KR20080050434A

KR20080050434A - 고상 이미저 및 광학 크로스토크 저감용 반사방지 필름을이용한 형성 방법

Info

Publication number: KR20080050434A
Application number: KR1020087007228A
Authority: KR
Inventors: 지우타오 리
Original assignee: 마이크론 테크놀로지, 인크
Priority date: 2005-08-25
Filing date: 2006-08-24
Publication date: 2008-06-05
Also published as: CN101292520A; WO2007025102A2; WO2007025102A3; EP1929771A2; JP2009506552A; TW200715542A; US20070045642A1; CN101292520B

Abstract

촬상 장치 내의 전도성 라인들은, 전도성 라인들로부터의 광반사에 의해 발생하는 크로스토크를 감소시키기 위해 반사방지 필름으로 코팅된다. 그 결과 반사방지 필름과 전도성 라인 면의 표면 사이에 경계면(interface)이 생긴다. 제2 경계면은 반사방지 필름과 위에 놓이는 절연층 사이에 존재한다. 반사방지 필름은, 두 경계면 각각에서 반사율이 감소하도록 복소 굴절률을 가진 재료로부터 형성된다. 반사방지 필름은 또한, 빛을 흡수하여 광반사 및 그 결과인 크로스토크를 더 감소시킨다.

Description

고상 이미저 및 광학 크로스토크 저감용 반사방지 필름을 이용한 형성 방법{SOLID-STATE IMAGER AND FORMATION METHOD USING ANTI-REFLECTIVE FILM FOR OPTICAL CROSSTALK REDUCTION}

본 발명은 대체로 반도체 촬상 장치, 특히 픽셀 간의 광학 크로스토크(crosstalk)를 감소시키는 구조를 가진 반도체기반 촬상 장치에 관한 것이다.

반도체 촬상 장치는 전하결합소자(charge coupled devices)(CCD), 포토다이오드 어레이, 전하주입소자(charge injection devices), 및 하이브리드 초점면(focal plane) 어레이를 포함한다. CCD는 대개 영상 획득에 이용되며, 특히 소형의 촬상 애플리케이션에 대하여 두드러진 기술로서 많은 장점을 가지고 있다. CCD는 작은 픽셀 사이즈를 가진 대형 포맷도 가능하며, 저노이즈 전하역(low-noise charge-domain) 처리 기법을 이용한다.

CCD 기술의 본질적인 한계는 대안적인 저비용 촬상 장치로서의 사용 가능성에 대해 CMOS 이미저에 대한 관심을 불러일으켰다. CCD 이미저에 대한 CMOS 이미저의 장점은, 저전압 동작 및 저전력 소모를 포함한다. 또한, CMOS 이미저는 통합된 온칩(on-chip) 일렉트로닉스(제어 로직 및 타이밍, 영상 처리, 및 AD(analog-to-digital) 변환과 같은 신호변환)에 적합하다. CMOS 이미저는 표준 CMOS 처리 기법 을 사용할 수 있어서, 종래의 CCD 이미저와 비교하여 제조 비용도 낮다.

전술한 유형의 CMOS 이미저는 예를 들어, 닉슨 외, "256×256 CMOS 능동 픽셀 센서 카메라 온 칩," IEEE 고상 회로 저널, Vol. 31(12)pp.2046-2050, 1996; 및 멘디스 외, "CMOS 능동 픽셀 이미지 센서," IEEE 전자소자 학회지, Vol. 41(3)pp.452-453, 1994에서 논의된 바와 같이 일반적으로 공지되어 있으며, 이들의 전체 내용을 참조를 위해 삽입한다. CMOS 촬상 회로, 그 처리 단계, 및 촬상 회로의 다양한 CMOS 소자들의 기능에 대한 상세한 설명은 예를 들어, 로데스(Rhodes)의 미국특허 제6,140,630호, 로데스의 미국특허 제6,376,868호, 로데스의 미국특허 제6,333,205호, 로데스의 미국특허 제6,326,652호, 로데스 외의 미국특허 제6,310,366호, 및 로데스의 미국특허 제6,204,524호에 기술되어 있으며, 그 전체 명세서를 참조를 위해 삽입한다.

CCD, CMOS, 및 기타 전술한 것들을 포함한 고상(solid-state) 이미저들은 광학 크로스토크의 영향을 받는 광학 광량자 센서(photon-sensor) 장치를 이용한다. 광학 크로스토크는, 한 픽셀에 비춰져야 하는 빛이 잘못 유도되어 주변 픽셀에 비춰질 때 발생한다. 잘못된 유도는 대개 픽셀 구조 내의 반사에 기인한다.

고상 이미저는 대개, 전력과 신호를 전달하는 이미저 통합 회로의 상부 층에 있는 통용되는(예를 들어, 알루미늄) 금속 라인을 사용한다. 그러나, 광학 성능의 관점에서 볼 때, 알루미늄은 매우 높은 광반사의 단점을 보인다.

도 1은 이미저 내의 광반사와 그에 따른 크로스토크 문제의 개략도이다. 도 1은 2개의 인접한 이미저 픽셀(1, 2)를 가진 이미저의 일부의 단면을 도시한다. 비 록 도시된 이미저는 CMOS 이미저이지만, 도 1은 다른 고상 이미저에서도 발생하는 광학 크로스토크를 나타낸다. 픽셀(1, 2)들은 이미저 내의 픽셀 어레이를 구성하는 복수의 픽셀을 대표한다. 도 1에 개략적으로 도시한 픽셀(1, 2)의 기본 특징부들은, 광량자를 수집하여 이들을 광전하로 변환하는 각각의 포토다이오드 포토센서(3, 4)를 포함한다. 전도성 금속 라인(5, 6, 7)은 이미저 통합 회로의 상부 부분에 위치한다. 금속 라인(5, 6, 7) 위에 배치된 추가적인 층(8)들은 예를 들어, 절연층(SiO2) 및 절연층 위의 컬러 필터 어레이를 포함한다. 각 마이크로렌즈(9, 10)는 입사광을 포토다이오드 포토센서(3, 4)에 집속시킨다.

도 1은 픽셀(1, 2)까지의 광량자(11, 12)의 경로를 도시한다. 광량자(11)는, 예를 들어 층(8)에 있는 컬러 필터 어레이에 의해, 적색 픽셀로 지정된 마이크로렌즈(9)에 들어간다. 그러나 광량자(11)는 포토센서(3)에 집속되지 않고 마이크로렌즈(9)에 의해 굴절되어, 상부 금속화층, 여기에서는 금속층 3, 내의 전도성 금속 라인(5)으로부터 반사되고, 광량자(11)는 예를 들어 녹색 픽셀로 지정된 픽셀(2)의 포토센서(4)에 부딪친다. 포토센서(3)가 아닌 포토센서(4)에 부딪치는 광량자(11)로 인해(즉, 크로스토크), 포토센서(3)에 축적되었어야할 전하가 대신 포토센서(4)에 축적된다. 그래서, 이미지의 이 부분에 대한 적색 신호를 발생시키는 대신, 발생된 신호는 녹색이며, 결과물인 포토 이미지는 부정확성을 내포한다.

최근의 기술은, 이미저 내에서 전력과 신호를 전달하기 위해 사용되는 금속화층 내의 금속 라인으로부터 반사하는 광량을 감소시킴으로써 개선된다. 일반적인 반사방지 해결책은, (1) 고상 이미저가 넓은 가시광 스펙트럼에 걸쳐 작동하고, 간 섭기반 반사 코팅은 좁은 파장 범위 내에서만 효과가 있는 점과 (2) 어두운 색이나 검은 색의 비전도성 코팅 재료는 광량자 흡수가 불량하여, 일반적으로 매우 두꺼운코팅 재료의 도포가 필요하나, 이미저 내의 빽빽한 공간과 정밀한 허용오차는 수 마이크로 두께의 추가된 층을 허용하지 않는다는 점, (3) 빛을 분산시키고 흡수할 수 있는 표면 거칠기에 의해 반사가 감소할 수 있지만, 거칠기의 치수적인 크기는 적어도 입사 파장(일반적으로 가시광에 대해 0.5 마이크로미터)과 동일한 치수이어야 하는데, 이 크기의 표면 특징부는 너무 커서 이미저가 포함할 수 없는 점, 및 (4) 고전도성 재료(Al, Ag와 같은 것들)는 이에 대응하여 높은 전자밀도를 가져, 이 재료들은 효율적인 광량자 흡수재가 되지만, 높은 전자밀도는 바람직하지 않은 높은 반사에도 대응하는 점을 포함한 여러 요소들로 인해 현재의 제조 공정에서는 시행하기가 어렵다.

따라서, 고상 이미저 내의 전도성 라인에 반사방지 특성을 제공하여 크로스토크를 완화시키는 것에 대한 필요와 바람이 있다.

본 발명의 실시예에서는, 픽셀 회로 내에 광학 크로스토크를 발생시킬 잠재성이 있는 반사 표면을 가진 전도성 라인을 가진 픽셀 어레이들은 반사방지 필름으로 코팅된다. 반사방지 필름은 반사 표면과 위에 놓이는 절연층 사이에 배치되어, 반사방지 필름과 절연층 사이의 제1 경계면과, 반사방지 필름과 반사 표면 사이의 제2 경계면을 생성한다. 이 두 경계면 각각에서 전체 반사율이 감소한다. 또한, 반사방지 필름은 빛을 흡수한다. 반사율의 감소와 광흡수가 결합되어 광학 크로스토크를 완화시킨다. 일 실시예의 반사방지 필름 재료는 내화성 금속인 탄탈이다. 반사방지 탄탈 필름은, 알루미늄 도체 라인에서 반사하여 주변 픽셀들의 포토센서 위로 떨어지는 광량자를 완화시킨다.

본 발명의 상기 및 기타 장점들과 특징들은 첨부한 도면과 연계하여 제공된 이하의 상세 설명으로부터 더욱 명료하게 이해될 것이다.

도 1은 CMOS 이미저 내의 금속 라인들로부터 반사된 빛에 의해 발생한 크로스토크를 도시한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반사방지 필름을 특징으로 하는 CMOS 이미저 픽셀 어레이의 일부의 단면이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 일반화된 금속 스택(stack) 구조의 광반사 특성을 도시한다.

