KR20160087967A - 이미지 센서 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents

이미지 센서 및 이를 제조하는 방법

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KR20160087967A
KR20160087967A KR1020150006908A KR20150006908A KR20160087967A KR 20160087967 A KR20160087967 A KR 20160087967A KR 1020150006908 A KR1020150006908 A KR 1020150006908A KR 20150006908 A KR20150006908 A KR 20150006908A KR 20160087967 A KR20160087967 A KR 20160087967A
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Abstract

이미지 센서 및 이를 제조하는 방법을 제공한다. 이미지 센서는 기판에 다수의 픽셀 영역들을 정의하는 소자 분리부 및 다수의 픽셀 영역들 각각에 형성된 광전 변환 소자를 포함한다. 소자 분리부는, 소자 분리부의 상부 및 하부를 채우는 매립 절연막, 소자 분리부의 상부에서 매립 절연막의 측면에 배치되는 스페이서, 및 소자 분리부의 하부에서 매립 절연막 및 기판 사이에 배치되는 하부 추가 불순물 영역을 포함한다.

Description

이미지 센서 및 이를 제조하는 방법{IMAGE SENSOR AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 이미지 센서 및 이를 제조하는 방법에 관련된 것으로서, 더욱 상세하게는 씨모스 이미지 센서(CMOS image sensor, CIS) 및 이를 제조하는 방법에 관련된 것이다.
이미지 센서는 광학 영상을 전기 신호로 변환시킨다. 최근 들어 컴퓨터 산업과 통신 산업의 발달에 따라 디지털 카메라, 캠코더, PCS(Personal Communication System), 게임기기, 경비용 카메라, 의료용 마이크로 카메라 등 다양한 분야에서 성능이 향상된 이미지 센서의 수요가 증대하고 있다.
이미지 센서로는 전하 결합 소자(CCD: Charge Coupled Device) 및 CMOS 이미지 센서가 있다. 이 중, CMOS 이미지 센서는 구동 방식이 간편하고, 신호 처리 회로를 단일칩에 집적할 수 있어 제품의 소형화가 가능하다. CMOS 이미지 센서는 전력 소모 또한 매우 낮아 배터리 용량이 제한적인 제품에 적용이 용이하다.
한편, 전자 산업이 고도로 발전함에 따라, 이미지 센서의 크기가 점점 작아지고 있다. 상기 이미지 센서의 고집적화에 대한 요구들을 충족시키기 이하여 다양한 연구들이 수행되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 일 기술적 과제는, 고집적화된 이미지 센서를 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기 이미지 센서를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 개념에 따른 일 실시예는 이미지 센서를 제공한다. 상기 이미지 센서는: 전면 및 후면을 포함하는 기판; 상기 기판에 다수의 픽셀 영역들을 각각 정의하는 소자 분리부; 및 상기 다수의 픽셀 영역들 각각에 형성된 광전 변환 소자를 포함하되, 상기 소자 분리부는: 상기 소자 분리부의 상부 및 하부를 채우는 매립 절연막; 상기 소자 분리부의 상부에서 상기 매립 절연막 및 상기 기판 사이에 배치되는 스페이서; 및 상기 소자 분리부의 하부에서 상기 매립 절연막 및 상기 기판 사이에 배치되는 하부 추가 불순물 영역을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기판은 제1 도전형의 불순물을 포함하며, 상기 광전 변환 소자는 상기 제1 도전형의 반대되는 제2 도전형의 불순물을 포함하고, 상기 하부 추가 불순물 영역은 상기 제1 도전형의 불순물을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 매립 절연막은 상기 기판의 전면으로부터 상기 기판을 관통하여 상기 기판의 후면으로 확장할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 이미지 센서는: 상기 스페이서 및 상기 매립 절연막 사이에 배치되는 상부 추가 불순물 영역을 더 포함하되, 상기 상부 추가 불순물 영역은 상기 제1 도전형의 불순물을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 하부 추가 불순물 영역의 불순물 농도는 상기 상부 추가 불순물 영역의 불순물 농도보다 높을 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 이미지 센서는: 상기 스페이서 및 상기 기판 사이에 배치되는 열산화 박막을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 소자 분리부는 상기 다수의 픽셀 영역들을 감싸는 사각링 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 소자 분리부의 매립 절연막의 전체 높이가 상기 광전 변환 소자의 전체 높이보다 크며, 상기 스페이서의 전체 높이는 상기 광전 변환 소자의 전체 높이보다 작을 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 소자 분리부의 스페이서는 MTO(middle temperature oxide), PEOX(polyethylene oxide), SiN 및 SiON 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 소자 분리부의 매립 절연막은 HDP(high density plasma) 산화물, USG(undoped silicate glass), MTO, PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition) 산화물 및 SiN 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 스페이서의 상면은 상기 기판의 전면의 상면 및/또는 상기 매립 절연막의 상면과 실질적으로 동일 평면 상에 위치할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 이미지 센서는:상기 기판의 전면 상에 배치되며 상기 광전 변환 소자와 전기적으로 연결되는 독출 회로를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 이미지 센서는: 상기 기판의 후면 상에 배치되며 상기 다수의 픽셀 영역들 각각에 대응되는 컬러 필터; 및 상기 컬러 필터 상에 배치되는 마이크로 렌즈를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 매립 절연막은 상기 스페이서에 의해 자기 정렬될(self-aligned) 수 있다.
본 발명의 개념에 따른 다른 실시예는 이미지 센서를 제공한다. 상기 이미지 센서는: 전면 및 후면을 포함하는 기판; 상기 기판에 다수의 픽셀 영역들을 각각 정의하는 DTI(deep trench isolation); 상기 기판의 전면에 인접하며, 상기 DTI의 상부 측면에 스페이서 형상으로 배치되는 STI(shallow trench isolation); 상기 DTI의 하부 및 상기 기판 사이에 배치되는 하부 추가 불순물 영역; 및 상기 다수의 픽셀 영역들 각각에 형성된 광전 변환 소자를 포함한다.
