KR20200029098A - 이미지 센서 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이미지 센서에 대한 것이다. 단위 픽셀들; 상기 단위 픽셀들 상에 제공되고 컬러 필터들을 포함하는 컬러 필터 어레이; 상기 단위 픽셀들과 상기 컬러 필터 어레이 사이에 배치되는 반사 방지막; 및 하부가 상기 반사 방지막에 매립되고, 상부가 상기 컬러 필터들을 서로 분리하는 펜스 패턴이 제공된다. 상기 펜스 패턴의 상기 상부의 폭은 상기 하부의 폭보다 크다.

Description

이미지 센서 및 그 제조 방법{Image sensor and method of forming the same}
본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 씨모스(CMOS) 이미지 센서에 관한 것이다.
이미지 센서는 광학 영상을 전기 신호로 변환시킨다. 최근들어 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. 또한, CMOS 이미지 센서는 CMOS 공정 기술을 호환하여 사용할 수 있어 제조 단가를 낮출 수 있다. 따라서, CMOS 이미지 센서는 기술 개발과 함께 고해상도가 구현 가능함에 따라 그 사용이 급격히 늘어나고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 향상된 광학적 특성을 갖는 이미지 센서를 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서는, 단위 픽셀들; 상기 단위 픽셀들 상에 제공되고 컬러 필터들을 포함하는 컬러 필터 어레이; 상기 단위 픽셀들과 상기 컬러 필터 어레이 사이에 배치되는 반사 방지막; 및 하부가 상기 반사 방지막에 매립되고, 상부가 상기 컬러 필터들을 서로 분리하는 펜스 패턴을 포함하고, 상기 펜스 패턴의 상기 상부의 폭은 상기 하부의 폭보다 클 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서는, 단위 픽셀들; 상기 단위 픽셀들 상에 제공되고 컬러 필터들을 포함하는 컬러 필터 어레이; 상기 단위 픽셀들과 상기 컬러 필터 어레이 사이에 배치되는 반사 방지막; 및 하부가 상기 반사 방지막에 매립되고, 상부가 상기 컬러 필터들을 서로 분리하는 펜스 패턴을 포함하고, 상기 펜스 패턴의 상기 상부의 폭은 상기 하부의 폭보다 크고, 성가 반사 방지막은 상기 펜스 패턴에 의하여 상기 단위 픽셀들 별로 분리될 수 있다.
단 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 제조 방법은, 단위 픽셀들을 포함하는 기판을 제공하는 것; 상기 기판의 제 1 면 상에 반사 방지막 및 희생막을 차례로 형성하는 것; 상기 희생막 및 상기 반사 방지막을 패터닝하여 트렌치를 형성하는 것; 상기 트렌치를 채우는 펜스 패턴을 형성하는 것; 및 상기 희생막을 제거하여 상기 펜스 패턴의 측벽 및 상기 반사 방지막의 상면에 의하여 정의되는 오프닝들을 형성하는 것; 및 상기 오프닝들 내에 컬러 필터들을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 이미지 센서는, 광손실 및 크로스톡(cross-talk)을 최소화할 수 있다. 이에 따라, 이미지 센서의 감도 및 SNR(Signal to noise ratio)이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 평면도이다.
도 4는 도 3의 I-I' 선을 따라 자른 단면도이다.
도 5a는 도 4의 AP 영역의 확대도이다.
도 5b 내지 도 5j는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 단면도로, 도 4의 AP 영역의 확대도이다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들로, 도 3의 I-I'선에 따른 단면도들이다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 나타내는 블록도이다.
도 12는 도 11의 블록도에 따른 이미지 센서의 단면도이다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 이미지 센서는 액티브 픽셀 센서 어레이(Active Pixel Sensor array; 1), 행 디코더(row decoder; 2), 행 드라이버(row driver; 3), 열 디코더(column decoder; 4), 타이밍 발생기(timing generator; 5), 상관 이중 샘플러(CDS: Correlated Double Sampler; 6), 아날로그 디지털 컨버터(ADC: Analog to Digital Converter; 7) 및 입출력 버퍼(I/O buffer; 8)를 포함할 수 있다.
액티브 픽셀 센서 어레이(1)는 2차원적으로 배열된 복수의 단위 픽셀들을 포함하며, 광 신호를 전기적 신호로 변환할 수 있다. 액티브 픽셀 센서 어레이(1)는 행 드라이버(3)로부터 픽셀 선택 신호, 리셋 신호 및 전하 전송 신호와 같은 복수의 구동 신호들에 의해 구동될 수 있다. 또한, 변환된 전기적 신호는 상관 이중 샘플러(6)에 제공될 수 있다.
행 드라이버(3)는, 행 디코더(2)에서 디코딩된 결과에 따라 다수의 단위 픽셀들을 구동하기 위한 다수의 구동 신호들을 액티브 픽셀 센서 어레이(1)로 제공할 수 있다. 단위 픽셀들이 행렬 형태로 배열된 경우에는 각 행별로 구동 신호들이 제공될 수 있다.
타이밍 발생기(5)는 행 디코더(2) 및 열 디코더(4)에 타이밍(timing) 신호 및 제어 신호를 제공할 수 있다.
상관 이중 샘플러(CDS; 6)는 액티브 픽셀 센서 어레이(1)에서 생성된 전기 신호를 수신하여 유지(hold) 및 샘플링할 수 있다. 상관 이중 샘플러(6)는 특정한 잡음 레벨(noise level)과 전기적 신호에 의한 신호 레벨을 이중으로 샘플링하여, 잡음 레벨과 신호 레벨의 차이에 해당하는 차이 레벨을 출력할 수 있다.
아날로그 디지털 컨버터(ADC; 7)는 상관 이중 샘플러(6)에서 출력된 차이 레벨에 해당하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력할 수 있다.
입출력 버퍼(8)는 디지털 신호를 래치(latch)하고, 래치된 신호는 열 디코더(4)에서의 디코딩 결과에 따라 순차적으로 영상 신호 처리부(도면 미도시)로 디지털 신호를 출력할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이의 회로도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 센서 어레이(1)는 복수의 단위 픽셀들(PX)을 포함하며, 단위 픽셀들(PX)은 매트릭스 형태로 배열될 수 있다. 각각의 단위 픽셀들(PX)은 전송 트랜지스터(TX)와 로직 트랜지스터들(RX, SX, DX)을 포함할 수 있다. 로직 트랜지스터들은 리셋 트랜지스터(RX), 선택 트랜지스터(SX), 및 드라이브 트랜지스터(DX)를 포함할 수 있다. 전송 트랜지스터(TX)는 전송 게이트(TG)를 포함할 수 있다. 각각의 단위 픽셀들(PX)은 광전 변환 소자(PD) 및 플로팅 확산 영역(FD)를 더 포함할 수 있다.
