KR102636443B1 - 노이즈 차단 구조를 포함하는 이미지 센싱 장치 - Google Patents

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Abstract

본 기술은 노이즈 차단 구조를 포함하는 이미지 센싱 장치를 개시한다. 본 기술의 일 실시예에 따른 이미지 센싱 장치는 복수의 이미지 픽셀들 및 상기 이미지 픽셀들로부터 리드아웃 된 신호를 처리하는 로직 회로 블록이 형성된 반도체 기판, 및 상기 반도체 기판 내에 위치하며, 상기 반도체 기판에서 상기 로직 회로 블록이 형성된 영역을 둘러싸는 노이즈 차단 구조를 포함하되, 상기 노이즈 차단 구조는 수평 방향으로는 꺾어짐이 없는 직선 형태로 연장되며 수직 방향으로는 상기 반도체 기판을 관통하도록 연장되는 복수의 제 1 노이즈 차단막들이 일정 간격으로 이격되면서 상기 로직 회로 블록이 위치하는 반도체 기판 영역을 둘러싸도록 배치되는 제 1 차단 구조물, 및 복수의 제 2 노이즈 차단막들이 상기 제 1 노이즈 차단막들과 일부분이 중첩되게 상기 제 1 노이즈 차단막들 사이에 배치되는 제 2 차단 구조물을 포함할 수 있다.

Description

노이즈 차단 구조를 포함하는 이미지 센싱 장치{IMAGE SENSING DEVICE INCLUDING NOISE BLOCKING STRUCTURE}
본 발명은 이미지 센싱 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 로직 회로 블록에서 발생하는 노이즈가 해당 로직 회로 블록 밖으로 빠져나가는 것을 효율적으로 차단할 수 있는 노이즈 차단 구조를 포함하는 이미지 센싱 장치에 관한 것이다.
이미지 센싱 장치는 빛에 반응하는 반도체의 성질을 이용하여 이미지를 캡쳐(capture)하는 소자이다. 최근 들어, 컴퓨터 산업과 통신산업의 발달에 따라 디지털 카메라, 캠코더, PCS(Personal Communication System), 게임기기, 경비용 카메라, 의료용 마이크로 카메라, 로봇 등 다양한 분야에서 성능이 향상된 이미지 센서의 수요가 증대되고 있다.
이미지 센싱 장치는 크게 CCD(Charge Coupled Device)를 이용한 이미지 센싱 장치와, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)를 이용한 이미지 센싱 장치로 구분될 수 있다. 최근에는 아날로그 및 디지털 제어회로를 하나의 집적회로(IC) 위에 직접 구현할 수 있는 장점으로 인하여 CMOS를 이용한 이미지 센싱 장치가 많이 이용되고 있다.
이미지 센싱 장치는 픽셀 어레이와 이를 구동하고 신호를 읽어내기 위한 아날로그 블록과 아날로그 블록에서 읽어낸 신호를 처리하는 디지털 블록으로 구성되어 있다. 픽셀 어레이를 포함한 아날로그 블록은 외부의 노이즈의 영향을 줄여야 화질을 개선할 수 있다.
예컨대, 고화소 센싱 장치는 고속 프레임 동작이 요구되며, 이러한 고속 회로 동작으로 노이즈가 발생할 수 있는데, 이러한 노이즈가 아날로그 블록에 유입되면 화질에 영향을 줄 수 있다.