본 발명의 일 실시예예 따르면, 상기 DTI는 상기 STI에 의해 자기 정렬될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 기판은 제1 도전형의 불순물을 포함하며, 상기 광전 변환 소자는 상기 제1 도전형의 반대되는 제2 도전형의 불순물을 포함하며, 상기 하부 추가 불순물 영역은 상기 제1 도전형의 불순물을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 이미지 센서는: 상기 DTI 및 상기 STI 사이에 배치되는 상부 추가 불순물 영역을 더 포함하되, 상기 상부 추가 불순물 영역은 상기 제1 도전형의 불순물을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 하부 추가 불순물 영역의 불순물 농도는 상기 상부 추가 불순물 영역의 불순물 농도보다 높을 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 DTI는 상기 기판의 전면으로부터 상기 기판을 관통하여 상기 기판의 후면으로 확장할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 스페이서의 상면은 상기 기판의 전면의 상면 및/또는 상기 매립 절연막의 상면과 실질적으로 동일 평면 상에 위치할 수 있다.
본 발명의 개념에 따른 또 다른 실시예는 이미지 센서의 제조 방법을 제공한다. 상기 이미지 센서의 제조 방법은, 기판 상에 형성된 마스크 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 기판을 식각하여 제1 깊이의 예비 트렌치를 형성하는 단계; 상기 예비 트렌치의 내측면에 스페이서를 형성하는 단계; 상기 스페이서 및 상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 기판을 식각하여 제2 깊이의 트렌치를 형성하는 단계; 상기 트렌치가 형성된 기판, 상기 스페이서 및 상기 마스크 패턴으로 불순물을 주입하여 추가 불순물 영역을 형성하는 단계; 상기 추가 불순물 영역의 상부를 식각하여, 상기 스페이서 아래에 노출된 기판 상에 하부 추가 불순물 영역을 형성하는 단계; 상기 트렌치를 채우는 매립 절연막을 형성하여, 상기 스페이서 및 상기 매립 절연막을 포함하는 소자 분리부를 형성하는 단계; 및 상기 소자 분리부로 한정되는 픽셀 영역들 각각에 광전 변환 소자를 각각 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 추가 불순물 영역은 플라즈마 도핑(plasma doping: PLAD) 공정으로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 이미지 센서의 제조 방법은: 상기 예비 트렌치를 형성한 후, 상기 예비 트렌치에 의해 노출되는 기판을 열산화하여 열산화 박막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 개념에 따른 실시예들에 따르면, 단위 픽셀을 정의하는 소자 분리부의 매립 절연막에 의해, 상기 단위 픽셀들 각각으로 입사된 광들이 인접한 단위 픽셀로 입사되는 것을 억제하며(DTI 기능), 상기 소자 분리부의 스페이서에 의해 상기 단위 픽셀들을 전기적으로 절연시키는 기능(STI 기능)을 함께 수행할 수 있다. 또한, 상기 매립 절연막이 상기 스페이서에 의해 자기 정렬됨으로써 상기 단위 픽셀들간의 특성 산포를 줄이고, 상기 단위 픽셀들 내의 포토다이오드 면적을 상향할 수 있다.
한편, 하부 추가 불순물 영역에 의해 광전 변환 소자의 불순물이 상기 소자 분리부로 유입되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 상부 추가 불순물 영역의 불순물 농도를 상기 하부 추가 불순물 영역의 불순물 농도보다 낮게 하고 상기 스페이서에 의해, 상기 상부 불순물 영역의 불순물이 독출 회로로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 블록도이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예들에 따른 픽셀 어레이에 포함된 단위 픽셀의 예들을 나타내는 회로도들이다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 평면도이다.
도 3b는 도 3a의 이미지 센서를 I-I'으로 절단한 단면도이다.
도 3c는 도 3b의 이미지 센서의 A의 확대도이다.
도 4a 내지 4n는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 포함하는 프로세서 기반 시스템을 나타내는 개략적 블록도이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 포함하는 전자 장치를 나타내는 사시도이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 블록도이다. 도 1의 이미지 센서는 씨모스 이미지 센서(CMOS image sensor)를 예시적으로 설명한다.
도 1을 참조하면, 상기 이미지 센서는 픽셀 어레이(PA) 및 신호 처리부(CC)를 포함할 수 있다.
상기 픽셀 어레이(PA)는 입사광을 변환하여 전기 신호를 발생할 수 있다. 상기 픽셀 어레이(PA)는 매트릭스 형태로 배치된 복수의 단위 픽셀들(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 상기 픽셀 어레이(PA)는 상기 신호 처리부(CC)로부터 다양한 구동 신호들에 의해 구동될 수 있으며, 변환된 전기적 신호를 상기 신호 처리부(CC)에 제공할 수 있다.
상기 신호 처리부(CC)는 상기 전기 신호를 처리하여 이미지 데이터를 발생할 수 있다. 상기 신호 처리부(CC)는 로우 드라이버(row driver), 상관 이중 샘플러(correlated double sampler: CDS), 아날로그-디지털 컨버터(analog-to-digital converter: ADC) 및 타이밍 컨트롤러(timing controller)를 포함할 수 있다.
상기 로우 드라이버는 상기 픽셀 어레이(PA)의 각 로우(row)에 연결되고, 상기 각 로우를 구동하는 구동 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 상기 로우 드라이버는 상기 픽셀 어레이(PA)에 포함된 상기 복수의 단위 픽셀들을 로우 단위로 구동할 수 있다.
상기 CDS부는 커패시터, 스위치 등을 이용하여 상기 단위 픽셀들의 리셋(reset) 상태를 나타내는 기준 전압과 입사광에 상응하는 신호 성분을 나타내는 출력 전압의 차이를 구하여 상관 이중 샘플링을 수행하고, 유효한 신호 성분에 상응하는 아날로그 샘플링 신호를 출력할 수 있다. 상기 CDS부는 상기 픽셀 어레이(PA)의 컬럼 라인들과 각각 연결된 복수의 CDS 회로들을 포함하고, 상기 유효한 신호 성분에 상응하는 아날로그 샘플링 신호를 각 컬럼마다 출력할 수 있다.
