KR20090068409A - 이미지 센서 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른 이미지 센서는, 반도체 기판에 배치된 포토다이오드를 포함하는 단위픽셀; 상기 반도체 기판 상에 배치되고 금속배선을 포함하는 복수의 층간 절연막; 상기 포토다이오드에 대응하는 층간 절연막에 배치된 트랜치; 상기 트랜치 내부에 배치되고 층간 절연막과 동일한 물질로 형성된 웨이브 가이드; 상기 웨이브 가이드를 포함하는 층간 절연막 상에 배치된 보호층; 상기 웨이브 가이드에 대응하도록 상기 보호층 상에 배치된 컬러필터; 및 상기 컬러필터 상에 배치된 마이크로 렌즈를 포함한다.
이미지 센서, 포토다이오드, 집광률
Description
실시예에서는 이미지 센서 및 그 제조방법이 개시된다.
이미지 센서는 광학적 영상(Optical Image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 크게 전하결합소자(charge coupled device:CCD) 이미지 센서와 씨모스(Complementary Metal Oxide Silicon:CMOS) 이미지 센서(CIS)를 포함한다.
씨모스 이미지 센서는 단위 화소 내에 포토다이오드와 모스트랜지스터를 형성시킴으로써 스위칭 방식으로 각 단위 화소의 전기적 신호를 순차적으로 검출하여 영상을 구현한다.
씨모스 이미지 센서에서 디자인 룰이 점차 감소됨에 따라 단위 픽셀의 사이즈가 감소하여 광감도가 감소될 수 있다. 이러한 광감도를 높여주기 위하여 컬러필터 상에 마이크로 렌즈가 형성된다.
그러나, 상기 마이크로렌즈에서 포토다이오드까지의 광경로에 존재하는 배선층으로 인한 빛의 회절 및 산란등에 의하여 광감도가 감소될 수 있다. 또한, 상기 마이크로 렌즈 사이에 갭이 발생되어 크로스 토크를 유발시킬 수 있다.
실시예에서는 포토다이오드의 광 감지율을 향상시킬 수 있은 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공한다.
실시예에 따른 이미지 센서는, 반도체 기판에 배치된 포토다이오드를 포함하는 단위픽셀; 상기 반도체 기판 상에 배치되고 금속배선을 포함하는 복수의 층간 절연막; 상기 포토다이오드에 대응하는 층간 절연막에 배치된 트랜치; 상기 트랜치 내부에 배치되고 층간 절연막과 동일한 물질로 형성된 웨이브 가이드; 상기 웨이브 가이드를 포함하는 층간 절연막 상에 배치된 보호층; 상기 웨이브 가이드에 대응하도록 상기 보호층 상에 배치된 컬러필터; 및 상기 컬러필터 상에 배치된 마이크로 렌즈를 포함한다.
실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법은, 반도체 기판에 포토다이오드를 포함하는 단위픽셀를 형성하는 단계; 상기 반도체 기판 상에 금속배선을 포함하는 복수의 층간 절연막을 형성하는 단계: 상기 포토다이오드에 대응하는 층간 절연막에 트랜치를 형성하는 단계; 상기 트랜치 내부에 상기 층간 절연막과 동일한 물질을 채워 웨이브 가이드를 형성하는 단계; 상기 웨이브 가이드를 포함하는 층간 절연막 상에 보호층을 형성하는 단계; 상기 웨이브 가이드에 대응하도록 상기 보호층 상에 컬러필터를 형성하는 단계; 및 상기 컬러필터 상에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함한다.
실시에에 따른 이미지 센서 및 그 제조방법에 의하면 포토다이오드의 층간 절연막 상에 웨이브 가이드가 형성되어 포토다이오드의 광 감지율을 향상시킬 수 있다.
실시예에 따른 이미지 센서 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
실시예의 설명에 있어서, 각 층의 "상/위(on/over)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상/위(on/over)는 직접(directly)와 또는 다른 층을 개재하여(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 5는 실시예에 따른 이미지 센서를 나타내는 단면도이다.