본 발명의 실시예는 이미지 센싱 장치 내 로직 회로 블록에서 발생되는 노이즈가 해당 회로 블록 밖으로 빠져나가는 것을 효과적으로 차단할 수 있는 이미지 센싱 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센싱 장치는 복수의 이미지 픽셀들 및 상기 이미지 픽셀들로부터 리드아웃 된 신호를 처리하는 로직 회로 블록이 형성된 반도체 기판; 및 상기 반도체 기판 내에 위치하며, 상기 반도체 기판에서 상기 로직 회로 블록이 형성된 영역을 둘러싸는 노이즈 차단 구조를 포함하되, 상기 노이즈 차단 구조는 수평 방향으로는 꺾어짐이 없는 직선 형태로 연장되며 수직 방향으로는 상기 반도체 기판을 관통하도록 연장되는 복수의 제 1 노이즈 차단막들이 일정 간격으로 이격되면서 상기 로직 회로 블록이 위치하는 반도체 기판 영역을 둘러싸도록 배치되는 제 1 차단 구조물; 및 복수의 제 2 노이즈 차단막들이 상기 제 1 노이즈 차단막들과 일부분이 중첩되게 상기 제 1 노이즈 차단막들 사이에 배치되는 제 2 차단 구조물을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센싱 장치는 복수의 이미지 픽셀들이 형성되는 픽셀 영역 및 상기 이미지 픽셀들로부터 리드아웃 된 신호를 처리하는 적어도 하나의 로직 회로 블록이 형성되는 로직 영역을 포함하는 반도체 기판; 및 상기 반도체 기판 중 상기 로직 영역이 위치하는 영역 내에 위치하는 노이즈 차단 구조를 포함하되, 상기 노이즈 차단 구조는 수평면 상에서는 꺾어짐이 없이 연장되고 수직면 상에서는 장벽 형태로 연장되는 복수의 제 1 노이즈 차단막들이 일정 간격으로 이격되면서 상기 로직 회로 블록에 대응되는 반도체 기판 영역을 둘러싸도록 배치되는 제 1 차단 구조물; 및 수평면 상에서 꺾어짐이 존재하는 복수의 제 2 노이즈 차단막들이 상기 제 1 노이즈 차단막들의 단부들과 중첩되게 상기 제 1 노이즈 차단막들의 단부들 사이에 배치되는 제 2 차단 구조물을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이미지 센싱 장치는 복수의 이미지 픽셀들이 형성된 픽셀 영역; 및 상기 픽셀 영역의 외곽에 위치하는 로직 영역을 포함하며, 상기 로직 영역은 상기 이미지 픽셀들로부터 리드아웃 된 신호를 처리하는 로직 회로들이 형성된 로직 블록 블록; DTI(Deep Trench Isolation) 구조를 가지며 상기 로직 회로 블록의 일부 영역을 둘러싸는 복수의 제 1 노이즈 차단막들; STI(Shallow Trench Isolation) 구조를 가지며 상기 제 1 노이드 차단막들 사이에 위치하는 제 2 노이즈 차단막들을 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예는 이미지 센싱 장치 내 로직 회로 블록에서 발생되는 노이즈가 외부로 빠져나가 아날로그 블록으로 유입되는 것을 효과적으로 차단함으로써 이미지 센싱 장치의 동작 특성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센싱 장치의 대략적인 평면 구조를 예시적으로 보여주는 도면.
도 2는 도 1에서 X-X’를 따라 절단한 단면의 모습을 예시적으로 보여주는 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 노이즈 차단 구조의 평면 상의 모습을 보여주는 도면.
도 4는 도 3에서 A-A’를 따라 절단된 단면 상의 모습을 보여주는 도면.
도 5는 도 3에서 B-B’를 따라 절단된 단면 상의 모습을 보여주는 도면.
도 6은 노이즈 차단막이 꺾어지게 형성되는 경우 그 꺾어진 부분(모서리 부분)에 불량이 발생하는 문제를 보여주는 도면.
도 7 내지 도 9는 도 4 및 도 5의 노이즈 차단 구조를 형성하는 과정을 설명하기 위한 공정 단면도들.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센싱 장치의 대략적인 평면 구조를 예시적으로 보여주는 도면이며, 도 2는 도 1에서 X-X’를 따라 절단한 단면의 모습을 예시적으로 보여주는 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 이미지 센싱 장치(1)는 픽셀 영역(100), 로직 영역(200) 및 패드 영역(300)을 포함할 수 있다.
픽셀 영역(100)은 입사되는 광을 센싱하여 그에 대응되는 전기적 신호를 출력하는 이미지 픽셀들(PX)을 포함할 수 있다. 이미지 픽셀들(PX)은 R(Red), G(Green), B(Blue) 색상의 광을 선택적으로 센싱할 수 있으며, 베이어(Bayer) 패턴 형태로 배열될 수 있다.