광전 변환 소자(PD)는 외부에서 입사된 빛의 양에 비례하여 광전하들을 생성 및 축적할 수 있다. 광전 변환 소자(PD)는 포토 다이오드, 포토 트랜지스터, 포토 게이트, 핀드 포토 다이오드 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 전송 트랜지스터(TX)는 광전 변환 소자(PD)에서 생성된 전하를 플로팅 확산 영역(FD)으로 전송할 수 있다. 플로팅 확산 영역(FD)은 광전 변환 소자(PD)에서 생성된 전하를 전송 받아 누적적으로 저장할 수 있다. 플로팅 확산 영역(FD)에 축적된 광전하들의 양에 따라 드라이브 트랜지스터(DX)가 제어될 수 있다.
리셋 트랜지스터(RX)는 플로팅 확산 영역(FD)에 축적된 전하들을 주기적으로 리셋시킬 수 있다. 리셋 트랜지스터(RX)의 드레인 전극은 플로팅 확산 영역(FD)과 연결되며 소스 전극은 전원 전압(VDD)에 연결될 수 있다. 리셋 트랜지스터(RX)가 턴 온(turn-on)되면, 리셋 트랜지스터(RX)의 소스 전극과 연결된 전원 전압(VDD)이 플로팅 확산 영역(FD)으로 인가될 수 있다. 따라서, 리셋 트랜지스터(RX)가 턴 온되면, 플로팅 확산 영역(FD)에 축적된 전하들이 배출되어 플로팅 확산 영역(FD)이 리셋될 수 있다.
드라이브 트랜지스터(DX)는 소스 팔로워 버퍼 증폭기(source follower buffer amplifier) 역할을 할 수 있다. 드라이브 트랜지스터(DX)는 플로팅 확산 영역(FD)에서의 전위 변화를 증폭하고, 이를 출력 라인(Vout)으로 출력할 수 있다.
선택 트랜지스터(SX)는 행 단위로 읽어낼 단위 픽셀들(PX)을 선택할 수 있다. 선택 트랜지스터(SX)가 턴 온될 때, 전원 전압(VDD)이 드라이브 트랜지스터(DX)의 드레인 전극으로 인가될수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 평면도이다. 도 4는 도 3의 I-I' 선을 따라 자른 단면도이다. 도 5a는 도 4의 AP 영역의 확대도이다.
도 2, 도 3, 도 4 및 도 5a를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서는, 광전 변환층(10), 배선층(20), 및 광 투과층(30)을 포함할 수 있다. 광전 변환층(10)은 배선층(20)과 광 투과층(30) 사이에 개재될 수 있다. 광전 변환층(10)은, 반도체 기판(100) 및 반도체 기판(100) 내에 제공된 광전 변환 영역들(110)을 포함할 수 있다. 외부에서 입사된 광은 광전 변환 영역들(110)에서 전기적 신호로 변환될 수 있다.
반도체 기판(100)은 서로 대향하는 제 1 면(100a; 또는 전면) 및 제 2 면(100b; 또는 후면)을 가질 수 있다. 배선층(20)은 반도체 기판(100)의 제 1 면(100a) 상에 배치될 수 있고, 광 투과층(30)은 반도체 기판(100)의 제 2 면(100b) 상에 배치될 수 있다.
배선층(20)은 제 1 및 제 2 배선들(212, 213)을 포함할 수 있다. 전송 트랜지스터들(TX)은 광전 변환 영역들(110)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제 1 및 제 2 배선들(212, 213)은 제 1 층간 절연막(221) 내의 비아들(VI)을 통해 전송 트랜지스터들(TX) 및 로직 트랜지스터들(RX, SX, DX)과 수직적으로 연결될 수 있다. 광전 변환 영역들(110)에서 변환된 전기적 신호는 배선층(20)에서 신호 처리될 수 있다. 제 1 및 제 2 배선들(212, 213)은, 반도체 기판(100)의 제 1 면(100a) 상에 적층된 제 2및 제 3 층간 절연막들(222, 223) 내에 각각 배치될 수 있다. 본 발명의 실시예들에서, 제 1 및 제 2 배선들(212, 213)의 배열은 광전 변환 영역들(110)의 배열과 관계없이 배치될 수 있다. 즉, 제 1 및 제 2 배선들(212, 213)은 광전 변환 영역들(110)의 상부를 가로지를 수도 있다.
광 투과층(30)은 반사 방지막(329), 컬러 필터들(303), 마이크로 렌즈부(306)를 포함할 수 있다. 광 투과층(30)은 외부에서 입사되는 광을 집광 및 필터링하여, 광을 광전 변환층(10)으로 제공할 수 있다.
반도체 기판(100)은 제 1 도전형(예를 들어, p형)의 벌크(bulk) 실리콘 기판 상에 상기 제 1 도전형의 에피택시얼층이 형성된 기판일 수 있다. 일 예로, 이미지 센서의 제조 공정상, 반도체 기판(100)에는 벌크 실리콘 기판이 제거되어 상기 제 1 도전형의 에피택시얼층만 잔류할 수 있다. 다른 예로, 반도체 기판(100)은 상기 제 1 도전형의 웰을 포함하는 벌크 반도체 기판일 수 있다. 또 다른 예로, 반도체 기판(100)은 제 2 도전형(예를 들어, n형)의 에피택시얼층, 상기 제 2 도전형의 벌크 실리콘 기판, 또는 SOI 기판 등 다양한 형태의 기판을 포함할 수 있다.
