KR20210131710A - 이미지 센서 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
품질 및 생산성이 향상된 이미지 센서 및 그 제조 방법이 제공된다. 이미지 센서는, 서로 반대되는 제1 면 및 제2 면을 포함하는 기판, 기판 내에, 광전 변환층을 각각 포함하는 복수의 단위 픽셀들, 기판 내에, 격자형으로 형성되어 복수의 단위 픽셀들을 분리하는 픽셀 분리 패턴, 기판의 제1 면 상의 표면 절연막, 표면 절연막 내의 도전체 콘택 및 표면 절연막 상에, 격자형으로 형성되는 그리드 패턴을 포함하고, 픽셀 분리 패턴은 기판의 제1 면과 나란한 방향으로 배열되는 제1 부분 및 제2 부분을 포함하고, 도전체 콘택은 픽셀 분리 패턴의 제1 부분과 그리드 패턴 사이에 개재되며, 픽셀 분리 패턴의 제2 부분과 그리드 패턴 사이에 비개재된다.
Description
본 발명은 이미지 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 그리드 패턴을 포함하는 이미지 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
이미지 센서(image sensor)는 광학 정보를 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자 중 하나이다. 이러한 이미지 센서는 전하 결합형(CCD; Charge Coupled Device) 이미지 센서와 씨모스형(CMOS; