KR20140085656A - 이미지센서 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 기술은 이미지센서 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 복수의 단위픽셀영역을 포함하는 기판; 및 상기 기판 상부에 광흡수막을 구비한 복수의 컬러필터를 포함하고, 상기 컬러필터는 제1컬러필터 및 제2컬러필터를 포함하며, 상기 제1컬러필터는 상기 제2컬러필터의 끝단과 중첩된다.
Description
본 발명은 반도체 장치의 제조 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 이미지센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
씨모스 이미지센서(CMOS Image Sensor, CIS)는 광학 영상(optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 씨모스 기술을 이용하여 화소수만큼 MOS 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다. 이러한 씨모스 이미지센서는 전면조사형 이미지센서(Front Side Illumination Image Sensor) 및 후면조사형 이미지센서(Back Side Illumination Image Sensor)를 포함하고 있다.
전면조사형 이미지센서는 빛이 상측으로부터 마이크로렌즈, 컬러필터, 신호생성회로를 경유하여 기판의 수광소자로 입사된다. 이러한 경우, 이미지 센서의 픽셀이 작아질수록 빛이 신호생성회로의 영향을 크게 받으므로 신호생성회로는 작아질 수 밖에 없으며 광학적 크로스토크 현상이 발생하게 된다. 또한, 후면조사형 이미지센서는 마이크로렌즈, 컬러필터를 경유하여 기판의 수광소자로 입사되어 신호생성회로의 영향을 배제할 수 있고 층간절연막이 없어 광감도를 개선하는 장점이 있으나, 단위픽셀영역 사이의 격리가 제대로 이루어지지 않아 광학적 크로스토크(X-Talk) 현상이 발생한다.
본 발명의 실시예는 광학적 크로스토크 방지할 수 있는 이미지센서 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지센서는 복수의 단위픽셀영역을 포함하는 기판; 및 상기 기판 상부에 광흡수막을 구비한 복수의 컬러필터를 포함하고, 상기 컬러필터는 제1컬러필터 및 제2컬러필터를 포함하며, 상기 제1컬러필터는 상기 제2컬러필터의 끝단과 중첩될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이미지센서는 복수의 단위픽셀영역을 포함하는 기판; 및 상기 기판 상부에 광흡수부를 구비한 복수의 컬러필터를 포함하고, 상기 컬러필터는 제1컬러필터, 제2컬러필터 및 제3컬러필터를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이미지센서 제조 방법은 복수의 단위픽셀영역을 포함하는 기판 상부에 광흡수부를 구비한 복수의 컬러필터를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 컬러필터는 제1컬러필터, 제2컬러필터 및 제3컬러필터를 포함할 수 있다.
본 기술은 광흡수막을 단위픽셀영역의 경계를 따라 형성함으로써, 인접한 단위픽셀영역 사이의 광학적 크로스토크를 방지할 수 있다.
또한, 광흡수막과 컬러필터가 중첩되도록 형성함으로써, 인접한 단위픽셀영역 사이의 광학적 크로스토크를 효과적으로 방지함으로써 광감도를 효과적으로 향상시킬 수 있다.
또한, 광흡수막을 포함하는 컬러필터를 형성함으로써, 공정 마진을 확보할 수 있어 공정난이도를 낮출 수 있으며, 공정단계를 감소시킬 수 있어 생산비용을 절감시킬 수 있다.
도 1은 제1실시예에 따른 이미지센서를 도시한 단면도.
도 2는 제1실시예에 따른 이미지센서의 컬러필터 및 광흡수부를 도시한 평면도.
도 3a 내지 도 3e는 제1실시예에 따른 이미지센서 제조 방법의 일례를 설명하기 위해 도시한 단면도.
도 4a 내지 도 4d는 제1실시예에 따른 이미지센서 제조 방법의 컬러필터 및 광흡수막을 도시한 평면도.
도 5는 제2실시예에 따른 이미지센서를 도시한 단면도.
도 2는 제1실시예에 따른 이미지센서의 컬러필터 및 광흡수부를 도시한 평면도.
도 3a 내지 도 3e는 제1실시예에 따른 이미지센서 제조 방법의 일례를 설명하기 위해 도시한 단면도.
도 4a 내지 도 4d는 제1실시예에 따른 이미지센서 제조 방법의 컬러필터 및 광흡수막을 도시한 평면도.
도 5는 제2실시예에 따른 이미지센서를 도시한 단면도.
이하 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하기로 한다.
후술할 본 발명은 광학적 크로스토크 방지 및 광감도를 향상시키기 위한 이미지센서 및 그 제조방법을 제공한다. 이를 위해, 본 발명의 실시예는 인접 단위픽셀영역 사이의 광학적 크로스토크를 효과적으로 방지하기 위해 광흡수막을 구비한 컬러필터를 포함하는 이미지센서 및 그 제조 방법을 제공한다. 여기서, 종래기술에는 광학적 크로스토크를 방지하기 위한 방법으로, 기판 또는 층간절연막에 트렌치를 형성한 후 트렌치에 광을 흡수하는 물질 또는 광을 반사시키는 물질을 갭필하는 방법이 있다. 하지만 이러한 방법은 공정 순서가 매우 복잡할 뿐 아니라 공정 난이도도 높아 생산 비용이 증가하는 단점이 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 광학적 크로스토크를 방지하기 위해 광흡수부를 구비한 컬러필터를 포함하는 이미지센서를 제공한다.
