KR20180077395A - 이미지 센서 - Google Patents

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박홍래
김재호
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삼성전자주식회사
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Abstract

이미지 센서는 그 내부에 광전 변환부를 포함하는 기판, 및 기판 상에 제공되는 고정 전하막을 포함하되, 고정 전하막은 서로 다른 제1 금속 산화물 및 제2 금속 산화물을 포함하고, 제1 및 제2 금속 산화물은 각각 서로 다른 제1 금속 및 제2 금속을 포함하고, 고정 전하막 내의 제1 금속의 농도는 고정 전하막의 상부에서 하부로 갈수록 커진다.

Description

이미지 센서{IMAGE SENSOR}
본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로, 상세하게는 신뢰성이 향상된 이미지 센서에 관한 것이다.
이미지 센서는 광학 영상(Optical image)을 전기신호로 변환하는 반도체 소자이다. 상기 이미지 센서는 CCD(Charge coupled device) 형 및 CMOS(Complementary metal oxide semiconductor) 형으로 분류될 수 있다. 상기 CMOS 형 이미지 센서는 CIS(CMOS image sensor)라고 약칭된다. 상기 CIS는 2차원적으로 배열된 복수개의 화소들을 구비한다. 상기 화소들의 각각은 포토 다이오드(photodiode, PD)를 포함한다. 상기 포토다이오드는 입사되는 광을 전기 신호로 변환해주는 역할을 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는 암전류 특성이 개선된 이미지 센서를 제공하는 것에 있다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 개시에 한정되지 않는다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 이미지 센서는 그 내부에 광전 변환부를 포함하는 기판; 및 상기 기판 상에 제공되는 고정 전하막을 포함하되, 상기 고정 전하막은 서로 다른 제1 금속 산화물 및 제2 금속 산화물을 포함하고, 상기 제1 및 제2 금속 산화물은 각각 서로 다른 제1 금속 및 제2 금속을 포함하고, 상기 고정 전하막 내의 상기 제1 금속의 농도는 상기 고정 전하막의 상부에서 하부로 갈수록 커질 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 이미지 센서는 그 내부에 광전 변환부를 포함하는 기판; 및 상기 기판 상에 제공되는 고정 전하막을 포함하되, 상기 고정 전하막은 제1 금속 산화물 층 및 상기 제1 금속 산화물 층 내에 도핑된 도펀트를 포함하고, 상기 도펀트는 상기 제1 금속 산화물 층 내의 격자간 산소(interstitial oxygen) 발생을 촉진할 수 있다.
본 발명의 개념에 따른 이미지 센서는 고정 전하막을 포함할 수 있다. 상기 고정 전하막은 음의 전하들을 가질 수 있다. 고정 전하막의 음의 전하들을 통해 기판 내의 암전류 발생이 차단되어, 소자의 신뢰성이 개선될 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 개시에 한정되지 않을 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 이미지 센서의 회로도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 이미지 센서의 단면도이다.
도 3은 도 2의 AA 부분에 따른 확대도이다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 이미지 센서의 단면도이다.
도 5 내지 8은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 9는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 이미지 센서의 도 2의 AA에 대응하는 확대도이다.
도 10은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 이미지 센서의 도 2의 AA에 대응하는 확대도이다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 이미지 센서의 회로도이다.
