KR20100078370A - 이미지 센서 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 실시예에 의한 이미지 센서는 포토다이오드가 형성된 기판; 상기 기판 상에 형성된 층간 절연막; 상기 층간 절연막 상에 형성된 그린 칼라필터 및 레드 칼라필터; 상기 그린 칼라필터 및 레드 칼라필터 상에 형성되고, 상기 그린 칼라필터와 레드 칼라필터 사이의 공간에 형성되는 평탄화층; 및 상기 평탄화층 상에 형성되는 마이크로 렌즈;를 포함한다.
이미지 센서
Description
본 실시예는 이미지 센서 및 이의 제조 방법에 대해서 개시한다.
일반적으로, 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.
한편, CCD는 구동 방식이 복잡하고, 전력 소비가 클 뿐만 아니라, 다단계의 포토 공정이 요구되므로 제조 공정이 복잡한 단점을 갖고 있으므로, 최근에는 상기 전하 결합 소자의 단점을 극복하기 위한 차세대 이미지 센서로서 씨모스 이미지 센서가 주목을 받고 있다.
씨모스 이미지 센서는 단위 화소 내에 포토 다이오드와 모스 트랜지스터를 형성시킴으로써 스위칭 방식으로 각 단위 화소의 전기적 신호를 순차적으로 검출하여 영상을 구현한다.
종래기술에 의한 CIS소자는 빛 신호를 받아서 전기 신호로 바꾸어 주는 포토 다이오드(Photo Diode) 영역(미도시)과, 이 전기 신호를 처리하는 트랜지스터 영역(미도시)으로 구분할 수 있다.
한편, 포토다이오드 영역 상측에는 칼라필터층(미도시)을 형성하는데 그 칼라필터층 형성전에 절연층을 형성하고 블루(B), 그린(G), 레드(R) 순으로 컬퍼필터가 형성된다.
종래의 이미지 센서에 있어서는, 블루 신호(blue signal)이 낮아 저조도 현상이 발생하고, 색 구현에 문제가 있다. 이를 해결하기 위하여, 블루 신호의 게인을 올리게 되면, 노이즈 역시 증가하게 되므로 결국은 이미지 센서의 특성을 저하시키게 된다.
따라서, 이미지 센서에 있어서의 블루 신호를 증가시키기 위한 방법이 모색되어야 한다.
본 실시예는 블루 신호의 크기를 증가시켜 저조도의 이미지 특성을 개선시킬 수 있도록 하는 이미지 센서 및 이의 제조 방법에 대해서 제안한다.
본 실시예에 의한 이미지 센서는 포토다이오드가 형성된 기판; 상기 기판 상에 형성된 층간 절연막; 상기 층간 절연막 상에 형성된 그린 칼라필터 및 레드 칼라필터; 상기 그린 칼라필터 및 레드 칼라필터 상에 형성되고, 상기 그린 칼라필터와 레드 칼라필터 사이의 공간에 형성되는 평탄화층; 및 상기 평탄화층 상에 형성되는 마이크로 렌즈;를 포함한다.
또한, 실시예의 이미지 센서의 제조 방법은 기판 내에 포토다이오드를 형성하는 단계; 상기 기판 상에 메탈과 층간 절연막을 형성하는 단계; 상기 층간 절연막 상에 그린 칼라필터와 레드 칼라필터를 형성하는 단계; 상기 그린 칼라필터, 레드 칼라필터 및 상기 층간 절연막 상에 평탄화층을 형성하는 단계; 및 상기 평탄화층 상에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계;를 포함한다.
제안되는 바와 같은 실시예의 이미지 센서 및 이의 제조 방법에 의해서, 블루 신호의 크기를 증가시켜 저조도의 이미지 특성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다.
그리고, 이하의 설명에서, 단어 '포함하는'은 열거된 것과 다른 구성요소들 또는 단계들의 존재를 배제하지 않는다. 그리고, 첨부되는 도면에는 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 그 두께가 확대되어 도시된다. 그리고, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 층, 막, 영역, 판등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에"있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
도 1은 본 실시예에 따른 이미지 센서의 구성을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 실리콘 기판(100)에는 소자 분리막(110)과, 복수의 포토 다이오드(121,122,123)들이 형성되어 있으며, 상기 기판(100) 상에는 트랜지스터(141)와 복수의 메탈(151,161)들과 층간 절연막(170)이 형성되며, 상기 층간 절연막(170) 상에는 입사광을 필터링하기 위한 칼라필터(181,183)가 형성된다.