픽셀 영역(100)의 반도체 기판(110)에는 단위 픽셀(PX)들에 대한 액티브 영역들을 정의하기 위한 소자 분리구조들(112a, 112b)이 형성될 수 있다. 이때, 소자 분리구조(112a)는 광전 변환 소자들(예컨대, 포토 다이오드들)(114)이 형성되는 액티브 영역들을 정의할 수 있다. 소자 분리구조(112a)는 인접한 단위 픽셀(PX)들을 구분하기 위한 DTI(Deep Trench Isolation) 구조를 포함할 수 있다. 소자 분리구조(112b)는 단위 픽셀(PX) 내에서 광전 변환된 전기적 신호를 리드아웃(read out)하기 위한 트랜지스터들(122)이 형성되는 액티브 영역들을 정의할 수 있다. 소자 분리구조(112b)는 단위 픽셀(PX) 내에서 P웰 영역에 형성되는 STI(Shallow Trench Isolation) 구조를 포함할 수 있다.
픽셀 영역(100)에서, 반도체 기판(110)의 전면부(frontside)에는 광전 변환된 전기적 신호를 리드아웃하고 단위 픽셀들을 제어하기 위한 센싱 소자(픽셀 트랜지스터)들(122), 층간 절연막(124) 및 층간 절연막들(124) 내에 형성된 복수의 금속 배선들(126)이 형성될 수 있다. 픽셀 영역(100)에서, 반도체 기판(110)의 후면부(backside)에는 가시광을 필터링하여 특정 색상(예컨대, R, G, B)의 광신호만을 투과시키는 컬러 필터들(132), 외부로부터 입사되는 빛을 집광하여 컬러 필터들(132)로 전달하는 마이크로 렌즈들(134), 및 컬러 필터들(132) 사이에 위치하여 인접한 단위 픽셀들 간의 크로스 토크(crosstalk)를 방지하는 그리드(grid) 구조물(136)이 형성될 수 있다.
로직 영역(200)은 픽셀 영역(100)의 외곽에 위치하며, 픽셀 영역(100)에서 리드아웃된 신호를 처리하는 로직 회로들이 블록 단위로 형성된 로직 회로 블록(210)들을 포함할 수 있다. 로직 회로 블록(210)들은 반도체 기판(110)의 전면부에 형성될 수 있다. 도 1에는 로직 영역(200)에 하나의 로직 회로 블록(210) 만이 예시적으로 도시되어 있으나, 다른 로직 회로 블록들이 더 형성될 수 있다. 본 실시예에서 로직 회로 블록(210)은 로직 회로들 및 로직 회로들이 형성된 영역의 반도체 기판(110)을 포함하며, 로직 회로들은 반도체 기판(110)의 전면부에 형성될 수 있다.
로직 영역(200)의 반도체 기판(110) 내에는, 로직 회로 블록(210)에서 발생되는 노이즈가 픽셀 영역(100) 쪽으로 유입되는 것을 차단하기 위한 노이즈 차단 구조(220)가 해당 로직 회로 블록(210)을 둘러싸도록 로직 회로 블록(210)의 외곽에 형성될 수 있다. 이러한 노이즈 차단 구조(220)는 반도체 기판(110)을 관통하는 관통형 장벽 구조의 제 1 차단 구조물(220a)과 반도체 기판(110)이 일정 깊이 식각된 트렌치 구조의 제 2 차단 구조물(220b)을 포함할 수 있다.
제 1 차단 구조물(220a)의 관통 영역은 패드 영역(300)의 반도체 기판(110)이 관통되게 식각될 때 함께 형성될 수 있다. 제 1 차단 구조물(220a)은 금속막(222) 및 에어갭(airgap)(224)을 포함할 수 있다. 이러한 금속막(222)은 로직 영역(200)을 차광하는 차광용 금속막(230) 및 픽셀 영역(100)의 그리드 구조물(136)과 동일한 물질(예컨대, 텅스텐)로 형성될 수 있다. 예컨대, 금속막(222)은 로직 영역(200)을 차광하기 위한 차광용 금속막이 형성될 때 해당 금속물질이 관통 영역 내에 유입됨으로써 형성될 수 있다.
특히, 제 1 차단 구조물(220a)은 수평면 상에서 볼 때는, 도 1에서와 같이, 꺾어진 모서리 부분이 없는 직선 형태로 연장되며, 수직면 상에서 볼 때는, 도 2에서와 같이, 반도체 기판(110)을 관통하도록 연장되는 장벽 형태의 복수의 노이즈 차단막들을 포함할 수 있다.