상기 ADC부는 상기 유효한 신호 성분에 상응하는 아날로그 이미지 신호를 디지털 이미지 신호로 변환할 수 있다. 상기 ADC부는 기준 신호 생성기(REF), 비교부(comparator), 카운터(counter) 및 버퍼부(buffer)를 포함할 수 있다. 상기 기준 신호 예컨대, 일정한 기울기를 갖는 램프 신호를 생성하고, 상기 램프 신호를 상기 비교부의 기준 신호로서 제공할 수 있다. 상기 비교부는 상기 CDS부로부터 각 컬럼마다 출력되는 아날로그 샘플링 신호와 기준 신호 생성기로부터 발생되는 램프 신호를 비교하여 유효한 신호 성분에 따른 각각의 천이 시점을 갖는 비교 신호들을 출력할 수 있다. 상기 카운터는 카운팅 동작을 수행하여 카운팅 신호를 생성하고, 상기 카운팅 신호를 버퍼부에 제공할 수 있다. 상기 버퍼부는 상기 컬럼 라인들과 각각 연결된 복수의 래치 회로들을 포함하고, 각 비교 신호의 천이에 응답하여 상기 카운터로부터 출력되는 카운팅 신호를 각 컬럼마다 래치하여, 래치된 카운팅 신호를 상기 이미지 데이터로서 출력할 수 있다.
상기 타이밍 컨트롤러는 상기 로우 드라이버, 상기 CDS부, 및 상기 ADC부의 동작 타이밍을 제어할 수 있다. 상기 타이밍 컨트롤러는 상기 로우 드라이버, 상기 CDS부, 및 상기 ADC부에 타이밍(timing) 신호 및 제어 신호를 제공할 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 이미지 센서가 아날로그 더블 샘플링을 수행하는 것을 설명하였으나, 실시예에 따라서 상기 이미지 센서는 디지털 더블 샘플링(Digital Double Sampling; DDS)을 수행할 수 있다. 상기 디지털 더블 샘플링은 픽셀을 초기화하였을 때의 리셋 성분에 대한 아날로그 신호 및 신호 성분에 대한 아날로그 신호를 각 각 디지털 신호로 변환한 후에 두 개의 디지털 신호의 차이를 유효한 신호 성분으로 추출하는 것을 말한다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예들에 따른 픽셀 어레이에 포함된 단위 픽셀의 예들을 나타내는 회로도들이다.
도 2a를 참조하면, 상기 단위 픽셀은, 광 감지 소자(Photo Sensitive Device)로서 포토다이오드(PD)를 포함하고, 독출 회로(Readout Circuit)로서 전송 트랜지스터(TX), 리셋 트랜지스터(RX), 드라이브 트랜지스터(DX) 및 선택 트랜지스터(SX)를 포함할 수 있다.
상기 포토다이오드(PD)는 외부로부터 광(예를 들어, 가시광선 또는 적외선)을 수신하고, 수신된 광에 기초하여 광 전하(Photo Charge)를 생성할 수 있다. 실시예에 따라, 단위 픽셀은 포토다이오드(PD)와 함께, 또는 포토다이오드(PD)를 대신하여 포토 트랜지스터, 포토 게이트, 핀드 포토 다이오드 등을 포함할 수 있다.
상기 포토다이오드(PD)에서 생성된 광 전하는 전송 트랜지스터(TX)를 통하여 플로팅 디퓨전 노드(FD)로 전송될 수 있다. 예를 들어, 전송 제어 신호(TG)가 제1 레벨(예컨대, 하이 레벨)을 가질 때에 상기 전송 트랜지스터(TX)가 턴온(turn-on)되고, 상기 포토다이오드(PD)에서 생성된 광 전하는 턴온된 상기 전송 트랜지스터(TX)를 통하여 플로팅 디퓨전 노드(FD)로 전송될 수 있다.
상기 드라이브 트랜지스터(DX)는 소스 팔로워 버퍼 증폭기(Source Follower buffer Amplifier) 역할을 하여 플로팅 디퓨전 노드(FD)에 충전된 전하에 대응하는 신호를 증폭할 수 있다. 상기 선택 트랜지스터(SX)는 선택 신호(SEL)에 응답하여 상기 증폭된 신호를 컬럼 라인(COL)에 전송할 수 있다. 상기 플로팅 디퓨전 노드(FD)는 상기 리셋 트랜지스터(RX)에 의해 리셋될 수 있다. 예를 들어, 상기 리셋 트랜지스터(RX)는 리셋 신호(RS)에 응답하여 상기 플로팅 디퓨전 영역(FD)에 저장되어 있는 광 전하를 CDS 동작을 위한 일정한 주기로 방전시킬 수 있다.
도 2a에서는 하나의 포토다이오드(PD)와 4개의 모스 트랜지스터들(TX, RX, DX, SX)을 구비하는 단위 픽셀을 예시하고 있지만 본 발명에 따른 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 단위 픽셀의 다른 실시예가 도 2b 내지 도 2d에 도시된다.
도 2b를 참조하면, 단위 픽셀은, 광 감지 소자로서 포토다이오드(PD)를 포함하고, 독출 회로로서 리셋 트랜지스터(RX), 드라이브 트랜지스터(DX) 및 선택 트랜지스터(SX)를 포함할 수 있다. 즉, 단위 픽셀은 3-트랜지스터 구조를 가질 수 있다.
도 2c를 참조하면, 단위 픽셀은 광 감지 소자로서 포토다이오드(PD)를 포함하고, 독출 회로로서 전송 트랜지스터(TX), 게이트 트랜지스터(GX), 리셋 트랜지스터(RX), 드라이브 트랜지스터(DX) 및 선택 트랜지스터(SX)를 포함할 수 있다. 즉, 단위 픽셀은 5-트랜지스터 구조를 가질 수 있다. 상기 게이트 트랜지스터(GX)는 선택 신호(SEL)에 응답하여 전송 제어 신호(TG)를 전송 트랜지스터(TX)에 선택적으로 인가할 수 있다.
