KR20120001337A - A unit picture element including a photodiode including a light anti-absorption layer formed thereon, back-side illumination cmos image sensor including the unit picture element - Google Patents

A unit picture element including a photodiode including a light anti-absorption layer formed thereon, back-side illumination cmos image sensor including the unit picture element Download PDF

Info

Publication number
KR20120001337A
KR20120001337A KR1020100062076A KR20100062076A KR20120001337A KR 20120001337 A KR20120001337 A KR 20120001337A KR 1020100062076 A KR1020100062076 A KR 1020100062076A KR 20100062076 A KR20100062076 A KR 20100062076A KR 20120001337 A KR20120001337 A KR 20120001337A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
photodiode
light absorption
unit
light
Prior art date
Application number
KR1020100062076A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101729249B1 (en
Inventor
안정착
심은섭
김범석
이경호
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020100062076A priority Critical patent/KR101729249B1/en
Priority to US13/171,946 priority patent/US8629486B2/en
Publication of KR20120001337A publication Critical patent/KR20120001337A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101729249B1 publication Critical patent/KR101729249B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14643Photodiode arrays; MOS imagers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462Coatings
    • H01L27/14621Colour filter arrangements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625Optical elements or arrangements associated with the device
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14627Microlenses

Abstract

PURPOSE: A unit pixel and a backside illumination complementary metal oxide semiconductor image sensor including the same are provided to an improve trade off relation of sensitivity about white spot and light. CONSTITUTION: A photo diode(120) is formed on the upper side of a wiring layer(110). An optical absorption blocking layer(130) is formed on the upper side of the photo diode. An anti-reflection layer(140) is formed on the upper side of the optical absorption blocking layer. A color filter(150) is formed on the upper side of the anti-reflection layer. A micro lens(160) is formed on the upper side of the color filter. The anti-reflection layer is formed into a compound semiconductor in which energy band gap is bigger than a semiconductor which constitutes the photo diode. A visible ray passes through the compound semiconductor.

Description

포토다이오드 계면에 광흡수 방지층을 구비하는 단위화소, 및 상기 단위화소를 구비하는 백사이드 일루미네이션 CMOS 이미지센서{A unit picture element including a photodiode including a light anti-absorption layer formed thereon, Back-side illumination CMOS image sensor including the unit picture element} A unit picture element including a photodiode including a light anti-absorption layer formed thereon, back-side illumination CMOS image sensor including a unit pixel including a light absorption prevention layer at a photodiode interface, and a backside illumination CMOS image sensor including the unit pixel including the unit picture element}

본 발명은 단위화소에 관한 것으로, 특히 반사방지층(ARL, Anti-Reflection Layer)과 포토다이오드 계면에 광흡수를 하지 않는 부분이 형성된 단위화소에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to unit pixels, and more particularly, to a unit pixel in which a portion which does not absorb light at an interface between an anti-reflection layer (ARL) and a photodiode is formed.

CMOS 이미지센서는 복수 개의 단위화소(unit picture element)를 구비하며, 복수 개의 단위화소들 각각에서 감지된 영상신호를 전기신호로 변환하는 기능을 수행한다. 각 단위화소 내에는 입사되는 영상신호를 감지하는 포토다이오드, 포토다이오로부터 감지된 영상신호를 전기신호로 변환하는데 사용되는 복수 개의 모스트랜지스터를 구비한다. 종래에는 포토다이오드 및 모스트랜지스터가 형성된 칩의 상부로부터 영상신호 즉 빛을 수신하였다. 단위화소에는 포토다이오드뿐만 아니라 모스트랜지스터들이 형성되어 있기 때문에, 칩의 상부에서 볼 때 빛을 수신하는 포토다이오드의 면적은 단위화소의 전체가 아닌 일부분이 할당될 수밖에 없다. The CMOS image sensor includes a plurality of unit picture elements, and converts an image signal detected by each of the plurality of unit pixels into an electrical signal. Each unit pixel includes a photodiode for sensing an incident image signal, and a plurality of MOS transistors for converting the image signal detected from the photodiode into an electrical signal. Conventionally, an image signal, that is, light, is received from an upper portion of a chip on which a photodiode and a MOS transistor are formed. Since not only the photodiode but also the MOS transistors are formed in the unit pixel, the area of the photodiode receiving the light when viewed from the top of the chip is inevitably allocated to a part of the unit pixel.

새롭게 제안된 백사이드 일루미네이션(Back-side illumination) CMOS 이미지센서는 칩의 상부로부터가 아니라, 칩의 하부 즉 기판(substrate)으로부터 빛을 수신하는 방식이다. 즉, 이미지센서를 구성하는 포토다이오드 및 모스트랜지스터들을 모두 형성시킨 후, 빛을 최적으로 수신할 수 있을 정도의 두께로 칩의 하부를 연마(grinding)하고, 연마된 부분의 하부방향으로 컬러필터 및 마이크로렌즈를 더 형성시키는 것이다. The newly proposed back-side illumination CMOS image sensor is a method of receiving light from the bottom of the chip, i.e. from the substrate, rather than from the top of the chip. That is, after forming both the photodiode and the MOS transistors constituting the image sensor, the lower part of the chip (grinding) to a thickness enough to receive the light optimally, and the color filter and the lower part of the polished portion To form more microlenses.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적과제는, 포토다이오드-반사방지층 계면에 광흡수를 하지 않는 물질이 형성된 단위화소를 제공하는데 있다. The technical problem to be solved by the present invention is to provide a unit pixel in which a material that does not absorb light at the interface of the photodiode-reflective layer.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적과제는, 포토다이오드-반사방지층 계면에 광흡수를 하지 않는 물질이 형성된 단위화소로 구성된 화소어레이를 구비하는 백사이드 일루미네이션 CMOS 이미지센서를 제공하는데 있다. Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a backside illumination CMOS image sensor having a pixel array composed of unit pixels in which a material that does not absorb light at the photodiode-reflective layer interface is formed.

상기 기술적과제를 이루기 위한 본 발명의 일면에 따른 단위화소는, 배선층, 상기 배선층 상부에 형성된 포토다이오드, 상기 포토다이오드 상부에 형성된 광흡수방지층, 및 상기 광흡수방지층의 상부에 형성된 반사방지층 (ARL: Anti-Reflection layer) 을 구비한다. 상기 광흡수방지층은 포토다이오드를 구성하는 반도체보다 에너지밴드갭(Eg)이 큰 화합물 반도체로 형성된다. According to an aspect of the present invention, a unit pixel includes a wiring layer, a photodiode formed on the wiring layer, a light absorption prevention layer formed on the photodiode, and an antireflection layer formed on the light absorption prevention layer (ARL). Anti-Reflection layer). The light absorption prevention layer is formed of a compound semiconductor having a larger energy band gap (Eg) than a semiconductor constituting the photodiode.

바람직하게는, 상기 화합물반도체는 가시광을 투과시킬 수 있다.Preferably, the compound semiconductor may transmit visible light.

바람직하게는, 상기 반도체는 실리콘(Si)을 포함할 수 있다. Preferably, the semiconductor may include silicon (Si).

