KR20100079739A - 이미지 센서 및 그의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이미지 센서 및 그의 제조 방법을 제공한다. 이 센서는, 반도체 기판에 형성된 포토 다이오드와, 입사광이 포토 다이오드 방향으로 진행하는 경로를 형성하며 포토 다이오드의 상부에 형성된 광 도파로의 코어층과, 입사광을 포토 다이오드 방향으로 반사시키도록 코어층의 굴절율보다 작은 굴절율을 갖고 코어층의 측부에 형성되는 광 도파로의 클래드층 및 반도체 기판의 상부에서, 클래드층의 측부에 형성된 절연층을 구비하는 것을 특징으로 한다. 그러므로, InP, InGaAsP, SiO2, SiON, PMMA등과 같은 반도체 재료를 이용하여 굴절율이 균일하고 빛이 반사되는 면이 균일한 광 도파로를 형성할 수 있을 뿐만 아니라 굴절율을 제어할 수 있기 때문에 빛의 손실을 줄일 수 있고, 폴리머를 이용하여 버퍼층을 간단하게 형성할 수도 있는 효과를 갖는다.
이미지 센서, 광 도파로, 반도체 재료
Description
본 발명은 반도체 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히, 이미지 센서 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 고집적화를 위해 지속적으로 씨모스 이미지 센서(CIS:CMOS Image Sensor)의 단위 픽셀의 크기를 줄이고 있다. 하지만 대부분의 경우 픽셀 크기를 줄이기 위해 빛을 받아들이는 영역인 포토 다이오드(PD:Photo Diode)(미도시)의 크기를 줄이고 있다. 따라서, 빛을 받아들일 수 있는 효율적인 영역이 줄어드는 상황을 극복하기 위해, 픽셀(pixel) 단위로 마이크로 렌즈(microlens)(미도시)를 추가하여 감도를 향상시킨다.
한편으로 마이크로 렌즈로부터 PD에 이르는 광 경로에 존재하는 금속 배선(미도시)등의 추가 구조로 인해 발생하는 빛의 회절과 산란 효과로부터 발생하는 혼선(crosstalk)의 존재는 감도 이외의 또 다른 문제를 발생시킨다. 이를 해결하기 위하여 마이크로 렌즈로부터 PD에 이르는 영역을 굴절률이 높은 물질로 채움으로써 광 도파로(waveguide)의 구조를 형성하여, 마이크로 렌즈에 의해 수렴된 빛이 광 도파로에 의해 전반사하여 PD에 잘 도달하도록 도모한다.
CIS에서 광 도파로를 형성하는 일반적인 방법으로는 금속 배선간 절연층(IMD:Inter Metal Dielectric layer)에 이온을 주입하여 굴절률의 변화를 시도한다. 그러나, 이와 같이 이온 주입에 의해 형성된 광 도파로(미도시)는 그의 코어층과 클래드층의 굴절율이 불균일할 뿐만 아니라 빛을 반사시키고 진행시키는 면 등이 불균일하여 오히려 빛의 손실을 더 유발할 수 있는 문제점을 갖는다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 반도체 재료를 이용하여 광 도파로를 형성하여 빛의 손실을 줄일 수 있는 이미지 센서 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 이미지 센서는, 반도체 기판에 형성된 포토 다이오드와, 입사광이 상기 포토 다이오드 방향으로 진행하는 경로를 형성하며 상기 포토 다이오드의 상부에 형성된 광 도파로의 코어층과, 상기 입사광을 상기 포토 다이오드 방향으로 반사시키도록 상기 코어층의 굴절율보다 작은 굴절율을 갖고 상기 코어층의 측부에 형성되는 상기 광 도파로의 클래드층 및 상기 반도체 기판의 상부에서, 상기 클래드층의 측부에 형성된 절연층으로 구성되는 것이 바람직하다.
또는, 본 발명에 의한 이미지 센서는, 반도체 기판에 형성된 포토 다이오드와, 입사광이 상기 포토 다이오드 방향으로 진행하는 경로를 형성하며 상기 포토 다이오드의 상부에 형성된 광 도파로의 코어층 및 상기 입사광을 상기 포토 다이오드 방향으로 반사시키도록, 상기 코어층의 굴절율보다 낮은 굴절율을 갖고 상기 반도체 기판의 상부에서 상기 코어층의 측부에 클래드층으로서 형성된 절연층으로 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 의한 이미지 센서의 제조 방법은, 반도체 기판에 포토 다이 오드를 형성하는 단계와, 상기 포토 다이오드를 포함하여 상기 반도체 기판의 상부에 절연층을 형성하는 단계와, 상기 절연층의 상부에 광 도파로 영역을 노출시키는 감광막 마스크를 형성하는 단계와, 상기 감광막 마스크를 식각 마스크로 이용하여, 상기 절연층을 식각하여 상기 포토 다이오드를 노출시키는 개구부를 형성하는 단계와, 제1 굴절율을 갖고, 상기 포토 다이오드의 상부면을 노출시키고 상기 개구부의 내벽을 덮으면서 상기 광 도파로의 클래드층을 형성하는 단계 및 상기 개구부를 매립하면서 상기 노출된 포토 다이오드의 상부 및 상기 클래드층의 상부에 상기 제1 굴절율보다 더 높은 제2 굴절율을 갖는 상기 광 도파로의 코어층을 형성하는 단계로 이루어지는 것이 바람직하다.
또는, 본 발명에 의한 이미지 센서의 제조 방법은, 반도체 기판에 포토 다이오드를 형성하는 단계와, 상기 포토 다이오드를 포함하여 상기 반도체 기판의 상부에 광 도파로의 클래드층으로서 제1 굴절율을 갖는 절연층을 형성하는 단계와, 상기 절연층의 상부에 상기 광 도파로 영역을 노출시키는 감광막 마스크를 형성하는 단계와, 상기 감광막 마스크를 식각 마스크로 이용하여, 상기 절연층을 식각하여 상기 포토 다이오드를 노출시키는 개구부를 형성하는 단계 및 상기 포토 다이오드를 포함하여 상기 개구부를 매립하여, 상기 제1 굴절율보다 더 높은 제2 굴절율을 갖는 상기 광 도파로의 코어층을 형성하는 단계로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 이미지 센서 및 그의 제조 방법은 이온 주입에 의해 도파로를 형성하므로 인해 빛의 손실을 더 유발할 수 있는 일반적인 이미지 센서의 광 도 파로와 달리, InP, InGaAsP, SiO2, SiON, PMMA등과 같은 반도체 재료를 이용하여 굴절율이 균일하고 빛이 반사되는 면이 균일한 광 도파로를 형성할 수 있을 뿐만 아니라 굴절율을 제어할 수 있기 때문에 빛의 손실을 줄일 수 있고, 폴리머를 이용하여 버퍼층을 간단하게 형성할 수도 있는 효과를 갖는다.
본 발명을 설명하기에 앞서 광 도파로(waveguide)의 원리에 대해 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 1은 전반사의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
일반적으로, 광 도파로란, 빛이 굴절률(n1)이 높은 매질(core)(20)을 중심에 놓고 굴절률(n2)이 낮은 매질(clad)로 코어(20) 주변을 둘러싸서, 두 경계 면에서의 전반사를 이용하여 빛을 목표 지점까지 보내는 경로이다. 이와 같이 굴절률의 차이를 이용하여 광 도파로를 형성한다.
광 도파로에서 전반사가 일어날 조건은 입사광(30)의 입사각(θ)이 전반사 각도(θT) 보다 작아야 한다. 여기서, 전반사 각도(θT)는 다음 수학식 1과 같이 두 매질들(20 및 10)의 굴절율들(n1 및 n2)에 의존한다.
한편, CIS에서 컬러 필터를 통과한 빛이 손실되지 않고 컬러 필터 하단부의 포토 다이오드까지 도달하도록 하기 위해, 이러한 광 도파로를 이용한다.
이하, 본 발명의 실시예들 각각에 의한 이미지 센서를 첨부된 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 이미지 센서의 단면도를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 포토 다이오드(42)는 반도체 기판(40)에 형성되어 있다.
광 도파로(100)는 코어(core)층(104)과 클래드(clad)층(102)으로 이루어진다.
코어층(104)은 마이크로 렌즈(140)로 수직 또는 경사 입사되어 컬러 필터 어레이(CFA:Color Filter Array)(120)를 거쳐 입사된 광이 포토 다이오드(42) 방향으로 진행하는 경로를 형성한다. 이를 위해, 코어층(104)은 포토 다이오드(42)의 상부에 형성되어 있다. 클래드층(102)은 포토 다이오드(42)로 향하지 않고 빗나가는 입사광을 포토 다이오드(42) 방향으로 반사시키는 역할을 한다. 이를 위해, 클래드층(102)의 굴절율은 코어층(104)의 굴절율보다 작으며, 클래드층(102)은 코어층(104)의 측부에 형성되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 클래드층(102)은 InP로 이루어지고, 코어층(104)은 InP 보다 큰 굴절율을 갖는 InGaAsP으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 클래드층(102)은 SiO2로 이루어지고, 코어층(104)은 SiO2 보다 큰 굴절율을 갖는 SiON으로 이루어질 수 있다. 여기서, SiO2의 굴절율은 0.144 내외이고 SiON의 굴절율은 1.46이상이다.
절연층(60)은 반도체 기판(40)의 상부에서, 클래드층(102)의 측부에 형성되 어 있다. 그 밖에 이미지 센서의 구성 요소들은 일반적인 사항이므로 여기서는 간략하게 살펴본다. 따라서, 본 발명에 의한 이미지 센서는 도 2에 도시된 이러한 일반적인 구성 요소들에 의해 국한되지 않으며 다양하게 구성될 수 있다.
먼저, 폴리 실리콘(polysilicon)으로 이루어진 게이트 전극(54)과 절연막(52)을 포함하는 하부 구조물(50)이 반도체 기판(40)의 상부에 형성되어 있다. 이들 하부 구조물(50)의 상부에 복수개의 층간 절연막들(62, 64 및 66)이 형성되어 있다. 각 층간 절연막(60)에는 복수개의 금속 패턴들(152, 154 및 156)이 형성되어 있다. 또한, 하부 구조물(50)과 금속 패턴(152)을 연결하는 콘택(86)이 층간 절연막(62 및 64)을 관통하여 형성되어 있고, 금속 패턴들(152 및 154)을 서로 연결하는 비아(92)와 금속 패턴들(154 및 156)을 서로 연결하는 비아(94)가 층간 절연막(66)의에 형성되어 있다.
버퍼층(110) 즉, 패시베이션(passivation)층(110)이 코어층(104), 클래드층(102) 및 절연층(60)의 상부 전면에 형성되어 있다. 통상적으로 버퍼층(110)은 절연 물질로 이루어진다. 컬러 필터 어레이(120)가 버퍼층(110)의 상부에 형성되어 있다. 컬러 필터 어레이(120)에는 적색(R:Red), 녹색(G:Green) 및 청색(B:Blue)을 컬러 필터들이 있다. 평탄화층(130)이 컬러 필터 어레이(120)의 상부에 형성되어 있다. 평탄화층(130)은 마이크로 렌즈(140)를 위해 컬러 필터 어레이(120)의 상부 면을 평편하게 하는 역할을 한다. 마이크로 렌즈(140)는 평탄화층(130)의 상부에 포토 다이오드(42)에 대응하여 형성되어 있다. 여기서, 마이크로 렌즈(140)는 그레이드 인덱스형 마이크로 렌즈(Graded index micro lens)일 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같은 본 발명에 의한 이미지 센서는 일반적인 이미지 센서와 달리 InP(102) 및 InGaAsP(104), 또는 SiO2(102) 및 SiON(104) 같은 반도체 재료를 클래드층(102) 및 코어층(104)으로 각각 이용하여 형성된 광 도파로(100)를 갖는다. 따라서, 이온 주입에 의해 형성된 광 도파로를 갖는 일반적인 이미지 센서가 빛의 손실을 더 유발할 수 있는 반면, 도 2에 도시된 바와 같이 이온 주입이 아닌 반도체 재료를 이용하여 형성된 광 도파로를 갖는 본 발명에 의한 이미지 센서는 빛의 손실을 줄일 수 있다. 이는 본 발명의 광 도파로에서, 코어층과 클래드층의 굴절율이 일정하고 빛이 반사되는 부분의 면이 균일하기 때문이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시에에 의한 이미지 센서의 단면도를 나타낸다.
도 3에 도시된 이미지 센서와 도 2에 도시된 이미지 센서에서 동일한 부분들을 동일한 참조부호를 사용하였으며 이들에 대한 설명은 생략한다.
도 3에 도시된 이미지 센서의 광 도파로는 코어층(200)과 클래드층(60A)을 갖는다. 먼저, 코어층(200)은 마이크로 렌즈(140)과 컬러 필터 어레이(120)를 통해 입사되는 입사광이 포토 다이오드(42) 방향으로 진행하는 경로를 형성하며, 이를 위해 포토 다이오드(42)의 상부에 형성되어 있다.
클래드층은 포토 다이오드(42)로 향하지 않고 빗나가는 입사광을 포토 다이오드(42) 방향으로 반사시키도록, 코어층(200)의 굴절율보다 낮은 굴절율을 갖는다. 이를 위해, 클래드층은 반도체 기판(40)의 상부에서 코어층(200)의 측부에 형성되어 있다. 도 2에 도시된 이미지 센서와 달리 도 3에 도시된 이미지 센서의 경우, 절연층(60A)이 클래드층으로서의 역할을 수행함을 알 수 있다. 도 3에 도시된 절연층(60A)은 세 가지 종류의 절연층들(62A, 64A 및 66A)을 갖는다. 이들 절연층들(62A, 64A 및 66A)은 서로 동일한 종류일 수도 있고 다른 종류일 수도 있지만, 광 도파로를 형성하기 위해 이러한 종류에 무관하게 코어층(200)의 굴절율보다는 작은 굴절율을 갖는다.
본 발명에 의하면, 코어층(200)은 감광성 폴리머(polymer) 예를 들면, PMMA(Poly Methyl Meta Acrylate)일 수 있다.
본 발명에 의하면, 버퍼층(210)이 코어층(200)과 절연층(60A)의 상부 전면에 형성되어 있다. 버퍼층(210)은 투과율이 높은 폴리에틸렌(polyethylene)일 수 있다.
결국, 도 3에 도시된 본 발명에 의한 이미지 센서의 광 도파로는 일반적인 이미지 센서의 광 도파로와 달리, 투과율이 높은 PMMA를 이용하여 코어층(200)을 형성하고 절연층(60A)을 이용하여 클래드층을 형성한다. 이와 같이 이온 주입이 아닌 반도체 재료를 이용하여 광 도파로를 형성하므로, 도 3에 도시된 이미지 센서에서 광 도파로의 코어층과 클래드층의 굴절율이 일정하고 빛이 반사되는 부분의 면이 균일하므로, 빛의 손실이 적은 효과가 있다.
이하, 본 발명의 실시예들 각각에 의한 이미지 센서의 제조 방법들을 첨부된 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 4a 내지 도 4f들은 본 발명의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 제조 방법에 의한 공정 단면도들을 나타낸다.
도 2에 도시된 광 도파로(100)는 도 4a 내지 도 4f에 도시된 방법에 의해 형성될 수 있다. 본 발명에 의한 이미지 센서의 제조 방법을 설명할 때, 편의상 절연층들(62, 64 및 66)은 동일한 층인 것으로 가정하여 설명하지만 본 발명은 이에 국한되지 않는다. 또한, 도 2에 도시된 이미지 센서에서 일반적인 이미지 센서와 다른 부분인 광 도파로(100)에 대한 부분의 제조 방법만을 중점적으로 설명하며 그 밖의 구성 요소의 제조 방법은 일반적인 사항이므로 여기서는 개략적으로만 생략한다.
먼저, 도 4a를 참조하면, 반도체 기판(40)에 포토 다이오드(42)를 형성한다. 포토 다이오드(42)를 형성하는 방법은 일반적이다. 예를 들어, 반도체 기판(40)에서 포토 다이오드(42)를 형성할 영역을 오픈하는 이온 주입 마스크(미도시)를 반도체 기판(40)의 상부에 형성한다. 이후, 이온 주입 마스크를 이용하여 반도체 기판(40)에 이온을 주입하여 도 4a에 도시된 바와 같은 포토 다이오드(42)를 형성한다. 이후, 포토 다이오드(42)를 포함하여 반도체 기판(40)의 상부 전면에 절연층(60B)을 형성한다. 이후, 절연층(60B)의 상부에 감광 물질(photoresist)(300)을 코딩한다.