또한 후술할 본 발명은 전면조사형 이미지센서 및 후면조사형 이미지센서에 모두 적용할 수 있으며, 설명의 편의상 후면조사형 이미지센서로 설명하기로 한다.
도 1은 제1실시예에 따른 이미지센서를 도시한 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제1실시예에 따른 이미지센서는 복수의 단위픽셀영역(101,102,103)을 갖는 기판(10), 각 단위픽셀영역(101,102,103)의 기판(10)에 형성된 복수의 수광소자(11), 기판(10)의 전면(frontside,F)에 형성되어 신호생성회로(13)를 포함하는 층간절연막(12), 전면(F)의 반대면인 기판(10)의 후면(backside,B)에 형성된 복수의 컬러필터(14), 컬러필터(14) 아래 기판(10) 후면에 형성된 광흡수막(15), 기판(10) 후면 상부에 컬러필터(14)를 덮는 평탄화막(16) 및 평탄화막(16) 상에 형성된 마이크로렌즈(17)를 포함할 수 있다.
복수의 단위픽셀영역(101,102,103)을 포함하는 기판은 단결정 물질(Single crystaline material)을 포함할 수 있다. 기판(10)은 실리콘 함유 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 기판(10)은 단결정 실리콘(Single crystaline silicon)을 포함할 수 있다.
복수의 단위픽셀영역(101,102,103)의 기판(10)에 복수의 수광소자(11)가 형성되어 있다. 수광소자(11)는 포토다이오드(Photo Diode, PD)를 포함할 수 있다. 포토다이오드는 수광된 빛을 이용하여 광전하를 생성하는 역할을 수행할 수 있다.
다음으로, 기판(30)에 복수의 수광소자(11) 및 인접한 수광소자(11) 사이를 분리시키는 소자분리막(미도시)을 형성할 수 있다.
기판(10)의 전면(Frontside, F)에는 층간절연막(12)이 형성되어 있고, 층간절연막(12) 내부에는 신호생성회로(13)가 형성되어 있다. 신호생성회로(13)는 수광소자(11)에서 생성된 전하에 상응하는 전기신호를 생성하는 역할을 수행한다. 구체적으로 기판(10)의 전면에 형성된 층간절연막(12) 내부는 신호생성회로(13)를 구성하는 복수의 트랜지스터 및 다층의 도전라인을 포함할 수 있다. 복수의 트랜지스터는 트랜스퍼 트랜지스터(transfer transistor), 리셋 트랜지스터(reset transistor), 소스팔로워 트랜지스터(source follower transistor), 셀렉트 트랜지스터(select transistor) 및 바이어스 트랜지스터(bias transistor)를 포함할 수 있다. 또한 다층의 도전라인은 플러그(plug)를 통해 트랜지스터 또는 도전라인 상호 간 전기적으로 연결될 수 있다.
기판(10) 후면(Backside, B) 상부에 복수의 컬러필터(14)가 형성되어 있다. 컬러필터(14)는 각 단위픽셀영역(101,102,103)과 대응하여 형성될 수 있다. 각 컬러필터는 양끝단이 중첩되어 단차를 갖는 구조를 가질 수 있다. 그리고 광흡수부(15)를 포함하는 컬러필터(14) 구조를 가질 수 있다.
컬러필터(14)는 복수의 제1컬러필터(14A), 복수의 제2컬러필터(14B) 및 복수의 제3컬러필터(14C)를 포함할 수 있다. 제1컬러필터(14A)는 제2컬러필터(14B)와 중첩될 수 있으며, 제2컬러필터(14B)는 제1 및 제3컬러필터(14A,14C)와 중첩될 수 있으며, 제3컬러필터(14C)는 제2컬러필터(14B)와 중첩될 수 있다. 제1컬러필터(14A)는 광흡수부(15)를 포함할 수 있으며, 제1컬러필터(14A) 측벽에 형성된 구조를 가질 수 있다. 제2 내지 제3컬러필터(14B,14C)는 광흡수부(15)와 중첩된 구조를 가질 수 있다.
컬러필터(14)는 RGB 구조를 가질 수 있다. 일례로, 제1컬러필터(14A)는 블루컬러필터를 포함할 수 있고, 제2컬러필터(14B)는 그린컬러필터를 포함할 수 있으며, 제3컬러필터(14C)는 레드컬러필터를 포함할 수 있다.
제1 내지 제3컬러필터(14A,14B,14C)는 각 단위픽셀영역(101,102,103)보다 큰 선폭을 가질 수 있다. 기존의 컬러필터는 각 단위픽셀의 선폭만큼 형성되지만, 제1실시예에 따르면 제1 내지 제3컬러필터(14A,14B,14C)는 인접 컬러필터와 중첩됨과 동시에 광흡수부를 포함하는 만큼 기존의 컬러필터보다 큰 선폭을 가질 수 있다.
