KR20050069657A - Image sensor and method for fabricating the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에서는 서로 간의 간섭이 우려되는 센서 내 각 셀의 포토 다이오드 상부에 컬러필터를 통과한 빛의 경로를 해당 포토 다이오드 측으로 집중 가이드 할 수 있는 일련의 도광체를 추가 배치하고, 이 도광체의 작용을 통해, 각 셀의 컬러필터를 통과한 빛이 인접 배치된 다른 셀에 불필요한 영향을 미치지 못하도록 컨트롤함으로써, 각 포토 다이오드들에 생성 축적되는 광 전하들이 각 컬러필터에 대응되는 고유의 색채특성을 정상적으로 나타낼 수 있도록 유도할 수 있다.The present invention relates to an image sensor and a method of manufacturing the same. In the present invention, a series of light guides through a color filter on a photodiode of each cell in a sensor that may be interfering with each other can be guided to the photodiode. By placing additional light guides and controlling the light passing through the color filter of each cell so that they do not have an unnecessary effect on other cells disposed adjacent to each other, the optical charge generated and accumulated in each photodiode It can be derived so that they can normally display the unique color characteristics corresponding to each color filter.
이러한 본 발명의 실시에 따라, 각 셀의 컬러필터를 통과한 빛의 경로가 해당 셀 내부로 제한되어, 인접 셀 간의 불필요한 빛 간섭 현상이 최소화되고, 이를 통해, 신호처리 트랜지스터들에 의해 보간회로 측으로 운반/배출되는 각 광 전하들의 고유 색채특성이 최적화되는 경우, 보간회로에 의해 최종 형성화되는 컬러영상은 자연스럽게 우수한 색 선명도를 효과적으로 보유할 수 있게 된다. According to the embodiment of the present invention, the path of the light passing through the color filter of each cell is limited to the inside of the cell, thereby minimizing unnecessary light interference between adjacent cells, and through this, to the interpolation circuit side by the signal processing transistors. When the intrinsic color characteristics of each of the photocharges carried / emitted are optimized, the color image finally formed by the interpolation circuit can naturally retain excellent color clarity effectively.
Description
본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 서로 간의 간섭이 우려되는 센서 내 각 셀의 포토 다이오드 상부에 컬러필터를 통과한 빛의 경로를 해당 포토 다이오드 측으로 집중 가이드 할 수 있는 일련의 도광체를 추가 배치하고, 이 도광체의 작용을 통해, 각 셀의 컬러필터를 통과한 빛이 인접 배치된 다른 셀에 불필요한 영향을 미치지 못하도록 컨트롤함으로써, 각 포토 다이오드들에 생성 축적되는 광 전하들이 각 컬러필터에 대응되는 고유의 색채특성을 정상적으로 나타낼 수 있도록 유도할 수 있는 이미지 센서에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 이미지 센서를 제조하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an image sensor, and more particularly, a series of light guides capable of intensively guiding a path of light passing through a color filter to a photodiode on an upper portion of a photodiode of each cell in a sensor that is concerned about mutual interference. By further arranging and controlling the light passing through the color filter of each cell so that the light passing through the color filter of each cell does not have an unnecessary effect on other cells disposed adjacent to each other, the photo charges generated and accumulated in each photo diode are accumulated in each color. The present invention relates to an image sensor capable of inducing a normal display of inherent color characteristics corresponding to a filter. The invention also relates to a method of manufacturing such an image sensor.
최근, 전기·전자기술이 급격한 발전을 이루면서, 이미지 센서 기술을 채용한 다양한 전자제품들, 예컨대, 비디오 카메라, 디지털 카메라, 소형 카메라 장착형 PC, 소형 카메라 장착형 휴대폰 등이 폭 넓게 개발·보급되고 있다.In recent years, with the rapid development of electric and electronic technologies, various electronic products employing image sensor technology, such as video cameras, digital cameras, small camera-mounted PCs, and small camera-mounted mobile phones, have been widely developed and distributed.
전통적으로, 상술한 종래의 이미지 센서로는 전하결합소자(CCD:Charge Coupled Device; 이하, "CCD"라 칭함)가 주로 사용되었으나, 이러한 CCD의 경우, 높은 구동전압이 요구되는 점, 추가의 지원회로가 별도로 요구되는 점, 공정 단가가 높은 점등의 여러 단점들을 지니고 있기 때문에, 현재 그 이용이 대폭 감소되고 있는 추세에 있다.Traditionally, a charge coupled device (CCD: hereinafter referred to as "CCD") has been mainly used as the conventional image sensor described above. However, in the case of such a CCD, a high driving voltage is required and additional support is provided. Since the circuit is required separately, and the process cost has several disadvantages of high lighting, the use thereof is currently greatly reduced.
근래에, 상술한 CCD를 대체할 수 있는 이미지 센서로써, 이른바, 상보형-모스(CMOS:Complementary Metal Oxide Semiconductor; 이하, "CMOS"라 칭함) 이미지 센서가 크게 각광받고 있다. 이러한 CMOS 이미지 센서는 일련의 CMOS 회로기술을 배경으로 제조되기 때문에, 기존의 CCD와 달리, 저전압 구동이 가능한 장점, 추가 지원회로가 필요 없는 장점, 공정단가가 저렴한 장점 등을 폭 넓게 지니고 있다.In recent years, as an image sensor that can replace the above-described CCD, a so-called complementary metal oxide semiconductor (CMOS) image sensor has gained much attention. The CMOS image sensor is manufactured based on a series of CMOS circuit technologies, and thus, unlike conventional CCDs, the CMOS image sensor has a wide range of advantages such as low voltage driving, no need for additional support circuits, and low cost.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 CMOS 이미지 센서, 예컨대, 컬러 이미지를 구현하기 위한 CMOS 이미지 센서(10)는 소자 분리막에 의해 정의된 반도체 기판(40)의 액티브 영역 상에 형성된 상태로, 외부로부터 입력되는 빛을 받아 일련의 광 전하를 생성 및 축적하는 포토 다이오드들(3,4)과, 외부로부터 입력되는 빛을 컬러화 하여, 포토 다이오드들(3,4) 측으로 전달하는 컬러필터(5,6)가 조합된 구성을 취한다. 이 경우, 컬러필터(3,4) 및 포토 다이오드들(3,4) 사이에는 예컨대, 콘택홀(H), 플러그(117,118), 금속배선(111,112,113,114,115116), 금속전 절연막(101), 층간 절연막(102,103,104), 보호막(105) 등이 조합된 구성을 취하면서, 컬러필터(5,6)를 통과한 빛을 포토 다이오드들(3,4) 측으로 전달하기 위한 중간 레이어(100)가 개재된다.As shown in FIG. 1, a CMOS image sensor according to the related art, for example, a CMOS image sensor 10 for implementing a color image, is formed on an active region of a semiconductor substrate 40 defined by an isolation layer. The photodiodes 3 and 4 generate and accumulate a series of photo charges by receiving light input from the outside, and the color filters to colorize the light input from the outside and transmit them to the photodiodes 3 and 4. A configuration in which (5,6) is combined is taken. In this case, the contact holes H, the plugs 117, 118, the metal wirings 111, 112, 113, 114, and 115116, the metal insulating film 101, and the interlayers may be formed between the color filters 3 and 4 and the photo diodes 3 and 4, for example. An intermediate layer 100 is interposed to transfer the light passing through the color filters 5 and 6 to the photodiodes 3 and 4 while the insulating films 102, 103, 104, and the protective film 105 are combined. .
