KR20210097332A - 이미지 센서 - Google Patents

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곽평수
김병훈
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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서는, 매트릭스 형태로 배열된 복수의 DPD(deep photodiode)들, 서로 인접하는 상기 DPD들 사이에서 제1 방향을 따라 제1 거리만큼 이격되어 연속적으로 배열되는 제1 DPD 분리층들, 및 서로 인접하는 상기 DPD들 사이에서 제2 방향을 따라 제2 거리만큼 이격되어 연속적으로 배열되는 제2 DPD 분리층들을 포함하고, 상기 제1 DPD 분리층들과 상기 제2 DPD 분리층들을 포함하는 기판 내에서 상기 서로 인접하는 제1 DPD 분리층들 사이의 영역 및 상기 서로 인접하는 제2 DPD 분리층들 사이의 영역이 겹쳐지는 영역에 공백 영역이 형성될 수 있다.

Description

이미지 센서{Image Sensor}
본 개시는 입사광에 대응하는 전기적 신호를 생성할 수 있는 이미지 센서에 관한 것이다.
이미지 센서는 빛에 반응하는 반도체의 성질을 이용하여 이미지를 캡쳐(capture)하는 장치이다. 최근 들어, 컴퓨터 산업과 통신 산업의 발달에 따라 스마트폰, 디지털 카메라, 게임기기, 사물 인터넷(Internet of Things), 로봇, 경비용 카메라, 의료용 마이크로 카메라 등 다양한 분야에서 성능이 향상된 이미지 센서의 수요가 증대되고 있다.
이미지 센서는 크게 CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서와, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서로 구분될 수 있다. CCD 이미지 센서는 CMOS 이미지 센서에 비해 잡음(noise)이 적고, 화질이 우수하다. 하지만, CMOS 이미지 센서는 구동 방식이 간편하고 다양한 스캐닝(scanning) 방식으로 구현 가능하다. 또한, CMOS 이미지 센서는 신호 처리 회로를 단일 칩에 집적할 수 있어 제품의 소형화가 용이하고 전력 소모가 매우 낮으며, CMOS 공정 기술을 호환하여 사용할 수 있어 제조 단가가 낮다. 최근에는 모바일 기기에 보다 적합한 특성으로 인하여 CMOS 이미지 센싱 장치가 많이 이용되고 있다.
본 발명의 기술적 사상은 소형화된 픽셀을 가진 이미지 센서의 제조 과정에서 향상된 수율과 품질을 제공하기 위함이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 문서에 개시되는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서는, 매트릭스 형태로 배열된 복수의 DPD(deep photodiode)들, 서로 인접하는 상기 DPD들 사이에서 제1 방향을 따라 제1 거리만큼 이격되어 연속적으로 배열되는 제1 DPD 분리층들, 및 서로 인접하는 상기 DPD들 사이에서 제2 방향을 따라 제2 거리만큼 이격되어 연속적으로 배열되는 제2 DPD 분리층들을 포함하고, 상기 제1 DPD 분리층들과 상기 제2 DPD 분리층들을 포함하는 기판 내에서 상기 서로 인접하는 제1 DPD 분리층들 사이의 영역 및 상기 서로 인접하는 제2 DPD 분리층들 사이의 영역이 겹쳐지는 영역에 공백 영역이 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 이미지 센서는, 2x2 매트릭스 형태로 배열된 복수의 DPD들, 서로 인접하는 상기 DPD들 사이에서 제1 방향을 따라 제1 거리만큼 이격되어 연속적으로 배열되는 제1 DPD 분리층들, 및 서로 인접하는 상기 DPD들 사이에서 제2 방향을 따라 제2 거리만큼 이격되어 연속적으로 배열되는 제2 DPD 분리층들을 포함하고, 상기 제1 DPD 분리층들과 상기 제2 DPD 분리층들을 포함하는 기판 내에서 상기 복수의 DPD들의 중심에 해당하는 영역에 공백 영역이 형성될 수 있다.
본 문서에 개시되는 실시 예들에 따르면, 이미지 센서의 성능을 저하시키지 않으면서도 공정 안정성을 확보할 수 있는 제조 방법이 제공될 수 있다.
이 외에, 본 문서를 통해 직접적 또는 간접적으로 파악되는 다양한 효과들이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 나타낸 블록도이다.
도 2는 도 1에 표시된 직선에 따른 단면의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 3은 픽셀 어레이의 제1 실시예에 따른 레이아웃을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 제1 DPD 분리층을 형성하기 위한 제1 포토 레지스트의 일 실시예에 대한 평면도이다.
도 5는 도 3에 도시된 제2 DPD 분리층을 형성하기 위한 제2 포토 레지스트의 일 실시예에 대한 평면도이다.
도 6은 도 4에 도시된 제1 포토 레지스트에 대한 사시도이다.
도 7은 픽셀 어레이의 제2 실시예에 따른 레이아웃을 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7에 도시된 제1 DPD 분리층을 형성하기 위한 제1 포토 레지스트의 일 실시예에 대한 평면도이다.
도 9는 도 7에 도시된 제2 DPD 분리층을 형성하기 위한 제2 포토 레지스트의 일 실시예에 대한 평면도이다.
도 10은 도 8에 도시된 제1 포토 레지스트에 대한 사시도이다.
도 11a는 제1 공정에서의 픽셀 어레이의 레이아웃을 나타낸다.
도 11b는 도 11a에 도시된 레이아웃을 제1 절단선에 따라 절단한 단면을 나타낸다.
도 11c는 도 11a에 도시된 레이아웃을 제2 절단선에 따라 절단한 단면을 나타낸다.
도 12a는 제2 공정에서의 픽셀 어레이의 레이아웃을 나타낸다.
도 12b는 도 12a에 도시된 레이아웃을 제1 절단선에 따라 절단한 단면을 나타낸다.
도 12c는 도 12a에 도시된 레이아웃을 제2 절단선에 따라 절단한 단면을 나타낸다.
도 13a는 제3 공정에서의 픽셀 어레이의 레이아웃을 나타낸다.
도 13b는 도 13a에 도시된 레이아웃을 제1 절단선에 따라 절단한 단면을 나타낸다.
도 13c는 도 13a에 도시된 레이아웃을 제2 절단선에 따라 절단한 단면을 나타낸다.
도 14a는 제4 공정에서의 픽셀 어레이의 레이아웃을 나타낸다.
도 14b는 도 14a에 도시된 레이아웃을 제1 절단선에 따라 절단한 단면을 나타낸다.
도 14c는 도 14a에 도시된 레이아웃을 제2 절단선에 따라 절단한 단면을 나타낸다.
도 15a는 제5 공정에서의 픽셀 어레이의 레이아웃을 나타낸다.
도 15b는 도 15a에 도시된 레이아웃을 제1 절단선에 따라 절단한 단면을 나타낸다.
도 15c는 도 15a에 도시된 레이아웃을 제2 절단선에 따라 절단한 단면을 나타낸다.
도 16a는 제6 공정에서의 픽셀 어레이의 레이아웃을 나타낸다.
도 16b는 도 16a에 도시된 레이아웃을 제1 절단선에 따라 절단한 단면을 나타낸다.
도 16c는 도 16a에 도시된 레이아웃을 제2 절단선에 따라 절단한 단면을 나타낸다.
도 17a는 제7 공정에서의 픽셀 어레이의 레이아웃을 나타낸다.
도 17b는 도 17a에 도시된 레이아웃을 제1 절단선에 따라 절단한 단면을 나타낸다.
도 17c는 도 17a에 도시된 레이아웃을 제2 절단선에 따라 절단한 단면을 나타낸다.