컬러필터 아래 기판(10) 후면 상에 광흡수막(15)이 형성되어 있다. 광흡수막(15)은 인접 단위픽셀영역 사이의 광학적 크로스토크를 방지시켜주는 역할을 수행할 수 있다. 광흡수막(15)은 각 단위픽셀영역(101,102,103)의 경계를 따라 형성되어 있다. 구체적으로, 광흡수막(15)은 제1광흡수막(15A) 및 제2광흡수막(15B)을 포함할 수 있다. 제1광흡수막(15A)은 제1컬러필터(14A)의 측벽에 형성될 수 있다. 제2광흡수막(15B)은 후속 제2 및 제3컬러필터(14B,14C)의 끝단과 중첩되어 형성될 수 있다. 이와 같은 구조는 후술하는 도 2에서 자세히 설명하도록 한다.
제1광흡수막(15A)은 제1컬러필터(14A)와 동일한 높이를 가질 수 있으며, 제2광흡수막(15B)은 제1컬러필터(14A)보다 낮은 높이를 가질 수 있다.
광흡수막(15)은 가시광선을 흡수할 수 있는 물질은 모두 적용이 가능하다. 제1실시예에서 광흡수막(15)은 제1컬러필터(14A)와 동일한 물질을 포함할 수 있다. 일례로, 제1컬러필터(14A)가 블루컬러필터를 포함하는 경우, 광흡수막(15)은 블루컬러필터를 포함할 수 있다.
컬러필터(14) 상에 평탄화막(16)이 형성되어 있다. 평탄화막(16)은 산화막, 질화막 및 산화질화막으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나로 형성할 수 있다.
평탄화막(16) 상에 각 단위픽셀영역(101,102,103)에 대응하도록 반구형 마이크로렌즈(17)가 형성되어 있다. 이때, 마이크로렌즈(17)는 광학적 쉐이딩 특성을 확보하기 위하여 인접한 마이크로렌즈 사이가 소정 간격 이격되도록 형성할 수 있다.
상술한 구조를 갖는 이미지센서는 광흡수막(15)을 구비함으로써, 인접한 단위픽셀영역(101,102,103) 사이의 광학적 크로스토크를 방지할 수 있다.
또한, 광흡수막(15)을 포함하는 컬러필터(14) 구비함으로써, 인접한 단위픽셀영역(101,102,103) 사이의 광학적 크로스토크를 효과적으로 방지함으로써 광감도를 효과적으로 향상시킬 수 있다.
도 2는 제1실시예에 따른 이미지센서의 컬러필터 및 광흡수부를 도시한 평면도이며, 도 2의 I-I'의 절취선을 따라 도 1의 단면도를 나타낼 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 기판(10) 상부 컬러필터(14)가 형성되어 있다. 컬러필터(14)는 복수의 제1컬러필터(14A), 복수의 제2컬러필터(14B) 및 복수의 제3컬러필터(14C)를 포함할 수 있다. 컬러필터(14)는 RGB 구조를 가질 수 있다. 컬러필터(14)는 복수의 레드컬러필터, 그린컬러필터 및 블루컬러필터를 포함할 수 있다. 일례로, 제1컬러필터(14A)는 블루컬러필터를 포함할 수 있고, 제2컬러필터(14B)는 그린컬러필터를 포함할 수 있으며, 제3컬러필터(14C)는 레드컬러필터를 포함할 수 있다.
컬러필터(14)는 광흡수부(15)가 포함되도록 배치된 구조를 가질 수 있다. 제1컬러필터(14A)는 광흡수부(15)의 측벽과 접하여 형성되어 있으며, 제2 내지 제3컬러필터(14B,14C)는 광흡수부(15)와 중첩되도록 형성되어 있다.
광흡수부(15)는 단위픽셀영역의 경계를 따라 형성된 구조로서 그리드패턴(Grid Pattern)으로 배치되어 있다. 광흡수부(15)는 제1컬러필터(14A)와 동일한 물질을 포함할 수 있다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, I-I' 방향, Ⅱ-Ⅱ'방향 및 Ⅲ-Ⅲ' 방향의 절취선을 따른 광흡수막(15)의 배치를 살펴보면, 광흡수막(15)이 단위픽셀영역의 경계를 따라 배치되어 있는 것을 알 수 있다. 즉, 광흡수막(15)은 그리드 패턴으로 배치되어 있어 I-I' 방향, Ⅱ-Ⅱ' 및 Ⅲ-Ⅲ' 방향으로 절단하여도 광흡수막(15)이 배치되어 있는 것을 알 수 있다.
