KR20090072036A - 이미지 센서 및 그 제조 방법 - Google Patents

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윤영제
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Abstract

본 발명은 반도체 소자에 있어서, 특히 이미지 센서 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 반도체기판에 포토다이오드를 형성하는 단계와, 상기 포토다이오드를 포함하는 상기 반도체기판 상에 다수 금속배선을 포함하는 층간절연막을 형성하는 단계와, 입사광의 웨이브가이드를 위해 상기 포토다이오드에 대응되는 상부에 형성되며, 상기 층간절연막의 포토다이오드 영역을 식각하여 하향 경사의 측벽을 가지도록 트렌치를 형성하는 단계와, 상기 트렌치 내부와 상기 트렌치에 인접 영역에 질화막을 형성하는 단계와, 상기 질화막이 형성된 상기 트렌치 내부를 웨이브가이드용 절연물로 충진하는 단계와, 상기 트렌치를 포함하여 상기 질화막 상에 컬러필터를 형성하는 단계와, 상기 컬러필터 상에 평탄화막을 형성하는 단계와, 상기 평탄화막 상에 마이크로렌즈를 형성하는 단계로 이루어지는 이미지 센서 제조 방법 및 그로 인해 제조되는 이미지 센서에 관한 발명이다.
이미지 센서, 굴절계수, 웨이브가이드, 웨이브가이드 절연막, 질화막, 층간절연막

Description

이미지 센서 및 그 제조 방법 {image sensor, and method of manufacturing thereof}
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로서, 특히 이미지 센서 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
이미지 센서는 광학 영상(optical image)를 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자이다.
이미지 센서는 크게 전하 결합 소자(CCD: Charge Coupled Device)와 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서로 분류될 수 있다.
씨모스 이미지 센서는, 주변회로인 제어 회로(Control Circuit) 및 신호 처리 회로(Signal Processing Circuit)를 동시에 집적할 수 있는 CMOS 기술을 이용하여 픽셀수 만큼의 MOS 트랜지스터를 만들고 이를 통해 출력(Output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용한다.
CMOS 이미지 센서는 포토다이오드(Photo Diode) 및 복수의 MOS 트랜지스터로 구성되며, 기본적으로 이미지 센서 칩의 전후로부터 입사되는 빛 즉, 가시광선을 전기적 신호로 변환하여 영상화한다.
최근에는 수평형 구조와 달리 하나의 픽셀에서 다양한 컬러를 구현할 수 있는 수직형 포토다이오드 갖는 수직형 이미지 센서(vertical image sensor)가 널리 사용되고 있다.
도 1은 종래의 일반적인 CMOS 이미지 센서를 나타낸 단면도로써, 그 종래의 이미지 센서는 다음의 공정 순서를 통해 제조된다.
도 1을 참조하면, 먼저 반도체기판(1)에 적어도 하나의 포토다이오드(2)를 형성한다. 이어, 그 포토다이오드(2)를 포함하는 반도체기판(1) 상에 금속배선들(미도시)을 포함하는 다층구조의 층간절연막(3)을 형성한다.
이어 층간절연막(3) 상에 산화물이나 질화물을 증착하여 보호절연막(4)을 형성한다. 그리고, 상기 보호절연막(4) 상에 포토다이오드(2)에 대응되는 적어도 하나의 컬러필터(미도시)을 형성한 후에 최종적으로 적어도 하나의 마이크로렌즈(7)를 형성한다. 물론, 마이크로렌즈(7) 하부에 평탄화막(미도시)을 더 구비할 수 있다.
상기한 이미지 센서의 제조 공정 중 주요 공정은, 집광을 위한 마이크로렌즈(7)를 형성하는 공정과, R(red)/G(green)/B(blue) 색상의 각 신호를 구분하기 위한 컬러필터를 형성하는 공정과, 집광된 빛으로부터 생성되는 전자를 모아서 전기적 신호를 발생하는 포토다이오드(2)를 형성하는 공정이다.
한편, 상기한 이미지 센서는 CCD에 비해 두꺼운 층간절연막(3)을 갖는다. 이러한 차이점으로 인해 CMOS 이미지 센서는 픽셀 피치(pixel pitch)가 작아짐에 따라 최적 형태의 마이크로렌즈(7)를 형성하여도 포토다이오드(2)에 초점이 맺히지 않는 문제가 CCD에 비해 더 심각하였다. 이는 마이크로렌즈(7)의 최적 초점 조건에서 집광 가능한 최소 스팟(Spot) 크기는 초점 거리에 비례하며 조리개 구경(Numerical Aperture)과도 관련되기 때문이다. 이미지 센서의 픽셀에서 조리개 구경은 픽셀 피치에 해당하고, 초점 거리는 금속배선을 내부에 포함하는 층간절연막(3)의 두께에 해당한다. 그러므로 초점 스팟을 얻기 위해서는 픽셀의 크기가 작아지고 층간절연막(3)의 두께가 얇아져야 한다.
그러나 기존의 일반적인 CMOS 이미지 센서 구조로는 층간절연막(3)을 최소 필요 두께 이하로 얇게 설계하는 것에는 한계가 있다. 그러므로 픽셀 크기를 더 이상 줄일 수 없는 한계 픽셀 피치가 생기게 된다. 예로써, 대략 1.75㎛ 정도 픽셀 피치가 그 한계로 예측되고 있다.
상기한 종래의 한계를 극복하기 위한 방법에는 최상부의 마이크로렌즈 이외에 추가로 층간절연막(3)의 내부에 추가의 무기물로 마이크로렌즈를 더 형성하는 방식이 있다. 그러나 이는 공정이 매우 복잡해지는 단점이 있다.
또다른 극복 방법으로는 도 2에 도시된 바와 같이, 입사 광의 전달경로인 웨이브가이드(wave guide)를 더 형성하는 방식이 있다.
도 2는 종래 기술에 따른 웨이브가이드를 갖는 이미지 센서를 나타낸 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 포토다이오드(2) 상부에 픽셀 크기 정도의 트렌치를 층간절연막(3) 두께 정도의 깊이로 형성한다.
이어, SOG(spin on glass) 또는 굴절계수(굴절률)가 층간절연막(3)보다 큰 물질로 가득 채워 일종의 웨이브가이드(8)를 형성한다.
상기 웨이브가이드(8)가 입사 광을 포토다이오드(2)까지 효율적으로 전달하게 된다.
최근에는 저항이 낮아 금속 배선의 층 두께를 상당히 낮출 수 있는 구리(Cu) 금속 배선을 이용하는 이미지 센서 소자가 많이 개발되었다. 그에 따라, 도 2에 도시된 바와 다르게, 웨이브가이드(8)의 측벽에 구리 확산(Cu diffusion)을 방지하기 위한 베리어 질화막(barrier nitride)(9)을 형성하였다.
도 3은 종래 기술에 따른 웨이브가이드에 구리 확산 방지를 위한 베리어 지로하막을 갖는 이미지 센서를 나타낸 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 웨이브가이드(8)의 측벽은 물론 층간절연막(3)의 금속 배선의 층간에도 베리어 질화막(9)을 형성한다. 그러면, 도 2에 도시된 순수한 의미의 웨이브가이드 기술이라기 보다 베리어 질화막(barrier nitride)(9) 펀칭(punching) 기술에 가까워지며, 오히려 측벽에 형성된 베리어 질화막(9)이 웨이브가이드 역할을 하여 입사된 광을 하부의 포토다이오드(2)까지 전달하게 된다.
한편, 베리어 질화막(9)의 굴절계수는 2.0 정도로 매우 높은 반면에 층간절연막(3)의 굴절계수는 1.4 정도로 낮아서 마이크로렌즈(7)를 통해 집광된 빛이 대부분 베리어 질화막(9)에서 반사된다.
결과적으로 베리어 질화막(9)의 광 반사로 인해 포토다이오드(2)까지 도달하는 입사광의 양이 감소되어 광 감도가 저하되는 요인으로 작용한다.