반도체 기판(100)은 분리 패턴(101)에 의해 정의된 복수개의 단위 픽셀들(PX)을 포함할 수 있다. 단위 픽셀들(PX)은 서로 교차하는 제 1 방향(D1) 및 제 2 방향(D2)으로 2차원적으로 배열될 수 있다. 다시 말하면, 단위 픽셀들(PX)은 제 1 방향(D1) 및 제 2 방향(D2)을 따라 매트릭스 형태로 배열될 수 있다. 평면적 관점에서, 분리 패턴(101)은 단위 픽셀들(PX) 각각을 완전히 둘러쌀 수 있다. 일 예로, 분리 패턴(101)은 그리드(grid) 형상을 가질 수 있다. 분리 패턴(101)은 단위 픽셀들(PX) 각각으로 입사되는 입사광에 의해 생성된 광전하들이 랜덤 드리프트(random drift)에 의해 인접하는 단위 픽셀들(PX)로 입사되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 분리 패턴(101)은 단위 픽셀들(PX)간의 크로스토크 현상을 방지할 수 있다.
분리 패턴(101)은 반도체 기판(100; 예를 들어, 실리콘)보다 굴절률이 낮은 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 분리 패턴(101)은 실리콘 산화막, 실리콘 산화질화막, 실리콘 질화막, 또는 폴리실리콘막을 포함할 수 있다.
수직적 관점에서, 분리 패턴(101)은 반도체 기판(100)의 제 1 면(100a)으로부터 제 2 면(100b)을 향해 연장될 수 있다. 일 예로, 분리 패턴(101)은 반도체 기판(100)을 관통할 수 있다. 다시 말하면, 분리 패턴(101)의 깊이는 반도체 기판(100)의 수직적 두께와 실질적으로 동일할 수 있다. 분리 패턴(101)의 폭은 반도체 기판(100)의 제 1 면(100a)에서 제 2 면(100b)으로 갈수록 점차 감소할 수 있다. 예를 들어, 제 1 면(100a)과 인접하는 분리 패턴(101)의 일면은 제 1 폭(W1)을 갖고, 제 2 면(100b)과 인접하는 분리 패턴(101)의 타면은 제 2 폭(W2)을 가지며, 제 1 폭(W1)은 제 2 폭(W2)보다 클 수 있다. 이와는 달리, 제 2 폭(W2)이 제 1 폭(W1) 보다 클 수 있다.
각각의 광전 변환 영역들(110)이 각각의 단위 픽셀들(PX) 내에 배치될 수 있다. 광전 변환 영역들(110)은, 반도체 기판(100)과 반대인 제 2 도전형(예를 들어, n형)의 불순물들로 도핑된 불순물 영역들일 수 있다. 일 예로, 광전 변환 영역들(110)은 반도체 기판(100)의 제 2 면(100b)과 인접하고, 제 1 면(100a)과 수직적으로 이격될 수 있다. 각각의 광전 변환 영역들(110)은, 제 1 면(100a)에 인접한 제 1 영역과 제 2 면(100b)에 인접한 제 2 영역 간에 불순물 농도 차이를 가질 수 있다. 이에 따라, 각각의 광전 변환 영역들(110)은 제 1 면(100a)과 제 2 면(100b) 사이에서 포텐셜 기울기를 가질 수 있다.
반도체 기판(100)과 광전 변환 영역들(110)은 포토다이오드들을 구성할 수 있다. 각각의 단위 픽셀들(PX) 내에서, 상기 제 1 도전형의 반도체 기판(100)과 상기 제 2 도전형의 광전 변환 영역(110)의 p-n 접합(p-n junction)에 의해 포토다이오드가 구성될 수 있다. 상기 포토다이오드를 구성하는 각각의 광전 변환 영역들(110)은, 입사광의 세기에 비례하여 광전하를 생성 및 축적할 수 있다.
반도체 기판(100)의 제1 면(100a)에 인접하여, 제1 활성 패턴들(ACT1), 제2 활성 패턴들(ACT2) 및 제3 활성 패턴들(ACT3)을 정의하는 제2 소자 분리막(103)이 제공될 수 있다. 소자 분리막(103)은 실리콘 산화막, 실리콘 산화질화막 또는 실리콘 질화막을 포함할 수 있다. 일 예로, 분리 패턴(101)과 소자 분리막(103)은 서로 일체로 연결될 수 있다.
각각의 단위 픽셀들(PX)은 제1 활성 패턴(ACT1), 제2 활성 패턴(ACT2) 및 제3 활성 패턴(ACT3)을 포함할 수 있다. 제1 활성 패턴(ACT1), 제2 활성 패턴(ACT2) 및 제3 활성 패턴(ACT3)은 서로 이격되어 배치되고, 서로 다른 크기를 가질 수 있다. 제1 활성 패턴(ACT1)은 제2 활성 패턴(ACT2) 및 제3 활성 패턴(ACT3) 사이에 배치될 수 있다.
단위 픽셀들(PX) 각각의 제1 활성 패턴(ACT1)에 전송 게이트(TG)를 포함하는 전송 트랜지스터(TX)가 제공될 수 있다. 전송 게이트(TG)는 제1 활성 패턴(ACT1) 상에 배치될 수 있다. 전송 게이트(TG)는 반도체 기판(100) 내로 삽입된 하부 부분과, 상기 하부 부분과 연결되며 반도체 기판(100)의 제1 면(100a) 상으로 돌출되는 상부 부분을 포함할 수 있다. 전송 게이트(TG)와 반도체 기판(100) 사이에 게이트 유전막(GI)이 개재될 수 있다. 플로팅 확산 영역(FD)은 전송 게이트(TG)의 일측의 제1 활성 패턴(ACT1) 내에 위치할 수 있다. 플로팅 확산 영역(FD)은 반도체 기판(100)과 반대인 제2 도전형(예를 들어, n형)을 가질 수 있다.
단위 픽셀들(PX) 각각의 제2 활성 패턴(ACT2)에 드라이브 트랜지스터(DX) 및 선택 트랜지스터(SX)가 제공될 수 있다. 드라이브 트랜지스터(DX)는 드라이브 게이트(SFG)를 포함하고 선택 트랜지스터(SX)는 선택 게이트(SG)를 포함할 수 있다. 제2 활성 패턴(ACT2) 상에 드라이브 게이트(SFG) 및 선택 게이트(SG)가 배치될 수 있다. 단위 픽셀들(PX) 각각의 제3 활성 패턴(ACT3)에 리셋 게이트(RG)를 포함하는 리셋 트랜지스터(RX)가 제공될 수 있다. 제3 활성 패턴(ACT3) 상에 리셋 게이트(RG)가 배치될 수 있다. 각각의 드라이브, 선택 및 리셋 게이트들(SFG, SG, RG)과 반도체 기판(100) 사이에 게이트 유전막이 개재될 수 있다. 각각의 드라이브, 선택 및 리셋 게이트들(SFG, SG, RG) 양 측의 활성 패턴(ACT2, ACT3)의 상부에 불순물 영역들이 제공될 수 있다. 예를 들어, 불순물 영역들은 반도체 기판(100)과 반대인 제2 도전형(예를 들어, n형)을 가질 수 있다.