이하, 본 발명의 다양한 실시 예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 실시 예의 다양한 변경(modification), 균등물(equivalent), 및/또는 대체물(alternative)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 이미지 센서(100)는 CMOS(Complementary metal-oxide-semiconductor) 이미지 센서로서, 픽셀 어레이(pixel array, 110), 로우 디코더(row decoder, 120), 상관 이중 샘플러(Correlate Double Sampler; CDS, 130), 아날로그-디지털 컨버터(Analog-Digital Converter; ADC, 140), 출력 버퍼(output buffer, 150), 컬럼 디코더(column decoder, 160) 및 타이밍 컨트롤러(timing controller, 170) 를 포함할 수 있다. 여기서, 이미지 센서(100)의 각 구성은 예시적인 것에 불과하며, 필요에 따라 적어도 일부의 구성이 추가되거나 생략될 수 있다.
픽셀 어레이(110)는 2차원으로 배열된 복수의 단위 픽셀들(Unit Pixels, 200)을 포함할 수 있다. 복수의 단위 픽셀들은 각각 또는 적어도 2이상의 단위 픽셀들이 적어도 하나의 소자를 공유하는 공유 픽셀(shared pixel) 단위로 광 신호를 전기적 신호로 변환할 수 있다. 각 단위 픽셀 또는 공유 픽셀은 3T 픽셀, 4T 픽셀 또는 5T 픽셀에 해당할 수 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다. 픽셀 어레이(110)는 로우 디코더(120)로부터 로우 선택 신호, 픽셀 리셋 신호 및 전송 신호 등을 포함하는 구동 신호를 수신할 수 있으며, 구동 신호에 의하여 픽셀 어레이(110)는 구동될 수 있다.
로우 디코더(120)는 타이밍 컨트롤러(170)의 제어에 따라 픽셀 어레이(110)를 구동할 수 있다. 구체적으로, 로우 디코더(120)는 픽셀 어레이(110)의 적어도 하나의 로우를 선택할 수 있다. 로우 디코더(120)는 복수의 로우들 중 적어도 하나의 로우를 선택하기 위하여 로우 선택 신호를 생성할 수 있다. 그리고, 로우 디코더(120)는 선택된 적어도 하나의 로우에 대응하는 픽셀들에 대해 픽셀 리셋 신호 및 전송 신호를 순차적으로 인에이블시킬 수 있다. 이에 따라, 선택된 로우의 픽셀들 각각으로부터 생성되는 아날로그 형태의 기준 신호와 영상 신호가 순차적으로 상관 이중 샘플러(130)로 전달될 수 있다. 여기서, 기준 신호와 영상 신호는 픽셀 신호로 통칭될 수 있다.
상관 이중 샘플러(130)는 픽셀 어레이(110)로부터 복수의 컬럼 라인들 각각에 제공되는 기준 신호와 영상 신호를 순차적으로 샘플링 및 홀딩(sampling and holding)할 수 있다. 즉, 상관 이중 샘플러(130)는 픽셀 어레이(110)의 컬럼들 각각에 대응하는 기준 신호와 영상 신호의 레벨을 샘플링하고 홀딩할 수 있다.
상관 이중 샘플러(130)는 타이밍 컨트롤러(170)의 제어에 따라 컬럼들 각각의 기준 신호와 영상 신호를 상관 이중 샘플링 신호로서 ADC(140)로 전달할 수 있다.
ADC(140)는 상관 이중 샘플러(130)로부터 출력되는 각각의 컬럼들에 대한 상관 이중 샘플링 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력할 수 있다. ADC(140)는 각각의 컬럼에 대한 상관 이중 샘플링 신호 및 타이밍 컨트롤러(170)로부터 제공되는 램프 신호(ramp signal)를 기반으로 카운팅 동작과 연산 동작을 수행함에 따라 각각의 컬럼에 해당하는 노이즈(예컨대, 각 픽셀 고유의 리셋 노이즈)가 제거된 디지털 형태의 영상 데이터를 생성할 수 있다.
ADC(140)는 픽셀 어레이(110)의 컬럼들 각각에 대응하는 복수의 컬럼 카운터들을 포함하고, 컬럼 카운터들을 이용하여 컬럼들 각각에 대응되는 상관 이중 샘플링 신호를 디지털 신호로 변환시켜 영상 데이터를 생성할 수 있다. 다른 실시예에 따라, ADC(140)는 하나의 글로벌 카운터를 포함하고, 글로벌 카운터에서 제공되는 글로벌 코드를 이용하여 컬럼들 각각에 대응되는 상관 이중 샘플링 신호를 디지털 신호로 변환시킬 수 있다.
출력 버퍼(150)는 ADC(140)에서 제공되는 각각의 컬럼 단위의 영상 데이터를 캡쳐하여 출력할 수 있다. 출력 버퍼(150)는 타이밍 컨트롤러(170)의 제어에 따라 ADC(140)에서 출력되는 영상 데이터를 일시 저장할 수 있다. 출력 버퍼(150)는 이미지 센서(100)와 연결된 다른 장치 사이의 전송(또는 처리) 속도 차이를 보상해주는 인터페이스로서 동작할 수 있다.
컬럼 디코더(160)는 타이밍 컨트롤러(170)의 제어에 따라 출력 버퍼(150)의 컬럼을 선택하고, 선택된 출력 버퍼(150) 컬럼에 일시 저장된 영상 데이터가 순차적으로 출력될 수 있다. 구체적으로, 컬럼 디코더(160)는 타이밍 컨트롤러(170)로부터 어드레스 신호를 수신할 수 있으며, 컬럼 디코더(160)는 어드레스 신호를 기반으로 컬럼 선택 신호를 생성하여 출력 버퍼(150)의 컬럼을 선택함으로써, 선택된 출력 버퍼(150)의 컬럼으로부터 영상 데이터가 출력 신호(SO)로 출력되도록 제어할 수 있다.
타이밍 컨트롤러(170)는 로우 디코더(120), ADC(140), 출력 버퍼(150) 및 컬럼 디코더(160)를 제어할 수 있다.
타이밍 컨트롤러(170)는 이미지 센서(100)의 각 구성의 동작에 요구되는 클럭 신호, 타이밍 컨트롤을 위한 제어 신호, 및 로우 또는 컬럼을 선택하기 위한 어드레스 신호들을 로우 디코더(120), 컬럼 디코더(160), ADC(140) 및 출력 버퍼(150)에 제공할 수 있다. 실시예에 따라, 타이밍 컨트롤러(170)는 로직 제어회로(Logic control circuit), 위상 고정 루프(Phase Lock Loop, PLL) 회로, 타이밍 컨트롤 회로(timing control circuit) 및 통신 인터페이스 회로(communication interface circuit) 등을 포함할 수 있다.
도 2는 도 1에 표시된 직선에 따른 단면의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 도 1에 표시된 직선(A-A')에 따른 단위 픽셀(200)의 단면이 도시되어 있다. 여기서, 단위 픽셀(200)은 픽셀 어레이(110)에 포함된 임의의 단위 픽셀을 의미하며, 픽셀 어레이(110)에 포함된 다른 단위 픽셀들 역시 실질적으로 동일한 구조를 가질 수 있다. 또한, 직선(A-A')은 픽셀 어레이(110)의 로우(row) 방향을 따라 연장된 것으로 도시되어 있으나, 픽셀 어레이(110)의 컬럼(column) 방향을 따라 연장된 직선일 수도 있다.
단위 픽셀(200)은 크게 기판 영역(300)과 광 입사 영역(400)을 포함할 수 있다.
먼저 기판 영역(300)은 포토 다이오드(310) 및 분리층(340)을 포함할 수 있다. 도 2에서는 포토 다이오드(310) 및 분리층(340)이 직선적인 형태로 도시되었으나, 도 11a 이하에서 도시되는 바와 같이 이온 주입 공정에 의해 형성되면서 곡선적인 형태를 가질 수도 있다.
