KR101909144B1 - 이미지 센서 및 이의 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이미지 센서 및 이의 제조 방법을 제공한다. 이 이미지 센서에서는, 기판 렌즈부의 표면에 인접하여 상기 표면 트랩 영역이 배치되어 암특성을 개선할 수 있다. 이 방법에서는 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여 기판의 후면을 식각하여 직사각형 단면을 가지는 기판 패턴을 형성한 후에, 상기 기판 패턴을 레이저로 이용하여 선택적으로 가열하여 다양한 형태의 기판 렌즈부를 제조한다.
Description
본 발명은 이미지 센서 및 이의 형성 방법에 관한 것이다.
이미지 센서는 광학 영상(Optical image)을 전기신호로 변환하는 반도체 소자이다. 상기 이미지 센서는 CCD(Charge coupled device) 형 및 CMOS(Complementary metal oxide semiconductor) 형으로 분류될 수 있다. 상기 CMOS 형 이미지 센서는 CIS(CMOS image sensor)라고 약칭된다. 상기 CIS는 2차원적으로 배열된 복수개의 화소들을 구비한다. 상기 화소들의 각각은 포토 다이오드(photodiode, PD)를 포함한다. 상기 포토다이오드는 입사되는 광을 전기 신호로 변환해주는 역할을 한다.
반도체 소자가 고집적화됨에 따라 이미지 센서도 고집적화고 있다. 고집적화에 의하여 화소들 각각의 크기가 작아져, 화소간의 크로스 토크(cross talk) 발생도 잦아지고 신호에 노이즈 발생도 커질 수 있다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 집광을 극대화하고 간섭 현상을 줄이며 암특성을 개선할 수 있는 이미지 센서를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 다양한 실리콘 렌즈 형태를 제공할 수 있는 이미지 센서의 제조 방법을 제공하는데 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 이미지 센서는, 제 1 면과, 빛이 입사되는 제 2 면, 및 복수의 화소들을 포함하는 기판; 상기 각각의 화소에서 상기 기판 내에 형성된 광전변환부; 상기 제 1 면 상에 형성된 다층의 배선들 및 층간절연막들; 상기 제 2 면으로부터 돌출된 기판 렌즈부; 및 상기 기판 렌즈부의 표면에 인접한 표면 트랩 영역을 포함한다.
일 예에 있어서, 상기 기판 렌즈부는 평탄한 상부면을 가질 수 있다. 이때, 상기 기판 렌즈부의 가장자리는 상기 상부면 보다 돌출될 수 있다.
또는 다른 예에 있어서, 상기 기판 렌즈부는 반구형 형태를 가질 수 있다.
상기 표면 트랩 영역은 붕소, 불화 붕소, 불소, 탄소 및 게르마늄을 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 표면 트랩 영역은 상기 실리콘 렌즈부의 표면을 따라 콘포말하게(conformally) 분포할 수 있다.
상기 기판 렌즈부는 상기 기판과 일체형으로 이루어질 수 있으며, 상기 광전 변환부는 연장되어 상기 표면 트랩 영역과 접할 수 있다.
상기 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 이미지 센서의 제조 방법은, 제 1 면과 빛이 입사되는 제 2 면을 포함하는 기판을 준비하는 단계; 상기 제 1 면과 인접한 상기 기판 내에 광전 변환부를 형성하는 단계; 상기 제 2 면에 인접한 상기 기판의 일부분을 제거하여 기판 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 기판 패턴의 표면에 레이저를 조사하여 상기 기판 패턴의 형태를 변형시켜 기판 렌즈부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은, 상기 제 2 면에 인접한 상기 기판에 불순물을 도핑하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 불순물은 1x1012~1x1016 atoms/cm2 농도로 도핑될 수 있다.
상기 레이저를 조사하는 단계는 상기 기판 렌즈부의 표면에 상기 불순물을 확산시키고 활성화시킬 수 있다.
상기 레이저를 조사하는 단계는 상기 기판 패턴을 1000~1450℃로 가열할 수 있다.