바람직하게는, 상기 화합물 반도체는 실리콘-카바이드(SiC)일 수 있다.Preferably, the compound semiconductor may be silicon carbide (SiC).

바람직하게는, 상기 화합물 반도체는 증착 공정에 의해 상기 포토다이오드 상부에 형성될 수 있다. Preferably, the compound semiconductor may be formed on the photodiode by a deposition process.

바람직하게는, 상기 광흡수방지층에 P타입 고불순물을 도핑할 수 있다. Preferably, the light absorption layer may be doped with a P-type high impurity.

바람직하게는, 상기 P타입 고불순물은 보론(B)을 포함할 수 있다.Preferably, the P-type high impurity may include boron (B).

바람직하게는, 상기 반사방지층 상부에 컬러필터층이 더 형성될 수 있다.Preferably, a color filter layer may be further formed on the anti-reflection layer.

바람직하게는, 상기 컬러필터층 상부에 마이크로 렌즈가 더 형성될 수 있다.Preferably, a micro lens may be further formed on the color filter layer.

바람직하게는, 상기 배선층은 복수의 메탈층 및 상기 복수의 메탈층을 절연하기 위한 절연막층으로 구성될 수 있다.Preferably, the wiring layer may include a plurality of metal layers and an insulating layer for insulating the plurality of metal layers.

상기 기술적과제를 이루기 위한 본 발명의 다른 일면에 따른 백사이드 일루미네이션 CMOS 이미지센서는, 화소어레이, 로우 디코더 및 컬럼 디코더를 구비한다. 상기 화소어레이는 복수 개의 단위화소가 2차원으로 배열되어 있다. 상기 로우 디코더는 상기 화소어레이에 배열된 단위화소들의 동작을 수평라인 단위로 제어한다. 상기 컬럼 디코더는 상기 화소어레이에 배열된 단위화소들의 동작을 수직라인 단위로 제어한다. 상기 단위화소들 각각은, 배선층, 상기 배선층 상부에 형성된 포토다이오드, 상기 포토다이오드 상부에 형성된 광흡수방지층, 및 상기 광흡수방지층의 상부에 형성된 반사방지층을 구비한다. 광흡수방지층은 포토다이오드를 구성하는 반도체보다 에너지밴드갭(Eg)이 큰 화합물 반도체로 형성된다.According to another aspect of the present invention for achieving the above technical problem, a backside illumination CMOS image sensor includes a pixel array, a row decoder, and a column decoder. In the pixel array, a plurality of unit pixels are arranged in two dimensions. The row decoder controls the operation of the unit pixels arranged in the pixel array in units of horizontal lines. The column decoder controls the operation of the unit pixels arranged in the pixel array in a vertical line unit. Each of the unit pixels includes a wiring layer, a photodiode formed on the wiring layer, a light absorption prevention layer formed on the photodiode, and an antireflection layer formed on the light absorption prevention layer. The light absorption prevention layer is formed of a compound semiconductor having a larger energy band gap (Eg) than the semiconductor constituting the photodiode.

본 발명은 광흡수를 하지 않은 물질을 반사방지층(ARL, Anti-Reflection Layer)-실리콘 계면에 형성하므로 화이트 스폿(White spot)과 빛에 대한 감도의 트레이드오프(trade-off) 관계를 개선시킬 수 있는 장점이 있다. According to the present invention, a material that does not absorb light is formed at an anti-reflection layer (ARL) -silicon interface, thereby improving a trade-off relationship between white spots and sensitivity to light. There is an advantage.

도 1은 본 발명에 따른 포토다이오드와 반사방지층의 계면부에 광흡수방지층을 구비하는 단위화소의 단면구조를 나타낸다.
도 2는 포토다이오드와 반사방지층의 계면부에 광흡수방지층을 구비하지 않는 단위화소의 단면구조의 일 예를 나타낸다.
도 3 본 발명에 따른 포토다이오드와 반사방지층의 계면부에 광흡수방지층을 구비하는 단위화소의 회로도이다.
도 4a 내지 4d는 도 3의 단위화소의z축 방향 깊이에 따른, 에너지밴드갭, 실리콘비율, 가시광흡수율, 디펙트 농도와의 관계를 나타낸 것이다.
도 5는 CMOS 이미지센서의 단위화소 단면도이다.
도 6은 CMOS 공정을 이용하여 생성시킨 단위화소의 단면도이다.
도 7a는 포토다이오드를 형성하였을 때 단위화소의 단면도이다.
도 7b는 포토다이오드의 상부에 광흡수 방지층을 형성했을 때 단위화소의 단면도이다.
도 7c는 광흡수 방지층에 P타입 고불순물을 도핑했을 때 단위화소의 단면도이다.
도 7d는 광흡수 방지층 상부에 반사방지층 및 컬러필터층을 형성했을 때 단위화소의 단면도이다.
도 7e는 일정한 형태의 아일랜드를 형성시켰을 때의 단위화소의 단면도이다.
도 7f는 포토다이오드의 상부에 형성된 아일랜드에 열을 가하여 광자 굴절용 마이크로 렌즈를 형성시켰을 때의 단위화소의 단면도이다.
도 8은 CMOS 이미지센서의 구성을 나타낸다.
1 illustrates a cross-sectional structure of a unit pixel including a light absorption prevention layer at an interface portion of a photodiode and an antireflection layer according to the present invention.
2 shows an example of a cross-sectional structure of a unit pixel not including a light absorption prevention layer at an interface portion of a photodiode and an antireflection layer.
3 is a circuit diagram of a unit pixel including a light absorption prevention layer at an interface portion of a photodiode and an antireflection layer according to the present invention.
4A to 4D show the relationship between the energy band gap, the silicon ratio, the visible light absorption rate, and the defect concentration according to the z-axis depth of the unit pixel of FIG. 3.
5 is a cross-sectional view of a unit pixel of a CMOS image sensor.
6 is a cross-sectional view of unit pixels generated using a CMOS process.
7A is a cross-sectional view of a unit pixel when a photodiode is formed.
7B is a cross-sectional view of the unit pixel when the light absorption prevention layer is formed on the photodiode.
7C is a cross-sectional view of the unit pixel when the light absorption prevention layer is doped with P-type high impurity.
7D is a cross-sectional view of the unit pixel when the antireflection layer and the color filter layer are formed on the light absorption prevention layer.
7E is a sectional view of a unit pixel when an island of a certain form is formed.
7F is a cross-sectional view of a unit pixel when a photon refracting microlens is formed by applying heat to an island formed on an upper portion of the photodiode.
8 shows the configuration of the CMOS image sensor.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. In order to fully understand the present invention and the operational advantages of the present invention and the objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings, which are provided for explaining exemplary embodiments of the present invention, and the contents of the accompanying drawings.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in the drawings denote like elements.

