KR101550435B1 - 후면 수광 이미지 센서 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 후면 수광 이미지 센서 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 이 후면 수광 이미지 센서는 빛이 입사되는 반도체 기판의 후면과 그 하부의 칼라필터 사이에 후면 층간절연막 패턴이 형성되며, 상기 컬러필터의 가장자리 상에서 상기 후면 층간절연막 패턴 내에 갭 영역이나 보이드와 같은 빈 공간이 존재하도록 형성되어, 이러한 빈 공간의 굴절률과 상기 빈공간 주변의 후면 층간절연막과의 굴절률의 차이에 의해, 빛이 이웃하는 화소로 입사하는 것을 방지할 수 있다. 이로써 크로스토크를 방지할 수 있다.
후면 수광 이미지 센서, 크로스토크, 갭 영역, 보이드

Description

후면 수광 이미지 센서 및 그 제조 방법{Backside-illuminated image sensor and method of forming the same}
본 발명은 이미지 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 후면 수광 이미지 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
종래의 씨모스 이미지 센서와 같은 이미지 센서(image sensor)의 제조 과정을 살펴보면, 각 화소별로 포토다이오드가 형성된 반도체 기판 상에 트랜지스터들을 형성하고, 상기 트랜지스터 상에 복수 층의 금속 배선들과 층간절연막들을 형성한다. 그리고 상기 층간절연막 상에 컬러필터들과 마이크로 렌즈를 형성한다.
이러한 구조를 가지는 종래의 이미지 센서에서는 빛이 마이크로 렌즈로부터 포토다이오드에 도달하기까지, 많은 층의 층간절연막들을 통과해야하며, 복수층의 금속배선들에 의해 빛이 반사되거나 차단되어, 집광률이 감소된다. 이로써, 화질이 어두워질 수 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 후면으로 빛을 받는 후면 수광 이미지 센서가 제안되었으나, 종래의 후면 수광 이미지 센서는 빛의 회절에 따른 화소 간의 크로스토크 현상 문제를 가지고 있다. 이는 빛의 파장이 길수록, 이미지 센서의 집적도가 증가될 수록 더욱 증가할 수 있다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 크로스토크를 방지할 수 있는 후면 수광 이미지 센서를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 과제는 크로스토크를 방지할 수 있는 후면 수광 이미지 센서의 제조 방법을 제공하는데 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 후면 수광 이미지 센서는, 전면과, 빛이 입사되는 후면, 및 복수의 화소들을 포함하는 기판; 상기 각각의 화소에서 상기 전면과 인접한 상기 기판 내에 형성된 광전변환부; 상기 전면 상에 형성된 다층의 배선들 및 층간절연막들; 상기 후면 하부에서 상기 각각의 화소에 대응하는 위치의 다수색의 컬러필터들; 상기 컬러필터들 하부의 마이크로렌즈들; 및 상기 각각의 컬러필터와 상기 후면 사이의 후면 층간절연막 패턴을 포함하며, 상기 후면 층간절연막 패턴은 상기 컬러필터의 가장자리와 중첩되는 위치의, 상기 후면 층간절연막 패턴 보다 작은 굴절률의 갭(gap) 영역을 포함한다.
상기 후면 수광 이미지 센서는 상기 갭 영역 안에 위치하며 내부에 보이드(void)를 포함하는 갭 절연막 패턴을 더 포함할 수 있다.
상기 갭 절연막 패턴은 상기 칼라필터와 접하며, 상기 후면층간절연막 패턴을 상기 화소 별로 분리시킬 수 있다.
상기 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 후면 수광 이미지 센서의 제조 방법은, 전면과, 빛이 입사되는 후면, 및 복수의 화소들을 포함하는 기판을 준비하고; 상기 전면과 인접한 상기 기판 내에 광전변환부들을 형성하고; 상기 기판의 전면 상에 다층의 배선들과 층간절연막들을 형성하고; 상기 후면 상에 후면 층간절연막 패턴을 형성하고; 상기 후면 층간 절연막 상에 컬러필터들을 형성하고; 그리고 상기 컬러필터 상에 마이크로 렌즈를 형성하는 것을 포함한다. 이때, 상기 후면 층간절연막 패턴은 상기 컬러필터의 가장자리와 중첩되는 위치의, 상기 후면 층간절연막 패턴 보다 작은 굴절률의 갭(gap) 영역을 포함하도록 형성된다.
