KR20100078614A - Image sensor and method for manufacturing thereof - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An image sensor and a manufacturing method thereof are provided to improve the optical property of an image sensor by leading incident light entering through a micro lens to reach the image sensor in the vertical direction only. CONSTITUTION: A semiconductor substrate(10) including a pixel area(A) and a peripheral area(B) is prepared. A photo diode(20) is formed on the semiconductor substrate of the pixel area. A metal wiring layer(40) is formed on the semiconductor substrate with the photo diode formed. A trench(1) is formed on the metal wiring layer of the pixel area. A polarizing layer(50) is formed on the bottom of the trench. A micro lens(60) is formed on the polarization layer.

Description

이미지 센서 및 그 제조 방법{Image Sensor and Method for Manufacturing Thereof}Image sensor and method for manufacturing thereof

실시예는 이미지 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.Embodiments relate to an image sensor and a method of manufacturing the same.

이미지 센서(Image sensor)는 광학적 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체소자로서, 전하결합소자(Charge Coupled Device: CCD) 이미지 센서와 씨모스 이미지 센서(CMOS Image Sensor: CIS)로 구분된다.An image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal, and is classified into a charge coupled device (CCD) image sensor and a CMOS image sensor (CIS). .

씨모스 이미지 센서는 빛 신호를 받아서 전기신호로 바꾸어 주는 포토다이오드(Photo diode) 영역과 이 전기 신호를 처리하는 트랜지스터 영역이 수평으로 배치되는 구조이다.The CMOS image sensor is a structure in which a photo diode area for receiving a light signal and converting it into an electric signal and a transistor area for processing the electric signal are horizontally disposed.

이미지 센서 형성 후, 마이크로렌즈로 입사되는 광이 주변회로부로 입사되는 경우, 이미지 센서의 노이즈(noise) 성분으로 작용하여 이미지 센서의 특성을 저하하는 요인이 된다.When the light incident on the microlens is incident on the peripheral circuit part after the image sensor is formed, it acts as a noise component of the image sensor, thereby degrading the characteristics of the image sensor.

실시예는 마이크로렌즈를 통하여 입사된 광이 주변회로부로 입사되는 것을 방지할 수 있는 이미지 센서 및 그 제조 방법을 제공한다.The embodiment provides an image sensor and a method of manufacturing the same that can prevent light incident through a microlens from being incident on a peripheral circuit portion.

실시예에 따른 이미지 센서는 픽셀부와 주변부를 포함하는 반도체 기판; 상기 픽셀부의 상기 반도체 기판에 형성된 포토다이오드; 상기 포토다이오드가 형성된 상기 반도체 기판 상에 형성된 금속배선층; 상기 픽셀부의 금속배선층에 형성된 트렌치; 상기 트렌치의 바닥면에 형성된 편광층; 및 상기 편광층 상에 형성된 마이크로 렌즈를 포함한다.An image sensor according to an embodiment includes a semiconductor substrate including a pixel portion and a peripheral portion; A photodiode formed on the semiconductor substrate of the pixel portion; A metal wiring layer formed on the semiconductor substrate on which the photodiode is formed; A trench formed in the metal wiring layer of the pixel portion; A polarization layer formed on the bottom surface of the trench; And a micro lens formed on the polarizing layer.

실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법은 픽셀부와 주변부를 포함하는 반도체 기판을 준비하는 단계; 상기 픽셀부의 상기 반도체 기판에 포토다이오드를 형성하는 단계; 상기 포토다이오드가 형성된 상기 반도체 기판 상에 금속배선층을 형성하는 단계; 상기 픽셀부의 금속배선층에 트렌치를 형성하는 단계; 상기 트렌치의 바닥면에 편광층을 형성하는 단계; 및 상기 편광층 상에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함한다.In another embodiment, a method of manufacturing an image sensor includes preparing a semiconductor substrate including a pixel portion and a peripheral portion; Forming a photodiode on the semiconductor substrate of the pixel portion; Forming a metal wiring layer on the semiconductor substrate on which the photodiode is formed; Forming a trench in the metallization layer of the pixel portion; Forming a polarizing layer on a bottom surface of the trench; And forming a micro lens on the polarization layer.

실시예에 따른 이미지 센서 및 그 제조 방법은 마이크로렌즈 하부에 편광층을 형성하여, 마이크로렌즈를 통하여 입사된 광이 이미지 센서에 수직한 방향으로만 도달할 수 있는 경로를 제공하여 이미지 센서의 광특성을 향상시킬 수 있다.An image sensor and a method of manufacturing the same according to the embodiment form a polarization layer under the microlens, and provide a path through which light incident through the microlens can reach only in a direction perpendicular to the image sensor, thereby providing optical characteristics of the image sensor. Can improve.

이하, 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

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. In the description of the embodiments, where described as being formed "on / over" of each layer, the on / over may be directly or through another layer ( indirectly) includes everything formed.

도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.In the drawings, the thickness or size of each layer is exaggerated, omitted, or schematically illustrated for convenience and clarity of description. In addition, the size of each component does not necessarily reflect the actual size.

실시예는 씨모스 이미지센서에 한정되는 것이 아니며, CCD 이미지센서 등 포토다이오드가 필요한 모든 이미지센서에 적용이 가능하다. The embodiment is not limited to the CMOS image sensor, and may be applied to all image sensors requiring a photodiode such as a CCD image sensor.

도 4는 실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 단면도이다.4 is a cross-sectional view illustrating an image sensor according to an embodiment.

도 4에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 이미지 센서는 픽셀부(A)와 주변부(B)를 포함하는 반도체 기판(10); 상기 픽셀부(A)의 상기 반도체 기판(10)에 형성된 포토다이오드(20); 상기 포토다이오드(20)가 형성된 상기 반도체 기판(10) 상에 형성된 금속배선층(40); 상기 픽셀부(A)의 금속배선층(40)에 형성된 트렌치(1); 상기 트렌치(1)의 바닥면에 형성된 편광층(50); 및 상기 편광층(50) 상에 형성된 마이크로 렌즈(60)를 포함한다.As shown in FIG. 4, the image sensor according to the embodiment includes a semiconductor substrate 10 including a pixel portion A and a peripheral portion B; A photodiode 20 formed on the semiconductor substrate 10 of the pixel portion A; A metal wiring layer 40 formed on the semiconductor substrate 10 on which the photodiode 20 is formed; A trench 1 formed in the metal wiring layer 40 of the pixel portion A; A polarization layer 50 formed on the bottom surface of the trench 1; And a micro lens 60 formed on the polarization layer 50.

이하, 도 1 내지 도 5를 참조로 하여, 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다.1 to 5 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the image sensor according to the embodiment.

도 1에 도시한 바와 같이, 픽셀부(pixel area)(A) 및 주변부(peri area)(B) 가 정의되어 있으며, 포토다이오드(20)가 형성된 반도체 기판(10) 상에 금속배선을 포함하는 금속배선층(40)을 형성한다.As shown in FIG. 1, a pixel area A and a peri area B are defined and include metal wiring on the semiconductor substrate 10 on which the photodiode 20 is formed. The metal wiring layer 40 is formed.

상기 금속배선층(40)은 제1배선(30) 및 제2배선(35)을 포함하는 층간절연막으로 형성될 수 있으며, 상기 제1배선(30)은 상기 제2배선(35)보다 낮게 형성될 수 있다.The metal wiring layer 40 may be formed of an interlayer insulating film including a first wiring 30 and a second wiring 35, and the first wiring 30 may be formed lower than the second wiring 35. Can be.

즉, 상기 픽셀부(A)에 형성되는 금속배선은 상기 주변부(B)에 형성되는 금속배선보다 적게 형성될 수 있다.That is, the metal wiring formed in the pixel portion A may be less than the metal wiring formed in the peripheral portion B.

그러나, 실시예의 메탈층 갯수에 한정되지 않고, 상기 픽셀부와 주변부의 메탈층 수는 변경될 수 있다.However, the number of metal layers of the embodiment is not limited thereto, and the number of metal layers of the pixel portion and the peripheral portion may be changed.

그리고, 상기 금속배선층(40) 상에 보호층(passivation layer)(45)을 형성한다.In addition, a passivation layer 45 is formed on the metal wiring layer 40.

상기 보호층(45)은 SiO2 등의 산화막으로 형성될 수 있다.The protective layer 45 may be formed of an oxide film such as SiO 2 .