더군다나, 웨이브가이드에 충진되는 물질의 굴절계수는 1.6 정도로 베리어 질화막(9)의 굴절계수보다 낮아서 베리어 질화막(9)이 광의 전달 경로로 작용할 수 있다. 이 경우, 입사 광이 모두 베리어 질화막(9)을 따라 가이드되어 저면에서 입사 광이 빠져나가지 못하여 포토다이오드(2)까지 온전히 전달되지 못하는 문제가 있었다.
그에 따라, 웨이브가이드(8)가 입사 광에 대한 전달 경로로써 순수하게 동작하기 위해서는 기존과 다른 최적의 설계 형태가 요구된다.
본 발명의 목적은 상기한 점을 감안하여 안출한 것으로, 특히 입사광이 포토다이오드까지 효과적으로 전사되도록 웨이브가이드가 입사 광에 대해 순수한 전달 경로로써 동작하게 해주는 데 적당한 이미지 센서 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또다른 특징은, 구리(Cu) 금속 배선을 이용하며 웨이브가이드의 측벽에 구리 확산(Cu diffusion)을 방지하기 위한 베리어(barrier)를 형성한 이미지 센서에서, 웨이브가이드가 입사 광에 대해 순수한 전달 경로로써 동작하도록 해주는 데 적당한 이미지 센서 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이미지 센서 제조 방법의 특징은, 반도체기판에 포토다이오드를 형성하는 단계와, 상기 포토다이오드를 포함하는 상기 반도체기판 상에 다수 금속배선을 포함하는 층간절연막을 형성하는 단계와, 입사광의 웨이브가이드를 위해 상기 포토다이오드에 대응되는 상부에 형성되며, 상기 층간절연막의 포토다이오드 영역을 식각하여 하향 경사의 측벽을 가지도록 트렌치를 형성하는 단계와, 상기 트렌치 내부와 상기 트렌치에 인접 영역에 질화막을 형성하는 단계와, 상기 질화막이 형성된 상기 트렌치 내부를 웨이브가이드용 절연물로 충진하는 단계와, 상기 트렌치를 포함하여 상기 질화막 상에 컬러필터를 형성하는 단계와, 상기 컬러필터 상에 평탄화막을 형성하는 단계와, 상기 평탄화막 상에 마이크로렌즈를 형성하는 단계로 이루어지는 것이다.
바람직하게, 상기 질화막을 상기 트렌치에 충진되는 웨이브가이드용 절연물 및 상기 층간절연막보다 굴절률이 큰 질화물로 형성한다. 여기서, 상기 트렌치에 충진되는 웨이브가이드용 절연물은 상기 층간절연막 보다 굴절률이 큰 물질일 수 있다.
바람직하게, 상기 트렌치 내부에 형성된 질화막에서 상기 트렌치의 저면의 일부를 제거하는 단계를 더 포함한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이미지 센서의 일 특징은, 반도체기판에 형성된 포토다이오드와, 상기 반도체기판 상에 형성되며, 트랜지스터 영역에 다수 금속배선을 포함하면서 포토다이오드 영역에 하향 경사 측벽의 트렌치를 갖는 다층구조 층간절연막과, 상기 트렌치의 내부 측벽 및 상기 트렌치에 인접한 층간절연막 상부에 형성되는 질화막과, 상기 트렌치의 내부에 충진되어 형성되는 웨이브가이드 절연막과, 상기 웨이브가이드 절연막의 상부와 상기 트렌치에 인접한 질화막 상부를 포함하는 상면에 형성된 컬러필터와, 상기 컬러필터 상에 형성 된 평탄화막과, 상기 평탄화막 상에 형성된 마이크로렌즈로 구성되는 것이다.