또한, 상기 칼라 필터(181,183)와 상기 층간 절연막(170) 상에는 평탄화층(190)이 형성되며, 상기 평탄화층(190) 상에는 빛의 집광을 위한 마이크로 렌즈(200)가 상기 포토다이오드(121,122,123)들에 대응되도록 형성되어 있다.
또한, 상기 포토다이오드들은, 그린 광의 수광에 따라 신호를 발생시키는 그 린 포토다이오드(121)와, 블루 광의 수광에 따라 신호를 발생시키는 블루 포토다이오드(122)와, 레드 광의 수광에 따라 신호를 발생시키는 레드 포토다이오드(123)를 포함한다.
그린 칼라필터(181)에 의해 필터링된 광은 그린 포토다이오드(121)로 입사되고, 레드 칼라필터(183)에 의해 필터링된 광은 레드 포토다이오드(123)로 입사된다.
특히, 상기 기판(100) 상에는 블루 포토다이오드(122)에 대한 블루 칼라필터가 구비되지 않으며, 이는 블루 칼라필터를 사용하지 않아 모든 빛이 필터링되지 않고 상기 블루 포토다이오드(122)로 입사되도록 한다. 이로써, 블루 빛의 입사를 극대화사키고, 블루 빛의 크기는 상기 블루 포토다이오드(122)의 접합 깊이(junction depth)를 조절하는 것에 의하여 신호화될 수 있다.
즉, 본 실시예에 의한 이미지 센서는 기판(100) 내에 형성되는 블루 포토다이오드(122)를 형성 깊이를 1㎛ 이내가 되도록 함으로써, 기판 표면 근처에서 수광되는 블루 광이 상기 블루 포토다이오드(122)로 입사될 수 있도록 한다. 또한, 상기 블루 포토다이오드(122)로 입사되는 빛은 블루 칼라필터를 거치지 않은 상태이기 때문에 그 수광량이 증가하게 된다.
이로써, 이미지 센서에서 블루 색에 대한 신호의 세기를 좀 더 크게 얻을 수 있으며, 이는 블루 포토다이오드(122)의 형성 깊이와 관련된다.
이러한 관점에서, 상기 층간 절연막(170) 상에는, 그린 칼라필터(181)와 레드 칼라필터(183)만이 형성되고, 상기 블루 포토다이오드(122)와 대응되는 영역에 는 평탄화층(190)으로 채워져 있게 된다.
즉, 상기 평탄화층(190)은 상기 그린 칼라필터(181)와 레드 칼라필터(183) 사이의 영역에도 형성되며, 상기 그린 및 레드 칼라필터(181,183)를 덮는 형상으로 이루어진다.
이하에서는, 본 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법에 대해서 개시하여 보기로 한다.
도 2 내지 도 6은 본 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 2를 참조하면, 기판(100)에 소자 분리막(110)을 형성하고, 불순물 주입 공정을 실시하여 기판 내에 복수의 포토다이오드 영역들을 형성한다.
즉, 그린 칼라필터에 의해 필터링된 광에 대한 전기적인 신호를 발생시키기 위한 그린 포토다이오드(121)와, 레드 칼라필터에 의해 필터링된 광에 대한 전기적인 신호를 발생시키기 위한 레드 포토다이오드(123)와, 마이크로 렌즈를 통하여 집광된 광이 칼리펄터를 경유하지 않고 입사되는 블루 광에 대한 전기적인 신호를 발생시키는 블루 포토다이오드(122)를 형성한다.
특히, 상기 블루 포토다이오드(122)에 대한 불순물 주입 공정에 있어서는, 상기 블루 포토다이오드(122) 영역이 기판(100)의 표면으로부터 0.1㎛ 내지 1㎛ 이내에 형성되도록 한다.
또한, 복수의 포토 다이오드들을 형성한 다음에는, 상기 기판(100) 상에 트랜지스터(141)를 형성한다.
그 다음, 도 3을 참조하면, 상기 트랜지스터(141) 상에 절연막등을 형성하고, 복수의 메탈(151,161)들을 형성하고, 그 상부에 층간 절연막(170)을 형성한다.
그 다음, 도 4를 참조하면, 상기 층간 절연막(170)상에 칼라필터를 형성하기 위한 공정을 수행한다.