도 3a 내지 도 3e는 제1실시예에 따른 이미지센서 제조 방법의 일례를 설명하기 위해 도시한 단면도이며, 도 4a 내지 도 4d는 제1실시예에 따른 이미지센서 제조 방법의 컬러필터 및 광흡수막을 도시한 평면도이다. 도 3a 내지 도 3d는 도 4a 내지 도 4d에 도시된 I-I'의 절취선을 따라 도시한 단면도이며, 도 3e는 도 4d의 평면도에서 평탄화막 및 마이크로렌즈를 더 포함하여 도시한 단면도이다.
도 3a 및 도 4a에 도시된 바와 같이, 복수의 단위픽셀영역(301,302,303)을 갖는 기판(30)을 준비한다. 기판(30)은 단결정 물질(Single crystaline material)을 포함할 수 있다. 또한 기판(30)은 실리콘 함유 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 기판(30)은 단결정 실리콘(Single crystaline silicon)을 포함할 수 있다.
다음으로, 기판(30)에 후속공정으로 형성될 복수의 수광소자 및 인접한 수광소자 사이를 분리시키는 소자분리막(미도시)을 형성한다. 소자분리막은 STI(Shallow Trench Isolation)공정으로 형성할 수 있다. STI공정은 기판에 소자분리를 위한 트렌치를 형성하고, 트렌치 내부에 절연물질을 갭필하여 소자분리막을 형성하는 일련의 공정과정을 의미한다.
다음으로, 기판(30)에 단위픽셀영역에 대응하는 복수의 수광소자(31)를 형성한다. 수광소자(31)는 포토다이오드(Photo Diode, PD)를 포함할 수 있다. 포토다이오드는 수광된 빛을 이용하여 광전하를 생성하는 역할을 수행할 수 있다.
다음으로, 수광소자(31)를 포함하는 기판(30) 전면 상에 신호생성회로(33)를 포함하는 층간절연막(32)을 형성한다. 신호생성회로(13)는 수광소자(11)에서 생성된 전하에 상응하는 전기신호를 생성하는 역할을 수행한다. 구체적으로 기판(10)의 전면에 형성된 층간절연막(12) 내부는 신호생성회로(13)를 구성하는 복수의 트랜지스터 및 다층의 도전라인을 포함할 수 있다. 복수의 트랜지스터는 트랜스퍼 트랜지스터(transfer transistor), 리셋 트랜지스터(reset transistor), 소스팔로워 트랜지스터(source follower transistor), 셀렉트 트랜지스터(select transistor) 및 바이어스 트랜지스터(bias transistor)를 포함할 수 있다. 또한 다층의 도전라인은 플러그(plug)를 통해 트랜지스터 또는 도전라인 상호 간 전기적으로 연결될 수 있다.
도 3b 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 기판(30)의 후면(backside, B)에 대한 그라인딩(grinding) 공정을 실시한다. 그라인딩 공정은 기판(30) 후면을 통해 수광소자(31)로 입사하는 입사광의 진행 경로를 감소시켜 집광효율을 증가시키기 위하여 실시할 수 있다.
다음으로, 그라인딩 공정에 의한 기판(30) 후면의 결함을 치유하기 위한 후처리를 실시한다. 후처리는 산소분위기에서 열처리를 실시하는 방법으로 진행할 수 있다.
다음으로, 기판의 후면 상에 제1컬러필터(34A)를 형성함과 동시에 광흡수막(35)을 형성한다. 광흡수막(35)은 인접 단위픽셀영역 사이의 광학적 크로스토크를 방지하는 역할을 수행할 수 있다.
제1컬러필터(34A)는 단위픽셀영역에 대응하여 형성할 수 있으며, 광흡수막(35)은 단위픽셀영역의 경계를 따라 형성할 수 있다. 이때, 광흡수막(35)은 그리드패턴(Grid pattern)으로 형성할 수 있다. 광흡수막(35)은 제1광흡수막(35A) 및 제2광흡수막(35B)을 포함할 수 있다. 제1광흡수막(35A)은 제1컬러필터(34A)와 접하여 형성할 수 있다. 제2광흡수막(35B)은 후속 제2 및 제3컬러필터(34B,34C)와 중첩되어 형성할 수 있다. 또한, 광흡수막(35)제1광흡수막(35A)은 제1컬러필터(34A)와 동일한 높이를 가지며, 제2광흡수막(35B)은 제1광흡수막(35A)보다 낮은 높이를 가질 수 있다.
제1컬러필터(34A) 및 광흡수막(35) 형성공정방법은 다음과 같다. 기판(50) 후면 상에 제1컬러필터(34A) 및 광흡수막(35) 을 형성하기 위해 제1포토레지스트(미도시)를 도포한 후 제1컬러필터마스크패턴(미도시) 및 광흡수막마스크패턴(미도시)을 형성한다. 여기서, 제1컬러필터마스크패턴 및 광흡수막마스크패턴은 설명의 편의상 구분하여 설명된 것으로서, 하나의 마스크패턴이 배치구조에 따라 구분될 수 있다. 제1컬러필터마스크패턴은 제1단위픽셀영역(301)에 대응하여 형성할 수 있으며, 광흡수막마스크패턴은 각 단위픽셀영역의 경계를 따라 형성할 수 있다. 이때, 광흡수막마스크패턴은 그리드패턴(Grid pattern)으로 형성할 수 있으며 노광파장보다 작게 형성하여 단위픽셀영역의 두께보다 얇게 형성되도록 형성할 수 있다. 다음으로, 제1컬러필터마스크패턴 및 광흡수막마스크패턴을 이용하여 노광 및 현상 공정을 진행함으로써, 광에 노광되지 않은 제1포토레지스트는 기판(30) 후면 상에 남게되고, 광에 노광된 제1포토레지스트는 기판(30) 후면이 선택적으로 노출되도록 제거되어 기판(30) 상에 제1컬러필터(34A) 및 광흡수막(35)이 형성된다.