반도체 기판(100)의 제 2 면(100b) 상에 반사 방지막(329)이 제공될 수 있다. 반사 방지막(329)은 도 5a에 도시된 것과 같이, 제 2 면(100b) 상에 차례로 적층된 제 1 서브막(321), 제 2 서브막(323), 및 제 3 서브막(325)을 포함할 수 있다. 제 1 서브막(321), 제 2 서브막(323), 및 제 3 서브막(325)은 서로 다른 물질을 포함할 수 있다. 제 1 서브막(321)은 버퍼막일 수 있다. 일 예로, 제 1 서브막(321)은 알루미늄 산화막을 포함할 수 있다. 제 2 서브막(323)은 암 전류(dark current)를 억제하기 위한 음 전하(negative charges)를 포함하는 고정 전하막일 수 있다. 일 예로, 제 2 서브막(323)은 하프늄 산화막, 탄탈륨 산화막, 또는 티타늄 산화막을 포함할 수 있다. 제 3 서브막(325)은 TEOS와 같은 실리콘 산화막을 포함할 수 있다. 일 예로, 제 3 서브막(325)의 두께는 제 2 서브막(323)의 두께보다 두꺼울 수 있다. 제 2 서브막(323)의 두께는 제 1 서브막(321)의 두께보다 두꺼울 수 있다.
반사 방지막(329) 상에 컬러 필터들(303)이 제공될 수 있다. 각각의 컬러 필터들(303)이 각각의 단위 픽셀들(PX) 상에 배치될 수 있다. 컬러 필터들(303)은, 녹색, 적색 및 청색의 컬러 필터들을 포함할 수 있다. 이와 달리, 컬러 필터들(303)은 시안(cyan), 마젠타(magenta) 또는 황색(yellow) 등과 같은 다른 컬러를 가질 수도 있다.
반사 방지막(329)과 컬러 필터들(303) 사이에 보호막(316)이 제공될 수 있다. 보호막(316)은 광전 변환층(10) 및 배선층(20)을 습기와 같은 외부 환경으로부터 보호할 수 있다. 일 예로, 상기 보호막(316)은 알루미늄 산화막을 포함할 수 있다. 상기 보호막(316)의 두께는 상기 제 2 서브막(323)의 두께보다 얇을 수 있다.
광 투과층(30)은 컬러 필터들(303)을 서로 분리하는 펜스 패턴(311)을 포함할 수 있다. 펜스 패턴(311)은 반도체 기판(100)의 제 2 면(100b)에 수직하지 않고 비스듬히 입사되는 광을 반사시켜 해당 단위 픽셀들(PX) 내에 입사시킬 수 있다. 각각의 단위 픽셀들(PX) 상에 배치된 컬러 필터들(303)은 펜스 패턴(311), 보다 상세하게는 펜스 패턴(311)의 상부를 사이에 두고 단위 픽셀들(PX) 별로 분리될 수 있다. 즉, 인접 단위 픽셀들(PX) 상에 배치된 컬러 필터들(303)은 서로 접하지 않고 고립된 형태로 배치될 수 있다. 일 예로, 펜스 패턴(311)의 상면(311_T)은 컬러 필터들(303)의 상면(303_T)과 실질적으로 동일 레벨일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 본 실시예에서, 보호막(316)의 상면은 컬러 필터들(303)의 상면(303_T)보다 제 3 방향(D3)으로 돌출될 수 있다. 평면적 관점에서, 펜스 패턴(311)은 단위 픽셀들(PX) 각각을 완전히 둘러쌀 수 있다. 일 예로, 펜스 패턴(311)은 그리드(grid) 형상을 가질 수 있다.
펜스 패턴(311)의 하부는 반사 방지막(329) 내에 매립될 수 있다. 일 예로, 펜스 패턴(311)은 반사 방지막(329)을 관통할 수 있다. 즉, 펜스 패턴(311)은 제 1 서브막(321), 제 2 서브막(323), 및 제 3 서브막(325)을 관통할 수 있다. 이에 따라, 제 1 서브막(321), 제 2 서브막(323), 및 제 3 서브막(325) 각각은 각 단위 픽셀(PX) 별로 분리된 형태로 제공될 수 있다. 즉, 반사 방지막(329)은 각 픽셀(PX) 상에 분리된 반사 방지 패턴들을 포함할 수 있다. 일 예로, 펜스 패턴(311)의 하면(311_B)은 분리 패턴(101)의 상면과 접할 수 있다.
펜스 패턴(311)의 상부 폭(W4)은 하부 폭(W3)보다 클 수 있다. 일 예로, 펜스 패턴(311)의 폭은 그 상면(311_T)으로부터 하면(311_B)으로 갈 수록 점진적으로(gradually) 줄어들 수 있다. 일 예로, 펜스 패턴(311)의 상부 폭(W4)은 하부 폭(W3)보다 약 3% 내지 15% 클 수 있다. 펜스 패턴(311)의 하부 폭(W3)은 분리 패턴(101)의 제 2 폭(이하, 상부 폭 W2) 보다 작을 수 있다. 일 예로, 펜스 패턴(311)의 상부 폭(W4)은 분리 패턴(101)의 상부 폭(W2) 보다 작을 수 있다.
보호막(316)은 컬러 필터들(303)과 반사 방지막(329) 사이로부터 펜스 패턴(311)의 상면 상으로 연장될 수 있다. 보호막(316)은 펜스 패턴(311)의 상부 측벽과 접할 수 있다. 펜스 패턴(311)은 절연 패턴일 수 있다. 펜스 패턴(311)은 반도체 기판(100; 예를 들어, 실리콘)보다 굴절률이 낮은 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 펜스 패턴(311)의 굴절률은 약 1.3 이하일 수 있다. 예를 들어, 펜스 패턴(311)은 실리카 나노 파티클들이 포함된 폴리머층일 수 있다.