도 1을 참조하면, 이미지 센서는 광전변환 영역(PD), 트랜스퍼 트랜지스터(Tx), 소스 팔로워 트랜지스터(Sx), 리셋 트랜지스터(Rx), 및 선택 트랜지스터(Ax)를 포함할 수 있다. 상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx), 소스 팔로워 트랜지스터(Sx), 리셋 트랜지스터(Rx), 및 선택 트랜지스터(Ax)는 각각 트랜스퍼 게이트(TG), 소스 팔로워 게이트(SF), 리셋 게이트(RG) 및 선택 게이트(SEL)를 포함할 수 있다. 광전 변환 영역(PD)에, 광전 변환부(미도시)가 제공된다. 광전 변환부는 N형 불순물 영역과 P형 불순물 영역을 포함하는 포토 다이오드일 수 있다. 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 드레인은 부유확산 영역(FD)으로 이해될 수 있다. 부유확산 영역(FD)은 리셋 트랜지스터(Rx, reset transistor)의 소오스일 수 있다. 부유확산 영역(FD)은 소스 팔로워 트랜지스터(Sx, source follower transistor)의 소스 팔로워 게이트(SF)와 전기적으로 연결될 수 있다. 소스 팔로워 트랜지스터(Sx)는 선택 트랜지스터(Ax, selection transistor)에 연결된다. 리셋 트랜지스터(Rx), 소스 팔로워 트랜지스터(Sx) 및 선택 트랜지스터(Ax)는 이웃하는 화소들에 의해 서로 공유될 수 있으며, 이에 의해 집적도가 향상될 수 있다.
이하에서, 도 1을 참조하여 이미지 센서의 동작이 설명된다. 빛이 차단된 상태에서 리셋 트랜지스터(Rx)의 드레인과 소스 팔로워 트랜지스터(Sx)의 드레인에 전원전압을 인가하여 부유확산 영역(FD)에 잔류하는 전하들을 방출시킨다. 그 후, 리셋 트랜지스터(Rx)를 오프(OFF)시키고, 외부로부터의 빛을 상기 광전 변환 영역(PD)에 입사시키면, 광전 변환 영역(PD)에서 전자-정공 쌍이 생성된다. 정공은 상기 P형 불순물 주입 영역쪽으로, 전자는 상기 N형 불순물 주입 영역으로 이동하여 축적된다. 상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)를 온(ON) 시키면, 이러한 전하는 상기 부유확산 영역(FD)으로 전달되어 축적된다. 축적된 전하량에 비례하여 상기 소스 팔로워 트랜지스터(Sx)의 게이트 바이어스가 변하여, 상기 소스 팔로워 트랜지스터(Sx)의 소오스 전위의 변화를 초래하게 된다. 이때 상기 선택 트랜지스터(Ax)를 온(ON) 시키면, 칼럼 라인으로 전하에 의한 신호가 읽히게 된다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 이미지 센서의 단면도이다. 도 3은 도 2의 AA 부분의 확대도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 광전 변환부(110)를 포함하는 기판(100)이 제공될 수 있다. 기판(100)은 실리콘(Si) 기판, SOI(silicon on insulator) 기판, 또는 반도체 에피택시얼층일 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 기판(100)은 제1 도전형을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 도전형은 p형일 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것이다. 다른 예시적인 실시예들에서, 제1 도전형은 n형일 수 있다. 이하에서, 제1 도전형이 p형으로 한정되지 않는다는 것은 다시 언급되지 않는다. 기판(100)은 서로 대향되는 제1 면(100a) 및 제2 면(100b)을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에서 기판(100)의 제2 면(100b)은 빛이 입사되는 면일 수 있다. 즉, 이미지 센서 외부의 빛은 기판(100)의 제2 면(100b)을 통해 이미지 센서 내부로 들어올 수 있다.
광전 변환부(110)는 제1 불순물 영역(112) 및 제2 불순물 영역(114)을 포함할 수 있다. 제1 불순물 영역(112)은 기판(100)의 제1 면(100a)에 바로 인접하게 제공될 수 있다. 제1 불순물 영역(112)은 제1 도전형의 불순물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 도전형은 p형일 수 있다.
제2 불순물 영역(114)은 제1 불순물 영역(112) 상에 제공될 수 있다. 제2 불순물 영역(114)은 제1 도전형과 다른 제2 도전형의 불순물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 도전형은 n형일 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것이다. 다른 예시적인 실시예들에서, 제2 도전형은 p형일 수 있다. 이하에서, 제2 도전형이 n형으로 한정되지 않는다는 것은 다시 언급되지 않는다. 제1 및 제2 불순물 영역들(112, 114)은 pn접합 다이오드를 형성할 수 있다. 이에 따라, 광전 변환부(110)는 빛을 수용하여 전하를 생성할 수 있다.