본 발명의 핵심 아이디어는, 포토다이오드와 반사방지층(ARL) 계면에 도핑이나 화합물 반도체 형성 등의 방법으로 계면 디펙트(defect)를 발생하지 않으며 빛을 흡수하지 않는 물질을 형성하는 것이다. 그렇게 함으로써, 빛의 흡수 및 전자 생성이 백사이드(backside) 표면으로부터 일정 깊이만큼 떨어진 곳에서 발생하게 되므로, 백사이드(backside) 표면의 다크 디펙트(dark defect)의 영향을 적게 받게 된다. 결국 강한 전기장(high electric field)을 갖는 포토다이오드(photodiode)를 형성하더라도 화이트 스폿(white spot)이 증가하지 않는다. The core idea of the present invention is to form a material at the interface between the photodiode and the antireflective layer (ARL) that does not generate interface defects and does not absorb light by a method such as doping or compound semiconductor formation. By doing so, the absorption of light and the generation of electrons occur at a certain depth away from the backside surface, thereby being less susceptible to dark defects on the backside surface. As a result, the formation of a photodiode with a high electric field does not increase the white spot.

도 1은 본 발명에 따른 포토다이오드와 반사방지층(ARL) 사이에 광흡수방지층을 구비하는 단위화소의 단면구조를 나타낸다. 1 illustrates a cross-sectional structure of a unit pixel including a light absorption prevention layer between a photodiode and an antireflection layer ARL according to the present invention.

도 1에 도시된 단면구조(100)는 CMOS 이미지센서를 구성하는 복수 개의 단위화소 중 2개를 나타낸다. 가장 하부로부터 배선층(110) 및 포토다이오드층(120)의 순서로 적층되어 있다. 포토다이오드층(120)에는 반도체 기판에 2개의 포토다이오드(PD1, PD2)가 형성되어 있다. 이하에서는 포토다이오드와 포토다이오드 층을 혼용해서 쓴다. 각 단위화소는 절연물이 채워진 트랜치(trench)(미도시)에 의해 구분될 수 있다. 포토다이오드층(120)은 반도체로 구성될 수 있다. 포토다이오드층(120)의 상부에는 광흡수 방지층(130)이 적층되어 있다. 광흡수 방지층(130)은, 화합물 반도체로 구성될 수 있다. 다만 상기 화합물 반도체는, 상기 포토다이오드를 구성하는 반도체보다 에너지밴드갭이 커야 한다 (Eg(Si)=1.1eV이면 ~1.3eV이상). 상기 광흡수방지층(130)의 상부에, 반사방지층(ARL)(140), 컬러필터(150), 및 마이크로렌즈(160)가 순서대로 적층된다. The cross-sectional structure 100 shown in FIG. 1 represents two of the plurality of unit pixels constituting the CMOS image sensor. The wiring layer 110 and the photodiode layer 120 are stacked in order from the bottom. In the photodiode layer 120, two photodiodes PD1 and PD2 are formed on a semiconductor substrate. Hereinafter, the photodiode and the photodiode layer are used interchangeably. Each unit pixel may be distinguished by a trench (not shown) filled with an insulator. The photodiode layer 120 may be formed of a semiconductor. The light absorption prevention layer 130 is stacked on the photodiode layer 120. The light absorption prevention layer 130 may be formed of a compound semiconductor. However, the compound semiconductor should have a larger energy band gap than the semiconductor constituting the photodiode (~ 1.3 eV or more when Eg (Si) = 1.1 eV). The antireflection layer (ARL) 140, the color filter 150, and the microlens 160 are sequentially stacked on the light absorption prevention layer 130.

본 발명에 따른 단위화소(100)는 백사이드 일루미네이션 CMOS 이미지센서에 사용되는 것으로, 도 1을 참조하면, 빛은 1차적으로 포토다이오드에 먼저 도달한다. 일반적인 CMOS 이미지센서의 경우, 이미지센서에 입사되는 빛은 배선층(110)을 경유한 후 최종적으로 포토다이오드에 입사되는 방식이었다. 이 두 방식의 차이점에 대해서는 후술할 것이다. The unit pixel 100 according to the present invention is used for a backside illumination CMOS image sensor. Referring to FIG. 1, light primarily reaches a photodiode. In the case of the general CMOS image sensor, the light incident on the image sensor is a method of finally entering the photodiode after passing through the wiring layer 110. The difference between these two methods will be described later.

정리하면, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위해서, 바람직하게는 광흡수방지층(110)을 구성하는 물질은 실리콘의 도핑층 또는 유사 물질로 형성되어 계면 디펙트(defect)를 발생하지 않으면서 빛을 흡수하지 않는 물질이어야 한다. 그러기 위해서는, 광흡수방지층(110)을 구성하는 화합물 반도체의 에너지 밴드갭(Eg)은, 포토다이오드층(120)을 구성하는 반도체의 에너지 밴드갭에 비해 높아야 한다. 예를 들면, 포토다이오드층(120)을 구성하는 반도체가 실리콘(Si)이라고 가정할 때, 광흡수방지층(130)를 구성하는 화합물 반도체는 실리콘보다 에너지 갭이 큰 물질은 무엇이든 가능할 수 있다. 바람직하게는, 광흡수방지층(130)를 구성하는 화합물 반도체는 실리콘-카바이드(SiC)를 사용할 수 있다. In summary, in order to achieve the problem to be solved in the present invention, preferably, the material constituting the light absorption prevention layer 110 is formed of a silicon doping layer or a similar material without generating an interface defect. It must be a material that does not absorb light. To this end, the energy band gap Eg of the compound semiconductor constituting the light absorption prevention layer 110 should be higher than that of the semiconductor constituting the photodiode layer 120. For example, assuming that the semiconductor constituting the photodiode layer 120 is silicon (Si), the compound semiconductor constituting the light absorption prevention layer 130 may be any material having a larger energy gap than silicon. Preferably, the compound semiconductor constituting the light absorption prevention layer 130 may use silicon carbide (SiC).

이하에서는 본 발명의 효과를 발생시키는 광학적 원리에 대하여 설명한다. 설명의 편의를 위하여 하나의 단위화소에 대하여 설명한다. Hereinafter, an optical principle for generating the effect of the present invention will be described. For convenience of explanation, one unit pixel will be described.

도 2는 본 발명에 따른 단위화소(100)에서 광흡수 방지층이 없는 단위화소의 단면도(200)를 나타낸 것이다. 2 is a cross-sectional view 200 of a unit pixel without a light absorption prevention layer in the unit pixel 100 according to the present invention.

도 2를 참조하면, BI(Back-side illumincation) 구조에서 백사이드의 실리콘(silicon)과 반사방지층(ARL) 경계면에는 다크 커런트(Dark current) 및 화이트 스폿(white spot)의 원인이 되는 디펙트(defect)가 많이 형성된다. 디펙트는 예컨대 표면의 리키지(likeage), 즉 표면에서 전자가 생성되는 것을 의미한다. Referring to FIG. 2, in the back-side illumincation (BI) structure, defects that cause dark current and white spots on the silicon and anti-reflective layer (ARL) interfaces of the backside are caused by dark current and white spots. ) Is formed a lot. Defect means, for example, the likeage of a surface, ie electrons are produced on the surface.

