KR20090056431A - 이미지센서 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
실시예는 이미지센서 및 그 제조방법에 관한 것이다. 실시예에 따른 이미지 센서는, 수광소자를 포함하는 반도체 기판, 상기 반도체 기판 상에 형성되고, 측벽에 가이드 패턴이 형성된 트렌치를 포함하는 금속 배선층 및 상기 트렌치 내에 매립된 컬러필터를 포함한다. 실시예에 따른 이미지 센서 및 그 제조 방법은 트렌치에 컬러 필터를 적용하여 불필요한 광 패스(path)를 줄여 이미지 센서의 성능을 향상시킬 수 있다.
이미지 센서, 컬러 필터, 가이드 패턴, 트렌치
Description
실시예는 이미지센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
이미지 센서(Image sensor)는 광학적 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로써, 크게 전하결합소자(charge coupled device: CCD)와 씨모스(CMOS; Complementary Metal Oxide Silicon) 이미지 센서(Image Sensor)(CIS)로 구분된다.
씨모스 이미지 센서는 이미징(IMAGING) 기술로 빛을 디지털화 하는 장치이다. 씨모스 이미지 센서는 단위 화소 내에 포토 다이오드와 모스 트랜지스터를 형성시킴으로써 스위칭 방식으로 각 단위 화소의 전기적 신호를 순차적으로 검출하여 영상을 구현한다.
씨모스 이미지 센서의 구조를 간단히 살펴보면 수광부, 필터부, 센서부, 회로부로 나뉘어 있다. 이미징 기술에서 중요한 것은 들어온 빛을 필터링하여 빛의 손실 없이 이미지를 디지털화하는 것이다.
그러나 씨모스 이미지 센서는 배선 공정을 위하여 많은 레이어(layer)들을 적층하는 구조를 채택하고 있으며, 이 적층 구조의 레이어들로 들어온 빛은 회절에 의해 소멸되거나 인접 화소에 영향을 주는 문제점이 있다.
실시예는 이미지 센서의 광특성을 향상시켜, 광감도를 향상시킬 수 있는 이미지 센서 및 그 제조 방법을 제공한다.
실시예는 이미지 센서로 들어온 빛을 손실없이 사용하며 인접 화소와의 간섭을 배제할 수 있는 이미지 센서 및 그 제조 방법을 제공한다.
실시예에 따른 이미지 센서는, 수광소자를 포함하는 반도체 기판, 상기 반도체 기판 상에 형성되고, 측벽에 가이드 패턴이 형성된 트렌치를 포함하는 금속 배선층 및 상기 트렌치 내에 매립된 컬러필터를 포함한다.
실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법은, 수광소자를 포함하는 반도체 기판 상에 금속배선층을 형성하는 단계, 상기 금속배선층에 상기 수광소자와 대응하는 트렌치를 형성하는 단계, 상기 트렌치의 측벽에 가이드 패턴을 형성하는 단계 및 상기 트렌치 내에 컬러필터를 형성하는 단계를 포함한다.
실시예에 따른 이미지 센서 및 그 제조 방법은 트렌치에 컬러 필터를 적용하여 불필요한 광 패스(path)를 줄여 이미지 센서의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 빛이 금속배선을 향하여 입사될 때, 트렌치의 측벽에 형성된 가이드 패턴으로 인하여 금속배선층 내부로 입사되지 못하여 크로스 토크(cross talk)를 방지할 수 있으므로 이미지 센서의 노이즈의 발생을 방지하고 화질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이하, 실시예에 따른 이미지센서 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
실시예의 설명에 있어서, 각 층의 "상/아래(on/under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상/아래는 직접(directly)와 또는 다른 층을 개재하여(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.
실시예의 설명에 있어서 씨모스 이미지 센서(CIS)에 대한 구조의 도면을 이용하여 설명하나, 본 발명은 씨모스 이미지 센서에 한정되는 것이 아니며, CCD 이미지센서 등 모든 이미지센서에 적용이 가능하다.
도 1 내지 도 7은 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법의 공정단면도이다.
우선, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1기판(10)에 회로층(20) 및 금속배선층(30)을 형성시킨다.
상기 제1기판(10)에는 소자분리막(5) 및 수광소자(15)가 형성되어 있고, 상기 회로층(20)은 트랜지스터를 포함하는 회로가 형성되어 있으며, 상기 금속배선 층(30)은 상기 회로와 연결된 배선(35)을 포함하여 형성된다.
상기 수광소자(15)는 포토 다이오드(photo diode)가 될 수 있다.
그리고, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 금속배선층(30)에 트렌치(37)를 형성한다.
상기 트렌치(37)는 상기 금속배선층(30) 상에 포토레지스트 패턴을 형성한 후, 식각 공정을 진행하여 형성할 수 있다.
상기 트렌치(37)는 상기 금속배선층(30)의 상기 수광소자(15)와 대응되는 영역에 형성된다.
이어서, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 트렌치(37)를 포함하는 상기 금속배선층(30) 상에 가이드 막(40)을 형성한다.
상기 가이드 막(40)은 금속막으로 이루어질 수 있다.
상기 금속막은 Al, Cu, Ta, Ti, W, Au, Ag 및 Al계열 금속으로 이루어지는 금속 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 가이드막(40)은 입사되는 광을 전반사시켜 화소로 입사시킴으로써 빛의 손실을 최소화할 수 있다.
상기 가이드 막(40)은 Å의 두께로 형성될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 트렌치(37) 및 금속배선층(30)을 포함하는 상기 반도체 기판(10)에 플라즈마 전면식각(plasma blanket etch) 공정을 진행하여 상기 트렌치(37)의 측벽에 가이드 패턴(45)을 형성한다.
직진성이 강한 이방성 식각이 진행되는 상기 플라즈마 전면식각 공정으로 상기 트렌치(37)의 바닥면 및 상기 금속배선층(30)의 상부에 형성된 상기 가이드 막(40)은 모두 제거되고, 상기 트렌치(37)의 측벽에 가이드 패턴(45)이 형성된다.
이때, 상기 트렌치(37)의 바닥면에 형성된 상기 가이드 막(40)을 제거함으로써, 광투과성을 향상시킴으로써 수광소자에 입사되는 광량을 증가시킬 수 있다.
또한, 빛이 상기 금속배선(35)을 향하여 입사될 때, 상기 트렌치(37)의 측벽에 형성된 상기 가이드 패턴(45)으로 인하여 상기 금속배선층(30) 내부로 입사되지 못하여 크로스 토크(cross talk)를 방지할 수 있기 때문에, 이미지 센서의 노이즈의 발생을 방지할 수 있다.
이어서, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 트렌치(37) 중 적어도 하나에 매립되도록 상기 금속배선층(30) 상에 제 1 감광성 컬러필터(51)를 형성한다.
상기 제 1 감광성 컬러필터(51)는 제 1 감광성 컬러필터층을 패턴 마스크에 의하여 노광한 후 현상하여 형성될 수 있다.
도 6에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 감광성 컬러필터필터(51)가 매립되지 않은 트렌치(37) 중 적어도 하나에 제 2 감광성 컬러필터(52)를 형성한다.
상기 제 2 감광성 컬러필터(52)는 제 2 감광성 컬러필터층을 패턴 마스크에 의하여 노광한 후 현상하여 형성될 수 있다.
이후, 상기 트렌치 중 적어도 하나에 제 3 감광성 컬러필터(53)를 형성한다.
상기 제 3 감광성 컬러필터(53)는 제 3 감광성 컬러필터층을 패턴 마스크에 의하여 노광한 후 현상하여 형성될 수 있다.
상기 제 1 내지 제 3 감광성 컬러필터(51, 52, 53)은 적색, 녹색 및 청색 컬러 필터 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이와 같이, 상기 반도체 기판(10)에 형성된 트렌치(37)들 각각에 감광성 컬러필터 물질을 매립하여 각 화소와 대응하는 컬러필터 어레이를 형성할 수 있다.