상기 후면 상에 후면 층간절연막 패턴을 형성하는 것은, 상기 후면 상에 후면 층간절연막을 형성하고; 상기 화소의 가장자리와 중첩되는 위치의 상기 후면 층간절연막을 일부 제거하여 상기 후면을 노출시키는 갭 영역을 포함하는 후면 층간절연막 패턴을 형성하고; 그리고 상기 갭 영역 안에, 그 내부에 보이드(void)를 포함하는 갭 절연막 패턴을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
상기 갭 절연막 패턴을 형성하는 것은, 실리콘산화막을 PE-CVD(Plasma-enhanced chemical vapor deposition) 방법으로 증착하는 것을 포함할 수 있다.
상기 후면 상에 후면 층간절연막 패턴을 형성하는 것은, 상기 후면 상에 상기 화소의 가장자리와 중첩되는 위치에서 희생막 패턴을 형성하고; 상기 희생막 패턴을 덮는 후면 층간절연막을 형성하고; 상기 후면 층간절연막의 상부면을 평탄화하여 평탄화된 상부면을 가지는 후면 층간절연막 패턴을 형성하고; 그리고 상기 희생막 패턴을 제거하여 갭 영역을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
상기 희생막 패턴은 열분해성 고분자일 수 있으며, 상기 희생막 패턴을 제거 하는 것은 300~450℃에서 열처리하는 것을 포함할 수 있다. 상기 열분해성 고분자는 폴리노르보르넨(polynorbornene), 또는 부틸노르보르넨(butylnorbornene)과 트리에톡시실릴 노르보르넨(triethoxysilyl norbornene)의 공중합체일 수 있다.
상기 희생막 패턴은 실리콘게르마늄일 수 있으며, 상기 희생막 패턴을 제거하는 것은 수산화암모늄, 과산화수소 및 물의 혼합용액을 이용하여 선택적 습식 식각하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 후면 수광 이미지 센서 및 그 제조 방법에 의하면, 빛이 입사되는 반도체 기판의 후면과 그 하부의 칼라필터 사이에 후면 층간절연막 패턴이 형성되며, 상기 각각의 컬러필터들 간의 경계선 상에서 상기 후면 층간절연막 패턴 내에 갭 영역이나 보이드와 같은 빈 공간(또는 공기나 다른 기체가 존재하거나 또는 진공인 공간)이 존재한다. 이러한 빈 공간의 굴절률과 상기 빈공간 주변의 후면 층간절연막과의 굴절률의 차이에 의해 빛의 반사 현상이 일어나게 된다. 즉, 빛이 어느 일 화소의 컬러필터와 그 하부의 상기 후면 층간절연막 패턴을 통해 이웃하는 화소의 광전변환부로 입사할 때, 컬러필터들 사이의 위, 즉 컬러필터의 가장자리의 상부에 상기 후면 층간절연막 패턴 내에 갭 영역이나 보이드와 같은 빈공간에 의해, 빛의 반사가 일어나, 이웃하는 화소로 입사되지 못한다. 이로써 크로스토크를 방지할 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설 명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 또한, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
<구조 실시예 1>
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 후면 수광 이미지 센서의 단면도를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 후면 수광 이미지 센서는 전면(60)과 후면(62)이 정의된 반도체 기판(1)을 포함한다. 상기 반도체 기판(1)은 또한 제 1 화소, 제 2 화소 및 제 3 화소를 포함한다. 상기 반도체 기판(1)에는 각각의 화소 의 활성영역을 정의하는 소자분리막(3)들이 배치된다. 상기 각각의 화소의 상기 반도체 기판(1) 내에는 서로 반대되는 타입의 불순물이 도포된 적어도 두 개의 불순물층(5, 7)을 포함하는 광전변환부(9)가 형성된다. 상기 광전변환부(9) 상의 일 측에는 복수의 트랜지스터들(미도시)이 배치된다. 상기 반도체 기판(1)의 상기 전면(60) 상에는 다수의 배선층들(13)과 층간절연막(11)이 배치된다. 상기 층간절연막(11) 상에는 지지 기판(15)이 위치할 수 있다.