기판 영역(300)은 예를 들어, P형 또는 N형 벌크(bulk) 기판, P형 벌크 기판에 P형 또는 N형 에피택셜층(epitaxial layer)이 성장된 기판, 또는 N형 벌크 기판에 P형 또는 N형 에피택셜층이 성장된 기판에 포토 다이오드(310) 및 분리층(340)에 해당하는 불순물이 이온 주입 공정(ion implant)을 통해 형성된 영역일 수 있다.
포토 다이오드(310)는 입사광의 광량에 대응하는 광전하를 생성 및 축적할 수 있다. 일 실시예에 따라, 포토 다이오드(310)는 N형 이온을 주입하는 이온 주입 공정을 통해 N형 도핑 영역으로 형성될 수 있다. 포토 다이오드(310)는 복수의 도핑 영역들이 적층된 형태로 형성될 수 있다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 포토 다이오드(310)는 기판 영역(300)의 상부에 형성된 얕은 포토 다이오드(shallow photodiode; SPD, 320) 및 기판 영역(300)의 하부에 형성된 깊은 포토 다이오드(deep photodiode; DPD, 330)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, DPD(330)는 N+형 이온이 주입되어 형성될 수 있고, SPD(320)은 N-형 이온이 주입되어 형성될 수 있다. 다른 실시예에 따라, SPD(320)와 DPD(330)는 동일한 도핑 농도로 형성될 수도 있다.
분리층(340)은 서로 인접하는 픽셀들의 포토 다이오드들(310)의 전기적 분리 및 광학적 분리를 위해 수직으로 깊게 연장된 형태를 가질 수 있다. 분리층(340)은 서로 인접하는 SPD들(320)을 분리하기 위해 서로 인접하는 SPD들(320) 사이에 배치되는 SPD 분리층(350), 및 서로 인접하는 DPD들(330)을 분리하기 위해 서로 인접하는 DPD들(330) 사이에 배치되는 DPD 분리층(360)을 포함할 수 있다. 따라서, SPD 분리층(350)과 DPD 분리층(360)은 수직 방향으로 적층될 수 있다. 일 실시예에 따라, SPD 분리층(350)과 DPD 분리층(360)은 각각 P+형 이온을 주입하는 이온 주입 공정을 통해 P형 도핑 영역으로 형성될 수 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.
한편, 광 입사 영역(400)은 기판 영역(300)의 상부에 형성될 수 있고, 외부로부터 수신되는 입사광이 메인 렌즈(미도시)를 거쳐 포토 다이오드(310)에 도달하기 전에 통과하는 영역일 수 있다. 광 입사 영역(400)은 컬러 필터(410), 그리드(420) 및 마이크로 렌즈(430)를 포함할 수 있다.
컬러 필터(410)는 기판 영역(300)의 상부에 형성될 수 있고, 특정 파장 대역의 광(예컨대, 레드(Red), 그린(Green), 블루(Blue), 마젠타(Magenta), 옐로우(Yellow), 사이언(Cyan) 등)을 선택적으로 투과시킬 수 있다. 실시예에 따라, 컬러 필터(410)는 단위 픽셀(200)이 깊이 픽셀(depth pixel)에 해당하는 경우 생략되거나 적외광 통과 필터로 대체될 수 있다. 일 실시예에 따라, 컬러 필터(410)와 기판 영역(300)의 사이에는 반사 방지막(미도시)이 더 포함될 수 있다.
그리드(420)는 서로 인접하는 컬러 필터들(410) 사이에 배치되어, 컬러 필터(410)를 통과한 입사광이 다른 단위 픽셀로 넘어가게 되는 광학적 크로스토크를 방지할 수 있다. 그리드(420)는 광 흡수율이 높은 재질(예컨대, 텅스텐) 또는 굴절율이 컬러 필터(410)에 비해 상대적으로 낮아 반사를 유도하는 재질(예컨대, 실리콘 절연막, 에어)을 포함할 수 있다.
마이크로 렌즈(430)는 컬러 필터(410)의 상부에 형성될 수 있고, 입사광에 대한 집광력(light gathering power)을 높여 포토 다이오드(310)의 수광 효율을 향상시킬 수 있다. 일 실시예에 따라, 외부로부터 입사되는 광의 난반사를 방지하여 플레어 특성을 억제할 수 있는 오버 코팅층(미도시)이 더 구비될 수 있다.
도 3은 픽셀 어레이의 제1 실시예에 따른 레이아웃을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 도 3 이하에서는 설명의 편의상 픽셀 어레이(110)가 5x5 매트릭스 형태로 배열된 단위 픽셀들을 포함하는 픽셀 어레이(500)로 가정하고 설명하기로 한다.
도 3에 도시된 픽셀 어레이(500)는 각 단위 픽셀에 포함된 제1 DPD 분리층(510), 제2 DPD 분리층(520) 및 DPD(530)의 레이아웃을 포함한다.
제1 DPD 분리층(510)과 제2 DPD 분리층(520)은 도 2에서 설명된 DPD 분리층(360)에 대응하며, DPD(530)는 도 2에서 설명된 DPD(330)에 대응할 수 있다.
DPD(530)는 소정의 간격만큼 이격되어 픽셀 어레이(500)의 로우 방향 및 컬럼 방향을 따라 5x5 매트릭스 형태로 배열될 수 있다.
제1 DPD 분리층(510)은 서로 인접하는 DPD들(530) 사이에서 제1 방향(즉, 픽셀 어레이(500)의 로우 방향)을 따라 제1 거리만큼 이격되어 연속적으로 배열될 수 있다. 즉, 연속적으로 배열된 제1 DPD 분리층들(510)은 점선 형태를 나타낼 수 있다. 제1 DPD 분리층(510)은 DPD(530)의 가로 길이 이상의 가로 길이를 가질 수 있고, 컬럼 방향으로 서로 인접하는 DPD들(530)이 이격된 간격 이하의 세로 길이를 가질 수 있다. 제1 거리는 로우 방향으로 서로 인접하는 DPD들(530)이 이격된 간격 이하일 수 있으나, 다른 실시예에 따라 로우 방향으로 서로 인접하는 DPD들(530)이 이격된 간격을 초과할 수도 있다.
제2 DPD 분리층(520)은 서로 인접하는 DPD들(530) 사이에서 제2 방향(즉, 픽셀 어레이(500)의 컬럼 방향)을 따라 제2 거리만큼 이격되어 연속적으로 배열될 수 있다. 즉, 연속적으로 배열된 제2 DPD 분리층들(520)은 점선 형태를 나타낼 수 있다. 제2 DPD 분리층(520)은 DPD(530)의 세로 길이 이상의 세로 길이를 가질 수 있고, 로우 방향으로 서로 인접하는 DPD들(530)이 이격된 간격 이하의 가로 길이를 가질 수 있다. 제2 거리는 컬럼 방향으로 서로 인접하는 DPD들(530)이 이격된 간격 이하일 수 있으나, 다른 실시예에 따라 컬럼 방향으로 서로 인접하는 DPD들(530)이 이격된 간격을 초과할 수도 있다.
여기서, 제1 거리와 제2 거리는 서로 동일할 수도 있고, 서로 다를수도 있다.
제1 DPD 분리층(510)과 제2 DPD 분리층(520)의 배열이 점선 형태를 가짐에 따라, 서로 인접하는 제1 DPD 분리층들(510) 사이의 영역과 서로 인접하는 제2 DPD 분리층들(520) 사이의 영역이 겹쳐지는 영역에 공백 영역(540)이 배치될 수 있다. 달리 표현하면, 2x2 매트릭스 형태로 배열된 4개의 DPD들(530)의 중심, 또는 제1 방향을 따라 배열된 제1 DPD 분리층들(510)을 잇는 연장선과 제2 방향을 따라 배열된 제2 DPD 분리층들(520)을 잇는 연장선의 교차 영역에 공백 영역(540)이 배치될 수 있다.
이러한 공백 영역(540)에는 제1 DPD 분리층(510)과 제2 DPD 분리층(520) 중 어느 하나도 배치되지 않을 수 있다. 또한, 공백 영역(540)은 제1 거리의 가로 길이와 제2 거리의 세로 길이를 가질 수 있다.
도 4는 도 3에 도시된 제1 DPD 분리층을 형성하기 위한 제1 포토 레지스트의 일 실시예에 대한 평면도이다.
도 4를 참조하면, 제1 포토 레지스트(600)는 제1 DPD 분리층(510)을 형성하기 위한 이온 주입 공정시 사용되는 포토 레지스트 패턴(photo resist pattern)일 수 있다. 제1 포토 레지스트(600)는 광 또는 전자선에 반응하는 고분자 화합물로 구성될 수 있다.
제1 포토 레지스트(600)는 메인 패턴(610), 지지 패턴(620) 및 오픈 영역(630)을 포함할 수 있다. 제1 포토 레지스트(600)는 전체가 하나로 연결된 사다리 형태를 가질 수 있다.
메인 패턴(610)은 제1 방향을 따라 연장된 직선 형태를 가지며, 메인 패턴(610)의 폭은 컬럼 방향으로 서로 인접한 제1 DPD 분리층들(510) 사이의 간격과 동일할 수 있다.
지지 패턴(620)은 서로 인접하는 메인 패턴들(610)을 잇는 형태를 가지며, 지지 패턴(620)의 가로 길이는 제1 거리와 동일하고 지지 패턴(620)의 세로 길이는 제1 DPD 분리층(510)의 세로 길이와 동일할 수 있다. 한편, 서로 인접하는 지지 패턴들(620) 간의 간격은 제1 DPD 분리층(510)의 가로 길이와 동일할 수 있다.
메인 패턴(610)과 지지 패턴(620)에 대한 설명 중 동일하다는 의미는 물리적으로 완전히 동일한 경우뿐 아니라 동일한 것에 근사할 정도로 유사한 경우(실질적으로 동일한 경우)를 포함하는 개념일 수 있다.
오픈 영역(630)은 서로 인접하는 메인 패턴들(610) 사이의 영역과 서로 인접하는 지지 패턴들(620) 사이의 영역으로 정의되는 개방된 영역을 의미하며, 이온 주입 공정시 오픈 영역(630)을 통해 제1 DPD 분리층(510)을 형성하기 위한 이온이 주입될 수 있다.
도 5는 도 3에 도시된 제2 DPD 분리층을 형성하기 위한 제2 포토 레지스트의 일 실시예에 대한 평면도이다.
도 5를 참조하면, 제2 포토 레지스트(700)는 제2 DPD 분리층(520)을 형성하기 위한 이온 주입 공정시 사용되는 포토 레지스트 패턴일 수 있다. 제2 포토 레지스트(700)는 광 또는 전자선에 반응하는 고분자 화합물로 구성될 수 있다.
제2 포토 레지스트(700)는 메인 패턴(710), 지지 패턴(720) 및 오픈 영역(730)을 포함할 수 있다. 제2 포토 레지스트(700)는 전체가 하나로 연결된 사다리 형태를 가질 수 있다.
메인 패턴(710)은 제2 방향을 따라 연장된 직선 형태를 가지며, 메인 패턴(710)의 폭은 컬럼 방향으로 서로 인접한 제2 DPD 분리층들(520) 사이의 간격과 동일할 수 있다.
지지 패턴(720)은 서로 인접하는 메인 패턴들(710)을 잇는 형태를 가지며, 지지 패턴(720)의 세로 길이는 제2 거리와 동일하고 지지 패턴(720)의 가로 길이는 제2 DPD 분리층(520)의 가로 길이와 동일할 수 있다. 한편, 서로 인접하는 지지 패턴들(720) 간의 간격은 제2 DPD 분리층(520)의 세로 길이와 동일할 수 있다.
메인 패턴(710)과 지지 패턴(720)에 대한 설명 중 동일하다는 의미는 물리적으로 완전히 동일한 경우뿐 아니라 동일한 것에 근사할 정도로 유사한 경우(실질적으로 동일한 경우)를 포함하는 개념일 수 있다.
오픈 영역(730)은 서로 인접하는 메인 패턴들(710) 사이의 영역과 서로 인접하는 지지 패턴들(720) 사이의 영역으로 정의되는 개방된 영역을 의미하며, 이온 주입 공정시 오픈 영역(730)을 통해 제2 DPD 분리층(520)을 형성하기 위한 이온이 주입될 수 있다.
도 6은 도 4에 도시된 제1 포토 레지스트에 대한 사시도이다.
도 6을 참조하면, 도 4에 도시된 제1 포토 레지스트(600)의 사시도(650)가 도시되어 있다. 도 6에는 3개의 메인 패턴들(610) 만이 도시되어 있으나, 나머지 메인 패턴들도 지지 패턴들을 통해 일체로 형성될 수 있음에 유의하여야 한다.
도 6에서와 같이 제1 포토 레지스트(600)는 제1 DPD 분리층(510)을 형성하기에 충분한 높이를 가지도록 형성될 수 있다.
포토 다이오드(310)는 수광 효율을 나타내는 필 팩터(fill-factor)를 높이기 위해, 가능한 넓은 면적에 걸쳐 형성됨이 바람직하다. 그러나, 이미지 센서 칩의 사이즈가 소형화되고, 고해상도에 대한 수요가 높아짐에 따라 한 픽셀이 차지할 수 있는 면적은 점차 줄어드는 추세이며, 필 팩터를 높일 수 있도록 포토 다이오드(310)의 부피를 확보하기 위해 기판 영역(300)의 하부에도 DPD(330)가 형성될 수 있다.
그러나, 기판 영역(300)의 하부에 DPD(330)와 DPD 분리층(360)을 형성하기 위해서는 상당히 높은 에너지를 이용한 이온 주입 공정이 수행되어야 하며, 이러한 이온 주입 공정을 견디기 위해서는 포토 레지스트의 두께가 더욱 두꺼워져야 한다.
DPD 분리층(360)을 형성하기 위한 두꺼운 포토 레지스트를 형성하기 위해서는 포토 레지스트의 PR slope(평면에 대한 포토 레지스트 벽면의 기울기)이 증가할 수 밖에 없게 된다. 이러한 PR slope의 증가는 포토 레지스트의 형태 안정성을 저해하고 포토 레지스트의 쓰러짐 또는 기울어짐을 유발하게 되어 이온 주입 공정 후 DPD(330)의 품질이 악화될 수 있다.
또한, 좁은 패턴을 가진 두꺼운 포토 레지스트는 CD(critical dimension) 산포 비율의 하향(또는 타겟 CD의 균일도 저하)을 유발하여 이온 주입 공정 후 DPD(330)의 품질이 악화될 수 있다.
따라서, DPD 분리층(360)의 형성을 위해 각 DPD(330)에 상응하는 면적을 갖는 포토 레지스트보다는, 로우 방향으로 길게 연장된 패턴들을 포함하는 포토 레지스트를 이용해 로우 방향으로 길게 연장된 DPD 분리층을 형성한 뒤, 컬럼 방향으로 길게 연장된 패턴들을 포함하는 포토 레지스트를 이용해 컬럼 방향으로 길게 연장된 DPD 분리층을 형성하는 듀얼 패터닝(dual patterning) 방식이 공정 안정성 측면에서 유리할 수 있다.
