KR102506837B1 - 이미지 센서 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

화질이 개선된 이미지 센서 및 그 제조 방법이 제공된다. 이미지 센서는, 광전 소자를 포함하는 기판, 기판 상의 제1 컬러 필터, 기판 상의, 제1 컬러 필터에 인접하는 제2 컬러 필터, 제1 컬러 필터의 측벽과 제2 컬러 필터의 측벽 사이의 커버링막, 및 커버링막 내의 에어갭을 포함한다.

Description

이미지 센서 및 그 제조 방법{IMAGE SENSOR AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}
본 발명은 이미지 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 장치 중 이미지 센서(image sensor)는 광학 영상을 전기 신호로 변환시키는 소자이다. 이미지 센서는 CCD(Charge coupled device) 형 및 CMOS(Complementary metal oxide semiconductor) 형으로 분류될 수 있다. CMOS 형 이미지 센서는 CIS(CMOS image sensor)라고 약칭된다. CIS는 2차원적으로 배열된 복수개의 화소들을 구비할 수 있다. 각각의 화소들은 포토 다이오드(photodiode, PD)를 포함할 수 있다. 포토다이오드는 입사되는 광을 전기 신호로 변환해주는 역할을 한다.
최근 들어, 컴퓨터 산업과 통신 산업의 발달에 따라 디지털 카메라, 캠코더, PCS(Personal Communication System), 게임 기기, 경비용 카메라, 의료용 마이크로 카메라, 로봇 등 다양한 분야에서 성능이 향상된 이미지 센서의 수요가 증대되고 있다. 또한, 반도체 장치가 고집적화됨에 따라 이미지 센서도 고집적화고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 화질이 개선된 이미지 센서를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 화질이 개선된 이미지 센서의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상의 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서는, 광전 소자를 포함하는 기판, 기판 상의 제1 컬러 필터, 기판 상의, 제1 컬러 필터에 인접하는 제2 컬러 필터, 제1 컬러 필터의 측벽과 제2 컬러 필터의 측벽 사이의 커버링막, 및 커버링막 내의 에어갭을 포함한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상의 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서는, 광전 소자를 포함하는 기판, 기판 상에, 제1 측벽과, 제1 측벽과 교차하는 제2 측벽과, 제1 측벽과 대향되는 제3 측벽과, 제2 측벽과 대향되는 제4 측벽을 포함하는 컬러 필터, 제1 측벽, 제2 측벽, 제3 측벽 및 제4 측벽 상의 커버링막, 및 커버링막 내에, 제1 측벽 상의 제1 에어갭과, 제2 측벽 상의 제2 에어갭과, 제3 측벽 상의 제3 에어갭과, 제4 측벽 상의 제4 에어갭을 포함한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상의 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서는, 광전 소자를 포함하는 기판, 기판 상에, 제1 측벽을 포함하는 제1 컬러 필터, 기판 상에, 제1 측벽과 대향되는 제2 측벽을 포함하는 제2 컬러 필터, 제1 측벽과 제2 측벽 사이의 커버링막, 및 커버링막 내의 보이드(void)를 포함한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상의 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법은, 광전 소자를 포함하는 기판을 제공하고, 기판 상에, 제1 컬러 필터 및 제1 컬러 필터에 인접하는 제2 컬러 필터를 형성하고, 제1 컬러 필터와 제2 컬러 필터 사이에 트렌치를 형성하고, 트렌치 내에 커버링막을 형성하여, 커버링막 내에 에어갭을 형성하는 것을 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상의 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서의 블록도이다.
도 2는 도 1의 센서 어레이의 등가 회로도이다.
도 3은 본 발명의 기술적 사상의 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 레이아웃도이다.
도 4는 도 3의 A-A'를 따라 절단한 개략적인 단면도이다.
도 5a 내지 도 5e는 도 4의 영역(R1)을 확대한 예시적인 확대도들이다.
도 6은 본 발명의 기술적 사상의 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 기술적 사상의 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 레이아웃도이다.
도 8은 도 7의 영역(R2)을 확대한 확대도이다.
도 9는 본 발명의 기술적 사상의 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 레이아웃도이다.
도 10은 본 발명의 기술적 사상의 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 레이아웃도이다.
도 11은 본 발명의 기술적 사상의 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 레이아웃도이다.
도 12 내지 도 19는 본 발명의 기술적 사상의 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 중간단계 도면들이다.
도 20 및 도 21은 본 발명의 기술적 사상의 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 중간단계 도면들이다.
이하에서, 도 1 내지 도 5e를 참조하여, 본 발명의 기술적 사상의 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서를 설명한다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상의 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서의 블록도이다. 도 2는 도 1의 센서 어레이의 등가 회로도이다. 도 3은 본 발명의 기술적 사상의 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 레이아웃도이다. 도 4는 도 3의 A-A'를 따라 절단한 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 몇몇 실시예들에 따른 이미지 센서는 센서 어레이(1), 타이밍 발생기(2; timing generator), 행 디코더(3; row decoder), 행 드라이버(4; row driver), 상관 이중 샘플러(5; Correlated Double Sampler, CDS), 아날로그 디지털 컨버터(6; Analog to Digital Converter, ADC), 래치부(7; latch), 열 디코더(8; column decoder) 등을 포함한다.
센서 어레이(1)는 광전 소자를 포함하는 픽셀들이 2차원적으로 배열되어 형성될 수 있다. 즉, 센서 어레이(1)는 2차원적으로 배열된 다수의 단위 픽셀들을 포함한다. 다수의 단위 픽셀들은 광학 영상을 전기적인 출력 신호로 변환하는 역할을 한다. 센서 어레이(1)는 행 드라이버(4)로부터 행 선택 신호, 리셋 신호, 전하 전송 신호 등 다수의 구동 신호를 수신하여 구동된다. 또한, 변환된 전기적인 출력 신호는 수직 신호 라인을 통해서 상관 이중 샘플러(5)에 제공된다.
타이밍 발생기(2)는 행 디코더(3) 및 열 디코더(80)에 타이밍(timing) 신호 및 제어 신호를 제공한다.
행 드라이버(4)는 행 디코더(3)에서 디코딩된 결과에 따라 다수의 단위 픽셀들을 구동하기 위한 다수의 구동 신호를 센서 어레이(1)에 제공한다. 일반적으로 행렬 형태로 단위 픽셀이 배열된 경우에는 각 행 별로 구동 신호를 제공한다.
상관 이중 샘플러(5)는 센서 어레이(1)에 형성된 출력 신호를 수직 신호 라인을 통해 수신하여 유지(hold) 및 샘플링한다. 즉, 특정한 잡음 레벨(noise level)과, 상기 출력 신호에 의한 신호 레벨을 이중으로 샘플링하여, 잡음 레벨과 신호 레벨의 차이에 해당하는 차이 레벨을 출력한다.
아날로그 디지털 컨버터(6)는 차이 레벨에 해당하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다.
래치부(7)는 디지털 신호를 래치(latch)하고, 래치된 신호는 컬럼 디코더(8)에서 디코딩 결과에 따라 순차적으로 영상 신호 처리부로 출력된다.
도 2를 참조하면, 단위 픽셀(P)이 행렬 형태로 배열되어 센서 어레이(1)를 구성한다. 각 단위 픽셀(P)은 광전 트랜지스터(11), 플로팅 확산 영역(13), 전하 전송 트랜지스터(15), 드라이브 트랜지스터(17), 리셋 트랜지스터(18), 선택 트랜지스터(19)를 포함한다. 이들의 기능에 대해서는 i행 픽셀(P(i, j), P(i, j+1), P(i, j+2), P(i, j+3), ……)을 예로 들어 설명한다.