상기 레이저는 308~550nm 파장을 가지며 0.5~3J/cm2 에너지 밀도로 조사될 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 이미지 센서는 마이크로 렌즈와 광전변환부 사이에 기판 렌즈부가 추가로 배치되므로, 집광을 극대화하여 화소간 간섭 현상을 줄일 수 있다. 또한, 기판 렌즈부의 표면에 인접하여 상기 표면 트랩 영역이 배치된다. 이로써, 암전 상태에서 상기 광전 변환부 또는 기판 표면의 댕글링 본드에서 열적으로 생성되는 전자를 재결합시켜 암전류를 억제할 수 있다. 따라서, 암특성을 개선할 수 있다. 또한 표면 트랩 영역이 기판 렌즈부의 표면을 따라 콘포말하게 배치되며 광전변환부가 상기 기판 렌즈부 안으로 연장되어 상기 표면 트랩 영역과 접하므로, 광전변환부의 영역이 넓어진다. 이로써 포토 전류가 증가하여 광감도가 향상될 수 있다.
본 발명의 다른 예에 따른 이미지 센서의 제조 방법에서는 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여 기판의 후면을 식각하여 직사각형 단면을 가지는 기판 패턴을 형성한 후에, 상기 기판 패턴을 레이저로 이용하여 선택적으로 가열하여 다양한 형태의 기판 렌즈부를 제조한다. 이로써, 기판 패턴이 용융되면서 재결정화가 되면서 다양한 형태의 실리콘 렌즈를 제조할 수 있다. 또한 기판 패턴의 식각 손상을 치유할 수 있다. 또한 기판 패턴의 표면에 불순물을 도핑하고, 상기 레이저로 상기 기판 패턴을 선택적으로 가열함과 동시에 상기 도핑된 불순물을 확산 및 활성화하여 상기 기판 렌즈부의 표면에 인접한 표면 트랩 영역을 형성할 수 있다. 이로써, 암특성이 개선된 이미지 센서를 보다 간단히 제조할 수 있다. 또한 상기 기판 패턴의 표면에 도핑된 불순물은 상기 레이저의 흡수율을 증가시켜 레이저 어닐(anneal) 수율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 이미지 센서의 등가회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 예에 따른 이미지 센서의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 도 2를 I-I'선으로 자른 단면도이다.
도 4 내지 7 및 9는 도 3의 단면을 가지는 이미지 센서를 제조하는 과정을 순차적으로 나타내는 단면도들이다.
도 8a 및 8b는 레이저를 조사 정도에 따른 기판 패턴의 형태 변화를 나타내는 단면도들이다.
도 8c는 실제 제조된 기판 렌즈부들의 사진들이다.
도 10 내지 12는 본 발명의 변형예들에 따라 도 2를 I-I'선으로 자른 단면도들이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서를 포함하는 전자장치를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 예에 따른 이미지 센서의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 도 2를 I-I'선으로 자른 단면도이다.
도 4 내지 7 및 9는 도 3의 단면을 가지는 이미지 센서를 제조하는 과정을 순차적으로 나타내는 단면도들이다.
도 8a 및 8b는 레이저를 조사 정도에 따른 기판 패턴의 형태 변화를 나타내는 단면도들이다.
도 8c는 실제 제조된 기판 렌즈부들의 사진들이다.
도 10 내지 12는 본 발명의 변형예들에 따라 도 2를 I-I'선으로 자른 단면도들이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서를 포함하는 전자장치를 도시한 블록도이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 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 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 이미지 센서의 등가회로도이다.
도 1을 참조하면, 상기 이미지 센서의 단위 화소들 각각은 광전변환 영역(PD), 트랜스퍼 트랜지스터(Tx), 선택 트랜지스터(Sx), 리셋 트랜지스터(Rx), 및 억세스 트랜지스터(Ax)를 포함할 수 있다. 상기 광전변환 영역(PD)에, 수직적으로 중첩되는 복수개의 광전변환부들이 제공된다. 상기 광전변환부들 각각은 N형 불순물 영역과 P형 불순물 영역을 포함하는 포토다이오드일 수 있다. 상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx, transfer transistor)의 트랜스퍼 게이트는 상기 반도체 에피택시얼층의 내부로 연장된다. 상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 드레인은 부유확산 영역(FD)으로 이해될 수 있다. 상기 부유확산 영역(FD)은 상기 리셋 트랜지스터(Rx, reset transistor)의 소오스일 수 있다. 상기 부유확산 영역(FD)은 상기 선택 트랜지스터(Sx, selection transistor)의 선택 게이트와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 선택 트랜지스터(Sx)와 상기 리셋 트랜지스터(Rx)는 일렬로 연결될 수 있다. 상기 선택 트랜지스터(Sx)는 상기 억세스 트랜지스터(Ax, access transistor)에 연결된다. 상기 리셋 트랜지스터(Rx), 상기 선택 트랜지스터(Sx) 및 상기 억세스 트랜지스터(Ax)는 이웃하는 화소들에 의해 서로 공유될 수 있으며, 이에 의해 집적도가 향상될 수 있다.
