KR20080060969A - 이미지 센서 및 이미지 센서의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이미지 센서 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 이들 중 이미지 센서는 반도체 기판의 화소 영역에 형성되고 입사된 광에 의하여 전기적 신호를 발생시키며, 제 1포토 다이오드 화소, 제 2포토 다이오드 화소 및 제 3포토 다이오드 화소를 포함하는 포토 다이오드 화소, 제 1 내지 제 3포토 다이오드 화소들의 경계에 대응하여 트렌치가 형성된 절연막 구조물, 트렌치를 채워 광이 트렌치를 통과하는 것을 방지하는 광 누설 방지부, 절연막 구조물 상에 제 1 내지 제 3포토 다이오드 화소들에 대응하여 배치되는 컬러필터들 및 각각의 컬러필터들과 대응하여 컬러필터 상부에 배치되는 마이크로 렌즈들을 포함한다.
이미지 센서, 마이크로 렌즈, 갭, 절연막 구조물, 광 누설 방지부
Description
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 이미지 센서의 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 포토 다이오드 화소의 평면도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 1에 도시된 포토 다이오드 화소 상에 절연막 구조물을 형성하는 것을 도시한 단면도이다.
도 4는 절연막 구조물 상에 산화막을 형성한 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 절연막 구조물 상에 컬러필터 구조물을 형성한 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 컬러필터 상에 평탄화층을 형성한 단면도이다.
본 발명은 이미지 센서 및 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 마이크로 렌즈를 통과하지 않은 광이 포토 다이오드로 입사되는 것을 방지하여 이미지의 질을 향상시킨 이미지 센서 및 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지 센서는 광학적 영상을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로 정의된다. 종래 이미지 센서는 전하 결합 소자(CCD), 씨모스 이미지 센서(CMOS image Sensor) 등이 대표적이다.
일반적인 이미지 센서의 제조 방법은 반도체 기판상에 트랜지스터들 및 트랜지스터들에 전기적으로 연결되는 포토 다이오드를 형성하고, 트랜지스터 및 포토 다이오드 상에 절연막 구조물 및 배선을 형성한 후 절연막 구조물 상에 레드, 그린 및 블루로 이루어진 컬러필터를 형성한다. 여기서, 절연막 구조물의 상부면에 형성된 레드, 그린 및 블루 컬러필터의 두께가 서로 다를 경우 컬러필터의 상부면에 감광성 물질을 도포하여 평탄화층을 형성하고, 평탄화층의 상부면에 포토 레지스트 필름을 도포하고 리플로우 공정을 진행하여 각각의 컬러필터들과 대응되는 부분에 포토 다이오드로 집광된 광을 제공하는 마이크로 렌즈를 형성한다.
그러나, 종래의 방법으로 이미지 센서를 제조할 경우에 마이크로 렌즈들 사이에 갭이 발생되는데, 마이크로 렌즈에서 포커싱된 광이 포토 다이오드 쪽으로 전달되는 동안 갭과 대응되는 부분으로 포커싱된 광이 누설되면서 인접한 포토 다이오드로도 입사된다. 이로 인해 광학적 크로스 토크(optical cross-talk) 현상이 발생되고 색이 혼합(color mixing )되어 색의 순수도가 저하되며, 결과적으로는 포도 다이오드의 이미지 질을 저하시키는 문제점이 있다.
이러한 문제점은 마이크로 렌즈들 사이의 갭 사이즈를 줄이거나, 갭이 발생되지 않도록 마이크로 렌즈를 제조하면 해결되지만, 종래에는 갭이 발생되지 않도록 마이크로 렌즈를 제조하는 공정이 매우 복잡하고 어려워 이웃하는 마이크로 렌 즈들이 서로 붙는 공정 불량이 빈번히 발생되는 새로운 문제점이 유발된다.
본 발명은 이와 같은 종래 문제점을 감안한 것으로서, 본 발명의 목적은 마이크로 렌즈에서 포커싱된 광이 갭으로 누설되는 것을 방지하여 포토 다이오드의 이미지 질을 향상시킨 이미지 센서 및 이미지 센서의 제조 방법을 제공함에 있다.
이와 같은 본 발명의 목적을 구현하기 위한 이미지 센서는 반도체 기판의 화소 영역에 형성되고 입사된 광에 의하여 전기적 신호를 발생시키며, 제 1포토 다이오드 화소, 제 2포토 다이오드 화소 및 제 3포토 다이오드 화소를 포함하는 포토 다이오드 화소, 상기 제 1 내지 제 3포토 다이오드 화소들의 경계에 대응하여 트렌치가 형성된 절연막 구조물, 상기 트렌치를 채워 광이 상기 트렌치를 통과하는 것을 방지하는 광 누설 방지부, 상기 절연막 구조물 상에 상기 제 1 내지 제 3포토 다이오드 화소들에 대응하여 배치되는 컬러필터들 및 상기 각각의 컬러필터들과 대응하여 상기 컬러필터 상부에 배치되는 마이크로 렌즈들을 포함한다.
또한, 본 발명의 목적을 구현하기 위한 이미지 센서의 제조 방법은 반도체 기판의 화소 영역에 제 1포토 다이오드 화소, 제 2포토 다이오드 화소 및 제3 포토 다이오드 화소를 포함하는 포도 다이오드 화소를 형성하는 단계, 상기 제 1 내지 제 3포토 다이오드 화소의 상부면에 상기 제 1 내지 제 3포토 다이오드를 덮는 절연막을 형성하고, 상기 절연막의 상부면에 포토레지스트 필름을 도포하고 패터닝하여 상기 제 1 내지 제 3포토 다이오드 화소들의 경계에 트렌치를 형성하여 절연막 구조물을 형성하는 단계, 상기 절연막 구조물 상부면에 갭 필 물질을 증착하여 상기 트렌치 내에 광 누설 방지부를 형성하는 단계, 상기 절연막 구조물 상에 상기 제 1 내지 제 3포토 다이오드 화소들에 대응하여 컬러필터들을 형성하는 단계 및 상기 컬러필터의 상부에 상기 각각의 컬러필터들과 대응하여 마이크로 렌즈들을 형성하는 단계를 포함한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서 및이미지 센서의 제조 방법에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다.
이미지 센서
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 이미지 센서의 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 포토 다이오드 화소의 평면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 이미지 센서(300)는 포토 다이오드 화소(100), 절연막 구조물(150), 광 누설 방지부(160), 컬러필터(200), 평탄화층(210) 및 마이크로 렌즈(250)를 포함한다.
포토 다이오드 화소(100)는 반도체 기판(10)의 화소 영역에 형성되고, 입사된 광에 의하여 전기적 신호를 발생시키는 것으로, 제 1포토 다이오드 화소(102), 제 2포토 다이오드 화소(104) 및 제 3포토 다이오드 화소(106)를 포함한다.
도 2를 참조하면, 제 1 내지 제 3포토 다이오드 화소(102,104,106)는 광의 광량을 감지하는 포토 다이오드(PD), 트랜스퍼 트랜지스터(Tx), 리셋 트랜지스터(Rx), 셀렉트 트랜지스터(Sx) 및 억세스 트랜지스터(Ax)를 포함한다.
포토 다이오드(PD)에는 트랜스퍼 트랜지스터(Tx) 및 리셋 트랜지스터(Rx)가 직렬로 접속된다. 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 소오스는 포토 다이오드(PD)와 접속하고, 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 드레인은 리셋 트랜지스터(Sx)의 소오스와 접속한다. 리셋 트랜지스터(Sx)의 드레인에는 전원 전압(Vdd)이 인가된다.
트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 드레인은 부유 확산층(FD, floating diffusion) 역할을 한다. 부유 확산층(FD)은 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 게이트에 접속된다. 셀렉트 트랜지스터(Sx) 및 억세스 트랜지스터(Ax)는 직렬로 접속된다. 즉, 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 소오스와 억세스 트랜지스터(Ax)의 드레인은 서로 접속한다. 억세스 트랜지스터(Ax)의 드레인 및 리셋 트랜지스터(Rx)의 소오스에는 전원 전압(Vdd)이 인가된다. 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 드레인은 출력단에 해당하고, 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 게이트에는 선택 신호가 인가된다.