도 4는 도 3의 일반화되 구조에 기초한 다양한 특정 금속 스택 구조의 광학 특성(반사 및 투과율)을 그래프 형식으로 도시한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 반사방지 전도성 라인 구조의 제조 단계를 도시하는 단면이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 반사방지 전도성 라인 구조 제조의 다른 단계들을 도시하는 단면이다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 반사방지 전도성 라인 구조의 제조에 있어서의 추가적인 단계를 도시하는 단면이다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 반사방지 전도성 라인 구조의 제조에 있어서의 추가적인 단계를 도시하는 단면이다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 반사방지 전도성 라인 구조 제조를 위한 또 다른 방법을 도시하는 단면이다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 반사방지 전도성 라인 구조 제조를 위한 또 다른 방법에서의 다른 단계들을 도시하는 단면이다.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 반사방지 전도성 라인 구조 제조를 위한 또 다른 방법에서의 추가적인 단계들을 도시하는 단면이다.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 반사방지 전도성 라인 구조 제조를 위한 또 다른 방법에서의 추가적인 단계들을 도시하는 단면이다.

도 13은 본 발명의 실시예에 따라 구성된 CMOS 이미저 픽셀 어레이를 도시한다.

도 14는 도 13의 이미저 어레이가 구비된 촬상 장치를 포함하는 시스템을 도시한다.

이하의 상세 설명에서는, 설명의 일부를 형성하고 본 발명이 실시될 수 있는 구체적인 실시예들을 도시하는 첨부 도면들을 참조한다. 도면 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 요소를 나타냄을 이해하라. 본 기술분야의 숙련자들이 본 발명을 실시할 수 있도록 이 실시예들은 충분히 상세히 설명된다. 다른 실시예들이 이용될 수도 있고, 본 발명의 기술 사상과 범위를 벗어나지 않고 구조, 로직, 및 전 기적인 변경이 이루어질 수도 있음을 이해해야 한다.

"기판"이라는 용어는 실리콘(silicon), 실리콘 온 인슐레이터(SOI), 또는 실리콘 온 사파이어(SOS) 기술, 도핑 및 비도핑된 반도체, 베이스 반도체 토대에 의해 지지된 실리콘의 에피텍셜층, 및 기타 반도체 구조들을 포함하는 것으로 이해해야 한다. 또한, 이하의 설명에서 "기판"이라는 말을 언급할 때에는, 베이스 반도체 구조 또는 토대 내 또는 위에 영역 또는 접합부를 형상하기 위해 이전의 공정 단계들이 활용되었을 수 있다. 아울러, 반도체는 실리콘계일 필요는 없고, 예를 들어 실리콘-게르마늄계, 게르마늄계 또는 비화 갈륨계일 수 있다.

"빛"이라는 용어는 시각적 감지를 발생시킬 있는 전자기 방사(가시광) 및 가시광 스펙트럼 밖의 전자기 방사를 지칭한다. 일반적으로 여기에서 사용되는 빛은 가시광 방사에 제한되지 않고, 더 폭넓게 전체 전자기 스펙트럼, 특히 고상 포토센서에 의해 유용한 전기 신호로 전환될 수 있는 전자기 방사를 지칭한다.

"픽셀" 또는 "픽셀 셀(cell)"이라는 용어는, 이미지 센서의 경우 입사하는 전자기 방사를 전기 신호로 변환하는 포토센서 또는 트랜지스터를 포함한 회로들을 내포한 화소 단위를 지칭한다. 예시의 목적으로, 대표적인 픽셀들이 도면과 그 설명에 예시된다. 일반적으로 이미저 내의 모든 픽셀들의 제조는 유사한 방식으로 동시에 진행된다. 따라서, 이하의 상세한 설명은 한정적인 의미로 받아들여져서는 안되며, 본 발명의 범위는 첨부된 청구의 범위에 의해 한정된다.

도 2에는, CMOS 이미저 어레이의 일부가 본 발명의 실시예에 따른 픽셀 구성을 드러내기 위해 단면으로 도시되어 있다. 비록 본 발명은 CMOS 이미저 어레이를 참조하여 설명되지만, 다른 고상 이미저 어레이, 및 디스플레이 장치에도 적용될 수 있다. 따라서, 이하의 설명은 본 발명이 사용될 수 있는 환경의 예시일 뿐이다.

도 2는 본 발명의 실시예를 보여주는 CMOS 픽셀(13)의 일부와 본 픽셀(13)의 양 측면상에 인접한 픽셀들의 일부를 도시한다. 픽셀들은 여러 회로 구성들 중 임의의 것을 가질 수 있지만, 도시된 픽셀 부분은 4개의 트랜지스터(4T) 픽셀의 일부이다. 예시된 CMOS 이미저 어레이의 대표 픽셀(13)은 p형 기판(17) 위에 형성되는 에피텍셜(EPI) p형 층(16)에 형성된 포토다이오드 포토센서(14)를 포함한다. n형 축적 영역(18)은 EPI 층(16)에 제공되어, 포토다이오드 포토센서(14)에 부딪치는 광량자로부터 발생된 광발생 전하를 축적한다. 최상부 p형 표면 영역(20)은 n형 축적 영역(18) 위에 제공된다. 픽셀(13)은 EPI 층(16)에 형성된 도핑된 p-웰(well)(22)을 더 포함한다. 동일한 p-웰(23)도 인접한 픽셀 부분으로 EPI 층(16)에 제공된다. 전송 게이트(transfer gate)(24)는 p-웰(22)의 일부 위에, 그리고 포토다이오드 포토센서(14)에 인접하여 형성된다. 전송 게이트(24)는 p-웰(22)의 일부에 이식된 플로팅 확산 영역(26)에 포토다이오드 포토센서(14)에 의해 축적된 전기 게이트(electrically gating) 전하에 대한 전송 트랜지스터의 일부로서 역할을 한다.