이 상황에서, 포토 다이오드들(3,4)에 인접 배치된 일련의 신호처리 트랜지스터들(120,130)은 해당 포토 다이오드들(3,4)에 의해 생성 축적된 광 전하들을 보간회로(Interpolation circuit:도시 안됨) 측으로 운반/배출하는 절차를 진행하게 되며, 이러한 신호처리 트랜지스터들(120,130)을 거친 광 전하들은 해당 보간회로에 의한 보간절차를 통해, 일정 해상도의 컬러영상으로 형상화될 수 있게 된다. 이 경우, 각 신호처리 트랜지스터들(120,130)은 예컨대, 게이트 절연막 패턴(121,131), 게이트 전극 패턴(122,132), 스페이서(123,133), 불순물 확산층(124,134) 등이 조합된 구성을 취하게 된다.In this situation, a series of signal processing transistors 120, 130 disposed adjacent to the photodiodes 3, 4 interpolate the accumulated photoelectric charges generated by the corresponding photodiodes 3, 4 (Interpolation circuit). The photocharges passing through the signal processing transistors 120 and 130 can be formed into a color image having a constant resolution through an interpolation procedure by the corresponding interpolation circuit. In this case, each of the signal processing transistors 120 and 130 has a combination of, for example, the gate insulating layer patterns 121 and 131, the gate electrode patterns 122 and 132, the spacers 123 and 133, and the impurity diffusion layers 124 and 134.
최근, CMOS 이미지 센서를 채용한 각종 전자제품들(비디오 카메라, 디지털 카메라, 소형 카메라 장착형 PC, 소형 카메라 장착형 휴대폰)의 사이즈가 대폭 소형화되면서, CMOS 이미지 센서의 전체적인 사이즈 역시 크게 축소되고 있으며, 그 여파로, 센서 내의 각 셀들(C1,C2) 역시 서로 간의 간격이 매우 가까워지는 현실에 직면하고 있다.Recently, as the size of various electronic products (video cameras, digital cameras, small camera-equipped PCs, small camera-equipped mobile phones) employing CMOS image sensors has become significantly smaller, the overall size of CMOS image sensors has also been greatly reduced. As a result, each of the cells C1 and C2 in the sensor also faces a reality in which the intervals between each other become very close.
그러나, 이와 같이, 센서 내 각 셀들(C1,C2)의 간격이 매우 가까워지고 있는 상황임에도 불구하고, 종래에는 각 셀(C1)과 셀(C2) 사이를 차폐시킬 수 있는 별도의 수단이 전혀 구비되어 있지 않은 것이 일반적이기 때문에, 종래의 체제 하에서, 컬러필터(5)를 통과한 빛 및 컬러필터(6)를 통과한 빛은 서로 간에 일련의 간섭현상을 일으켜, 서로 섞이는 현상을 어쩔 수 없이 보이고 있다.However, despite the situation in which the intervals of the cells C1 and C2 in the sensor are getting very close, conventionally, there is no separate means for shielding between the cells C1 and C2. Since it is not common, in the conventional system, the light passing through the color filter 5 and the light passing through the color filter 6 cause a series of interference phenomena between each other, so that the phenomenon of mixing with each other is inevitable. have.
물론, 이처럼, 컬러필터(5) 및 컬러필터(6)를 통과한 빛이 서로 섞이는 상황에서, 별다른 조치가 취해지지 않는 경우, 각 포토 다이오드들(3,4)에 생성 축적되는 광 전하들은 각 컬러필터(3,4)에 대응되는 고유의 색채특성을 정상적으로 나타낼 수 없게 되며, 결국, 보간회로에 의해 최종 형상화되는 컬러영상의 색 선명도 역시 정상 수준에서 크게 떨어질 수밖에 없게 된다.Of course, in the situation where the light passing through the color filter 5 and the color filter 6 is mixed with each other, when no special measures are taken, the optical charges generated and accumulated in the respective photodiodes 3 and 4 are each different. The inherent color characteristics corresponding to the color filters 3 and 4 cannot be normally displayed, and as a result, the color clarity of the color image finally formed by the interpolation circuit is inevitably dropped from the normal level.
따라서, 본 발명의 목적은 서로 간의 간섭이 우려되는 센서 내 각 셀의 포토 다이오드 상부에 컬러필터를 통과한 빛의 경로를 해당 포토 다이오드 측으로 집중 가이드 할 수 있는 일련의 도광체를 추가 배치하고, 이 도광체의 작용을 통해, 각 셀의 컬러필터를 통과한 빛이 인접 배치된 다른 셀에 불필요한 영향을 미치지 못하도록 컨트롤함으로써, 각 포토 다이오드들에 생성 축적되는 광 전하들이 각 컬러필터에 대응되는 고유의 색채특성을 정상적으로 나타낼 수 있도록 유도하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to additionally arrange a series of light guides capable of guiding the path of the light passing through the color filter to the corresponding photodiode on top of the photodiode of each cell in the sensor which is concerned about interference with each other. Through the action of the light guide, the light passing through the color filter of each cell is controlled so as not to unnecessarily affect other cells arranged adjacently, so that the optical charges generated and accumulated in each photodiode correspond to each color filter. It is to induce color characteristics to be displayed normally.
본 발명의 다른 목적은 각 셀의 컬러필터를 통과한 빛의 경로를 해당 셀 내부로 제한시켜, 인접 셀 간의 불필요한 빛 간섭 현상을 최소화하고, 이를 통해, 신호처리 트랜지스터들에 의해 보간회로 측으로 운반/배출되는 각 광 전하들의 고유 색채특성을 최적화함으로써, 보간회로에 의해 최종 형성화되는 컬러영상이 우수한 색 선명도를 효과적으로 보유할 수 있도록 유도하는데 있다.Another object of the present invention is to limit the path of light passing through the color filter of each cell to the inside of the cell, thereby minimizing unnecessary light interference between adjacent cells, thereby carrying / transporting to the interpolation circuit side by the signal processing transistors. By optimizing the intrinsic color characteristics of each of the emitted photoelectric charges, the color image finally formed by the interpolation circuit can be induced to effectively retain excellent color clarity.