제1컬러필터(34A)는 레드컬러필터, 그린컬러필터 및 블루컬러필터로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다. 일례로 제1컬러필터(34A)는 블루컬러필터를 포함할 수 있다. 광흡수막(35)은 제1컬러필터(34A)와 동일한 물질로 형성할 수 있다. 제1실시예에서는 제1컬러필터(34A)가 블루컬러필터를 포함하고 있기 때문에, 광흡수막(35)은 블루컬러필터를 포함할 수 있다.
도 3c 및 도 4c에 도시된 바와 같이, 기판(30) 후면 상에 제2컬러필터(34B)를 형성한다. 제2컬러필터(34B)는 제1컬러필터(34A) 및 광흡수막(35)과 중첩되도록 형성할 수 있다. 제2컬러필터(34B)는 단위픽셀영역보다 큰 선폭을 가질 수 있다. 제2컬러필터(34B)는 제1컬러필터(34A) 일부 영역과 중첩되도록 형성함으로써 단차를 가질 수 있다. 제2컬러필터(34B)는 제1컬러필터(34A)보다 높은 높이를 가질 수 있다.
제2컬러필터(34B) 형성공정 방법은 다음과 같다. 제1컬러필터(34A) 및 광흡수막(35)이 형성된 기판(30) 상에 제2포토레지스트(미도시)를 스핀코팅하고, 스핀코팅된 제2포토레지스트 상에 제2컬러필터마스크패턴(미도시)을 형성한다. 그리고 제2컬러필터마스크패턴을 이용하여 제2포토레지스트를 부분 노광하고 현상함으로써 광에 노광되지 않은 제2포토레지스트는 기판(30) 후면 상에 남게되고, 광에 노광된 제2포토레지스트는 기판(30) 후면 및 제1컬러필터(34A) 표면이 선택적으로 노출되도록 제거되어 기판(30) 상에 제2컬러필터(34B)가 형성된다.
제2컬러필터(34B)는 레드컬러필터, 그린컬러필터 및 블루컬러필터로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다. 일례로 제2컬러필터(34B)는 그린컬러필터를 포함할 수 있다.
도 3d 및 도 4d에 도시된 바와 같이, 기판(30) 후면 상에 제3컬러필터(34C)를 형성한다. 제3컬러필터(34C)는 광흡수막(35) 및 제2컬러필터(34B)와 중첩되도록 형성할 수 있다.
제3컬러필터(34C)는 단위픽셀영역보다 큰 선폭을 가질 수 있다. 제3컬러필터(34C)는 제2컬러필터(34B)의 일부 영역과 중첩되도록 형성함으로써 단차를 가질 수 있다. 제3컬러필터(34C)는 제2컬러필터(34B)보다 높은 높이를 가질 수 있다.
제3컬러필터(34C) 형성공정 방법은 다음과 같다. 제1 및 제2컬러필터(34A, 34B) 및 광흡수막(35)이 형성된 기판(30) 상에 제3포토레지스트(미도시)를 스핀코팅하고, 스핀코팅된 제3포토레지스트 상에 제3컬러필터마스크패턴(미도시)을 형성한다. 그리고 제3컬러필터마스크패턴을 이용하여 제3포토레지스트를 부분 노광하고 현상함으로써 광에 노광되지 않은 제3포토레지스트는 기판(30) 후면 상에 남게되고, 광에 노광된 제3포토레지스트는 제1 및 제2컬러필터(34A,34B) 표면이 선택적으로 노출되도록 제거되어 기판(30) 상에 제3컬러필터(34C)가 형성된다.
제3컬러필터(34C)는 레드컬러필터, 그린컬러필터 및 블루컬러필터로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다. 일례로, 제3컬러필터(34C)는 레드컬러필터를 포함할 수 있다.
도 3e에 도시된 바와 같이, 컬러필터(34) 상에 평탄화막(36)을 형성한다. 평탄화막(36)은 산화막, 질화막 및 산화질화막으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나로 형성할 수 있다.
평탄화막(36) 상에 각 단위픽셀영역(301,302,303)에 대응하도록 반구형 마이크로렌즈(37)를 형성한다. 이때, 마이크로렌즈(37)는 광학적 쉐이딩 특성을 확보하기 위하여 인접한 마이크로렌즈 사이가 소정 간격 이격되도록 형성할 수 있다.