바람직하게, 상기 질화막은 상기 웨이브가이드 절연막 또는 상기 층간절연막 보다 큰 굴절률을 갖는다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이미지 센서의 다른 특징은, 반도체기판에 형성된 포토다이오드와, 상기 반도체기판 상에 형성되며, 트랜지스터 영역에 다수 금속배선을 포함하면서 포토다이오드 영역에 트렌치를 갖는 다층구조 층간절연막과, 상기 트렌치 내부 및 상기 층간절연막 상부에 형성되는 질화막과, 상기 질화막의 상면에 형성된 컬러필터와, 상기 컬러필터 상에 형성된 평탄화막과, 상기 평탄화막 상에 형성된 마이크로렌즈로 구성되는 것이다.
바람직하게, 상기 층간절연막은 상기 다수 금속배선 사이의 보호막을 더 포함하되, 상기 보호막은 상기 질화막의 물질로 형성된다.
바람직하게, 상기 질화막은 상기 층간절연막 보다 큰 굴절률을 갖는다.
본 발명에 따르면, 종래의 웨이브가이드 구조를 개선하여 즉, 웨이브가이드를 하향 경사의 트렌치에 기반하여 형성함으로써, 입사광이 포토다이오드까지 효과적으로 전사된다. 그에 따라 웨이브가이드가 입사 광에 대해 순수한 전달 경로로써 동작하게 되어 광 감도의 개선 효과를 발휘한다.
또한, 구리(Cu) 금속 배선을 이용하며 웨이브가이드의 측벽에 구리 확산(Cu diffusion)을 방지하기 위한 베리어(barrier)를 형성하던 기존의 이미지 센서 구조를 개선하여, 웨이브가이드가 입사 광에 대해 순수한 전달 경로로써 온전히 동작하 여 포토다이오드에 전달되는 광을 최대한 증가시켜 준다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예의 구성과 그 작용을 설명하며, 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 이미지 센서 및 그 제조 방법의 바람직한 실시 예를 자세히 설명한다.
도 4a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 웨이브가이드를 갖는 이미지 센서를 나타낸 단면도이고, 도 4b는 도 4a에서 질화막을 포함하는 A의 막층을 나타낸 상세도이다.
도 4a를 참조하면, 본 발명의 이미지 센서는 CMOS 이미지 센서로써, 입사 광의 전달경로인 웨이브가이드(wave guide)를 갖는 이미지 센서이다.
상세하면, 본 발명의 이미지 센서는 포토다이오드(20)와, 웨이브가이드 절연막(50)과, 그 웨이브가이드 절연막(50)을 갖는 다층구조의 층간절연막(30)과, 웨이브가이드 절연막(50) 및 층간절연막(30)과 서로 다른 굴절계수(굴절률)를 갖는 질화막(40)과, 컬러필터(60)와, 평탄화막(70)과, 마지막으로 마이크로렌즈(80)로 구성된다.
포토다이오드(20)는 반도체기판(10)에 형성된다.
층간절연막(30)은 포토다이오드(20)를 포함하는 반도체기판(1O) 상에 다층구조로 형성되며, 트랜지스터 영역에는 층간에 절연막으로 보호된 다수 금속배선(미도시)를 포함한다. 또한 층간절연막(30)의 포토다이오드 영역에는 입사 광의 전달경로인 상기 웨이브가이드 절연막(50)이 구비된다.
상기 포토다이오드 영역에는 마이크로렌즈(80)부터 포토다이오드(20)까지 입사된 광이 전달되는 경로 상에 상호 대응되어, 웨이브가이드 절연막(50)과 그 상부에 컬러필터(60)가 구비된다.
특히, 본 발명에서 상기 웨이브가이드 절연막(50)은 하향 경사 측벽을 갖는 트렌치 내부에 절연물질을 충진하여 형성되며, 질화막(40)이 그 웨이브가이드 절연막(50)과 층간절연막(30)의 경계에 구비된다. 즉, 웨이브가이드 절연막(50)을 위한 트렌치 내부 측벽과 그 트렌치에 인접한 층간절연막(30) 상부에 질화막(40)이 형성된다. 특히 질화막(40)은 웨이브가이드 절연막(50)이나 층간절연막(30) 보다 큰 굴절계수(굴절률)을 가지는 물질로 형성된다. 그러나, 질화막(40)은 웨이브가이드 절연막(50)의 하향 경사 측벽에 형성될 뿐 웨이브가이드 절연막(50)의 저면에는 형성되지 않는다. 그리하여, 보다 굴절계수가 큰 질화막(40)이 입사 광에 대한 전달 경로 역할을 한다.