다시 도 1을 참조하면, 절연막 구조물(150)은 제 1 내지 제 3포토 다이오드 화소(102, 104, 106)를 포함한 반도체 기판(10)의 상부를 덮어 다층으로 이루어진 배선(도시 안됨)을 절연하는 절연막(152) 및 절연막(152)의 상부면 중 제 1 내지 제 3포토 다이오드 화소(102, 104, 106)의 경계 부분과 대응되는 부분에 소정 깊이로 형성된 트렌치(154)를 포함한다.
바람직하게, 절연막(152)은 광 굴절률이 1.9n 정도인 SiN 물질로 형성된다. 트렌치(154)의 깊이는 절연막(152)의 두께보다 낮게 형성되고, 트렌치(154)의 폭은 마이크로 렌즈(250)들 사이에 발생되는 갭의 사이즈(a)와 동일하거나 약간 넓게 형성된다. 트렌치(154)의 폭은 200㎚ 내지 400nm이고, 바람직하게 트렌치(154)의 폭은 300nm이다. 트렌치(154)의 깊이는 100nm 내지 300nm 이고, 바람직하게 트렌치(154)의 깊이는 200㎚이다.
광 누설 방지부(160)는 마이크로 렌즈(250)에서 포커싱된 광이 포토 다이오드(PD)로 전달되는 동안 마이크로 렌즈들 사이에 발생된 갭과 대응되는 부분으로 누설되는 것을 방지하는 것으로, 광 누설 방지부(160)는 트렌치의 내부에 형성된다.
상술한 바와 같이 광 누설 방지부(160)은 트렌치(154)의 내부에만 형성될 수도 있고, 바람직하게는 도 2에 도시된 바와 같이 트렌지(154)의 내부에서 연장되어 절연막 구조물(150)의 상부면 전체에 일정 두께로 덮도록 형성되어 절연막 구조물(150)의 상부를 평탄화시킬 수도 있다.
절연막 구조물(150)의 상부면을 덮는 광 누설 방지부(160)의 두께, 즉, 광 누설 방지부(160)의 상부면으로부터 절연막 구조물(150)의 상부면과 접하는 광 누설 방지부(160)의 하부면까지의 두께는 10㎚∼20㎚이다.
바람직하게, 광 누설 방지부(160)는 절연막 구조물(150)을 형성하는 SiN의 광 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 산화 물질, 예를 들어 TEOS 산화 물질로 형성된다. TEOS 산화 물질의 광 굴절률은 1.5n이다.
컬러필터는 광 누설 방지부(160) 상부면에 형성되어 특정 색만을 통과시키고 나머지 색들은 차단한다. 이러한 기능을 갖는 컬러필터는 광 누설 방지부(160)의 상부면 중 제 1포토 다이오드 화소(102)와 대응하여 형성되고 블루 가시광선만 통과시키는 블루 컬러필터(202), 광 누설 방지부(160)의 상부면 중 제 2포토 다이오드 화소(104)와 대응하여 형성되고 녹색 가시광선만 통과시키는 그린 컬러필터(204) 및 광 누설 방지부(160)의 상부면 중 제 3포토 다이오드 화소(106)와 대응하여 형성되고 레드 가시광선만 통과시키는 레드 컬러필터(206)를 포함한다.
컬러필터(200)를 이루는 블루, 그린 및 적색 컬러필터(202, 204, 206)의 두께는 도 1에 도시된 바와 같이 서로 다르게 형성될 수 있다. 또는 블루, 그린 및 적색 컬러필터(202, 204, 206)의 두께를 서로 동일하게 형성할 수 있다.
평탄화막(210)은 컬러필터(200) 상에 배치되는데, 일반적으로, 블루, 그린 및 레드 컬러필터(202, 204, 206)의 두께가 서로 다를 때 형성하여, 블루, 그린 및 레드 컬러필터(202, 204, 206)의 단차를 완화시키거나 단차를 완전히 없앤다.
마이크로 렌즈(250)는 광을 각각의 포토 다이오드 화소(100)로 정확히 포커싱하여 전달하는 것으로, 평탄화층(210)의 상부면 중 블루, 그린 및 레드 컬러필터(202, 204, 206)와 대응하여 반구 형상으로 형성된다. 마이크로 렌즈(250)들 사이에는 마이크로 렌즈(250) 형성 공정 중 발생된 갭(252)이 존재하며, 갭(252)의 사이즈는 최소 200㎚∼300㎚이다.
마이크로 렌즈(250)는 각각 포토 다이오드(PD)로 광을 정확히 포커싱하여 전달하지만, 포커싱된 광이 각각의 컬러필터(200)를 통과한 후 절연막 구조물(150)을 통해 포토 다이오드(PD)로 전달되는 동안 포커싱된 광의 일부가 갭(252)과 대응되 는 부분으로 누출되어 다른 컬러필터를 통과한 광과 혼합되면서 색 혼합 및 인접한 포토 다이오드(PD) 간에 광학적 크로스 토크를 발생시켜 포토 다이오드(PD)의 이미지 질을 저하시킨다.
그러나, 본 발명에서와 같이 절연막 구조물(150) 중 갭과 대응되는 트렌치(154)를 형성하고, 트렌치(154) 내에 절연막 구조물(150)의 광 굴절률보다 굴절률이 낮은 물질을 채워 광 누설 방지부(160)를 형성하면, 컬러필터(200)를 통과한 후 절연막 구조물(150)에 도달한 광이 광 누설 방지부(160)에 의해 모두 전반사되어 각각의 포토 다이오드(PD)로 정확히 입사된다.
이를 좀더 상세히 설명하면, 마이크로 렌즈(250)에서 포토 다이오드(PD)로 정확히 포커싱된 광이 각각의 컬러필터(200)를 통과한 후 절연막 구조물(150)에 도달하면, 컬러필터(200)에서 필터링된 광의 대부분은 각각의 포도 다이오드(PD)로 정확히 입사되지만 일부는 광 누설 방지부(160) 쪽으로 진행하게 된다. 그러나, 광의 특성상 광의 굴절률이 높은 물질에서 광의 굴절률이 낮는 물질로 광이 입사되지 못하기 때문에 광 누설 방지부(160) 쪽으로 진행하는 광은 절연막 구조물(150)보다 굴절률이 낮은 광 누설 방지부(160)를 통과하지 못하고, 광 누설 방지부(160)에 부딪치면서 전반사되어 각각의 포토 다이오드(PD)로 정확히 입사된다.
따라서, 색의 혼합이나, 인접한 포토 다이오드(PD)들 간에 광학적 크로스 토크가 발생되지 않으므로 포토 다이오드(PD)의 이미지 질이 향상되고, 결과적으로는 이미지 센서(200)의 표시 품위가 향상될 수 있다.
이미지 센서의 제조 방법
도 1 내지 도 6들은 본 발명의 일실시예에 의한 이미지 센서의 제조 방법을 도시한 평면도 및 단면도들이다.
도 3a 및 도 3b는 도 1에 도시된 포토 다이오드 화소 상에 절연막 구조물을 형성하는 것을 도시한 단면도이다.
도 3a를 참조하면, 이미지 센서(300)를 제조하기 위해서, 먼저, 반도체 기판(10)상에는 제1 내지 제3 포토 다이오드 화소(102, 104, 106)들을 포함한 포토 다이오드 화소(100)를 형성한다. 본 발명에서, 포토 다이오드 화소(100)는 비록 3 개의 제1 내지 제3 포토 다이오드 화소(102, 104, 106)들을 포함하지만, 반도체 기판(10) 상에는 해상도에 대응하여 다수개의 포토 다이오드 화소(100)들이 배치될 수 있다.
도 2를 참조하면, 제1 내지 제3 포토 다이오드 화소(102, 104, 106)는 광의 광량을 감지하는 포토 다이오드(PD), 트랜스퍼 트랜지스터(Tx), 리셋 트랜지스터(Rx), 셀렉트 트랜지스터(Sx) 및 억세스 트랜지스터(Ax)를 포함한다.
