KR20110075945A - Image sensor and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
실시예는 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다. Embodiments relate to an image sensor and a method of manufacturing the same.
이미지센서(Image sensor)는 광학적 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체소자로서, 전하결합소자(Charge Coupled Device: CCD) 이미지센서와 씨모스 이미지센서(Complementary Metal Oxide Silicon Sensor: CIS)로 구분된다.An image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal, and includes a charge coupled device (CCD) image sensor and a complementary metal oxide silicon sensor (CIS). Are distinguished.
씨모스 이미지 센서는 단위화소 내에 포토다이오드와 트랜지스터들을 형성시킴으로써 스위칭 방식으로 각 단위화소의 전기적 신호를 순차적으로 검출하여 영상을 구현한다. The CMOS image sensor generates an image by sequentially detecting an electrical signal of each unit pixel by switching a photodiode and transistors in the unit pixel.
이러한 이미지 센서에서 디자인 룰이 점차 감소됨에 따라 단위 픽셀의 사이즈가 감소하여 광 감도가 감소될 수 있다. As the design rule of the image sensor is gradually reduced, the size of the unit pixel may be reduced, thereby reducing the light sensitivity.
광감도를 높여주기 위하여 단위픽셀에 해당하는 컬러 필터 상에 마이크로 렌즈가 형성된다. Microlenses are formed on a color filter corresponding to a unit pixel in order to increase light sensitivity.
하지만, 마이크로 렌즈에서 포토다이오드까지의 광 경로에 존재하는 복수의 배선층으로 인한 빛의 회절 빛 산란될 수 있다. 산란된 빛들은 배선 사이의 빈 공간을 통해 인접하는 픽셀들로 전달될 수 있다. However, diffracted light scattering of light due to a plurality of wiring layers present in the optical path from the microlens to the photodiode may occur. Scattered light can be transmitted to adjacent pixels through the empty space between the wirings.
이와 같이 산란된 빛은 배선에 의해 반사되어서 돌아오거나 또는 인접 픽셀로 입사하여 크로트 토크(crosstalk)를 유발할 수 있다.The scattered light may be reflected by the wiring to be returned or incident to adjacent pixels to cause crosstalk.
이러한 현상은 픽셀 사이즈가 작아지면서 더욱 뚜렷이 나타나는 것으로, 픽셀 사이즈의 감소에 따라 빛의 간섭 현상이 커지기 때문이다. This phenomenon is more pronounced as the pixel size becomes smaller, because light interference increases as the pixel size decreases.
결국, 픽셀 사이즈가 작아지면서 빛의 산란으로 포토다이오드의 집광률이 감소되어 이미지 센서의 감도저하를 유발시킬 수 있다. As a result, as the pixel size decreases, light scattering of the photodiode decreases due to scattering of light, which may cause a decrease in sensitivity of the image sensor.
한편, 단위픽셀에 해당하는 컬러필터 어레이는 레드, 그린 및 블루 필터로 구분될 수 있다. On the other hand, the color filter array corresponding to the unit pixel may be divided into red, green and blue filters.
이때, 서로 인접하는 동일한 색상의 컬러필터에 해당하는 포토다이오드로 입사되는 빛은 동일하여야 하는데, 배선의 불규칙적인 배열로 인하여 어느 한쪽이 증가하거나 감소하여 이미지의 불균형을 유발시키게 된다. At this time, the light incident to the photodiodes corresponding to the color filters of the same color adjacent to each other should be the same, which causes an imbalance of the image by increasing or decreasing either side due to the irregular arrangement of the wiring lines.
실시예는 메탈라인 사이의 빈공간에 차광층을 선택적으로 형성하고 빛의 효율을 향상시킬 수 있는 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공한다. The embodiment provides an image sensor and a method of manufacturing the same, which can selectively form a light blocking layer in an empty space between metal lines and improve light efficiency.