도시되지 않았지만, 제1 불순물 영역(112) 내에서, 기판(100)의 제1 면(100a)에 인접한 영역에 도 1을 참조하여 설명된 트랜지스터들(Tx, Sx, Ax, Rx)이 배치되어 상기 광전 변환부(110)로부터 발생된 전하를 감지/이송할 수 있다.
기판(100) 내에 소자 분리막(120)이 제공되어 광전 변환부(110)의 측벽을 덮을 수 있다. 평면적 관점에서, 소자 분리막(120)은 광전 변환부(110)를 둘러쌀 수 있다. 소자 분리막(120)은 화소 영역을 정의할 수 있다. 예를 들어, 소자 분리막(120)에 의해 둘러싸인 기판(100)은 화소 영역으로 지칭될 수 있다. 소자 분리막(120)은 절연 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 소자 분리막(120)은 실리콘 산화물(silicon oxide)을 포함할 수 있다.
기판(100)의 제2 면(100b) 상에 고정 전하막(200)이 제공될 수 있다. 고정 전하막(200)은 기판(100) 및 소자 분리막(120)을 덮을 수 있다. 고정 전하막(200)은 서로 다른 제1 금속 산화물 및 제2 금속 산화물을 포함할 수 있다. 제1 금속 산화물 내의 제1 금속은 전기 음성도는 제2 금속 산화물 내의 제2 금속의 전기 음성도보다 낮을 수 있다. 일반적으로, 금속 산화물 내의 금속의 전기 음성도가 낮을수록 상기 금속 산화물 내에 격자간 산소(interstitial oxygen)가 발생될 확률이 높을 수 있다. 따라서, 제1 금속 산화물은 제2 금속 산화물보다 격자간 산소가 발생하기 쉬울 수 있다. 제2 금속 산화물은 제1 금속 산화물보다 산소 공공(oxygen vacancy)이 발생하기 쉬울 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 제1 금속 산화물은 알루미늄 옥사이드(예를 들어, Al2O3)이고, 제2 금속 산화물은 탄탈륨 옥사이드(예를 들어, Ta2O5) 또는 티타늄 옥사이드(예를 들어, TiO2)일 수 있다.
제1 및 제2 금속 산화물들의 각각의 농도는 고정 전하막(200) 내에서 불균일할 수 있다. 예를 들어, 제1 금속 산화물의 농도는 고정 전하막(200)의 상부에서 하부로 갈수록 커질 수 있다. 즉, 제1 금속의 농도는 고정 전하막(200)의 상부에서 하부로 갈수록 커질 수 있다. 제1 금속 산화물의 농도는 고정 전하막(200)의 바닥면에 바로 인접한 영역에서 가장 클 수 있다. 제1 금속 산화물의 농도는 고정 전하막(200)의 상면에 바로 인접한 영역에서 가장 작을 수 있다.
예를 들어, 제2 금속 산화물의 농도는 고정 전하막(200)의 하부에서 상부로 갈수록 커질 수 있다. 즉, 제2 금속의 농도는 고정 전하막(200)의 하부에서 상부로 갈수록 커질 수 있다. 제2 금속 산화물의 농도는 고정 전하막(200)의 상면에 바로 인접한 영역에서 가장 클 수 있다. 제2 금속 산화물의 농도는 고정 전하막(200)의 바닥면에 바로 인접한 영역에서 가장 작을 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 고정 전하막(200)의 하부는 제2 금속 산화물보다 제1 금속 산화물을 더 많이 포함할 수 있다. 이에 따라, 고정 전하막(200)의 하부에 격자간 산소가 발생될 수 있다. 고정 전하막(200)의 상부는 제1 금속 산화물보다 제2 금속 산화물을 더 많이 포함할 수 있다. 이에 따라, 고정 전하막(200)의 상부에 산소 공공이 발생될 수 있다. 격자간 산소는 음 이온이므로, 고정 전하막(200)의 하부는 음의 전하를 가질 수 있다. 상기 음의 전하는 기판(100)의 상부에 정공 축적(hole accumulation)을 발생시킬 수 있다.