하나의 노이즈 차단막이 로직 회로 블록(210)을 둘러싸도록 형성되는 경우에는, 수평면 상에서 노이즈 차단막의 진행 방향이 바뀌는 지점에 노이즈 차단막이 꺾어지는 모서리가 형성되게 된다. 그러나, 본 실시예에서는 제 1 차단 구조물(220a)에 그러한 모서리가 형성되지 않도록 하기 위해, 수평면 상에서 꺾어짐이 없는 직선 형태를 갖는 복수의 노이즈 차단막들로 제 1 차단 구조물(220a)을 형성한다. 이러한, 제 1 차단 구조물(220a)은 수평면 상에서 직선 형태를 갖는 노이즈 차단막들(이하에서는 설명의 편의를 위해, '직선 형태의 노이즈 차단막들'이라 함)이 서로 일정 간격으로 이격되면서 로직 회로 블록(210)을 둘러싸도는 형태로 배치될 수 있다. 예컨대, 도 1에서와 같이, 직선 형태의 노이즈 차단막들은 사각의 띠 형상에서 모서리 부분이 개방된 형상이 되도록 배치될 수 있다.
제 1 차단 구조물(220a)에서 개방된 부분에는, 반도체 기판(110)이 일정 깊이로 식각된 트렌치에 절연막이 매립된 구조를 갖는 제 2 차단 구조물(220b)이 형성될 수 있다. 이러한 트렌치 구조의 제 2 차단 구조물(220b)은 픽셀 영역(100)에 소자 분리구조(112b)가 형성될 때 함께 형성될 수 있다. 이러한 노이즈 차단 구조(220)에 대해서는 보다 상세하게 후술된다.
패드 영역(300)은 이미지 센싱 장치와 외부 기기를 연결하는 복수의 패드들(310)을 포함할 수 있다. 패드들(310)은 반도체 기판(110)을 관통하는 관통홀(320)을 통해 반도체 기판(110)의 전면부에 형성된 금속 배선과 연결될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 노이즈 차단 구조(220)의 평면 상의 모습을 보여주는 도면이며, 도 4 및 도 5는 각각 도 3에서 A-A’ 및 B-B’를 따라 절단된 단면 상의 모습을 보여주는 도면들이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 실시예의 노이즈 차단 구조는 제 1 차단 구조물(220a: 220a1 ~ 220a4) 및 제 2 차단 구조물(220b: 220b1 ~ 220b4)을 포함할 수 있다.
제 1 차단 구조물(220a)은 복수의 직선 형태의 노이즈 차단막들(220a1 ~ 220a4)을 포함할 수 있다. 복수의 직선 형태의 노이즈 차단막들(220a1 ~ 220a4)은 금속막(222) 및 에어갭(224)을 포함할 수 있다.
제 1 차단 구조물(220a)은 복수의 직선 형태의 노이즈 차단막들(220a1 ~ 220a4)이 일정 간격 이격되면서 로직 회로 블록{반도체 기판(110)에서 로직 회로들이 형성된 영역}(210)을 둘러싸는 형태로 형성될 수 있다. 예컨대, 제 1 차단 구조물(220a)은 사각 띠 형상에서 모서리 부분이 개방(제거)된 형태로 배치된 복수의 직선 형태의 노이즈 차단막들(220a1 ∼ 220a4)을 포함할 수 있다. 즉, 노이즈 차단막들(220a1 ∼ 220a4)은 X 방향 및 Y 방향으로 로직 회로 블록(210)의 양측에 배치되되, 서로 교차되지 않고 단부가 일정 간격 이격되게 배치될 수 있다.
이처럼, 제 1 차단 구조물(220a)은 전체적 연결된 하나의 노이즈 차단막이 로직 회로 블록(210)을 둘러싸는 구조가 아니라, 복수의 직선 형태의 노이즈 차단막들(220a1 ∼ 220a4)이 일정 간격 이격되면서 로직 회로 블록(210)을 둘러싸는 구조로 형성됨으로써, 제 1 차단 구조물(220a)에는 모서리 부분이 존재하지 않게 된다. 이러한 노이즈 차단막들(220a1 ∼ 220a4)은 수직 방향(Z 방향)으로는, 도 2에서와 같이, 반도체 기판(110)을 관통하는 형태로 형성될 수 있다. 즉, 노이즈 차단막들(220a1 ∼ 220a4)은 수평 방향(X 방향과 Y 방향)으로는 꺾어짐이 없는 직선 형태를 가지며 수직 방향(Z 방향)으로는 반도체 기판(110)을 관통하는 장벽 형태로 형성될 수 있다.