실시예에 따른 이미지 센서는, 반도체 기판에 단위픽셀 별로 형성된 복수개의 포토다이오드들; 상기 반도체 기판 상에 형성된 하부 절연층; 상기 포토다이오드를 기준으로 x축 방향으로 정렬되고, 상기 포토다이오드를 가리지 않도록 상기 포토다이오드의 양측에 해당하는 상기 하부 절연층 상에 형성된 제1 메탈라인들을 포함하는 제1 절연층; 및 상기 포토다이오드를 가리지 않도록 상기 제1 절연층에 배치되고, 상기 제1 메탈라인들 사이 공간에 y축 방향으로 형성된 제1 차광층을 포함한다. According to an exemplary embodiment, an image sensor includes: a plurality of photodiodes formed in unit pixels on a semiconductor substrate; A lower insulating layer formed on the semiconductor substrate; A first insulating layer aligned in the x-axis direction with respect to the photodiode and including first metal lines formed on the lower insulating layers corresponding to both sides of the photodiode so as not to cover the photodiode; And a first light blocking layer disposed on the first insulating layer so as not to cover the photodiode, and formed in a y-axis direction in a space between the first metal lines.
실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법은, 반도체 기판에 단위픽셀 별로 복수개의 포토다이오드들을 형성하는 단계; 상기 반도체 기판 상에 하부 절연층을 형성하는 단계; 상기 포토다이오드를 기준으로 x축 방향으로 정렬되고, 상기 포토다이오드를 가리지 않도록 상기 포토다이오드의 양측에 해당하는 상기 하부 절연층 상에 제1 메탈라인들을 포함하는 제1 절연층을 형성하는 단계; 및 상기 포토다이오드를 가리지 않도록 상기 제1 절연층에 형성되고, 상기 제1 메탈라인들 사이 공간에 y축 방향을 가지는 제1 차광층을 형성하는 단계를 포함한다. In another embodiment, a method of manufacturing an image sensor includes: forming a plurality of photodiodes for each pixel on a semiconductor substrate; Forming a lower insulating layer on the semiconductor substrate; Forming a first insulating layer including first metal lines on the lower insulating layer that is aligned in the x-axis direction with respect to the photodiode and does not cover the photodiode; And forming a first light blocking layer formed on the first insulating layer so as not to cover the photodiode, and having a y-axis direction in a space between the first metal lines.
실시예에 따르면, 단위픽셀의 포토다이오드 상부영역에 형성된 메탈라인의 빈공간에 빛을 차단하는 차광층이 형성되어 이미지 센서의 광감도를 향상시킬 수 있다. In example embodiments, a light blocking layer may be formed in an empty space of a metal line formed in an upper region of a photodiode of a unit pixel to improve light sensitivity of an image sensor.
특히, 상기 차광층은 포토다이오드를 가리지 않도록 절연층에 선택적으로 이온주입되어 형성되고, 빛을 해당픽셀의 포토다이오드로 진행시킬 수 있다. In particular, the light blocking layer may be formed by selectively implanting ions into the insulating layer so as not to cover the photodiode, and to propagate light to the photodiode of the pixel.
이에 따라, 이미지 센서의 크로스 토크 및 노이즈 발생을 방지하고, 이미지 특성을 향상시킬 수 있다. Accordingly, crosstalk and noise generation of the image sensor can be prevented and image characteristics can be improved.
이하, 실시예에 따른 이미지센서 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, an image sensor and a method of manufacturing the same according to an embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
실시예의 설명에 있어서, 각 층의 "상/아래(on/under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상/아래는 직접(directly)와 또는 다른 층을 개재하여(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.In the description of the embodiments, where it is described as being formed "on / under" of each layer, it is understood that the phase is formed directly or indirectly through another layer. It includes everything.
도 1은 실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 단면도이다. 도 3은 도 1의 제1 배선층을 나타내는 평면도이다. 도 5는 도 1의 제2 배선층을 나타내는 평면도이다. 도 6은 실시예에 따른 이미지 센서와 일반적인 이미지센서에서 빛의 파장에 따른 전자기파 시뮬레이션(electromagnetic wave simulation)을 결과를 나타내는 도면이다. 1 is a cross-sectional view illustrating an image sensor according to an embodiment. 3 is a plan view illustrating the first wiring layer of FIG. 1. FIG. 5 is a plan view illustrating the second wiring layer of FIG. 1. 6 is a view showing the results of electromagnetic wave simulation (electromagnetic wave simulation) according to the wavelength of light in the image sensor and the general image sensor according to the embodiment.