일반적으로, 이미지 센서에 빛이 입사되지 않을 때에도 기판(100) 내에 암전류(dark current)가 발생되어, 이미지 센서의 신뢰도를 저하시킬 수 있다. 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 고정 전하막(200)은 기판(100)의 상부에 정공 축적을 발생시켜, 암전류를 방지 또는 최소화할 수 있다.
고정 전하막(200) 상에 컬러필터(300)가 제공될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 컬러필터(300)는 적색, 녹색, 또는 청색에 해당하는 파장을 갖는 빛을 통과시킬 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것이다. 컬러필터(300)는 상기 개시에 한정되지 않는다. 컬러필터(300) 상에 마이크로 렌즈(400)가 제공될 수 있다. 마이크로 렌즈(400)는 마이크로 렌즈(400)로 입사되는 빛을 모아, 광전 변환부(110)에 제공할 수 있다. 기판(100)의 제1 면(100a) 상에 층간 절연막(10) 및 배선들(20)이 제공될 수 있다. 배선들(20)은 층간 절연막(10) 내에 배치될 수 있다. 층간 절연막(10)의 바닥면 상에 보호층(30)이 제공될 수 있다. 보호층(30)은 패시베이션막 또는 지지기판일 수 있다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 이미지 센서의 단면도이다. 설명의 간결함을 위하여, 도 2 및 도 3을 참조하여 설명된 것과 실질적으로 동일한 내용은 설명되지 않을 수 있다.
도 4를 참조하면, 광전 변환부들(110) 및 소자 분리막(120)을 포함하는 기판(100)이 제공될 수 있다. 광전 변환부들(110)이 복수 개로 제공되는 것을 제외하면, 기판(100), 광전 변환부들(110)의 각각, 및 소자 분리막(120)은 도 2를 참조하여 설명된 기판(100), 광전 변환부(110), 및 소자 분리막(120)과 실질적으로 동일할 수 있다. 서로 바로 인접한 광전 변환부들(110)은 서로 전기적으로 분리될 수 있다. 예를 들어, 서로 바로 인접한 광전 변환부들(110)은 소자 분리막(120)을 사이에 두고 서로 이격될 수 있다. 소자 분리막(120)은 화소 영역을 정의할 수 있다.
기판(100)의 제2 면(100b) 상에 고정 전하막(200), 컬러필터들(300), 및 마이크로 렌즈들(400)이 제공될 수 있다. 고정 전하막(200)은 도 2 및 도 3을 참조하여 설명된 고정 전하막(200)과 실질적으로 동일할 수 있다. 고정 전하막(200)은 광전 변환부들(120) 및 소자 분리막(110)을 덮을 수 있다.
고정 전하막(200) 상에 컬러필러들(300)이 제공될 수 있다. 컬러필터들(300)은 기판(100)의 제2 면(100b)에 평행하게 배열될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 컬러필터들(300)은 적색 필터, 녹색 필터, 및 청색 필터로 구성되는 베이어(Bayer) 패턴 어레이일 수 있다. 다른 예시적인 실시예들에서, 보색계(예를 들면, 마젠타, 그린, 시안 및 옐로우를 이용하는 계)로 구성된 패턴 어레이 일 수 있다. 컬러필터들(300) 상에 마이크로 렌즈들(400)이 제공될 수 있다. 기판(100)의 제1 면(100a) 상에 층간 절연막(10) 및 배선들(20)이 제공될 수 있다. 배선들(20)은 층간 절연막(10) 내에 배치될 수 있다.
도 5 내지 8은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 5를 참조하면, 기판(100)이 준비될 수 있다. 기판(100)은 실리콘(Si) 기판, SOI(silicon on insulator) 기판, 또는 반도체 에피택시얼층일 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 기판(100)은 제1 도전형을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 도전형은 p형일 수 있다. 기판(100)은 서로 대향되는 제1 면(100a) 및 제2 면(100b)을 가질 수 있다.
