KR20110076613A - 이미지 센서 및 이미지 센서의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른 이미지 센서는 포토 다이오드가 형성된 반도체 기판; 컨택, 금속배선을 포함하고, 상기 반도체 기판 위에 형성된 층간절연층; 상기 층간절연층에 형성되고, 수직한 라인 형태로서 금속물질로 이루어지며, 상측으로부터 투영하였을 경우 상기 포토 다이오드의 외곽부에 대응되도록 형성된 광가이드; 상기 층간절연층 위에 형성된 컬러필터층; 상기 컬러필터층 위에 형성된 평탄화보호층; 및 상기 평탄화보호층 위에 형성된 마이크로 렌즈를 포함한다.
실시예에 의하면, 마이크로 렌즈 사이의 갭을 통하여 입사되는 빛, 중간구조물에 의하여 광경로가 변경된 빛과 같이 인접된 포토 다이오드 간 광간섭 현상을 일으키는 빛을 해당 포토 다이오드로 집광시킬 수 있으므로 이미지 감도를 향상시킬 수 있다.
이미지 센서, 마이크로 렌즈, 포토 다이오드, 간섭 현상, 광가이드
Description
실시예는 이미지 센서 및 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것이다.
마이크로 렌즈를 형성하는 과정은, 첫째, 컬러필터층 위에 포토레지스트층을 형성하고, 둘째, 포토레지스트층 위에 크롬(Cr) 마스크를 정렬시킨 후, 디포커스(defocus) 현상을 이용하여 사다리꼴의 포토레지스트 패턴을 형성한다. 셋째, 포토레지스트 패턴을 열처리하여 볼록한 형태의 마이크로 렌즈를 형성한다. 이는 포토레지스트 패턴이 녹으면서 유동성을 가짐에 따라 표면장력에 의하여 둥근 형태를 가지는 리플로우 현상을 이용한 것이다. 그러나, 리플로우 현상을 이용하는 경우 마이크로 렌즈 사이에 갭(gap)이 발생된다.
도 1은 이미지 센서에 빛이 입사되는 형태를 모식화한 도면이다.
도 1과 같이, 마이크로 렌즈(20) 사이의 갭(30)을 통하여 입사되는 빛은 굴절되지 못하고 직진하여 포토다이오드(10)에 포커싱되지 못하며, 인접된 포토 다이오드(10)에 간섭을 일으켜 이미지 저하를 초래한다.
또한, 층간절연층(40) 상에 형성된 금속배선 등의 영향으로 인하여 상기 마 이크로 렌즈(20)를 투과한 빛의 경로가 바뀌고, 인접된 포토다이오드(10)에 간섭 현상(cross talk)을 일으켜 이미지 센서의 광감도를 저하시키는 문제점이 있다.
이와 같이 간섭 현상이 발생되면, 인접된 포토 다이오드에 노이즈 신호가 증가되고, 이는 이미지 센서의 광감도 및 해상도를 저하시키는 주요 원인이 된다.
실시예는 인접된 포토 다이오드 사이의 광간섭 현상을 최소화하여 이미지 감도를 향상시킬 수 있는 이미지 센서 및 이미지 센서의 제조 방법을 제공한다.
실시예에 따른 이미지 센서는 포토 다이오드가 형성된 반도체 기판; 컨택, 금속배선을 포함하고, 상기 반도체 기판 위에 형성된 층간절연층; 상기 층간절연층에 형성되고, 수직한 라인 형태로서 금속물질로 이루어지며, 상측으로부터 투영하였을 경우 상기 포토 다이오드의 외곽부에 대응되도록 형성된 광가이드; 상기 층간절연층 위에 형성된 컬러필터층; 상기 컬러필터층 위에 형성된 평탄화보호층; 및 상기 평탄화보호층 위에 형성된 마이크로 렌즈를 포함한다.
실시예에 따른 이미지 센서는 포토 다이오드가 형성된 반도체 기판; 컨택, 금속배선을 포함하고, 상기 반도체 기판 위에 형성된 층간절연층; 상기 층간절연층에 형성되고, 수직한 라인 형태로서 ARCL(Anti-Reflective Coating Layer)로 이루어지며, 상측으로부터 투영하였을 경우 상기 포토 다이오드의 외곽부에 대응되도록 형성된 광가이드; 상기 층간절연층 위에 형성된 컬러필터층; 상기 컬러필터층 위에 형성된 평탄화보호층; 및 상기 평탄화보호층 위에 형성된 마이크로 렌즈를 포함한다.
실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법은 반도체 기판에 포토 다이오드가 형성되는 단계; 상기 반도체 기판 위에, 수직한 라인 형태로서 금속물질로 이루어 지며 상측으로부터 투영하였을 경우 상기 포토 다이오드의 외곽부에 대응되도록 형성된 광가이드 및 컨택, 금속배선을 포함하는 층간절연층이 형성되는 단계; 상기 층간절연층 위에 컬러필터층이 형성되는 단계; 상기 컬러필터층 위에 평탄화보호층이 형성되는 단계; 및 상기 평탄화보호층 위에 마이크로 렌즈가 형성되는 단계를 포함한다.