실시예에 따른 이미지 센서는, 반도체 기판(100)에 단위픽셀 별로 형성된 복수개의 포토다이오드((PD1,PD2,PD3,PD4))들; 상기 반도체 기판(100) 상에 형성된 하부 절연층(110); 상기 포토다이오드를 기준으로 x축 방향으로 정렬되고, 상기 포토다이오드를 가리지 않도록 상기 포토다이오드의 양측에 해당하는 상기 하부 절연층(110) 상에 형성된 제1 메탈라인(121)들을 포함하는 제1 절연층(120); 및 상기 포토다이오드를 가리지 않도록 상기 제1 절연층(120)에 배치되고, 상기 제1 메탈라인(121)들 사이 공간에 y축 방향으로 형성된 제1 차광층(125)을 포함한다. According to an exemplary embodiment, an image sensor includes a plurality of photodiodes (PD1, PD2, PD3, and PD4) formed in a unit pixel on a
상기 제1 절연층(120) 상에는 제2 메탈라인(131)을 포함하는 제2 절연층(130)이 더 형성될 수 있다. The second
상기 제2 메탈라인(131)들은 상기 포토다이오드를 기준으로 y축 방향으로 정렬되고, 상기 포토다이오드를 가리지 않도록 상기 포토다이오드의 양측에 해당하는 상기 제1 절연층(120) 상에 배치될 수 있다. The
상기 제2 절연층(130)에는 상기 포토다이오드를 가리지 않도록 상기 제2 메탈라인(131)들 사이 공간에 x축 방향으로 제2 차광층(135)이 더 형성될 수 있다. A second
예를 들어, 상기 포토다이오드들은 제1 포토다이오드(PD1), 제2 포토다이오드(PD2), 제3 포토다이오드(PD3) 및 제4 포토다이오드(PD4)를 포함할 수 있다. For example, the photodiodes may include a first photodiode PD1, a second photodiode PD2, a third photodiode PD3, and a fourth photodiode PD4.
상기 제1 내지 제4 포토다이오드(PD1,PD2,PD3,PD4)는 서로 인접하도록 메쉬 또는 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. The first to fourth photodiodes PD1, PD2, PD3, and PD4 may be disposed in a mesh or matrix form so as to be adjacent to each other.
상기 제2 절연층(130) 상에 보호층이 배치될 수 있다. A protective layer may be disposed on the second
상기 제1 내지 제4 포토다이오드(PD1,PD2,PD3,PD4)에 대응하도록 상기 보호층(140) 상에 컬러필터(140), 평탄화층(150) 및 마이크로 렌즈(160)가 더 배치될 수 있다. The
도 2에 도시된 바와 같이, x축을 기준으로 하였을 때, 상기 제1, 제2 포토다이오드(PD1,PD2)가 이루는 열과 상기 제3, 제4 포토다이오드(PD3,PD4)가 이루는 열은 가로방향으로 서로 평행하게 배열될 수 있다. As shown in FIG. 2, the rows formed by the first and second photodiodes PD1 and PD2 and the rows formed by the third and fourth photodiodes PD3 and PD4 are in a horizontal direction when the x-axis is referenced. Can be arranged parallel to each other.
상기 제1 메탈라인(121)은 x축을 기준으로 상기 제1 및 제2 포토다이오드(PD1,PD2)의 양측에 배치되고, 제3 및 제4 포토다이오드(PD3,PD4)의 양측에 배치될 수 있다. The
상기 제1,제2,제3 및 제4 포토다이오드(PD3,PD4)의 y축 방향의 빈공간에 제1 차광층(125)이 배치될 수 있다.The first
즉, y축 방향을 기준으로 상기 제1 내지 제4 포토다이오드(PD1,PD2,PD3,PD4)들 사이의 빈공간에 제1 차광층(125)이 배치될 수 있다. That is, the first
평면에서 보았을 때, 상기 제1 메탈라인(121) 및 제1 차광층(125)은 상기 제1 내지 제4 포토다이오드(PD1,PD2,PD3,PD4)의 사방을 감싼 형태를 가질 수 있다. When viewed in plan view, the
이에 따라, 입사광은 해당하는 단위픽셀의 포토다이오드로 입사될 수 있다. Accordingly, incident light may be incident on the photodiode of the corresponding unit pixel.
