KR20130013701A

KR20130013701A - 이미지 센서 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20130013701A
Application number: KR1020110075465A
Authority: KR
Inventors: 박동혁
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2011-07-28
Filing date: 2011-07-28
Publication date: 2013-02-06
Also published as: KR101327096B1

Abstract

본 발명은 화소 영역과 로직 영역을 포함하는 이미지 센서에 있어서, 포토다이오드를 포함하는 반도체 기판 상에 교대로 적층되는 복수의 금속배선층 및 복수의 절연층, 상기 복수의 절연층에 형성되며, 상기 포토다이오드와 정렬하는 트렌치, 상기 트렌치의 측면에 형성되는 반사층, 상기 트렌치를 매립하는 컬러필터, 상기 컬러필터 위에 평탄화층, 그리고 상기 평탄화층 위에 형성되는 마이크로렌즈를 포함하는 이미지 센서를 제공한다. 따라서, 상기 마이크로렌즈에서부터 포토다이오드까지의 거리가 감소됨에 따라 광감도(light sensitivity)를 증가시키고, 컬러필터의 크로스토크(cross-talk)를 감소시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 트렌치의 측면에 반사층을 형성함으로써 반사되는 빛을 다시 포토다이오드로 집광할 수 있어 광감도가 증가된다.

Description

이미지 센서 및 이의 제조방법{IMAGE SENSOR AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}

실시예는 이미지 센서 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

최근에는 차세대 이미지 센서로서 씨모스 이미지 센서가 주목을 받고 있다. 씨모스 이미지 센서는 제어회로 및 신호처리회로 등을 주변회로로 사용하는 씨모스 기술을 이용하여 단위 화소의 수량에 해당하는 모스 트랜지스터들을 반도체 기판에 형성함으로써 모스 트랜지스터들에 의해 각 단위 화소의 출력을 순차적으로 검출하는 스위칭 방식을 채용한 소자이다. 즉, 씨모스 이미지 센서는 단위 화소 내에 포토다이오드와 모스 트랜지스터를 형성시킴으로써 스위칭 방식으로 각 단위 화소의 전기적 신호를 순차적으로 검출하여 영상을 구현한다.

씨모스 이미지 센서는 씨모스 제조 기술을 이용하므로 적은 전력 소모, 적은 포토공정 스텝에 따른 단순한 제조공정 등과 같은 장점을 갖는다. 또한, 씨모스 이미지 센서는 제어회로, 신호처리회로, 아날로그/디지털 변환회로 등을 이미지 센서 칩에 집적시킬 수가 있으므로 제품의 소형화가 용이하다는 장점을 갖고 있다. 따라서, 씨모스 이미지 센서는 현재 디지털 정지 카메라(digital still camera), 디지털 비디오 카메라 등과 같은 다양한 응용 부분에 널리 사용되고 있다.

공개특허 10-2011-0036993을 참고하면, 포토 다이오드 상부에 다수의 절연층이 형성되고, 상기 절연층 위에 컬러필터가 매립되어 형성되어 이미지 센서의 두께가 커지고 포토 다이오드와 컬러필터 사이의 거리가 멀어짐으로써 광효율이 떨어지는 문제가 발생한다.

실시예는 새로운 구조를 가지는 이미지 센서를 제공한다.

실시예는 광감도를 증가할 수 있는 이미지 센서를 제공한다.

실시예는 화소 영역과 로직 영역을 포함하는 이미지 센서에 있어서, 포토다이오드를 포함하는 반도체 기판 상에 교대로 적층되는 복수의 금속배선층 및 복수의 절연층, 상기 복수의 절연층에 형성되며, 상기 포토다이오드와 정렬하는 트렌치, 상기 트렌치의 측면에 형성되는 반사층, 상기 트렌치를 매립하는 컬러필터, 상기 컬러필터 위에 평탄화층, 그리고 상기 평탄화층 위에 형성되는 마이크로렌즈를 포함하는 이미지 센서를 제공한다.

한편, 실시예는 포토다이오드를 구비한 반도체 기판 상에 복수의 금속배선과 복수의 절연층을 교대로 적층하는 단계, 상기 절연층을 식각하여 상기 포토다이오드와 정렬하는 트렌치를 형성하는 단계, 상기 트렌치의 측면에 반사층을 형성하는 단계, 상기 트렌치를 매립하며 컬러필터를 형성하는 단계, 상기 컬러필터를 포함하여 상기 반도체 기판 전면 상에 평탄화층을 형성하는 단계, 그리고 상기 평탄화층 상에 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조방법을 제공한다.

한편, 실시예는 포토다이오드; 상기 포토다이오드의 전위를 부유확산층으로 전달하는 트랜스퍼 트랜지스터; 선택신호에 따라 상기 부유확산층의 데이터를 출력하는 셀렉트 트랜지스터;및 상기 포토다이오드 상부에 위치하여 상기 포토다이오드에 광을 전달하는 컬러필터를 포함하며, 상기 컬러필터의 측면에 반사부가 형성되어 있는 이미지 센서를 제공한다.

본 발명에 따르면, 층간절연막에 트랜치를 형성한 후, 상기 트랜치 내에 컬러필터를 매립하여 형성함으로써, 마이크로렌즈에서부터 포토다이오드까지의 거리를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 마이크로렌즈에서부터 포토다이오드까지의 거리가 감소됨에 따라 광감도(light sensitivity)를 증가시키고, 컬러필터의 크로스토크(cross-talk)를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 트렌치의 측면에 반사층을 형성함으로써 반사되는 빛을 다시 포토다이오드로 집광할 수 있어 광감도가 증가된다.

도 1은 본 발명의 이미지 센서의 구성도이다.
도 2는 도 1의 이미지 센서의 하나의 픽셀의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 도 2의 픽셀의 단면도이다.
도 4는 도 3의 단면도를 간략화한 도면이다.
도 5는 도 4의 이미지 센서를 제조하는 공정을 나타내는 순서도이다.
도 6 내지 도 12는 도 4의 이미지 센서를 제조하는 공정을 나타내는 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 제2 픽셀의 단면도이다.
도 14는 본 발명의 제3 실시예에 따른 제2 픽셀의 단면도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하고, 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.

도 1은 본 발명의 이미지 센서의 구성도이고, 도 2는 도 1의 픽셀의 회로도이며, 도 3은 도 2의 픽셀의 단면도이고, 도 4는 도 3의 단면도를 간략화한 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 씨모스 이미지 센서는 복수의 화소가 배열되어있는 화소부 및 복수의 화소를 구동하는 제1 구동부 및 제2 구동부를 포함한다.

제1 구동부는 스캔 드라이버로서 각 열의 화소를 순차적으로 턴온할 수 있으며, 제2 구동부는 데이터 드라이버로서, 각 행의 화소 중 턴온된 화소로부터의 출력 데이터를 읽어 가공할 수 있다.

제1 구동부 및 제2 구동부는 화소부와 동일한 기판에 형성될 수 있으며, 별도의 칩으로 내장될 수 있다.

화소부의 각각의 화소(Pixel, P)는 외부의 광을 감지하는 포토다이오드(PD) 및 상기 포토다이오드(PD)에 저장된 전하들의 전송 및/또는 출력 등을 제어하는 복수개의 트랜지스터들(Tx, Rx, Ax, Sx)을 포함한다.

상기 화소(P)는 광을 감지하는 포토다이오드(PD), 트랜스퍼 트랜지스터(Tx), 리셋 트랜지스터(Rx), 셀렉트 트랜지스터(Sx) 및 억세스 트랜지스터(Ax)를 포함한다.

상기 포토다이오드(PD)에는 상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx) 및 상기 리셋 트랜지스터(Rx)가 직렬로 접속된다. 상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 소오스(120)는 상기 포토다이오드(PD)와 접속하고, 상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 드레인(FD)은 상기 리셋 트랜지스터(Rx)의 소오스와 접속한다. 상기 리셋 트랜지스터(Rx)의 드레인에는 전원 전압(Vdd)이 인가된다.

상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 드레인(FD)은 부유 확산층(FD, floating diffusion) 역할을 한다. 상기 부유 확산층(FD)은 상기 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 게이트에 접속된다. 상기 셀렉트 트랜지스터(Sx) 및 상기 억세스 트랜지스터(Ax)는 직렬로 접속된다. 즉, 상기 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 소오스(120)와 상기 억세스 트랜지스터(Ax)의 드레인은 서로 접속한다. 상기 억세스 트랜지스터(Ax)의 드레인 및 상기 리셋 트랜지스터(Rx)의 소오스에는 상기 전원 전압(Vdd)이 인가된다. 상기 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 드레인은 출력단(Out)에 해당하고, 상기 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 게이트에는 선택 신호(Row)가 인가된다.