도 2d를 참조하면, 단위 픽셀은 광 감지 소자로서 포토다이오드(PD)를 포함하고, 독출 회로로서 포토 트랜지스터(PX)(또는 포토 게이트), 전송 트랜지스터(TX), 리셋 트랜지스터(RX), 드라이브 트랜지스터(DX) 및 선택 트랜지스터(SX)를 포함할 수 있다. 즉, 단위 픽셀은 5-트랜지스터 구조를 가질 수 있다. 또한, 단위 픽셀은 게이트 트랜지스터(GX) 또는 바이어스 트랜지스터를 더 포함하는 6-트랜지스터 구조를 가질 수 있다. 상기 포토 트랜지스터(PX)는 포토 게이트 신호(PG)에 응답하여 온/오프(on/off)될 수 있다. 상기 포토 트랜지스터(PX)가 온 상태일 때, 상기 포토다이오드(PD)는 입사되는 빛을 감지하여 광 전하를 생성할 수 있다. 반면, 상기 포토 트랜지스터(PX)가 오프 상태일 때, 상기 포토다이오드(PD)는 입사되는 빛을 감지하지 않을 수 있다.
한편, 도 2a 내지 도 2d에 도시된 바와 같은 다양한 형태의 단위 픽셀은 전술한 바와 같이 각 단위 픽셀들이 독립적인 구조를 가질 수도 있고, 적어도 하나의 구성 요소를 서로 공유할 수 있다. 예를 들어, 도 2a의 단위 픽셀에서 2개 또는 4개의 단위 픽셀들 각각이 포토다이오드(PD)와 전송 트랜지스터(TX)만을 포함하고, 나머지 구성요소들은 상기 단위 픽셀들에 의해 공유되며, 상기 단위 픽셀들은 타이밍 콘트롤에 의해 독립적으로 동작할 수 있다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 평면도이고, 도 3b는 도 3a의 이미지 센서를 I-I'으로 절단한 단면도이다. 도 3c는 도 3b의 이미지 센서의 A의 확대도이다.
도 3a, 도 3b 및 도 3c를 참조하면, 이미지 센서는, 기판(100), 광전 변환 소자(PD), 소자 분리부(120), 플로팅 확산 영역(FD) 및 독출 회로를 포함할 수 있다. 상기 독출 회로는 전송 게이트(TX)를 포함할 수 있다. 도시되지는 않았으나, 상기 독출 회로는, 리셋 게이트, 드라이브 게이트 및 선택 게이트를 더 포함할 수 있다. 또한, 도 3b에서 상기 전송 게이트를 예시적으로 도시하였으나, 상기 전송 게이트를 대신하여, 리셋 게이트, 드라이브 게이트, 선택 게이트, 게이트 트랜지스터의 게이트 및/또는 픽셀 게이트가 배치될 수 있다.
상기 기판(100)은 전면(101a) 및 후면(101b)을 가질 수 있다. 상기 기판(100)은 복수의 단위 픽셀들을 포함할 수 있다. 각각의 단위 픽셀(PU)은 상기 기판(100)의 후면(101b)을 통해 입사되는 입사광에 응답하여 이미지 데이터를 생성하는 후면 수광 방식의 이미지 센서(backside illuminated image sensor: BIS)에 포함될 수 있다. 일 예로, 상기 기판(100)은 에피택시얼(epitaxial) 공정을 통해 형성된 반도체층을 포함할 수 있으며, 예를 들어 p형 불순물들이 도핑된 반도체 기판(100)일 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 단위 픽셀(PU)을 포함하는 후면 수광 방식의 이미지 센서에 있어서, 입사광에 상응하는 전기 신호(예를 들어, 광전하)를 전송 및 증폭하는 복수의 게이트 구조물들이 상기 기판(100)의 전면(101a) 상에 형성될 수 있다. 상기 입사광을 광전 변환 소자(PD)에 제공하기 위한 컬러 필터(CF) 및 마이크로 렌즈(ML)가 상기 기판(100)의 후면(101b) 상에 형성될 수 있다.
상기 광전 변환 소자(PD)는 상기 입사광에 상응하는 광전하를 발생하도록 상기 기판(100) 내에 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 광전 변환 소자(PD)에서는 상기 입사광에 상응하는 전자-정공 쌍(electron-hole pair)이 생성되며, 상기 광전 변환 소자(PD)는 이러한 전자 또는 정공을 각각 수집할 수 있다. 상기 광전 변환 소자(PD)는 상기 기판(100)에 도핑된 불순물과 다른 타입의 불순물(예를 들면, n형 불순물)이 도핑되어 형성될 수 있다.
도 3b 및 도 3c에서는 상기 광전 변환 소자(PD)를 포토다이오드(photodiode)로 도시하였으나, 상기 광전 변환 소자(PD)는 포토다이오드, 포토 트랜지스터(photo transistor), 포토 게이트(photo gate), 핀드 포토다이오드(pinned photodiode) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 기판(100) 내에 상기 광전 변환 소자(PD) 상에 상기 광전 변환 소자(PD)와 다른 도전형의 불순물이 도핑된 웰 영역(PW)이 제공될 수 있다. 일 예로, 상기 광전 변화 소자(PD)는 n형 불순물을 포함하고, 상기 웰 영역(PW)은 p형 불순물을 포함할 수 있다.
상기 플로팅 확산 영역(FD)은 상기 웰 영역(PW)에 배치될 수 있다. 상기 플로팅 확산 영역(FD)은 상기 웰 영역(PW)에 도핑된 불순물과 상이한 도전형의 불순물이 도핑될 수 있다. 예를 들면, 상기 플로팅 확산 영역(FD)은 n형 불순물이 도핑된 영역일 수 있다.
상기 광전 변환 소자(PD)에서 생성된 상기 광전하를 상기 기판(100) 내의 상기 플로팅 확산 영역(FD)에 전달하기 위한 전송 게이트(TX)는 상기 기판(100)의 전면(101a) 상에 형성될 수 있다. 상기 전송 게이트(TX)는 전송 신호를 수신할 수 있다. 상기 전송 신호가 활성화된 경우, 상기 광전하가 상기 플로팅 확산 영역(FD)에 전달될 수 있다.
상기 플로팅 확산 영역(FD)은 상기 전송 게이트를 통하여 상기 광전하를 전달 받으며, 상기 플로팅 확산 영역(FD)에 전달된 광전하의 전하량에 기초하여 상기 이미지 센서의 이미지 데이터가 생성될 수 있다.