상술한 제조 방법을 통해 형성된 이미지센서는 광흡수막(35)을 단위픽셀영역의 경계를 따라 형성함으로써, 인접한 단위픽셀영역(301,302,303) 사이의 광학적 크로스토크를 방지시킬 수 있다.
또한, 광흡수막(35)을 컬러필터(34)와 중첩되도록 형성함으로써, 인접한 단위픽셀영역(301,302,303) 사이의 광학적 크로스토크를 효과적으로 방지함으로써 광감도를 효과적으로 향상시킬 수 있다.
또한, 광흡수막(35)을 포함하는 컬러필터를 형성함으로써, 공정 마진을 확보할 수 있어 공정난이도를 낮출 수 있으며, 공정단계를 감소시킬 수 있어 생산비용을 절감시킬 수 있다.
도 5는 제2실시예에 따른 이미지센서를 도시한 단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제2실시예에 따른 이미지센서는 복수의 단위픽셀영역(501,502,503)을 갖는 기판(50), 각 단위픽셀영역(501,502,503)의 기판(50)에 형성된 복수의 수광소자(51), 기판(50)의 전면(frontside,F)에 형성되어 신호생성회로(53)를 포함하는 층간절연막(52), 전면(F)의 반대면인 기판(50)의 후면(backside,B)에 형성된 복수의 컬러필터(54), 컬러필터(54) 아래 기판(50) 후면에 형성된 광흡수막(55), 기판(50) 후면 상부에 컬러필터(54)를 덮는 평탄화막(56) 및 평탄화막(56) 상에 형성된 마이크로렌즈(57)를 포함할 수 있다.
복수의 단위픽셀영역(501,502,503)을 포함하는 기판은 단결정 물질(Single crystaline material)을 포함할 수 있다. 기판(50)은 실리콘 함유 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 기판(50)은 단결정 실리콘(Single crystaline silicon)을 포함할 수 있다.
복수의 단위픽셀영역(501,502,503)의 기판(50)에 복수의 수광소자(51)가 형성되어 있다. 수광소자(51)는 포토다이오드(Photo Diode, PD)를 포함할 수 있다. 포토다이오드는 수광된 빛을 이용하여 광전하를 생성하는 역할을 수행할 수 있다.
다음으로, 기판(50)에 복수의 수광소자(51) 및 인접한 수광소자(51) 사이를 분리시키는 소자분리막(미도시)을 형성할 수 있다.
기판(50)의 전면(Frontside, F)에는 층간절연막(52)이 형성되어 있고, 층간절연막(52) 내부에는 신호생성회로(53)가 형성되어 있다. 신호생성회로(53)는 수광소자(51)에서 생성된 전하에 상응하는 전기신호를 생성하는 역할을 수행한다. 구체적으로 기판(50)의 전면에 형성된 층간절연막(52) 내부는 신호생성회로(53)를 구성하는 복수의 트랜지스터 및 다층의 도전라인을 포함할 수 있다. 복수의 트랜지스터는 트랜스퍼 트랜지스터(transfer transistor), 리셋 트랜지스터(reset transistor), 소스팔로워 트랜지스터(source follower transistor), 셀렉트 트랜지스터(select transistor) 및 바이어스 트랜지스터(bias transistor)를 포함할 수 있다. 또한 다층의 도전라인은 플러그(plug)를 통해 트랜지스터 또는 도전라인 상호 간 전기적으로 연결될 수 있다.
기판(50) 후면(Backside, B) 상부에 복수의 컬러필터(54)가 형성되어 있다. 컬러필터(54)는 각 단위픽셀영역(501,502,503)과 대응하여 형성될 수 있으며, 파장에 따라 서로 다른 높이를 가질 수 있다. 그리고 광흡수부(55)를 포함하는 컬러필터(54) 구조를 가질 수 있다.
컬러필터(54)는 복수의 제1컬러필터(54A), 복수의 제2컬러필터(54B) 및 복수의 제3컬러필터(54C)를 포함할 수 있다. 제1컬러필터(54A)는 광흡수부(55)의 측벽과 접하여 형성될 수 있다. 제2컬러필터(54B)는 제1컬러필터(54A)일측에 정렬될 수 있으며, 제3컬러필터(54B)는 제2컬러필터(54B)의 일측에 정렬되어 형성될 수 있다. 또한, 제2 및 제3컬러필터(54B,54C)의 끝단은 광흡수부(55)와 중첩된 구조를 가질 수 있다.
컬러필터(54)는 RGB 구조를 가질 수 있다. 일례로, 제1컬러필터(54A)는 블루컬러필터를 포함할 수 있고, 제2컬러필터(54B)는 그린컬러필터를 포함할 수 있으며, 제3컬러필터(54C)는 레드컬러필터를 포함할 수 있다.