리셋 게이트(28)는 전송 트랜지스터(24) 옆의 리셋 트랜지스터의 일부로서 형성된다. 리셋 트랜지스터는 소스/드레인 영역을 통해 전원(예를 들어, V_dd)에 접속되고, 플로팅 확산 영역(26)에 리셋 전압을 제공하는 기능을 한다. STI(shallow trench isolation) 영역(42, 44)에 의해 픽셀(13)의 양 측면 상의 인접한 픽셀들 간에 측방향 격리가 제공된다.

EPI 층(16)의 상부 표면 상 또는 그 근처에는 게이트 산화층(46)과 폴리실리콘 층(48)이 형성된다. 실시예에서는, EPI 층(16)의 전체 상부 표면상에 게이트 산화층(46)이 증착되며, 그 다음 폴리실리콘 층(48)의 증착이 뒤따른다. 폴리실리콘 층(48)은 그 자리에서(in situ) 비도핑이나 도핑이 이루어질 수 있고, 또는 이어서 예를 들어 도핑물질(dopant)이 주입될 수 있다. 폴리실리콘 층(48) 위에는 절연성 덮개층(capping layer)(50)(예를 들어, 테트라에틸 오르쏘실리케이트(TEOS), Si(OC2H5)4, 산화물, 또는 질화물로 만들어짐)이 만들어진다. 선택에 따라 규화물층(52)에 의해 또 다른 실시예에서 절연성 덮개층(50)의 형성이 진행될 수 있다. 그 후 이 층들(46, 48, 50, (52는 선택적임))은 패턴을 가진 포토레지스트로 마스킹 되고 도 2에 도시된 구조를 형성하기 위해 에칭된다.

도체(36)는 소스 팔로워(source-follower) 트랜지스터(미도시)의 게이트와 더불어 플로팅 확산 영역(26)과 전기 통신을 한다. 도체(36)는 인터커넥트 층(40)(예를 들어, M1 금속층) 내의 전도성 경로를 지나, 인터커넥트 층(94)(예를 들어, M2 금속층), 반도체층(96), 및 최종적으로 인터커넥트 층(98)(예를 들어, M3 금속층) 내의 도체(97)를 통해 위의 다른 도체들에 접속한다.

도체(97)의 대향 수직 측면들에 반사방지 필름(99)이 도시되어 있다. 반사방지 필름(99)은 마이크로렌즈(108)와 컬러 필터 어레이(106)을 통해 픽셀(13)에 들어오는, 포토다이오드 포토센서(14)에 부딪치기로 되어 있는 광량자들이 잘못하여 인접한 픽셀로 반사되어 주변 픽셀의 포토센서에 부딪치는 것을 방지한다. 대부분의 이러한 광학 크로스토크는 도체의 수직 측면들로부터 반사하는 광량자들의 결과이다. 결과적으로, 반사방지 필름(99)은 도체(97)의 수직 측면들에 코팅될 때 가장 효과적으로 크로스토크를 방지한다.

그러나, 반사방지 필름(99)은 상부, 바닥, 또는 양쪽 모두를 포함해서(즉, 도체(97)를 둘러싸서) 도체(97)의 다른 측면들에 코팅될 수 있다. 도체(97)의 상부 및/또는 바닥 측면들을 코팅하는 것은 광학 크로스토크를 감소시키기 위해 반드시 필요한 것이 아니라, 보다 경제적인 제조 공정을 위한 것이다. 예를 들어, 바닥 코팅을 제공하거나 상부 코팅을 그 자리에 놓아두는 것은 별도의 패턴형성이나 에칭 단계가 필요하지 않음을 의미할 수 있다. 결과적으로, 더 경제적인 제조 공정이 이루어진다.

이제, 도 3을 참조하여 반사방지 필름(99)의 특성을 더 상세히 설명하는데, 이 도면은 수직 측면 상에 반사방지 필름(99)으로 코팅된 알루미늄(Al) 도체, 예를 들어 도체(97)의 일반화된 구성을 도시한다. 반사방지 필름(99) 상에는 절연(SiO2)층(98)(예를 들어, M3 유전체층)이 증착된다. 비록 설명은 M3 유전체층 내의 도체에의 반사방지 필름(99) 도포에 관한 것이지만, 본 발명은 여기에 한정되지 않음을 이해해야 한다. M2 및 M1 층(포토센서층에 더 가까움) 내의 도체(97)를 포함하여 다른 반사 표면들이 반사방지 필름(99)으로 코팅될 수 있다. 그러나, 도체(97)의 크기가 감소하고 픽셀 내의 깊이가 증가함에 따라, 반사방지의 제공 비용의 비중이 광학 크로스토크의 개선보다 더 클 수 있다.

도 3의 화살표는 반사방지 필름(99)으로 코팅된 도체(97)의 수직 측면에 의해 투과되어 반사된 광량자가 따르는 경로를 나타낸다. 반사방지 필름(99) 상에는 SiO2 절연층(98)이 증착된다. 비록 일반적인 도체 재료로서 알루미늄이 논의되지만, 전도성 금속(97)과 반사방지 필름(99)의 다양한 조합이 이용될 수 있음을 유념해야 한다.