상술한 구조의 씨모스 이미지 센서의 화소(P)의 동작을 간략히 설명한다. 먼저, 상기 리셋 트랜지스터(Rx)를 턴 온(turn on)시켜 상기 부유 확산층(FD)의 전위를 상기 전원 전압(Vdd)과 동일하게 한 후에, 상기 리셋 트랜지스터(Rx)를 턴 오프(turn off)시킨다. 이러한 동작을 리셋 동작이라 정의한다.

외부의 광이 상기 포토다이오드(PD)에 입사되면, 상기 포토다이오드(PD)내에 전자-홀 쌍(EHP; electron-hole pair)들이 생성되어 신호 전하들이 상기 포토다이오드(PD)내에 축적된다. 이어서, 상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)가 턴 온됨에 따라 상기 포토다이오드(PD)내 축적된 신호 전하들은 상기 부유 확산층(FD)으로 출력되어 상기 부유 확산층(FD)에 저장된다. 이에 따라, 상기 부유 확산층(FD)의 전위는 상기 포토다이오드(PD)에서 출력된 전하의 전하량에 비례하여 변화되고, 이로 인해 상기 억세스 트랜지스터(Ax)의 게이트의 전위가 변한다. 이때, 선택 신호(Row)에 의해 상기 셀렉트 트랜지스터(Sx)가 턴 온되면, 데이타가 출력단(Out)으로 출력된다. 데이타가 출력된 후에, 화소(P)는 다시 리셋 동작을 수행한다. 상기 화소(P)는 이러한 과정들을 반복하여 광을 전기적 신호로 변환시켜 출력한다.

또한, 도 3을 참조하면, 씨모스 이미지 센서는 반도체 기판(100), 소자분리막(200), 포토다이오드(PD), 화소 회로부(400), 컬러필터(500), 평탄화층(600) 및 렌즈부(700)를 포함한다.

상기 반도체 기판(100)은 플레이트 형상을 가지며, 실리콘으로 이루어진다. 상기 반도체 기판(100)은 광이 통과할 정도로 매우 얇은 두께를 가진다. 또한, 상기 반도체 기판(100)은 서로 대향되는 상면 및 바닥면을 가진다.

상기 소자분리막(200)은 상기 상면에 형성된다. 더 자세하게, 상기 소자분리막(200)은 상기 상면으로부터 상기 바닥면을 향하여 연장되며, 형성된다. 상기 소자분리막(200)은 STI(swallow trench isolation) 공정에 의해서 형성될 수 있다. 상기 소자분리막(200)은 상기 반도체 기판(100)의 활성영역(AR; active region) 및 비활성영역(NR; non-active region)을 정의한다.

상기 포토다이오드(PD)는 상기 반도체 기판(100)에 형성된다. 더 자세하게, 상기 포토다이오드(PD)는 상기 활성영역(AR)에 형성된다. 상기 포토다이오드(PD)는 상기 상면으로부터 바닥면을 향하여 확장되며 형성된다.

상기 포토다이오드(PD)는 저농도 n형 불순물이 도핑된 영역(310) 및 저농도 p형 불순물이 도핑된 영역(320)을 포함한다.

상기 화소 회로부(400)는 상기 반도체 기판(100) 상에 형성된다. 상기 화소 회로부(400)는 상기 상면에 인접하여 형성된다. 상기 화소 회로부(400)는 트랜지스터들, 절연층들(441, 442, 443, 446) 및 금속 배선들(M1, M2)을 포함한다.

상기 트랜지스터들은 트랜스퍼 트랜지스터(Tx), 리셋 트랜지스터(Rx), 셀렉트 트랜지스터(Sx) 및 억세스 트랜지스터(Ax)이다. 도 3에는 이들 중 트랜스퍼 트랜지스터(Tx) 및 리셋 트랜지스터(Rx)가 도시되어 있다. 이때, 셀렉트 트랜지스터(Sx) 및 억세스 트랜지스터(Ax)는 트랜스퍼 트랜지스터(Tx) 및 리셋 트랜지스터(Rx)와 실질적으로 동일한 구성을 갖는다.