기판(100) 내에 소자 분리막(120)이 형성될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 소자 분리막(120)을 형성하는 것은 기판(100)의 제1 면(100a) 상에 제공된 식각 마스크(미도시)를 이용한 패터닝 공정을 통해 트렌치(미도시)를 형성하는 공정 및 절연 물질로 상기 트렌치를 채우는 공정을 포함할 수 있다. 예를 들어, 절연 물질은 실리콘 산화물을 포함할 수 있다.
기판(100) 내에 제1 및 제2 불순물 영역들(112, 114)을 포함하는 광전 변환부들(110)이 형성될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 광전 변환부들(110)은 이온 주입 공정을 통해 형성될 수 있다. 광전 변환부들(110)을 형성하는 것은 기판(100) 내에 제2 도전형의 불순물이 주입한 후 제1 도전형의 불순물을 주입하는 공정을 포함할 수 있다. 제2 불순물 영역(114)은 기판(100) 내에 제2 도전형의 불순물을 주입하는 공정을 통해 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 도전형은 n형일 수 있다. 제1 불순물 영역(112)은 기판(100) 내에 제1 도전형의 불순물을 주입하는 공정을 통해 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 도전형은 p형일 수 있다.
도시되지 않았지만, 제1 불순물 영역(112) 내에 도 1을 참조하여 설명된 트랜스퍼 트랜지스터(도 1의 Tx), 소스 팔로워 트랜지스터(도 1의 Sx), 리셋 트랜지스터(도 1의 Rx), 및 선택 트랜지스터(도 1의 Ax)가 형성될 수 있다.
도 6을 참조하면, 기판(100)의 제1 면(100a) 상에 층간 절연막(10), 배선들(20) 및 보호막(30)이 형성될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 층간 절연막(10)은 기판(100)의 제1 면(100a) 상에 절연 물질을 증착하는 공정을 수행하여 형성될 수 있다. 배선들(20)은 층간 절연막(10) 상에 도전 물질을 증착한 후, 패터닝하는 공정을 수행하여 형성될 수 있다. 보호막(30)은 층간 절연막(10) 및 배선들(20) 상에 패시베이션 물질을 증착하는 공정을 수행하여 형성될 수 있다.
도 7을 참조하면, 기판(100)의 제2 면(100b)에 대하여 백그라인딩 공정이 수행되어, 기판(100)의 일부를 제거할 수 있다. 백그라인딩 공정은 기판(100)의 일부를 갈아서 제거하는 것을 포함할 수 있다. 설명의 편의를 위해, 도 5 및 6과 달리, 도 7은 기판(100)의 제2 면(100b)이 위를 향하게 도시되었다. 예시적인 실시예들에서, 백그라인딩 공정은 소자 분리막(120)이 노출될 때까지 수행될 수 있다.
도 8을 참조하면, 기판(100)의 제2 면(100b) 상에 고정 전하막(200)이 형성될 수 있다. 고정 전하막(200)은 서로 다른 제1 금속 산화물 및 제2 금속 산화물을 포함할 수 있다. 제1 금속 산화물은 제2 금속 산화물보다 격자간 산소(interstitial oxygen)가 발생하기 쉬울 수 있다. 제2 금속 산화물은 제1 금속 산화물보다 산소 공공(oxygen vacancy)이 발생하기 쉬울 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 제1 금속 산화물은 알루미늄 옥사이드(예를 들어, Al2O3)이고, 제2 금속 산화물은 탄탈륨 옥사이드(예를 들어, Ta2O5) 또는 티타늄 옥사이드(예를 들어, TiO2)일 수 있다.