본 발명의 또 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부된 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.Still other objects of the present invention will become more apparent from the following detailed description and the accompanying drawings.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 외부로부터 입사되는 빛을 특정 색상으로 컬러화 하는 컬러필터, 반도체 기판의 액티브 영역에 배치되며, 컬러필터를 통과한 특정 색상의 빛을 받아들여, 일련의 광 전하를 생성 축적하는 포토 다이오드, 반도체 기판 상부에 적층된 상태로, 컬러필터를 지지하며, 컬러필터를 통과한 특정 색상의 빛을 반도체 기판 측으로 전달하는 중간 레이어, 중간 레이어를 관통하여 형성되며, 컬러필터를 통과한 빛이 외부로의 유출 없이, 포토 다이오드 측으로 집중 입사될 수 있도록 가이드 하는 도광체의 조합으로 이루어지는 이미지 센서를 개시한다.In order to achieve the above object, in the present invention, a color filter for colorizing light incident from the outside into a specific color is disposed in an active region of a semiconductor substrate, and receives a light of a specific color that has passed through the color filter. Photo diodes that generate and accumulate charge, stacked on top of the semiconductor substrate, support the color filter, and are formed through the intermediate layer and the intermediate layer that transmit the light of the specific color passing through the color filter to the semiconductor substrate. Disclosed is an image sensor made of a combination of light guides that guide light passing through a filter to be concentrated incident on the photodiode side without leaking to the outside.
또한, 본 발명의 다른 측면에서는 반도체 기판의 액티브 영역에 포토 다이오드들 및 신호처리 트랜지스터를 형성하는 단계, 포토 다이오드 및 신호처리 트랜지스터가 커버되도록 반도체 기판의 상부에 중간 레이어를 형성하는 단계, 중간 레이어를 식각 가공하여, 해당 중간 레이어를 관통하면서, 컬러필터를 통과한 빛을 포토 다이오드 측으로 집중 입사시키는 도광체를 형성하는 단계의 조합으로 이루어지는 이미지 센서 제조방법을 개시한다.In addition, in another aspect of the invention, forming the photodiodes and signal processing transistor in the active region of the semiconductor substrate, forming an intermediate layer on top of the semiconductor substrate so that the photodiode and signal processing transistor is covered, Disclosed is a method of manufacturing an image sensor comprising a combination of the steps of forming a light guide through etching, through which the light passing through the color filter is concentrated to the photodiode.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 이미지 센서 및 그 제조방법을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an image sensor and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서, 예컨대, 컬러 이미지를 구현하기 위한 CMOS 이미지 센서는 소자 분리막(12)에 의해 정의된 반도체 기판(11)의 액티브 영역 상에 형성된 상태로, 외부로부터 입력되는 빛을 받아 일련의 광 전하를 생성 및 축적하는 포토 다이오드들(13,14)과, 외부로부터 입력되는 빛을 컬러화 하여, 포토 다이오드들(13,14) 측으로 전달하는 컬러필터(15,16)가 조합된 구성을 취한다. As shown in FIG. 2, a CMOS image sensor according to the present invention, for example, a CMOS image sensor for implementing a color image, is formed on the active region of the semiconductor substrate 11 defined by the device isolation film 12. Photodiodes 13 and 14 for generating and accumulating a series of optical charges by receiving light input from the outside, and color filters for colorizing the light input from the outside and transmitting them to the photodiodes 13 and 14 ( 15, 16) take a combined configuration.
이 경우, 컬러필터(15,16) 및 포토 다이오드들(13,14) 사이에는 반도체 기판의 상부에 적층되어, 예컨대, 콘택홀(H), 플러그(217,218), 금속 배선(211,212,213,214,215,216), 금속전 절연막(201), 층간 절연막(202,203,204), 보호막(205) 등이 조합된 구성을 취하면서, 컬러필터(15,16)를 지지함과 아울러, 해당 컬러필터(15,16)를 통과한 빛을 포토 다이오드들(13,14) 측으로 전달하는 중간 레이어(200)가 개재된다.In this case, the color filters 15 and 16 and the photodiodes 13 and 14 are stacked on the semiconductor substrate, for example, contact holes H, plugs 217 and 218, metal wires 211, 212, 213, 214, 215, and 216. The insulating film 201, the interlayer insulating films 202, 203, 204, the protective film 205, and the like are combined to support the color filters 15 and 16 and to pass the light passing through the color filters 15 and 16. Intermediate layer 200 that passes to the photodiodes 13 and 14 is interposed therebetween.
이 상황에서, 포토 다이오드들(13,14)에 인접 배치된 일련의 신호처리 트랜지스터들(220,230)은 해당 포토 다이오드들(13,14)에 의해 생성 축적된 광 전하들을 보간회로 측으로 운반/배출하는 절차를 진행하게 되며, 이러한 신호처리 트랜지스터들(220,230)을 거친 광 전하들은 해당 보간회로에 의한 보간절차를 통해, 일정 해상도의 컬러영상으로 형상화될 수 있게 된다. In this situation, a series of signal processing transistors 220 and 230 disposed adjacent to the photodiodes 13 and 14 carry / discharge photocharges generated and accumulated by the corresponding photodiodes 13 and 14 to the interpolation circuit side. The optical charges passing through the signal processing transistors 220 and 230 may be formed into a color image having a constant resolution through an interpolation procedure by the corresponding interpolation circuit.
이 경우, 각 신호처리 트랜지스터들(220,230)은 예컨대, 게이트 절연막 패턴(221,231), 게이트 전극 패턴(222,232), 스페이서(223,233), 불순물 확산층(224,234) 등이 조합된 구성을 취하게 된다.In this case, each of the signal processing transistors 220 and 230 has a configuration in which, for example, the gate insulating layer patterns 221 and 231, the gate electrode patterns 222 and 232, the spacers 223 and 233, and the impurity diffusion layers 224 and 234 are combined.
앞서 언급한 바와 같이, 최근, CMOS 이미지 센서를 채용한 각종 전자제품들(비디오 카메라, 디지털 카메라, 소형 카메라 장착형 PC, 소형 카메라 장착형 휴대폰)의 사이즈가 대폭 소형화되면서, CMOS 이미지 센서의 전체적인 사이즈 역시 크게 축소되고 있으며, 그 여파로, 센서 내의 각 셀들(C1,C2) 역시 서로 간의 간격이 매우 가까워지는 현실에 직면하고 있다.As mentioned above, as the size of various electronic products (video cameras, digital cameras, small camera-equipped PCs, small camera-equipped mobile phones) employing CMOS image sensors has been greatly reduced in size, the overall size of the CMOS image sensor is also greatly increased. In the aftermath, each of the cells C1 and C2 in the sensor also faces the reality that the spacing between them is very close.