상기 리셋 게이트(도시되지 않음)는 상기 기판(100)의 전면(101a) 상에 형성되고, 리셋 신호를 수신할 수 있다. 리셋 드레인 영역(도시되지 않음)은 상기 기판(100) 내에 형성되고, 상기 플로팅 확산 영역(FD)을 리셋하기 위한 전압을 수신할 수 있다. 예를 들어, 상기 리셋 신호가 활성화된 경우, 상기 전압에 기초하여 상기 플로팅 확산 영역(FD)에 축적된 전하들이 방전됨으로써 상기 플로팅 확산 영역(FD)이 리셋될 수 있다.
상기 소자 분리부(120)가 상기 단위 픽셀(PU)을 둘러싸도록 형성되며, 상기 단위 픽셀(PU)과 인접한 단위 픽셀들(PU)을 구분시킬 수 있다. 일 예로, 소자 분리부(120)는 상기 단위 픽셀들(PU)을 매트릭스 구조로 구획할 수 있다. 또한, 상기 소자 분리부(120)는 상기 단위 픽셀(PU) 각각을 둘러싸는 사각링 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 소자 분리부(120)는 제1 폭(WT1)을 갖는 상부 및 상기 제1 폭(WT1)보다 작은 제2 폭(WT2)을 갖는 하부를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 소자 분리부(120)는 상기 소자 분리부(120)의 상부 및 하부를 채우는 매립 절연막(116)과, 상기 소자 분리부(120)의 상부에서 상기 매립 절연막(116) 및 상기 기판(100) 사이에 배치되는 스페이서(110)를 포함할 수 있다. 상기 소자 분리부(120)의 상부는 상기 스페이서(110)에 의해 상기 소자 분리부(120)의 하부보다 큰 폭을 가질 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 매립 절연막(116)은 상기 단위 픽셀(PU) 각각으로 입사된 광들이 인접한 단위 픽셀(PU)로 입사되는 것을 억제하는 DTI(deep trench isolation) 기능을 수행할 수 있다. 일 예로, 상기 매립 절연막(116)의 전체 높이는 상기 광전 변환 소자(PD)의 전체 높이보다 클 수 있다. 상기 스페이서(110)에 의해 상기 단위 픽셀들(PU)을 전기적으로 절연시키는 STI(shallow trench isolation) 기능을 수행할 수 있다. 상기 매립 절연막(116)은 STI의 기능 또한 수행할 수 있다. 일 예로, 상기 스페이서(110)의 전체 높이는 상기 광전 변환 소자(PD)의 전체 높이보다 작을 수 있다. 상기 스페이서(110)의 상면은 상기 기판(100)의 전면(101a)과 동일 평면 상에 위치할 수 있다.
상기 스페이서(110)는 MTO(middle thermal oxide), PEOX(polyethylene oxide), SiN 및 SiON 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 매립 절연막(116)은 종횡비가 큰 트렌치(112)의 충진(gap-fill) 능력이 우수한 HDP(high density plasma) 산화물, PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition) 산화물 및/또는 USG(undoped silicate glass), MTO(middle temperature oxide)과 같은 산화물이나 SiN 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 측면에 따르면, 상기 소자 분리부(120)의 상부에서 상기 스페이서(110) 및 상기 기판(100) 사이에 배치된 열산화 박막(106)(thermal oxide thin layer)이 제공될 수 있다. 상기 열산화 박막(106)은 상기 소자 분리부(120)의 하부에서 상기 매립 절연막(116) 및 상기 기판(100) 사이에 제공될 수 있다.
한편 상기 소자 분리부(120)는 상기 기판(100)을 식각하여 트렌치(112)를 형성한 후, 상기 트렌치(112)를 절연물로 매립함으로써 형성되는데, 상기 트렌치(112)를 형성하는 식각 공정의 특징으로 상기 소자 분리부(120)의 하부는 아래로 갈수록 그 폭이 좁아질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 소자 분리부(120)의 하부에 인접한 상기 기판(100)에 하부 추가 불순물 영역(114b)이 더 형성될 수 있다. 상기 하부 추가 불순물 영역(114b)은 상기 기판(100)의 도핑된 불순물과 실질적으로 동일한 불순물이 더 높은 농도로 도핑된 영역일 수 있다. 본 실시예에서는 상기 기판(100)이 p형 불순물을 포함하며, 상기 하부 추가 불순물 영역(114b)도 p형 불순물로 도핑될 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 스페이서(110) 및 상기 매립 절연막(116) 사이에 상부 추가 불순물 영역(114a)이 더 형성될 수 있다. 상기 상부 추가 불순물 영역(114a)은 상기 기판(100)의 도핑된 불순물과 실질적으로 동일한 불순물이 실질적으로 동일한 농도로 도핑된 영역일 수 있다. 본 실시예에서는 상기 기판(100)이 p형 불순물을 포함하며, 상기 상부 추가 불순물 영역(114a)도 p형 불순물로 도핑될 수 있다. 이때, 상기 상부 추가 불순물 영역(114a)의 도핑 농도는 상기 하부 추가 불순물 영역(114b)의 도핑 농도보다 낮을 수 있다.
이와 같이 상기 하부 추가 불순물 영역(114b)의 불순물 도핑 농도가 상기 기판(100) 내 불순물의 농도보다 높아, 상기 포토다이오드 내 불순물이 상기 소자 분리부(120)로 이동하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 상기 상부 추가 불순물 영역(114a)의 불순물 도핑 농도가 상기 기판(100) 내 불순물의 농도와 실질적으로 동일하여, 상기 게이트 구조물로 불순물이 유입되는 것을 억제할 수 있다. 게다가, 상기 상부 추가 불순물 영역(114a)의 불순물이, 상기 상부 추가 불순물 영역(114a)에 인접하여 형성된 스페이서(110)에 의해 이동이 억제될 수 있다.