이후, 도 4b에 도시된 바와 같이, 감광 물질(300)을 패터닝하여 광 도파로 영역을 노출시키는 감광막 마스크(300A)를 형성한다.
이후, 도 4c에 도시된 바와 같이, 감광막 마스크(300A)를 식각 마스크로 이용하여, 절연층(60B)을 반응성 이온 식각(RIE:Reactive Ion Etching) 등의 건식 식각법으로 식각하여 포토 다이오드(42)를 노출시키는 개구부(320)를 절연층(60)에 형성한다.
이후, 도 4d 내지 도 4f에 도시된 바와 같이, 제1 굴절율을 갖고 포토 다이오드(42)의 상부 면을 노출시키고 개구부(320)의 내벽을 덮는 광 도파로의 클래드층(102)을 형성한다. 이후, 개구부(320)를 매립하면서 노출된 포토 다이오드(42)의 상부 및 클래드층(102)의 상부에 제1 굴절율보다 더 높은 제2 굴절율을 갖는 광 도파로의 코어층(104)을 형성한다.
예를 들어, 도 4d에 도시된 바와 같이, 제1 굴절율을 갖는 클래드층(102) 형성용 물질(InP 또는 SiO2)(102A)을 포토 다이오드(42)의 상부와 개구부(320)의 내벽에 균일하게 증착하여 형성한다. 예를 들어, 클래드층(102) 형성용 물질(102A)은 화학적 기상 증착법(CVD: Chemical Vapor Deposition)법에 의해 증착되어 형성될 수 있다.
이후, 도 4e에 도시된 바와 같이, 포토 다이오드(42)의 상부 면이 노출되도록 클래드층(102) 형성용 물질을 식각한다. 이후, 도 4e에 도시된 바와 같이, 코어층(104) 형성용 물질(InGaAsP 또는 SiON)(104A)을 노출된 포토 다이오드(42)의 상부 면을 덮고 개구부(32)를 갭필하면서 균일하게 증착하여 형성한다. 예를 들어, 코어층(104) 형성용 물질(104A)은 PECVD(Plasma Enhanced CVD)법에 의해 형성될 수 있다. 여기서, 클래드층(102) 형성용 물질(102A)이 InP일 때 코어층(104) 형성용 물질(104A)은 InGaAsP일 수 있고, 클래드층(102) 형성용 물질(102A)이 SiO2일 때 코어층(104) 형성용 물질(104A)은 SiON일 수 있다.
이후, 도 4f에 도시된 바와 같이, 절연층(60)의 상부 면이 노출될 때까지 코 어층(104) 형성용 물질(104A)과 클래드층(102) 형성용 물질(104A)을 전면 식각한다.
이후, 도 2에 도시된 바와 같이 코어층(104), 클래드층(102) 및 절연층(60)의 상부 전면에 버퍼층(110)을 형성한다.
이후, 버퍼층(110)의 상부에 컬러 필터 어레이(120)를 형성한다. 이후, 컬러 필터 어레이(120)의 상부에 평탄화층(130)을 형성한다. 이후, 평탄화층(130)의 상부에 포토 다이오드(42)에 대응하는 마이크로 렌즈(140)를 형성한다.
도 5a 내지 도 5f들은 본 발명의 다른 실시예에 의한 이미지 센서의 제조 방법에 의한 공정 단면도들을 나타낸다.
도 3에 도시된 광 도파로(200 및 60A)는 도 5a 내지 도 5e에 도시된 방법에 의해 형성되고 버퍼층(210)은 도 5f에 도시된 바와 같이 형성될 수 있다. 본 발명에 의한 이미지 센서의 제조 방법을 설명할 때, 편의상 절연층들(62A, 64A 및 66A)은 동일한 층인 것으로 가정하여 설명하지만 본 발명은 이에 국한되지 않는다. 또한, 도 3에 도시된 이미지 센서에서 일반적인 이미지 센서와 다른 부분인 광 도파로(200 및 60A) 및 버퍼층(210)에 대한 부분의 제조 방법만을 설명하며 그 밖의 구성 요소의 제조 방법은 일반적인 사항이므로 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
먼저, 도 5a를 참조하면, 반도체 기판(40)에 포토 다이오드(42)를 형성한다. 포토 다이오드(42)를 형성하는 방법은 일반적이다. 예를 들어, 반도체 기판(40)에서 포토 다이오드(42)를 형성할 영역을 오픈하는 이온 주입 마스크(미도시)를 반도체 기판(40)의 상부에 형성한다. 이후, 이온 주입 마스크를 이용하여 반도체 기판(40)에 이온을 주입하여 도 5a에 도시된 바와 같은 포토 다이오드(42)를 형성한다.