실시예에 의하면, 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 광가이드 구조를 통하여, 마이크로 렌즈 사이의 갭을 통하여 입사되는 빛, 중간구조물에 의하여 광경로가 변경된 빛과 같이 인접된 포토 다이오드 간 광간섭 현상을 일으키는 빛을 해당 포토 다이오드로 집광시킬 수 있다. 따라서 이미지 감도를 향상시킬 수 있다.
둘째, 금속배선 공정 및 컨택 공정을 이용하여 광가이드를 형성할 수 있으므로, 추가비용 없이 이미지 센서의 기능을 극대화할 수 있다.
첨부된 도면을 참조하여 실시예에 따른 이미지 센서 및 이미지 센서의 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다.
이하, 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되므로 본 발명의 기술적 사상과 직접적인 관련이 있는 핵심적인 구성부만을 언급하기로 한다.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조 물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도 2는 제1 실시예에 따른 이미지 센서의 구조를 개략적으로 도시한 측단면도이다.
도 2를 참조하면, 제1 실시예에 따른 이미지 센서는 반도체 기판(100), 소자분리막(105), 포토 다이오드(110), 층간절연층(120), 컨택(122), 금속배선(124), 광가이드(wave guide)(130), 컬러필터층(140), 평탄화보호층(150), 마이크로 렌즈(160)를 포함하여 구성된다.
상기 반도체 기판(100)에 픽셀 영역을 정의하는 소자분리막(105)이 형성되고, 소자분리막(105) 사이의 상기 반도체 기판(100) 상부에 광을 전기신호로 변환하는 상기 포토 다이오드(110)가 형성된다.
도면에 도시되지 않았으나, 상기 픽셀 영역의 상기 반도체 기판(100) 상에는 상기 포토 다이오드(110)에서 변환된 전기신호를 처리하는 트랜지스터가 더 형성될 수 있다.
상기 층간절연층(120)은 상기 반도체 기판(100) 위에 형성되고, 적층 구조의 상기 금속배선(124) 및 상기 금속배선(124)들을 연결시키는 상기 컨택(122)은 상기 층간절연층(120) 상에 형성된다.
상기 광가이드(130)는 금속 물질, 가령 구리(Cu)와 같은 재질을 이용하여 상기 층간절연층(120) 상에 수직한 라인 형태로 형성될 수 있으며, 상기 금속 배선(124) 형성을 위한 트렌치 식각 공정, 상기 컨택(122) 형성을 위한 컨택홀 공정 등을 이용하여 형성될 수 있다.
상기 광가이드(130)는 상측으로부터 투영하였을 경우, 상기 포토 다이오드(110)의 외곽부에 대응되도록 형성되며, 다수개로서 상기 포토 다이오드(110) 주변을 둘러싸는 울타리 구조로 형성될 수 있다.
가령, 다수의 금속배선 공정, 다수의 컨택 공정이 적층 구조에 따라 진행되는 경우, 상기 광가이드(130)도 동일한 마스크 공정을 이용하여 여러 부분으로 분할되고, 아래측으로부터 순차적으로 형성되어 상하측으로 연결될 수 있다.
따라서, 상기 광가이드(130)는 상기 포토 다이오드(110) 영역을 벗어난 빛을 반사시켜 상기 포토 다이오드(110)로 입사되도록 가이드하는 기능을 수행할 수 있다.
참고로, 상기 광가이드(130)의 라인폭이 너무 커지게 되면 상기 포토 다이오드(110)의 면적이 상대적으로 작아지게 되므로, 160nm 내지 200nm의 라인폭으로 형성되는 것이 좋다.
도 3은 제2 실시예에 따른 이미지 센서의 구조를 개략적으로 도시한 측단면도이다.
도 2를 참조하면, 실시예에 따른 이미지 센서는 반도체 기판(200), 소자분리 막(205), 포토 다이오드(210), 층간절연층(220), 컨택(222), 금속배선(224), 광가이드(wave guide)(230), 컬러필터층(240), 평탄화보호층(250), 마이크로 렌즈(260)를 포함하여 구성된다.
제2 실시예에 따른 이미지 센서는 제1 실시예와 상기 광가이드(130, 230) 구성이 상이하며, 다른 구성은 유사하므로 반복되는 설명은 생략하기로 한다.
상기 광가이드(230)는 ARCL(Anti-Reflective Coating Layer)를 이용하여 이루어지며, 가령, 금속물질과 질소(nitrogen)의 화합물인 금속질화막으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 광가이드(230)는 상기 층간절연층(220) 상에 라인 형태로 형성되며, 상측으로부터 투영하였을 경우 상기 포토 다이오드(210)의 외곽부에 대응되도록 형성되고, 다수개로서 상기 포토 다이오드(210) 주변을 둘러싸는 울타리 구조로 형성될 수 있다.