상기 컬러 필터(CF)는 상기 기판(100)의 후면(101b) 상에, 상기 광전 변환 소자(PD)에 대응하여 형성될 수 있다. 상기 컬러 필터(CF)는 매트릭스 형태로 배열된 컬러 필터 어레이에 포함될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 컬러 필터 어레이는 레드 필터(red filter), 그린 필터(green filter) 및 블루 필터(blue filter)를 포함하는 베이어 패턴(Bayer pattern)을 가질 수 있다. 상기 컬러 필터(CF)는 상기 레드 필터, 상기 그린 필터 및 상기 블루 필터 중 하나일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 컬러 필터 어레이는 옐로우 필터(yellow filter), 마젠타 필터(magenta filter) 및 시안 필터(cyan filter)를 포함할 수 있다. 상기 컬러 필터(CF)는 상기 옐로우 필터, 상기 마젠타 필터 및 상기 시안 필터 중 하나일 수 있다. 또한, 상기 컬러 필터 어레이는 화이트 필터를 추가적으로 구비할 수 있다.
상기 마이크로 렌즈(ML)는 상기 컬러 필터(CF) 상에 광전 변환 소자(PD)에 대응하여 형성될 수 있다. 상기 마이크로 렌즈(ML)는 상기 마이크로 렌즈(ML)에 입사되는 입사광이 상기 광전 변환 소자(PD)에 집광될 수 있도록 상기 입사광의 경로를 조절할 수 있다. 또한, 상기 마이크로 렌즈(ML)는 매트릭스 형태로 배열된 마이크로 렌즈 어레이에 포함될 수 있다.
한편, 상기 기판(100)의 후면(101b) 및 상기 컬러 필터(CF) 사이에 반사 방지층(128)이 제공될 수 있다. 상기 반사 방지층(128)은 상기 입사광이 상기 기판(100)의 후면(101b)에서 반사되는 것을 방지할 수 있다. 실시예에 따라서, 상기 반사 방지층(128)은 굴절률이 서로 다른 물질들이 교번하여 적층함으로써 형성될 수 있으며, 이러한 경우에 굴절률이 서로 다른 물질들이 교번하여 많이 적층될수록 상기 반사 방지층(128)의 투과율이 향상될 수 있다.
상기 기판(100)의 전면(101a) 상에 복수의 게이트 구조물들을 덮는 층간 절연막(122)을 형성할 수 있다. 상기 제1 층간 절연막(122)은 다층 구조를 가질 수 있다. 상기 층간 절연막(122)은 실리콘 산화물과 같은 산화물을 포함할 수 있다.
상기 층간 절연막(122) 상에는 상기 게이트 구조물들과 전기적으로 연결되는 배선들(126) 이 배치될 수 있다. 상기 배선들(126)은 구리(Cu) 또는 텅스텐(W)과 같은 금속을 포함할 수 있다. 또한, 상기 배선들(126)은, 콘택 플러그(124)(contact plug)에 의해 상기 게이트 구조물들과 전기적으로 연결될 수 있다.
도 4a 내지 4n는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 4a를 참조하면, 기판(100)의 전면(101a) 상에 마스크 패턴(102)을 형성할 수 있다. 상기 마스크 패턴(102)은 실리콘 산화물과 같은 산화물을 포함할 수 있다. 상기 기판(100)은 p형 불순물이 도핑된 실리콘을 포함할 수 있다.
도 4b를 참조하면, 상기 마스크 패턴(102)을 식각 마스크로 사용하여 상기 기판(100)을 식각하여 제1 깊이(DT1)의 예비 트렌치(104)를 형성할 수 있다.
도 4c를 참조하면, 상기 예비 트렌치(104)에 의해 노출된 기판(100)을 열산화하여 열산화 박막(106)을 형성할 수 있다. 상기 열산화 박막(106)은 상기 예비 트렌치(104) 내측면을 따라 컨포멀하게 형성되며, 상기 예비 트렌치(104) 내부를 매립하지 않을 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 열산화 박막(106)을 형성하는 공정은 생략될 수 있다.
도 4d를 참조하면, 상기 예비 트렌치(104)가 형성된 기판(100) 및 상기 마스크 패턴(102) 상에 컨포멀하게 제1 절연막(108)을 형성할 수 있다. 상기 제1 절연막(108)은 상기 예비 트렌치(104) 내부를 매립하지 않을 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제1 절연막(108)은 기상 증착 공정을 형성된 MTO를 포함할 수 있다. 상기 MTO는 약 600 내지 800℃에서 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 상기 제1 절연막(108)을 MTO로 형성하는 것을 예시적으로 설명하였으나, 상기 제1 절연막(108)은 PEOX(polyethylene oxide), SiN 및 SiON 중 하나를 포함할 수 있다.
도 4e를 참조하면, 상기 제1 절연막(108)을 이방성 식각하여, 상기 예비 트렌치(104) 내측면에 스페이서(110)를 형성할 수 있다. 일 측면에 따르면, 상기 스페이서(110)에 의해 상기 열산화 박막(106)이 노출될 수 있다.
도 4f를 참조하면, 상기 스페이서(110) 및 상기 마스크 패턴(102)을 식각 마스크로 사용하여 상기 열산화 박막(106) 및 상기 기판(100)을 식각하여, 상기 기판(100)의 전면(101a)으로부터 제2 깊이(DT2)를 갖는 트렌치(112)를 형성할 수 있다. 상기 제2 깊이(DT2)는 상기 제1 깊이(DT1)보다 클 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 식각 공정은 이방성 식각 공정으로 진해할 수 있다. 따라서, 상기 트렌치(112)의 하부 폭이 이방성 식각 공정의 특성 때문에 상기 상부 폭보다 좁을 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 스페이서(110)는 이미지 센서의 STI(shallow trench isolation)로 기능할 수 있다. 따라서, STI을 형성하는 공정을 생략할 수 있다. 상기 스페이서(110)를 식각 마스크로 상기 트렌치(112)를 형성함으로써, 상기 STI로 기능하는 스페이서(110)는 상기 트렌치(112)와 자기 정렬될(self-aligned) 수 있다.