층(97, 98, 99) 조합의 반사 및 투과 특성은 광량자가 따라갈 다양한 광경로를 고려함으로써 정량화될 수 있다. 경로 R1은 M/SiO2 경계면(즉, 층(99/98) 경계면)에서 반사된 입사광의 일부를 나타내는데, 여기에서 M은 반사방지 필름을 나타낸다. T1은 반사되지 않고 M 층으로 투과되는 입사광의 일부이다. R2는 M/A1 경계면(즉, 층(99/97) 경계면)에서의 빛(T1)의 반사를 나타낸다. T2는 반사된 빛(R2)의M/SiO2 경계면 너머로의 투과를 나타낸다.

식 1은 위의 광경로에 기초하고 반사방지 필름(99)의 두께 d와 반사방지 필름(99)에 대한 흡수 계수 α를 고려한 층(97, 98, 99)의 전체 반사를 나타낸다.

(1)

반사방지 처리가 없으면, 알루미늄은 매우 높은 반사율 값(R)(즉, 유전체로부터의 입사광에 대한 반사광의 에너지의 비)을 보인다. 알루미늄에 대하여 R은 0.89@516nm이다. 반사방지 필름(99)의 얇은 층의 추가는 전체 반사율(R)을 감소시킨다. 반사방지 필름(99)은 재료의 복소 굴절률을 고려하여 선택된다. 반사방지 필름(99) 재료는, 제공된 반사율의 감소가 서브미크론 크기에서 효과가 있도록 선택 된다.

알루미늄층과 SiO2 층 사이에의 반사방지 필름(99)의 제공은 두 가지 목적에 기여한다. 반사방지 필름(99)은 앞서 논의했고 이하에서 더 구체적으로 논의되는 바와 같이 도체 표면의 반사율(R)을 감소시킨다. 한 픽셀의 알루미늄 도체로부터 주변 픽셀의 포토센서 상으로 반사하게 되는 광량자의 수의 감소로 인해, 알루미늄 도체를 활용하는 이미저에서는 낮은 반사율(R)이 광학 크로스토크를 덜 일으킨다. 또한, 반사방지 필름(99)은 빛의 광량자를 흡수하는 역할을 하여, M/A1 경계면에서의 빛의 세기를 더 감소시킨다(도 3).

층들(97, 98, 99)에 의해 제공된 전체 반사를 결정하기 위해, 각 경계면, 즉 M/SiO2 경계면, 및 M/A1 경계면에서의 반사율과 반사방지 필름(99)에서의 빛 흡수도를 계산하는 것이 필요하다. 2개의 서로 다른 재료들의 경계면에서의 광 반사는 다음의 식 2로 나타낼 수 있다.

(2)

여기에서,

과

은 2개의 재료, 예를 들어 알루미늄과 반사방지 필름(99)의 복소 굴절률이다.

도 4에는, 알루미늄(Al)과 알루미늄 상에 증착될 때 예시적인 반사방지 필름으로서의 유용성을 가진 8개의 원소에 대하여 수집된 광학 특성 데이터가 제시되어 있다. 광학 특성은 516nm의 파장(청색 대역)에서 결정되었다. 반사방지 필름은 알 루미늄 상에 10nm의 두께로 형성되었다. 도 4에는 9개 세트의 데이터가 도시되어 있다. 알루미늄과 더불어, 8개의 반사방지 필름 재료는 금속 크롬(Cr), 코발트(Co), 니켈(Ni), 탄탈(Ta), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 바나듐(V), 및 실리콘(Si)이다.

도 4는 4가지 광학 특성의 각각에 대하여 하나씩, 4개의 중첩된 그래프를 포함하고 있다. 그래프의 앞쪽에서부터 제1 열은 알루미늄과 SiO2 사이에 배치된 각 반사방지 필름과, 개입하는 반사방지 필름이 없는 알루미늄/SiO2에 대한 전체 반사 데이터를 포함하고 있다. 제2 및 제3 열은 알루미늄 위 및 SiO2 아래에 각각 10nm 필름으로서 제공된 각 반사방지 필름 재료에 대한 정보를 도시한다. 더 구체적으로는, 제2 열(금속/Al 반사율)은 알루미늄 상에 10nm로서 증착된 8개의 반사방지 필름 각각에 대한 반사율 데이터를 포함하고 있다. 제3 열(금속/SiO2 반사율)은 SiO2가 증착된 반사방지 필름인 8개의 금속 각각에 대한 반사율 데이터를 포함하고 있다. 제4 열은 각각의 금속만의 투과율을 나타낸다.

전체 반사 데이터(제1 열)로부터, 탄탈이나 티타늄으로 만들어진 반사방지 필름이 알루미늄 도체의 처리되지 않은 표면과 비교하여 광반사를 감소시킴을 알 수 있다. 시뮬레이션은 Al과 SiO2 사이에 약 10nm의 탄탈(Ta)층을 도입하는 것이 전체 반사를 0.89(즉, 89%의 반사율)의 값으로부터 0.31(즉, 31%의 반사율)의 값으로, 약 3배 감소시킴을 보여준다.

탄탈과 티타늄 모두 이미저 제조 공정에 적합하지만, 티타늄이 고온 후공정 라인(back-end of line)(BEOL) 처리 중에 합금을 빠르게 형성한다. 합금이 형성되 면, Al 도미넌트 TiAlx(x_3.0) 생성으로 인해 전체 반사가 급격히 증가한다. 탄탈(Ta)은 고융점의 내화성 금속이며, Ti보다 훨씬 반응성이 작다. Ta은 다른 금속 확산을 늦추는 좋은 배리어 재료로서도 알려져 있고, 구리(Cu), 은(Ag) 금속화, 및 규화물 형성과 함께 그 배리어 용도에 대해 널리 연구가 이루어져 왔다.