이러한 어려운 조건 하에서, 본 발명에서는 도면에 도시된 바와 같이, 서로 간의 간섭이 우려되는 센서 내 각 셀(C1,X2)의 포토 다이오드(13,14) 상부에 중간 레이어(200)를 관통하는 도광체(300)를 추가 형성한다.Under these difficult conditions, in the present invention, as shown in the figure, the light guide penetrating the intermediate layer 200 on top of the photodiodes 13 and 14 of the cells C1 and X2 in the sensor that are concerned about interference with each other. Further form 300.
이때, 도광체(300)는 포토 다이오드(13,14)의 상부에서, 중간 레이어(200)를 일정 깊이, 바람직하게, 29000Å~31000Å의 깊이로 관통하여 형성된 트랜치(T), 트랜치(T)의 측벽을 선택적으로 커버하면서, 컬러필터(15,16)를 통과한 빛을 트랜치(T) 내부로 반사시켜, 해당 빛의 외부 누출을 차단하는 광 반사 레이어(301), 트랜치(T)의 내부 공간을 채우면서, 트랜치(T) 내부로 입사된 빛을 포토 다이오드(13,14) 측으로 전달하는 투광막(302), 바람직하게, 산화막이 체계적으로 조합된 구성을 취한다. 이 경우, 앞의 광 반사 레이어(301)는 높은 반사율을 갖는 금속재질, 바람직하게, 알루미늄 재질 또는 텅스텐 재질로 이루어져, 200Å~500Å의 두께를 유지한다. At this time, the light guide 300 is formed on the photodiodes 13 and 14 of the trenches T and T formed by penetrating the intermediate layer 200 to a predetermined depth, preferably, 29000 2 to 31000 깊이. The inner space of the light reflection layer 301 and the trench T, which selectively covers the sidewalls, reflects the light passing through the color filters 15 and 16 into the trench T, and blocks the external leakage of the light. While filling the gap, the light-transmitting film 302 which transfers the light incident into the trench T to the photodiodes 13 and 14, preferably, has an arrangement in which the oxide film is systematically combined. In this case, the front light reflection layer 301 is made of a metal material having a high reflectance, preferably aluminum or tungsten, and maintains a thickness of 200 mW to 500 mW.
이처럼, 서로 간의 간섭이 우려되는 각 셀(C1,C2)의 포토 다이오드(13,14) 상부에 일련의 도광체(300)가 추가 배치된 상황에서, 마이크로 렌즈(도시 안됨)를 투과한 외부의 빛이 컬러필터(15,16)를 통과하여 포토 다이오드(13,14) 측으로 유입되는 경우, 해당 빛은 트랜치(T)의 내벽을 감싼 광 반사 레이어(301)의 강한 반사작용에 의해, 외부로의 유출 없이, 트랜치(T)의 형체를 따라, 포토 다이오드(13,14) 측으로 집중 입사될 수 있게 되며, 결국, 본 발명의 체제 하에서, 각 컬러필터(15,16)를 통과한 빛은 센서 내에 배치된 각 셀들(C1,C2) 간의 간격이 매우 가까워진 현실 하에서도, 인접한 다른 셀 측으로 별도의 악영향을 미치지 않게 된다.As described above, in a situation in which a series of light guide members 300 are additionally disposed on the photodiodes 13 and 14 of the cells C1 and C2 that are concerned about interference with each other, the external light transmitted through the microlens (not shown) When light passes through the color filters 15 and 16 to the photodiodes 13 and 14, the light is reflected to the outside by a strong reflection of the light reflection layer 301 covering the inner wall of the trench T. It is possible to concentrate incident on the photodiodes 13 and 14 side along the shape of the trench T without leaking out, so that, under the framework of the present invention, the light passing through each of the color filters 15 and 16 is sensored. Even in a reality where the spacing between each of the cells C1 and C2 arranged within is very close, there is no separate adverse effect on other adjacent cells.
종래의 경우, 앞서 언급한 바와 같이, 센서 내 각 셀들의 간격이 매우 가까워지고 있는 상황임에도 불구하고, 각 셀과 셀 사이를 차폐시킬 수 있는 별도의 수단이 전혀 구비되어 있지 않았기 때문에, 종래의 체제 하에서, 각 컬러필터를 통과한 빛은 서로 간에 일련의 간섭현상을 일으켜, 서로 섞이는 현상을 어쩔 수 없이 유발하였다.In the conventional case, as mentioned above, despite the situation in which the distances between the cells in the sensor are getting very close, since there is no separate means for shielding each cell and the cell, there is no conventional system. Underneath, the light passing through each color filter caused a series of interference phenomena between each other, which inevitably caused mixing.
그러나, 본 발명의 체제 하에서, 서로 간의 간섭이 우려되는 센서 내 각 셀(C1,C2)의 포토 다이오드(13,14) 상부에는 컬러필터(15,16)를 통과한 빛의 경로를 해당 포토 다이오드(13,14) 측으로 집중 가이드 할 수 있는 일련의 도광체(300)가 추가 배치되기 때문에, 각 셀(C1,C2)의 컬러필터(15,16)를 통과한 빛은 인접 배치된 다른 셀에 불필요한 영향을 전혀 미칠 수 없게 되며, 결국, 본 발명이 구현되는 경우, 각 포토 다이오드들(13,14)에 생성 축적되는 광 전하들은 인접 광의 영향에서 손쉽게 탈피하여, 각 컬러필터(15,16)에 대응되는 고유의 색채특성을 정상적으로 나타낼 수 있게 된다.However, under the system of the present invention, a path of light passing through the color filters 15 and 16 is placed on the photo diodes 13 and 14 of the cells C1 and C2 in the sensor where the interference between them is concerned. Since a series of light guide members 300 that can be guided to the (13, 14) side are additionally disposed, light passing through the color filters 15 and 16 of each cell C1 and C2 is transferred to other cells arranged adjacently. When the present invention is implemented, the optical charges generated and accumulated in the photodiodes 13 and 14 are easily separated from the influence of the adjacent light, so that each color filter 15 and 16 can be made. It is possible to normally display the unique color characteristics corresponding to.