그러나, 길게 연장된 패턴들 역시 매우 작은 폭을 가질 수 밖에 없어 포토 레지스트의 안정성이 낮으므로, 이온 주입 공정을 포함한 리소그래피 공정(lithography process) 도중 포토 레지스트의 쓰러짐이 발생할 수 있다. 예를 들어, 제1 포토 레지스트(600)와는 달리 지지 패턴(620)이 없이 메인 패턴(610)만으로 구성된 포토 레지스트의 경우 리소그래피 공정 과정에서 메인 패턴(610)은 인접한 메인 패턴(610) 방향으로 쓰러짐이 쉽게 발생할 수 있다. 이러한 메인 패턴(610)의 쓰러짐은 이미지 센서의 품질에 심각한 악영향을 끼침과 동시에 수율 저하의 원인이 될 수 있다.
그러나, 제1 포토 레지스트(600)는 일정 간격으로 배치되어 서로 인접하는 메인 패턴(610) 간의 간격을 유지하는 지지 패턴(620)을 포함하므로, 메인 패턴(610)의 쓰러짐을 방지할 수 있다. 여기서, 지지 패턴(620)의 폭(또는 제1 거리)은 메인 패턴(610)의 쓰러짐을 방지하면서도 제1 DPD 분리층(510)의 기능을 확보할 수 있도록 실험적으로 결정될 수 있다.
비록 제2 포토 레지스트(700)의 사시도는 도시되지 않았으나, 제1 포토 레지스트(600)에 대해 설명된 기술적 사상은 실질적으로 동일하게 적용될 수 있다.
제1 포토 레지스트(600)와 제2 포토 레지스트(700)를 이용한 이온 주입 공정 수행시 공백 영역(540)이 발생할 수 있으나, 공백 영역(540)의 사이즈가 서로 인접하는 DPD(530)의 물리적인 분리 성능 저하에 영향이 없도록 설정되는 경우 이미지 센서의 성능을 저하시키지 않으면서도 공정 안정성을 확보할 수 있게 된다.
도 7은 픽셀 어레이의 제2 실시예에 따른 레이아웃을 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 도 7에 도시된 픽셀 어레이(800)는 각 단위 픽셀에 포함된 제1 DPD 분리층(810, 815), 제2 DPD 분리층(820) 및 DPD(830)의 레이아웃을 포함한다.
제1 DPD 분리층(810, 815)과 제2 DPD 분리층(820)은 도 2에서 설명된 DPD 분리층(360)에 대응하며, DPD(830)는 도 2에서 설명된 DPD(330)에 대응할 수 있다.
DPD(830)는 소정의 간격만큼 이격되어 픽셀 어레이(800)의 로우 방향 및 컬럼 방향을 따라 5x5 매트릭스 형태로 배열될 수 있다.
제1 DPD 분리층(810)은 서로 인접하는 DPD들(830) 사이에서 제1 방향(즉, 픽셀 어레이(800)의 로우 방향)을 따라 연장되어 일체로 형성될 수 있다. 즉, 제1 DPD 분리층(810)은 실선 형태를 나타낼 수 있다. 제1 DPD 분리층(810)은 컬럼 방향으로 서로 인접하는 DPD들(830)이 이격된 간격 이하의 세로 길이를 가질 수 있다. 제1 DPD 분리층(810)은 제1 DPD 분리층(815)과 구별되도록 하기 위해 제3 DPD 분리층으로 정의될 수도 있다.
제1 DPD 분리층(815)은 서로 인접하는 DPD들(830) 사이에서 제1 방향을 따라 제1 거리만큼 이격되어 연속적으로 배열될 수 있다. 즉, 연속적으로 배열된 제1 DPD 분리층들(815)은 점선 형태를 나타낼 수 있다. 제1 DPD 분리층(815)은 DPD(830)의 가로 길이 이상의 가로 길이를 가질 수 있고, 컬럼 방향으로 서로 인접하는 DPD들(830)이 이격된 간격 이하의 세로 길이를 가질 수 있다. 제1 거리는 로우 방향으로 서로 인접하는 DPD들(830)이 이격된 간격 이하일 수 있으나, 다른 실시예에 따라 로우 방향으로 서로 인접하는 DPD들(830)이 이격된 간격을 초과할 수도 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제1 DPD 분리층(810)에 해당하는 로우와 제1 DPD 분리층(815)에 해당하는 로우는 제2 방향을 따라 교번적으로 배치될 수 있다.
제2 DPD 분리층(820)은 서로 인접하는 DPD들(830) 사이에서 제2 방향(즉, 픽셀 어레이(800)의 컬럼 방향)을 따라 연장되어 일체로 형성될 수 있다. 즉, 제2 DPD 분리층(820)은 실선 형태를 나타낼 수 있다. 제2 DPD 분리층(820)은 로우 방향으로 서로 인접하는 DPD들(830)이 이격된 간격 이하의 가로 길이를 가질 수 있다. 제2 DPD 분리층(820)은 제2 DPD 분리층(825)과 구별되도록 하기 위해 제4 DPD 분리층으로 정의될 수도 있다.
제2 DPD 분리층(825)은 서로 인접하는 DPD들(830) 사이에서 제2 방향을 따라 제2 거리만큼 이격되어 연속적으로 배열될 수 있다. 즉, 연속적으로 배열된 제2 DPD 분리층들(825)은 점선 형태를 나타낼 수 있다. 제2 DPD 분리층(825)은 DPD(830)의 세로 길이 이상의 세로 길이를 가질 수 있고, 로우 방향으로 서로 인접하는 DPD들(830)이 이격된 간격 이하의 가로 길이를 가질 수 있다. 제2 거리는 컬럼 방향으로 서로 인접하는 DPD들(830)이 이격된 간격 이하일 수 있으나, 다른 실시예에 따라 컬럼 방향으로 서로 인접하는 DPD들(830)이 이격된 간격을 초과할 수도 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제2 DPD 분리층(820)에 해당하는 로우와 제1 DPD 분리층(825)에 해당하는 로우는 제1 방향을 따라 교번적으로 배치될 수 있다.
여기서, 제1 거리와 제2 거리는 서로 동일할 수도 있고, 서로 다를수도 있다.
제1 DPD 분리층(815)과 제2 DPD 분리층(825)의 배열이 점선 형태를 가짐에 따라, 서로 인접하는 제1 DPD 분리층들(815) 사이의 영역과 서로 인접하는 제2 DPD 분리층들(825) 사이의 영역이 겹쳐지는 영역에 공백 영역(840)이 배치될 수 있다. 달리 표현하면, 서로 인접하는 제1 DPD 분리층들(810) 사이의 영역과 서로 인접하는 제2 DPD 분리층들(820) 사이의 영역이 겹쳐지는 영역 내에 2x2 매트릭스 형태로 배열된 4개의 DPD들(530)로 구성된 영역(AR1)의 중심, 또는 제1 방향을 따라 배열된 제1 DPD 분리층들(815)을 잇는 연장선과 제2 방향을 따라 배열된 제2 DPD 분리층들(825)을 잇는 연장선의 교차 영역에 공백 영역(840)이 배치될 수 있다.
이러한 공백 영역(840)에는 제1 DPD 분리층(810, 815)과 제2 DPD 분리층(820, 825) 중 어느 하나도 배치되지 않을 수 있다.
이와 달리, 제1 DPD 분리층(810)과, 제2 DPD 분리층들(825)을 잇는 연장선 또는 제2 DPD 분리층(820) 간의 교차 영역에는 공백 영역이 형성되지 않을 수 있다.
또한, 제2 DPD 분리층(820)과, 제1 DPD 분리층들(815)을 잇는 연장선 또는 제1 DPD 분리층(810) 간의 교차 영역에는 공백 영역이 형성되지 않을 수 있다.
도 8은 도 7에 도시된 제1 DPD 분리층을 형성하기 위한 제1 포토 레지스트의 일 실시예에 대한 평면도이다.