상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)는 게이트 전극(410), 스페이서(420) 및 드레인(430)을 포함한다.

상기 게이트 전극(410)은 상기 반도체 기판(100)상에 배치되며, 상기 게이트 전극(410)으로 사용되는 물질의 예는 폴리 실리콘 또는 실리사이드 등을 들 수 있다. 또한, 상기 게이트 전극(410) 및 상기 반도체 기판(100) 사이에 게이트 절연막이 개재될 수 있다.

상기 스페이서(420)는 상기 게이트 전극(410)의 측면에 배치된다. 상기 드레인(430)은 상기 반도체 기판(100)에 저농도 및 고농도의 불순물을 주입하여 형성되며, 상기 드레인(430)은 부유 확산층(FD)을 이룬다.

상기 절연층들(441, 442, 443, 446)은 상기 트랜지스터들 및 반사부(445)를 덮으며, 상기 반도체 기판(100) 상에 형성된다.

상기 금속배선들(M1, M2)은 상기 절연층들(441, 442, 443, 446) 사이 및/또는 내측에 배치된다. 상기 금속배선들(M1, M2)은 상기 게이트 전극(410) 및 상기 드레인(430)과 전기적으로 연결될 수 있다.

한편, 도 3 및 도 4를 참고하면, 반도체 기판(100) 위에 형성되는 화소 영역(PA) 이외에 도 1의 제1 또는 제2 구동부(1200,1300)가 함께 형성되는 경우, 제1 또는 제2 구동부(1200, 1300)인 로직 영역(DA)은 적어도 4층의 금속배선들(M1-M4)을 갖는다.

따라서, 로직 영역(DA)과 화소 영역(PA)이 동일한 공정을 통해 형성될 때, 화소 영역(PA)에 형성되는 2층의 금속배선들(M1,M2) 위에 로직 영역(DA)에는 2층의 금속배선들(M3, M4)이 더 형성되며, 각 층을 절연하는 절연층(441,442,443,444)이 형성된다.

이때, 화소 영역(PA)에는 2층의 금속배선(M1,M2) 위의 절연층(443,444)을 일부 식각하여 제1 트렌치(C1)를 포함하며, 제1 트렌치(C1) 내에 포토다이오드(PD) 위에 형성되는 제2 트렌치(C2)를 포함한다.

상기 제1 트렌치(C1)는 제2 금속배선(M2)이 노출되지 않는 정도의 깊이로 식각되어 형성될 수 있으며, 제2 트렌치(C2)는 제1 금속배선(M1)보다 낮으며, 상기 포토다이오드(PD)의 상면이 노출되지 않는 깊이로 식각될 수 있다.

따라서, 제1 절연층(441)의 일부가 잔재하도록 형성되며, 상기 포토다이오드(PD)로부터 상기 제2 트렌치(C2)의 바닥면까지는 적어도 30 nm 이상일 수 있다.

상기 제1 트렌치(C1)는 측면이 소정의 각도를 가질 수 있으며, 제2 트렌치(C2)는 측면이 바닥면에 대하여 수직하도록 형성될 수 있다.

상기 제5 절연층(446)은 로직 영역(DA)으로부터 화소 영역(PA) 전면에 형성되며, 제1 및 제2 트렌치(C2)의 노출된 면 위에 형성된다.

상기 제5 절연층(446)은 패시베이션층으로서, 실리콘 산화막 또는 실화막일 수 있다.

상기 제2 트렌치(C2)의 측면에는 반사부(445)가 형성되어 있다.

상기 반사부(445)로 사용되는 물질의 예로서는 텅스텐을 포함하는 합금으로형성될 수 있다.

상기 반사부(445)는 측면으로 분산되는 빛을 상기 포토다이오드(PD)를 향하여 반사시킨다.

상기 제2 트렌치(C2) 내에 칼라필터(500)가 형성된다.

상기 칼라필터(500)는 포토다이오드(PD)보다 넓은 면적을 가지며, 상기 포토다이오드(PD)를 덮는다. 상기 칼라필터(500)는 렌즈(700)로부터의 외부광을 필터링하여, 특정의 컬러를 가지는 광 만을 통과시킨다.

도 4와 같이 상기 칼라필터(500)는 제1 트렌치(C1)를 모두 덮으며, 제2 트렌치(C2)의 바닥면까지 일부 형성될 수 있다.