상기 제1 차광층(125)은 이온주입층일 수 있다. The first
예를 들어, 상기 제1 절연층(120)은 산화막으로 형성되고 제1 굴절률(n=1.4~1.5)을 가질 수 있다. For example, the first
상기 제1 차광층(125)은 상기 산화막보다 큰 원자 반경을 가지는 물질로 형성될 수 있다. 상기 제1 차광층(125)은 상기 제1 굴절률 보다 큰 제2 굴절률(1.6~2.0)을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 차광층은 아르곤(Ar) 원소로 형성될 수 있다. The first
상기 제1 차광층(125)은 금속일 수 있다. The first
예를 들어, 상기 제1 차광층(125)은 상기 제1 메탈라인(M1)과 동일한 금속재료로 형성될 수 있다. For example, the first
이에 따라, 상기 제1 차광층(125) 및 상기 제1 메탈라인(121)이 이웃하는 픽셀로 입사되는 빛의 차단하고, 광 감도를 향상시킬 수 있다. Accordingly, the first
도 4에 도시된 바와 같이, y축을 기준으로 하였을 때, 상기 제1, 제3 포토다이오드(PD1,PD3)가 이루는 열과 상기 제2 및 제4 포토다이오드(PD2,PD4)가 이루는 열은 세로방향으로 서로 평행하게 배열될 수 있다. As shown in FIG. 4, when the y-axis is referenced, the rows formed by the first and third photodiodes PD1 and PD3 and the rows formed by the second and fourth photodiodes PD2 and PD4 are vertically aligned. Can be arranged parallel to each other.
상기 제2 메탈라인(131)은 y축을 기준으로 상기 제1 내지 제3 포토다이오드(PD1PD3)의 양측에 배치되고, 제2 및 제4 포토다이오드(PD2,PD4)의 양측에 배치될 수 있다. The
상기 제1 내지 제4 포토다이오드((PD1,PD2,PD3,PD4)의 x축 방향의 빈 공간에 제2 차광층(135)이 배치될 수 있다.The second
즉, x축 방향을 기준으로 상기 제1 내지 제4 포토다이오드(PD1,PD2,PD3,PD4)들 사이의 빈공간에 제2 차광층(135)이 배치될 수 있다. That is, the second
평면에서 보았을 때, 상기 제2 메탈라인(131) 및 제2 차광층(135)은 상기 제1 내지 제4 포토다이오드(PD1,PD2,PD3,PD4)의 사방을 감싼 형태를 가질 수 있다. When viewed in plan view, the
이에 따라, 입사광은 해당하는 단위픽셀의 포토다이오드로 입사될 수 있다. Accordingly, incident light may be incident on the photodiode of the corresponding unit pixel.
상기 제2 차광층(135)은 이온주입층일 수 있다. The second
예를 들어, 상기 제2 절연층(130)은 산화막으로 형성되고 제1 굴절 률(n=1.4~1.5)을 가질 수 있다. For example, the second
상기 제2 차광층(135)은 상기 산화막보다 큰 원자 반경을 가지는 물질로 형성될 수 있다. 상기 제2 차광층(135)은 상기 제1 굴절률 보다 큰 제2 굴절률(1.6~2.0)을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 차광층(135)은 아르곤(Ar) 원소로 형성될 수 있다. The second
상기 제2 차광층(135)은 금속일 수 있다. The second
예를 들어, 상기 제2 차광층(135)은 상기 제2 메탈라인(M2)과 동일한 금속재료로 형성될 수 있다. For example, the second
이에 따라, 상기 제2 차광층(135) 및 상기 제2 메탈라인(131)이 이웃하는 픽셀로 입사되는 빛의 차단하고, 광 감도를 향상시킬 수 있다. Accordingly, the second
도 6의 (a)는 일반적인 제1 메탈라인(M1) 및 제2 메탈라인(M2)에 의한 EMW(electromagnetic wave) 시뮬레이션(simulation) 결과이다. 예를 들어, 상기 제1 메탈라인(M1)은 x축으로 정렬되어 있고, 제2 메탈라인(M2)은 y축으로 정렬되어 있는 것을 예로한다. FIG. 6A illustrates a simulation result of an electromagnetic wave (EMW) simulation by a general first metal line M1 and a second metal line M2. For example, the first metal line M1 is aligned with the x-axis, and the second metal line M2 is aligned with the y-axis.
도 6의 (a)에 도시된 바와 같이 마이크로 렌즈 및 컬러필터를 통과한 광은 제1 및 제2 메탈라인(M1,M2)에 의한 빛의 산란에 의하여 이웃하는 픽셀로 들어가는크로스 토크 요인(A)인 것을 확인할 수 있다. As shown in FIG. 6A, light passing through the microlens and the color filter enters a neighboring pixel due to scattering of light by the first and second metal lines M1 and M2. You can confirm that
도 6의 (b)는 실시예에 따른 제1 메탈라인(M1) 및 제2 메탈라인(M2)에 의한 EMW(electromagnetic wave) 시뮬레이션(simulation) 결과이다. 실시예에서는 상기 제1 메탈라인(M1)은 x축으로 정렬되어 있고, 제1 메탈라인(M1) 사이의 빈공간에는 제1 차광층(125)이 형성되어 있다. 또한, 실시예의 제2 메탈라인(M2)은 y축으로 정렬되어 있고, 제2 메탈라인(M2) 사이의 빈공간에는 제2 차광층(135)이 형성되어 있다.FIG. 6B is a result of an electromagnetic wave (EMW) simulation by the first metal line M1 and the second metal line M2 according to the embodiment. In an embodiment, the first metal line M1 is aligned with the x-axis, and the first
도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 마이크로 렌즈 및 컬러필터를 통과한 광은 제1, 제2 메탈라인(131) 및 제1 및 제2 차광층에 의하여 해당하는 픽셀로 들어갈 수 있다. As shown in FIG. 6B, light passing through the micro lens and the color filter may enter the corresponding pixel by the first and
즉, 상기 제1, 제2 메탈라인(131) 및 제1 및 제2 차광층(135)은 상기 제1 내지 제4 포토다이오드(PD1,PD2,PD3,PD4)의 사방에 해당하도록 그 상부 영역에 형성되어, 크로스 토크 및 노이즈 특성을 개선할 수 있다. That is, the first and
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법을 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing an image sensor according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 6.
도 1 및 도 2를 참조하여, 제1, 제2, 제3 및 제4 포토다이오드(PD1,PD2, PD3,PD4)가 형성된 반도체 기판(100) 상에 제1 메탈라인(121)을 포함하는 제1 절연층(120)이 형성된다. 1 and 2, a
상기 반도체 기판(100)에는 액티브 영역과 필드영역을 정의하는 소자분리막(STI)이 형성되어 있다 그리고, 상기 반도체 기판(100)의 액티브 영역에는 빛을 수광하여 광전하를 생성하는 제1 내지 제4 포토다이오드(PD1,PD2,PD3,PD4)들 및 상기 포토다이오드들에 연결되어 수광된 광전하를 전기신호를 변환하는 씨모스 회로(미도시)가 단위화소 별로 형성될 수 있다. An isolation layer STI is formed in the
상기 제1 내지 제4 포토다이오드(PD1,PD2,PD3,PD4)는 매트릭스(matrix) 또 는 메쉬(mesh)타입으로 형성되어 있을 수 있다. 즉, 상기 제1 내지 제4 포토다이오드(PD1,PD2,PD3,PD4)는 상호 인접하도록 형성될 수 있다. The first to fourth photodiodes PD1, PD2, PD3, and PD4 may be formed in a matrix or mesh type. That is, the first to fourth photodiodes PD1, PD2, PD3, and PD4 may be adjacent to each other.