입사된 빛은 백사이드 표면에서 가장 많이 광전 변환(photoelectric conversion)이 일어나는데, 표면부에서 발생한 전자가 이웃 픽셀로 이동하는 크로스토크(crosstalk)을 줄이기 위해서는 강한 전기장(strong electric field)을 갖는 포토다이오드(photodiode) 형성이 필요하다. The incident light has the most photoelectric conversion at the backside surface, and a photodiode with a strong electric field is used to reduce the crosstalk in which electrons from the surface move to neighboring pixels. ) Formation is required.

그런데, 포토 다이오드에 전기장(e-field)를 강하게 형성하면, 디펙트(defect)에서 발생한 전자 역시 포토 다이오드 쪽으로 끌려오게 되므로, 화이트 스폿(white spot)과 크로스토크(crosstalk)는 트레이드오프(tradeoff) 관계에 있다. However, if a strong electric field (e-field) is formed in the photodiode, electrons generated in the defect are also attracted to the photodiode, so white spots and crosstalk are tradeoffs. In a relationship.

따라서, 전기적 크로스토크(electrical crosstalk)를 증가시키지 않으며 디펙트(defect)의 영향도 줄일 수 있는 구조가 필요하다. Therefore, there is a need for a structure that does not increase electrical crosstalk and also reduces the effects of defects.

도 3에 도시된 단면은, 본 발명의 일 실시 예에 따라, 포토다이오드층(120)과 반사방지층(ARL)(140)이 만나는 계면에 광흡수방지층(130)이 있는 단위화소를 나타낸다. 도 3의 단위화소(300)의 적층 구조는 도 1의 단위화소(100)의 적층 구조와 동일하다. 다만, 도 2와의 차이를 명확히 하기 위해, 도 2의 실리콘과 반사방지층의 계면 위치를 표시하였다. 이하, 설명의 편의를 위하여, 포토다이오드층(120)은 실리콘층이고, 광흡수방지층(130)은 실리콘-카바이드(SiC)층이라고 한다. 다만 상기 설명한 바와 같이, 광흡수방지층(130)를 구성하는 화합물 반도체는 실리콘보다 에너지 갭이 큰 물질은 무엇이든 가능할 수 있다. 도 3을 참조하면, 실리콘층과 반사방지층(140)이 만나는 계면에 수 um 이하의 두께로 화합물 반도체 SixC(1-x)를 형성하게 되면 SiC의 밴드갭이 넓어서 가시광을 투과 시키게 되므로 빛을 흡수하지 않는 광흡수방지층(130)을 만들 수 있다. x는 실리콘 비율이다. 3 illustrates a unit pixel having a light absorption prevention layer 130 at an interface where the photodiode layer 120 and the antireflective layer (ARL) 140 meet, according to an embodiment of the present invention. The stacked structure of the unit pixels 300 of FIG. 3 is the same as the stacked structure of the unit pixels 100 of FIG. 1. However, to clarify the difference from FIG. 2, the interface position of the silicon and the antireflection layer of FIG. 2 is indicated. Hereinafter, for convenience of description, the photodiode layer 120 is a silicon layer, and the light absorption prevention layer 130 is referred to as a silicon carbide (SiC) layer. However, as described above, the compound semiconductor constituting the light absorption prevention layer 130 may be any material having a larger energy gap than silicon. Referring to FIG. 3, when the compound semiconductor SixC (1-x) is formed to a thickness of several um or less at the interface where the silicon layer and the anti-reflection layer 140 meet, the band gap of SiC is wide to transmit visible light, thereby absorbing light. The light absorption prevention layer 130 may not be made. x is the silicon ratio.

또한, 실리콘에서 탄소의 농도가 변하도록 실리콘 카바이드(SiC) 층을 형성하게 되면 디펙트의 발생을 최소화 할 수 있다.In addition, the formation of a silicon carbide (SiC) layer to change the concentration of carbon in the silicon can minimize the occurrence of defects.

결국 실리콘층과 반사방지층(ARL) 계면으로부터 일정한 거리를 두어 디펙트(defect)의 영향을 최소화 할 수 있으며, 실리콘-카바이드(SiC) 층에서는 전자가 발생하지 않으므로 일정 범위 이내에서 backside P+층의 도핑 농도나 깊이를 낮추더라도 크로스토크가 커지지 않을 수 있다. As a result, a certain distance can be minimized from the silicon layer and the antireflective layer (ARL) interface. Since the electrons do not occur in the silicon-carbide (SiC) layer, doping of the backside P + layer is within a certain range. Reducing the concentration or depth may not increase crosstalk.

도 4a 내지 도 4d는 도 3의 단위화소(300)의 z축 방향 깊이에 따라 변하는, 실리콘 비율(x)(410), 에너지 밴드 갭(420), 가시광 흡수율(430), 및 디펙트 농도(440)를 나타낸 것이다. 4A through 4D illustrate a silicon ratio (x) 410, an energy band gap 420, a visible light absorbance 430, and a defect concentration varying according to the z-axis depth of the unit pixel 300 of FIG. 3. 440).

도 4a 내지 도 4d를 참조하면, z=0부터 z=a는, 실리콘과 반사방지층의 계면(z=0)으로부터 일정한 거리(z=a)를 두어, 광흡수방지층(130)이 형성된 구간을 나타낸다. 또한 z=a부터 z=b는 포토다이오드층(120)이 형성된 구간을 나타낸다. 이때 a는 50 nm 이상, 3 um 이하일 수 있고, b는 1 um 이상, 20 um 이하일 수 있다. a는b 보다 작다. 4A to 4D, z = 0 to z = a are spaced apart from the interface of silicon and the antireflective layer (z = 0) (z = a) to form a section in which the light absorption prevention layer 130 is formed. Indicates. In addition, z = a to z = b indicate a section in which the photodiode layer 120 is formed. In this case, a may be 50 nm or more and 3 um or less, and b may be 1 um or more and 20 um or less. a is less than b

도 4a를 참조하면, 광흡수방지층(130)이 형성된 구간 (z=0 ~ z=a) 에서, 실리콘의 비율(x)이 약 0.5이고, 포토다이오드층(120)이 형성된 구간 (z=a ~ z=b)에서, 실리콘의 비율이 1이다. Referring to FIG. 4A, in the period (z = 0 to z = a) in which the light absorption prevention layer 130 is formed, the ratio (x) of silicon is about 0.5 and in the period in which the photodiode layer 120 is formed (z = a z = b), the ratio of silicon is one.

다음으로, 도 4b를 참조하면, 광흡수방지층(130)이 형성된 구간(z=0~ z=a)에서, 실리콘-카바이드(SiC)의 에너지 밴드 갭은 실리콘 보다 크다. Next, referring to FIG. 4B, the energy band gap of silicon carbide (SiC) is larger than that of silicon in the period (z = 0 to z = a) where the light absorption prevention layer 130 is formed.

따라서, 도 4c를 참조하면, 실리콘-카바이드(SiC)는 에너지밴드갭이 넓어서, 가시광 영역의 빛에 의해 여기(excitation)가 되지 않는다. Therefore, referring to FIG. 4C, silicon carbide (SiC) has a wide energy band gap, and thus is not excited by light in the visible region.