컬러필터(60)는 웨이브가이드 절연막(50)의 상부와 웨이브가이드 절연막(50)을 위한 트렌치 인접 영역에 형성된 질화막(40) 상부를 포함하는 상면에 형성된다. 그리고 컬러필터(60) 상에 평탄화막(70)이, 그리고 평탄화막(70) 상에 마이크로렌 즈(80)가 형성된다.
본 발명에서는 질화막(40)이 웨이브가이드 절연막(50)의 내부 형성 구조에 따라 즉, 하향 경사 구조에 대응하여 상당한 기울기를 가지도록 형성된다.
상기한 하향 경사 구조를 웨이브가이드 영역에 적용하면서 웨이브가이브 절연막(50)와 층간절연막(30)의 경계에 형성된 질화막(40)이 입사 광의 전달 경로 역할을 하면, 질화막(40)의 종단 즉, 웨이브가이드 절연막(50)의 저면 경계까지 질화막(40)에 의해 가이드된 광이 방사된다. 이때 하향 경사 구조에 의해 질화막(40)의 종단이 항상 포토다이오드(20)의 감지 영역을 벗어나지 않으므로 입사 광에 대한 광 손실이 발생하지 않는다.
한편, 본 발명의 질화막(40) 중에서 웨이브가이드 절연막(50)을 위한 트렌치의 인접한 영역에 형성된 부위는 보호막 역할도 하며, 그 부위가 이웃하는 픽셀의 동일 부위(41)와 연결되지 않도록 한다.
일 예로, 도 4b에 도시된 바와 같이, 웨이브가이드 절연막(50)을 굴절계수 1.6인 물질로 충진하는 경우에는 층간절연막(30)의 굴절계수가 1.4인 점을 고려하여, 질화막(40)은 굴절계수 2.0 정도의 물질로 형성한다. 그에 따라, 도 4b에 도시된 바와 같이, 질화막(40)의 광 전달 경로를 따라 입사 광이 포토다이오드(20)까지 전달된다.
또한 본 발명에서는 마이크로렌즈(80)에 의해 집광되지 못한 입사 광도 질화막(40) 중에서 웨이브가이드 절연막(50)을 위한 트렌치에 인접한 부위로만 입사되면 질화막(40)을 따라 포토다이오드(20)까지 전달되는 부가적인 효과를 얻는다.
이상의 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서의 구조는 웨이브가이드 부위가 하향 경사를 가짐에 따라 그의 저면 부위가 상부에 비해 좁은 폭을 갖는 구조이다.
상기한 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서는 다음의 공정 순서를 통해 제조된다.
반도체기판(10)에 포토다이오드(20)를 형성한다. 이어, 그 포토다이오드(20)를 포함하는 반도체기판(10) 상에 다수 금속배선들(미도시)들을 포함하는 다층구조의 층간절연막(30)을 형성한다.
이어, 다층구조 층간절연막(30)의 포토다이오드 영역을 식각하여 하향 경사의 측벽을 가지도록 트렌치를 형성한다. 그 트렌치는 포토다이오드(20)에 대응되는 상부에 입사광의 전달경로인 웨이브가이드를 위한 것이다. 그 트렌치의 깊이는 층간절연막(30) 두께 정도로 한다.
이어, 트렌치의 내부와 그 트렌치에 인접한 영역의 층간절연막(30) 상에 제1굴절률의 질화막(40)을 형성한다. 예로써, 실리콘 질화물을 포함하는 무기물 또는 유기물을 증착한다.