적어도 약 0.50(50% 반사율)로의 전체 반사의 감소가 반사방지 필름(99)의 추가를 정당화하기에 충분한 것으로 사료된다. 본 발명에 따라, 약 0.40(40% 반사율) 이하로의 더 한 층의 전체 반사 감소가 달성가능하다. 반사율의 실제 감소는 특정 전도성 및 반사방지 재료에 종속하며, 반사방지 필름의 두께는 일어나는 흡수량에 영향을 미친다. 재료에 따라서, 반사 방지 필름은 약 5nm의 두께로 반사성 표면에 증착될 때 반사를 효과적으로 감소시킬 수 있고, 다른 이미저 부품에 영향을 미치지 않고 약 20nm까지의 두께로 증착될 수 있다.

반사율이 전반적으로 낮고 알루미늄과 섞이는 능력이 낮아서, 탄탈을 본 실시예에서 논의한다. 그러나, 다른 반사방지 필름 재료도 바람직한 특성을 보이며 전체 반사율을 감소시킴을 유념해야 한다. 이들 중의 일부는 도 4와 연계하여 논의한 원소들이나 그 합금을 포함한다. 픽셀 회로를 구성하는 특정 도체(예를 들어, 구리 및 은) 및 절연체와 조합될 때 가장 효과적인 반사방지 필름 재료와 두께를 이용한다.

도체 상에 실시예의 반사방지 필름을 형성하는 제조 단계를 이하에서 설명한다. 비록 설명된 방법이 알루미늄 도체와 탄탈 반사방지 필름을 이용하지만, 그 대신 도 4와 연계하여 전술한 것들과 같은 다른 도체 및 반사방지 필름을 사용할 수 있다.

도 5 내지 도 8에는, 알루미늄 도체를 반사방지 필름으로 코팅하는 실시예의 방법이 도시되어 있다. 이 방법은 도 2에 도시된 픽셀에 대하여 층(97, 98, 99)을 형성하는 공정의 일부로서 사용될 수 있다. 이 방법은 공지의 CMOS 공정을 이용하며, 도 5에 도시한 바와 같이 반도체층(96) 위에 절연층(98)(예를 들어, SiO2)을 증착함으로써 시작된다. 절연층(98)은 도 6에 도시한 바와 같이 마스킹과 에칭이 이루어져 개구(197)를 형성한다. 도 7에서는, 개구(197)의 수직 측벽에 탄탈층(99)이 형성되어 있다. 개구(197)는 이어서 양 측면 상에 반사방지 필름(99)을 구비한 알루미늄 도체(97)를 형성하도록 채워진다.

탄탈층(99)은 측면들과 더불어 개구(197)의 바닥에도 형성될 수 있는데, 이것은 알루미늄 도체(97)의 바닥에 반사방지 필름(99)을 제공하게 된다. 그 후 원한다면 절연(SiO2)층(98)의 증착과 평탄화 후에 알루미늄 도체(97) 상부에 패턴을 형성하고 반사방지 필름(99)을 도포함으로써 알루미늄 도체(97)가 반사방지 필름(99)에 둘러싸일 수 있다.

도 9 내지 도 12에는, 알루미늄 도체를 코팅하는 또 다른 실시예의 방법이 도시되어 있다. 이 방법은 도 9에 도시한 바와 같이 반도체층(96) 위에 희생층(298)을 증착함으로써 시작한다. 희생층(298)은 도 10에 도시한 바와 같이 예를 들어, 패턴 형성과 에칭이 이루어져 개구(297)를 형성한다. 도 11에 도시한 바와 같이 개구(297)는 채워지고, 희생층(298)은 제거되어 알루미늄 도체(97)를 형성한다. 도 12에서 반사방지 필름(99)은 도체(300)의 대향 측면들에 증착된 것으로 도 시되어 있다. 이어지는 제조 단계(미도시)는 절연(SiO2)층(98)을 제공하는 단계를 포함한다.

상기의 실시예의 방법은 알루미늄 도체의 대향 수직 측면 상에 탄탈 반사방지 필름을 제공한다. 전술한 바와 같이, 다른 전도성 및 반사방지 필름이 이용될 수 있다. 또한, 도체는 단지 수직 측면에만 코팅될 필요가 없다. 도체는 바닥(즉, 포토센서를 마주하는 쪽) 또는 상부(즉, 포토센서로부터 떨어진 쪽)에도 코팅될 수 있다. 또한, 도체는 반사방지 필름에 완전히 둘러싸일 수 있다.

도 13은 본 발명에 따라 구성된 픽셀 셀(13)의 어레이(112)를 이용할 수 있는 실시예의 촬상 장치(110)를 도시한다. 픽셀 어레이(112)는 칼럼(column) 및 로우(row)로 배열된 복수의 픽셀을 특징으로 한다. 로우 라인은 로우 어드레스 디코더(116)에 반응하여 로우 드라이버(114)에 의해 선택적으로 활성화된다. 칼럼 드라이버(120)와 칼럼 어드레스 디코더(122)도 촬상 장치(110)에 포함될 수 있다. 촬상 장치(110)는 타이밍 및 제어 회로(124)에 의해 작동하는데, 이 회로는 어드레스 디코더(116, 122)를 제어한다. 제어회로(124)는 로우 및 칼럼 드라이버 회로(114, 120)도 제어한다.