고정 전하막(200)을 형성하는 것은 기판(100)의 제2 면(100b) 상에 제1 및 제2 금속 산화물들을 증착하는 공정을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 기판(100)의 제2 면(100b) 상에 공급되는 제1 금속 산화물의 양은 상기 증착 공정이 수행되는 동안 점점 줄어들 수 있다. 이에 따라, 제1 금속 산화물의 공급량은 증착 공정이 시작될 때 가장 많고, 증착 공정이 종료될 때 가장 적을 수 있다. 제1 금속 산화물의 농도는 고정 전하막(200)의 상부보다 고정 전하막(200)의 하부에서 더 클 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 기판(100)의 제2 면(100b) 상에 공급되는 제2 금속 산화물의 양은 상기 증착 공정이 수행되는 동안 점점 많아질 수 있다. 이에 따라, 제2 금속 산화물의 공급량은 증착 공정이 시작될 때 가장 적고, 증착 공정이 종료될 때 가장 많을 수 있다. 제2 금속 산화물의 농도는 고정 전하막(200)의 하부보다 고정 전하막(200)의 상부에서 더 클 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 고정 전하막(200)의 하부는 제1 금속 산화물을 제2 금속 산화물보다 더 많이 포함할 수 있고, 고정 전하막(200)의 상부는 제2 금속 산화물을 제1 금속 산화물보다 더 많이 포함할 수 있다.
도 2를 다시 참조하면, 고정 전하막(200) 상에 컬러필터들(300) 및 마이크로 렌즈들(400)이 형성될 수 있다.
도 9는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 이미지 센서의 도 2의 AA에 대응하는 확대도이다. 설명의 간결함을 위하여, 도 2 및 도 3을 참조하여 설명된 것과 실질적으로 동일한 내용은 설명되지 않을 수 있다. 도 9의 이미지 센서는 고정 전하막(202)을 제외하면 도 2 및 도 3을 참조하여 설명된 이미지 센서와 실질적으로 동일할 수 있다. 이하, 고정 전하막(202)이 설명된다.
도 2 및 도 9를 참조하면, 고정 전하막(202)은 차례로 적층된 하부층(210), 중간층(220), 및 상부층(230)을 포함할 수 있다. 하부층(210)은 제1 금속 산화물 층일 수 있다. 즉, 하부층(210)은 제2 금속 산화물을 포함하지 않을 수 있다. 제1 및 제2 금속 산화물은 도 2 및 도 3을 참조하여 설명된 것들과 실질적으로 동일할 수 있다. 하부층(210)은 격자간 산소를 포함할 수 있다. 격자간 산소는 음 이온이므로, 하부층(210)은 음의 전하를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 하부층(210)은 기판(100)의 제2 면(100b) 상에 제1 금속 산화물을 증착하여 형성될 수 있다.
중간층(220)은 제1 금속 산화물 및 제2 금속 산화물을 포함할 수 있다. 중간층(220)은 도 2 및 도 3을 참조하여 설명된 고정 전하막(도 2 및 도 3의 200)과 실질적으로 동일할 수 있다. 즉, 제1 금속 산화물의 농도는 중간층(220)의 상부에서 하부로 갈수록 커질 수 있다. 반대로, 제2 금속 산화물의 농도는 중간층(220)의 하부에서 상부로 갈수록 커질 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 중간층(220)은 하부층(210)의 상에 제1 및 제2 금속 산화물들을 증착하여 형성될 수 있다. 도 8을 참조하여 설명된 것과 같이, 하부층(210) 상에 공급되는 제1 금속 산화물의 양은 상기 증착 공정이 수행되는 동안 점점 줄어들 수 있다. 반대로, 하부층(210) 상에 공급되는 제2 금속 산화물의 양은 상기 증착 공정이 수행되는 동안 점점 많아질 수 있다.
상부층(230)은 제2 금속 산화물 층일 수 있다. 즉, 상부층(230)은 제1 금속 산화물을 포함하지 않을 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 상부층(230)은 중간층(220) 상에 제2 금속 산화물을 증착하여 형성될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 고정 전하막(202)의 하부층(210) 내의 음의 전하들은 기판(100)의 상부에 정공 축적(hole accumulation)을 발생시킬 수 있다. 상기 정공들을 통해 암전류(dark current)의 발생이 방지 또는 최소화될 수 있다.
도 10은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 이미지 센서의 도 2의 AA에 대응하는 확대도이다. 설명의 간결함을 위하여, 도 2 및 도 3을 참조하여 설명된 것과 실질적으로 동일한 내용은 설명되지 않을 수 있다. 도 9의 이미지 센서는 고정 전하막(204)을 제외하면 도 2 및 도 3을 참조하여 설명된 이미지 센서와 실질적으로 동일할 수 있다. 이하, 고정 전하막(204)이 설명된다.