이처럼, 본 발명의 실시에 따라, 각 셀(C1,C2)의 컬러필터(15,16)를 통과한 빛의 경로가 해당 셀(C1,C2) 내부로 제한되어, 인접 셀(C1,C2) 간의 불필요한 빛 간섭 현상이 최소화되고, 이를 통해, 신호처리 트랜지스터들(220,230)에 의해 보간회로 측으로 운반/배출되는 각 광 전하들의 고유 색채특성이 최적화되는 경우, 보간회로에 의해 최종 형성화되는 컬러영상은 자연스럽게 우수한 색 선명도를 효과적으로 보유할 수 있게 된다.As described above, according to the embodiment of the present invention, the path of the light passing through the color filters 15 and 16 of each cell C1 and C2 is restricted to the inside of the corresponding cell C1 and C2, so that adjacent cells C1 and C2 Unnecessary light interference between the light is minimized, and through this, when the intrinsic color characteristic of each optical charges carried / exposed to the interpolation circuit side by the signal processing transistors 220 and 230 is optimized, the color image finally formed by the interpolation circuit Naturally effectively retains excellent color clarity.
한편, 이러한 본 발명을 실시함에 있어서, 트랜치(T)의 하측 구조는 매우 민감한 펙터로 작용한다. On the other hand, in the practice of the present invention, the lower structure of the trench (T) acts as a very sensitive factor.
이는 만약, 트랜치(T)의 하부(즉, 포토 다이오드의 상부)에 별도의 버퍼 수단이 존재하지 않을 경우, 광 반사 레이어(301)의 형성을 위한 일련의 공정이 가혹하게 진행될 때, 반도체 기판(11)의 포토 다이오드(13,14) 영역이 별다른 대책 없이 그대로 외부 노출되어, 해당 포토 다이오드 영역(13,14)이 큰 손상을 입는 심각한 문제점이 야기될 수 있으며, 또한, 트랜치(T)의 측벽 이외에, 트랜치(T)의 바닥면에 광 반사 레이어가 불필요하게 잔류하게 되는 경우, 트랜치(T)의 내부로 입사되는 빛이 해당 광 반사 레이어의 작용에 의해 오히려, 포토 다이오드(13,14)의 반대방향으로 반사되는 심각한 문제점이 야기될 수 있기 때문이다.This is because if there is no separate buffer means at the bottom of the trench T (that is, the top of the photodiode), when a series of processes for the formation of the light reflection layer 301 are severely performed, the semiconductor substrate ( The photodiode regions 13 and 14 of 11 are exposed to the outside without any special measures, so that a serious problem may occur that the photodiode regions 13 and 14 are greatly damaged, and the sidewalls of the trench T In addition, when the light reflection layer is unnecessarily left on the bottom surface of the trench T, the light incident into the trench T is caused by the action of the light reflection layer, rather, of the photodiodes 13 and 14. This is because a serious problem of reflection in the opposite direction can be caused.
본 발명에서는 이러한 문제점들을 충분히 감안하여, 도면에 도시된 바와 같이, 트랜치(T)를 형성시킬 때, 이 트랜치(T)의 하부에 일련의 버퍼막(201a,201b)을 잔류시키고, 이 버퍼막(201a,201b)을 통해, 포토 다이오드(13,14) 영역의 불필요한 외부 노출을 안정적으로 차단함으로써, 광 반사 레이어(301,302)의 형성을 위한 일련의 공정이 가혹하게 진행된다 하더라도, 해당 포토 다이오드(13,14)가 이에 기인한 손상을 손쉽게 피할 수 있도록 유도하게 된다.In the present invention, in consideration of these problems, as shown in the drawing, when the trench T is formed, a series of buffer films 201a and 201b are left under the trench T, and the buffer film is left. Through 201a and 201b, stably blocking unnecessary external exposure of the photodiode 13 and 14 region, even if a series of processes for the formation of the light reflection layers 301 and 302 are severely performed, the corresponding photodiode ( 13, 14) can be easily avoided due to the damage caused by this.
또한, 본 발명에서는 도면에 도시된 바와 같이, 트랜치(T)의 내부에 광 반사 레이어(301)를 형성시킬 때, 트랜치(T)의 바닥면에 불필요하게 생성되는 광 반사 레이어(301)를 미리 선택적으로 제거시키고, 이를 통해, 포토 다이오드(13,14) 상부의 광 입사환경을 최적화함으로써, 추후, 트랜치(T)의 내부로 입사되는 빛이 별도의 방해물 없이, 전량 포토 다이오드(13,14) 측으로 입사될 수 있도록 유도하게 된다.In addition, in the present invention, as shown in the drawing, when forming the light reflection layer 301 inside the trench T, the light reflection layer 301 which is unnecessary on the bottom surface of the trench T in advance By selectively removing, through this, by optimizing the light incident environment on the top of the photodiode (13,14), the light incident to the inside of the trench (T) later, all the photodiode (13,14) without any interference It is induced to be incident to the side.
이하, 상술한 구성을 취하는 이미지 센서의 제조방법을 상세히 설명한다(셀(C1) 지역에 형성되는 이미지 센서 및 셀(C2) 지역에 형성되는 이미지 센서는 동일 스텝에 의해 제조되므로, 편의상, 이하에서는 셀(C2) 지역에 형성되는 이미지 센서의 제조방법만을 국부적인 예로 하여, 전체적인 이미지 센서의 제조방법을 설명한다).Hereinafter, the manufacturing method of the image sensor having the above-described configuration will be described in detail. (The image sensor formed in the area of the cell C1 and the image sensor formed in the area of the cell C2 are manufactured by the same steps. The manufacturing method of the overall image sensor will be described using only a local example of the manufacturing method of the image sensor formed in the cell C2 region).
우선, 도 3a에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 일련의 STI 공정(Shallow Trench Isolation process), 또는 LOCOS 공정(LOCal Oxidation of Silicon process) 등을 선택적으로 진행하여, 반도체 기판(11)의 액티브 영역을 정의하기 위한 필드 영역의 소자 분리막(12)을 형성한다. 이 경우, 반도체 기판(11), 예컨대, 고 농도 P++형 단결정 실리콘 기판에는 상황에 따라, 공핍 영역(Depletion region)의 크기(깊이)를 증가시키기 위한 P-형 에피층(도시안됨)이 먼저 형성될 수도 있다.First, as shown in FIG. 3A, in the present invention, a series of Shallow Trench Isolation processes, a LOCal Oxidation of Silicon process, and the like are selectively performed to provide an active region of the semiconductor substrate 11. The device isolation film 12 in the field region for definition is formed. In this case, a P-type epitaxial layer (not shown) is first formed on the semiconductor substrate 11, for example, a high concentration P ++ type single crystal silicon substrate, in order to increase the size (depth) of the depletion region. May be
이어서, 본 발명에서는 예컨대, 일련의 저압 화학기상증착 공정을 진행시켜, 액티브 영역의 트랜지스터 예정영역에 신호처리 트랜지스터(230)의 게이트 절연막 패턴(231)을 위한 게이트 절연막을 원하는 두께로 형성한다. 이 경우, 게이트 절연막은 예를 들어, 열 산화 공정에 의해 형성된 열 산화막으로 이루어질 수도 있다.Subsequently, in the present invention, for example, a series of low pressure chemical vapor deposition processes are performed to form a gate insulating film for the gate insulating film pattern 231 of the signal processing transistor 230 in a predetermined region of the transistor in the active region. In this case, the gate insulating film may be made of, for example, a thermal oxide film formed by a thermal oxidation process.