계속해서 상기 반도체 기판(1)의 후면(62)의 하부에는 반사방지막(21)이 위치한다. 상기 반사방지막(21) 하부에서 각각의 화소에 대응되는 위치에 후면 층간절연막 패턴들(23a)이 위치한다. 상기 후면 층간 절연막 패턴들(23a) 사이에는 갭 영역(27)이 위치하며, 상기 갭 영역(27)안에는 보이드(29a)가 형성된 갭 절연막 패턴(29b)이 위치한다. 상기 후면 층간절연막 패턴들(23a)과 상기 갭 절연막 패턴(29b)은 예를 들면, 실리콘 산화막일 수 있다. 상기 후면 층간 절연막 패턴들(23a) 하부에는 컬러필터들(31)이 배치된다.상기 컬러필터들(31)은 예를 들면 적색, 녹색, 청색의 컬러필터들일 수 있다. 상기 갭 절연막 패턴(29b)는 상기 컬러필터들(31)의 상부면과 접하며 상기 후면 층간절연막 패턴(23a)들을 화소별로 분리시킨다. 상기 컬러필터들(31) 하부에는 마이크로 렌즈들(33)이 위치한다.
도 1과 같은 후면 수광 이미지 센서는 각각의 컬러필터(31)의 가장자리 상부에 위치하는 보이드(29a)는 입사하는 빛(50)을 반사시켜, 빛(50)의 회절에 따른 크로스토크가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 상기 보이드(29a)는 빈 공간으로 공기나 기타 가스가 존재하거나 진공일 수 있으며 굴절률이 1이거나 거의 1에 가깝다. 상기 보이드(29a) 옆의 상기 갭 절연막 패턴(29b)과 상기 후면 층간절연막 패턴들(23a)이 실리콘 산화막일 경우, 상기 갭 절연막 패턴(29b)과 상기 후면 층간절연막 패턴들(23a)의 굴절률이 예를 들면 1.47일 수 있다. 따라서 상기 보이드(29a)와 주변에 위치하는 막들(23a, 29b)의 굴절률 차이가 존재하며, 이러한 굴절률 차이로 인해, 입사되는 빛(50)의 반사가 일어난다. 따라서 도 1과 같이 상기 컬러필터(31) 내부에서 빛(50)이 회절하여 이웃하는 화소로 입사할 경우, 상기 보이드(29a)에 의 해 반사되어 최초 입사된 화소로 빛(50)이 입사한다.
<제조 방법 실시예 1>
도 2 내지 8은 도 1의 후면 수광 이미지 센서를 제조하는 과정을 순차적으로 나타내는 단면도들이다.
먼저, 도 2를 참조하면, 전면(60)과 후면(62)이 정의된 반도체 기판(1) 내에 제 1 형의 불순물을 도핑하여 웰(미도시)을 형성한다. 상기 반도체 기판(1)에 소자분리막들(3)을 형성하여 화소들의 활성 영역을 정의한다. 상기 소자분리막들(3)은 예를 들면 일반적인 얕은 트렌치 격리(shallow trench isolation) 방법으로 형성될 수 있다. 상기 소자분리막들(3)에 의해 한정된 각각의 화소에 적어도 두번의 이온주입 공정을 진행하여 제 2 불순물 주입 영역(7)과 제 1 불순물 주입 영역(5)을 형성하여 광전변환부(9)를 형성한다. 예를 들어, 상기 제 2 불순물 주입 영역(7)은 비소를 약 1x1012atoms/cm2의 도우즈로 주입하여 형성될 수 있고, 상기 제 1 불순물 주입 영역(5)은 불화붕소(BF2)를 약 1x1013atoms/cm2의 도우즈로 주입하여 형성될 수 있다. 도시하지는 않았지만, 상기 광전변환부(9)를 형성한 후에, 전하를 전송하기 위한 트랜스퍼 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 선택 트랜지스터 및 억세스 트랜지스터 등을 형성한다. 그리고 상기 반도체 기판(1)의 상기 전면(60) 상에 다층의 배선층들(13)과 층간절연막들(11)을 형성한다.