광전 트랜지스터(11)는 입사 광을 흡수하여 광량에 대응하는 전하를 축적한다. 광전 트랜지스터(11)로 포토 다이오드(photo diode), 포토 트랜지스터(photo transistor), 포토 게이트(photo gate), 핀드 포토 다이오드(Pinned Photo Diode, PPD) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 도면에는 포토 다이오드가 예시되어 있다.
각 광전 트랜지스터(11)는 축적된 전하를 플로팅 확산 영역(13)으로 전송하는 각 전하 전송 트랜지스터(15)와 커플링된다. 플로팅 확산 영역(13; Floating Diffusion region, FD)은 전하를 전압으로 전환하는 영역으로, 기생 커패시턴스를 갖고 있기 때문에, 전하가 누적적으로 저장된다.
소스 팔로워 증폭기로 예시되어 있는 드라이브 트랜지스터(17)는 각 광전 트랜지스터(11)에 축적된 전하를 전달받은 플로팅 확산 영역(13)의 전기적 포텐셜의 변화를 증폭하고 이를 출력 라인(Vout)으로 출력한다.
리셋 트랜지스터(18)는 플로팅 확산 영역(13)을 주기적으로 리셋시킨다. 리셋 트랜지스터(18)는 소정의 바이어스(즉, 리셋 신호)를 인가하는 리셋 라인(RX(i))에 의해 구동되는 MOS 트랜지스터로 이루어질 수 있다. 리셋 라인(RX(i))에 의해 제공되는 바이어스에 의해 리셋 트랜지스터(18)가 턴온(turn-on)되면 리셋 트랜지스터(18)의 드레인에 제공되는 소정의 전기적 포텐셜, 예컨대 전원 전압(VDD)이 플로팅 확산 영역(13)으로 전달된다.
선택 트랜지스터(19)는 행 단위로 읽어낼 단위 픽셀(P)을 선택하는 역할을 한다. 선택 트랜지스터(19)는 소정의 바이어스(즉, 행 선택 신호)를 인가하는 선택 라인(SEL(i))에 의해 구동되는 MOS 트랜지스터로 이루어질 수 있다. 행 선택 라인(SEL(i))에 의해 제공되는 바이어스에 의해 선택 트랜지스터(19)가 턴온되면 선택 트랜지스터(19)의 드레인에 제공되는 소정의 전기적 포텐셜, 예컨대 전원 전압(VDD)이 드라이브 트랜지스터(17)의 드레인 영역으로 전달된다.
전하 전송 트랜지스터(15)에 바이어스를 인가하는 전송 라인(TX(i)), 리셋 트랜지스터(18)에 바이어스를 인가하는 리셋 라인(RX(i)), 선택 트랜지스터(19)에 바이어스를 인가하는 행 선택 라인(SEL(i))은 행 방향으로 실질적으로 서로 평행하게 연장되어 배열될 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서는 기판(10), 소자 분리막(20), 절연 구조체(30), 하부 평탄화막(120), 제1 내지 제4 컬러 필터(130, 230, 330, 430), 커버링막(140), 에어갭(AG), 상부 평탄화막(150), 마이크로 렌즈(160) 및 보호막(170)을 포함한다.
참고적으로, 도 4는 도 2의 광전 트랜지스터(11)의 주변의 구조를 도시할 수 있다. 도 2 의 광전 트랜지스터(11)는 도 4의 제1 광전 소자(110) 및 제2 광전 소자(210)에 대응될 수 있다. 또한, 도 3은 도 4의 에어갭(AG)을 설명하기 위한 레이아웃도이다. 설명의 편의를 위해, 도 3에서 커버링막(140)은 생략된다.
기판(10)은 서로 대향되는 제1 면(10a) 및 제2 면(10b)을 포함할 수 있다. 기판(10)의 제1 면(10a)은 기판(10)의 전면(front side)일 수 있고, 기판(10)의 제2 면(10b)은 기판(10)의 후면(back side)일 수 있다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.
기판(10)은 예를 들어, P형 또는 N형 벌크 기판을 포함하거나, P형 벌크 기판에 P형 또는 N형 에피층이 성장된 기판을 포함하거나, N형 벌크 기판에 P형 또는 N형 에피층이 성장된 기판을 포함할 수 있다. 또한, 기판(10)은 반도체 기판 이외에도 유기(organic) 플라스틱 기판과 같은 기판을 포함할 수도 있다.
기판(10)은 제1 광전 소자(110) 및 제2 광전 소자(210)를 포함할 수 있다. 제1 광전 소자(110) 및 제2 광전 소자(210)는 상술한 도 2의 광전 트랜지스터(11)일 수 있다. 예를 들어, 제1 광전 소자(110) 및 제2 광전 소자(210)는 포토 다이오드, 포토 트랜지스터, 핀드 포토 다이오드 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
제1 광전 소자(110) 및 제2 광전 소자(210)는 기판(10) 내에서 서로 인접하는 광전 소자들일 수 있다. 예를 들어, 도 3 및 도 4에 도시된 것처럼, 제1 광전 소자(110) 및 제2 광전 소자(210)는 제1 방향(X)에서 서로 인접할 수 있다.
소자 분리막(20)은 기판(10) 내에 형성될 수 있다. 소자 분리막(20)은 기판(10) 내에서 이미지 센서의 센싱 영역을 정의할 수 있다. 소자 분리막(20)의 평면 단면 형상은 루프(loop) 형태의 폐곡선일 수 있다. 이에 따라, 소자 분리막(20)에 의해 닫힌 공간으로 정의되는 이미지 센서의 센싱 영역이 정의될 수 있다.
도 4에 도시된 것처럼, 소자 분리막(20)은 테이퍼진(tapered) 형상일 수 있다. 예를 들어, 소자 분리막(20)의 폭은, 제1 면(10a)으로부터 제2 면(10b)을 향하는 방향으로 갈수록 점점 좁아질 수 있다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니고, 소자 분리막(20)의 형상은 다양할 수 있다.
도 4에서, 소자 분리막(20)은 제1 면(10a)으로부터 제2 면(10b)까지 연장되는 것으로 도시되었으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 소자 분리막(20)은 제1 면(10a)으로부터 제3 방향(Z)을 따라 연장되지만, 제2 면(10b)까지 이르지 못할 수 있다. 또는, 예를 들어, 소자 분리막(20)은 제2 면(10b)으로부터 연장되지만, 제1 면(10a)까지 이르지 못할 수도 있다.
소자 분리막(20)은 예를 들어, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 및 실리콘 산화물보다 유전율이 낮은 저유전율 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 저유전율 물질은 예를 들어, FOX(Flowable Oxide), TOSZ(Tonen SilaZene), USG(Undoped Silica Glass), BSG(Borosilica Glass), PSG(PhosphoSilica Glass), BPSG(BoroPhosphoSilica Glass), PETEOS(Plasma Enhanced Tetra Ethyl Ortho Silicate), FSG(Fluoride Silicate Glass), CDO(Carbon Doped silicon Oxide), Xerogel, Aerogel, Amorphous Fluorinated Carbon, OSG(Organo Silicate Glass), Parylene, BCB(bis-benzocyclobutenes), SiLK, polyimide, porous polymeric material 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.
하부 평탄화막(120)은 기판(10) 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 하부 평탄화막(120)은 기판(10)의 제2 면(10b) 상에 형성될 수 있다. 즉, 절연 구조체(30)는 기판(10)의 후면(back side)에 형성될 수 있다. 하부 평탄화막(120)은 단일막으로 도시되었지만, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.
하부 평탄화막(120)은, 비픽셀 영역 내의 패드(미도시)를 형성하기 위한 패터닝 공정에서, 기판(10)이 손상되는 것을 방지하기 위한 버퍼막으로 사용될 수 있다.
