KR20070044626A - 이미지센서 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 픽셀 어레이 외곽부에서의 간섭현상 및/또는 격자무늬 노이즈를 해결할 수 있는 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은 복수의 포토다이오드가 형성된 기판과, 상기 포토다이오드와 대응되는 영역의 상기 기판 상부에 서로 일정간격 이격되어 형성된 복수의 마이크로렌즈와, 상기 마이크로렌즈 저부의 상기 기판 상에 이웃하는 상기 마이크로렌즈 간의 스페이스 영역과 대응되는 영역에서 홈을 갖는 층간절연막과, 상기 홈 부위의 상기 층간절연막과의 계면에서 빛이 굴절되도록 상기 층간절연막과 다른 굴절율을 갖고 상기 층간절연막 상에 상기 홈을 매립하여 형성된 패시베이션막을 포함하는 이미지 센서를 제공한다. 또한, 본 발명은 복수의 포토다이오드가 형성된 기판을 제공하는 단계와, 상기 기판 상에 층간절연막을 증착하는 단계와, 상기 층간절연막의 일부 영역에 홈을 형성하는 단계와, 상기 홈이 매립되도록 상기 층간절연막 상에 상기 층간절연막과 다른 굴절율을 갖는 패시베이션막을 형성하는 단계와, 상기 홈이 형성된 영역과 대응되어 서로 이격되도록 상기 포토다이오드와 각각 대응되는 영역의 상기 패시베이션막 상부에 복수의 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서 제조방법을 제공한다.
이미지 센서, 간섭현상, 홈, 굴절율, 층간절연막, 패시베이션막.
Description
도 1은 통상적으로 외부 렌즈의 광 굴절에 의해 픽셀 어레이로 입사하는 광의 경로를 도시한 모식도.
도 2는 종래 기술에 따른 픽셀 어레이 외각의 일부 영역을 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 단면도.
도 4는 도 3에서의 홈 부위 형태가 변형된 이미지 센서를 도시한 단면도.
도 5는 일반적인 스넬의 법칙에 따른 광의 굴절 경로를 도시한 모식도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110 : 기판
111 : 필드 산화막
112 : 포토다이오드
113 : 층간절연막
114, 214 : 패시베이션막
115 : OCL층
116 : 마이크로렌즈
A : 홈 부위
본 발명은 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 CMOS(Complementary MOS) 이미지 센서의 픽셀 어레이 및 그 형성방법에 관한 것이다.
이미지 센서는 광학 영상(optical image)을 전기신호로 변환시키는 반도체 소자이며, 이미지 센서는 크게 전하결합소자(Charge Coupled Device : 이하, CCD라 함)와 CMOS(Complementary MOS) 이미지 센서로 이루어진다.
CCD는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 캐패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 소자이다.
반면, CMOS 이미지 센서는 반도체의 CMOS 공정을 적용하여 하나의 단위 하소에 하나의 포토다이오드와 3개 또는 4개 등의 단위 화소 구동을 위한 트랜지스터를 포함한다. CMOS 이미지 센서는 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여, 화소 수만큼 구동을 위한 MOS 트랜지스터를 만들고, 이것을 이용하여 차례차례 출력(Output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용한 소자이다.
이러한 다양한 이미지 센서를 제조함에 있어서, 이미지 센서의 감광도(Photo sensitivity)를 증가시키기 위한 노력들이 진행되고 있으며, 그 중 하나가 집광기술이다. 예컨대, CMOS 이미지 센서는 빛을 감지하는 포토다이오드를 포함하는 복수의 픽셀을 포함하는 픽셀 어레이(Pixel array)와, 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 CMOS 로직회로로 구성되어 있다.
도 1은 외부 렌즈의 광 굴절에 의해 픽셀 어레이로 입사하는 광의 경로를 도시한 모식도이다.
도 1을 참조하면, 각각 마이크로렌즈(Microlens)를 갖는 복수의 단위 픽셀을 포함하는 픽셀 어레이(Pixel Array : PA)가 제공되며, 그 상부에서 외부로부터 제공되는 빛을 포커싱(Focusing)하는 외부 렌즈(L)가 제공된다.
구체적으로, 이미지 센서는 그 제작 공정이 완료된 후, 패키지(Package) 공정 등을 거치고 그 상부에 외부 렌즈(L)가 부착된다.
그러나, 상기와 같은 기술에 따르면, 픽셀 어레이(PA) 외각의 일부 영역에서는 외부 렌즈(L)를 통해 입사되는 빛이 사선으로도 입사되기 때문에 이미지 센서의 간섭현상(Crosstalk) 및 격자무늬 노이즈 등의 문제점을 유발하게 된다. 이러한 문제점은 하기의 도 2를 통해 좀 더 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 종래 기술에 따른 픽셀 어레이 외각의 일부 영역을 도시한 단면도로서, 집광에 직접 관련된 종래 CMOS 이미지 센서의 주요 구조부분이 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 종래의 CMOS 이미지 센서는 반도체 기판(10) 내에 형성된 필드 산화막(11)과, 필드 산화막(11) 사이의 기판(10) 내에 형성된 적어도 하나 이 상의 포토다이오드(12)와, 필드 산화막(11) 및 포토다이오드(12) 상부를 층간 절연하는 다층의 층간절연막(13)과, 층간절연막(13) 상부에 형성된 패시베이션막(14)과, 칼라필터 어레이(미도시)를 포함한 평탄화막(15) 및 각각의 포토다이오드(12)에 대응되도록 평탄화막(15) 상에 형성된 마이크로렌즈(16)를 포함한다.
여기서, 도 1에서와 같이 외부 렌즈(L)로 들어오는 빛이 픽셀 어레이(PA)의 인접한 마이크로 렌즈(16) 간의 스페이스 영역으로 경사각을 갖고 입사되는 경우 빛이 원치 않는 다른 인접한 포토다이오드(12)로 입사되어 간섭현상을 일으키게 된다. 이는, 외부 렌즈(L)를 통해 인접한 마이크로 렌즈(16) 간의 스페이스 영역으로 입사되는 빛이 사선으로도 입사되기 때문이다.
또한, 종래 기술에 따르면 픽셀 어레이에서 중심(Center)부와 외곽(Edge)부의 G1, G2 값의 차이로 인해 격자무늬 노이즈가 발생하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 픽셀 어레이 외곽부에서의 간섭현상을 해결할 수 있는 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공하는데 그 일목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 픽셀 어레이에서의 격자무늬 노이즈를 해결할 수 있는 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 일측면에 따른 본 발명은, 복수의 포토다이오드가 형성된 기판과, 상기 포토다이오드와 대응되는 영역의 상기 기판 상부에 서로 일정간격 이격되어 형성된 복수의 마이크로렌즈와, 상기 마이크로렌즈 저부의 상기 기판 상에 이웃하는 상기 마이크로렌즈 간의 스페이스 영역과 대응되는 영역에서 홈을 갖는 층간절연막과, 상기 홈 부위의 상기 층간절연막과의 계면에서 빛이 굴절되도록 상기 층간절연막과 다른 굴절율을 갖고 상기 층간절연막 상에 상기 홈을 매립하여 형성된 패시베이션막을 포함하는 이미지 센서를 제공한다.
상기한 본 발명의 일 측면에 있어서, 상기 패시베이션막은 상기 층간절연막보다 상기 굴절율이 더 큰 물질로 이루어진다. 또한, 상기 홈은 픽셀 어레이의 외곽부에만 형성될 수 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 다른 측면에 따른 본 발명은, 복수의 포토다이오드가 형성된 기판을 제공하는 단계와, 상기 기판 상에 층간절연막을 증착하는 단계와, 상기 층간절연막의 일부 영역에 홈을 형성하는 단계와, 상기 홈이 매립되도록 상기 층간절연막 상에 상기 층간절연막과 다른 굴절율을 갖는 패시베이션막을 형성하는 단계와, 상기 홈이 형성된 영역과 대응되어 서로 이격되도록 상기 포토다이오드와 각각 대응되는 영역의 상기 패시베이션막 상부에 복수의 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서 제조방법을 제공한다.
상기한 본 발명은, 인접한 마이크로렌즈 사이의 스페이스 영역과 대응되도록 마이크로렌즈 저부의 층간절연막에 홈을 형성하고, 홈이 매립되도록 층간절연막 상에 층간절연막과 다른 굴절율을 갖는 패시베이션막을 형성함으로써 홈이 형성된 부 위의 층간절연막과 패시베이션막 간의 계면에서 빛이 굴절되도록 하여 이미지 센서의 간섭현상을 억제할 수 있다.
또한, 상기한 본 발명은 상기 홈이 형성되는 부위를 픽셀 어레이의 외곽부에만 한정함으로써, 격자무늬 노이즈를 해결할 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이며, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나, 또는 그들 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
실시예
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이미지 센서는 복수의 포토다이오드(112)가 형성된 기판(110)과, 인접한 포토다이오드(112) 간을 서로 격리시키는 필드 산화막(111)과, 포토다이오드(112)와 대응되는 영역의 기판(110) 상부에 서로 일정간격 이격되어 형성된 복수의 마이크로렌즈(116)와, 마이크로렌즈 (116) 저부의 기판(110) 상에 이웃하는 마이크로렌즈(116) 간의 스페이스 영역과 대응되는 영역에서 홈('A' 부위 참조)을 갖는 층간절연막(113)과, 홈 부위(A)의 층간절연막(113)과의 계면에서 빛이 굴절되도록 층간절연막(113)과 다른 굴절율을 갖고 층간절연막(113) 상에 홈을 매립하여 형성된 패시베이션막(114)을 포함한다. 또한, 패시베이션막(114) 상에는 포토다이오드(112)와 각각 대응되도록 칼라필터(미도시)가 형성되고, 칼라필터 상부에는 평탄화 목적으로 OCL층(Over Coating Layer, 115)이 형성된다.