또한, 이웃한 화소의 칼라필터(500)와 제2 트렌치(C2)의 바닥면에서 겹쳐 형성될 수 있다.

상기 칼라필터(500) 위에 상기 제2 트렌치(C2)를 덮으며 평탄화층(600)이 형성된다.

상기 평탄화층(600)은 투광성의 포토 레지스트로 형성될 수 있다.

상기 마이크로 렌즈(700)는 상기 컬러필터(500) 위에 형성되며, 외부의 광을 집광시켜서, 상기 포토다이오드(PD)를 향하여 출사한다.

외부의 광은 상기 마이크로 렌즈(700)에 의해서 집광되고, 컬러필터(500)를 통해특정 색의 광만이 포토다이오드(PD)에 입사된다.

이때, 상기 컬러필터(500)가 복수의 절연층에 형성된 트렌치(C2) 내에 매립 형성되므로, 포토다이오드(PD)와 마이크로렌즈(700) 사이에 회로배선(M1,M2)이 형성되는 경우에도 컬러필터(500)와 포토다이오드(PD) 사이의 거리를 좁힐 수 있다.

따라서, 빛의 경로가 줄어들어 집광 효율이 향상되며, 측면으로 산란되는 빛을 제2 트렌치(C2) 측면의 반사층(445)에 의해 다시 포토다이오드(PD)로 집광함으로써 감도가 향상되며, 크로스토크를 줄일 수 있다.

이하에서는 도 5 내지 도 12를 참고하여 도 4의 이미지 센서의 제조 방법을 설명한다.

공정이 시작되면 도 6과 같이, 반도체 기판(100)에 포토다이오드(PD) 및 복수의 트렌지스터 및 로직 회로를 형성한다.

상기의 공정은 공지의 방식을 적용할 수 있으며, 도 6과 같이 포토다이오드(PD)위로 복수의 절연층(441,442,443,444) 및 복수의 회로배선(M1-M4)이 형성될 수 있다(S1).

이때, 포토다이오드(PD)와 정렬하는 절연층(441,442,443,444)에는 복수의 회로배선이 형성되지 않고, 포토다이오드(PD)와 어긋나게 디자인된다.

상기 로직 영역(DA)과 화소 영역(PA) 사이에 배선 층 수효의 차에 따라, 화소 영역(PA)에는 절연층(441,442,443,444)의 최종 높이가 서로 다를 수 있다.

다음으로, 도 7과 같이 상기 절연막(20) 내에 제1 트렌치(C1)를 형성한다(S2). 이때, 상기 제1 트렌치(C1)의 깊이는 화소 영역(PA)의 최상부 회로 배선(M2)이 노출되지 않는 정도의 깊이를 가지며, 본 실시예에서는 제2 회로 배선(M2)을 덮는 제3 절연층(443)의 일부까지 식각되도록 형성한다.

이때, 상기 제1 트렌치(C1)를 형성하기 위하여, 로직 영역(DA)을 덮는 제1 포토 마스크(450)를 형성하고, 화소 영역(PA)만을 선택적으로 식각할 수 있으며, 이때 형성되는 제1 트렌치(C1)의 측면은 하부로 갈수록 면적이 좁아지도록 경사질 수 있다.

다음으로, 포토다이오드(PD)와 정렬하는 영역만을 선택적으로 개방하는 제2 포토 마스크(451)를 화소 영역(PA) 및 로직 영역(DA) 전체에 형성한다.

이때, 상기 제2 포토 마스크(451)에 의해 개방되는 영역은 상기 포토다이오드(PD)보다 큰 면적을 가진다.

제2 포토 마스크(451)에 의해 노출되는 절연층(441,442,443,444)을 식각하여 포토다이오드(PD)로부터 적어도 30nm 이상 이격하는 도 8의 제2 트렌치(C2)를 형성한다(S3).

이후에 에싱(ashing) 및 세정(cleaning) 공정을 통해 상기 제2 포토 마스크(451)를 제거한다.

다음으로, 도 9와 같이 노출된 제1 및 제2 트렌치(C1,C2)의 전면에 텅스텐 코팅(460)을 수행한다(S4).