실시예에 따른 이미지 센서는, 반도체 기판(10)에 배치된 포토다이오드(20)를 포함하는 단위픽셀과, 상기 반도체 기판(10) 상에 배치되고 금속배선(40)을 포함하는 복수의 층간 절연막(30)과, 상기 포토다이오드(20)에 대응하는 층간 절연막(30)에 배치된 트랜치(35)와, 상기 트랜치(35) 내부에 배치되고 층간 절연막(30)과 동일한 물질로 형성된 웨이브 가이드(50)와; 상기 웨이브 가이드(50)를 포함하는 층간 절연막(30) 상에 배치된 보호층(60)과, 상기 웨이브 가이드(50)에 대응하 도록 상기 보호층(60) 상에 배치된 컬러필터(70)와, 및 상기 컬러필터(70) 상에 배치된 마이크로 렌즈(90)를 포함한다.
예를 들어, 상기 웨이브 가이드(50)는 산화막으로 형성되어 상기 트랜치(35) 내부를 모두 채울 수 있다.
상기와 같이 복수의 층으로 형성된 층간 절연막(30)에 트랜치(35)가 형성되고 상기 트랜치(35)에 하나의 막질로 형성된 웨이브 가이드(50)가 형성되어 포토다이오드(20)의 광감도가 향상될 수 있다.
실시예에 의하면, 상기 포토다이오드 상부에 웨이브 가이드가 형성되어 마이크로 렌즈를 통과한 입사광이 포토다이오드로 안내되므로 광감도가 향상될 수 있다.
또한, 상기 마이크로 렌즈가 상호 이격되어 형성되어도 상기 웨이브 가이드에 의하여 광이 단위픽셀의 포토다이오드로 안내되어 집광율을 향상시킬 수 있다.
도 1 내지 도 5를 참조하여 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법을 설명한다.
도 1을 참조하여, 단위픽셀을 포함하는 반도체 기판(10) 상에 금속배선(40)을 포함하는 층간 절연막(30)이 형성된다.
도시되지는 않았지만, 상기 반도체 기판(10) 상에는 액티브 영역과 필드영역을 정의하는 소자분리막이 형성될 수 있다. 상기 액티브 영역에는 단위픽셀이 형성될 수 있다. 상기 단위픽셀은 빛을 수광하여 광 전하를 생성하는 포토다이오드(20) 및 상기 포토다이오드(20)에 연결되어 수광된 광전하를 전기신호를 변환하는 트랜 지스터 회로(미도시)를 포함한다.
상기 반도체 기판(10) 상에 콘택 플러그(미도시)를 포함하는 하부 절연층(25)이 형성된다. 상기 콘택 플러그는 상기 단위픽셀과 금속배선을 전기적으로 연결시킬 수 있다.
상기 층간 절연막(30)은 복수의 층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 층간 절연막(30)은 산화막 또는 질화막으로 형성될 수 있다.
상기 금속배선(40)은 전원라인 및 신호라인과 단위픽셀를 접속시키기 위한 것으로 복수의 개로 형성될 수 있다. 상기 금속배선(40)은 포토다이오드(20)로 입사되는 빛을 가리지 않도록 의도적으로 레이아웃되어 형성된다. 따라서, 상기 포토다이오드(20)의 상부 영역에는 층간 절연막(30)이 위치될 수 있다. 예를 들어, 상기 금속배선(40)은 금속, 합금 또는 실리사이드를 포함한 다양한 전도성 물질, 즉 알루미늄, 구리, 코발트 또는 텅스텐 등으로 형성될 수 있다.
상기 금속배선(40)은 전원라인 및 신호라인과의 연결을 위하여 1 내지 4개의 층으로 형성되므로 상기 층간 절연막(30)도 1 내지 4개의 층으로 형성될 수 있다.