예컨대, 패시베이션막(114)은 층간절연막(113)보다 굴절율이 더 큰 물질로 형성된다. 바람직하게는, 패시베이션막(114)은 2 정도의 굴절율을 갖는 질화막으로 형성되고, 층간절연막(113)은 1.46 정도의 굴절율을 갖는 산화막으로 형성된다.
특히, 홈('A' 부위 참조)은 일정 경사(Slope)각을 갖도록 그 상부 폭이 저부 폭보다 넓은 형태, 예컨대 역사다리꼴 형태로 형성되거나 역삼각 형태로 형성되는 것이 바람직하다.
도 4는 역사다리꼴 형태로 홈이 형성된 것을 나타낸 단면도이다. 도 4에 있어서, '214'는 역사다리꼴 형태의 홈을 매립하여 형성된 패시베이션막을 나타낸다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 인접한 마이크로렌즈(116) 사이의 스페이스 영역과 대응되도록 마이크로렌즈(116) 저부의 층간절연막(113)에 홈('A' 부위 참조)을 형성하고, 홈('A' 부위 참조)이 매립되도록 층간절연막(113) 상에 층간절연막(113)과 다른 굴절율을 갖는 패시베이션막(114)을 형성함으로써 홈이 형성된 부위(A)의 층간절연막(113)과 패시베이션막(114) 간의 계면에서 빛이 굴절 되도록 하여 이미지 센서의 간섭현상을 억제할 수 있다.
도 5는 스넬의 법칙(
)에 따라 빛이 굴절율이 n1인 매질1에서 굴절율이 n2인 매질2로 진행할때 굴절각과 입사각의 사인값의 비는 항상 일정함으로 나타낸 모식도이다. 즉, 본 발명의 실시예에서도 이러한 스넬의 법칙을 적용함에 따라 홈이 형성된 부위(A)의 층간절연막(113)과 패시베이션막(114) 간(굴절율이 서로 다른 매질 간)의 계면에서 빛이 일정 각도로 굴절되어 원하는 포토다이오드(112)로 빛이 입사된다. 따라서, 빛이 원하는 경로를 통해 포토다이오드(112)로 입사되므로 이미지 센서의 간섭현상을 억제할 수 있다.
또한, 홈('A' 부위 참조)은 픽셀 어레이 영역의 외곽부에만 형성되도록 함으로써, 격자무늬 노이즈 문제를 해결할 수 있다.
이하에서는, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이미지 센서 제조방법을 간략히 설명하기로 한다.
먼저, STI(Shallow Trench Isolation) 식각공정을 통해 기판(110) 내에 복수의 트렌치(미도시)를 형성한 후, 트렌치가 매립되도록 고밀도의 HDP(High Density Plasma) 산화막을 증착 및 평탄화함으로써 복수의 필드 산화막(111)을 형성한다.
이어서, 이온주입공정을 통해 필드 산화막(111) 간의 기판(110) 내에 복수의 포토다이오드(112)를 형성한다.
이어서, 금속배선 형성공정을 진행한다.
이어서, 기판(110) 상부에 층간절연막(113)을 증착한다. 예컨대, 층간절연막(113)은 산화막(굴절율이 1.46)으로 형성한다.
이어서, 마스크공정 및 식각공정을 실시하여 층간절연막(113)의 일부 영역에 홈(미도시)을 형성한다. 바람직하게는, 홈은 일정 경사각을 갖도록 그 상부 폭이 저부 폭보다 넓은 형태, 예컨대 역사다리꼴 형태로 형성하거나, 역삼각 형태로 형성한다. 또한, 홈은 픽셀 어레이 전 영역이 아니라 픽셀 어레이의 외곽부에만 형성할 수도 있다.
이이서, 홈이 매립되도록 층간절연막(113) 상에 층간절연막(113)과 다른 굴절율을 갖는 패시베이션막(114)을 형성한다. 예컨대, 패시베이션막(114)은 층간절연막(113)보다 굴절율이 큰 물질로 형성한다. 바람직하게는, 굴절율이 2 정도인 질화막으로 형성한다.