이후, 포토 다이오드(42)를 포함하여 반도체 기판(40)의 상부 전면에 광 도파로의 클래드층으로서 제1 굴절율을 갖는 절연층(60C)을 형성한다. 이후, 절연층(60C)의 상부에 감광 물질(400)을 코딩한다. 이후, 도 5b에 도시된 바와 같이, 감광 물질(400)을 패터닝하여 광 도파로 영역을 노출시키는 감광막 마스크(400A)를 형성한다.
이후, 도 5c에 도시된 바와 같이, 감광막 마스크(400A)를 식각 마스크로 이용하여, 절연층(60C)을 반응성 이온 식각(RIE) 등의 건식 식각법으로 식각하여 포토 다이오드(42)를 노출시키는 개구부(420)를 형성한다.
이후, 도 5d 및 도 5e에 도시된 바와 같이, 포토 다이오드(42)의 노출된 상부 면과 개구부(420)를 매립하면서, 제1 굴절율보다 더 높은 제2 굴절율을 갖는 광 도파로의 코어층(200)을 균일하게 증착하여 형성한다.
예를 들면, 도 5d에 도시된 바와 같이, 포토 다이오드(42)의 노출된 상부면과 개구부(420)를 매립하면서, 코어층(200) 형성용 물질(200A)을 형성한다. 코어층(200) 형성용 물질(200A)로서 감광성 폴리머인 SU-8(여기서, SU-8은 제품명이다.)과 같은 PMMA가 스핀 코팅(spin coating) 방식으로 형성될 수 있다.
이후, 도 5e에 도시된 바와 같이, 코어층(200) 형성용 물질(200A)을 전면 식각하여 코어층(200)을 형성한다.
이후, 도 5f에 도시된 바와 같이, 코어층(200)과 절연층(60A)의 상부 전면에 버퍼층(210)을 형성한다. 예를 들어, 폴리에틸렌을 버퍼층(210)으로서 코팅하여 형성할 수 있다. 이와 같이, 폴리에틸렌과 같은 폴리머를 이용하므로, 절연 물질로 된 기존의 패시베이션층(110)보다 버퍼층(210)을 보다 간단히 형성할 수 있다.
이후, 도 3에 도시된 컬러 필터 어레이(120), 평탄화층(130) 및 마이크로 렌즈(140)의 형성 순서는 전술한 바와 같다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
도 1은 전반사의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 이미지 센서의 단면도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 다른 실시에에 의한 이미지 센서의 단면도를 나타낸다.
도 4a 내지 도 4f들은 본 발명의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 제조 방법에 의한 공정 단면도들을 나타낸다.