도 2를 참조하여, 상기 포토다이오드(20)에 대응하는 상기 층간 절연막(30)에 트랜치(35)가 형성된다. 상기 트랜치(35)는 상기 포토다이오드(20)에 대응하는 상기 하부 절연층(25)의 표면을 노출시킬 수 있다.
상기 트랜치(35)를 형성하기 위해서는 상기 층간 절연막(30) 상에 포토레지스트 패턴(100)을 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴(100)은 상기 층간 절연막(30) 상에 포토레지스트막(미도시)를 형성하고 노광 및 현상공정에 의하여 상기 포토다 이오드(20)에 대응하는 상기 층간 절연막(30)을 노출시킬 수 있다.
상기 포토레지스트 패턴(100)을 식각마스크로 사용하여 상기 층간 절연막(30)을 식각한다. 상기 층간 절연막(30)의 식각시 CxFy 가스(x=1~2, y=1~8)를 이용하여 건식식각 공정을 진행할 수 있다. 특히, 상기 층간 절연막(30)이 슬로프 에치(slope etch)되도록 식각 에너지를 감소시켜 상기 트랜치(35)의 측벽이 경사를 가지도록 형성할 수 있다. 즉, 상기 또한, 상기 층간 절연막(30)의 식각 시 상기 하부 절연층(25)을 식각 정지층으로 사용하여 상기 포토다이오드(20)를 보호할 수 있다.
도 3을 참조하여, 상기 트랜치(35) 내부에 웨이브 가이드(50)가 형성된다. 상기 웨이브 가이드(50)는 산화막으로 형성될 수 있다. 상기 웨이브 가이드(50)는 CVD방법에 의하여 상기 트랜치(35) 내부를 채운 후 CMP 공정에 의하여 평탄화될 수 있다.
상기와 같이 포토다이오드(20) 상부에 웨이브 가이드(50)가 형성되며 입사광이 상기 포토다이오드(20)로 모아지게 되므로 광 감지율을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 웨이브 가이드(50)에 의하여 빛의 회절 및 산란을 방지하여 이미지 특성을 향상시킬 수 있다. 이는 상기 포토다이오드(20) 상부에 복수의 층간 절연막(30)이 제거되고 동일한 물질에 의하여 하나의 막질로 형성되는 상기 웨이브 가이드(50)로 인하여 빛의 회절 및 간섭 현상이 발생되지 않기 때문이다.
도 4를 참조하여, 상기 웨이브 가이드(50)를 포함하는 층간 절연막(30) 상에 보호층(60)이 형성된다. 상기 보호층(60)은 습기나 스크래치 등으로부터 소자를 보 호하기 위한 것으로 절연막으로 형성될 수 있다. 상기 보호층(60)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 및 실리콘 산질화막 중의 어느 하나로 형성될 수도 있다. 또는 상기 막들중 하나 이상의 층이 적층된 구조일 수도 있다.
상기 보호층(60) 상에 컬러필터(70)가 형성된다. 상기 컬러필터(70)는 단위픽셀 마다 각각 형성되어 입사하는 빛으로부터 색을 분리해 낼 수 있다. 상기 컬러필터(70)는 감광물질 및 안료 또는 감광물질 및 염료를 포함하는 컬러필터용 물질을 스핀 코팅 공정등을 통해 형성한다. 이어서, 상기 컬러필터용 물질을 패턴 마스크에 의하여 노광 및 현상하여 컬러필터(70)를 형성한다. 이러한 컬러필터(70)는 각각 다른 색상을 나타내는 것으로 레드(Red), 그린(Green) 및 블루(Blue)의 3가지 색으로 이루어져 인접한 컬러필터(70)들은 서로 약간씩 오버랩되어 단차를 가질 수 있다.