컬러 필터들(303) 상에 마이크로 렌즈부(306)가 배치될 수 있다. 마이크로 렌즈부(306)는 컬러 필터들(303)과 접하는 평탄막(305) 및 상기 평탄막(305) 상에 제공되고 각 단위 픽셀들(PX) 상에 배치되는 마이크로 렌즈들(307)을 포함할 수 있다. 평탄막(305)은 유기물층을 포함할 수 있다. 이와는 달리, 평탄막(305)은 실리콘 산화막 또는 실리콘 산화질화막을 포함할 수 있다.
마이크로 렌즈들(307)은 단위 픽셀들(PX)로 입사되는 빛을 집광시킬 수 있도록 볼록한 형태를 가질 수 있다. 각각의 마이크로 렌즈들(307)은 각각의 광전 변환 영역들(110)과 수직적으로 중첩될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 펜스 패턴(311)의 상부는 컬러 필터들(303)을 분리하고 하부는 반사 방지막에 매립될 수 있다. 이에 따라, 비스듬히 입사되는 광을 해당 단위 픽셀들(PX) 내로 입사시켜, 컬러 필터들(303) 및 반사 방지막(329)에서의 광손실 및 크로스톡(cross-talk)을 최소화할 수 있다. 이에 따라, 이미지 센서의 감도 및 SNR(Signal to noise ratio)이 향상될 수 있다.
도 5b 내지 도 5j는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 단면도로, 도 4의 AP 영역의 확대도이다. 설명의 간소화를 위하여 중복되는 구성에 대한 설명은 생략된다.
도 4 및 도 5b를 참조하여, 반사 방지막(329)은 제 2 면(100b) 상에 차례로 적층된 제 1 서브막(321), 제 2 서브막(323), 및 제 3 서브막(325)을 포함할 수 있고, 펜스 패턴(311)은 제 2 서브막(323) 및 제 3 서브막(325)을 관통하고, 제 1 서브막(321)은 관통하지 않을 수 있다. 이에 따라, 제 2 서브막(323), 및 제 3 서브막(325) 각각은 각 단위 픽셀(PX) 상에 분리된 형태로 제공되고, 제 1 서브막(321)은 복수의 픽셀들(PX)을 덮을 수 있다. 펜스 패턴(311)의 하면(311_B)은 제 1 서브막(321)의 하면보다 높을 수 있다. 펜스 패턴(311)의 하면(311_B)은 제 1 서브막(321)을 사이에 두고 분리 패턴(101)과 이격될 수 있다.
도 4 및 도 5c를 참조하여, 반사 방지막(329)은 제 2 면(100b) 상에 차례로 적층된 제 1 서브막(321), 제 2 서브막(323), 및 제 3 서브막(325)을 포함할 수 있고, 펜스 패턴(311)은 제 3 서브막(325)을 관통하고, 제 1 서브막(321) 및 제 2 서브막(323)은 관통하지 않을 수 있다. 이에 따라, 제 3 서브막(325)은 각 단위 픽셀(PX) 상에 분리된 형태로 제공되고, 제 1 서브막(321) 및 제 2 서브막(323)은 복수의 픽셀들(PX)을 덮을 수 있다. 펜스 패턴(311)의 하면(311_B)은 제 2 서브막(323)의 하면보다 높을 수 있다. 펜스 패턴(311)의 하면(311_B)은 제 1 서브막(321) 및 제 2 서브막(323)을 사이에 두고 분리 패턴(101)과 이격될 수 있다.
도 4 및 도 5d를 참조하여, 반사 방지막(329)은 제 2 면(100b) 상에 차례로 적층된 제 1 서브막(321), 제 2 서브막(323), 제 3 서브막(325), 및 제 4 서브막(327)을 포함할 수 있다. 제 4 서브막(327)은 제 2 서브막(323)과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 제 4 서브막(327)은 하프늄 산화막, 탄탈륨 산화막, 또는 티타늄 산화막을 포함할 수 있다. 제 4 서브막(327)은 제 2 서브막(323)보다 얇을 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 제 4 서브막(327)은 제 1 서브막(321) 보다 두꺼울 수 있다. 펜스 패턴(311)의 하면(311_B)은 도 5a와 유사한 형태로 도시되었으나, 이와는 달리 도 5b a및 도 5c와 같이 변형될 수 있다.
도 4 및 도 5e를 참조하여, 펜스 패턴(311)의 하부 폭(W3)은 분리 패턴(101)의 상부 폭(W2)과 실질적으로 동일할 수 있다. 펜스 패턴(311)의 측벽들과 분리 패턴(101)의 측벽은 도시된 것과 같이 얼라인될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 펜스 패턴(311)의 상부 폭(W4)은 분리 패턴(101)의 상부 폭(W2) 보다 클 수 있다.
도 4 및 도 5f를 참조하여, 펜스 패턴(311)의 하부 폭(W3)은 분리 패턴(101)의 상부 폭(W2) 보다 클 수 있다. 또한, 펜스 패턴(311)의 상부 폭(W4)은 분리 패턴(101)의 상부 폭(W2) 보다 클 수 있다.
도 4 및 도 5g를 참조하여, 보호막(316)의 상면(316_T)은 컬러 필터(303)의 상면(303_T)과 실질적으로 동일 레벨일 수 있다. 일 예로, 펜스 패턴(311)의 상면(311_T)은 컬러 필터(303)의 상면(303_T) 보다 낮을 수 있다.
도 4 및 도 5h를 참조하여, 펜스 패턴(311)의 상면(311_T)은 컬러 필터(303)의 상면(303_T) 보다 높을 수 있다.
도 4 및 도 5i를 참조하여, 펜스 패턴(311)의 상부는 평탄막(305) 내로 돌출될 수 있다. 평탄막(305)은 펜스 패턴(311)과 보호막(316)에 의하여 각 단위 픽셀(PX) 상에 분리된 형태로 제공될 수 있다.
도 4 및 도 5j를 참조하여, 펜스 패턴(311)은 절연 펜스 패턴(313) 및 그 아래의 도전 펜스 패턴(315)을 포함할 수 있다. 펜스 패턴(311)의 폭은 절연 펜스 패턴(313)의 상면으로부터 도전 펜스 패턴(315)의 하면까지 점진적으로 줄어들 수 있다. 일 예로, 도전 펜스 패턴(315)은 텅스텐 또는 티타늄을 포함할 수 있다. 도전 펜스 패턴(315)은 제 1 서브막(321) 보다 두꺼울 수 있다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들로, 도 3의 I-I'선에 따른 단면도들이다.