예를 들어, x축을 기준으로 하였을 때, 상기 제1, 제2 포토다이오드(PD1,PD2)가 이루는 하나의 열과 상기 제3, 제4 포토다이오드(PD3,PD4)가 이루는 하나의 열은 가로방향으로 서로 평행하게 배열될 수 있다. For example, based on the x-axis, one row formed by the first and second photodiodes PD1 and PD2 and one row formed by the third and fourth photodiodes PD3 and PD4 are in a horizontal direction. Can be arranged parallel to each other.
y축을 기준으로 하였을 때, 상기 제1, 제3 포토다이오드(PD1,PD3)가 이루는 하나의 열과 상기 제2, 제4 포토다이오드(PD2,Pd4)가 이루는 하나의 열은 세로방향으로 서로 평행하게 배열될 수 있다. Based on the y-axis, one column formed by the first and third photodiodes PD1 and PD3 and one row formed by the second and fourth photodiodes PD2 and Pd4 are parallel to each other in the longitudinal direction. Can be arranged.
상기 제1 내지 제4 포토다이오드(PD1,PD2,PD3,PD4)를 포함하는 반도체 기판(100) 상에 하부 절연층(110)이 형성된다. (도 1 참조) 상기 하부 절연층(110)은 금속배선 전 절연층으로서, 상기 하부 절연층(110)은 이후 금속배선과 연결되는 컨택 플러그를 포함할 수 있다. The lower
상기 제1 메탈라인(121)은 상기 하부 절연층(110) 상에 금속을 증착하고 패터닝하여 형성될 수 있다. 그리고, 상기 제1 메탈라인(121) 상에 절연층을 증착한 후 평탄화 공정을 진행하여 제1 절연층(120)이 형성될 수 있다. The
상기 제1 메탈라인(121)은 상기 제1 내지 제4 포토다이오드(PD1,PD2,PD3,PD4)를 가리지 않도록 x축 방향으로 형성될 수 있다. The
예를 들어, 상기 제1 메탈라인(121)은 x축을 기준으로 상기 제1 및 제2 포토다이오드(PD1,PD2)의 양측에 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1 메탈라인(121)은 제3 및 제4 포토다이오드(PD3,PD4)의 양측에 형성될 수 있다. For example, the
상기 제1 메탈라인(121)에 의하여 단위픽셀들은 회로영역(미도시)과 전기적으로 연결될 수 있다. Unit pixels may be electrically connected to a circuit region (not shown) by the
이때, 상기 제1 메탈라인(121)이 형성되지 않은 상기 In this case, the
제1 내지 제4 포토다이오드(PD1,PD2,PD3,PD4)의 y축 방향 양측에 해당하는 영역은 빈공간이 형성된다. Empty spaces are formed in regions corresponding to both sides of the first to fourth photodiodes PD1, PD2, PD3, and PD4 in the y-axis direction.
도 3을 참조하여, 상기 제1 내지 제4 포토다이오드(PD1,PD2,PD3,PD4)를 가리지 않도록 상기 제1 절연층(120)에 제1 차광층(125)이 형성된다. Referring to FIG. 3, a first
상기 제1 차광층(125)은 상기 제1 메탈라인(121)과 동일 평면인 제1 절연층(120)에 형성될 수 있다. The first
상기 제1 차광층(125)은 제1 내지 제4 포토다이오드(PD1,PD2,PD3,PD4)들의 y축 방향 양측에 해당하는 빈공간에 선택적으로 이온주입하여 형성될 수 있다. The first
상기 제1 차광층(125)은 상기 제1 절연층(120)보다 큰 굴절률을 가지는 물질로 형성될 수 있다. The first
예를 들어, 상기 제1 차광층(125)은 산화막을 이루는 물질보다 큰 원자반경을 가지는 물질로 형성될 수 있다. 상기 제1 차광층(125)은 Ar 이온으로 형성될 수 있다. For example, the first
이에 따라, 상기 제1 내지 제4 포토다이오드(PD1,PD2,PD3,PD4)의 주변부위에 해당하는 상기 제1 절연층(120)에는 제1 메탈라인(121)과 제1 차광층(125)이 형성될 수 있다. Accordingly, a
이에 따라, 상기 제1 내지 제4 포토다이오드(PD1,PD2,PD3,PD4)로 각각 입사 되는 빛은 인접 픽셀로의 굴절 없이 해당픽셀로 입사될 수 있다. Accordingly, light incident on the first to fourth photodiodes PD1, PD2, PD3, and PD4 may be incident on the corresponding pixel without refraction to the adjacent pixel.