반도체에서 빛이 흡수가 되려면, 다시 말해 광자에너지에 의해 전자가 여기되려면, 밴드갭보다 큰 광자에너지를 갖는 광자가 필요하다. 한편, 마이크로미터 단위의 파장과 eV단위의 광자에너지의 관계는 수학식 1과 같다. In order to absorb light in a semiconductor, that is, to excite electrons by photon energy, photons having a photon energy larger than a band gap are required. On the other hand, the relationship between the wavelength in micrometers and the photon energy in eV units is shown in Equation 1.

Figure pat00001
Figure pat00001

이때 가시광 영역은 일반적으로 400nm 이상 700nm 이하로 생각하는데, 가장 에너지가 높은 400nm에서 3.1 eV가 된다. 실리콘 카바이드의 밴드갭은 3.1 eV보다 높게 만들 수 있으므로, 가시광 영역에서의 빛에 의해 전자가 여기되지 않고, 입사된 광자는 그대로 실리콘 카바이드를 지나가게 된다. 반면 실리콘의 밴드갭은 1.1 eV정도를 갖도록 포토다이오드를 만들게 되면 가장 낮은 광자에너지인 1.77 eV (700nm)보다도 밴드갭이 작은 것이므로, 가시광 영역에서의 빛에 의해 전자가 여기될 수 있다.In this case, the visible light region is generally considered to be 400 nm or more and 700 nm or less, and becomes 3.1 eV at 400 nm having the highest energy. Since the band gap of silicon carbide can be made higher than 3.1 eV, electrons are not excited by the light in the visible region, and the incident photons pass through the silicon carbide as it is. On the other hand, when the photodiode is made to have a band gap of about 1.1 eV, the bandgap is smaller than the lowest photon energy of 1.77 eV (700 nm), so that electrons can be excited by light in the visible region.

그 결과, 도 4c 및 도 4d를 참조하면, 가시광 영역에서의 빛에 의한 전자가 여기가 백사이드 표면으로부터 일정 깊이 많큼(z = a) 떨어진 곳에서 발생하게 되므로, 백사이드 표면의 다크 디펙트의 영향을 적게 받게된다. As a result, referring to FIGS. 4C and 4D, since the electrons generated by the light in the visible region are generated at a location where the excitation is a predetermined depth away from the backside surface (z = a), the influence of the dark defect on the backside surface is affected. You will receive less.

도 5은 CMOS 이미지센서를 구성하는 단위화소의 회로도이다. 5 is a circuit diagram of a unit pixel constituting the CMOS image sensor.

도 5을 참조하면, 단위화소(500)는 빛을 감지하는 포토다이오드(PD), 포토다이오드(PD)에 집속된 광자들에 의해 생성된 전하들을 플로팅 확산영역(F/D)으로 전송하는 전송트랜지스터(M1), 플로팅 확산영역(F/D)을 리셋 시키는 리셋트랜지스터(M2), 플로팅 확산영역(F/D)에 전달된 전하들에 대응되는 전기신호를 생성하는 변환트랜지스터(M3) 및 단위화소에서 변환된 전기신호를 외부로 전달하는 선택트랜지스터(M4)를 구비한다. Referring to FIG. 5, the unit pixel 500 transmits charges generated by photodiodes PD for detecting light and photons focused on the photodiodes PD to the floating diffusion region F / D. Transistor M1, a reset transistor M2 for resetting the floating diffusion region F / D, a conversion transistor M3 for generating an electrical signal corresponding to the charges transferred to the floating diffusion region F / D, and a unit A selection transistor M4 for transmitting the electric signal converted in the pixel to the outside is provided.

전송트랜지스터(M1)는 전송제어신호(Tx), 리셋트랜지스터(M2)는 리셋제어신호(RE), 선택트랜지스터(M4)는 선택제어신호(Sx)에 의해 동작이 제어된다. 빛을 수신하는 방향에 따라 일반적인 CMOS 이미지센서와 백사이드 일루미네이션 CMOS 이미지센서를 구별할 수 있다. 즉, 일반적인 CMOS 이미지센서는 포토다이오드의 N형 전극으로 입사되는 빛(LIGHT1)을 수신하고, 백사이드 일루미네이션 CMOS 이미지센서는 P형 전극으로 입사되는 빛(LIGHT2)을 수신한다. The transmission transistor M1 is controlled by the transmission control signal Tx, the reset transistor M2 is the reset control signal RE, and the selection transistor M4 is controlled by the selection control signal Sx. According to the direction of light reception, the general CMOS image sensor and the backside illumination CMOS image sensor can be distinguished. That is, the general CMOS image sensor receives the light LIGHT1 incident on the N-type electrode of the photodiode, and the backside illumination CMOS image sensor receives the light LIGHT2 incident on the P-type electrode.

일반적인 CMOS 이미지센서의 경우 단위화소로 입사되는 빛(LIGHT1) 중의 일부는 모스트랜지스터 등에 의해 포토다이오드로 입사되는 것이 차단된다. 반면에 백사이드 일루미네이션 CMOS 이미지센서의 경우에는 단위화소 전체로 빛(LIGHT2)을 수신할 수 있기 때문에 빛을 수신하는 효율이 일반적인 CMOS 이미지센서에 비해 상대적으로 양호하다. In the case of a general CMOS image sensor, part of the light LIGHT1 incident on the unit pixel is blocked from being incident on the photodiode by a MOS transistor or the like. On the other hand, in the case of the backside illumination CMOS image sensor, since the light LIGHT2 can be received by the entire unit pixel, the light receiving efficiency is relatively better than that of the general CMOS image sensor.

도 6는 CMOS공정을 이용하여 생성시킨 단위화소의 단면도이다. 6 is a sectional view of a unit pixel generated using a CMOS process.

도 6을 참조하면, CMOS공정을 이용하여 형성시킨 단위화소(600)는, P- 타입의 기판에 포토다이오드 및 모스트랜지스터를 구현시킨 것으로, 2개의 전극을 가지는 포토다이오드의 일 전극은 기판이고 다른 하나의 전극은 N+ 타입의 확산영역이다. 모스트랜지스터는 포토다이오드를 형성하는 하나의 N+ 확산영역 및 2개의 확산영역(N+)들 사이에 형성된 게이트에 의해 이루어지며, 모스트랜지스터들의 게이트에 인가되는 신호에 의해 동작하는데, 게이트는 기판의 상부에 실리콘 산화막(SiO2) 및 실리콘 산화막 위에 형성시킨 다결정 실리콘(Poly-Silicon)으로 구현된다. 트랜지스터의 문턱전압(Threshold Voltage)을 조절하기 위하여 실리콘 산화막은 열 성장(thermal growth)시키는 것이 바람직하다. Referring to FIG. 6, the unit pixel 600 formed by the CMOS process is implemented by implementing a photodiode and a MOS transistor on a P-type substrate. One electrode of a photodiode having two electrodes is a substrate and the other One electrode is an N + type diffusion region. The MOS transistor is formed by a gate formed between one diffusion region N + and two diffusion regions N + forming a photodiode, and is operated by a signal applied to the gates of the MOS transistors. It is implemented by a silicon oxide film (SiO 2 ) and a polycrystalline silicon (Poly-Silicon) formed on the silicon oxide film. In order to control the threshold voltage of the transistor, the silicon oxide film is preferably thermally grown.

빛(LIGHT1)이 포토다이오드의 N+ 확산영역(N+)으로 인가될 때 빛(LIGHT1)을 수신할 수 있는 면적에 비해, 빛(LIGHT2)이 포토다이오드의 P- 기판으로 인가될 때 빛(LIGHT2)을 수신할 수 있는 면적이 상대적으로 넓다는 것을 쉽게 알 수 있다. 본 발명은 빛(LIGHT2)이 포토다이오드의 P- 기판으로 인가될 때에 해당하는 백사이드 일루미네이션 CMOS 이미지센서에 대한 것이다. Light LIGHT2 when light LIGHT2 is applied to the P- substrate of the photodiode compared to the area capable of receiving light LIGHT1 when light LIGHT1 is applied to the N + diffusion region N + of the photodiode. It can be easily seen that the area that can be received is relatively large. The present invention relates to a backside illumination CMOS image sensor corresponding to when light LIGHT2 is applied to a P- substrate of a photodiode.

이하에서는 도 1에 도시한 본 발명에 따른 단위화소(1000를 형성하는 방법에 대하여 설명한다. 다만 이에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, a method of forming the unit pixel 1000 according to the present invention shown in FIG. 1 will be described.

도 7a는 배선층 및 포토다이오드층을 형성하였을 때 단위화소(710)의 단면도이다. 7A is a cross-sectional view of the unit pixel 710 when the wiring layer and the photodiode layer are formed.

일련의 공정을 거쳐서 웨이퍼의 일면에 포토다이오드 및 모스트랜지스터들을 형성시키고, 포토다이오드 및 모스트랜지스터들의 전기적 연결을 위한 메탈까지 완전하게 형성시킨다. 포토다이오드 및 모스트랜지스터들이 형성되는 부분이 웨이퍼의 상부라고 가정한다. 도 1에 도시된 백사이드 일루미네이션 CMOS 이미지센서(100)를 구성하는 복수 개의 층 중, 상기의 공정으로 형성되는 층은 포토다이오드(PD1, PD2) 및 배선층이다. Through a series of processes, photodiodes and MOS transistors are formed on one side of the wafer, and metal is completely formed for the electrical connection of the photodiodes and MOS transistors. Assume that the portion where the photodiode and morph transistors are formed is the top of the wafer. Of the plurality of layers constituting the backside illumination CMOS image sensor 100 shown in FIG. 1, the layers formed by the above processes are photodiodes PD1 and PD2 and wiring layers.

상기의 공정이 완료된 다음, 웨이퍼의 하부를 연마하여 웨이퍼가 일정한 두께가 되도록 한다. 연마된 웨이퍼를 뒤 집으면, 가장 하부에 위치하였던 기판이 위로 향하게 된다. 도 7a에 도시된 단위화소(710)는 포토다이오드 및 모스 트랜지스터가 모두 구현된 웨이퍼를 뒤집었을 때를 나타낸 것이다. 따라서 공정의 진행 중에는 가장 아래 부분에 위치하였을 포토다이오드(PD1, PD2)가 위쪽으로, 가장 위쪽에 위치하였을 배선층(110)이 가장 아래 부분으로 도시되었다. 포토다이오드의 일 전극이 형성된 기판은 포토다이오드 및 트랜지스터가 모두 형성된 이후 연마되어 포토다이오드의 일 단자의 폭을 조절한다.After the above process is completed, the lower part of the wafer is polished so that the wafer has a constant thickness. When the polished wafer is flipped over, the bottommost substrate is faced up. The unit pixel 710 illustrated in FIG. 7A illustrates a case in which a wafer including both a photodiode and a MOS transistor is inverted. Therefore, during the process, the photodiodes PD1 and PD2, which will be positioned at the bottom, are shown upward, and the wiring layer 110, which will be positioned at the top, is shown at the bottom. The substrate on which one electrode of the photodiode is formed is polished after both the photodiode and the transistor are formed to adjust the width of one terminal of the photodiode.

이 후의 공정에서는 뒤집어진 웨이퍼의 상부 방향으로 광흡수방지층(130), 반사방지층(140), 컬러필터(150), 및 마이크로렌즈(160)를 형성시킨다. 그 이후의 공정에 대해서는 도 7b 내지 도 7 f를 참조하여 이하, 설명한다.In the subsequent process, the light absorption prevention layer 130, the antireflection layer 140, the color filter 150, and the microlens 160 are formed in the upper direction of the inverted wafer. The subsequent steps will be described below with reference to Figs. 7B to 7F.

도 7b는 포토다이오드의 상부에 일정한 형태의 광흡수방지층(130)을 형성시켰을 때의 단위화소(720)의 단면도이다. 광흡수방지층(130)은 실리콘과 반사방지층(ARL)의 계면부에 도핑이나 적층(deposition)에 의해 형성될 수 있다. FIG. 7B is a cross-sectional view of the unit pixel 720 when the light absorption prevention layer 130 is formed on the photodiode. The light absorption prevention layer 130 may be formed by doping or depositing at an interface between the silicon and the antireflection layer ARL.

도 7c는 광흡수방지층(130)에 P타입 고불순물을 주입 시켰을 때의 단위화소(730)의 단면도이다. 도 7c를 참조하면, P타입고불순물이 이온 주입 공정을 실시 하여, 광흡수 방지층(130)에 형성되는 것으로 도시하였지만, 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 광흡수방지층(130)을 구성하는 화합물 반도체가 P타입 고불순물을 가지도록 형성될 수 있다. 나아가, 본 발명의 일 실시 예에서, 도 7c P타입 고불술물 주입 공정은 생략될 수 있고, 도 7b의 광흡수방지층을 형성하고 도 7d의 단계로로 바로 넘어갈 수 있다. 7C is a cross-sectional view of the unit pixel 730 when the P-type high impurity is injected into the light absorption prevention layer 130. Referring to FIG. 7C, the P-type high impurity is formed in the light absorption prevention layer 130 by performing an ion implantation process, but is not limited thereto. For example, the compound semiconductor constituting the light absorption prevention layer 130 may be formed to have a P-type high impurity. Furthermore, in one embodiment of the present invention, the P-type high fluoride implantation process of FIG. 7C may be omitted, and the light absorption prevention layer of FIG. 7B may be formed and the process may be directly skipped to the step of FIG. 7D.