또한, 상기 광가이드(230)는 상기 포토 다이오드(210)를 향한 내부면에 엠보싱과 같은 요철 구조를 가질 수 있는데, 상기 요철 구조는 주상정구조(columnar structure)를 갖는 물질을 이용하여 형성될 수 있다.
주상정구조를 갖는 물질로는 TiN, Ti/TiN, AlN 등을 예로 들 수 있다.
따라서, 상기 광가이드(230)는 상기 포토 다이오드(210) 영역을 벗어난 빛을 반사시켜 상기 포토 다이오드(210)로 입사되도록 하거나 흡수함으로써 가이드하는 기능을 수행할 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나 이 는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 이미지 센서에 빛이 입사되는 형태를 모식화한 도면.
도 2는 제1 실시예에 따른 이미지 센서의 구조를 개략적으로 도시한 측단면도.
도 3은 제2 실시예에 따른 이미지 센서의 구조를 개략적으로 도시한 측단면도.
Claims (17)
- 포토 다이오드가 형성된 반도체 기판;컨택, 금속배선을 포함하고, 상기 반도체 기판 위에 형성된 층간절연층;상기 층간절연층에 형성되고, 수직한 라인 형태로서 금속물질로 이루어지며, 상측으로부터 투영하였을 경우 상기 포토 다이오드의 외곽부에 대응되도록 형성된 광가이드;상기 층간절연층 위에 형성된 컬러필터층;상기 컬러필터층 위에 형성된 평탄화보호층; 및상기 평탄화보호층 위에 형성된 마이크로 렌즈를 포함하는 이미지 센서.
- 제1항에 있어서, 상기 광가이드는구리를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제1항에 있어서, 상기 광가이드는다수개로서 상기 포토 다이오드를 둘러싸는 울타리 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제1항에 있어서, 상기 광가이드는160nm 내지 200nm의 라인폭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제1항에 있어서,상기 금속배선 및 상기 컨택은 다수의 적층 구조를 가지며,상기 광가이드는 분할된 라인 형태를 이루고, 상기 적층 구조와 동일한 적층 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 반도체 기판에 포토 다이오드가 형성되는 단계;상기 반도체 기판 위에, 수직한 라인 형태로서 금속물질로 이루어지며 상측으로부터 투영하였을 경우 상기 포토 다이오드의 외곽부에 대응되도록 형성된 광가이드 및 컨택, 금속배선을 포함하는 층간절연층이 형성되는 단계;상기 층간절연층 위에 컬러필터층이 형성되는 단계;상기 컬러필터층 위에 평탄화보호층이 형성되는 단계; 및상기 평탄화보호층 위에 마이크로 렌즈가 형성되는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 광가이드는구리를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 광가이드는다수개로서 상기 포토 다이오드를 둘러싸는 울타리 구조로 형성되는 것을 특 징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제6항에 있어서,상기 금속배선 및 상기 컨택은 다수의 적층 구조를 가지며,상기 광가이드는 상기 금속 배선 형성을 위한 트렌치 식각 공정, 상기 컨택 형성을 위한 컨택홀 공정 중 하나 이상의 공정을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제9항에 있어서, 상기 광가이드는다수의 금속배선 공정, 다수의 컨택 공정이 적층 구조에 따라 진행되는 경우, 동일한 마스크 공정을 이용하여 여러 부분으로 분할되고, 아래측으로부터 순차적으로 형성되어 상하측으로 연결되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 포토 다이오드가 형성된 반도체 기판;컨택, 금속배선을 포함하고, 상기 반도체 기판 위에 형성된 층간절연층;상기 층간절연층에 형성되고, 수직한 라인 형태로서 ARCL(Anti-Reflective Coating Layer)로 이루어지며, 상측으로부터 투영하였을 경우 상기 포토 다이오드의 외곽부에 대응되도록 형성된 광가이드;상기 층간절연층 위에 형성된 컬러필터층;상기 컬러필터층 위에 형성된 평탄화보호층; 및상기 평탄화보호층 위에 형성된 마이크로 렌즈를 포함하는 이미지 센서.
- 제11항에 있어서, 상기 광가이드는다수개로서 상기 포토 다이오드를 둘러싸는 울타리 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제11항에 있어서, 상기 광가이드는금속질화막을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제11항에 있어서, 상기 광가이드는상기 포토 다이오드를 향한 내부면에 요철 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제13항에 있어서, 상기 요철 구조는엠보싱 형태인 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제11항에 있어서, 상기 광가이드는주상정구조를 갖는 물질을 통하여 상기 요철 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제14항에 있어서, 상기 주상정구조를 갖는 물질은TiN, Ti/TiN, AlN 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
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2009
- 2009-12-29 KR KR1020090133362A patent/KR20110076613A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20150115290A (ko) * | 2014-04-03 | 2015-10-14 | 삼성전자주식회사 | 광 이용 효율이 향상된 이미지 센서 |
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Legal Events
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| WITN | Withdrawal due to no request for examination |