그런 다음, 본 발명에서는 일련의 저압 화학기상증착 공정을 진행시켜, 게이트 절연막의 상부에 게이트 전극 패턴(232)의 형성을 위한 도전층, 예컨대, 고 농도의 다결정 실리콘층을 원하는 두께로 형성시킨다. 물론, 상황에 따라, 이러한 고 농도의 다결정 실리콘층 상에 실리사이드층이 추가 형성될 수도 있다.Then, in the present invention, a series of low pressure chemical vapor deposition processes are performed to form a conductive layer for forming the gate electrode pattern 232 on the gate insulating film, for example, a polycrystalline silicon layer having a high concentration to a desired thickness. Of course, depending on the situation, a silicide layer may be further formed on this high concentration polycrystalline silicon layer.
이어, 본 발명에서는 감광막 패턴(도시안됨)을 이용한 일련의 사진식각공정을 통해, 불필요 영역을 제거시키는 절차를 진행하고, 이를 통해, 완성된 형태의 게이트 절연막 패턴(231) 및 게이트 전극 패턴(232)을 형성한 후, 게이트 전극 패턴(232)의 양쪽 측부에 일련의 스페이서(233)를 형성시키는 절차를 선택적으로 진행시킴으로써, 반도체 기판(11)의 트랜지스터 예정영역에 게이트 절연막 패턴(231), 게이트 전극 패턴(232) 및 스페이서(233)가 조합된 적층 구조를 완성시킨다. Subsequently, in the present invention, a process of removing an unnecessary region is performed through a series of photolithography processes using a photoresist pattern (not shown), and through this, the gate insulating pattern 231 and the gate electrode pattern 232 of the completed form are completed. ), And then selectively proceeding a process of forming a series of spacers 233 on both sides of the gate electrode pattern 232, thereby forming a gate insulating film pattern 231, a gate in a predetermined region of the transistor of the semiconductor substrate 11. The stacked structure in which the electrode pattern 232 and the spacer 233 are combined is completed.
물론, 편의상 도면에 도시하지는 않았지만, 반도체 기판(11)의 여러 지역에 도면에 도시된 바와 같은 게이트 전극 패턴(232)의 적층 구조가 동일하게 형성됨은 당연하다 할 것이다.Of course, although not shown in the drawings for convenience, it is a matter of course that the stacked structure of the gate electrode pattern 232 as shown in the drawing is formed in various regions of the semiconductor substrate 11 in the same manner.
이후, 본 발명에서는 감광막 패턴을 이온주입 마스킹 층으로 활용하여, 일련의 불순물 이온주입 공정을 진행시킴으로써, 반도체 기판(11)의 트랜지스터 예정영역 및 포토 다이오드 예정영역에 신호처리 트랜지스터(230)를 위한 불순물 확산층(234) 및 일련의 광 전하를 생성/축적하기 위한 포토 다이오드(14)를 형성 완료한다.Subsequently, in the present invention, a photoresist pattern is used as an ion implantation masking layer, and a series of impurity ion implantation processes are performed, whereby impurities for the signal processing transistor 230 are formed in the transistor predetermined region and the photodiode predetermined region of the semiconductor substrate 11. Formation of the diffusion layer 234 and the photodiode 14 for generating / accumulating a series of photo charges are completed.
본 발명에서는 상황에 따라, 일련의 화학기상증착 공정을 추가 진행시킴으로써, 스페이서(233), 게이트 전극 패턴(232)을 포함하는 반도체 기판(11)의 상부에 게이트 전극 패턴(232)의 식각 손상을 방지하기 위한 식각 방지층(도시 안됨)을 추가 형성시킬 수도 있다. 이 경우, 식각 방지층으로는 질화막, 산화 질화막 등이 선택될 수 있다. In the present invention, according to the situation, by further proceeding a series of chemical vapor deposition process, the etching damage of the gate electrode pattern 232 on the semiconductor substrate 11 including the spacer 233, the gate electrode pattern 232 is removed. An anti-etching layer (not shown) may be further formed to prevent it. In this case, a nitride film, an oxynitride film, or the like may be selected as the etch stop layer.
한편, 상술한 절차를 통해, 신호처리 트랜지스터(230) 및 포토 다이오드(14)가 형성 완료되면, 본 발명에서는 도 3b에 도시된 바와 같이, 일련의 증착공정을 진행시켜, 반도체 기판(11)의 상부에 신호처리 트랜지스터(230) 및 포토 다이오드(14)를 커버하는 금속 전 절연막(201)을 형성한다.Meanwhile, when the signal processing transistor 230 and the photodiode 14 are formed through the above-described procedure, in the present invention, as shown in FIG. 3B, a series of deposition processes are performed to form the semiconductor substrate 11. A metal insulating film 201 is formed on the signal processing transistor 230 and the photodiode 14.
이 경우, 금속 전 절연막(201)은 상황에 따라, 비 도핑 실리케이트 글래스 막(USG layer:Undoped Silicate Glass layer; 이하, "USG 막"이라 칭함)일 수도 있고, 보론 실리케이트 글래스 막(BSG layer:Boron Silicate Glass layer; 이하, "BSG 막"이라 칭함)일 수도 있으며, 상황에 따라, 포스포러스 실리케이트 글래스 막(PSG:Phosphorus Silicate Glass layer; 이하, "PSG 막"이라 칭함), 보론-포스포러스 실리케이트 글래스 막(Boron-Phosphorus Silicate Glass layer; 이하, "BPSG 막"이라 칭함), 또는 오존 테오스 막(O3-TEOS layer:Ozone Tetra Ethyl Ortho Silicate layer; 이하, "O3-TEOS 막"이라 칭함)일 수도 있고, 이들의 조합일 수도 있다.In this case, the metal pre-insulating layer 201 may be an undoped silicate glass layer (hereinafter referred to as USG layer), or a boron silicate glass layer (BSG layer: Boron). Silicate Glass layer (hereinafter referred to as " BSG film "), and depending on the circumstances, a phosphorous silicate glass film (PSG: " PSG film "), boron-phosphorus silicate glass Film (Boron-Phosphorus Silicate Glass layer; hereinafter referred to as "BPSG film"), or ozone theos film (O 3 -TEOS layer: Ozone Tetra Ethyl Ortho Silicate layer; hereinafter referred to as "O 3 -TEOS film") It may be a combination of these.
이어, 본 발명에서는 일련의 사진 식각공정을 통해 게이트 전극 패턴(232)이 노출되도록 금속 전 절연막(201)을 식각하여, 일련의 콘택홀(H)을 오픈 형성한다.Subsequently, in the present invention, the pre-metal insulating layer 201 is etched to expose the gate electrode pattern 232 through a series of photolithography processes, thereby forming a series of contact holes H.
그 다음에, 본 발명에서는 일련의 스퍼터링 공정을 통해, 콘택홀(H)의 내벽 및 밑면에 일련의 장벽 금속층(도시 안됨)을 형성한 다음, 그 위에 고 융점 금속층, 예를 들어, 텅스텐층을 두껍게 증착하여, 콘택홀(H)이 이 고 융점 금속층에 의해 채워지도록 하고, 이 고 융점 금속층을 예컨대, 화학적-기계적 연마공정에 의해 평탄화 시킴으로써, 추후 형성될 제 1 금속배선(212) 및 게이트 전극 패턴(232)을 전기적으로 연결하는 콘택 플러그(218)를 형성 완료한다.Next, in the present invention, through a series of sputtering processes, a series of barrier metal layers (not shown) are formed on the inner wall and the bottom of the contact hole H, and then a high melting point metal layer, for example, a tungsten layer is formed thereon. By depositing thickly, the contact hole H is filled by this high melting point metal layer, and the high melting point metal layer is planarized by, for example, a chemical-mechanical polishing process, thereby forming the first metal wiring 212 and the gate electrode to be formed later. The contact plug 218 for electrically connecting the pattern 232 is completed.
이후, 본 발명에서는 일련의 증착공정, 패터닝 공정, 평탄화 공정 등을 추가 진행함으로써, 도 3c에 도시된 바와 같이, 금속전 절연막(201) 상부에 제 1 금속배선(212), 제 1 층간 절연막(202), 제 2 금속배선(214), 제 2 층간 절연막(203), 제 3 금속배선(204), 제 3 층간 절연막(204), 보호막(205) 등을 추가 형성한다.Subsequently, in the present invention, a series of deposition processes, patterning processes, planarization processes, and the like are further performed. As illustrated in FIG. 3C, the first metal wiring 212 and the first interlayer insulating film (top) are formed on the pre-metal insulating film 201. 202, a second metal wiring 214, a second interlayer insulating film 203, a third metal wiring 204, a third interlayer insulating film 204, a protective film 205, and the like are further formed.
상술한 절차를 통해, 반도체 기판(11)의 상부에 콘택홀(H), 플러그(218), 금속 배선(212,214,216), 금속전 절연막(201), 층간 절연막(202,203,204), 보호막(205) 등이 조합된 중간 레이어(200)가 형성 완료되면, 본 발명에서는 도 3d에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(11)의 포토 다이오드(14) 영역에 감광막의 개구부가 위치하도록 일련의 감광막 패턴(401)을 중간 레이어(200), 예컨대, 보호막(205)의 상부에 형성시킨다. Through the above-described procedure, the contact hole H, the plug 218, the metal wirings 212, 214, 216, the metal pre-insulating film 201, the interlayer insulating films 202, 203, 204, the protective film 205, etc. are formed on the semiconductor substrate 11. When the combined intermediate layer 200 is formed, a series of photoresist patterns 401 are disposed in the present invention so that the openings of the photoresist layer are positioned in the photodiode 14 region of the semiconductor substrate 11 as shown in FIG. 3D. The upper layer is formed on the intermediate layer 200, for example, the passivation layer 205.
이어, 이 감광막 패턴(401)을 식각 마스크로 하여, 일련의 이방성 특성을 갖는 건식 식각공정, 예컨대, 반응성 이온 에칭 공정(Reactive Ion Etching process)을 진행시켜, 보호막(205), 층간 절연막(202,203,204), 금속전 절연막(201) 등을 예컨대, 29000Å~31000Å의 깊이로 일괄 식각하고, 이를 통해, 중간 레이어(200)를 관통하면서, 포토 다이오드(14) 상부에 위치하는 트랜치(T)를 형성한다. 그런 후, 앞의 감광막 패턴(401)을 제거한다. Subsequently, using the photoresist pattern 401 as an etching mask, a dry etching process having a series of anisotropic characteristics, for example, a reactive ion etching process, is performed to protect the protective film 205 and the interlayer insulating films 202, 203, and 204. For example, the metal pre-insulating layer 201 and the like are collectively etched to a depth of 29000 Å to 31000 Å, and through this, the trench T is formed on the photodiode 14 while penetrating through the intermediate layer 200. Thereafter, the previous photoresist pattern 401 is removed.
이러한 트랜치(T) 형성 상황에서, 본 발명에서는 앞서 언급한 바와 같이, 트랜치(T)의 하부(즉, 포토 다이오드의 상부)에 예컨대, 900Å~1100Å 정도의 버퍼막(201b)을 잔류시킴으로써, 추후, 광 반사 레이어(301) 형성공정이 가혹하게 진행되더라도, 포토 다이오드(14)가 이에 기인한 손상을 손쉽게 피할 수 있도록 유도한다.In this trench T formation situation, in the present invention, as described above, the buffer film 201b, for example, about 900 μs to 1100 μs is left in the lower part of the trench T (that is, the top of the photodiode). Even if the process of forming the light reflection layer 301 proceeds severely, the photodiode 14 is induced to easily avoid the damage caused by this.
계속해서, 본 발명에서는 일련의 증착공정, 예컨대, 스퍼터링 증착공정을 진행시켜, 도 3e에 도시된 바와 같이, 트랜치(T)의 내부를 포함하는 보호막(205)의 상부에 200Å~500Å 정도의 광 반사 레이어(301)를 추가 형성한다. 이 경우, 광 반사 레이어(301)는 높은 반사율을 갖는 금속재질, 바람직하게, 알루미늄 재질 또는 텅스텐 재질로 이루어진다. Subsequently, in the present invention, a series of deposition processes, for example, sputtering deposition processes, are performed, and as shown in FIG. 3E, light of about 200 μs to 500 μs is applied to the upper portion of the protective film 205 including the inside of the trench T. The reflective layer 301 is further formed. In this case, the light reflection layer 301 is made of a metal material having a high reflectance, preferably, aluminum or tungsten.