칼럼 드라이버(120)와 연관된 샘플 및 홀드(S/H) 회로(128)는 선택된 픽셀에 대한 픽셀 리셋 신호(Vrst)와 픽셀 이미지 신호(Vsig)를 판독한다. 각 픽셀에 대하여 차분 증폭기(130)에 의해 차분 신호(Vrst-Vsig)가 발생되어, 아날로그 디지털 컨버터(ADC)(132)에 의해 디지털화된다. 아날로그 디지털 컨버터(132)는 디지털화된 픽셀 신호를, 디지털 이미지를 형성하여 출력하는 이미지 프로세서(134)에 공급 한다.

도 14는 본 발명의 촬상 장치(110)(도 13)을 포함하도록 수정된 전형적인 프로세서 시스템인 시스템(500)을 도시한다. 프로세서 시스템(500)은, 이미저 장치를 포함할 수 있는 디지털 회로를 가진 시스템의 실시예이다. 이러한 시스템은 제한없이 컴퓨터 시스템, 카메라 시스템, 스캐너, 머신 비전, 차량 네비게이션, 비디오폰, 감시 시스템, 자동 초점 시스템, 스타 트랙커 시스템, 모션 검출 시스템, 이미지 안정화 시스템, 및 이미지 출력을 필요로 하는 다른 시스템들을 포함할 수 있다.

시스템(500), 예를 들어 카메라 시스템은 일반적으로 버스(520) 상에서 입력/출력(I/O) 장치(506)와 통신하는, 마이크로프로세서와 같은 중앙 처리 유닛(CPU)(502)을 포함한다. 촬상 시스템(100)도 버스(520) 상에서 CPU(502)와 통신한다. 프로세서 기반 시스템(500)은 랜덤 액세스 메모리(RAM)(504)도 포함하고, 플래쉬 메모리와 같은 소거가능 메모리(514)도 포함할 수 있는데, 이것도 버스(520) 상에서 CPU(502)와 통신한다. 촬상 장치(110)는, 단일 집적 회로 상에 또는 프로세서와 다른 칩 상에 메모리 저장소를 구비하거나 구비하지 않고서 CPU, 디지털 신호 프로세서, 또는 마이크로프로세서와 같은 프로세서와 결합될 수도 있다.

전술한 공정 및 장치는 바람직한 방법들과, 사용되고 생산될 수 있는 많은 전형적인 장치들을 보여준다. 상기의 설명 및 도면들은, 본 발명의 목적, 특징, 및 장점들을 달성하는 실시예들을 보여준다. 그러나, 본 발명을 앞서 설명하고 도시한 실시예들로 엄격히 제한하려는 의도는 아니다. 비록 지금 예측할 수는 없지만, 이 하의 청구의 범위 및 기술 사상 내에 속하는 본 발명의 어떠한 수정도 본 발명의 일부로 간주해야 한다.

Claims

각각 픽셀 회로를 가진 복수의 픽셀을 포함하는 픽셀 어레이;

픽셀 회로와의 전기 접속을 위한 전도성 라인; 및

전도성 라인의 적어도 일부 상에 제공된 반사방지 필름을 포함하는 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 전도성 라인에 대향하는 측 상의 반사방지 필름상에 제공된 절연층을 더 포함하는 장치.
청구항 2에 있어서,

상기 절연층이 SiO2를 포함하는, 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 반사방지 필름이 내화성(refractory) 금속 또는 내화성 금속 합금인, 장치.
청구항 4에 있어서,

상기 내화성 금속이 탄탈과 티타늄 중의 하나인, 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 전도성 라인들이 반사성 금속을 포함하는, 장치.
청구항 6에 있어서,

상기 반사성 금속이 알루미늄을 포함하는, 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 픽셀 회로가 CMOS 픽셀 회로인, 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 전도성 라인에는 적어도 2개의 대향 측 상에 반사방지 필름이 구비되는, 장치.
청구항 9에 있어서,

상기 전도성 라인에는 2개의 대향 측과, 상부 및 바닥 중 적어도 하나에 반사방지 필름이 구비되는, 장치.
청구항 9에 있어서,

상기 전도성 라인의 2개의 대향 측에만 반사방지 필름이 구비되는, 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 반사방지 필름이 서브미크론(sub-micron) 두께를 갖는, 장치.
청구항 12에 있어서,

상기 두께가 약 20nm 이하인, 장치.
청구항 12에 있어서,

상기 두께가 약 10nm 이하인, 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 반사방지 필름이 상기 전도성 라인 부분의 전체 반사율을 감소시키는, 장치.
청구항 15에 있어서,

상기 반사방지 필름이 전체 반사율을 약 0.5 아래의 값으로 감소시키는, 장치.
청구항 15에 있어서,

상기 반사방지 필름이 전체 반사율을 약 0.4 아래의 값으로 감소시키는, 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 전도성 라인은 알루미늄을 포함하는, 장치.
청구항 1에 있어서,

각 픽셀 회로가 적어도 M1, M2, 및 M3 금속화 층을 포함하고, 상기 전도성 라인들은 상기 M1, M2, 및 M3 금속화 층 중에서 적어도 하나의 선택된 층에 배치되는, 장치.
기판, 및

상기 기판상에 로우(row) 및 칼럼(column)으로 배열된 이미저 픽셀 어레이를 포함하는 CMOS 이미저로서, 각 이미저 픽셀은,

입사광을 받도록 배열되고 구성된 포토센서를 포함하는 회로 소자;