상기 텅스텐 코팅(460)은 텅스텐을 포함하는 합금재를 데포지션 함으로써 수행할 수 있으며, 도 10과 같이 텅스텐 코팅(460)을 전면식각(blank etch)함으로써 제2 트렌치(C2)의 측면에만 선택적으로 반사층(445)이 형성된다(S5).

다음으로, 도 11과 같이 전면에 제5 절연층(446)을 형성한다(S6).

상기 제5 절연층(446)은 패시베이션으로서 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막의 혼합재를 데포지션함으로써 형성할 수 있다.

다음으로, 도 12와 같이 제2 트렌치(C2) 내에 컬러필터(500)를 형성한다(S7).

상기 컬러필터(500)는 컬러필터용 레지스트를 매립한 후, 공지된 기술에 따라, 컬러필터(500)를 형성할 수 있으며, 이웃한 화소의 컬러필터(500)는 서로 다른 색일 수 있다.

이때, 이웃한 컬러필터(500)와의 사이에 단차가 형성될 수 있으며, 상기 단차를 보상하기 위하여 제1 트렌치(C1)를 매립하는 평탄화층(600)을 형성한다(S8).

상기 평탄화층(600)은 평탄화용 포토 레지스트로 형성되며, 상기 평탄화층(600) 위에 마이크로렌즈(700)를 형성함으로써 도 4의 이미지 센서가 완성된다.

이와 같이, 포토다이오드(PD) 위의 절연층 내의 트렌치에 컬러필터를 매립하여 형성하여 광경로를 줄이면서, 트렌치 측면에 반사층을 형성하여 집광 효율을 높일 수 있다.

이하에서는 도 13 및 도 14를 참고하여 본 발명의 다른 실시예를 설명한다.

도 13의 제2 실시예에 다른 이미지 센서는 반도체 기판(100) 위에 형성되는 화소 영역(PA) 이외에 도 1의 제1 또는 제2 구동부(1200,1300)가 함께 형성되는 경우, 제1 또는 제2 구동부(1200, 1300)인 로직 영역(DA)은 적어도 4층의 금속배선들(M1-M4)을 갖는다.

상기 제1 트렌치(C1)는 측면이 소정의 각도를 가질 수 있으며, 제2 트렌치(C2)는 측면이 소정의 각도를 가질 수 있다.

이때, 제1 트렌치(C1)와 제2 트렌치(C2)의 각도는 동일할 수 있으나, 서로 다를 수 있다.

이와 같이, 제1 및 제2 트렌치(C1, C2)가 바닥면으로 갈수록 폭이 좁아지며 형성되여 컬러필터(500) 매립이 용이하게 진행될 수 있다.

상기 제2 트렌치(C2) 내에 칼라필터(500)가 형성된다.

도 12와 같이 상기 칼라필터(500)는 제1 트렌치(C1)를 모두 덮으며, 제2 트렌치(C2)의 바닥면까지 일부 형성될 수 있다.

한편, 도 14의 제3 실시예에 이미지 센서는 도 4 및 도 13과 전체적인 구성이 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

도 14의 이미지 센서는 제2 트렌치(C2) 내의 소정 깊이까지 칼라필터(500)가 형성된다.

즉, 칼라필터(500)가 제2 트렌치(C2)의 전부를 매립하지 않고 소정 높이까지만 형성되며, 잉여 공간은 평탄화층(600)이 매립하여 형성할 수 있다.

이때, 제2 트렌치(C2)의 측면은 도 13과 같이 소정의 경사를 갖도록 형성될 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims

화소 영역과 로직 영역을 포함하는 이미지 센서에 있어서,
포토다이오드를 포함하는 반도체 기판 상에 교대로 적층되는 복수의 금속배선층 및 복수의 절연층,
상기 복수의 절연층에 형성되며, 상기 포토다이오드와 정렬하는 트렌치,
상기 트렌치의 측면에 형성되는 반사층,
상기 트렌치를 매립하는 컬러필터,
상기 컬러필터 위에 평탄화층, 그리고
상기 평탄화층 위에 형성되는 마이크로렌즈
를 포함하는 이미지 센서.
제1항에 있어서,
상기 화소 영역의 상기 금속배선층은 상기 로직 영역의 금속배선층보다 작은 층의 수효를 가지는 이미지 센서.
제2항에 있어서,
상기 트렌치는 상기 포토다이오드보다 큰 면적을 가지는 이미지 센서.
제1항에 있어서,
상기 트렌치는
상기 화소 영역의 전면에 형성되며, 상기 화소 영역의 최상 회로배선층을 노출하지 않도록 형성되는 제1 트렌치, 그리고
상기 제1 트렌치 내에 상기 포토다이오드와 정렬하며 형성되는 제2 트렌치
를 포함하는 이미지 센서.
제4항에 있어서,
상기 제2 트렌치의 바닥면은 상기 최하 회로배선층보다 낮으며, 상기 포토다이오드보다 높은 위치에 형성되는 이미지 센서.
제5항에 있어서,
상기 포토다이오드의 상면으로부터 상기 제2 트렌치의 바닥면까지의 거리는적어도 30nm 이상인 이미지 센서.
제1항에 있어서,
상기 반사층은 텅스텐 합금으로 형성되는 이미지 센서.
제1항에 있어서,
상기 반사층을 덮으며 상기 화소 영역 및 상기 로직 영역의 전면에 형성되는패시베이션층을 더 포함하는 이미지 센서.
제14항에 있어서,
상기 컬러필터는 상기 제2 트렌치의 소정 높이까지 형성되는 이미지 센서.
제4항에 있어서,
상기 제2 트렌치는 바닥면에 대하여 수직인 측면을 가지는 이미지 센서.
포토다이오드를 구비한 반도체 기판 상에 복수의 금속배선과 복수의 절연층을 교대로 적층하는 단계,
상기 절연층을 식각하여 상기 포토다이오드와 정렬하는 트렌치를 형성하는 단계,
상기 트렌치의 측면에 반사층을 형성하는 단계,
상기 트렌치를 매립하며 컬러필터를 형성하는 단계,
상기 컬러필터를 포함하여 상기 반도체 기판 전면 상에 평탄화층을 형성하는 단계, 그리고
상기 평탄화층 상에 마이크로렌즈를 형성하는 단계
를 포함하는 이미지 센서의 제조방법.
제11항에 있어서,
상기 트렌치를 형성하는 단계는,
화소 영역을 선택적으로 식각하여 제1 트렌치를 형성하는 단계, 그리고
상기 제1 트렌치 내에 상기 포토다이오드 위에 상기 포토다이오드보다 넓은폭을 가지는 제2 트렌치를 형성하는 단계
를 포함하는 이미지 센서의 제조방법.
제11항에 있어서,
상기 반사층을 형성하는 단계는,
상기 반도체기판 전면에 텅스텐합금재를 데포지션하는 단계, 그리고
상기 텅스텐 코팅층을 전면식각하여 상기 트렌치의 측면에만 선택적으로 상기 반사층을 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조방법.
제13항에 있어서,
상기 반사층을 형성한 뒤,
상기 반도체 기판 전면에 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물을 데포지션하여패시베이션층을 형성하는 단계를 더 포함하는 이미지 센서의 제조방법.
제12항에 있어서,
상기 제2 트렌치는 바닥면에 대하여 소정 각도록 기울어져 있는 측면을 갖도록 형성하는 이미지 센서의 제조방법.
포토다이오드;
상기 포토다이오드의 전위를 부유확산층으로 전달하는 트랜스퍼 트랜지스터;
선택신호에 따라 상기 부유확산층의 데이터를 출력하는 셀렉트 트랜지스터;및
상기 포토다이오드 상부에 위치하여 상기 포토다이오드에 광을 전달하는 컬러필터를 포함하며,
상기 컬러필터의 측면에 반사부가 형성되어 있는 이미지 센서.
제16항에 있어서,
상기 이미지 센서는 상기 부유확산층을 리셋하는 리셋 트랜지스터를 더 포함하는 이미지 센서.
제17항에 있어서,
상기 이미지 센서는
상기 트랜스퍼 트랜지스터, 셀렉트 트랜지스터 및 상기 리셋 트랜지스터와 연결되는 회로패턴이 형성되어 있는 절연층을 더 포함하며,
상기 절연층은 상기 포토다이오드 위에 형성되는 이미지 센서.
제18항에 있어서,
상기 컬러필터는 상기 절연층을 식각하여 형성되는 캐비티 내에 형성되며, 상기 반사부는 상기 캐비티의 측면에 형성되는 이미지 센서.
제19항에 있어서,
상기 반사부는 텅스텐을 포함하는 이미지 센서.