상기 포토다이오드(20)는 버티컬 포토다이오드(vertical photodiode)가 될 수 있다.The photodiode 20 may be a vertical photodiode.

그러나, 이에 한정되지 않고, 일반적인 포토다이오드로 형성이 될 수도 있다.However, the present invention is not limited thereto and may be formed of a general photodiode.

이어서, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 픽셀부(A)의 금속배선층(40)에 트렌치(1)를 형성한다.Next, as shown in FIG. 2, the trench 1 is formed in the metal wiring layer 40 of the pixel portion A. FIG.

상기 트렌치(1)는 상기 제1배선(30)의 최상부 배선과 3000~5000Å 간격을 가지도록 형성될 수 있다.The trench 1 may be formed to have a distance of 3000 to 5000 Å from an uppermost wire of the first wiring 30.

즉, 상기 트렌치(1)와 상기 제1배선(30)의 거리(d)는 3000~5000Å가 될 수 있다.That is, the distance d between the trench 1 and the first wiring 30 may be 3000 to 5000 mW.

그리고, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 트렌치(1)의 바닥면에 편광층(50)을 형성한다.3, the polarization layer 50 is formed on the bottom surface of the trench 1.

상기 편광층(50)은 CVD(Chemical Vapor Deposition) 공정을 진행하여, 트라이 아세테이트(Triacetate), 폴리 카보네이트(Polycarbonate), 폴리 비닐 알코올(poly vinyl alcohol) 중 어느 하나로 형성될 수 있다.The polarization layer 50 may be formed of any one of triacetate, polycarbonate, and poly vinyl alcohol by performing a chemical vapor deposition (CVD) process.

또한, 상기 편광층(50)은 10~100μm의 두께로 형성될 수 있다.In addition, the polarization layer 50 may be formed to a thickness of 10 ~ 100μm.

이어서, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 편광층(50) 상에 마이크로렌즈(60)를 형성한다.Next, as shown in FIG. 4, the microlens 60 is formed on the polarization layer 50.

실시예에서는 상기 편광층(50) 상에 마이크로렌즈(60)를 형성하지만, 상기 편광층(50)과 마이크로렌즈(60) 사이에 산화막을 추가적으로 더 형성할 수도 있다.In an exemplary embodiment, the microlens 60 is formed on the polarization layer 50, but an oxide film may be further formed between the polarization layer 50 and the microlens 60.

도 5는 상기 마이크로렌즈(60)로 광이 입사되는 것을 도시한 것이다.5 illustrates that light is incident on the microlens 60.

상기 마이크로렌즈(60)로 입사되는 광 중에서, 비스듬하게 입사되는 광들은 상기 편광층(50)을 통과하지 못하며, 수직으로 입사된 광만 입사될 수 있다.Among the light incident to the microlens 60, obliquely incident light may not pass through the polarization layer 50, and only light that is vertically incident may be incident.

상기 편광층(50)이 형성됨으로써, 상기 마이크로렌즈(60)로 입사된 광이 이미지 센서에 수직한 방향으로만 도달할 수 있는 경로를 제공하여, 상기 주변부(B)로 광이 입사되는 것을 방지할 수 있다.The polarization layer 50 is formed to provide a path through which light incident to the microlens 60 can reach only in a direction perpendicular to the image sensor, thereby preventing light from entering the peripheral portion B. can do.

즉, 상기 편광층(50)으로 인해, 상기 주변부(B)에는 빛이 입사되지 않아 이미지 센서의 노이즈(noise)를 감소시킬 수 있어, 이미지 센서의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.That is, due to the polarization layer 50, light is not incident on the peripheral portion B, thereby reducing noise of the image sensor, thereby improving reliability of the image sensor.

실시예에 따른 이미지 센서 및 그 제조 방법은 마이크로렌즈 하부에 편광층을 형성하여, 마이크로렌즈를 통하여 입사된 광이 이미지 센서에 수직한 방향으로만 도달할 수 있는 경로를 제공하여 이미지 센서의 광특성을 향상시킬 수 있다.The image sensor and the method of manufacturing the same according to the embodiment form a polarization layer under the microlens, and provide a path through which light incident through the microlenses can reach only in a direction perpendicular to the image sensor to provide optical characteristics of the image sensor. Can improve.