전체적으로 연결된 하나의 노이즈 차단막이 로직 회로 블록(210)을 둘러싸는 형태로 형성되면, 도 6의 (a)에서와 같이, 노이즈 차단막에 꺾어지는 모서리 부분이 존재하게 된다. 그런데, 반도체 기판을 관통되게 식각하여 노이즈 차단막을 형성하는 경우, 꺾어지는 부분(모서리 부분)에서는, 도 6의 (b)에서와 같이, 반도체 기판이 제대로 관통되지 않을 가능성이 매우 높다. 그러한 경우, 모서리 부분에서는 노이즈 차단막이 정상적으로 형성되지 않게 됨으로써, 그 모서리 부분을 통해 노이즈가 외부로 빠져나갈 수 있게 된다.
따라서, 본 실시예에서는 사각 띠 형상에서 모서리 부분이 개방(제거)된 형태로 노이즈 차단막들(220a1 ∼ 220a4)이 로직 회로 블록(210)의 주위를 둘러싸는 제 1 차단 구조물(220a)을 형성하고, 노이즈 차단막들(220a1 ∼ 220a4) 사이의 개방된 공간들을 감싸는 형태로 제 2 차단 구조물(220b)을 형성한다. 즉, 제 1 차단 구조물(220a)만을 형성하는 경우, 개방된 부분을 통해 노이즈가 유출될 수 있으므로, 그 개방된 부분에 노이즈의 유출을 차단하기 위한 제 2 차단 구조물(220b)을 추가적으로 형성한다.
이러한 제 2 차단 구조물(220b)은 꺾어지는 형태(예컨대, ‘L’자 형태)로 형성되더라도 정상적으로 형성될 수 있는 구조{예컨대, STI(Swallow Trench Isolation) 구조}로 형성될 수 있다.
제 2 차단 구조물(220b)은 STI 구조를 갖는 복수의 노이즈 차단막들(220b1 ~ 220b4)을 포함할 수 있다. 노이즈 차단막들(220b1 ~ 220b4)은 양단부가 직선 형태의 노이즈 차단막들(220a1 ~ 220a4)의 단부와 중첩되도록 직선 형태의 노이즈 차단막들(220a1 ~ 220a4) 사이에 형성될 수 있다. 예컨대, 본 실시예의 노이즈 차단 구조(220)는 직선 형태의 노이즈 차단막들(220a1 ~ 220a4)과 STI 구조의 노이즈 차단막들(220b1 ~ 220b4)이 교번되게 연속적으로 연결되면서 로직 회로 블록(210)을 둘러싸는 폐루프 형태로 형성할 수 있다.
제 1 차단 구조물(220a)의 노이즈 차단막들(220a1 ~ 220a4)과 제 2 차단 구조물(220b)의 노이즈 차단막들(220b1 ~ 220b4)이 연결되는 부분은, 도 4 및 도 5에서와 같이, 노이즈 차단막들(220b1 ~ 220b4)이 노이즈 차단막들(220a1 ~ 220a4)의 하부에 중첩되게 형성될 수 있다.
노이즈 차단막들(220b1 ~ 220b4)은 반도체 기판(110)의 전면(frontside)이 일정 깊이 식각된 트렌치에 절연막이 매립된 구조를 포함할 수 있다. 이러한 노이즈 차단막들(220b1 ~ 220b4)은 픽셀 영역(100)에 소자 분리구조(112b)가 형성될 때 함께 형성될 수 있다. 즉, 노이즈 차단막들(220b1 ~ 220b4)은 소자 분리구조(112b)와 같은 구조로 형성될 수 있다.
제 1 차단 구조물(220a)과 제 2 차단 구조물(220b)은 반도체 기판(110)의 P웰 영역(PWR) 내에 형성될 수 있으며, 제 2 차단 구조물(220b)이 형성된 P웰 영역(PWR)의 외곽에는 N웰 영역(NWR)이 형성될 수 있다. 즉, 제 2 차단 구조물(220b)이 형성된 P웰 영역의 외곽을 N웰 영역(NWR)이 감싸는 구조가 되도록 할 수 있다. 이러한 웰 영역의 배치 구조에 의해, (+) 성분의 노이즈는 P웰 영역(PWR)에서 재결합되어 소멸되며, 혹시라도 제 2 차단 구조물(220b)을 빠져나가는 일부 (-) 성분의 노이즈들은 N웰 영역(NWR)에서 재결합되어 소멸될 수 있다.