도 5a 내지 도 5f들은 본 발명의 다른 실시예에 의한 이미지 센서의 제조 방법에 의한 공정 단면도들을 나타낸다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
40 : 반도체 기판 42 : 포토 다이오드
60, 60A : 절연층 100, 300 : 광 도파로
102 : 클래드층 104, 200 : 코어층
Claims (20)
- 반도체 기판에 형성된 포토 다이오드;입사광이 상기 포토 다이오드 방향으로 진행하는 경로를 형성하며 상기 포토 다이오드의 상부에 형성된 광 도파로의 코어층;상기 입사광을 상기 포토 다이오드 방향으로 반사시키도록 상기 코어층의 굴절율보다 작은 굴절율을 갖고 상기 코어층의 측부에 형성되는 상기 광 도파로의 클래드층; 및상기 반도체 기판의 상부에서, 상기 클래드층의 측부에 형성된 절연층을 구비하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제1 항에 있어서, 상기 클래드층은 InP로 이루어지고 상기 코어층은 InGaAsP으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제1 항에 있어서, 상기 클래드층은 SiO2로 이루어지고 상기 코어층은 SiON으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 반도체 기판에 형성된 포토 다이오드;입사광이 상기 포토 다이오드 방향으로 진행하는 경로를 형성하며 상기 포토 다이오드의 상부에 형성된 광 도파로의 코어층; 및상기 입사광을 상기 포토 다이오드 방향으로 반사시키도록, 상기 코어층의 굴절율보다 낮은 굴절율을 갖고 상기 반도체 기판의 상부에서 상기 코어층의 측부에 클래드층으로서 형성된 절연층을 구비하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제4 항에 있어서, 상기 코어층은 감광성 폴리머인 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제5 항에 있어서, 상기 코어층은 PMMA(Poly Methyl Meta Acrylate)인 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제4 항에 있어서, 상기 코어층과 상기 절연층의 상부 전면에 형성된 버퍼층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제7 항에 있어서, 상기 버퍼층은 폴리에틸렌인 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제1 항에 있어서, 상기 코어층, 상기 클래드층 및 상기 절연층의 상부 전면에 형성된 버퍼층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제7 항 또는 제9 항에 있어서, 상기 이미지 센서는상기 버퍼층의 상부에 형성된 컬러 필터 어레이;상기 컬러 필터 어레이의 상부에 형성된 평탄화층; 및상기 평탄화층의 상부에 상기 포토 다이오드에 대응하여 형성된 마이크로 렌즈를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 반도체 기판에 포토 다이오드를 형성하는 단계;상기 포토 다이오드를 포함하여 상기 반도체 기판의 상부에 절연층을 형성하는 단계;상기 절연층의 상부에 광 도파로 영역을 노출시키는 감광막 마스크를 형성하는 단계;상기 감광막 마스크를 식각 마스크로 이용하여, 상기 절연층을 식각하여 상기 포토 다이오드를 노출시키는 개구부를 형성하는 단계;제1 굴절율을 갖고, 상기 포토 다이오드의 상부면을 노출시키고 상기 개구부의 내벽을 덮으면서 상기 광 도파로의 클래드층을 형성하는 단계; 및상기 개구부를 매립하면서 상기 노출된 포토 다이오드의 상부 및 상기 클래드층의 상부에 상기 제1 굴절율보다 더 높은 제2 굴절율을 갖는 상기 광 도파로의 코어층을 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제11 항에 있어서, 상기 클래드층은 InP이고 상기 코어층은 InGaAsP인 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제11 항에 있어서, 상기 클래드층은 SiO2이고 상기 코어층은 SiON인 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 반도체 기판에 포토 다이오드를 형성하는 단계;상기 포토 다이오드를 포함하여 상기 반도체 기판의 상부에 광 도파로의 클래드층으로서 제1 굴절율을 갖는 절연층을 형성하는 단계;상기 절연층의 상부에 상기 광 도파로 영역을 노출시키는 감광막 마스크를 형성하는 단계;상기 감광막 마스크를 식각 마스크로 이용하여, 상기 절연층을 식각하여 상기 포토 다이오드를 노출시키는 개구부를 형성하는 단계; 및상기 포토 다이오드를 포함하여 상기 개구부를 매립하여, 상기 제1 굴절율보다 더 높은 제2 굴절율을 갖는 상기 광 도파로의 코어층을 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제14 항에 있어서, 상기 코어층은 감광성 폴리머인 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제15 항에 있어서, 상기 코어층은 PMMA(Poly Methyl Meta Acrylate)인 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제14 항에 있어서, 상기 코어층과 상기 절연층의 상부 전면에 버퍼층을 형성하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제17 항에 있어서, 상기 버퍼층은 폴리에틸렌인 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제11 항에 있어서, 상기 코어층, 상기 클래드층 및 상기 절연층의 상부 전면에 버퍼층을 형성하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제17 항 또는 제19 항에 있어서, 상기 이미지 센서의 제조 방법은상기 버퍼층의 상부에 컬러 필터 어레이를 형성하는 단계;상기 컬러 필터 어레이의 상부에 평탄화층을 형성하는 단계; 및상기 평탄화층의 상부에 상기 포토 다이오드에 대응하는 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
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