도 3을 참조하면, 배선 공정이 완료된 상기 반도체 기판(1)의 상기 층간절연막들(11) 상에 지지 기판(15)을 접착시킨다. 상기 지지 기판(15)은 플라즈마 처리 나 열처리에 의해 상기 층간절연막(11) 상에 직접 부착될 수 있다. 또는 상기 지지 기판(15)은 접착제층(glue layer)을 개재한 상태로 상기 층간절연막(11) 상에 부착될 수 있다. 상기 지지기판(15)을 부착한 상태로 상기 반도체 기판(1)의 후면(62)의 일부(17)을 제거한다. 이러한 제거 공정은 기계적인 그라인딩(mechanical grinding), CMP(Chemical mechanical polishing), 전면 에치백(etch back) 및 습식 식각(wet etch)을 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 공정을 이용하여 진행될 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 후면(62)의 일부(17)가 제거된 상기 반도체 기판(1)을 뒤집는다. 이로써, 상기 반도체 기판(1)의 상기 전면(60)이 아래쪽에 위치하고, 상기 후면(62)이 위쪽에 위치한다. 상기 후면(62) 상에 반사방지막(21)을 형성한다. 상기 반사방지막(21)은 예를 들면 실리콘 질화막(SiN)과 실리콘 산화막 중에서 선택되는 적어도 하나의 막으로 형성될 수 있다. 상기 반사방지막(21)의 적어도 상부면은 실리콘질화막을 형성되는 것이 바람직하다. 상기 반사방지막(21) 상에 후면 층간절연막(23)을 형성한다. 상기 후면 층간절연막은 예를 들면 300~400℃의 온도에서 PE-CVD(Plasma-enhanced chemical vapor deposition) 방법에 의해 실리콘 산화막으로 형성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 후면 층간절연막(23) 상에 마스크 패턴(25)을 형성한다. 상기 마스크 패턴(25)은 상기 후면 층간절연막(23)과 식각 선택비를 가지는 물질로 형성되며 예를 들면 포토리소그래피 공정에 의해 형성되는 포토레지스트 패턴일 수 있다. 상기 마스크 패턴(25)은 각각의 화소의 가장자리에 해당하는 상기 후 면 층간절연막(23)을 일부 노출시키는 개구부(25a)를 가지도록 형성된다.
도 6을 참조하면, 상기 마스크 패턴(25)을 식각 마스크로 이용하여 상기 개구부(25a)에 의해 노출된 상기 후면 층간절연막(23)을 이방성 식각하여 상기 화소의 가장자리에서 상기 반사방지막(21)을 노출시키는 갭 영역(27)을 형성한다. 이때 상기 반사방지막(21)은 식각 마스크 역활을 할 수 있다. 상기 이방성 식각은 예를 들면, CF4, CHF3와 같은 불소 함유 가스를 이용하여 진행될 수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 갭 영역(27)이 형성되면, 상기 마스크 패턴(25)을 제거한다. 상기 마스크 패턴(25)이 포토레지스트 패턴일 경우, 예를 들면 산소를 공급하여 진행되는 애싱(ashing) 공정에 의해 제거될 수 있다. 상기 마스크 패턴(25)을 제거한 후에, 상기 반도체 기판(1)의 후면(62)의 전면 상에 갭 영역 절연막(29)을 형성한다. 상기 갭 영역 절연막(29)은 스텝 커버리지 특성이 매우 낮은 방법으로 형성이 되어 상기 갭 영역(27) 안에 보이드(29a)가 형성된다. 상기 갭 영역 절연막(29)은 예를 들면, 예를 들면 300~400℃의 온도에서 PE-CVD(Plasma-enhanced chemical vapor deposition) 방법에 의해 실리콘 산화막으로 형성될 수 있다.