포토 다이오드(PD)에는 트랜스퍼 트랜지스터(Tx) 및 리셋 트랜지스터(Rx)가 직렬로 접속된다. 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 소오스는 포토 다이오드(PD)와 접속되고, 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 드레인은 리셋 트랜지스터(Rx)의 소오스와 접속된다. 리셋 트랜지스터(Rx)의 드레인에는 전원 전압(Vdd)이 인가된다.
트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 드레인은 부유 확산층(FD, floating diffusion) 역할을 한다. 부유 확산층(FD)은 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 게이트에 접속된다. 셀 렉트 트랜지스터(Sx) 및 억세스 트랜지스터(Ax)는 직렬로 접속된다. 즉, 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 소오스와 억세스 트랜지스터(Ax)의 드레인이 서로 접속된다. 억세스 트랜지스터(Ax)의 드레인 및 리셋 트랜지스터(Rx)의 소오스에는 전원 전압(Vdd)이 인가된다. 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 드레인은 출력단(Out)에 해당하고, 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 게이트에는 선택 신호(Row)가 인가된다.
상술한 구조의 이미지 센서(300)의 포토 다이오드 화소(100)의 동작을 간략히 설명한다. 먼저, 리셋 트랜지스터(Rx)를 턴 온(turn on)시켜 부유 확산층(FD)의 전위를 상기 전원 전압(Vdd)과 동일하게 한 후에, 리셋 트랜지스터(Rx)를 턴 오프(turn off)시킨다. 이러한 동작을 리셋 동작이라 정의한다.
외부의 광이 포토 다이오드(PD)에 입사되면, 포토 다이오드(PD)내에 전자-홀 쌍(EHP; electron-hole pair)들이 생성되어 신호 전하들이 포토 다이오드(PD)내에 축적된다. 이어서, 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)가 턴 온됨에 따라 포토 다이오드(PD)내 축적된 신호 전하들은 부유 확산층(FD)으로 출력되어 부유 확산층(FD)에 저장된다.
이에 따라, 부유 확산층(FD)의 전위는 포토 다이오드(PD)에서 출력된 전하의 전하량에 비례하여 변화되고, 이로 인해 억세스 트랜지스터(Ax)의 게이트의 전위가 변한다. 이때, 선택 신호(Row)에 의해 셀렉트 트랜지스터(Sx)가 턴 온되면, 데이타가 출력단으로 출력된다.
데이타가 출력된 후에, 포토 다이오드 화소(100)는 다시 리셋 동작을 수행한다. 포토 다이오드 화소(100)는 이러한 과정들을 반복하여 광을 전기적 신호로 변 환시켜 출력한다.
반도체 기판(10) 상에 포토 다이오드 화소(100)들이 형성되면, 반도체 기판(10) 상에 제 1 내지 제 3포토 다이오드 화소(102, 104, 106)를 덮는 절연막(152)을 형성한다. 절연막(152)은 광 굴절률이 1.9n 정도인 SiN 물질로 형성된다.
이후, 도 3b에 도시된 바와 같이, 절연막(152)의 상부면에 포토레지스트 필름을 형성하고, 포토리소그래피 공정을 진행하여 포토레지스트 필름을 패터닝하여, 제 1 내지 제 3포토 다이오드 화소(102, 104, 106)들의 경계와 대응되는 부분이 제거된 포토레지스트 패턴(170)을 형성한다.
이어, 포토레지스트 패턴(170)을 식각 마스크로 이용하여 절연막(152)을 식각하면, 제 1 내지 제 3포토 다이오드 화소(102, 104, 106)들의 경계와 대응되는 부분에 트렌치(154)가 패터닝된 절연막 구조물(150)이 형성된다.
트렌치(154)의 깊이는 절연막(152)의 두께보다 낮게 형성되고, 트렌치(154)의 폭은 마이크로 렌즈(250)들 사이에 발생되는 갭(252)의 사이즈(a)와 동일하거나 약간 넓게 형성된다. 바람직한, 트렌치(154)의 폭은 100nm 내지 400nm 이고, 바람직하게는 300㎚이다. 트렌치(154)의 깊이는 100nm 내지 300nm이고 바람직하게는 200㎚이다.