도 8을 참조하면, 제1 포토 레지스트(900)는 제1 DPD 분리층(810, 815)을 형성하기 위한 이온 주입 공정시 사용되는 포토 레지스트 패턴일 수 있다. 제1 포토 레지스트(900)는 광 또는 전자선에 반응하는 고분자 화합물로 구성될 수 있다.
제1 포토 레지스트(900)는 메인 패턴(910), 지지 패턴(920) 및 오픈 영역(930)을 포함할 수 있다. 제1 포토 레지스트(900)는 도 4와는 달리 2개의 메인 패턴들(910) 단위로 분리된 사다리 형태를 가질 수 있다.
메인 패턴(910)은 제1 방향을 따라 연장된 직선 형태를 가지며, 메인 패턴(910)의 폭은 컬럼 방향으로 서로 인접한 제1 DPD 분리층들(810, 815) 사이의 간격과 동일할 수 있다.
지지 패턴(920)은 서로 인접하는 메인 패턴들(910)을 잇는 형태를 가지며, 지지 패턴(920)의 가로 길이는 제1 거리와 동일하고 지지 패턴(920)의 세로 길이는 제1 DPD 분리층(815)의 세로 길이와 동일할 수 있다. 한편, 서로 인접하는 지지 패턴들(920) 간의 간격은 제1 DPD 분리층(815)의 가로 길이와 동일할 수 있다.
메인 패턴(910)과 지지 패턴(920)에 대한 설명 중 동일하다는 의미는 물리적으로 완전히 동일한 경우뿐 아니라 동일한 것에 근사할 정도로 유사한 경우(실질적으로 동일한 경우)를 포함하는 개념일 수 있다.
오픈 영역(930)은 서로 인접하는 메인 패턴들(910) 사이의 영역과 서로 인접하는 지지 패턴들(920) 사이의 영역으로 정의되는 개방된 영역을 의미하며, 이온 주입 공정시 오픈 영역(930)을 통해 제1 DPD 분리층(815)을 형성하기 위한 이온이 주입될 수 있다.
또한, 앞서 언급된 바와 같이 제1 포토 레지스트(900)는 2개의 메인 패턴들(910) 단위로 분리된 사다리 형태를 가지는데, 서로 분리되어 인접하는 제1 포토 레지스트들(900) 사이의 간격은 제1 DPD 분리층(810)의 세로 길이(즉, 폭)와 동일할 수 있다.
도 9는 도 7에 도시된 제2 DPD 분리층을 형성하기 위한 제2 포토 레지스트의 일 실시예에 대한 평면도이다.
도 9를 참조하면, 제2 포토 레지스트(1000)는 제2 DPD 분리층(820, 825)을 형성하기 위한 이온 주입 공정시 사용되는 포토 레지스트 패턴일 수 있다. 제2 포토 레지스트(1000)는 광 또는 전자선에 반응하는 고분자 화합물로 구성될 수 있다.
제2 포토 레지스트(1000)는 메인 패턴(1010), 지지 패턴(1020) 및 오픈 영역(1030)을 포함할 수 있다. 제1 포토 레지스트(1000)는 도 5와는 달리 2개의 메인 패턴들(1010) 단위로 분리된 사다리 형태를 가질 수 있다.
메인 패턴(1010)은 제2 방향을 따라 연장된 직선 형태를 가지며, 메인 패턴(1010)의 폭은 로우 방향으로 서로 인접한 제2 DPD 분리층들(820, 825) 사이의 간격과 동일할 수 있다.
지지 패턴(1020)은 서로 인접하는 메인 패턴들(1010)을 잇는 형태를 가지며, 지지 패턴(1020)의 세로 길이는 제2 거리와 동일하고 지지 패턴(1020)의 가로 길이는 제2 DPD 분리층(825)의 가로 길이와 동일할 수 있다. 한편, 서로 인접하는 지지 패턴들(1020) 간의 간격은 제2 DPD 분리층(825)의 세로 길이와 동일할 수 있다.
메인 패턴(1010)과 지지 패턴(1020)에 대한 설명 중 동일하다는 의미는 물리적으로 완전히 동일한 경우뿐 아니라 동일한 것에 근사할 정도로 유사한 경우(실질적으로 동일한 경우)를 포함하는 개념일 수 있다.
오픈 영역(1030)은 서로 인접하는 메인 패턴들(1010) 사이의 영역과 서로 인접하는 지지 패턴들(1020) 사이의 영역으로 정의되는 개방된 영역을 의미하며, 이온 주입 공정시 오픈 영역(1030)을 통해 제2 DPD 분리층(825)을 형성하기 위한 이온이 주입될 수 있다.
또한, 앞서 언급된 바와 같이 제2 포토 레지스트(1000)는 2개의 메인 패턴들(1010) 단위로 분리된 사다리 형태를 가지는데, 서로 분리되어 인접하는 제2 포토 레지스트들(1000) 사이의 간격은 제2 DPD 분리층(820)의 가로 길이(즉, 폭)와 동일할 수 있다.
도 10은 도 8에 도시된 제1 포토 레지스트에 대한 사시도이다.
도 10을 참조하면, 도 8에 도시된 제1 포토 레지스트(900)의 사시도(950)가 도시되어 있다. 제1 포토 레지스트(900)에 관한 설명은 설명의 중복을 피하기 위해 도 6과 상이한 점을 중심으로 설명하기로 한다.
도 10에서와 같이 제1 포토 레지스트(900)는 제1 DPD 분리층(810, 815)을 형성하기에 충분한 높이를 가지도록 형성될 수 있다.
제1 포토 레지스트(900)는 일정 간격으로 배치되어 서로 인접하는 메인 패턴(910) 간의 간격을 유지하는 지지 패턴(920)을 포함하므로, 메인 패턴(910)의 쓰러짐을 방지할 수 있다. 여기서, 지지 패턴(920)의 폭(또는 제1 거리)은 메인 패턴(910)의 쓰러짐을 방지하면서도 제1 DPD 분리층(815)의 기능을 확보할 수 있도록 실험적으로 결정될 수 있다. 비록 지지 패턴(920)은 메인 패턴(910)의 양쪽에 구비되지는 않으나, 지지 패턴(920)이 구비되지 않는 경우에 비해 월등히 높은 형태 안정성이 제공될 수 있다.
즉, 4개의 포토 다이오드들(830)의 단위로 4개의 포토 다이오드들(830)의 외곽으로는 line type의 패터닝이 진행되도록 하고, 4개의 포토 다이오드들(830) 간의 분리층은 점선 형태의 패터닝이 진행되도록 함으로써, 4-shared pixels의 특성 산포를 최소화하면서 좁은 폭을 갖는 포토 레지스트의 형태 안정성을 확보할 수 있다.
비록 제2 포토 레지스트(1000)의 사시도는 도시되지 않았으나, 제1 포토 레지스트(900)에 대해 설명된 기술적 사상은 실질적으로 동일하게 적용될 수 있다.
제1 포토 레지스트(900)와 제2 포토 레지스트(1000)를 이용한 이온 주입 공정 수행시 공백 영역(840)이 발생할 수 있으나, 공백 영역(840)의 사이즈가 서로 인접하는 DPD(830)의 물리적인 분리 성능 저하에 영향이 없도록 설정되는 경우 이미지 센서의 성능을 저하시키지 않으면서도 공정 안정성을 확보할 수 있게 된다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)를 제조하기 위한 공정에 대해 설명하기로 한다. 설명의 편의상 도 3에 도시된 픽셀 어레이(500)에 대한 제조 공정에 대해 설명하나, 도 7에 도시된 픽셀 어레이(800)에 대해서는 공정시 사용되는 포토 레지스트의 종류를 제외하고는 실질적으로 동일한 제조 공정이 적용될 수 있다.