하부 평탄화막(120)은 예를 들어, 실리콘 산화막 계열의 물질, 실리콘 질화막 계열의 물질, 수지 또는 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 약 3000 Å 내지 8000 Å 두께의 실리콘 산화막을 하부 평탄화막(120)으로 사용할 수 있다.
제1 내지 제4 컬러 필터(130, 230, 330, 430)는 하부 평탄화막(120) 상에 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 내지 제4 컬러 필터(130, 230, 330, 430)는 기판(10)의 제2 면(10b) 상에 형성될 수 있다. 도 4에서, 제1 컬러 필터(130)는 제1 광전 소자(110)와 중첩되도록 형성되고, 제2 컬러 필터(230)는 제2 광전 소자(210)와 중첩되도록 형성되는 것으로 도시되었으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 컬러 필터(130)는 제1 광전 소자(110) 및 제2 광전 소자(210)와 모두 중첩되도록 형성될 수 있다. 이러한 경우에, 제1 광전 소자(110) 및 제2 광전 소자(210)는 하나의 컬러 필터를 공유할 수도 있다.
도 3에 도시된 것처럼, 제1 내지 제4 컬러 필터(130, 230, 330, 430)는 2차원적으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 제2 컬러 필터(230)는 제1 컬러 필터(130)와 제1 방향(X)에서 인접하도록 배열될 수 있고, 제3 컬러 필터(330)는 제1 컬러 필터(130)와 제2 방향(Y)에서 인접하도록 배열될 수 있다. 또한, 제4 컬러 필터(430)는 제2 컬러 필터(230)와 제2 방향(Y)에서 인접하며, 제3 컬러 필터(330)와 제1 방향(X)에서 인접하도록 배열될 수 있다.
단위 픽셀에 따라, 제1 내지 제4 컬러 필터(130, 230, 330, 430)는 각각 적색(red), 녹색(green), 또는 청색(blue)의 컬러 필터 중 하나의 컬러 필터를 포함할 수 있다. 도 3에서, 제1 컬러 필터(130) 및 제4 컬러 필터(430)는 녹색의 컬러 필터를 포함하고, 제2 컬러 필터(230)는 적색의 컬러 필터를 포함하고, 제3 컬러 필터(330)는 청색의 컬러 필터를 포함하는 것으로 도시된다. 그러나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 단위 픽셀에 따라, 적색, 녹색, 또는 청색의 컬러 필터는 다른 방식으로 배열될 수도 있다. 또는, 단위 픽셀에 따라, 제1 내지 제4 컬러 필터(130, 230, 330, 430)는 예를 들어, 옐로우 필터(yellow filter), 마젠타 필터(magenta filter), 시안 필터(cyan filter) 및 화이트 필터(white filter) 중 하나의 컬러 필터 등을 포함할 수도 있다.
컬러 필터들 사이에는 후술되는 커버링막(140) 및 에어갭(AG)을 형성하기 위한 공간이 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 것처럼, 제1 컬러 필터(130)와 제2 컬러 필터(230)가 서로 이격되어, 제1 컬러 필터(130)와 제2 컬러 필터(230) 사이에 공간이 형성될 수 있다.
그러나, 몇몇 실시예에서, 도 4에 도시된 것과 달리, 컬러 필터들은 서로 접촉할 수도 있다. 예를 들어, 제1 컬러 필터(130)의 하부와 제2 컬러 필터(230)의 하부가 서로 접촉하여, 제1 컬러 필터(130)와 제2 컬러 필터(230) 사이에 공간이 형성될 수도 있다.
몇몇 실시예에서, 컬러 필터들의 상면은 사각형 모양일 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 것처럼, 제1 컬러 필터(130)는 제1 측벽(SW1), 제1 측벽(SW1)과 교차하는 제2 측벽(SW2), 제1 측벽(SW1)과 대향되는 제3 측벽(SW3) 및 제2 측벽(SW2)과 대향되는 제4 측벽(SW4)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 측벽(SW1) 및 제3 측벽(SW3)은 제2 방향(Y)을 따라 연장될 수 있고, 제2 측벽(SW2) 및 제4 측벽(SW4)은 제1 방향(X)을 따라 연장될 수 있다.
마찬가지로, 제2 컬러 필터(230)는 제1 측벽(SW1)과 대향되는 제5 측벽(SW5) 및 제5 측벽(SW5)과 교차하는 제6 측벽(SW6)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제5 측벽(SW5)은 제2 방향(Y)을 따라 연장될 수 있고, 제6 측벽(SW6)은 제1 방향(X)을 따라 연장될 수 있다.
마찬가지로, 제3 컬러 필터(330)는 제2 측벽(SW2)과 대향되는 제7 측벽(SW7) 및 제7 측벽(SW7)과 교차하는 제8 측벽(SW8)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제7 측벽(SW7)은 제1 방향(X)을 따라 연장될 수 있고, 제8 측벽(SW8)은 제2 방향(Y)을 따라 연장될 수 있다.
커버링막(140)은 컬러 필터들 사이에 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 것처럼, 커버링막(140)은 제1 컬러 필터(130)의 측벽과 제2 컬러 필터(230)의 측벽 사이에 형성될 수 있다.
커버링막(140)은 스텝 커버리지(step coverage)가 나쁜 물질을 포함할 수 있다. 이에 따라, 제1 컬러 필터(130)의 측벽과 제2 컬러 필터(230)의 측벽 사이의 커버링막(140) 내에 에어갭(AG)이 형성될 수 있다. 이에 관하여는, 도 18에 관한 설명에서 자세히 후술한다.
몇몇 실시예에서, 커버링막(140)은 실리콘 산화막의 일종인 LTO(Low Temperature Oxide)를 포함할 수 있다. LTO는 저온(약 100℃~200℃)에서 제조되므로, 하부막들이 손상(damage)되는 것을 방지할 수 있다. 또한, LTO는 비정질(amorphous)이므로, 표면이 매끄러워 입사광의 반사, 굴절, 산란 등을 최소화할 수 있다. 예를 들어, 커버링막(140)은 PTEOS(Phenyltriethoxysilane)를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 커버링막(140)은 굴절률이 낮은 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 커버링막(140)은 제1 내지 제4 컬러 필터(130, 230, 330, 430)의 굴절률(reflective index)보다 낮은 굴절률을 갖는 물질을 포함할 수 있다.
에어갭(AG)은 컬러 필터들 사이의 커버링막(140) 내에 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 것처럼, 에어갭(AG)은 제1 컬러 필터(130)의 측벽과 제2 컬러 필터(230)의 측벽 사이의 커버링막(140) 내에 형성될 수 있다. 즉, 에어갭(AG)은 커버링막(140)에 의해 정의될 수 있다. 에어갭(AG)은 커버링막(140) 내에 형성되는 보이드(void)일 수 있다.
제1 컬러 필터(130)의 측벽과 제2 컬러 필터(230)의 측벽 사이의 커버링막(140) 내에, 하나의 에어갭(AG)만이 형성되는 것으로 도시되나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 커버링막(140)에 의해 이격되는 2개 이상의 에어갭(AG)이 제1 컬러 필터(130)의 측벽과 제2 컬러 필터(230)의 측벽 사이의 커버링막(140) 내에 형성될 수도 있다.