상기 이미지 센서의 동작을 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 먼저, 빛이 차단된 상태에서 상기 리셋 트랜지스터(Rx)의 드레인과 상기 선택 트랜지스터(Sx)의 드레인에 전원전압(VDD)을 인가하여 상기 부유확산 영역(FD)에 잔류하는 전하들을 방출시킨다. 그 후, 상기 리셋 트랜지스터(Rx)를 오프(OFF)시키고, 외부로부터의 빛을 상기 광전변환 영역(PD)에 입사시키면, 상기 광전변환 영역(PD)에서 전자-정공 쌍이 생성된다. 정공은 상기 P형 불순물 주입 영역쪽으로, 전자는 상기 N형 불순물 주입 영역으로 이동하여 축적된다. 상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)를 온(ON) 시키면, 이러한 전자 및 정공과 같은 전하는 상기 부유확산 영역(FD)으로 전달되어 축적된다. 축적된 전하량에 비례하여 상기 선택 트랜지스터(Sx)의 게이트 바이어스가 변하여, 상기 선택 트랜지스터(Sx)의 소오스 전위의 변화를 초래하게 된다. 이때 상기 억세스 트랜지스터(Ax)를 온(ON) 시키면, 칼럼 라인으로 전하에 의한 신호가 읽히게 된다.
상기 이미지 센서가 고집적화됨에 따라 상기 광전변환 영역(PD)의 크기도 점점 작아져 수광량이 줄어들게 된다. 본 발명의 실시예에 따르면, 화소들을 분리하는 소자분리막 하부에 포텐셜 베리어 영역이 존재하여 화소들 간의 크로스 토크를 방지한다.
도 2는 본 발명의 일 예에 따른 이미지 센서의 평면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 도 2를 I-I'선으로 자른 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 일 예로 후면 수광 이미지센서의 이웃하는 세 개의 화소 영역이 개시된다. 각각의 화소 영역은 기판(1)에 형성되는 소자분리막(3)과 소자분리 도핑층(7)에 의해 분리되며, 광전변환부(PD), 이에 인접한 트랜스퍼 게이트(TG)를 포함하는 트랜스퍼 트랜지스터(Tx), 및 부유 확산 영역(FD)을 포함한다. 도 2의 평면도에서 상기 선택 트랜지스터(Sx), 상기 리셋 트랜지스터(Rx), 및 상기 억세스 트랜지스터(Ax)는 생략된다. 상기 광전변환부(PD)는 제 1 형 불순물 주입 영역(5) 및 제 2 형 불순물 주입 영역(6)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 형 불순물 주입 영역(5)에는 예를 들면 P형 불순물이 도핑될 수 있다. 상기 제 2 형 불순물 주입 영역(6)에는 예를 들면 N형 불순물이 도핑될 수 있다. 상기 기판(1)은 제 1 면(1a)과 제 2 면(1c)을 포함한다. 상기 제 1 면(1a)에는 배선층들(11)과 층간절연막(9)이 배치된다. 상기 층간절연막(9) 상에는 지지기판(20)이 차례로 배치될 수 있다. 기판 렌즈부(S4)는 상기 제 2 면(1c)으로부터 돌출된다. 본 실시예에서, 상기 기판 렌즈부(S4)는 반구형 형태를 가질 수 있다. 상기 기판 렌즈부(S4)는 상기 기판(1)과 일체형일 수 있다. 상기 기판(1)이 실리콘 단결정일 경우, 상기 기판 렌즈부(S4)도 상기 기판(1)로부터 연속적으로 이어진 실리콘 단결정일 수 있다. 상기 기판 렌즈부(S4)의 표면을 따라 콘포말하게 표면 트랩 영역(30a)이 배치된다. 상기 표면 트랩 영역(30a)은 암전 상태에서 상기 광전 변환부(PD)로부터 발생되는 원치않는 전하를 트랩할 수 있다. 이로써 암특성을 개선할 수 있다. 상기 표면 트랩 영역(30a)에는 붕소, 불화붕소, 불소, 탄소 및 게르마늄을 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 불순물이 도핑될 수 있다. 상기 광전변환부(PD)는 상기 기판 렌즈부(S4)속으로 연장되어 상기 표면 트랩 영역(30a)과 접할 수 있다. 이로써, 상기 광전변환부(PD)의 영역이 넓어져, 포토 전류가 증가하여 광감도가 향상될 수 있다.