도 4 및 도 5에서는 노이즈 차단막들(220a1 ~ 220a4)이 금속막(222) 및 에어갭(224)을 포함하는 경우만을 도시하였으나, 노이즈 차단막들(220a1 ~ 220a4)은 금속막(222) 또는 에어갭(224)으로 형성될 수도 있다. 예컨대, 관통홀(221)의 폭이 넓은 경우, 금속물질이 관통홀(221) 내에 쉽게 유입되어 관통홀(221)이 금속물질로 완전히 매립되도록 금속막(222)이 형성될 수도 있다. 또는 관통홀(221)의 폭이 좁은 경우, 관통홀(221)의 내부로 금속막(222)이 유입되지 못하고 관통홀(221)의 상부가 금속막(222)에 의해 막힘으로써 관통홀(221) 내에 에어갭(224) 만이 형성될 수도 있다.
상술한 실시예에서는 제 1 차단 구조물(220a)이 사각 띠 형상에서 모서리 부분이 개방된 형태로 배치되는 경우를 예시적으로 도시하고 있으나, 로직 회로 블록의 배치 형태에 따라 다양한 형태로 배치될 수 있다. 즉, 제 1 차단 구조물(220a)은 다각형의 띠 형상에서 모서리 부분이 제거된 형태로 배치될 수 있다.
도 7 내지 도 9는 도 4 및 도 5의 노이즈 차단 구조를 형성하는 과정을 설명하기 위한 공정 단면도들이다.
도 7을 참조하면, 로직 영역(200)에서 노이즈 차단막들(220b1 ~ 220b4)이 형성될 영역의 반도체 기판(110)이 일정 깊이만큼 식각됨으로써 트렌치가 형성된다. 예컨대, 도 3의 노이즈 차단막들(220b1 ~ 220b4)이 형성되는 영역이 일정 깊이만큼 식각되어 트렌치가 형성될 수 있다. 이때, 트렌치는 반도체 기판(110)의 전면부(frontside)에서 로직 회로들이 형성되는 P웰 영역에 형성될 수 있다.
이어서, 트렌치가 매립되도록 절연막이 형성된 후 절연막이 평탄화됨으로써 노이즈 차단막들(220b1 ~ 220b4)이 형성된다. 도 7에서는 하나의 노이즈 차단막(220b4) 만이 도시되었으나, 제 2 차단 구조물(220b)을 구성하는 노이즈 차단막들(220b1 ~ 220b4)이 모두 함께 형성된다.
이러한 노이즈 차단막들(220b1 ~ 220b4)은 픽셀 영역(100)에 소자 분리구조들(112b)이 형성될 때 함께 형성될 수 있다. 예컨대, 노이즈 차단막들(220b1 ~ 220b4)은 STI(Shallow Trench Isolation) 구조를 포함할 수 있다.
다음에 도 8을 참조하면, 노이즈 차단막들(220b1 ~ 220b4)이 형성된 반도체 기판(110) 상부에서, 로직 회로 블록(210) 영역에 로직 회로들이 형성되고 로직 회로들의 상부에 층간 절연막(124) 및 금속 배선들이 형성될 수 있다.
다음에, 반도체 기판(110)의 후면부(backside)에서 노이즈 차단막들(220a1 ~ 220a4)이 형성될 영역의 반도체 기판(110)을 관통되게 식각함으로써 관통홀들(221)이 형성된다. 예컨대, 도 3에서 노이즈 차단막들(220a1 ~ 220a4)이 형성되는 영역의 반도체 기판(110)이 관통되도록 식각됨으로써 관통홀들(221)이 형성될 수 있다.
이러한 관통홀(221)은 도 2에서의 패드 영역(300)의 관통홀(320)이 형성될 때 함께 형성될 수 있다.
다음에 도 9를 참조하면, 관통홀(221) 내부에 금속막(222)이 형성됨으로써 노이즈 차단막들(220a1 ~ 220a4)이 형성된다. 이때, 노이즈 차단막들(220a1 ~ 220a4)은 관통홀(221)의 내부면(측면 및 바닥면)에만 금속막(222)이 형성됨으로써 금속막(222) 사이에 에어갭(224)이 형성되는 구조가 될 수 있다. 금속막(222)은 텅스텐(W)을 포함할 수 있다.