상기 제1 절연층(120)의 굴절률은 약 1.4~1.5인데, 빛의 입사를 선택적으로 차단하기 위해서는 굴절률 차이가 0.2 이상 높아야 한다. 상기 제1 절연층(120)을 이루는 물질보다 원자반경이 큰 아르곤과 같은 원소에 의하여 상기 제1 차광층(125)을 선택적으로 형성하면 굴절률이 선택적으로 높아지고, 빛을 차단할 수 있게 된다. The refractive index of the first insulating
상기 제1 차광층(125)은 상기 제1 메탈라인(121)과 동일한 금속으로 형성될 수 있다. The first
상기 제1 차광층(125)은 상기 제1 메탈라인(121)이 형성될 때 동시에 패터닝 될 수도 있다. The first
상기 제1 메탈라인(121) 및 상기 제1 차광층(125)이 금속으로 형성되고 해당 포토다이오드로 빛을 입사시킬 수 있다. The
도 1 및 도 4를 참조하여, 상기 제1 메탈라인(121) 및 제1 차광층(125)이 형성된 반도체 기판(100) 상에 제2 메탈라인(131)을 포함하는 제2 절연층(130)이 형성된다. 1 and 4, a second insulating
한편, 상기 제2 절연층(130)을 형성하기 전에 상기 제1 절연층(120) 상에 층간절연층(미도시)이 더 형성될 수도 있다. Meanwhile, an interlayer insulating layer (not shown) may be further formed on the first insulating
상기 제2 메탈라인(131)은 상기 제1 절연층(120) 상에 금속을 증착하고 패터닝하여 형성될 수 있다. 그리고, 상기 제2 메탈라인(131) 상에 절연층을 증착한 후 평탄화 공정을 진행하여 제2 절연층(130)이 형성될 수 있다. 또는 상기 제2 메 탈라인(131)은 절연층 형성 후 다마신 공정을 통해 갭필하여 형성될 수도 있다. The
상기 제2 메탈라인(131)은 상기 제1 내지 제4 포토다이오드(PD1,PD2,PD3,PD4)를 가리지 않도록 y축 방향으로 형성될 수 있다. The
예를 들어, 상기 제2 메탈라인(131)은 y축을 기준으로 상기 제1 내지 제3 포토다이오드(PD1,PD3)의 양측에 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2 메탈라인(131)은 제2 및 제4 포토다이오드(PD2,PD4)의 양측에 형성될 수 있다. For example, the
상기 제2 메탈라인(131)이 형성되지 않은 상기 제1 내지 제4 포토다이오드(PD1,PD2,PD3,PD4)들의 x축 방향 양측에 해당하는 영역은 상기 제2 절연층(130)의 표면이 노출되고 빈공간이 형성된다. The surface of the second insulating
도 5를 참조하여, 상기 제1 내지 제4 포토다이오드(PD1,PD2,PD3,PD4)를 가리지 않도록 상기 제2 절연층(130)에 제2 차광층(135)이 형성된다. Referring to FIG. 5, a second
상기 제2 차광층(135)은 상기 제2 메탈라인(131)과 동일 평면인 제2 절연층(130)에 이온주입하여 형성될 수 있다. The second
상기 제2 차광층(135)은 제1 내지 제4 포토다이오드(PD1,PD2,PD3,PD4)들의 x축 방향 양측에 해당하는 빈공간에 선택적으로 이온주입하여 형성될 수 있다. The second
상기 제2 차광층(135) 상기 제1 차광층(125)과 동일한 물질로 형성될 수 있다. The second
상기 제2 차광층(135)은 상기 제2 절연층(130)보다 높은 굴절률을 가질 수 있다. The second
예를 들어, 상기 제2 절연층(130)은 산화막이고 상기 제2 차광층(135)은 Ar 원소로 이루어질 수 있다. For example, the second insulating
상기 제1 내지 제4 포토다이오드(PD1,PD2,PD3,PD4)의 주변부위에 해당하는 상기 제2 절연층(130)에는 제2 메탈라인(131)과 제2 차광층(135)이 형성될 수 있다. A
즉, 상기 제1 내지 제4 포토다이오드(PD1,PD2,PD3,PD4)의 사방이 제2 메탈라인(131)과 제2 차광층(135)에 의하여 둘러쌓인 구조가 될 수 있다. That is, all directions of the first to fourth photodiodes PD1, PD2, PD3, and PD4 may be surrounded by the
이에 따라, 상기 제1 내지 제4 포토다이오드(PD1,PD2,PD3,PD4)로 각각 입사되는 빛은 인접픽셀로의 굴절 없이 해당픽셀로 입사될 수 있다. Accordingly, light incident on the first to fourth photodiodes PD1, PD2, PD3, and PD4 may be incident on the corresponding pixel without refraction to the adjacent pixel.