컬러필터 아래 기판(50) 후면 상에 광흡수막(55)이 형성되어 있다. 광흡수막(55)은 인접 단위픽셀영역 사이의 광학적 크로스토크를 방지시키는 역할을 수행할 수 있다. 구체적으로, 광흡수막(55)은 각 단위픽셀영역(501,502,503)의 경계를 따라 형성되어 있다. 구체적으로, 광흡수막(55)은 제1광흡수막(55A) 및 제2광흡수막(55B)을 포함할 수 있다. 제1광흡수막(55A)은 제1컬러필터(54A)의 측벽에 형성될 수 있다. 제2광흡수막(55B)은 후속 제2 및 제3컬러필터(54B,54C)의 끝단과 중첩되어 형성될 수 있다. 제1광흡수막(55A)은 제1컬러필터(54A)와 동일한 높이를 가질 수 있으며, 제2광흡수막(55B)은 제1컬러필터(54A)보다 낮은 높이를 가질 수 있다.
광흡수막(55)은 가시광선을 흡수할 수 있는 물질은 모두 적용이 가능하다. 제1실시예에서 광흡수막(55)은 제1컬러필터(54A)와 동일한 물질을 포함할 수 있다. 일례로, 제1컬러필터(54A)가 블루컬러필터를 포함하는 경우, 광흡수막(55)은 블루컬러필터를 포함할 수 있다.
컬러필터(54) 상에 평탄화막(56)이 형성되어 있다. 평탄화막(56)은 산화막, 질화막 및 산화질화막으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나로 형성할 수 있다.
평탄화막(56) 상에 각 단위픽셀영역(501,502,503)에 대응하도록 반구형 마이크로렌즈(57)가 형성되어 있다. 이때, 마이크로렌즈(57)는 광학적 쉐이딩 특성을 확보하기 위하여 인접한 마이크로렌즈 사이가 소정 간격 이격되도록 형성할 수 있다.
상술한 구조를 갖는 이미지센서는 광흡수막(55)을 구비함으로써, 인접한 단위픽셀영역(501,502,503) 사이의 광학적 크로스토크를 방지시킬 수 있다.
또한, 광흡수막(55)은 컬러필터(54)와 중첩되는 구조를 가짐으로써, 인접한 단위픽셀영역(501,502,503) 사이의 광학적 크로스토크를 효과적으로 방지함으로써 광감도를 효과적으로 향상시킬 수 있다.
본 발명의 기술 사상은 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위내의 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
10: 기판 11:수광소자
12: 층간절연막 13:신호생성회로
14:컬러필터 15:광투과흡수부
16:평탄화막 17:마이크로렌즈
12: 층간절연막 13:신호생성회로
14:컬러필터 15:광투과흡수부
16:평탄화막 17:마이크로렌즈
Claims (35)
- 복수의 단위픽셀영역을 포함하는 기판; 및
상기 기판 상부에 광흡수막을 구비한 복수의 컬러필터를 포함하고,
상기 컬러필터는 제1컬러필터 및 제2컬러필터를 포함하며, 상기 제1컬러필터는 상기 제2컬러필터의 끝단과 중첩된 이미지센서.
- 제1항에 있어서,
상기 컬러필터 및 광흡수막은 레드컬러필터, 그린컬러필터 및 블루컬러필터 중 어느 하나 이상을 포함하는 이미지센서.
- 제1항에 있어서,
상기 컬러필터는 상기 단위픽셀영역보다 넓은 선폭을 갖는 이미지센서.
- 제1항에 있어서,
상기 제1컬러필터는 상기 제2컬러필터보다 낮은 높이를 갖는 이미지센서.
- 제1항에 있어서,
상기 광흡수막은 상기 단위픽셀영역 경계를 따라 형성된 이미지센서.
- 제1항에 있어서,
상기 광흡수막은 그리드패턴인 이미지센서.
- 제2항에 있어서,
상기 제1컬러필터는 블루컬러필터를 포함하며, 제2컬러필터는 그린컬러필터를 포함하는 이미지센서.
- 제7항에 있어서,
상기 광흡수막은 상기 제1컬러필터와 동일한 물질을 포함하는 이미지센서.
- 제7항에 있어서,
상기 광흡수막은 상기 제1컬러필터의 측벽에 형성되며, 제2컬러필터의 끝단과 중첩된 이미지센서.
- 제7항에 있어서,
상기 광흡수막은 상기 제1컬러필터와 동일한 높이를 갖는 이미지센서.
- 제2항에 있어서,
상기 제1컬러필터는 그린컬러필터를 포함하며, 제2컬러필터는 레드컬러필터를 포함하는 이미지센서.
- 제11항에 있어서,
상기 광흡수막은 블루컬러필터를 포함하는 이미지센서.
- 제11항에 있어서,
상기 광흡수막은 상기 제1 및 제2컬러필터의 끝단과 중첩되어 형성된 이미지센서.
- 제11항에 있어서,
상기 광흡수막은 상기 제1 및 제2컬러필터보다 낮은 높이를 갖는 이미지센서.
- 복수의 단위픽셀영역을 포함하는 기판; 및
상기 기판 상부에 광흡수부를 구비한 복수의 컬러필터를 포함하고,
상기 컬러필터는 제1컬러필터, 제2컬러필터 및 제3컬러필터를 포함하는 이미지센서.