트렌치(154)를 형성하기 위한 절연막(152)의 식각 방법으로는 반응성 이온 식각 방법이 사용된다.
도 4는 절연막 구조물 상에 광 누설 방지부를 형성한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 제 1 내지 제 3포토 다이오드 화소(102, 104, 106)들의 경계와 대응하여 트렌치(154)가 형성된 절연막 구조물(150)이 패터닝되면, 절연막 구조물(150)의 상부에 산화물질을 증착하여 트렌치(154)를 채움으로써 광 누설 방지부(160)을 형성한다.
산화 물질로 트렌치(154)의 내부를 완전히 채우면, 광이 트렌치(154)를 통과하는 것을 방지하는 광 누설 방지부(160)가 형성되지만, 절연막 구조물(150) 상에는 심한 단차가 발생되어 후속 공정을 진행하기 위해서 절연막 구조물(150) 상에 평탄화층을 형성하는 공정이 추가될 수 있다.
이를 방지하기 위해서, 본 발명은 절연막 구조물(150) 상에 산화물질을 증착하여 트렌치(154)를 완전히 채운 후에도 절연막 구조물(150)의 상부면에 산화물질이 10㎚∼20㎚ 정도 더 증착될 때까지 증착 공정을 계속 진행한다. 산화 물질은 절연막 구조물(150)을 형성하는 SiN의 광 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 물질, 예를 들어 TEOS 산화 물질로 형성된다. TEOS 산화 물질의 광 굴절률은 1.5n이다.
도 5는 도 4에 도시된 절연막 구조물 상에 컬러필터 구조물을 형성한 단면도이다.
도 5를 참조하면, 절연막 구조물(150) 상에 산화막(160)이 형성된 후, 산화막(160)의 상부면에 컬러필터(200)를 형성하는데, 제 1 내지 제 3포토 다이오드 화소(102, 104, 106)들에 대응하여 형성한다. 본 실시예에서, 컬러필터(200)는 블루 컬러필터(202), 그린 컬러필터(204) 및 레드 컬러필터(206)로 이루어진다.
블루, 그린 및 레드 컬러필터(202, 204, 206)는 각 컬러필터 색과 대응되는 안료 및/또는 염료를 포함하는 감광물질을 산화막(160) 상에 도포하고, 이들을 사진-식각 방식으로 패터닝 하여 형성할 수 있다.
본 실시예에서, 산화막(160)의 표면으로부터 측정된 블루, 그린 및 레드 컬러필터(202, 204, 206)들은 두께는 도 5에 도시된 바와 같이 서로 다를 수 있다. 이와 다르게, 산화막(160)의 표면으로부터 측정된 블루, 그린 및 레드 컬러필터(202, 204, 206)들의 두께는 모두 동일할 수 있다.
도 6은 도 5에 도시된 컬러필터 상에 평탄화층을 형성한 단면도이다.
도 6을 참조하면, 컬러필터(200)를 형성한 후, 컬러필터(200) 상에 컬러필터(200)를 완전히 덮는 평탄화층(210)을 형성한다. 평탄화층(210)은 블루, 그린 및 레드 컬러필터(202, 204, 206)의 두께가 서로 다를 때 형성하는 것으로, 블루, 그린 및 레드 컬러필터(202, 204, 206)의 단차를 완화시키거나 단차를 완전히 없앤다.
다시 도 1을 참조하면, 평탄화층(210)이 형성된 후 평탄화층(210)의 상부면에 포토레지스트 필름을 형성하고, 포토리소그래피 공정을 진행하여 포토레지스트 필름을 패터닝한다. 이후, 토레지스트 필름이 녹는 온도에서 패터닝된 포토레지스트 필름을 열처리하는 리플로우 공정을 진행하면, 블루, 그린 및 레드 컬러필터(202, 204, 206)와 대응하여 반구 형상을 갖는 마이크로 렌즈(250)가 형성된다.