몇몇 실시예에서, 에어갭(AG)은 컬러 필터들을 둘러쌀 수 있다. 예를 들어, 커버링막(140)은 제1 컬러 필터(130)의 제1 내지 제4 측벽(SW1, SW2, SW3, SW4) 상에 형성될 수 있다. 에어갭(AG)은 커버링막(140) 내에 형성되므로, 도 3에 도시된 것처럼, 에어갭(AG)은 제1 컬러 필터(130)를 둘러싸는 제1 내지 제4 에어갭(AG1, AG2, AG3, AG4)을 포함할 수 있다. 제1 에어갭(AG1)은 제1 컬러 필터(130)의 제1 측벽(SW1) 상에 형성되고, 제2 에어갭(AG2)은 제1 컬러 필터(130)의 제2 측벽(SW2) 상에 형성되고, 제3 에어갭(AG3)은 제1 컬러 필터(130)의 제3 측벽(SW3) 상에 형성되고, 제4 에어갭(AG4)은 제1 컬러 필터(130)의 제4 측벽(SW4) 상에 형성될 수 있다.
또한, 몇몇 실시예에서, 제1 내지 제4 에어갭(AG1, AG2, AG3, AG4)은 서로 연결될 수 있다. 이에 따라, 에어갭(AG)은 제1 컬러 필터(130)의 제1 내지 제4 측벽(SW1, SW2, SW3, SW4)을 모두 둘러쌀 수 있다.
에어갭(AG)은 컬러 필터들에 입사되는 광이 측면으로 반사되거나 산란되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 에어갭(AG)은 제1 컬러 필터(130)에 입사되어 제1 컬러 필터(130) 및 하부 평탄화막(120)의 계면에서 반사 또는 산란되는 광이 다른 단위 픽셀로 이동하지 않도록 할 수 있다. 즉, 에어갭(AG)은 단위 픽셀들 사이의 간섭 현상(crosstalk)을 최소화할 수 있다. 공기인 에어갭(AG)의 굴절률은 제1 내지 제4 컬러 필터(130, 230, 330, 430)의 굴절률 및 커버링막(140)의 굴절률보다 낮으므로, 에어갭(AG)은 전반사(total reflection)를 유도하여 단위 픽셀들 사이의 간섭 현상을 최소화할 수 있다. 이에 따라, 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서는 개선된 화질을 제공할 수 있다.
상부 평탄화막(150)은 커버링막(140) 상에 형성될 수 있다. 상부 평탄화막(150)은 예를 들어, 실리콘 산화막 계열의 물질, 실리콘 질화막 계열의 물질, 수지 또는 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상부 평탄화막(150)은 단일막으로 도시되었지만, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.
도 4에서, 예시적으로 제1 컬러 필터(130) 및 제2 컬러 필터(230)의 상측 및 하측에 각각 상부 평탄화막(150) 및 하부 평탄화막(120)이 형성된 것으로 도시되었으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 컬러 필터(130) 및 제2 컬러 필터(230)의 하측에만 평탄화막이 있을 수도 있고, 제1 컬러 필터(130) 및 제2 컬러 필터(230)의 상측에만 평탄화막이 있을 수도 있다. 또는 제1 컬러 필터(130) 및 제2 컬러 필터(230)의 상측 및 하측 모두에 평탄화막이 없을 수도 있다.
마이크로 렌즈(160)는 상부 평탄화막(150) 상에 형성될 수 있다. 마이크로 렌즈(160)는 볼록한 형상을 가지며, 소정의 곡률 반경을 가질 수 있다. 이에 따라, 마이크로 렌즈(220)는 제1 광전 소자(110) 및 제2 광전 소자(210)에 입사광을 집광시킬 수 있다.
마이크로 렌즈(160)는 예를 들어, 광투과성 수지와 같은 유기 물질을 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니고, 마이크로 렌즈(160)는 무기 물질을 포함할 수도 있다.
보호막(170)은 마이크로 렌즈(160)의 표면을 따라 형성될 수 있다. 보호막(170)은 예를 들어, 무기물 산화막을 포함할 수 있다. 예를 들어, 보호막(170)은 실리콘 산화막(SiO2), 티타늄 산화막(TiO2), 지르코늄 산화막(ZrO2), 헤프늄 산화막(HfO2) 또는 이들의 적층막, 조합막을 포함할 수 있다.
마이크로 렌즈(160)가 유기 물질을 포함하는 경우에, 마이크로 렌즈(160)는 외부 충격에 약할 수 있다. 이에 따라, 보호막(170)은 마이크로 렌즈(160)를 외부 충격으로부터 보호하는 역할을 한다.
또한, 이웃하는 마이크로 렌즈(160)들 사이에는 약간의 공간이 형성될 수 있다. 이 때, 보호막(170)은 마이크로 렌즈(160)들 사이의 공간을 채우는 역할을 한다. 보호막(170)이 마이크로 렌즈(160)들 사이의 공간을 채우는 경우에, 입사광의 집광 능력이 향상될 수 있다. 이는 이웃하는 마이크로 렌즈(160)들 사이의 공간으로 도달하는 입사광의 반사, 굴절, 산란 등이 감소될 수 있기 때문이다.
절연 구조체(30)는 기판(10) 아래에 형성될 수 있다. 예를 들어, 절연 구조체(30)는 기판(10)의 제1 면(10a) 상에 형성될 수 있다. 즉, 절연 구조체(30)는 기판(10)의 전면(front side)에 형성될 수 있다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니고, 절연 구조체(30)는 기판(10)의 제2 면(10b) 상에 형성될 수도 있다.
절연 구조체(30)는 게이트 구조체(32), 절연층(34) 및 배선 구조체(36)를 포함할 수 있다.
게이트 구조체(32)는 기판(10)의 제1 면(10a) 상에 형성될 수 있다. 게이트 구조체(32)는 예를 들어, 도 2의 전하 전송 트랜지스터(15)의 게이트, 드라이브 트랜지스터(17)의 게이트, 리셋 트랜지스터(18)의 게이트, 선택 트랜지스터(19)의 게이트 등에 대응될 수 있다.
도 4에서, 게이트 구조체(32)는 기판(10)의 표면 상에 형성되는 것으로 도시되었으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 게이트 구조체(32)는 기판(10) 내로 리세스된 형태이거나, 매립된 형태일 수도 있다.
절연층(34)은 예를 들어, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 실리콘 산질화막, 저유전율 물질 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 절연층(34)은 게이트 구조체(32) 및 배선 구조체(36)를 덮고 둘러쌀 수 있다. 즉, 절연층(34)은 게이트 구조체(32)들 및 배선 구조체(36)들 사이를 전기적으로 절연시킬 수 있다.
배선 구조체(36)는 전도성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 배선 구조체(36)는 알루미늄(Al), 구리(Cu), 텅스텐(W), 코발트(Co), 루테늄(Ru) 등을 포함할 수 있다.
배선 구조체(36)는 순차적으로 적층된 다수의 배선을 포함할 수 있다. 도 4에서, 배선 구조체(36)는 순차적으로 적층된 3개 층인 것으로 도시되었으나, 이는 설명의 편의를 위한 것을 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.
몇몇 실시예에 따른 이미지 센서에서, 배선 구조체(36)가 기판(10)의 제1 면(10a)에 위치함에 따라, 제2 면(10b)으로 입사광이 투과되는 면적이 더 커질 수 있다. 또한, 배선 구조체(36)가 기판(10)의 제1 면(10a)에 위치함에 따라, 입사광이 배선 구조체(36)에 의해서 반사되어 다시 제1 광전 소자(110) 또는 제2 광전 소자(210)로 향할 수 있으므로, 이미지 센서의 집광 효율이 극대화될 수 있다.
도 5a 내지 도 5e는 도 4의 영역(R1)을 확대한 예시적인 확대도들이다.