이상에서 설명한 실시예는 전술한 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 실시예의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The above-described embodiments are not limited to the above-described embodiments and drawings, and various substitutions, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the embodiments, having ordinary skill in the art. It will be obvious to him.

도 1 내지 도 5는 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다.1 to 5 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the image sensor according to the embodiment.

Claims (12)

픽셀부와 주변부를 포함하는 반도체 기판;A semiconductor substrate including a pixel portion and a peripheral portion; 상기 픽셀부의 상기 반도체 기판에 형성된 포토다이오드;A photodiode formed on the semiconductor substrate of the pixel portion; 상기 포토다이오드가 형성된 상기 반도체 기판 상에 형성된 금속배선층;A metal wiring layer formed on the semiconductor substrate on which the photodiode is formed; 상기 픽셀부의 금속배선층에 형성된 트렌치;A trench formed in the metal wiring layer of the pixel portion; 상기 트렌치의 바닥면에 형성된 편광층; 및A polarization layer formed on the bottom surface of the trench; And 상기 편광층 상에 형성된 마이크로 렌즈를 포함하는 이미지 센서.An image sensor comprising a micro lens formed on the polarizing layer. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 포토다이오드는 버티컬 포토다이오드인 것을 포함하는 이미지 센서.And the photodiode is a vertical photodiode. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 편광층과 마이크로 렌즈 사이에 산화막이 더 형성된 것을 포함하는 이미지 센서.And an oxide film is further formed between the polarizing layer and the microlens. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 편광층은 트라이 아세테이트(Triacetate), 폴리 카보네이트(Polycarbonate), 폴리 비닐 알코올(poly vinyl alcohol) 중 어느 하나로 형성된 것을 포함하는 이미지 센서.The polarizing layer is formed of any one of triacetate (Triacetate), polycarbonate (Polycarbonate), poly vinyl alcohol (poly vinyl alcohol). 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 주변부의 상기 금속배선층 상에는 보호층이 더 형성된 것을 포함하는 이미지 센서.And a protective layer is further formed on the metal wiring layer of the peripheral portion. 픽셀부와 주변부를 포함하는 반도체 기판을 준비하는 단계;Preparing a semiconductor substrate including a pixel portion and a peripheral portion; 상기 픽셀부의 상기 반도체 기판에 포토다이오드를 형성하는 단계;Forming a photodiode on the semiconductor substrate of the pixel portion; 상기 포토다이오드가 형성된 상기 반도체 기판 상에 금속배선층을 형성하는 단계;Forming a metal wiring layer on the semiconductor substrate on which the photodiode is formed; 상기 픽셀부의 금속배선층에 트렌치를 형성하는 단계;Forming a trench in the metallization layer of the pixel portion; 상기 트렌치의 바닥면에 편광층을 형성하는 단계; 및Forming a polarizing layer on a bottom surface of the trench; And 상기 편광층 상에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.Forming a micro lens on the polarization layer. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 포토다이오드는 버티컬 포토다이오드인 것을 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.And the photodiode is a vertical photodiode. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 편광층과 마이크로 렌즈 사이에 산화막이 더 형성된 것을 포함하는 이 미지 센서의 제조 방법.And an oxide film is further formed between the polarizing layer and the microlens. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 편광층은 트라이 아세테이트(Triacetate), 폴리 카보네이트(Polycarbonate), 폴리 비닐 알코올(poly vinyl alcohol) 중 어느 하나로 형성된 것을 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.The polarizing layer is a manufacturing method of an image sensor comprising one formed of any one of triacetate, polycarbonate, poly vinyl alcohol. 제 9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 편광층은 CVD(Chemical Vapor Deposition) 공정으로 형성되는 것을 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.The polarizing layer is a manufacturing method of an image sensor comprising a chemical vapor deposition (CVD) process. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 반도체 기판 상에 금속배선층을 형성한 후, 상기 금속배선층 상에 보호층을 더 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.And forming a protective layer on the metal wiring layer after forming the metal wiring layer on the semiconductor substrate. 제 11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 픽셀부의 금속배선층에 트렌치를 형성한 후, After forming a trench in the metal wiring layer of the pixel portion, 상기 보호층은 상기 주변부의 상기 금속배선층 상에 남겨지는 것을 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.And the protective layer is left on the metal wiring layer of the periphery.
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