 제1 절연층(120a, 120b)을 잔존시킨다. 예를 들어, 이방성식각으로 식각으로 하여 기판의 표면을 기준으로 40~50°의 경사진 제1 절연층을 잔존시킬 수 있다.
다음으로, 도 5 및 도 6과 와 같이 감광막 패턴(130)을 식각마스크로 하여 상기 트렌치의 일측 모서리의 제1 절연층(120a)을 남기도록 트렌치의 타측 모서리의 제1 절연층(120b)을 제거한다.
다음으로, 도 7과 같이 상기 일측 모서리의 제1 절연층(120a) 상에 반사층(150)을 형성한다. 예를 들어, 불투명금속으로 반사층(150)을 형성할 수 있다. 예를 들어, Ti, TiN 등으로 반사층(150)을 형성할 수 있다.
이때, 상기 반사층(150)은 상기 일측 모서리의 제1 절연층(120a)의 각도 에따라 기판의 표면을 기준으로 40~50°의 경사진 상태로 형성될 수 있다.
예를 들어, 입사되는 빛이 수직으로 입사되는 경우에는 반사층(150)이 45°각도를 가짐으로써 빛을 포토다이오드(195)로 반사시켜줄 수 있다. 또한, 입사되는 빛이 수직각도가 아닌 경우에는 반사층(150)이 40~50°각도로 형성됨으로써 가짐으로써 빛을 포토다이오드(195)로 반사시켜줄 수 있다.
이후, 상기 반사층(150) 상에 제2 절연층(160)을 형성하여 트렌치를 메운다. 예를 들어, 상기 반사층(150) 상에 TEOS를 증착하고 평탄화공정을 진행하여 트렌치 를 메울 수 있으나 제2 절연층이 TEOS에 한정되는 것은 아니다. 즉, 빛의 투과가 가능한 절연층이면 된다.
다음으로, 도 8과 같이 상기 수광부(165)의 일측에 포토다이오드(195)를 형성한다.
실시예에서 상기 수광부의 일측에 포토다이오드(195)를 형성하는 단계는 같은 높이에 레드 포토다이오드(170), 그린 포토다이오드(180), 블루 포토다이오드(190)를 형성할 수 있다.
또한, 실시예에서 상기 각각의 레드 포토다이오드(170), 그린 포토다이오드(180), 블루 포토다이오드(190)는 상기 기판(110)의 표면에 대해 수직이게 이온주입에 의해 형성될 수 있다.
다음으로, 도 9와 같이 상기 포토다이오드(195) 상측에 트랜지스터(210)를 형성한다. 즉, 최종적으로 각각의 포토다이오드(photodiode)에 의해서 발생된 신호를 전달하기 위한 트랜지스터(transistor)(210)를 기판표면(silicon surface)에 형성시킨다.
이에 따라 도 10과 같이, 기판표면(silicon surface)의 수직방향으로 입사된 빛은 90°로 반사되어 각각의 레드(Red), 그린(Green), 블루(Blue) 포토다이오드로 입사하게 되어 신호를 발생시키고, 이들의 신호는 기판표면(silicon surface)위에 형성된 트랜지스터(transistor)(210)를 통하여 전달되게 된다.
실시예에 따른 이미지센서 및 그 제조방법에 의하면 기존 이미지센서(image sensor) 보다 빛을 받을 수 있는 면적이 효율적이라는 장점이 있고, 하부에서부터 쌓아가는 적층형 구조의 단점인 연속적인 에피(Epi)와 이온주입(implant)으로 공정이 복잡해지는 단점을 극복할 수 있다. 또한, 하부의 신호를 전달하기 위한 플러그(plug)의 존재로 발생할 수 있는 신호 전달 시 잡음 또한 제거될 수 있다.
본 발명은 기재된 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 청구항의 권리범위에 속하는 범위 안에서 다양한 다른 실시예가 가능하다.
도 1은 실시예에 따른 이미지센서의 단면도.
도 2 내지 도 10은 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법의 공정단면도.
Claims (6)
- 기판에 반사층(reflection layer)을 포함하는 수광부를 형성하는 단계;상기 수광부의 일측에 포토다이오드를 형성하는 단계; 및상기 포토다이오드 상측에 트랜지스터를 형성하는 단계;를 포함하며,상기 수광부를 형성하는 단계는,상기 기판에 트렌치를 형성하는 단계;상기 트렌치의 일측 모서리에 제1 절연층을 형성하는 단계;상기 제1 절연층 상에 반사층을 형성하는 단계; 및상기 반사층 상에 제2 절연층을 형성하여 트렌치를 메우는 단계;를 포함하며,상기 트렌치의 일측 모서리에 제1 절연층을 형성하는 단계는,상기 트렌치 상에 제1 절연층을 형성하는 단계;상기 제1 절연층을 선택적으로 식각하여 상기 트렌치의 양측 모서리에 제1 절연층을 잔존시키는 단계; 및상기 트렌치의 일측 모서리의 제1 절연층을 남기도록 트렌치의 타측 모서리의 제1 절연층을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 제1 항에 있어서,상기 수광부의 일측에 포토다이오드를 형성하는 단계는,같은 높이에 레드 포토다이오드, 그린 포토다이오드, 블루 포토다이오드를 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
- 제4 항에 있어서,상기 각각의 레드 포토다이오드, 그린 포토다이오드, 블루 포토다이오드는 상기 기판의 표면에 대해 수직이게 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
- 제1 항에 있어서,상기 반사층은 Ti 또는 TiN으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
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