도 2 및 도 10을 참조하면, 고정 전하막(204)은 도핑된 제1 금속 산화물 층일 수 있다. 제1 금속 산화물은 도 2 및 도 3을 참조하여 설명된 것과 실질적으로 동일할 수 있다. 고정 전하막(204)은 제1 금속 산화물 층 내의 격자간 산소의 발생을 촉진시키는 도펀트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 도펀트는 탄탈륨(Ta) 또는 질소(N)를 포함할 수 있다. 도펀트는 고정 전하막(204) 내에 균일하게 분포될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 도펀트의 도핑 농도는 0 % 초과 및 1% 이하 일 수 있다. 격자간 산소는 음 이온이므로, 고정 전하막(204)은 음의 전하를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 고정 전하막(204)은 기판(100)의 제2 면(100b) 상에 제1 금속 산화물을 증착하는 공정 및 상기 증착 공정의 수행 중 도펀트를 공급하는 공정을 통해 형성될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 고정 전하막(204) 내의 음의 전하들은 기판(100)의 상부에 정공 축적을 발생시킬 수 있다. 상기 정공들을 통해 암전류(dark current)의 발생이 방지 또는 최소화될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 대한 이상의 설명은 본 발명의 설명을 위한 예시를 제공한다. 따라서 본 발명은 이상의 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 상기 실시예들을 조합하여 실시하는 등 여러 가지 많은 수정 및 변경이 가능함은 명백하다.
100:기판
110:광전 변환부
120:소자 분리막
200, 202, 204:고정 전하막
300:컬러필터
400:마이크로 렌즈

Claims (10)

  1. 그 내부에 광전 변환부를 포함하는 기판; 및
    상기 기판 상에 제공되는 고정 전하막을 포함하되,
    상기 고정 전하막은 서로 다른 제1 금속 산화물 및 제2 금속 산화물을 포함하고,
    상기 제1 및 제2 금속 산화물은 각각 서로 다른 제1 금속 및 제2 금속을 포함하고,
    상기 고정 전하막 내의 상기 제1 금속의 농도는 상기 고정 전하막의 상부에서 하부로 갈수록 커지는 이미지 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 금속 산화물은 상기 제2 금속 산화물보다 격자간 산소(interstitial oxygen)가 발생하기 쉬운 이미지 센서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 금속 산화물은 Al2O3를 포함하고,
    상기 제2 금속 산화물은 Ta2O5를 포함하는 이미지 센서.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정 전하막의 상기 하부 내의 상기 제1 금속 산화물의 농도는 상기 고정 전하막의 상기 하부 내의 상기 제2 금속 산화물의 농도보다 큰 이미지 센서.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정 전하막 내의 상기 제2 금속의 농도는 상기 고정 전하막의 상기 하부에서 상기 상부로 갈수록 커지는 이미지 센서.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정 전하막과 상기 기판 사이에 제공되는 하부층; 및
    상기 고정 전하막을 사이에 두고 상기 하부층으로부터 이격되는 상부층을 더 포함하되,
    상기 하부층은 상기 제1 금속 산화물을 포함하고,
    상기 상부층은 상기 제2 금속 산화물을 포함하는 이미지 센서.
  7. 그 내부에 광전 변환부를 포함하는 기판; 및
    상기 기판 상에 제공되는 고정 전하막을 포함하되,
    상기 고정 전하막은 제1 금속 산화물 층 및 상기 제1 금속 산화물 층 내에 도핑된 도펀트를 포함하고,
    상기 도펀트는 상기 제1 금속 산화물 층 내의 격자간 산소(interstitial oxygen) 발생을 촉진하는 이미지 센서.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 도펀트는 상기 고정 전하막 내에 균일하게 분포되는 이미지 센서.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 도펀트의 도핑 농도는 0 % 초과 및 1 % 이하인 이미지 센서.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 도펀트는 탄탈륨(Ta) 또는 질소(N)를 포함하는 이미지 센서.
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