P타입 고불순물은 보론(P)일 수 있다. P타입 고불순물을 주입 시키는 이유는, P 타입 고불순물층의 형성으로 소수 캐리어(minority carrier)를 줄여서 다크 커런트를 억제하기 위함이다. 일반적으로, 포토다이오드와 ARL 사이에 광흡수를 하지 않는 물질이 없이, 보론 도핑층만을 형성하면, 전자-정공 쌍(electron-hole pair)을 발생시켜서, 빛에 대한 감도 또한 저하될 수 있으며, 크로스토크를 증가시킬 단점도 있었다. 이에 반하여, 본 발명은 광흡수를 하지 않는 화합물 반도체에 P타입 고불순물을 도핑함으로써, 빛에 대한 감도 손실이 없으면서, 표면 리키지 또는 디펙트의 영향도 줄일 수 있게 할 수 있다는 장점을 가진다. P-type high impurity may be boron (P). The reason for injecting the P-type high impurity is to suppress dark current by reducing the minority carrier by forming the P-type high impurity layer. In general, if only the boron doped layer is formed without a material that does not absorb light between the photodiode and ARL, electron-hole pairs may be generated, thereby reducing sensitivity to light. There was also a drawback to increasing torque. On the contrary, the present invention has the advantage that it is possible to reduce the influence of surface package or defect without loss of sensitivity to light by doping a P-type high impurity in a compound semiconductor that does not absorb light.

도 7d은 광흡수방지층(130)의 상부에 반사방지층(140) 및 컬러필터(150)가 순서대로 적층된 단위화소(740)의 단면도이다. FIG. 7D is a cross-sectional view of the unit pixel 740 in which the anti-reflection layer 140 and the color filter 150 are sequentially stacked on the light absorption prevention layer 130.

도 7e은 포토다이오드의 상부에 일정한 형태의 아일랜드를 형성시켰을 때의 단위화소(750)의 단면도이다. 도 7e에 도시된 포토다이오드(PD1, PD2)로 정의된 영역보다 작은 크기의 아일랜드(ISLAND)를 포토다이오드(PD1, PD2)의 상부에 형성시킨다. 아일랜드는 각각의 단위화소 마다 하나씩 형성시키는 것이 바람직하며, 아일랜드의 크기는 선택되는 후속 공정에 따라 달라질 수 있다. 아일랜드의 형태는 포토다이오드로 정의된 형태를 일정한 비율로 축소시키는 것이 바람직하다. 예를 들어, 포토다이오드의 형태가 사각형이라면 아일랜드의 형태도 사각형으로 하고 포토다이오드의 형태가 사각형 이상의 6각형 또는 8각형이라면 아일랜드의 형태도 6각형 또는 8각형으로 구현하는 것이 바람직하다. 그러나 경우에 따라서는 아일랜드의 형태를 원형으로 하는 것도 가능하다. 7E is a cross-sectional view of the unit pixel 750 when an island of a certain shape is formed on the photodiode. An island ISLAND having a smaller size than the area defined by the photodiodes PD1 and PD2 shown in FIG. 7E is formed on the photodiodes PD1 and PD2. It is preferable to form one island for each unit pixel, and the size of the island may vary depending on a subsequent process selected. The shape of the island is preferably reduced in proportion to the shape defined by the photodiode. For example, if the shape of the photodiode is a square, the shape of the island is also a square, and if the shape of the photodiode is hexagonal or octagonal more than a square, the shape of the island is preferably implemented as a hexagon or an octagon. In some cases, however, it is also possible to round the island.

아일랜드를 형성하는 과정은 다양하지만 이해를 돕기 위하여 하나의 경우만 예를 든다.  The process of forming an island varies, but only one example is given for clarity.

- 먼저 광자굴절용 마이크로 렌즈를 구현하는 물질을 도포한다. -First, the material implementing the photonic refraction micro lens is applied.

- 아일랜드를 정의하는 마스크(MASK)를 만든다. Create a mask that defines an island.

- 마스크를 이용하여 포토레지스터(photo-resistor)에 아일랜드를 정의하고, -Use an mask to define the island in the photo-resistor,

- 포토레지스터 중 아일랜드로 정의된 부분을 제외한 다른 부분을 제거한 후 -After removing other parts of the photoresist except the part defined as Ireland

- 아일랜드를 구현하는데 사용되는 물질을 식각(etching)하는데 사용되는 식각용액(etchant)을 이용하여 아일랜드를 형성시킨다. The islands are formed using an etchant used to etch the materials used to implement the islands.

도 7f는 포토다이오드의 상부에 형성된 아일랜드에 열을 가하여 마이크로렌즈(160)를 형성시켰을 때의 단위화소의 단면도이다. 7F is a cross-sectional view of a unit pixel when the microlens 160 is formed by applying heat to an island formed on an upper portion of the photodiode.

도 8는 CMOS 이미지센서의 구성을 나타낸다. 8 shows the configuration of the CMOS image sensor.

도 8를 참조하면, CMOS 이미지센서(800)는 로우 디코더(810), 컬럼 디코더(820), 화소어레이(830), 선택부(840) 및 버퍼(850)를 구비한다. Referring to FIG. 8, the CMOS image sensor 800 includes a row decoder 810, a column decoder 820, a pixel array 830, a selector 840, and a buffer 850.

화소어레이(830)에는 복수 개의 단위화소가 2차원으로 배열되어 있다. 로우 디코더(810)는 화소어레이(830))에 배열된 단위화소들의 동작을 수평라인 단위로 제어한다. 컬럼디코더(820)는 선택부(840)를 제어하여 화소어레이(830)에 배된 단위화소들의 동작을 수직라인 단위로 제어한다. 화소어레이(830)로부터 변환된 전기신호는 버퍼(850)를 통해 출력된다. In the pixel array 830, a plurality of unit pixels are arranged in two dimensions. The row decoder 810 controls the operation of the unit pixels arranged in the pixel array 830 in units of horizontal lines. The column decoder 820 controls the selector 840 to control the operations of the unit pixels distributed in the pixel array 830 in the vertical line unit. The electrical signal converted from the pixel array 830 is output through the buffer 850.

화소어레이(830)를 구성하는 단위화소가 도 1에 도시된 형태를 가지는 경우 본 발명을 실시한 것이 될 것이다. When the unit pixel constituting the pixel array 830 has the form shown in FIG. 1, the present invention will be implemented.

이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. In addition, it is obvious that any person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs can make various modifications and imitations without departing from the scope of the technical idea of the present invention.