이어서, 패시베이션막(114) 상에 포토다이오드(112)와 각각 대응되도록 칼라필터(미도시)를 형성한 후, 일부분이 서로 오버랩되는 칼라필터에 의한 단차를 제거하기 위해 칼라필터를 덮는 OCL층(115)을 형성한다.
이어서, 홈이 형성된 영역과 대응되어 서로 이격되도록 포토다이오드(112)와 각각 대응되는 영역의 OCL층(115) 상에 복수의 마이크로렌즈(116)를 형성한다. 이때, 마이크로렌즈(116)는 통상의 이미지 센서 제조방법에 따라 감광물질을 이용하여 돔(dome) 형태로 형성한다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여 야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 인접한 마이크로렌즈 사이의 스페이스 영역과 대응되도록 마이크로렌즈 저부의 층간절연막에 홈을 형성하고, 홈이 매립되도록 층간절연막 상에 층간절연막과 다른 굴절율을 갖는 패시베이션막을 형성함으로써 홈이 형성된 부위의 층간절연막과 패시베이션막 간의 계면에서 빛이 굴절되도록 하여 이미지 센서의 간섭현상을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 상기 홈이 형성되는 부위를 픽셀 어레이의 외곽부에만 한정함으로써, 격자무늬 노이즈 문제를 해결할 수 있다.
Claims (14)
- 복수의 포토다이오드가 형성된 기판;상기 포토다이오드와 대응되는 영역의 상기 기판 상부에 서로 일정간격 이격되어 형성된 복수의 마이크로렌즈;상기 마이크로렌즈 저부의 상기 기판 상에 이웃하는 상기 마이크로렌즈 간의 스페이스 영역과 대응되는 영역에서 홈을 갖는 층간절연막; 및상기 홈 부위의 상기 층간절연막과의 계면에서 빛이 굴절되도록 상기 층간절연막과 다른 굴절율을 갖고 상기 층간절연막 상에 상기 홈을 매립하여 형성된 패시베이션막을 포함하는 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서,상기 패시베이션막은 상기 층간절연막보다 상기 굴절율이 더 큰 물질로 이루어진 이미지 센서.
- 제 2 항에 있어서,상기 패시베이션막은 질화막으로, 상기 층간절연막은 산화막으로 이루어진 이미지 센서.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 홈은 그 상부 폭이 저부 폭보다 넓은 형태로 형성된 이미지 센서.
- 제 4 항에 있어서,상기 홈은 역사다리꼴 형태로 형성된 이미지 센서.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 홈은 역삼각 형태로 형성된 이미지 센서.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 홈은 픽셀 어레이 영역의 외곽부에만 형성된 이미지 센서.
- 복수의 포토다이오드가 형성된 기판을 제공하는 단계;상기 기판 상에 층간절연막을 증착하는 단계;상기 층간절연막의 일부 영역에 홈을 형성하는 단계;상기 홈이 매립되도록 상기 층간절연막 상에 상기 층간절연막과 다른 굴절율을 갖는 패시베이션막을 형성하는 단계; 및상기 홈이 형성된 영역과 대응되어 서로 이격되도록 상기 포토다이오드와 각각 대응되는 영역의 상기 패시베이션막 상부에 복수의 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 패시베이션막은 상기 층간절연막보다 상기 굴절율이 더 큰 물질로 형성하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 패시베이션막은 질화막으로 형성하고, 상기 층간절연막은 산화막으로 형성하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 홈을 형성하는 단계는 마스크 및 식각공정을 통해 그 상부 폭이 저부 폭보다 넓은 상기 홈을 형성하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 홈을 형성하는 단계는 마스크 및 식각공정을 통해 역사다리꼴 형태의 홈을 형성하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 홈을 형성하는 단계는 마스크 및 식각공정을 통해 역삼각 형태의 홈을 형성하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 홈을 형성하는 단계는 픽셀 어레이 외곽부에만 상기 홈을 형성하는 이미지 센서 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020050100742A KR20070044626A (ko) | 2005-10-25 | 2005-10-25 | 이미지센서 및 그 제조방법 |
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| KR1020050100742A KR20070044626A (ko) | 2005-10-25 | 2005-10-25 | 이미지센서 및 그 제조방법 |
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| KR20070044626A true KR20070044626A (ko) | 2007-04-30 |
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| KR1020050100742A KR20070044626A (ko) | 2005-10-25 | 2005-10-25 | 이미지센서 및 그 제조방법 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100937662B1 (ko) * | 2007-12-24 | 2010-01-19 | 주식회사 동부하이텍 | 이미지 센서 및 그 제조 방법 |
-
2005
- 2005-10-25 KR KR1020050100742A patent/KR20070044626A/ko not_active Application Discontinuation
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