이러한 금속막(222)은 로직 영역(200)을 차광하기 위한 차광용 금속막이 형성될 때 함께 형성될 수 있다. 예컨대, 금속막(222)은 차광용 금속막이 형성되는 과정에서 해당 금속물질이 관통홀(221) 내로 유입됨으로써 형성될 수 있다.
도 9에서는 금속막(222)이 관통홀(221)의 내부면(측면 및 바닥면)에만 형성되는 모습을 보여주고 있으나, 관통홀(221)이 완전히 매립되도록 금속막(222)이 형성될 수도 있다. 예컨대, 관통홀(221)의 폭이 넓은 경우, 금속물질이 관통홀(221) 내에 쉽게 유입되어 관통홀(221)이 완전히 매립되도록 금속막(222)이 형성될 수도 있다. 또는 관통홀(221)의 폭이 좁은 경우, 관통홀(221)의 내부로 금속막(222)이 유입되지 못하고 관통홀(221)의 상부가 금속막(222)에 의해 막힘으로써 관통홀(221) 내에 에어갭 만이 형성될 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 픽셀 영역
110 : 반도체 기판
112a, 112b : 소자 분리구조
114 : 광전 변환 소자
122 : 픽셀 트랜지스터
124 : 층간 절연막
126 : 금속 배선
132 : 컬러 필터층
136 : 그리드 구조물
134 : 마이크로 렌즈들
200 : 로직 영역
210 : 로직 회로 블록
220: 노이즈 차단 구조
220a : 제 1 차단 구조물
220b : 제 2 차단 구조물
222 : 금속막
224 : 에어갭
300 : 패드 영역
310 : 패드
320 : 관통홀

Claims (23)

  1. 복수의 이미지 픽셀들 및 상기 이미지 픽셀들로부터 리드아웃 된 신호를 처리하는 로직 회로 블록이 형성된 반도체 기판; 및
    상기 반도체 기판 내에 위치하며, 상기 반도체 기판에서 상기 로직 회로 블록이 형성된 영역을 둘러싸는 노이즈 차단 구조를 포함하되,
    상기 노이즈 차단 구조는
    수평 방향으로는 꺾어짐이 없는 직선 형태로 연장되며 수직 방향으로는 상기 반도체 기판을 관통하도록 연장되는 복수의 제 1 노이즈 차단막들이 일정 간격으로 이격되면서 상기 로직 회로 블록이 위치하는 반도체 기판 영역을 둘러싸도록 배치되는 제 1 차단 구조물; 및
    복수의 제 2 노이즈 차단막들이 상기 제 1 노이즈 차단막들과 일부분이 중첩되게 상기 제 1 노이즈 차단막들 사이에 배치되는 제 2 차단 구조물을 포함하는 이미지 센싱 장치.
  2. ◈청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    청구항 1에 있어서, 상기 제 2 노이즈 차단막들은
    상기 반도체 기판이 일정 깊이 식각된 트렌치에 절연물이 매립된 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
  3. ◈청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    청구항 2에 있어서, 상기 제 2 노이즈 차단막들은
    수평면 상에서, 꺾어진 모서리 부분이 존재하는‘L’자 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
  4. ◈청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    청구항 1에 있어서, 상기 제 1 노이즈 차단막들은
    수평면 상에서, 다각형의 띠 형상에서 꺾어진 모서리 부분이 제거되어 상기 모서리 부분이 개방된 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
  5. ◈청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    청구항 1에 있어서, 상기 제 1 노이즈 차단막들은
    금속막과 에어갭 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
  6. ◈청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    청구항 1에 있어서, 상기 제 1 차단 구조물 및 상기 제 2 차단 구조물은
    P웰 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
  7. ◈청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    청구항 6에 있어서,
    상기 제 2 차단 구조물이 형성된 P웰 영역의 외곽을 감싸는 N웰 영역을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
  8. ◈청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    청구항 1에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 노이즈 차단막들은
    서로 교번되게 연속적으로 연결되어 상기 로직 회로 블록의 반도체 기판을 둘러싸는 폐루프를 구성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
  9. ◈청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    청구항 1에 있어서, 상기 로직 회로 블록은
    상기 이미지 픽셀들로부터 리드아웃 된 신호를 처리하며 상기 반도체 기판의 하부에 형성되는 로직 회로들을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
  10. 복수의 이미지 픽셀들이 형성되는 픽셀 영역 및 상기 이미지 픽셀들로부터 리드아웃 된 신호를 처리하는 적어도 하나의 로직 회로 블록이 형성되는 로직 영역을 포함하는 반도체 기판; 및
    상기 반도체 기판 중 상기 로직 영역이 위치하는 영역 내에 위치하는 노이즈 차단 구조를 포함하되,
    상기 노이즈 차단 구조는
    수평면 상에서는 꺾어짐이 없이 연장되고 수직면 상에서는 장벽 형태로 연장되는 복수의 제 1 노이즈 차단막들이 일정 간격으로 이격되면서 상기 로직 회로 블록에 대응되는 반도체 기판 영역을 둘러싸도록 배치되는 제 1 차단 구조물; 및
    수평면 상에서 꺾어짐이 존재하는 복수의 제 2 노이즈 차단막들이 상기 제 1 노이즈 차단막들의 단부들과 중첩되게 상기 제 1 노이즈 차단막들의 단부들 사이에 배치되는 제 2 차단 구조물을 포함하는 이미지 센싱 장치.