상기 기판 렌즈부(S4) 상에는 제 1 및 제 2 반사방지막들(50a, 50b)이 콘포말하게 배치된다. 상기 제 1 및 제 2 반사방지막들(50a, 50b) 상에는 각각의 화소에 대응되는 색(예를 들면, 빨강, 파랑, 초록)의 칼라필터들(52a, 52b, 52c)이 배치된다. 도시하지는 않았지만, 상기 칼라필터들(52a, 52b, 52c) 위에 또는 아래에 평탄화막이 배치될 수 있다. 또는 상기 칼라필터들(52a, 52b, 52c)이 평탄한 상부면을 가져 평탄화막의 기능도 할 수 있다. 상기 칼라필터들(52a, 52b, 52c) 상에 마이크로 렌즈(54)가 배치된다. 본 실시예에 따른 이미지 센서는 마이크로 렌즈(54)와 광전변환부(PD) 사이에 기판 렌즈부(S4)가 추가로 배치되므로, 집광을 극대화하여 화소간 간섭 현상을 줄일 수 있다.
도 4 내지 7 및 9는 도 3의 단면을 가지는 이미지 센서를 제조하는 과정을 순차적으로 나타내는 단면도들이다.
도 4를 참조하면, 서로 대향되는 제 1 면(1a)과 제 2 면(1b)을 포함하는 기판(1)에 소자분리막(3)을 형성하여 각각의 화소 영역을 정의한다. 복수의 이온주입 공정을 진행하여 상기 기판(1) 내에 제 1 불순물 주입영역(5)과 제 2 불순물 주입 영역(6)을 포함하는 광전변환부(PD)를 형성한다. 그리고 상기 소자분리막(3) 하부에 소자분리 도핑층(7)을 형성한다. 상기 소자분리 도핑층(7)은 예를 들면 P형 불순물로 도핑됨으로써 형성될 수 있다. 상기 제 1 면(1a) 상에 트랜지스터들(미도시), 복수의 배선층들(11)과 층간절연막(9)을 형성한다. 상기 층간절연막(9)의 상단에 지지 기판(20)을 부착시킨후, 상기 제 2 면(1b)이 위를 향하도록 상기 기판(1)을 뒤집는다. 그리고 상기 제 2 면(1b)에 인접한 상기 기판(1) 속에 불순물을 도핑하여 예비 표면 트랩 영역(30)을 형성한다. 상기 예비 표면 트랩 영역(30)에서는 상기 기판을 구성하는 원자, 예를 들면 실리콘의 단결정 구조가 상기 불순물의 도핑에 의해 부분적으로 깨져 비정질화될 수 있다. 상기 불순물의 도핑 농도는 바람직하게는 1x1012~1x1016 atoms/cm2일 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 제 2 면(1b) 상에 포토레지스트 패턴들(32)을 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴들(32)은 사각형의 단면을 가질 수 있다. 상기 포토레지스트 패턴들(32)은 각각의 화소 영역에 대응되며 서로 이격되도록 형성된다.
도 6을 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴들(32)을 식각 마스크로 이용하여 상기 제 2 면(1b)에 인접한 상기 기판(1)을 식각하여 기판 패턴들(S1)과 이들 사이에 리세스된 제 2 면(1c)을 형성한다. 이때, 상기 리세스된 제 2 면(1c)의 깊이(H)에 대한 상기 기판 패턴들(S1) 사이의 간격(D)의 가로세로비(Aspect ratio, D/H)는 바람직하게는 0.1~5이다. 후속으로 상기 포토레지스트 패턴들(32)을 제거한다.
도 8a 및 8b는 레이저를 조사 정도에 따른 실리콘 패턴의 형태 변화를 나타내는 단면도들이다. 도 8c는 실제 제조된 기판 렌즈부들의 사진들이다.