상기 질화막(40)이 형성된 트렌치에 제2굴절률의 웨이브가이드용 절연물을 충진하여 웨이브가이드 절연막(50)을 형성한다.
상기 언급된 제1굴절률은 제2굴절률보다 크며, 그 제1굴절률은 층간절연막(30)의 굴절률보다 크다.
이어, 웨이브가이드용 절연물이 충진된 트렌치와 그 트렌치 주변의 인접 영 역까지 확장하여 형성된 질화막(40) 상에 포토다이오드(20)에 대응되는 컬러필터(60)를 형성하고, 그 컬러필터(60) 상에 평탄화막(70)을 형성한다. 그리고, 최종적으로 평탄화막(70) 상에 마이크로렌즈(80)를 형성한다.
상기와 같이 이미지 센서에서 마이크로렌즈(80)를 통해 집광된 빛은 질화막(40) 중에서 트렌치 측벽에 형성된 부위를 통해 포토다이오드(20)에 전달되고, 물론 마이크로렌즈(80)에 의해 집광되지 못한 빛도, 질화막(40) 중에서 트렌치에 인접하여 부분적으로 층간절연막(30) 상에 형성된 부위로만 입사되면, 포토다이오드(20)에 전달되므로 집광 능력을 향상시킨다.
한편, 본 발명에서는 구리(Cu) 금속 배선을 이용하며 웨이브가이드의 측벽에 구리 확산(Cu diffusion)을 방지하기 위한 베리어(barrier)를 형성하는 이미지 센서에 대비한 개선 구조를 더 제안한다. 즉,
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 웨이브가이드를 갖는 이미지 센서를 나타낸 단면도이다.
도 5를 참조하면, 도 5의 이미지 센서도 CMOS 이미지 센서로써, 입사 광의 전달경로인 웨이브가이드(wave guide)를 갖는 이미지 센서이다.
상세하면, 도 5의 이미지 센서는 포토다이오드(20)와, 웨이브가이드 절연막(40b)과, 그 웨이브가이드 절연막(40b)을 갖는 다층구조의 층간절연막(30b)과, 컬러필터(60)와, 평탄화막(70)과, 마지막으로 마이크로렌즈(80)로 구성된다.
웨이브가이드 절연막(40b)은 층간절연막(30b)과 서로 다른 굴절계수(굴절률)를 갖는다. 즉, 웨이브가이드 절연막(40b)은 층간절연막(30b) 보다 굴절계수가 큰 질화막으로 형성된다. 예로써, 실리콘 질화물을 포함하는 무기물 또는 유기물을 증착하여 웨이브가이드 절연막(40b)가 형성된다.
층간절연막(30b)은 트랜지스터 영역에 다수 금속배선을 포함하다. 또한 층간절연막(30b)는 포토다이오드 영역에 트렌치를 가지며, 그 트렌치 내부 및 그 트렌치에 인접한 층간절연막(30) 상부에 질화막을 증착하여 웨이브가이드 절연막(40b)을 형성한다. 상기 질화막 증착 후에는 평탄화 공정을 진행한다.
컬러필터(60)는 웨이브가이드 절연막(40b)의 상부에 형성된다. 그리고 컬러필터(60) 상에 평탄화막(70)이, 그리고 평탄화막(70) 상에 마이크로렌즈(80)가 형성된다.
특히, 도 5의 이미지 센서에서 층간절연막(30b)은 다수 금속배선 사이의 보호막을 더 포함하는데, 그 보호막을 웨이브가이드 절연막(40b)과 동일한 질화물로 형성한다. 결국, 웨이브가이드를 위한 웨이브가이드 절연막(40b)이 층간절연막(30b)의 보호막이 형성되는 영역까지 확장되어 형성된다. 그에 따라 질화막(40b)가 구리 확산(Cu diffusion)을 방지하기 위한 베리어(barrier) 역할을 한다.
지금까지 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위 내에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다.