도 5a를 참조하면, 커버링막(140)은 제1 컬러 필터(130)의 측벽을 따라 연장되는 제1 부분(143)과, 제2 컬러 필터(230)의 측벽을 따라 연장되는 제2 부분(144)을 포함할 수 있다. 이 때, 제1 부분(143)의 상부는 제2 부분(144)의 상부와 연결되고, 제1 부분(143)의 하부는 제2 부분(144)의 하부와 연결될 수 있다. 이에 따라, 커버링막(140) 내에 제1 부분(143) 및 제2 부분(144)에 의해 정의되는 에어갭(AG)이 형성될 수 있다. 에어갭(AG)은 커버링막(140) 내의 보이드(void)일 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제1 부분(143)의 두께(TH1)는 기판(10)으로부터 멀어짐에 따라 감소하다가 증가할 수 있다. 마찬가지로, 제2 부분(144)의 두께는 기판(10)으로부터 멀어짐에 따라 감소하다가 증가할 수 있다. 이에 따라, 에어갭(AG)의 폭은 기판(10)으로부터 멀어짐에 따라 증가하다가 감소할 수 있다. 에어갭(AG)의 단면은 타원 모양인 것으로 도시되나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 커버링막(140)을 형성하는 증착 공정의 특징에 따라, 에어갭(AG)의 단면은 다양한 모양을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 부분(143)의 두께(TH1) 및 제2 부분(144)의 두께는 기판(10)으로부터 멀어짐에 따라 실질적으로 동일할 수도 있다.
몇몇 실시예에서, 커버링막(140)은 컬러 필터들의 상면을 덮을 수 있다. 예를 들어, 도시된 것처럼, 커버링막(140)은 제1 컬러 필터(130)의 상면을 따라 연장되는 제3 부분(141)과, 제2 컬러 필터(230)의 상면을 따라 연장되는 제4 부분(142)을 더 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제1 부분(143)의 두께(TH1)는 제3 부분(141)의 두께(TH2)보다 작을 수 있다. 예를 들어, 제3 부분(141)의 두께(TH2)는 200 nm 내지 400 nm일 수 있고, 제1 부분(143)의 두께(TH1)는 이보다 작을 수 있다.
도 5b를 참조하면, 에어갭(AG)은 제1 서브 에어갭(AG) 및 제2 서브 에어갭(AG)을 포함할 수 있다.
제1 서브 에어갭(AG)은 기판(10)으로부터 멀어짐에 따라 폭이 증가하는 에어갭(AG)의 일부일 수 있고, 제2 서브 에어갭(AG)은 기판(10)으로 멀어짐에 따라 폭이 감소하는 에어갭(AG)의 일부일 수 있다. 또한, 제2 서브 에어갭(AG)은 제1 서브 에어갭(AG) 상에 형성될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제1 서브 에어갭(AG)의 제1 높이(H1)는 제2 서브 에어갭(AG)의 제2 높이(H2)보다 작을 수 있다. 여기서, 제1 높이(H1)는 제1 서브 에어갭(AG)의 최하부로부터 제1 서브 에어갭(AG)의 최상부 사이의 거리로 정의될 수 있다. 마찬가지로, 제2 높이(H2)는 제2 서브 에어갭(AG)의 최하부로부터 제2 서브 에어갭(AG)의 최상부 사이의 거리로 정의될 수 있다. 예를 들어, 제1 서브 에어갭(AG)과 제2 서브 에어갭(AG)은 단면이 물방울 모양인 에어갭(AG)을 형성할 수 있다.
도 5c를 참조하면, 제1 서브 에어갭(AG)의 제1 높이(H1)가 제2 서브 에어갭(AG)의 제2 높이(H2)보다 큰 것을 제외하고는, 도 5c의 에어갭(AG)은 도 5b의 에어갭(AG)과 유사할 수 있다. 예를 들어, 제1 서브 에어갭(AG)과 제2 서브 에어갭(AG)은 단면이 뒤집힌 물방울 모양인 에어갭(AG)을 형성할 수도 있다.
도 5d를 참조하면, 에어갭(AG)은 커버링막(140)의 상면에 인접하게 형성될 수 있다. 예를 들어, 커버링막(140)의 바닥면으로부터 에어갭(AG)의 최하부까지의 제3 높이(H3)는, 에어갭(AG)의 최상부로부터 커버링막(140)의 상면까지의 제4 높이(H4)보다 클 수 있다.
에어갭(AG)의 단면은 타원 모양인 것으로 도시되나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 커버링막(140)을 형성하는 증착 공정의 특징에 따라, 에어갭(AG)의 단면은 다양한 모양을 가질 수 있다.
또한, 제1 컬러 필터(130)의 측벽과 제2 컬러 필터(230)의 측벽 사이의 커버링막(140) 내에, 하나의 에어갭(AG)만이 형성되는 것으로 도시되나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 커버링막(140)에 의해 이격되는 2개 이상의 에어갭(AG)이 제1 컬러 필터(130)의 측벽과 제2 컬러 필터(230)의 측벽 사이의 커버링막(140) 내에 형성될 수도 있다.
도 5e를 참조하면, 에어갭(AG)이 커버링막(140)의 바닥면에 인접하게 형성되는 것을 제외하고는, 도 5e의 에어갭(AG)은 도 5d의 에어갭(AG)과 유사할 수 있다. 예를 들어, 커버링막(140)의 바닥면으로부터 에어갭(AG)의 최하부까지의 제3 높이(H3)는, 에어갭(AG)의 최상부로부터 커버링막(140)의 상면까지의 제4 높이(H4)보다 작을 수 있다.
도 6은 본 발명의 기술적 사상의 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 단면도이다. 설명의 편의를 위해, 도 1 내지 도 5e를 참조하여 설명한 것과 중복되는 것은 간략히 설명하거나 생략한다.
도 6을 참조하면, 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서는 그리드 패턴(180)을 더 포함한다.
그리드 패턴(180)은 하부 평탄화막(120) 상에 형성될 수 있다. 그리드 패턴(180)은 하부 평탄화막(120)의 일부를 덮을 수 있다. 또한, 그리드 패턴(180)은 소자 분리막(20)과 제3 방향(Z)에서 중첩될 수 있다.
그리드 패턴(180)은 컬러 필터들 사이에 형성될 수 있다. 예를 들어, 그리드 패턴(180)은 제1 컬러 필터(130)와 제2 컬러 필터(230) 사이에 형성될 수 있다. 그러나, 그리드 패턴(180)의 상면의 높이는 제1 컬러 필터(130) 및/또는 제2 컬러 필터(230)의 상면의 높이보다 낮을 수 있다. 커버링막(140)은 제1 컬러 필터(130)의 측벽 및 제2 컬러 필터(230)의 측벽을 따라 형성되므로, 그리드 패턴(180)은 커버링막(140) 아래에 배치될 수 있다.
도 6에서, 제1 컬러 필터(130) 및 제2 컬러 필터(230)는 그리드 패턴(180)의 측벽만을 덮는 것으로 도시되었으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 컬러 필터(130) 및/또는 제2 컬러 필터(230)는 그리드 패턴(180)의 측벽뿐만 아니라, 그리드 패턴(180)의 상면의 일부를 덮을 수도 있다.
그리드 패턴(180)은 컬러 필터들에 입사되는 광이 측면으로 반사되거나 산란되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 그리드 패턴(180)은, 제1 내지 제4 컬러 필터(130, 230, 330, 430) 및 하부 평탄화막(120)의 계면에서 반사 또는 산란되는 광이 다른 단위 픽셀로 이동하지 않도록 할 수 있다.
에어갭(AG)과 마찬가지로, 그리드 패턴(180)은 컬러 필터들에 입사되는 광이 측면으로 반사되거나 산란되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 그리드 패턴(180)은 제1 컬러 필터(130)에 입사되어 제1 컬러 필터(130) 및 하부 평탄화막(120)의 계면에서 반사 또는 산란되는 광이 다른 단위 픽셀로 이동하지 않도록 할 수 있다. 즉, 그리드 패턴(180)은 단위 픽셀들 사이의 간섭 현상을 방지할 수 있다.