도 7, 8a, 8b 및 9를 참조하면, 상기 기판(1)의 상기 제 2 면(1b)에 레이저(40)를 조사하여 상기 기판 패턴들(S1)을 선택적으로 가열한다. 이때 상기 레이저(40)는 바람직하게는 308~550nm의 파장과 0.5~3J/cm2의 에너지 밀도로 조사될 수 있다. 이와 같은 조건에서 상기 레이저(40)는 상기 기판 패턴들(S1)만을 선택적으로 가열할 수 있으며 상기 기판 패턴들(S1) 하부의 구조들(예를 들면 배선층(11))에 까지 영향을 주지 않는다. 이때, 상기 제 2 면(1b)에 도핑된 예비 표면 트랩 영역(30)은 상기 레이저(40)의 흡수율을 좋게 하여, 상기 기판 패턴들(S1)의 온도를 보다 빠르게 올릴 수 있다. 상기 기판 패턴들(S1)의 가열 온도는, 상기 기판(1)이 실리콘 단결정으로 이루어질 경우, 바람직하게는 약 1000~1450℃일 수 있다. 상기 레이저(40)를 조사할수록 상기 기판 패턴들(S1)은 도 8a 및 8b에 나타낸 바와 같이 형태가 변한다. 상기 레이저(40)가 집중되어 상대적으로 취약한 상기 기판 패턴들(S1)의 모서리 부분부터 둥글게 변하며 가운데 상부면은 여전히 평탄할 수 있다. 이때 상기 상부면은 상기 모서리 부분보다 낮게 위치할 수 있다. 본 명세서에서는 이때의 형태를 제 1 기판 렌즈부(S2)라 명명한다. 상기 예비 표면 트랩 영역(30)에 도핑된 불순물은 상기 레이저(40)에 의해 상기 기판 패턴(S1) 내로 확산하고 활성화되어 상기 기판(1)을 이루는 반도체 원소와 결합한다. 이로써 표면 트랩 영역(30a)이 형성된다. 계속 상기 레이저(40)를 조사하게 되면, 상기 제 1 기판 렌즈부(S2)의 측면이 보다 기울어지면서 평탄한 상부면도 위로 올라갈 수 있다. 본 명세서에서는 이때의 형태를 제 2 기판 렌즈부(S3)라 명명한다. 계속 상기 레이저(40)를 조사하게 되면, 상기 제 2 기판 렌즈부(S3)의 평탄한 상부면도 볼록해지면서 반구형의 형태를 가지게 된다. 본 명세서에서는 이때의 형태를 제 3 기판 렌즈부(S4)라 명명한다. 도 8c를 참조하면, 실제 실험에서 기판 렌즈부들(S2, S3, S4)의 형태 변화를 확인할 수 있다. 본 실시예에서는 상기 제 3 기판 렌즈부(S4)의 형태가 되도록 상기 기판 패턴(S1)을 레이저로 가열한다.
후속으로 도 3을 참조하면, 상기 기판 렌즈부(S4) 상에 제 1 및 제 2 반사방지막들(50a, 50b)을 콘포말하게 형성한다. 상기 제 1 및 제 2 반사방지막들(50a, 50b)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 및 실리콘 산화질화막 중에 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제 2 반사방지막(50b) 상에 각각의 화소에 대응되는 색의 안료를 포함하는 칼라필터들(52a, 52b, 52c)을 형성한다. 도시하지는 않았지만, 상기 상기 칼라필터들(52a, 52b, 52c) 위에 또는 아래에 평탄화막을 형성할 수 있다. 그리고 마이크로 렌즈들(54)을 형성한다. 상기 마이크로 렌즈(54)는 투명한 아크릴 수지를 포함하는 포토레지스트 패턴(미도시)을 포토 공정으로 형성한 후에, 열을 가하여 상기 포토레지스트 패턴을 리플로우(reflow)시켜 형성될 수 있다.
도 10 내지 12는 본 발명의 변형예들에 따라 도 2를 I-I'선으로 자른 단면도들이다.
도 10을 참조하면, 본 변형예에 따른 이미지 센서는 도 8a의 제 1 기판 렌즈부(S2)를 포함한다. 그외의 구조는 도 3과 같다.
도 11을 참조하면, 본 변형예에 따른 이미지 센서는 도 8a의 제 2 기판 렌즈부(S3)를 포함한다. 그외의 구조는 도 3과 같다.