상기 회로 소자들을 전기적으로 접속시키는 전도성 라인; 및

상기 전도성 라인들의 적어도 일부 상에 제공된 반사방지 필름을 포함하는, CMOS 이미저.
청구항 20에 있어서,

상기 전도성 라인들에 대향하는 측 상의 반사방지 필름상에 제공된 절연층을 더 포함하는 CMOS 이미저.
청구항 21에 있어서,

상기 절연층이 SiO2를 포함하는, CMOS 이미저.
청구항 20에 있어서,

상기 반사방지 필름이 내화성 금속 또는 내화성 금속 합금인, CMOS 이미저.
청구항 23에 있어서,

상기 내화성 금속이 탄탈과 티타늄 중의 하나인, CMOS 이미저.
청구항 20에 있어서,

상기 전도성 라인들이 반사성 금속을 포함하는, CMOS 이미저.
청구항 25에 있어서,

상기 반사성 금속이 알루미늄을 포함하는, CMOS 이미저.
청구항 20에 있어서,

상기 전도성 라인들에는 적어도 2개의 대향 측 상에 반사방지 필름이 구비되는, CMOS 이미저.
청구항 27에 있어서,

상기 전도성 라인들의 2개의 대향 측에만 반사방지 필름이 구비되는, CMOS 이미저.
청구항 20에 있어서,

상기 반사방지 필름이 서브미크론 두께를 갖는, CMOS 이미저.
청구항 29에 있어서,

상기 두께가 약 10nm 이하인, CMOS 이미저.
청구항 20에 있어서,

상기 반사방지 필름이 상기 전도성 라인 부분의 전체 반사율을 약 0.50 이하의 값으로 감소시키는, CMOS 이미저.
프로세서, 및

상기 프로세서에 전기적으로 연결된 촬상 장치를 포함하는 이미저 시스템으로서, 상기 촬상 장치는 CMOS 픽셀 어레이를 포함하고, 상기 어레이의 적어도 하나의 픽셀은,

입사광을 받도록 배열되고 구성된 포토센서를 포함하는 회로 소자;

상기 회로 소자들을 전기적으로 접속시키는 전도성 라인; 및

상기 전도성 라인들의 적어도 일부 상에 제공된 반사방지 필름을 포함하는, 이미저 시스템.
청구항 32에 있어서,

상기 전도성 라인들에 대향하는 측 상의 반사방지 필름상에 제공된 절연층을 더 포함하는 이미저 시스템.
청구항 33에 있어서,

상기 절연층이 SiO2를 포함하는, 이미저 시스템.
청구항 32에 있어서,

상기 반사방지 필름이 내화성 금속 또는 내화성 금속 합금인, 이미저 시스템.
청구항 35에 있어서,

상기 내화성 금속이 탄탈과 티타늄 중의 하나인, 이미저 시스템.
청구항 32에 있어서,

상기 전도성 라인들이 반사성 금속을 포함하는, 이미저 시스템.
청구항 37에 있어서,

상기 반사성 금속이 알루미늄을 포함하는, 이미저 시스템.
청구항 32에 있어서,

상기 전도성 라인들에는 적어도 2개의 대향 측 상에 반사방지 필름이 구비되는, 이미저 시스템.
청구항 39에 있어서,

상기 전도성 라인들의 2개의 대향 측에만 반사방지 필름이 구비되는, 이미저 시스템.
청구항 32에 있어서,

상기 반사방지 필름이 서브미크론 두께를 갖는, 이미저 시스템.
청구항 41에 있어서,

상기 두께가 약 10nm 이하인, 이미저 시스템.
청구항 32에 있어서,

상기 반사방지 필름이 상기 전도성 라인 부분의 전체 반사율을 약 0.50 이하의 값으로 감소시키는, 이미저 시스템.
촬상 장치에서의 크로스토크를 감소시키는 방법으로서,

전기 전도성 금속 라인의 적어도 측면들을 반사방지 필름으로 코팅하는 단계, 및

상기 반사방지 필름 위에 절연층을 증착하는 단계를 포함하는 방법.
청구항 44에 있어서,

상기 전도성 금속 라인의 상부 또는 바닥 중 적어도 하나를 상기 반사방지 필름으로 코팅하는 단계를 더 포함하는 방법.
청구항 45에 있어서,

상기 전도성 금속 라인의 모든 측면을 상기 반사방지 필름으로 코팅하는 단계를 더 포함하는 방법.
청구항 46에 있어서,

상기 코팅 단계가, 알루미늄 도체의 대향 측면들을 탄탈로 피복하는 단계를 포함하는, 방법.
청구항 47에 있어서,

상기 코팅 단계가, 탄탈을 약 10nm 이하의 두께로 증착하는 단계를 포함하 는, 방법.
전기 절연 재료층, 전도성 금속층, 및 상기 전기 절연층과 상기 전도성 금속층 사이의 반사방지 층을 포함하고, 상기 반사방지 층을 포함한 결과 더 낮은 반사율과 더 높은 흡광도(absorbance)를 갖는 전도성 라인 구조체.
청구항 49에 있어서,

상기 반사방지 층이 내화성 금속 또는 내화성 금속 합금을 포함하는, 전도성 라인 구조체.
청구항 50에 있어서,

상기 반사방지 층이 탄탈과 티타늄 중의 하나를 포함하는, 전도성 라인 구조체.
청구항 49에 있어서,

추가적인 금속층이 약 10nm 이하의 두께로 증착된 탄탈인, 전도성 라인 구조체.