도 3 및 도 6을 참조하여, 광전 변환층(10)과 배선층(20)이 형성될 수 있다. 분리 패턴(101)의 형성을 위한 제 1 트렌치(TH1)는 반도체 기판(100)의 제 1 면(100a)으로부터 형성되거나, 또는 제 2 면(100b)으로부터 형성될 수 있다. 제 1 면(100a)으로부터 형성되는 경우, 제 1 트렌치(TH1) 및 분리 패턴(101)은 배선층(20) 보다 먼저 형성될 수 있다. 이 경우, 제 1 폭(W1)이 제 2 폭(W2) 보다 클 수 있다. 제 2 면(100b)으로부터 형성되는 경우, 제 1 트렌치(TH1) 및 분리 패턴(101)은 배선층(20) 보다 나중에 형성될 수 있다. 이 경우, 제 2 폭(W2)이 제 1 폭(W1) 보다 클 수 있다. 반도체 기판(100)의 제 2 면(100b)에 대하여 백그라인딩 공정이 수행되어, 기판(100)의 일부를 제거할 수 있다.
도 3 및 도 7을 참조하여, 반도체 기판(100)의 제 2 면(100b) 상에 반사 방지막(329), 희생층(332), 계면 절연층(333), 및 마스크 패턴(335)이 차례로 형성될 수 있다. 반사 방지막(329)은 도 5a 내지 도 5j를 참조하여 설명한 것과 동일할 수 있다. 희생층(332)은 반사 방지막(329)과 식각 선택성이 있는 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 희생층(332)은 탄소 함유량이 적어도 70wt% 이상일 수 있다. 일 예로, 희생층(332)은 SOH(Spin On Hardmask)를 포함할 수 있다. 희생층(332)은 반사 방지막(329) 보다 두껍게 형성될 수 있다.
계면 절연층(333)은 실리콘 산화막일 수 있다. 마스크 패턴(335)은 포토 레지스트를 포함할 수 있다. 마스크 패턴(335)은 계면 절연층(333)의 상면을 노출하는 예비 트렌치(PTH)를 포함할 수 있다.
도 3 및 도 8을 참조하여, 마스크 패턴(335)을 이용하여 계면 절연층(333), 희생층(332) 및 반사 방지막(329)을 패터닝할 수 있다. 이에 따라, 희생층(332) 및 반사 방지막(329)을 관통하는 제 2 트렌치(TH2)가 형성될 수 있다. 일 예로, 제 2 트렌치(TH2)는 분리 패턴(101)을 노출할 수 있다. 제 2 트렌치(TH2)의 형상 및 깊이는 도 5a 내지 도 5j에 따라 변경될 수 있다. 제 2 트렌치(TH2)를 채우는 펜스 패턴(311)이 형성될 수 있다. 즉, 희생층(332) 및 반사 방지막(329)이 펜스 패턴(311)의 형성을 위한 몰드가 될 수 있다. 펜스 패턴(311)은 스핀 코팅 방식으로 형성될 수 있다. 일 예로, 유동성 있는 전구체 물질이 제 2 트렌치(TH2)를 채우도록 공급될 수 있다. 이 후, 공급된 전구체 물질은 베이킹 공정에 의하여 열경화될 수 있다. 필요에 따라서, 에치백 공정이 추가될 수 있다.
펜스 패턴(311)의 형성은 제 2 트렌치(TH2)를 채우는 절연막을 형성한 후, 에치-백 공정을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 펜스 패턴(311)의 형성 동안, 계면 절연층(333)이 제거되고 희생층(332)의 상면이 노출될 수 있다.
도 3 및 도 9를 참조하여, 희생층(332)이 선택적으로 제거된 후, 보호막(316)이 콘포멀하게 형성될 수 있다. 희생층(332)은 산소를 이용한 애싱(ashing) 공정을 통하여 제거될 수 있다. 희생층(332)의 제거에 의하여 펜스 패턴(311)의 측벽 및 반사 방지막(329)의 상면에 의하여 정의되는 오프닝들(OP)이 형성될 수 있다. 보호막(316)은 노출된 펜스 패턴(311)의 측벽 및 상면과, 반사 방지막(329)을 덮을 수 있다. 일 예로, 희생층(332)은 화학 기상 증착에 의하여 형성될 수 있다.
도 3 및 도 4를 다시 참조하여, 도 9의 오프닝들(OP)을 채우도록 컬러 필터들(303)이 형성될 수 있다. 이 후, 컬러 필터들(303) 상에 마이크로 렌즈부(306)가 형성되어, 광 투과층(30)의 형성이 완료될 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 단면도이다. 설명의 간소화를 위하여 중복되는 구성에 대한 설명은 생략될 수 있다. 본 실시예들에 따른 이미지 센서는, 배선층(20)이 광전 변환층(10)과 광 투과층(30) 사이에 개재될 수 있다. 펜스 패턴(311) 및 반사 방지막(329)은 배선층(20)의 제 3 층간 절연막(223)과 접할 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 나타내는 블록도이다. 도 11을 참조하면, 이미지 센서는 제 1 방향(D1) 및 제 1 방향(D1)에 교차하는 제 2 방향(D2)을 따라 2차원적으로 배열된 복수의 단위 픽셀들(Px)을 포함한다. 이미지 센서의 단위 픽셀들(Px) 각각은 적어도 2개의 광전 변환 소자들이 제 1 및 제 2 방향들(D1, D2)에 수직하는 제 3 방향(D3)으로 적층된 구조를 가질 수 있다. 각각의 단위 픽셀들(Px)은 제 1 또는 제 2 광전 변환 소자(PD1, PD2), 제 1 또는 제 2 컬러 필터(CF1, CF2), 및 유기 광전 변환 소자(OPD)를 포함할 수 있다.
제 1 및 제 2 광전 변환 소자들(PD1, PD2)은 반도체 기판 내에 제공될 수 있으며, 매트릭스 형태로 배열될 수 있다. 유기 광전 변환 소자들(OPD)은 제 1 및 제 2 광전 변환 소자들(PD1, PD2) 상에 각각 적층될 수 있다. 즉, 유기 광전 변환 소자들(OPD)은, 평면적 관점에서, 제 1 및 제 2 광전 변환 소자들(PD1, PD2)과 각각 중첩될 수 있다. 제 1 광전 변환 소자들(PD1)과 유기 광전 변환 소자들(OPD) 사이에 제 1 컬러 필터들(CF1)이 각각 제공될 수 있으며, 제 2 광전 변환 소자들(PD2)과 유기 광전 변환 소자들(OPD) 사이에 제 2 컬러 필터들(CF2)이 각각 배치될 수 있다.