그리드 패턴(180)은 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 그리드 패턴(180)은 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 구리(Cu) 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 7은 본 발명의 기술적 사상의 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 레이아웃도이다. 도 8은 도 7의 영역(R2)을 확대한 확대도이다. 설명의 편의를 위해, 도 1 내지 도 5e를 참조하여 설명한 것과 중복되는 것은 간략히 설명하거나 생략한다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서의 컬러 필터들은 돌출부를 포함한다. 예를 들어, 제1 컬러 필터(130)는 제1 중심부(132) 및 제1 돌출부(134)를 포함할 수 있다.
제1 컬러 필터(130)의 제1 중심부(132)는 상면이 사각형 모양을 갖는 제1 컬러 필터(130)의 일부일 수 있다. 예를 들어, 제1 컬러 필터(130)의 제1 중심부(132)는 도 2에 따른 제1 컬러 필터(130)와 동일한 형상을 가질 수 있다. 제1 컬러 필터(130)의 제1 중심부(132)는 제1 측벽(SW1), 제2 측벽(SW2), 제3 측벽(SW3) 및 제4 측벽(SW4)을 포함할 수 있다. 즉, 제1 중심부(132)는 제1 측벽(SW1), 제2 측벽(SW2), 제3 측벽(SW3) 및 제4 측벽(SW4)에 의해 정의되는 제1 컬러 필터(130)의 일부일 수 있다.
제1 컬러 필터(130)의 제1 돌출부(134)는 제1 중심부(132)의 측벽의 일부로부터 돌출되는 제1 컬러 필터(130)의 일부일 수 있다. 또한, 제1 컬러 필터(130)의 제1 돌출부(134)는 제1 중심부(132)의 모서리 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 8에 도시된 것처럼, 제1 컬러 필터(130)의 제1 돌출부(134)는 제1 측벽(SW1)의 일부 및 제2 측벽(SW2)의 일부로부터 돌출되어 제1 중심부(132)의 모서리 상에 배치될 수 있다. 즉, 제1 컬러 필터(130)의 제1 돌출부(134)는 제1 측벽(SW1) 및 제2 측벽(SW2)에 의해 정의되는 모서리로부터 돌출될 수 있다.
도 7에서, 제1 컬러 필터(130)의 제1 돌출부(134)는 제1 중심부(132)의 모든 모서리 상에 형성되는 것으로 도시되었으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 컬러 필터(130)의 제1 돌출부(134)는 제1 중심부(132)의 모서리 중 일부 상에만 형성될 수도 있다.
마찬가지로, 제2 컬러 필터(230)는 제2 중심부(232) 및 제2 돌출부(234)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 컬러 필터(230)는 제5 측벽(SW5) 및 제6 측벽(SW6)을 포함하는 제2 중심부(232)를 포함할 수 있다. 제2 컬러 필터(230)의 제2 돌출부(234)는 제5 측벽(SW5)의 일부 및 제6 측벽(SW6)의 일부로부터 돌출되어 제2 중심부(232)의 모서리 상에 배치될 수 있다.
마찬가지로, 제3 컬러 필터(330)는 제3 중심부(332) 및 제3 돌출부(334)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제3 컬러 필터(330)는 제7 측벽(SW7) 및 제8 측벽(SW8)을 포함하는 제3 중심부(332)를 포함할 수 있다. 제3 컬러 필터(330)의 제3 돌출부(334)는 제7 측벽(SW7)의 일부 및 제8 측벽(SW8)의 일부로부터 돌출되어 제3 중심부(332)의 모서리 상에 배치될 수 있다.
마찬가지로, 제4 컬러 필터(430)는 제4 중심부(432) 및 제4 돌출부(434)를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제1 내지 제4 돌출부(134, 234, 334, 434)의 상면은 각각 L 형상일 수 있다.
제1 내지 제4 돌출부(134, 234, 334, 434)가 서로 이격되는 거리는, 제1 내지 제4 중심부(132, 232, 332, 432)가 서로 이격되는 거리보다 작을 수 있다. 예를 들어, 제1 돌출부(134)는 제1 중심부(132)의 측벽의 일부로부터 돌출되고, 제2 돌출부(234)는 제2 중심부(232)의 측벽의 일부로부터 돌출되므로, 제1 돌출부(134)와 제2 돌출부(234)가 이격되는 제2 거리(D2)는 제1 중심부(132)와 제2 중심부(232)가 이격되는 제1 거리(D1)보다 작을 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제2 돌출부(234)와 제3 돌출부(334)가 이격되는 제3 거리(D3)는 제1 중심부(132)와 제2 중심부(232)가 이격되는 제1 거리(D1)보다 작을 수 있다.
컬러 필터들 사이의 간격이 넓은 경우에, 커버링막(140) 내에 에어갭(AG)이 용이하게 형성되지 않을 수 있다. 예를 들어, 컬러 필터의 모서리 주변에서, 컬러 필터들 사이의 간격이 넓으므로, 커버링막(140) 내에 에어갭(AG)이 용이하게 형성되지 않을 수 있다. 그러나, 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서는 제1 내지 제4 돌출부(134, 234, 334, 434)를 포함하므로, 컬러 필터들의 모서리 주변에서도 에어갭(AG)을 용이하게 형성할 수 있다.
도 9는 본 발명의 기술적 사상의 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 레이아웃도이다. 설명의 편의를 위해, 도 1 내지 도 5e 및 도 8를 참조하여 설명한 것과 중복되는 것은 간략히 설명하거나 생략한다.
도 9를 참조하면, 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서의 제1 내지 제4 돌출부(134, 234, 334, 434)의 상면은 원형의 일부일 수 있다.
즉, 도 8에 따른 제1 내지 제4 돌출부(134, 234, 334, 434)의 상면이 각각 L 형상인 것과 달리, 도 9에 따른 제1 내지 제4 돌출부(134, 234, 334, 434)의 상면은 각각 원형의 일부일 수 있다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니고, 제1 내지 제4 돌출부(134, 234, 334, 434)는 제1 내지 제4 중심부(132, 232, 332, 432)의 모서리 상에 각각 배치되는 다양한 형상을 가질 수 있다.
도 10은 본 발명의 기술적 사상의 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 레이아웃도이다. 설명의 편의를 위해, 도 1 내지 도 5e를 참조하여 설명한 것과 중복되는 것은 간략히 설명하거나 생략한다.
도 10을 참조하면, 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서의 제1 에어갭(AG1), 제2 에어갭(AG2), 제3 에어갭(AG3) 및 제4 에어갭(AG4) 중 적어도 2개는 서로 이격될 수 있다.
예를 들어, 제1 측벽(SW1) 상의 커버링막(140) 및 제2 측벽(SW2) 상의 커버링막(140)은 서로 점접촉할 수 있다. 에어갭(AG)은 커버링막(140) 내에 형성되므로, 제1 측벽(SW1) 상의 제1 에어갭(AG1) 및 제2 측벽(SW2) 상의 제2 에어갭(AG2)은 서로 이격될 수 있다.
도시된 것처럼, 제1 에어갭(AG1), 제2 에어갭(AG2), 제3 에어갭(AG3) 및 제4 에어갭(AG4)은 서로 이격될 수 있다. 그러나, 몇몇 실시예에서, 제1 에어갭(AG1), 제2 에어갭(AG2), 제3 에어갭(AG3) 및 제4 에어갭(AG4) 중 적어도 2개는 서로 연결될 수도 있다.