도 4g를 참조하면, 상기 트렌치(112)가 형성된 기판(100), 상기 스페이서(110) 및 상기 마스크 패턴(102)으로 불순물을 주입하여 추가 불순물 영역(114)을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 불순물은 붕소(B)와 같은 p형 불순물일 수 있다. 또한, 상기 불순물 주입은 플라즈마 도핑(plasma doping: PLAD) 공정을 이용할 수 있다. 상기 플라즈마 도핑 공정으로 불순물을 주입하는 것이, 빔 이온 주입으로 불순물을 주입하는 것보다 상기 기판(100) 표면을 따라 컨포멀하게 주입이 가능할 수 있다.
설명의 용이함을 위하여, 이하에서 상기 스페이서(110) 및 상기 마스크 패턴(102) 부위에 형성된 추가 불순물 영역(114)을 상부 추가 불순물 영역(114a)으로 명명하고, 상기 트렌치(112)의 하부에 형성된 추가 불순물 영역(114)을 하부 추가 불순물 영역(114b)으로 명명하기로 한다.
도 4h를 참조하면, 상기 상부 추가 불순물 영역(114a)을 습식 식각을 통하여 제거할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 습식 식각에 의해 상기 상부 추가 불순물 영역(114a) 내 불순물은 완전하게 제거되지는 않고 잔류할 있다. 따라서, 상기 상부 추가 불순물 영역(114a) 내 불순물의 농도는 상기 하부 추가 불순물 영역(114b) 내 불순물의 농도보다 낮을 수 있다.
도 4i를 참조하면, 상기 트렌치(112)를 채우는 매립 절연막(116)을 형성할 수 있다.
보다 상세하게 설명하면, 상기 마스크 패턴(102) 상에 상기 트렌치(112)를 채우는 상기 매립 절연막(116)을 형성할 수 있다. 상기 매립 절연막(116)은 종횡비가 큰 상기 트렌치(112)에 대해 충진(gap-fill) 능력이 우수한 HDP(high density plasma) 산화물 USG(undoped silicate glass), MTO(middle temperature oxide), PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition) 산화물 및 SiN 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이어서, 상기 마스크 패턴(102)의 상부면이 노출될 때까지 상기 매립 절연막(116) 상부를 연마할 수 있다. 이로써, 도 4j에 도시된 바와 같이, 상기 기판(100) 내에 상기 매립 절연막(116) 및 상기 스페이서(110)를 포함하는 소자 분리부(120)를 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 매립 절연막(116)은 DTI 및 STI으로 기능할 수 있으며, 상기 스페이서(110)는 STI로 기능할 수 있다. 전술한 바와 같이 상기 스페이서(110)가 상기 트렌치(112)에 대하여 자기 정렬됨으로써, 상기 트렌치(112)를 매립하는 상기 매립 절연막(116)은 상기 스페이서(110)에 의해 자기 정렬될 수 있다.
STI를 관통하는 DTI를 형성하는데 있어서, 자기 정렬 방식이 아닌 경우, 일반적으로 오정렬이 발행할 수 있다. 특히, 상기 DTI가 단위 픽셀(PU) 내로 오정렬되는 경우 상기 단위 픽셀(PU) 간의 특성 상포가 발생할 수 있다. 그러나, 본 실시예와 같이 스페이서(110)를 형성한 후, 상기 스페이서(110)에 자기 정렬되는 매립 절연막(116)을 형성함으로써 상기 단위 픽셀(PU) 내의 포토다이오드의 면적을 상향할 수 있다.
도 4j를 참조하면, 상기 마스크 패턴(102)을 제거할 수 있다. 일 측면에 따르면, 상기 마스크 패턴(102)을 제거하는 동안 상기 매립 절연막(116)의 상부가 함께 식각될 수 있다. 따라서, 상기 매립 절연막(116)의 상부면은 상기 기판(100)의 전면(101a) 상부면과 실질적으로 동일 평면 상에 위치할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 매립 절연막(116)의 상부면은 상기 스페이서(110)의 상부면과 실질적으로 동일한 평면 상에 위치할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 매립 절연막(116)의 상부면은 상기 기판(100)의 전면(101a)의 상부면 및 상기 스페이서(110)의 상부면과 실질적으로 동일 평면 상에 위치할 수 있다.
도 4k를 참조하면, 상기 소자 분리부(120)가 형성된 기판(100) 내에 광전 변환 소자(PD), 웰 영역(PW) 및 플로팅 확산 영역(FD)을 형성할 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 기판(100)이 p형 불순물을 포함하는 경우, n형 불순물을 상기 기판(100)으로부터 깊게 주입하여 포토다이오드를 형성하여, 상기 광전 변환 소자(PD)를 형성할 수 있다. 상기 기판(100)의 전면(101a)의 상부면에 인접하게 p형 불순물을 주입하여 상기 웰 영역(PW)을 형성할 수 있다. 상기 웰 영역(PW)의 일 측을 n형 불순물을 주입하여 상기 플로팅 확산 영역(FD)을 형성할 수 있다.
도 4l를 참조하면, 상기 기판(100)의 전면(101a)의 상부면 상에 독출 회로(도시되지 않음) 및 배선들(126)을 형성할 수 있다.
더욱 상세하게 설명하면, 상기 기판(100) 상에 상기 독출 회로를 형성할 수 있다. 도 4m에 도시된 바와 같이, 상기 독출 회로로 전송 게이트(TX)가 상기 기판(100) 상에 형성되는 것을 도시하였으나, 상기 독출 회로는 리셋 게이트, 드라이브 게이트 및 선택 게이트를 포함할 수 있다. 상기 독출 회로를 덮는 층간 절연막(122)을 형성한 후, 상기 독출 회로와 전기적으로 연결되는 콘택 플러그(124)를 형성하고 상기 콘택 플러그(124)와 전기적으로 연결되는 배선(126)들을 형성할 수 있다.
도 4m를 참조하면, 상기 기판(100)의 후면(101b)을 그라인딩하여 상기 소자 분리부(120)의 하부를 노출시킬 수 있다. 본 실시예에서는 상기 소자 분리부(120)의 하부가 노출되지만, 다른 실시예에 따르면, 상기 소자 분리부(120)의 하부가 노출되지 않을 수 있다.