실시예들에서, 제 1 내지 제 3 파장 대역의 입사광들(L1, L2, L3)이 단위 픽셀들의 유기 광전 변환 소자들(OPD)로 입사될 수 있다. 제 1 및 제 2 광전 변환 소자들(PD1, PD2) 및 유기 광전 변환 소자(OPD) 각각으로 파장 대역이 서로 다른 광선들이 입사될 수 있으며, 제 1 및 제 2 광전 변환 소자들(PD1, PD2) 및 유기 광전 변환 소자(OPD)는 입사광에 비례하여 광전하들을 생성할 수 있다.
제 1 광전 변환 소자(PD1)는 제 1 파장 대역의 입사광(L1)에 대응하는 제 1 광전하들을 생성할 수 있다. 제 2 광전 변환 소자(PD2)는 제 2 파장 대역의 입사광(L2)에 대응하는 제 2 광전하들을 생성할 수 있다. 유기 광전 변환 소자(OPD)는 제 3 파장 대역의 입사광(L3)에 대응하는 제 3 광전하들을 생성할 수 있다. 여기서, 제 1 파장 대역은 제 3 파장 대역보다 길고, 제 2 파장 대역은 제 3 파장 대역보다 짧을 수 있다. 예를 들어, 제 1 파장 대역의 입사광(L1)은 적색을 나타내고, 제 2 파장 대역의 입사광(L2)은 청색을 나타내고, 제 3 파장 대역의 입사광(L3)은 녹색을 나타낼 수 있다.
제 1 파장 대역의 입사광(L1)은 유기 광전 변환 소자(OPD) 및 제 1 컬러 필터(CF1)를 통과하여 제 1 광전 변환 소자(PD1)로 입사될 수 있으며, 제 2 파장 대역의 입사광(L2)은 유기 광전 변환 소자(OPD) 및 제 2 컬러 필터(CF2)를 통과하여 제 2 광전 변환 소자(PD2)로 입사될 수 있다. 제 3 파장 대역의 입사광(L3)은 유기 광전 변환 소자(OPD)로 입사될 수 있다.
제 1 광전 변환 소자(PD1)를 포함하는 단위 픽셀(Px)에서, 제 1 파장 대역의 입사광(L1)에 대응하여 제 1 픽셀 신호(S1)가 출력될 수 있으며, 제 2 광전 변환 소자(PD2)를 포함하는 단위 픽셀에서, 제 2 파장 대역의 입사광(L2)에 대응하여 제 2 픽셀 신호(S2)가 출력될 수 있다. 또한, 단위 픽셀들(Px)의 유기 광전 변환 소자들(OPD)로부터 제 3 파장 대역의 입사광(L3)에 대응하여 제 3 픽셀 신호(S3)가 출력될 수 있다.
도 12는 도 11의 블록도에 따른 이미지 센서의 단면도이다. 본 실시예에 따른 이미지 센서는, 제 1 광전 변환층(10) 및 광 투과층(30)을 포함할 수 있으며, 광 투과층(30) 내에 제 2 광전 변환층(40)이 제공될 수 있다. 제 2 광전 변환층(40)은 상하부 전극들(355, 351) 및 이들 사이의 유기 광전 변환층(353)을 포함할 수 있다.
하부 전극들(351)은, 단위 픽셀들(PX)에 각각 대응하여 배치될 수 있으며, 서로 이격될 수 있다. 하부 전극들(351)은 투명한 도전 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하부 전극들(351)은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ZnO(Zinc Oxide), SnO2, ATO(antimony-doped tin oxide), AZO(Al-doped zinc oxide), GZO(gallium-doped zinc oxide), TiO2 또는 FTO(fluorine-doped tin oxide)을 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 하부 전극들(351)은 제 4 층간 절연막(339) 내에 배치되고 제 4 층간 절연막(339)을 사이에 두고 컬러 필터들(303)과 이격될 수 있다. 하부 전극들(351)은 반도체 기판(100) 내의 관통 전극들(미도시)과 연결될 수 있다.
유기 광전 변환층(353)은 특정 파장 대역의 광선만을 선택적으로 흡수하여 광전 변환을 일으킬 수 있다. 유기 광전 변환층(353)은 p형 유기 반도체 물질 및 n형 유기 반도체 물질을 포함할 수 있으며, p형 유기 반도체 물질과 n형 유기 반도체 물질은 pn접합을 형성할 수 있다. 다른 실시예들에서, 유기 광전 변환층(353)은 양자점(quantum dot) 또는 칼코게나이드(chalcogenide)를 포함할 수 있다. 상부 전극(355)은 투명 도전 물질을 포함할 수 있으며, 단위 픽셀들(PX) 전체를 덮을 수 있다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명은 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수도 있다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.

Claims (20)

  1. 단위 픽셀들;
    상기 단위 픽셀들 상에 제공되고 컬러 필터들을 포함하는 컬러 필터 어레이;
    상기 단위 픽셀들과 상기 컬러 필터 어레이 사이에 배치되는 반사 방지막; 및
    하부가 상기 반사 방지막에 매립되고, 상부가 상기 컬러 필터들을 서로 분리하는 펜스 패턴을 포함하고,
    상기 펜스 패턴의 상기 상부의 폭은 상기 하부의 폭보다 큰 이미지 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사 방지막은 차례로 적층된 제 1 서브막, 제 2 서브막 및 제 3 서브막을 포함하고,
    상기 펜스 패턴은 상기 제 3 서브막을 관통하는 이미지 센서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 펜스 패턴은 상기 제 2 서브막을 관통하는 이미지 센서.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 펜스 패턴은 상기 제 1 서브막을 관통하는 이미지 센서.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 3 서브막은 상기 제 2 서브막보다 두껍고,
    상기 제 2 서브막은 상기 제 1 서브막보다 두꺼운 이미지 센서.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 서브막은 하프늄 산화막, 탄탈륨 산화막, 또는 티타늄 산화막을 포함하는 이미지 센서.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 반사 방지막은 상기 제 3 서브막 상의 제 4 서브막을 더 포함하고,
    상기 제 4 서브막은 상기 펜스 패턴에 의하여 관통되는 이미지 센서.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 4 서브막은 상기 제 2 서브막과 동일한 물질을 포함하는 이미지 센서.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 단위 픽셀들은 광전 변환 영역들을 포함하고,
    상기 이미지 센서는 상기 광전 변환 영역들을 분리하는 분리 패턴을 포함하고,
    상기 펜스 패턴은 상기 분리 패턴과 오버랩되는 이미지 센서.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 펜스 패턴과 상기 분리 패턴은 각각 그리드(grid) 형상을 갖는 이미지 센서.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 펜스 패턴의 하면은 상기 분리 패턴의 상면과 접하는 이미지 센서.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 펜스 패턴의 하부 폭은 상기 분리 패턴의 상부 폭보다 작은 이미지 센서.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 펜스 패턴의 굴절률은 1.3보다 낮은 이미지 센서.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 컬러 필터 패턴들과 상기 반사 방지막 사이에 제공되고 상기 펜스 패턴들의 상면을 덮는 배리어층을 더 포함하는 이미지 센서.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 펜스 패턴의 상면은 상기 컬러 필터들의 상면보다 높은 이미지 센 서.