상기 컬러필터(70)의 단차를 보완하기 위한 평탄화층(80)이 상기 컬러필터(70) 상에 형성된다. 후속공정으로 형성될 마이크로렌즈는 평탄화된 표면에 형성되어야 하며, 이를 위해서는 상기 컬러필터(70)로 인한 단차가 없어야 한다
도 을 참조하여, 상기 평탄화층(80) 상에 마이크로 렌즈(90)가 형성된다. 상기 마이크로 렌즈(90)는 단위픽셀 마다 하나씩 형성되어 하부에 배치된 포토다이오드(20)로 광을 집광할 수 있다. 상기 마이크로 렌즈(90)는 광투과도가 높은 실리콘 산화막 또는 감광성 포토레지스트를 도포한 후 패터닝 공정을 수행한다. 그러면, 단위픽셀 별로 배치된 상기 포토다이오드(20)에 대응하도록 렌즈 패턴이 형성된다. 그리고 상기 렌즈 패턴에 대한 리플로우 공정(reflow)을 하면 돔(Dome) 형태의 마 이크로 렌즈(90)가 단위픽셀 별로 형성된다.
실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법에 의하면, 포토다이오드에 대응하도록 절연층의 내부에 웨이브 가이드가 형성되어 상기 포토다이오드의 집광율을 향상시킬 수 있다. 즉, 상기 포토다이오드의 상부 영역에 웨이브 가이드가 형성되어 절연층에 의한 빛의 회절 및 산란을 방지하고 포토다이오드로 광을 집광시킬 수 있다.
또한, 상기 웨이브 가이드는 단위픽셀 별로 형성된 포토다이오드 상부에 형성되어 크로스 토크를 방지할 수 있다.
또한, 상기 웨이브 가이드의 상부에는 마이크로 렌즈가 형성되어 입사광은 마이크로 렌즈 및 웨이브 가이드를 통해 이중으로 포토다이오드로 모아지므로 필팩터를 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 실시예는 전술한 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 실시예의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
도 1 내지 도 5는 실시예에 따른 이미지 센서의 제조공정을 나타내는 단면도이다.
Claims (6)
- 반도체 기판에 배치된 포토다이오드를 포함하는 단위픽셀;상기 반도체 기판 상에 배치되고 금속배선을 포함하는 복수의 층간 절연막;상기 포토다이오드에 대응하는 층간 절연막에 배치된 트랜치;상기 트랜치 내부에 배치되고 층간 절연막과 동일한 물질로 형성된 웨이브 가이드;상기 웨이브 가이드를 포함하는 층간 절연막 상에 배치된 보호층;상기 웨이브 가이드에 대응하도록 상기 보호층 상에 배치된 컬러필터; 및상기 컬러필터 상에 배치된 마이크로 렌즈를 포함하는 이미지 센서.
- 제1항에 있어서,상기 웨이브 가이드는 산화막으로 형성된 이미지 센서.
- 반도체 기판에 포토다이오드를 포함하는 단위픽셀를 형성하는 단계;상기 반도체 기판 상에 금속배선을 포함하는 복수의 층간 절연막을 형성하는 단계:상기 포토다이오드에 대응하는 층간 절연막에 트랜치를 형성하는 단계;상기 트랜치 내부에 상기 층간 절연막과 동일한 물질을 채워 웨이브 가이드를 형성하는 단계;상기 웨이브 가이드를 포함하는 층간 절연막 상에 보호층을 형성하는 단계;상기 웨이브 가이드에 대응하도록 상기 보호층 상에 컬러필터를 형성하는 단계; 및상기 컬러필터 상에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제3항에 있어서,상기 웨이브 가이드를 형성하는 단계는,상기 층간 절연막 상에 상기 포토다이오드에 대응하는 상기 층간 절연막의 표면을 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 층간 절연막을 트랜치를 형성하는 단계;상기 트랜치에 산화막을 증착하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제4항에 있어서,상기 층간 절연막을 식각할 때 CxFy 가스를 사용하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제4항에 있어서,상기 트랜치는 상기 층간 절연막을 슬로프 에치(slope ecth)하여 형성되는 이미지 센서의 제조방법.
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| CN118053967B (zh) * | 2024-04-15 | 2024-07-30 | 北京数字光芯集成电路设计有限公司 | MicroLED显示面板、制造方法及电子设备 |
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