도 8을 참조하면, 상기 갭 영역 절연막(29)에 대해 평탄화 식각 공정을 진행하여, 상기 후면 층간절연막 패턴(23a) 상부의 상기 갭 영역 절연막(29)을 제거하는 동시에 상기 후면 층간절연막 패턴(23a) 사이의 상기 갭 영역(27) 안에 보이드(29a)를 포함하는 갭 절연막 패턴(29b)을 잔존시킨다. 상기 갭 절연막 패턴(29b)과 상기 후면 층간절연막 패턴(23a)의 상부면은 상기 평탄화 식각 공정에 의해 평 탄해진다. 상기 평탄화 식각 공정은 예를 들면 화학기계적 연마(Chemical mechanical polishing) 공정일 수 있다.
후속으로 다시 도 1을 참조하여, 상기 후면 층간절연막 패턴(23a) 상에 칼라필터(31)를 형성한다. 상기 칼라필터(31)는 염료를 포함하는 포토레지스트를 코팅하고 베이킹, 노광 및 현상 공정에 의해 형성될 수 있다. 상기 칼라필터(31) 상에 마이크로 렌즈(33)를 형성한다. 상기 마이크로 렌즈(33)는 투명한 아크릴 수지를 포함하는 포토레지스트 패턴을 포토리소그래피 공정으로 형성한 후에, 열을 가하여 상기 포토레지스트 패턴을 리플로우(reflow)시켜 형성될 수 있다.
이와 같이 공정이 마무리된 반도체 기판(1)을 다시 뒤집으면 도 1과 같은 형태와 일치될 수 있다.
<구조 실시예 2>
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 후면 수광 이미지 센서의 단면도를 나타낸다.
도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 후면 수광 이미지 센서에서 반사방지막(21) 상의 구조는 도 1에서와 동일하다. 상기 반사 방지막(21) 하부에는 후면 층간 절연막 패턴(23a)이 위치한다. 상기 후면 층간절연막 패턴(23a)의 하부면들은 화소 끼리 접하며 평탄하도록 형성되나 상기 후면 층간절연막 패턴(23a)의 상부면들은 화소의 가장자리에 위치하는 갭 영역(27)에 의해 분리되어 있다. 상기 갭 영역(27) 안에는 도 1의 갭 절연막 패턴(29b)이 존재하지 않고 비어있다. 상기 후면 층간절연막 패턴(23a) 하부에는 화소별로 컬러필터(31)가 존재하며 상기 컬러 필 터(31) 하부에는 마이크로 렌즈(33)가 위치한다.
도 9과 같은 구조의 후면 수광 이미지 센서에서는 컬러필터(31)의 가장자리 상부에 위치하는 갭 영역(27)이 입사하는 빛(50)을 반사시켜, 빛(50)의 회절에 따른 크로스토크가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 상기 갭 영역(27)은 빈 공간으로 공기나 기타 가스가 존재하거나 진공일 수 있으며 굴절률이 1이거나 거의 1에 가깝다. 상기 갭 영역(27) 옆의 상기 후면 층간절연막 패턴(23a)이 실리콘 산화막일 경우 굴절률이 예를 들면 1.47일 수 있다. 따라서 갭 영역(27)과 주변에 위치하는 막(29b)의 굴절률 차이가 존재하며, 이러한 굴절률 차이로 인해, 입사되는 빛(50)의 반사가 일어난다. 따라서 도 10과 같이 상기 컬러필터(31) 내부에서 빛(50)이 회절하여 이웃하는 화소로 입사할 경우, 상기 갭 영역(27)에 의해 반사되어 최초 입사된 화소로 빛(50)이 입사한다.
<제조 방법 실시예 2>
도 10 내지 도 13는 도 9의 후면 수광 이미지 센서를 제조하는 과정을 순차적으로 나타내는 단면도들이다.