도 12를 참조하면, 본 변형예에 따른 이미지 센서는 제 2 반사방지막(50b) 상에 배치되는 평탄화막(51)을 포함한다. 상기 평탄화막(51)은 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막 계열의 물질 또는 고분자 물질을 포함할 수 있다. 상기 평탄화막(51) 상에 칼라필터들(52a, 52b, 52c)이 배치될 수 있다. 그 외의 구조는 도 3과 같다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서를 포함하는 전자장치를 도시한 블록도이다. 상기 전자장치는 디지털 카메라 또는 모바일 장치일 수 있다. 도 13을 참조하면, 디지털 카메라 시스템은 이미지 센서(100), 프로세서(200), 메모리(300), 디스플레이(400) 및 버스(500)를 포함한다. 도 13에 도시된 바와 같이, 이미지 센서(100)는 프로세서(200)의 제어에 응답하여 외부의 영상 정보를 캡쳐(Capture)한다. 프로세서(200)는 캡쳐된 영상정보를 버스(500)를 통하여 메모리(300)에 저장한다. 프로세서(200)는 메모리(300)에 저장된 영상정보를 디스플레이(400)로 출력한다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
1: 기판
3: 소자분리막
5, 6: 불순물 주입 영역
7: 소자분리 도핑층
9: 층간절연막
11: 배선층
20: 지지기판
30: 예비 표면 트랩 영역
30a: 표면 트랩 영역
S1: 기판 패턴
S2~S4: 기판 렌즈부
50a,50b: 반사방지막
51: 평탄화막
52a, 52b, 52c: 칼라필터
54: 마이크로 렌즈
3: 소자분리막
5, 6: 불순물 주입 영역
7: 소자분리 도핑층
9: 층간절연막
11: 배선층
20: 지지기판
30: 예비 표면 트랩 영역
30a: 표면 트랩 영역
S1: 기판 패턴
S2~S4: 기판 렌즈부
50a,50b: 반사방지막
51: 평탄화막
52a, 52b, 52c: 칼라필터
54: 마이크로 렌즈
Claims (10)
- 제 1 면과, 상기 제 1 면에 대항되며 빛이 입사되는 제 2 면, 및 복수의 화소들을 포함하는 기판;
상기 각각의 화소에서 상기 기판 내에 형성된 광전변환부;
상기 제 1 면 상에 형성된 다층의 배선들 및 층간절연막들;
상기 제 2 면으로부터 돌출된 복수개의 기판 렌즈부들;
상기 기판 렌즈부들 각각의 표면에 인접한 표면 트랩 영역; 및
상기 기판 렌즈부들 상에 각각 배치되는 칼라 필터들을 포함하되,
상기 기판 렌즈부들은 상기 기판과 일체형으로 되며,
상기 광전변환부는 상기 제 1 면에 인접한 제 1 불순물 주입 영역과 상기 제 2 면에 인접한 제 2 불순물 주입 영역을 포함하고,
상기 제 2 불순물 주입 영역은 상기 제 1 불순물 주입 영역과 반대되는 도전형의 불순물을 포함하고,
상기 제 2 불순물 주입 영역은 상기 기판 렌즈부들 각각의 속으로 연장되어 상기 표면 트랩 영역과 접하고,
상기 칼라 필터들의 가장자리들은 상기 기판 렌즈부들 사이의 오목한 영역을 채우고, 상기 칼라 필터들은 각각 평탄한 상부면을 가지는 것을 특징으로 하는 이미지 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 기판 렌즈부는 평탄한 상부면을 가지는 것을 특징으로 하는 이미지 센서. - 제 2 항에 있어서,
상기 기판 렌즈부의 가장자리는 상기 상부면 보다 돌출되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 기판 렌즈부는 반구형 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 이미지 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 표면 트랩 영역은 붕소, 불화 붕소, 불소, 탄소 및 게르마늄을 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 표면 트랩 영역은 상기 기판 렌즈부의 표면을 따라 콘포말하게(conformally) 분포하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 표면 트랩 영역은 암전 상태에서 상기 광전 변환부 또는 상기 기판 표면으로부터 발생되는 전자를 트랩하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서. - 삭제
- 제 1 면과 상기 제 1 면에 대향되며 빛이 입사되는 제 2 면을 포함하는 기판을 준비하는 단계;
상기 제 1 면과 인접한 상기 기판 내에 광전 변환부를 형성하는 단계;
상기 제 2 면에 인접한 상기 기판의 일부분을 제거하여 평탄한 상부면을 가지는 기판 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 평탄한 상부면에 인접한 상기 기판 패턴의 일 부분에 예비 표면 트랩 영역을 형성하는 단계; 및
상기 기판 패턴의 표면에 레이저를 조사하여 상기 기판 패턴의 형태를 변형시켜 기판 렌즈부를 형성하는 단계를 포함하되,
상기 예비 표면 트랩 영역은 상기 레이저의 흡수율을 증가시키는 이미지 센서의 제조 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 레이저는 상기 기판 패턴들만을 선택적으로 가열하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
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2013
- 2013-02-14 US US13/767,135 patent/US8796803B2/en active Active
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| AMND | Amendment | ||
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| GRNT | Written decision to grant |