여기서, 마이크로 렌즈(250)가 형성될 때 마이크로 렌즈(250)들 사이에 최소 200㎚∼300㎚ 사이즈의 원하지 않는 갭(252)이 발생된다.
마이크로 렌즈(250)들 사이에 발생된 갭(252)으로 색 혼합 및 인접한 포토 다이오드(PD) 간에 광학적 크로스 토크를 발생시키지만, 본 발명에서와 같이 절연막 구조물(150) 중 갭과 대응되는 부분에 광 누설 방지부(160)를 형성하면, 컬러필터(200)를 통과한 후 절연막 구조물(150)에 도달한 광이 광 누설 방지부(160)에 의해 모두 전반사되어 각각의 포토 다이오드(PD)로 정확히 입사되기 때문에 색이 혼합 및 광학적 크로스 토크가 방지된다.
이상에서 상세하게 설명한 바와 같이 절연막 구조물 중 각각의 포토 다이오드 화소들의 경계부분에 광 누설 방지부를 형성하면, 포커싱된 광이 광 누설 방지부를 통과하지 못하고 광 누설 방지부에 의해 전반사되어 각각의 포토 다이오드로 입사되기 때문에 포토 다이오드의 이미지 질 및 이미지 센서의 표시 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (10)
- 반도체 기판의 화소 영역에 형성되고 입사된 광에 의하여 전기적 신호를 발생시키며, 제 1포토 다이오드 화소, 제 2포토 다이오드 화소 및 제 3포토 다이오드 화소를 포함하는 포토 다이오드 화소;상기 제 1 내지 제 3포토 다이오드 화소들의 경계에 대응하여 트렌치가 형성된 절연막 구조물;상기 트렌치를 채워 광이 상기 트렌치를 통과하는 것을 방지하는 광 누설 방지부;상기 절연막 구조물 상에 상기 제 1 내지 제 3포토 다이오드 화소들에 대응하여 배치되는 컬러필터들; 및상기 각각의 컬러필터들과 대응하여 상기 컬러필터 상부에 배치되는 마이크로 렌즈들을 포함하는 이미지 센서.
- 제 1항에 있어서, 상기 절연막 구조물은 SiN으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서, 상기 광 누설 방지부는 상기 절연막 구조물의 광 굴절률보다 광 굴절률이 낮은 산화물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 3 항에 있어서, 상기 산화 물질은 TEOS인 것을 특징으로하는 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서, 상기 광 누설 방지부는 상기 트렌치를 채우고 상기 절연막 구조물의 상부면 전체에 10㎚∼20㎚ 두께로 돌출된 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 반도체 기판의 화소 영역에 제 1포토 다이오드 화소, 제 2포토 다이오드 화소 및 제3 포토 다이오드 화소를 포함하는 포도 다이오드 화소를 형성하는 단계;상기 제 1 내지 제 3포토 다이오드 화소의 상부면에 상기 제 1 내지 제 3포토 다이오드를 덮는 절연막을 형성하고, 상기 절연막의 상부면에 포토레지스트 필름을 도포하고 패터닝하여 상기 제 1 내지 제 3포토 다이오드 화소들의 경계에 트렌치를 형성하여 절연막 구조물을 형성하는 단계;상기 절연막 구조물 상부면에 갭 필 물질을 증착하여 상기 트렌치 내에 광 누설 방지부를 형성하는 단계;상기 절연막 구조물 상에 상기 제 1 내지 제 3포토 다이오드 화소들에 대응하여 컬러필터들을 형성하는 단계; 및상기 컬러필터의 상부에 상기 각각의 컬러필터들과 대응하여 마이크로 렌즈들을 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 6항에 있어서, 상기 절연막은 SiN 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 누설 방지부는 상기 트렌치를 채운 후 상기 절연막 구조물의 상부면 전면적에 걸쳐 10㎚∼20㎚ 두께로 돌출되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 광 누설 방지부는 상기 절연막 구조물의 광 굴절률보다 광 굴절률이 낮은 산화물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 9 항에 있어서, 상기 산화 물질은 TEOS인 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
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