먼저, 도 4에서처럼 반도체 기판(1)의 후면(62) 상에 반사방지막(21)을 형성한 후에, 도 10을 참조하여, 상기 반사방지막(21) 상에 희생막(41)을 형성한다. 상기 희생막(41)은 예를 들면 열분해성 고분자 또는 실리콘게르마늄으로 형성될 수 있다. 상기 열분해성 고분자로는 예를 들면, 폴리노르보르넨(polynorbornene), 또는 부틸노르보르넨(butylnorbornene)과 트리에톡시실릴 노르보르넨(triethoxysilyl norbornene)의 공중합체일 수 있다. 상기 희생막(21) 상에 마스크 패턴(43)을 형성 한다. 상기 마스크 패턴(43)은 예를 들면, 포토레지스트 패턴일 수 있으며, 화소의 가장자리와 중첩되며 일부 소정의 폭을 가지도록 형성된다.
도 11을 참조하면, 상기 마스크 패턴(43)을 식각 마스크로 이용하여 상기 희생막(41)에 대해 이방성 식각 공정을 진행한다. 이로써 상기 반사방지막(21)이 노출되는 동시에 상기 마스크 패턴(43) 하부에 희생막 패턴(41a)이 형성된다. 상기 이방성 식각 공정에 있어서, 상기 반사방지막(21)은 식각 저지막의 역할을 할 수 있다.
도 12를 참조하면, 상기 마스크 패턴(43)을 제거한다. 상기 마스크 패턴(43)이 제거되고 상기 희생막 패턴(41a)이 남은 상기 반도체 기판(1)의 후면(62)의 전면 상에 후면 층간절연막(23)을 형성한다. 상기 후면 층간절연막(23)은 예를 들면, PE-CVD(Plasma-enhanced chemical vapor deposition) 방법에 의해 실리콘 산화막으로 형성될 수 있다.
도 13을 참조하면, 상기 후면 층간절연막(23)의 상부에 대해 평탄화식각 공정을 진행하여, 상부를 일부 제거하는 동시에 평탄한 상부면을 만든다. 그리고 상기 희생막 패턴(41a)을 제거한다. 상기 희생막 패턴(41a)이 예를 들면, 폴리노르보르넨(polynorbornene), 또는 부틸노르보르넨(butylnorbornene)과 트리에톡시실릴 노르보르넨(triethoxysilyl norbornene)의 공중합체와 같은 열분해성 고분자일 경우, 상기 희생막 패턴(41a)을 제거하는 과정은 300~450℃에서 열처리 공정에 의해 진행될 수 있다. 이러한 열처리 공정에 의해 열분해성 고분자가 분해되어 갭 영역(27)이 형성된다. 상기 열분해성 고분자가 분해되어 발생하는 가스등은 상기 후 면 층간절연막(23) 내부의 미세한 틈을 통하거나 도시하지 않은 다른 개구부를 통해 빠져나갈 수 있다. 또는, 상기 희생막 패턴(41a)이 실리콘 게르마늄일 경우, 도시하지 않은 소정의 영역에 상기 희생막 패턴(41a)을 노출하는 개구부를 형성하고, 예를 들면, 수산화암모늄, 과산화수소 및 물의 혼합용액을 이용하여 선택적 습식 식각 공정을 진행하여, 상기 희생막 패턴(41a)을 제거한다. 이로써 갭 영역(27)을 형성할 수 있다.
후속으로 다시 도 9를 참조하여, 상기 후면 층간절연막 패턴(23a) 상에 칼라필터(31)를 형성한다. 상기 칼라필터(31)는 염료를 포함하는 포토레지스트를 코팅하고 베이킹, 노광 및 현상 공정에 의해 형성될 수 있다. 상기 칼라필터(31) 상에 마이크로 렌즈(33)를 형성한다. 상기 마이크로 렌즈(33)는 투명한 아크릴 수지를 포함하는 포토레지스트 패턴을 포토리소그래피 공정으로 형성한 후에, 열을 가하여 상기 포토레지스트 패턴을 리플로우(reflow)시켜 형성될 수 있다.
이와 같이 공정이 마무리된 반도체 기판(1)을 다시 뒤집으면 도 9와 같은 형태와 일치될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 후면 수광 이미지 센서의 단면도를 나타낸다.
도 2 내지 8은 도 1의 후면 수광 이미지 센서를 제조하는 과정을 순차적으로 나타내는 단면도들이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 후면 수광 이미지 센서의 단면도를 나타낸다.
도 10 내지 도 13은 도 9의 후면 수광 이미지 센서를 제조하는 과정을 순차적으로 나타내는 단면도들이다.