도 11a는 제1 공정에서의 픽셀 어레이의 레이아웃을 나타낸다. 도 11b는 도 11a에 도시된 레이아웃을 제1 절단선에 따라 절단한 단면을 나타낸다. 도 11c는 도 11a에 도시된 레이아웃을 제2 절단선에 따라 절단한 단면을 나타낸다.
도 11a를 참조하면, 제1 공정에서 픽셀 어레이(500) 상에 기판(550)이 준비될 수 있다.
도 11b를 참조하면, 도 11a의 픽셀 어레이(500)를 제1 절단선(X-X')을 따라 절단한 단면이 도시되어 있다. 단면에는 기판(550) 만이 나타나 있다.
도 11c를 참조하면, 도 11a의 픽셀 어레이(500)를 제2 절단선(Y-Y')을 따라 절단한 단면이 도시되어 있다. 마찬가지로, 단면에는 기판(550) 만이 나타나 있다.
도 12a는 제2 공정에서의 픽셀 어레이의 레이아웃을 나타낸다. 도 12b는 도 12a에 도시된 레이아웃을 제1 절단선에 따라 절단한 단면을 나타낸다. 도 12c는 도 12a에 도시된 레이아웃을 제2 절단선에 따라 절단한 단면을 나타낸다.
도 12a를 참조하면, 제2 공정에서 픽셀 어레이(500)에는 bottom blanket 방식의 이온 주입 공정으로 기판(550)의 하부에 불순물층(560)이 형성될 수 있다. 여기서, bottom blanket 방식의 이온 주입 공정은 기판(550)의 바닥 부분에 불순물이 주입될 수 있도록 매우 높은 에너지를 이용한 이온 주입 공정을 의미할 수 있다. 불순물층(560)은 P형 불순물로 구성될 수 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다. 비록 도 2에서는 불순물층이 도시되지는 않았으나, 포토 다이오드(310)와 분리층(340)의 하부에 불순물층이 더 구비될 수 있다.
도 12b를 참조하면, 도 12a의 픽셀 어레이(500)를 제1 절단선(X-X')을 따라 절단한 단면이 도시되어 있다. 기판(550)의 하부에는 불순물층(560)이 소정의 두께로 형성될 수 있다.
도 12c를 참조하면, 도 12a의 픽셀 어레이(500)를 제2 절단선(Y-Y')을 따라 절단한 단면이 도시되어 있다. 마찬가지로, 기판(550)의 하부에는 불순물층(560)이 소정의 두께로 형성될 수 있다.
도 13a는 제3 공정에서의 픽셀 어레이의 레이아웃을 나타낸다. 도 13b는 도 13a에 도시된 레이아웃을 제1 절단선에 따라 절단한 단면을 나타낸다. 도 13c는 도 13a에 도시된 레이아웃을 제2 절단선에 따라 절단한 단면을 나타낸다.
도 13a를 참조하면, 제3 공정에서 픽셀 어레이(500)에는 미리 설정된 위치에 소정 거리만큼 이격되어 매트릭스 형태로 DPD(530)가 형성될 수 있다.
도 13b를 참조하면, 도 13a의 픽셀 어레이(500)를 제1 절단선(X-X')을 따라 절단한 단면이 도시되어 있다. 기판(550)의 상부에 배치된 DPD(530) 형성을 위한 포토 레지스트 패턴(1300)을 포토 마스크로 하여 이온 주입 공정이 수행될 수 있다. 여기서, 이온 주입 공정은 기판(550)의 상부면으로부터 소정의 깊이를 갖도록 DPD(530)가 형성될 수 있도록 상당히 높은 에너지로 수행될 수 있다.
도 13c를 참조하면, 도 13a의 픽셀 어레이(500)를 제2 절단선(Y-Y')을 따라 절단한 단면이 도시되어 있다. 마찬가지로, 기판(550) 내부의 미리 설정된 위치에 기판(550)의 상부면으로부터 소정의 깊이를 갖도록 DPD(530)가 형성될 수 있다.
도 14a는 제4 공정에서의 픽셀 어레이의 레이아웃을 나타낸다. 도 14b는 도 14a에 도시된 레이아웃을 제1 절단선에 따라 절단한 단면을 나타낸다. 도 14c는 도 14a에 도시된 레이아웃을 제2 절단선에 따라 절단한 단면을 나타낸다.
도 14a를 참조하면, 제4 공정에서 픽셀 어레이(500)에는 제2 방향(즉, 픽셀 어레이(500)의 컬럼 방향)을 따라 제2 거리만큼 이격되어 연속적으로 배열되는 제2 DPD 분리층(520)이 형성될 수 있다. 즉, 연속적으로 배열된 제2 DPD 분리층들(520)은 점선 형태를 가질 수 있다.
도 14b를 참조하면, 도 14a의 픽셀 어레이(500)를 제1 절단선(X-X')을 따라 절단한 단면이 도시되어 있다. 기판(550)의 상부에 배치된 제2 DPD 분리층(520) 형성을 위한 제2 포토 레지스트(700)을 포토 마스크로 하여 이온 주입 공정이 수행될 수 있다. 즉, 서로 인접하는 메인 패턴들(710) 사이의 오픈 영역(730)을 통해 제2 DPD 분리층(520)을 형성하기 위한 이온이 주입될 수 있다. 여기서, 이온 주입 공정은 기판(550)의 상부면으로부터 소정의 깊이(DPD(530)에 상응하는 깊이)를 갖도록 제2 DPD 분리층(520)가 형성될 수 있도록 상당히 높은 에너지로 수행될 수 있다.
도 14c를 참조하면, 도 14a의 픽셀 어레이(500)를 제2 절단선(Y-Y')을 따라 절단한 단면이 도시되어 있다. 제2 절단선(Y-Y')에 대응하는 영역 전체에 걸쳐 메인 패턴(710)이 배치되는 바, 제2 DPD 분리층(520)은 형성되지 않을 수 있다.
도 15a는 제5 공정에서의 픽셀 어레이의 레이아웃을 나타낸다. 도 15b는 도 15a에 도시된 레이아웃을 제1 절단선에 따라 절단한 단면을 나타낸다. 도 15c는 도 15a에 도시된 레이아웃을 제2 절단선에 따라 절단한 단면을 나타낸다.
도 15a를 참조하면, 제5 공정에서 픽셀 어레이(500)에는 제1 방향(즉, 픽셀 어레이(500)의 로우 방향)을 따라 제1 거리만큼 이격되어 연속적으로 배열되는 제1 DPD 분리층(510)이 형성될 수 있다. 즉, 연속적으로 배열된 제1 DPD 분리층들(510)은 점선 형태를 가질 수 있다.
도 15b를 참조하면, 도 15a의 픽셀 어레이(500)를 제1 절단선(X-X')을 따라 절단한 단면이 도시되어 있다. 제1 절단선(X-X')에 대응하는 영역 전체에 걸쳐 메인 패턴(610)이 배치되는 바, 제1 DPD 분리층(510)은 형성되지 않을 수 있다.
도 15c를 참조하면, 도 15a의 픽셀 어레이(500)를 제2 절단선(Y-Y')을 따라 절단한 단면이 도시되어 있다. 기판(550)의 상부에 배치된 제1 DPD 분리층(510) 형성을 위한 제1 포토 레지스트(600)을 포토 마스크로 하여 이온 주입 공정이 수행될 수 있다. 즉, 서로 인접하는 메인 패턴들(610) 사이의 오픈 영역(630)을 통해 제1 DPD 분리층(510)을 형성하기 위한 이온이 주입될 수 있다. 여기서, 이온 주입 공정은 기판(550)의 상부면으로부터 소정의 깊이(DPD(530)에 상응하는 깊이)를 갖도록 제1 DPD 분리층(510)가 형성될 수 있도록 상당히 높은 에너지로 수행될 수 있다.
이상에서는 제4 공정 이후에 제5 공정이 수행되는 것으로 설명되었으나, 다른 실시예에 따라 제5 공정이 먼저 수행되고 이후 제4 공정이 수행될 수도 있다.