도 11은 본 발명의 기술적 사상의 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 레이아웃도이다. 설명의 편의를 위해, 도 1 내지 도 5e를 참조하여 설명한 것과 중복되는 것은 간략히 설명하거나 생략한다.
도 11을 참조하면, 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서의 제1 에어갭(AG1), 제2 에어갭(AG2), 제3 에어갭(AG3) 및 제4 에어갭(AG4) 중 적어도 2개는 서로 이격될 수 있다.
예를 들어, 제1 측벽(SW1) 상의 커버링막(140) 및 제2 측벽(SW2) 상의 커버링막(140)은 서로 접촉하지 않을 수 있다. 에어갭(AG)은 커버링막(140) 내에 형성되므로, 제1 측벽(SW1) 상의 제1 에어갭(AG1) 및 제2 측벽(SW2) 상의 제2 에어갭(AG2)은 서로 이격될 수 있다.
도시된 것처럼, 제1 에어갭(AG1), 제2 에어갭(AG2), 제3 에어갭(AG3) 및 제4 에어갭(AG4)은 서로 이격될 수 있다. 그러나, 몇몇 실시예에서, 제1 에어갭(AG1), 제2 에어갭(AG2), 제3 에어갭(AG3) 및 제4 에어갭(AG4) 중 적어도 2개는 서로 연결될 수도 있다.
이하에서, 도 4, 도 12 내지 도 19를 참조하여, 본 발명의 기술적 사상의 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서를 설명한다.
도 12 내지 도 19는 본 발명의 기술적 사상의 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 중간단계 도면들이다. 설명의 편의를 위해, 도 1 내지 도 5e를 참조하여 설명한 것과 중복되는 것은 간략히 설명하거나 생략한다.
도 12를 참조하면, 기판(10)을 제공한다.
기판(10)은 서로 대향되는 제1 면(10a) 및 제2 면(10b)을 포함할 수 있다. 또한, 기판(10)은 제1 광전 소자(110) 및 제2 광전 소자(210)를 포함할 수 있다. 제1 광전 소자(110) 및 제2 광전 소자(210)는 상술한 도 2의 광전 트랜지스터(11)일 수 있다. 예를 들어, 제1 광전 소자(110) 및 제2 광전 소자(210)는 포토 다이오드, 포토 트랜지스터, 핀드 포토 다이오드 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
도 13을 참조하면, 기판(10)의 제1 면(10a) 상에 절연 구조체(30)를 형성한다.
절연 구조체(30)는 게이트 구조체(32), 절연층(34) 및 배선 구조체(36)를 포함할 수 있다.
게이트 구조체(32)는 기판(10)의 제1 면(10a) 상에 형성될 수 있다. 게이트 구조체(32)는 예를 들어, 도 2의 전하 전송 트랜지스터(15)의 게이트, 드라이브 트랜지스터(17)의 게이트, 리셋 트랜지스터(18)의 게이트, 선택 트랜지스터(19)의 게이트 등에 대응될 수 있다.
절연층(34)은 게이트 구조체(32) 및 배선 구조체(36)를 덮고 둘러쌀 수 있다. 즉, 절연층(34)은 게이트 구조체(32)들 및 배선 구조체(36)들 사이를 전기적으로 절연시킬 수 있다.
배선 구조체(36)는 순차적으로 적층된 다수의 배선을 포함할 수 있다.
도 14를 참조하면, 기판(10) 내에 소자 분리막(20)을 형성한다.
이에 따라, 기판(10) 내에서 이미지 센서의 센싱 영역을 정의할 수 있다. 도 14에서, 소자 분리막(20)은 테이퍼진(tapered) 형상인 것으로 도시되었으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.
이어서, 기판(10)을 뒤집는다. 이에 따라, 기판(10)의 제1 면(10a)은 기판(10)의 하면이 되고, 기판(10)의 제2 면(10b)은 기판(10)의 상면이 될 수 있다. 또한, 절연 구조체(30)는 기판(10) 아래에 배치될 수 있다.
도 15를 참조하면, 기판(10)의 제2 면(10b) 상에 하부 평탄화막(120)을 형성한다. 하부 평탄화막(120)은 예를 들어, 실리콘 산화막 계열의 물질, 실리콘 질화막 계열의 물질, 수지 또는 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이어서, 하부 평탄화막(120) 상에 제1 컬러 필터(130) 및 제2 컬러 필터(230)를 형성한다. 예를 들어, 제1 광전 소자(110)와 중첩되도록 제1 컬러 필터(130)를 형성하고, 제2 광전 소자(210)와 중첩되도록 제2 컬러 필터(230)를 형성할 수 있다.
도 15에서, 제1 컬러 필터(130) 및 제2 컬러 필터(230)는 서로 접촉하는 것으로 도시되었으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 컬러 필터(130) 및 제2 컬러 필터(230)는 서로 이격되도록 형성될 수도 있다.
몇몇 실시예에서, 제1 컬러 필터(130) 및 제2 컬러 필터(230)를 형성하기 전에, 하부 평탄화막(120)의 일부를 덮는 그리드 패턴(180)을 형성할 수도 있다.
도 16을 참조하면, 제1 컬러 필터(130) 및 제2 컬러 필터(230) 상에 마스크 패턴(190)을 형성한다. 마스크 패턴(190)은 제1 컬러 필터(130) 및 제2 컬러 필터(230)의 경계면을 노출시킬 수 있다.
마스크 패턴(190)은 예를 들어, 포토레지스트(photoresist)를 포함할 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.
도 17을 참조하면, 마스크 패턴(190)을 식각 마스크로 이용하여 식각 공정을 수행한다. 이에 따라, 제1 컬러 필터(130)와 제2 컬러 필터(230) 사이에 트렌치(TR)를 형성할 수 있다.
예를 들어, 포토리소그래피(photolithography) 공정을 이용하여, 제1 컬러 필터(130)와 제2 컬러 필터(230) 사이에 트렌치(TR)를 형성할 수 있다.
도 17에서, 식각 공정에 의해 하부 평탄화막(120)이 노출되는 것으로 도시되었으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 마스크 패턴(190)을 식각 마스크로 이용하는 식각 공정에 의해 하부 평탄화막(120)이 노출되지 않을 수도 있다. 즉, 식각 공정 후에, 제1 컬러 필터(130)의 하부와 제2 컬러 필터(230)의 하부가 서로 접촉할 수도 있다.
도 18을 참조하면, 트렌치(TR) 내에 커버링막(140)을 형성한다.
커버링막(140)은 스텝 커버리지가 나쁜 물질을 포함할 수 있다. 이에 따라, 제1 컬러 필터(130)의 측벽과 제2 컬러 필터(230)의 측벽 사이의 커버링막(140) 내에 에어갭(AG)이 형성될 수 있다.
제1 컬러 필터(130)와 제2 컬러 필터(230) 사이에 형성되는 공간이 충분히 좁은 경우에, 커버링막(140)을 형성하는 공정 중에 커버링막(140)의 상부가 서로 연결되어, 에어갭(AG)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 컬러 필터(130)와 제2 컬러 필터(230)가 이격되는 거리가 200 nm 이하인 경우에, 커버링막(140)을 형성하는 공정 중에 커버링막(140) 내에 에어갭(AG)이 형성될 수 있다.
커버링막(140)의 스텝 커버리지가 나쁜 경우에, 에어갭(AG)은 보다 용이하게 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 컬러 필터(130)와 제2 컬러 필터(230)가 이격되는 거리가 200 nm 이하인 경우에, 200 nm 내지 400 nm 두께의 PTEOS를 증착하여, 커버링막(140) 내에 에어갭(AG)을 형성할 수 있다.