그러므로 여기서 설명한 본 발명의 실시 예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함 되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 종래의 일반적인 CMOS 이미지 센서를 나타낸 단면도
도 2는 종래 기술에 따른 웨이브가이드를 갖는 이미지 센서를 나타낸 단면도
도 3은 종래 기술에 따른 웨이브가이드에 구리 확산 방지를 위한 베리어 지로하막을 갖는 이미지 센서를 나타낸 단면도
도 4a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 웨이브가이드를 갖는 이미지 센서를 나타낸 단면도
도 4b는 도 4a에서 질화막을 포함하는 A의 막층을 나타낸 상세도
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 웨이브가이드를 갖는 이미지 센서를 나타낸 단면도
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 반도체기판 20 : 포토다이오드
30 : 층간절연막 40 : 질화막
50 : 웨이브가이드 절연막 60 : 컬러필터
70 : 평탄화막 80 : 마이크로렌즈

Claims (9)

  1. 반도체기판에 포토다이오드를 형성하는 단계;
    상기 포토다이오드를 포함하는 상기 반도체기판 상에 다수 금속배선을 포함하는 층간절연막을 형성하는 단계;
    입사광의 웨이브가이드를 위해 상기 포토다이오드에 대응되는 상부에 형성되며, 상기 층간절연막의 포토다이오드 영역을 식각하여 하향 경사의 측벽을 가지도록 트렌치를 형성하는 단계;
    상기 트렌치 내부와 상기 트렌치에 인접 영역에 질화막을 형성하는 단계;
    상기 질화막이 형성된 상기 트렌치 내부를 웨이브가이드용 절연물로 충진하는 단계;
    상기 트렌치를 포함하여 상기 질화막 상에 컬러필터를 형성하는 단계;
    상기 컬러필터 상에 평탄화막을 형성하는 단계; 그리고
    상기 평탄화막 상에 마이크로렌즈를 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 질화막을 상기 트렌치에 충진되는 웨이브가이드용 절연물 및 상기 층간절연막보다 굴절률이 큰 질화물로 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 트렌치에 충진되는 웨이브가이드용 절연물은 상기 층간절연막 보다 굴절률이 큰 물질인 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 트렌치 내부에 형성된 질화막에서 상기 트렌치의 저면의 일부를 제거하는 단계를 더 포함하는 특징으로 하는 이미지 센서 제조 방법.
  5. 반도체기판에 형성된 포토다이오드;
    상기 반도체기판 상에 형성되며, 트랜지스터 영역에 다수 금속배선을 포함하면서 포토다이오드 영역에 하향 경사 측벽의 트렌치를 갖는 다층구조 층간절연막;
    상기 트렌치의 내부 측벽 및 상기 트렌치에 인접한 층간절연막 상부에 형성되는 질화막;
    상기 트렌치의 내부에 충진되어 형성되는 웨이브가이드 절연막;
    상기 웨이브가이드 절연막의 상부와 상기 트렌치에 인접한 질화막 상부를 포함하는 상면에 형성된 컬러필터;
    상기 컬러필터 상에 형성된 평탄화막; 그리고
    상기 평탄화막 상에 형성된 마이크로렌즈로 구성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 질화막은 상기 웨이브가이드 절연막 또는 상기 층간절연막 보다 큰 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  7. 반도체기판에 형성된 포토다이오드;
    상기 반도체기판 상에 형성되며, 트랜지스터 영역에 다수 금속배선을 포함하면서 포토다이오드 영역에 트렌치를 갖는 다층구조 층간절연막;
    상기 트렌치 내부 및 상기 층간절연막 상부에 형성되는 질화막;
    상기 질화막의 상면에 형성된 컬러필터;
    상기 컬러필터 상에 형성된 평탄화막; 그리고
    상기 평탄화막 상에 형성된 마이크로렌즈로 구성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 층간절연막은 상기 다수 금속배선 사이의 보호막을 더 포함하되, 상기 보호막은 상기 질화막의 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 질화막은 상기 층간절연막 보다 큰 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108807449A (zh) * 2018-08-24 2018-11-13 德淮半导体有限公司 图像传感器及其形成方法

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