  16. 단위 픽셀들;
    상기 단위 픽셀들 상에 제공되고 컬러 필터들을 포함하는 컬러 필터 어레이;
    상기 단위 픽셀들과 상기 컬러 필터 어레이 사이에 배치되는 반사 방지막; 및
    하부가 상기 반사 방지막에 매립되고, 상부가 상기 컬러 필터들을 서로 분리하는 펜스 패턴을 포함하고,
    상기 펜스 패턴의 상기 상부의 폭은 상기 하부의 폭보다 크고,
    성가 반사 방지막은 상기 펜스 패턴에 의하여 상기 단위 픽셀들 별로 분리되는 이미지 센서.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 단위 픽셀들은 광전 변환 영역들을 포함하고,
    상기 이미지 센서는 상기 광전 변환 영역들을 분리하는 분리 패턴을 포함하고,
    상기 펜스 패턴은 상기 분리 패턴과 오버랩되고,
    상기 펜스 패턴의 하면은 상기 분리 패턴의 상면과 접하는 이미지 센서.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 펜스 패턴의 하부 폭은 상기 분리 패턴의 상부 폭보다 작은 이미지 센서.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 컬러 필터 패턴들과 상기 반사 방지막 사이에 제공되고 상기 펜스 패턴들의 상면을 덮는 배리어층을 더 포함하는 이미지 센서.
  20. 단위 픽셀들을 포함하는 기판을 제공하는 것;
    상기 기판의 제 1 면 상에 반사 방지막 및 희생막을 차례로 형성하는 것;
    상기 희생막 및 상기 반사 방지막을 패터닝하여 트렌치를 형성하는 것;
    상기 트렌치를 채우는 펜스 패턴을 형성하는 것; 및
    상기 희생막을 제거하여 상기 펜스 패턴의 측벽 및 상기 반사 방지막의 상면에 의하여 정의되는 오프닝들을 형성하는 것; 및
    상기 오프닝들 내에 컬러 필터들을 형성하는 것을 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102632485B1 (ko) * 2019-06-12 2024-02-01 삼성전자주식회사 이미지 센서
KR20220014951A (ko) 2020-07-29 2022-02-08 삼성전자주식회사 이미지 센서
KR20220045665A (ko) * 2020-10-06 2022-04-13 삼성전자주식회사 이미지 센서
KR20220089408A (ko) 2020-12-21 2022-06-28 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센싱 장치
JP2023002902A (ja) * 2021-06-23 2023-01-11 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置および電子機器
JP2023003522A (ja) * 2021-06-24 2023-01-17 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光検出装置及び電子機器
JP2023006303A (ja) 2021-06-30 2023-01-18 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子および製造方法、並びに、電子機器
US20230009280A1 (en) * 2021-07-06 2023-01-12 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensor
KR20230021200A (ko) * 2021-08-04 2023-02-14 삼성전자주식회사 이미지 센서
WO2024100993A1 (ja) * 2022-11-10 2024-05-16 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160029735A (ko) * 2013-07-03 2016-03-15 소니 주식회사 고체 촬상 장치 및 그 제조 방법, 및 전자 기기
US20160276394A1 (en) * 2015-03-20 2016-09-22 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Composite grid structure to reduce crosstalk in back side illumination image sensors
WO2017073321A1 (ja) * 2015-10-26 2017-05-04 ソニー株式会社 固体撮像装置およびその製造方法、並びに電子機器

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010067827A (ja) 2008-09-11 2010-03-25 Fujifilm Corp 固体撮像素子及び撮像装置
JP2014022448A (ja) * 2012-07-13 2014-02-03 Toshiba Corp 固体撮像装置
JP2014022649A (ja) 2012-07-20 2014-02-03 Nikon Corp 固体撮像素子、撮像装置、及び電子機器
US20140339606A1 (en) 2013-05-16 2014-11-20 Visera Technologies Company Limited Bsi cmos image sensor
JP6060851B2 (ja) * 2013-08-09 2017-01-18 ソニー株式会社 固体撮像装置の製造方法
US9786704B2 (en) 2015-09-10 2017-10-10 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. CMOS image sensor structure with crosstalk improvement
KR102491580B1 (ko) * 2015-12-15 2023-01-25 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 그 제조 방법
DE102016124298B4 (de) * 2015-12-15 2023-11-30 Samsung Electronics Co., Ltd. Bildsensoren und Verfahren zum Bilden von Bildsensoren
KR102506837B1 (ko) 2017-11-20 2023-03-06 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 그 제조 방법
KR102606735B1 (ko) * 2018-06-19 2023-11-28 에스케이하이닉스 주식회사 반사 방지층 내에 매립된 그리드 패턴들을 갖는 이미지 센서

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160029735A (ko) * 2013-07-03 2016-03-15 소니 주식회사 고체 촬상 장치 및 그 제조 방법, 및 전자 기기
US20160276394A1 (en) * 2015-03-20 2016-09-22 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Composite grid structure to reduce crosstalk in back side illumination image sensors
WO2017073321A1 (ja) * 2015-10-26 2017-05-04 ソニー株式会社 固体撮像装置およびその製造方法、並びに電子機器

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