상기 제2 차광층(135)은 상기 제1 메탈라인(131)과 동일한 금속으로 형성될 수 있다. The second
상기 제2 차광층(135)은 상기 제2 메탈라인(131)이 형성될 때 동시에 패터닝 될 수도 있다. The second
상기 제2 메탈라인(131) 및 상기 제2 차광층(135)이 금속으로 형성되고 해당 포토다이오드로 빛을 입사시킬 수 있다. The
다시 도 1을 참조하여, 상기 제2 절연층(130) 상에 보호층(미도시)을 형성하고, 상기 제1 내지 제4 포토다이오드(PD1,PD2,PD3,PD4)에 각각 대응하도록 컬러필터(140) 및 마이크로 렌즈(160)를 형성한다.Referring to FIG. 1 again, a protective layer (not shown) is formed on the second insulating
실시예에 따르면, 단위픽셀의 포토다이오드 상부영역에 형성된 메탈라인의 빈공간에 빛을 차단하는 차광층이 형성되어 이미지 센서의 광감도를 향상시킬 수 있다. In example embodiments, a light blocking layer may block light in an empty space of a metal line formed in an upper region of a photodiode of a unit pixel, thereby improving light sensitivity of an image sensor.
특히, 상기 차광층은 포토다이오드를 가리지 않도록 절연층에 선택적으로 이온주입되어 형성되고, 빛을 해당픽셀의 포토다이오드로 진행시킬 수 있다. In particular, the light blocking layer may be formed by selectively implanting ions into the insulating layer so as not to cover the photodiode, and to propagate light to the photodiode of the corresponding pixel.
이에 따라, 이미지 센서의 크로스 토크 및 노이즈 발생을 방지하고, 이미지 특성을 향상시킬 수 있다. Accordingly, crosstalk and noise generation of the image sensor can be prevented and image characteristics can be improved.
본 발명은 기재된 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 청구항의 권리범위에 속하는 범위 안에서 다양한 다른 실시예가 가능하다.The present invention is not limited to the described embodiments and drawings, and various other embodiments are possible within the scope of the claims.
도 1은 실시예에 따른 이미지 센서의 일부를 나타내는 사시도이다.1 is a perspective view illustrating a part of an image sensor according to an embodiment.
도 2 및 도 3은 도 1에서 제1 배선층을 나타내는 평면도이다. 2 and 3 are plan views illustrating the first wiring layer in FIG. 1.
도 4 및 도 5는 도 1에서 제2 배선층을 나타내는 평면도이다. 4 and 5 are plan views illustrating the second wiring layer in FIG. 1.
도 6은 실시예에 따른 이미지 센서와 일반적인 이미지센서에서 빛의 파장에 따른 전자기파 시뮬레이션(electromagnetic wave simulation)을 결과를 나타내는 도면이다. 6 is a view showing the results of electromagnetic wave simulation (electromagnetic wave simulation) according to the wavelength of light in the image sensor and the general image sensor according to the embodiment.
Claims (20)
Priority Applications (1)
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KR1020090132520A KR20110075945A (en) | 2009-12-29 | 2009-12-29 | Image sensor and method for manufacturing the same |
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