도 4n를 참조하면, 상기 기판(100)의 후면(101b) 상에 반사 방지층(128), 컬러 필터(CF) 및 마이크로 렌즈(ML)를 형성할 수 있다. 이로써, 이미지 센서를 완성할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 포함하는 프로세서 기반 시스템을 나타내는 개략적 블록도이다.
도 5를 참조하면, 프로세서 기반 시스템(1000)은 이미지 센서(1100)의 출력 이미지를 처리하는 시스템이다.
시스템(1000)은 컴퓨터 시스템, 카메라 시스템, 스캐너, 기계화된 시계 시스템, 네비게이션 시스템, 비디오폰, 감독 시스템, 자동 포커스 시스템, 추적 시스템, 동작 감시 시스템, 이미지 안정화 시스템 등을 예시할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
컴퓨터 시스템 등과 같은 프로세서 기반 시스템(1000)은 버스(1001)를 통해 입출력(I/O) 소자(1300)와 커뮤니케이션할 수 있는 마이크로프로세서 등과 같은 중앙 정보 처리 장치(CPU; 1200)를 포함한다. 이미지 센서(1100)는 버스(1001) 또는 다른 통신 링크를 통해서 시스템과 커뮤니케이션할 수 있다. 또, 프로세서 기반 시스템(1000)은 버스(1001)를 통해 CPU(1200)와 커뮤니케이션할 수 있는 RAM(1400) 및/또는 포트(1500)을 더 포함할 수 있다.
포트(1500)는 비디오 카드, 사운드 카드, 메모리 카드, USB 소자 등을 커플링하거나, 또 다른 시스템과 데이터를 통신할 수 있는 포트일 수 있다. 이미지 센서(1100)는 CPU, 디지털 신호 처리 장치(DSP) 또는 마이크로프로세서 등과 함께 집적될 수 있다. 또, 메모리가 함께 집적될 수도 있다. 물론 경우에 따라서는 프로세서와 별개의 칩에 집적될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 포함하는 전자 장치를 나타내는 사시도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서는 모바일 폰(mobile phone; 2000)에 구비될 수 있다. 또한, 이미지 센서는 카메라(camera), 캠코더(camcorder), 개인 휴대용 정보 단말기(Personal Digital Assistant: PDA), 무선폰(wireless phone), 랩탑 컴퓨터(laptop computer), 광마우스(optical mouse), 팩시밀리(facsimile) 및 복사기(copying machine) 등과 같은 전자장치에 구비될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서는 망원경, 모바일 폰 핸드셋, 스캐너, 내시경, 지문인식장치, 장난감, 게임기, 가정용 로봇, 그리고 자동차 등과 같은 장치에도 구비될 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징으로 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 기판
110: 스페이서
116: 매립 절연막
120: 소자 분리부
114a: 상부 추가 불순물 영역
114b: 하부 추가 불순물 영역

Claims (10)

  1. 전면 및 후면을 포함하는 기판;
    상기 기판에 다수의 픽셀 영역들을 각각 정의하는 소자 분리부; 및
    상기 다수의 픽셀 영역들 각각에 형성된 광전 변환 소자를 포함하되,
    상기 소자 분리부는:
    상기 소자 분리부의 상부 및 하부를 채우는 매립 절연막;
    상기 소자 분리부의 상부에서 상기 매립 절연막 및 상기 기판 사이에 배치되는 스페이서; 및
    상기 소자 분리부의 하부에서 상기 매립 절연막 및 상기 기판 사이에 배치되는 하부 추가 불순물 영역을 포함하는 이미지 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 제1 도전형의 불순물을 포함하며,
    상기 광전 변환 소자는 상기 제1 도전형의 반대되는 제2 도전형의 불순물을 포함하고, 상기 하부 추가 불순물 영역은 상기 제1 도전형의 불순물을 포함하는 이미지 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 매립 절연막은 상기 기판의 전면으로부터 상기 기판을 관통하여 상기 기판의 후면으로 확장하는 이미지 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서 및 상기 매립 절연막 사이에 배치되는 상부 추가 불순물 영역을 더 포함하되,
    상기 상부 추가 불순물 영역은 상기 제1 도전형의 불순물을 포함하는 이미지 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서 및 상기 기판 사이에 배치되는 열산화 박막을 더 포함하는 이미지 센서.
  6. 전면 및 후면을 포함하는 기판;
    상기 기판에 다수의 픽셀 영역들을 각각 정의하는 DTI(deep trench isolation);
    상기 기판의 전면에 인접하며, 상기 DTI의 상부 측면에 스페이서 형상으로 배치되는 STI(shallow trench isolation);
    상기 DTI의 하부 및 상기 기판 사이에 배치되는 하부 추가 불순물 영역; 및
    상기 다수의 픽셀 영역들 각각에 형성된 광전 변환 소자를 포함하는 이미지 센서.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 DTI는 상기 기판의 전면으로부터 상기 기판을 관통하여 상기 기판의 후면으로 확장하는 이미지 센서.
  8. 기판 상에 형성된 마스크 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 기판을 식각하여 제1 깊이의 예비 트렌치를 형성하는 단계;
    상기 예비 트렌치의 내측면에 스페이서를 형성하는 단계;
    상기 스페이서 및 상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 기판을 식각하여 제2 깊이의 트렌치를 형성하는 단계;
    상기 트렌치가 형성된 기판, 상기 스페이서 및 상기 마스크 패턴으로 불순물을 주입하여 추가 불순물 영역을 형성하는 단계;
    상기 추가 불순물 영역의 상부를 식각하여, 상기 스페이서 아래에 노출된 기판 상에 하부 추가 불순물 영역을 형성하는 단계;
    상기 트렌치를 채우는 매립 절연막을 형성하여, 상기 스페이서 및 상기 매립 절연막을 포함하는 소자 분리부를 형성하는 단계; 및
    상기 소자 분리부로 한정되는 픽셀 영역들 각각에 광전 변환 소자를 각각 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 추가 불순물 영역은 플라즈마 도핑(plasma doping: PLAD) 공정으로 형성되는 이미지 센서의 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 예비 트렌치를 형성한 후,
    상기 예비 트렌치에 의해 노출되는 기판을 열산화하여 열산화 박막을 형성하는 단계를 더 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
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