- 제15항에 있어서,
상기 제1컬러필터는 상기 제2컬러필터의 끝단과 중첩되며, 상기 제2컬러필터는 상기 제1 및 제3컬러필터의 끝단과 중첩되며, 상기 제3컬러필터는 상기 제2컬러필터의 끝단과 중첩된 이미지센서.
- 제15항에 있어서,
상기 제1컬러필터는 상기 제2컬러필터보다 낮은 높이를 가지며, 상기 제2컬러필터는 상기 제3컬러필터보다 낮은 높이를 갖는 이미지센서.
- 제15항에 있어서,
상기 컬러필터는 상기 단위픽셀영역보다 넓은 선폭을 갖는 이미지센서.
- 제15항에 있어서,
상기 광흡수막은 상기 단위픽셀영역 경계를 따라 형성된 이미지센서.
- 제15항에 있어서,
상기 광흡수막은 그리드패턴인 이미지센서.
- 제15항에 있어서,
상기 광흡수막은 상기 제1컬러필터의 측벽과 접하며 상기 제2 및 제3컬러필터의 끝단과 중첩된 이미지센서.
- 제15항에 있어서,
상기 제1컬러필터의 측벽과 접하여 형성된 상기 광흡수막은 상기 제1컬러필터와 동일한 높이를 가지고, 상기 제2 및 제3컬러필터의 끝단과 중첩된 상기 광흡수막은 상기 제2 및 제3컬러필터보다 낮은 높이를 갖는 이미지센서.
- 제15항에 있어서,
상기 광흡수막은 상기 제1컬러필터와 동일한 물질을 포함하는 이미지센서.
- 제15항에 있어서,
상기 컬러필터는 레드컬러필터, 그린컬러필터 및 블루컬러필터를 포함하며,
상기 제1컬러필터는 블루컬러필터, 제2컬러필터는 그린컬러필터 및 제3컬러필터는 레드컬러필터를 포함하는 이미지센서.
- 복수의 단위픽셀영역을 포함하는 기판 상부에 광흡수부를 구비한 복수의 컬러필터를 형성하는 단계를 포함하고,
상기 컬러필터는 제1컬러필터, 제2컬러필터 및 제3컬러필터를 포함하는 이미지센서 제조 방법. - 제25항에 있어서,
상기 기판 상부에 상기 광흡수막을 포함하는 복수의 컬러필터를 형성하는 단계는,
상기 기판 상부에 제1컬러필터를 형성함과 동시에 상기 단위픽셀영역의 경계를 따라 광흡수막을 형성하는 단계;
상기 기판 상부에 상기 제1컬러필터의 끝단 및 상기 광흡수막과 중첩되도록 제2컬러필터를 형성하는 단계; 및
상기 기판 상부에 상기 제2컬러필터의 끝단 및 상기 광흡수막과 중첩되도록 제3컬러필터를 형성하는 단계
를 포함하는 이미지센서 제조 방법.
- 제25항에 있어서,
상기 컬러필터 및 광흡수막은 노광 및 현상 공정을 통해 형성하는 이미지센서 제조 방법.
- 제25항에 있어서,
상기 제1컬러필터는 상기 제2컬러필터보다 낮은 높이를 가지며, 상기 제2컬러필터는 상기 제3컬러필터보다 낮은 높이를 갖는 이미지센서 제조 방법.
- 제25항에 있어서,
상기 컬러필터는 상기 단위픽셀영역보다 넓은 선폭을 갖는 이미지센서 제조 방법.
- 제25항에 있어서,
상기 광흡수막은 상기 단위픽셀영역 경계를 따라 형성된 이미지센서 제조 방법.
- 제25항에 있어서,
상기 광흡수막은 그리드패턴인 이미지센서 제조 방법.
- 제25항에 있어서,
상기 광흡수막은 상기 제1컬러필터의 측벽과 접하며 상기 제2 및 제3컬러필터의 끝단과 중첩된 이미지센서 제조 방법. - 제25항에 있어서,
상기 제1컬러필터의 측벽과 접하여 형성된 상기 광흡수막은 상기 제1컬러필터와 동일한 높이를 가지고, 상기 제2 및 제3컬러필터의 끝단과 중첩된 상기 광흡수막은 상기 제2 및 제3컬러필터보다 낮은 높이를 갖는 이미지센서 제조 방법.
- 제25항에 있어서,
상기 광흡수막은 상기 제1컬러필터와 동일한 물질을 포함하는 이미지센서 제조 방법.
- 제25항에 있어서,
상기 컬러필터는 레드컬러필터, 그린컬러필터 및 블루컬러필터를 포함하며,
상기 제1컬러필터는 블루컬러필터, 제2컬러필터는 그린컬러필터 및 제3컬러필터는 레드컬러필터를 포함하는 이미지센서 제조 방법.
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|---|---|---|---|---|
| KR20160015095A (ko) * | 2014-07-30 | 2016-02-12 | 삼성전자주식회사 | 컬러 필터들 사이에 위치하는 금속 패턴을 포함하는 이미지 센서 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20140175586A1 (en) | 2014-06-26 |
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