  11. ◈청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    청구항 10에 있어서, 상기 제 2 노이즈 차단막들은
    상기 반도체 기판이 일정 깊이 식각된 트렌치에 절연물이 매립된 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
  12. ◈청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    청구항 11에 있어서, 상기 복수의 제 2 노이즈 차단막들은
    수평면 상에서, 꺾어진 모서리 부분이 존재하는‘L’자 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
  13. ◈청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    청구항 10에 있어서, 상기 복수의 제 1 노이즈 차단막들은
    수평면 상에서, 다각형의 띠 형상에서 꺾어진 모서리 부분이 제거되어 상기 모서리 부분이 개방된 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
  14. ◈청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    청구항 10에 있어서, 상기 복수의 제 1 노이즈 차단막들은
    금속막과 에어갭 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
  15. ◈청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    청구항 14항에 있어서, 상기 금속막은
    상기 픽셀 영역의 그리드 구조물 및 상기 로직 영역의 차광막과 동일한 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
  16. ◈청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    청구항 10에 있어서, 상기 제 1 차단 구조물 및 상기 제 2 차단 구조물은
    P웰 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
  17. ◈청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    청구항 16에 있어서,
    상기 제 2 차단 구조물이 형성된 P웰 영역의 외곽을 감싸는 N웰 영역을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
  18. ◈청구항 18은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    청구항 10에 있어서, 상기 적어도 하나의 로직 회로 블록은
    상기 이미지 픽셀들로부터 리드아웃 된 신호를 처리하며 상기 반도체 기판의 하부에 형성되는 로직 회로들을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
  19. 복수의 이미지 픽셀들이 형성된 픽셀 영역; 및
    상기 픽셀 영역의 외곽에 위치하는 로직 영역을 포함하며,
    상기 로직 영역은
    상기 이미지 픽셀들로부터 리드아웃 된 신호를 처리하는 로직 회로들이 형성된 로직 회로 블록;
    DTI(Deep Trench Isolation) 구조를 가지며 상기 로직 회로 블록의 일부 영역을 둘러싸는 복수의 제 1 노이즈 차단막들;
    STI(Shallow Trench Isolation) 구조를 가지며 상기 제 1 노이즈 차단막들 사이에 위치하는 제 2 노이즈 차단막들을 포함하는 이미지 센싱 장치.
  20. ◈청구항 20은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    청구항 19에 있어서, 상기 제 1 노이즈 차단막들은
    수평면 상으로 꺾어짐이 없는 직선 형태로 연장되는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
  21. ◈청구항 21은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    청구항 20에 있어서, 상기 제 2 노이즈 차단막들은
    수평면 상으로 꺾어짐이 존재하는‘L’자 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
  22. ◈청구항 22은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    청구항 21에 있어서, 상기 제 2 노이즈 차단막들은
    단부가 상기 제 1 노이즈 차단막들의 단부와 중첩되게 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
  23. ◈청구항 23은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    청구항 19에 있어서, 상기 로직 회로 블록은
    상기 로직 회로가 반도체 기판의 하부에 형성되는 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
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