즉, 상기 그린 포토다이오드(121)에 대응되는 그린 칼라필터(181)를 상기 층간 절연막(170) 상에 형성하고, 상기 레드 포토다이오드(123)에 대응되는 레드 칼라필터(183)를 상기 층간 절연막(170) 상에 형성한다.
그리고, 상기 블루 포토다이오드(122)에 대응되는 영역에는 칼라필터를 형성하지 않은 상태(182)가 유지되도록 한다. 즉, 상기 그린 칼라필터(181)와 레드 칼라필터(183)사이에는 상기 층간 절연막(170)의 일부가 노출되도록 한다.
그 다음, 도 5를 참조하면, 블루 포토다이오드(122)에 대한 칼라필터를 형성하지 않은 상태에서, 상기 칼라필터(181,183) 및 층간 절연막(170) 상에 평탄화층(190)을 형성한다. 상기 평탄화층(190)을 증착 형성한 다음에는 그의 상부면을 평탄화하기 위한 CMP 공정을 수행할 수도 있다.
그 다음, 도 6을 참조하면, 상기 그린 칼라필터(181)와 레드 칼라필터(183)의 사이에도 형성되는 평탄화층(190) 상에 광의 집광을 위한 마이크로 렌즈(200)들을 각각의 포토 다이오드 영역들에 대응되도록 형성시킨다.
이로써, 블루 광의 수광량을 극대화시키기 위한 이미지 센서가 제조되고, 이에 의해서 블루 포토다이오드로 입사되기 위한 블루 광이 칼라 필터에 의해 그 수광량이 줄어드는 것을 해결할 수 있다.
나아가, 광의 수광량을 증가시킴으로써, 블루 광에 대한 신호의 세기를 크게 획득할 수 있으며, 이는 상기 블루 포토다이오드의 형성 깊이를 조절하는 것에 의하여 가능해진다.
도 1은 본 실시예에 따른 이미지 센서의 구성을 보여주는 도면.
도 2 내지 도 6은 본 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면.
Claims (9)
- 포토다이오드가 형성된 기판;상기 기판 상에 형성된 층간 절연막;상기 층간 절연막 상에 형성된 그린 칼라필터 및 레드 칼라필터;상기 그린 칼라필터 및 레드 칼라필터 상에 형성되고, 상기 그린 칼라필터와 레드 칼라필터 사이의 공간에 형성되는 평탄화층; 및상기 평탄화층 상에 형성되는 마이크로 렌즈;를 포함하는 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서,상기 평탄화층은 상기 그린 칼라필터와 레드 칼라필터 사이에 노출되는 층간 절연막 상에 형성되는 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서,상기 포토다이오드는 상기 그린 칼라필터에 의해 필터링된 광이 입사되는 그린 포토다이오드와, 상기 레드 칼라필터에 의해 필터링된 광이 입사되는 레드 포토다이오드와, 상기 평탄화층을 투과한 광이 입사되는 블루 포토다이오드를 포함하는 이미지 센서.
- 제 3 항에 있어서,상기 블루 포토다이오드는 상기 기판 표면으로부터 0.1㎛ 내지 1㎛ 이내의 형성 깊이를 갖는 이미지 센서.
- 기판 내에 포토다이오드를 형성하는 단계;상기 기판 상에 메탈과 층간 절연막을 형성하는 단계;상기 층간 절연막 상에 그린 칼라필터와 레드 칼라필터를 형성하는 단계;상기 그린 칼라필터, 레드 칼라필터 및 상기 층간 절연막 상에 평탄화층을 형성하는 단계; 및상기 평탄화층 상에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계;를 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 평탄화층을 형성하는 단계는, 상기 그린 칼라필터와 레드 칼라필터 사이에서 노출되는 상기 층간 절연막 상에도 형성하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 포토다이오드를 형성하는 단계는,상기 그린 포토다이오드, 블루 포토다이오드 및 레드 포토다이오드를 형성하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 블루 포토다이오드 형성을 위한 블순물 주입 공정에서는, 상기 기판의 표면으로부터 0.1㎛ 내지 1㎛ 이내에 블루 포토다이오드가 형성되도록 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 그린 칼라필터와 레드 칼라필터를 형성하는 단계는,상기 블루 포토다이오드에 대응되는 영역에는 상기 층간 절연막이 노출되도록 하고, 노출된 층간 절연막의 양측에 상기 그린 칼라필터와 레드 칼라필터를 형성하는 이미지 센서의 제조 방법.
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