도 19를 참조하면, 커버링막(140) 상에 상부 평탄화막(150)을 형성한다. 상부 평탄화막(150)은 예를 들어, 실리콘 산화막 계열의 물질, 실리콘 질화막 계열의 물질, 수지 또는 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이어서, 도 4를 참조하면, 상부 평탄화막(150) 상에 마이크로 렌즈(160) 및 보호막(170)을 형성한다.
마이크로 렌즈(160)는 예를 들어, 광투과성 수지와 같은 유기 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상부 평탄화막(150) 상에 유기 물질 패턴을 형성하고 열공정을 수행하여 마이크로 렌즈(160)를 형성할 수 있다. 상기 열공정에 의해, 유기 물질 패턴은 소정의 곡률 반경을 갖는 볼록한 형상의 마이크로 렌즈(160)를 형성할 수 있다.
보호막(170)은 마이크로 렌즈(160)의 표면을 따라 형성될 수 있다. 보호막(170)은 예를 들어, 무기물 산화막을 포함할 수 있다.
이하에서, 도 4, 도 12 내지 도 14, 도 17 내지 도 21을 참조하여, 본 발명의 기술적 사상의 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서를 설명한다.
도 20 및 도 21은 본 발명의 기술적 사상의 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 중간단계 도면들이다. 설명의 편의를 위해, 도 1 내지 도 5e, 도 12 내지 도 19를 참조하여 설명한 것과 중복되는 것은 간략히 설명하거나 생략한다.
도 20을 참조하면, 도 14에 따른 결과물 상에 하부 평탄화막(120)을 형성한다. 즉, 기판(10)의 제2 면(10b) 상에 하부 평탄화막(120)을 형성한다.
이어서, 하부 평탄화막(120) 상에 펜스(192)를 형성한다. 예를 들어, 소자 분리막(20)과 중첩되도록 하부 평탄화막(120) 상에 펜스(192)를 형성할 수 있다.
펜스(192)는 예를 들어, 포토레지스트(photoresist)를 포함할 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.
도 21을 참조하면, 하부 평탄화막(120) 및 펜스(192) 상에 제1 컬러 필터(130) 및 제2 컬러 필터(230)를 형성한다.
예를 들어, 펜스(192)의 일 측벽 및 하부 평탄화막(120) 상에 제1 컬러 필터(130)를 형성하고, 펜스(192)의 다른 측벽 및 하부 평탄화막(120) 상에 제2 컬러 필터(230)를 형성할 수 있다. 이에 따라, 제1 광전 소자(110)와 중첩되는 제1 컬러 필터(130)와, 제2 광전 소자(210)와 중첩되는 제2 컬러 필터(230)가 형성될 수 있다.
도 21에서, 펜스(192)의 상면의 높이는, 제1 컬러 필터(130)의 상면 및 제2 컬러 필터(230)의 상면의 높이보다 높은 것으로 도시되었으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 컬러 필터(130)의 상면 및 제2 컬러 필터(230)의 상면의 높이는 펜스(192)의 상면의 높이와 실질적으로 동일할 수도 있다.
이어서, 도 17을 참조하면, 펜스(192)를 제거할 수 있다. 이에 따라, 제1 컬러 필터(130)와 제2 컬러 필터(230) 사이에 트렌치(TR)를 형성할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 기판 20: 소자 분리막
30: 절연 구조체 110, 210: 광전 소자
120: 하부 평탄화막 130, 230: 컬러 필터
140: 커버링막 150: 상부 평탄화막
160: 마이크로 렌즈 170: 보호막
AG: 에어갭

Claims (10)

  1. 광전 소자를 포함하는 기판;
    상기 기판 상의 제1 컬러 필터;
    상기 기판 상의, 상기 제1 컬러 필터에 인접하는 제2 컬러 필터;
    상기 제1 컬러 필터의 측벽과 상기 제2 컬러 필터의 측벽 사이의 커버링막; 및
    상기 커버링막 내의 에어갭을 포함하되,
    상기 커버링막은 PTEOS(Phenyltriethoxysilane)를 포함하고,
    상기 커버링막은, 상기 제1 컬러 필터의 측벽을 따라 연장되는 제1 부분과, 상기 제2 컬러 필터의 측벽을 따라 연장되는 제2 부분을 포함하고,
    상기 제1 부분 및 상기 제2 부분은 상기 에어갭을 정의하는 이미지 센서.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 에어갭은 제1 서브 에어갭 및 상기 제1 서브 에어갭 상의 제2 서브 에어갭을 포함하고,
    상기 제1 서브 에어갭의 폭은 상기 기판으로부터 멀어짐에 따라 증가하고,
    상기 제2 서브 에어갭의 폭은 상기 기판으로부터 멀어짐에 따라 감소하는 이미지 센서.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제1 서브 에어갭의 최하부로부터 상기 제1 서브 에어갭의 최상부까지의 제1 높이는, 상기 제2 서브 에어갭의 최하부로부터 상기 제2 서브 에어갭의 최상부까지의 제2 높이보다 작은 이미지 센서.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제1 서브 에어갭의 최하부로부터 상기 제1 서브 에어갭의 최상부까지의 제1 높이는, 상기 제2 서브 에어갭의 최하부로부터 상기 제2 서브 에어갭의 최상부까지의 제2 높이보다 큰 이미지 센서.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 커버링막의 바닥면으로부터 상기 에어갭의 최하부까지의 제1 높이는, 상기 에어갭의 최상부로부터 상기 커버링막의 상면까지의 제2 높이보다 큰 이미지 센서.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 커버링막의 바닥면으로부터 상기 에어갭의 최하부까지의 제1 높이는, 상기 에어갭의 최상부로부터 상기 커버링막의 상면까지의 제2 높이보다 작은 이미지 센서.
  7. 광전 소자를 포함하는 기판;
    상기 기판 상에, 제1 측벽과, 상기 제1 측벽과 교차하는 제2 측벽과, 상기 제1 측벽과 대향되는 제3 측벽과, 상기 제2 측벽과 대향되는 제4 측벽을 포함하는 컬러 필터;
    상기 제1 측벽, 상기 제2 측벽, 상기 제3 측벽 및 상기 제4 측벽 상의 커버링막; 및
    상기 커버링막 내에, 상기 제1 측벽 상의 제1 에어갭과, 상기 제2 측벽 상의 제2 에어갭과, 상기 제3 측벽 상의 제3 에어갭과, 상기 제4 측벽 상의 제4 에어갭을 포함하되,
    상기 커버링막은 PTEOS(Phenyltriethoxysilane)를 포함하고,
    상기 컬러 필터는, 상기 제1 측벽 및 상기 제2 측벽을 포함하는 중심부와, 상기 제1 측벽의 일부 및 상기 제2 측벽의 일부로부터 돌출되어 상기 중심부의 모서리 상에 배치되는 돌출부를 더 포함하는 이미지 센서.
  8. 삭제
  9. 광전 소자를 포함하는 기판;
    상기 기판 상에, 제1 측벽을 포함하는 제1 컬러 필터;
    상기 기판 상에, 상기 제1 측벽과 대향되는 제2 측벽을 포함하는 제2 컬러 필터;
    상기 제1 측벽과 상기 제2 측벽 사이의 커버링막; 및
    상기 커버링막 내의 보이드(void)를 포함하되,
    상기 커버링막은 PTEOS(Phenyltriethoxysilane)를 포함하고,
    상기 커버링막은, 상기 제1 측벽을 따라 연장되는 제1 부분과, 상기 제2 측벽을 따라 연장되는 제2 부분을 포함하고,
    상기 제1 부분 및 상기 제2 부분은 상기 보이드를 정의하는 이미지 센서.

  10. 삭제
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