도 16a는 제6 공정에서의 픽셀 어레이의 레이아웃을 나타낸다. 도 16b는 도 16a에 도시된 레이아웃을 제1 절단선에 따라 절단한 단면을 나타낸다. 도 16c는 도 16a에 도시된 레이아웃을 제2 절단선에 따라 절단한 단면을 나타낸다.
도 16a를 참조하면, 제6 공정에서 픽셀 어레이(500)에는 미리 설정된 위치(DPD(530)에 상응하는 위치)에 소정 거리만큼 이격되어 매트릭스 형태로 SPD(570)가 형성될 수 있다.
도 16b를 참조하면, 도 16a의 픽셀 어레이(500)를 제1 절단선(X-X')을 따라 절단한 단면이 도시되어 있다. 기판(550)의 상부에 배치된 SPD(570) 형성을 위한 포토 레지스트 패턴(1600)을 포토 마스크로 하여 이온 주입 공정이 수행될 수 있다. 여기서, 이온 주입 공정은 기판(550)의 상부면에 가까운 깊이로 SPD(570)가 형성될 수 있도록 DPD(530)를 형성하기 위한 에너지에 비해 상대적으로 낮은 에너지로 수행될 수 있다.
도 16c를 참조하면, 도 16a의 픽셀 어레이(500)를 제2 절단선(Y-Y')을 따라 절단한 단면이 도시되어 있다. 마찬가지로, 기판(550) 내부의 미리 설정된 위치에 기판(550)의 상부면에 가까운 깊이로 SPD(570)가 형성될 수 있다.
도 17a는 제7 공정에서의 픽셀 어레이의 레이아웃을 나타낸다. 도 17b는 도 17a에 도시된 레이아웃을 제1 절단선에 따라 절단한 단면을 나타낸다. 도 17c는 도 17a에 도시된 레이아웃을 제2 절단선에 따라 절단한 단면을 나타낸다.
도 17a를 참조하면, 제7 공정에서 픽셀 어레이(500)에는 제1 방향 및 제2 방향을 따라 길게 연장되는 SPD 분리층(580)이 형성될 수 있다.
도 17b를 참조하면, 도 17a의 픽셀 어레이(500)를 제1 절단선(X-X')을 따라 절단한 단면이 도시되어 있다. 기판(550)의 상부에 배치된 SPD 분리층(580) 형성을 위한 포토 레지스트 패턴(1700)을 포토 마스크로 하여 이온 주입 공정이 수행될 수 있다. 포토 레지스트 패턴(1700)은 SPD(570)에 상응하는 위치에 배치될 수 있어, 포토 레지스트 패턴(1700)이 배치되지 않은 영역을 통해 SPD 분리층(580)을 형성하기 위한 이온이 주입될 수 있다. 여기서, 이온 주입 공정은 기판(550)의 상부면에 가까운 깊이(SPD(570)에 상응하는 깊이)로 SPD 분리층(580)이 형성될 수 있도록 상대적으로 낮은 에너지로 수행될 수 있다.
도 17c를 참조하면, 도 17a의 픽셀 어레이(500)를 제2 절단선(Y-Y')을 따라 절단한 단면이 도시되어 있다. 마찬가지로, 기판(550) 내부의 미리 설정된 위치에 기판(550)의 상부면에 가까운 깊이로 SPD 분리층(580)이 형성될 수 있다. DPD 분리층(510, 520)과는 달리 한 번의 공정으로 SPD 분리층(580)이 형성될 수 있다. 이는 SPD 분리층(580)이 형성되기 위한 이온 주입 공정의 에너지는 상대적으로 낮은 에너지이어서 포토 레지스트 패턴(1700)이 두꺼울 필요가 없으므로, DPD 분리층을 형성하기 위한 포토 레지스트 패턴에서 발생하는 문제가 발생하지 않기 때문이다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 기술한 구성요소들의 각각의 구성요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 전술한 해당 구성요소들 중 하나 이상의 구성요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성요소는 상기 복수의 구성요소들 각각의 구성요소의 하나 이상의 기능들을 상기 통합 이전에 상기 복수의 구성요소들 중 해당 구성요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 상기 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다.

Claims (15)

  1. 매트릭스 형태로 배열된 복수의 DPD(deep photodiode)들;
    서로 인접하는 상기 DPD들 사이에서 제1 방향을 따라 제1 거리만큼 이격되어 연속적으로 배열되는 제1 DPD 분리층들; 및
    서로 인접하는 상기 DPD들 사이에서 제2 방향을 따라 제2 거리만큼 이격되어 연속적으로 배열되는 제2 DPD 분리층들을 포함하고,
    상기 제1 DPD 분리층들과 상기 제2 DPD 분리층들을 포함하는 기판 내에서 상기 서로 인접하는 제1 DPD 분리층들 사이의 영역 및 상기 서로 인접하는 제2 DPD 분리층들 사이의 영역이 겹쳐지는 영역에 공백 영역이 형성되는 이미지 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 DPD들은 상기 기판의 상부면으로부터 소정의 깊이를 갖도록 형성되는 이미지 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 거리는 상기 제1 방향을 따라 서로 인접하는 상기 DPD들 간의 간격 이하인 이미지 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 거리는 상기 제2 방향을 따라 서로 인접하는 상기 DPD들 간의 간격 이하인 이미지 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 DPD 분리층의 가로 길이는 상기 DPD의 가로 길이 이상인 이미지 센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 DPD 분리층의 세로 길이는 상기 DPD의 세로 길이 이상인 이미지 센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 공백 영역은 상기 제1 거리의 가로 길이와 상기 제2 거리의 세로 길이를 갖는 이미지 센서.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방향은 픽셀 어레이의 로우 방향이고, 상기 제2 방향은 상기 픽셀 어레이의 컬럼 방향인 이미지 센서.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 DPD 분리층들과 상기 제2 DPD 분리층들 각각은 점선 형태를 갖는 이미지 센서.
  10. 제1항에 있어서,
    서로 인접하는 상기 DPD들 사이에서 상기 제1 방향을 따라 연장되어 일체로 형성되는 제3 DPD 분리층들; 및
    서로 인접하는 상기 DPD들 사이에서 상기 제2 방향을 따라 연장되어 일체로 형성되는 제4 DPD 분리층들을 더 포함하는 이미지 센서.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 DPD 분리층과 상기 제3 DPD 분리층은 상기 제2 방향을 따라 교번적으로 배치되는 이미지 센서.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제2 DPD 분리층과 상기 제4 DPD 분리층은 상기 제1 방향을 따라 교번적으로 배치되는 이미지 센서.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제3 DPD 분리층과, 상기 제2 DPD 분리층들을 잇는 연장선 또는 상기 제4 DPD 분리층 간의 교차 영역에는 상기 공백 영역이 형성되지 않는 이미지 센서.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제4 DPD 분리층과, 상기 제1 DPD 분리층들을 잇는 연장선 또는 상기 제3 DPD 분리층 간의 교차 영역에는 상기 공백 영역이 형성되지 않는 이미지 센서.
  15. 2x2 매트릭스 형태로 배열된 복수의 DPD들;
    서로 인접하는 상기 DPD들 사이에서 제1 방향을 따라 제1 거리만큼 이격되어 연속적으로 배열되는 제1 DPD 분리층들; 및
    서로 인접하는 상기 DPD들 사이에서 제2 방향을 따라 제2 거리만큼 이격되어 연속적으로 배열되는 제2 DPD 분리층들을 포함하고,
    상기 제1 DPD 분리층들과 상기 제2 DPD 분리층들을 포함하는 기판 내에서 상기 복수의 DPD들의 중심에 해당하는 영역에 공백 영역이 형성되는 이미지 센서.
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