Claims (17)

  1. 제 1 면과 빛이 입사되는 제 2 면을 포함하는 기판으로서, 상기 기판은 복수의 화소들로 분리되는 것;
    상기 기판 내에 형성되며, 상기 복수의 픽셀들 각각에 대응하는 광전 변환부들;
    상기 광전 변환부들 각각에 대응하여 상기 기판의 상기 제 2 면 상에 배치되고, 제 1 굴절률을 갖는 층간 절연 패턴들로서, 상기 층간 절연 패턴들은 서로 이격되어 이들 사이에 각각 갭 영역들을 정의하며, 상기 갭 영역들은 서로 인접하는 상기 광전 변환부들 사이에 정렬되는 것;
    상기 층간 절연 패턴들 각각에 대응하여 배치된 컬러 필터들; 및
    상기 층간 절연 패턴들 사이에 정의된 상기 각각의 갭 영역들 내에 위치하는 갭 절연 패턴들을 포함하되, 상기 갭 절연 패턴들 각각은 내부에 보이드(void)를 포함하는 후면 수광 이미지 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보이드는 상기 층간 절연 패턴의 상기 제 1 굴절률보다 작은 제 2 굴절률을 갖는 후면 수광 이미지 센서.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판의 상기 제 1 면 상에 형성된 복수의 배선들 및 층간 절연막들을 더 포함하는 후면 수광 이미지 센서.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 컬러 필터들 각각에 대응하도록 배치된 마이크로 렌즈들을 더 포함하는 후면 수광 이미지 센서.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 층간 절연 패턴들의 두께는 상기 갭 절연 패턴들의 두께와 동일한 후면 수광 이미지 센서.
  13. 제 1 면과 빛이 입사되는 제 2 면을 포함하는 기판으로서, 상기 기판은 복수의 화소들로 분리되는 것;
    상기 기판 내에 형성되며, 상기 복수의 픽셀들 각각에 대응하는 광전 변환부들;
    상기 광전 변환부들 각각에 대응하여 상기 기판의 상기 제 2 면 상에 배치된 제 1 굴절률을 갖는 층간 절연 패턴들로서, 상기 층간 절연 패턴들은 서로 이격되어 이들 사이에 각각 갭 영역들을 정의하며, 상기 갭 영역들은 서로 인접하는 상기 광전 변환부들 사이에 정렬되는 것;
    상기 층간 절연 패턴들 각각에 대응하여 배치된 컬러 필터들; 및
    상기 층간 절연 패턴들 사이에 정의된 상기 각각의 갭 영역들 내에 위치하는 갭 절연 패턴들을 포함하되,
    상기 갭 절연 패턴들 각각은 상기 제 1 굴절률보다 작은 제 2 굴절률을 갖는 공기로 채워진 빈 공간을 포함하는 후면 수광 이미지 센서.
  14. 삭제
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 기판의 상기 제 1 면 상에 형성된 복수의 배선들 및 층간 절연막들; 및
    상기 컬러 필터들 각각에 대응하도록 배치된 마이크로 렌즈들을 더 포함하는 후면 수광 이미지 센서.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 층간 절연 패턴들의 두께는 상기 갭 절연 패턴들의 두께와 동일한 후면 수광 이미지 센서.
  17. 복수의 배선들을 포함하는 배선층;
    상기 배선층 상에 배치된 마이크로 렌즈들;
    상기 마이크로 렌즈들 각각에 대응되도록 배열되되, 수직적 관점에서, 상기 마이크로 렌즈들과 상기 배선층 사이에 배치된 광전 변환부들; 및
    상기 광전 변환부들 각각에 대응되도록 배열되되, 수직적 관점에서, 상기 마이크로 렌즈들과 상기 광전 변환부들 사이에 배치되고, 제 1 굴절률을 갖는 층간 절연 패턴들을 포함하되,
    서로 인접하는 상기 층간 절연 패턴들은 상기 제 1 굴절률과 다른 제 2 굴절률을 갖는 갭 영역에 의해 수평적으로 이격되는 후면 수광 이미지 센서.
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