이어, 본 발명에서는 일련의 식각공정, 예컨대, 스퍼터링 식각공정을 진행시켜, 도 3f에 도시된 바와 같이, 트랜치(T)의 측벽(T2) 이외에 불필요하게 형성된 광 반사 레이어(301), 즉, 보호막(205) 상부(205a)에 불필요하게 형성된 광 반사 레이어(301), 트랜치(T)의 바닥면(T1)에 불필요하게 형성된 광 반사 레이어(301) 등을 선택적으로 제거시키고, 이를 통해, 포토 다이오드(14) 상부의 광 입사환경을 최적화함으로써, 추후, 트랜치(T)의 내부로 입사되는 빛이 별도의 방해물 없이, 전량 포토 다이오드(14) 측으로 입사될 수 있도록 유도한다.Subsequently, in the present invention, a series of etching processes, for example, sputtering etching processes, are performed to unnecessarily form a light reflection layer 301 formed in addition to the sidewall T2 of the trench T, that is, as shown in FIG. 3F. 205 selectively removes the light reflection layer 301 unnecessaryly formed on the upper portion 205a and the light reflection layer 301 unnecessaryly formed on the bottom surface T1 of the trench T, and thereby, a photodiode (14) By optimizing the light incident environment in the upper portion, the light incident to the inside of the trench T is induced later so that the entire amount of light can be incident on the photodiode 14 side without any obstacle.
상술한 절차를 통해, 트랜치(T)의 내벽(T2)에 일련의 광 반사 레이어가 선택적으로 형성 완료되면, 본 발명에서는 상황에 따라, 예컨대, 오존-TEOS(Tetra Ortho Silicate Glass) 공정, 상압 화학기상증착 공정, 플라즈마 화학기상증착 공정, 고밀도 플라즈마 화학기상증착 공정(High Density Plasma Chemical Vapor Deposition process:HDP CVD process) 등을 선택적으로 진행시켜, 도 3g에 도시된 바와 같이, 앞의 보호막(205)이 커버되도록 트랜치(T)의 내부 영역을 충분한 두께의 절연막(302a), 예컨대, 산화막으로 채운다.Through the above-described procedure, when a series of light reflection layers are selectively formed on the inner wall T2 of the trench T, according to the present invention, according to circumstances, for example, an ozone-TEOS (Tetra Ortho Silicate Glass) process, atmospheric pressure chemistry A vapor deposition process, a plasma chemical vapor deposition process, a high density plasma chemical vapor deposition process (HDP CVD process), etc. may be selectively performed, and as shown in FIG. 3G, the preceding protective film 205 may be used. The inner region of the trench T is filled with an insulating film 302a of sufficient thickness, for example, an oxide film so as to cover it.
이어, 본 발명에서는 일련의 화학기계연마 공정을 진행시켜, 앞의 절연막(302a)을 보호막(205)이 형성된 위치까지 평탄화 시킴으로써, 도 3h에 도시된 바와 같이, 트랜치(T)의 내부 공간을 빽빽이 채우면서, 트랜치(T) 내부로 입사된 빛을 포토 다이오드(14) 측으로 전달하는 투광막(302)을 형성시키고, 이를 통해, 컬러필터(16)를 통과한 빛을 가이드 하는 본 발명 고유의 도광체(300)를 형성 완료한다.Subsequently, in the present invention, a series of chemical mechanical polishing processes are performed to planarize the insulating film 302a to the position where the protective film 205 is formed, thereby densely filling the internal space of the trench T as shown in FIG. 3H. Filling, forming a light-transmitting film 302 for transmitting the light incident into the trench (T) to the photodiode 14 side, through which the light guide of the present invention to guide the light passing through the color filter 16 Formation of the sieve 300 is completed.
이후, 본 발명에서는 일련의 증착공정, 패터닝 공정 등을 통해, 도 3i에 도시된 바와 같이, 도광체(300)를 포함하는 보호막(205)의 상부에 컬러필터(16)를 형성하고, 이 컬러필터(16)의 상부에 마이크로 렌즈를 적층 함으로써, 본 발명에서 얻고자 하는 최종의 이미지 센서를 제조 완료한다. Subsequently, in the present invention, as shown in FIG. 3I, the color filter 16 is formed on the passivation layer 205 including the light guide 300 through a series of deposition processes, patterning processes, and the like. By laminating a microlens on top of the filter 16, the final image sensor to be obtained in the present invention is completed.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 서로 간의 간섭이 우려되는 센서 내 각 셀의 포토 다이오드 상부에 컬러필터를 통과한 빛의 경로를 해당 포토 다이오드 측으로 집중 가이드 할 수 있는 일련의 도광체를 추가 배치하고, 이 도광체의 작용을 통해, 각 셀의 컬러필터를 통과한 빛이 인접 배치된 다른 셀에 불필요한 영향을 미치지 못하도록 컨트롤함으로써, 각 포토 다이오드들에 생성 축적되는 광 전하들이 각 컬러필터에 대응되는 고유의 색채특성을 정상적으로 나타낼 수 있도록 유도할 수 있다.As described in detail above, in the present invention, a series of light guides for additionally guiding the path of light passing through the color filter to the corresponding photodiode is further disposed on the photodiode of each cell in the sensor where the interference between each other is concerned. Through the action of the light guide, the light passing through the color filter of each cell is controlled so as not to unnecessarily affect other cells arranged adjacently, so that the optical charges generated and accumulated in each photodiode correspond to each color filter. It can be derived so that the unique color characteristics can be represented normally.
이러한 본 발명의 실시에 따라, 각 셀의 컬러필터를 통과한 빛의 경로가 해당 셀 내부로 제한되어, 인접 셀 간의 불필요한 빛 간섭 현상이 최소화되고, 이를 통해, 신호처리 트랜지스터들에 의해 보간회로 측으로 운반/배출되는 각 광 전하들의 고유 색채특성이 최적화되는 경우, 보간회로에 의해 최종 형성화되는 컬러영상은 자연스럽게 우수한 색 선명도를 효과적으로 보유할 수 있게 된다.According to the embodiment of the present invention, the path of the light passing through the color filter of each cell is limited to the inside of the cell, thereby minimizing unnecessary light interference between adjacent cells, and through this, to the interpolation circuit side by the signal processing transistors. When the intrinsic color characteristics of each of the photocharges carried / emitted are optimized, the color image finally formed by the interpolation circuit can naturally retain excellent color clarity effectively.
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다.While specific embodiments of the invention have been described and illustrated above, it will be apparent that the invention may be embodied in various modifications by those skilled in the art.
이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 첨부된 특허청구의 범위안에 속한다 해야 할 것이다.Such modified embodiments should not be understood individually from the technical spirit or point of view of the present invention and such modified embodiments should fall within the scope of the appended claims of the present invention.
도 1은 종래의 기술에 따른 이미지 센서의 구조를 도시한 예시도.1 is an exemplary view showing the structure of an image sensor according to the prior art.
도 2는 본 발명에 따른 이미지 센서의 구조를 도시한 예시도.2 is an exemplary view showing a structure of an image sensor according to the present invention.
도 3a 내지 도 3i는 본 발명에 따른 이미지 센서의 제조방법을 순차적으로 도시한 공정 순서도. 3A to 3I are process flowcharts sequentially illustrating a method of manufacturing an image sensor according to the present invention.
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|---|---|---|---|---|
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