상기 제 1 내지 제 3 감광성 컬러필터의 높이는 서로 다를 수 있으며, 적색, 녹색, 청색 순으로 높이가 작아질 수 있다. 이는 상기 제 1 내지 제 3 감광성 컬러필터는 컬러필터의 색에 따라 파장이 다르기 때문이다.
도 7에 도시한 바와 같이, 상기 트렌치(37) 내에 컬러필터 어레이가 형성된 반도체 기판(10) 상에 제 1 보호막(61) 및 제 2 보호막(62)을 형성한다.
이후, 단위 화소와 대응하여 상기 제 1 내지 제 3 감광성 컬러필터(51, 52, 53) 상부에 마이크로 렌즈(micro lens)(65)를 형성할 수 있다.
상기 금속배선층(30) 상에 패드(60)가 형성될 수 있다.
실시예와 같은 구조를 갖는 이미지 센서는 트렌치(37) 내벽을 따라 형성된 가이드 패턴(45)에 의해 빛의 굴절에 의한 손실을 최소화할 수 있다.
또한, 빛이 금속배선(35)을 향하여 입사될 때, 트렌치(37)의 측벽에 형성된 가이드 패턴(45)으로 인하여 금속배선층(30) 내부로 입사되지 못하여 크로스 토크(cross talk)를 방지할 수 있으므로 이미지 센서의 노이즈의 발생을 방지하고 화질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 실시예에 따른 이미지 센서는 트렌치(37) 내에 컬러필터 어레이를 형 성함으로써 별도의 컬러필터 어레이를 구성할 필요가 없어, 불필요한 광의 패스(path)를 줄여 빛의 손실을 방지할 수 있으며 낮은 광량에서도 좋은 광 효율을 가질 수 있다.
또한, 상기 컬러필터 어레이층을 생략할 수 있으므로 상기 이미지 센서의 두께를 얇게 형성할 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1 내지 도 7은 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법의 공정단면도이다.
Claims (10)
- 수광소자를 포함하는 반도체 기판;상기 반도체 기판 상에 형성되고, 측벽에 가이드 패턴이 형성된 트렌치를 포함하는 금속 배선층; 및상기 트렌치 내에 매립된 컬러필터를 포함하는 이미지 센서.
- 제 1항에 있어서,상기 트렌치 및 상기 컬러필터는 상기 수광소자에 대응하는 영역에 배치된 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 1항에 있어서,상기 컬러필터 상에 배치된 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 1항에 있어서,상기 가이드 패턴은 금속 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 1항에 있어서,상기 컬러필터는, 적색, 녹색 및 청색 컬러필터를 포함하며, 각 컬러필터의 높이가 다른 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 수광소자를 포함하는 반도체 기판 상에 금속배선층을 형성하는 단계;상기 금속배선층에 상기 수광소자와 대응하는 트렌치를 형성하는 단계;상기 트렌치의 측벽에 가이드 패턴을 형성하는 단계; 및상기 트렌치 내에 컬러필터를 형성하는 단계를 포함하는 이미지센서 제조방법.
- 제 6항에 있어서,상기 가이드 패턴을 형성하는 단계에 있어서,상기 트렌치를 포함하는 상기 금속배선층 상에 금속막을 형성하는 단계;상기 금속배선층 및 상기 금속막을 포함하는 상기 반도체 기판에 전면식각(blanket etch)을 진행하여, 상기 트렌치의 내벽에만 가이드 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.
- 제 6항에 있어서,상기 컬러필터는 적색, 녹색 및 청색 컬러필터 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.
- 제 6항에 있어서,상기 금속배선층 상에 상기 트렌치 및 상기 컬러필터와 대응하여 렌즈를 배치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.
- 제 6항에 있어서,상기 트렌치는 제 1 내지 제 3 트렌치를 포함하며,상기 제 1 트렌치 내에 제 1 컬러필터를 형성하는 단계;상기 제 2 트렌치 내에 제 2 컬러필터를 형성하는 단계;상기 제 3 트렌치 내에 제 3 컬러필터를 형성하는 단계를 포함하며,상기 제 1 내지 제 3 컬러필터의 높이가 다른 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.
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