Claims (10)

배선층;
상기 배선층 상부에 형성된 포토다이오드;
상기 포토다이오드 상부에 형성된 광흡수방지층; 및
상기 광흡수방지층의 상부에 형성된 반사방지층(Anti-Reflection Layer)을 구비하며,
상기 광흡수방지층은 포토다이오드를 구성하는 반도체보다 에너지밴드갭(Eg)이 큰 화합물 반도체로 형성된 것을 특징으로 하는 단위화소.
Wiring layer;
A photodiode formed on the wiring layer;
A light absorption prevention layer formed on the photodiode; And
An anti-reflection layer formed on the light absorption prevention layer;
The light absorption prevention layer is a unit pixel, characterized in that formed of a compound semiconductor having a larger energy band gap (Eg) than the semiconductor constituting the photodiode.
제1항에 있어서,
상기 화합물반도체는 가시광을 투과시키는 것을 특징으로 하는 단위화소.
The method of claim 1,
Wherein said compound semiconductor transmits visible light.
제1항에 있어서,
상기 반도체는 실리콘(Si)을 포함하는 것을 특징으로 하는 단위화소.
The method of claim 1,
The unit pixel of claim 1, wherein the semiconductor comprises silicon (Si).
제1항에 있어서,
상기 화합물 반도체는 실리콘-카바이드(SiC)인 것을 특징으로 하는 단위화소.
The method of claim 1,
And the compound semiconductor is silicon carbide (SiC).
제1항에 있어서,
상기 화합물 반도체는 증착 공정에 의해 상기 포토다이오드 상부에 형성되는 것을 특징으로 하는 단위화소.
The method of claim 1,
And the compound semiconductor is formed on the photodiode by a deposition process.
제1항에 있어서,
상기 광흡수방지층에 P타입 고불순물을 도핑하는 것을 특징으로 하는 단위화소.
The method of claim 1,
Unit pixel, characterized in that the dopant P-type high impurity to the light absorption prevention layer.
제6항에 있어서,
상기 P타입 고불순물은 보론(B)을 포함하는 것을 특징으로 하는 단위화소.
The method of claim 6,
The unit type pixel, characterized in that the P-type high impurity comprises boron (B).
제1항에 있어서,
상기 반사방지층 상부에 컬러필터층이 더 형성되고,
상기 컬러필터층 상부에 마이크로 렌즈가 더 형성된 것을 특징으로 하는 단위화소.
The method of claim 1,
A color filter layer is further formed on the antireflection layer.
The unit pixel, characterized in that a micro lens is further formed on the color filter layer.
제1항에 있어서,
상기 배선층은 복수의 메탈층 및 상기 복수의 메탈층을 절연하기 위한 절연막층으로 구성된 것을 특징으로 하는 단위화소.
The method of claim 1,
And the wiring layer comprises a plurality of metal layers and an insulating layer for insulating the plurality of metal layers.
복수 개의 단위화소가 2차원으로 배열된 화소어레이;
상기 화소어레이에 배열된 단위화소들의 동작을 수평라인 단위로 제어하는 로우 디코더; 및
상기 화소어레이에 배열된 단위화소들의 동작을 수직라인 단위로 제어하는 컬럼 디코더를 구비하고,
상기 단위화소들 각각은,
배선층;
상기 배선층 상부에 형성된 포토다이오드;
상기 포토다이오드 상부에 형성된 광흡수방지층; 및
상기 광흡수방지층의 상부에 형성된 반사방지층을 구비하며,
상기 광흡수방지층은 포토다이오드를 구성하는 반도체보다 에너지밴드갭(Eg)이 큰 화합물 반도체로 형성된 것을 특징으로 하는 백사이드 일루미네이션 CMOS 이미지센서.
A pixel array in which a plurality of unit pixels are arranged in two dimensions;
A row decoder for controlling the operations of the unit pixels arranged in the pixel array in units of horizontal lines; And
A column decoder configured to control the operation of the unit pixels arranged in the pixel array in a vertical line unit;
Each of the unit pixels,
Wiring layer;
A photodiode formed on the wiring layer;
A light absorption prevention layer formed on the photodiode; And
It is provided with an antireflection layer formed on the light absorption prevention layer,
The light absorption preventing layer is formed of a compound semiconductor having a larger energy band gap (Eg) than a semiconductor constituting the photodiode.
KR1020100062076A 2010-06-29 2010-06-29 A unit picture element including a photodiode including a light anti-absorption layer formed thereon Back-side illumination image sensor including the unit picture element KR101729249B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100062076A KR101729249B1 (en) 2010-06-29 2010-06-29 A unit picture element including a photodiode including a light anti-absorption layer formed thereon Back-side illumination image sensor including the unit picture element
US13/171,946 US8629486B2 (en) 2010-06-29 2011-06-29 CMOS image sensor having anti-absorption layer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100062076A KR101729249B1 (en) 2010-06-29 2010-06-29 A unit picture element including a photodiode including a light anti-absorption layer formed thereon Back-side illumination image sensor including the unit picture element

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120001337A true KR20120001337A (en) 2012-01-04
KR101729249B1 KR101729249B1 (en) 2017-05-04

Family

ID=45609058

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100062076A KR101729249B1 (en) 2010-06-29 2010-06-29 A unit picture element including a photodiode including a light anti-absorption layer formed thereon Back-side illumination image sensor including the unit picture element

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101729249B1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101305456B1 (en) * 2012-11-16 2013-09-06 (주)실리콘화일 Cmos image sensor having a color microlens and manufacturing method thereof
KR101515687B1 (en) * 2012-06-22 2015-04-27 타이완 세미콘덕터 매뉴팩쳐링 컴퍼니 리미티드 Porous si as cmos image sensor arc layer

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100753391B1 (en) 2004-05-14 2007-08-30 매그나칩 반도체 유한회사 cmos image sensor

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101515687B1 (en) * 2012-06-22 2015-04-27 타이완 세미콘덕터 매뉴팩쳐링 컴퍼니 리미티드 Porous si as cmos image sensor arc layer
KR101305456B1 (en) * 2012-11-16 2013-09-06 (주)실리콘화일 Cmos image sensor having a color microlens and manufacturing method thereof
WO2014077475A1 (en) * 2012-11-16 2014-05-22 (주)실리콘화일 Cmos image sensor including color microlens, and method for manufacturing same

Also Published As

Publication number Publication date
KR101729249B1 (en) 2017-05-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11721714B2 (en) Pixel isolation elements, devices and associated methods
US8629486B2 (en) CMOS image sensor having anti-absorption layer
US10361232B2 (en) Photosensitive imaging devices and associated methods
US8884391B2 (en) Photoelectric conversion device and photoelectric conversion system with boundary region
TWI517368B (en) Backside illuminated cmos image sensor and method for fabricating the same
US11069737B2 (en) Shallow trench textured regions and associated methods
US8476681B2 (en) Photosensitive imaging devices and associated methods
KR101745638B1 (en) Photodiode device based on wide band-gap material layer, and back side illumination(BSI) CMOS image sensor and solar cell comprising the photodiode device
US8772899B2 (en) Method and apparatus for backside illumination sensor
JP2011146714A (en) Unit pixel including photon-refracting microlens, back-side illumination cmos image sensor including the same, and method of forming the unit pixel
EP1540733A2 (en) Light-sensing device
US20220052102A1 (en) Photosensitive imaging devices and associated methods
JP2008300835A (en) Vertical cmos image sensor and its fabrication process
KR20140030265A (en) Passivated upstanding nanostructures and methods of making the same
KR20120001337A (en) A unit picture element including a photodiode including a light anti-absorption layer formed thereon, back-side illumination cmos image sensor including the unit picture element
KR20220040848A (en) Image Sensor
US8652868B2 (en) Implanting method for forming photodiode
US20230065710A1 (en) Image sensor for time-of-flight system and methods of making the same
JP2012231026A (en) Solid state image pickup device

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant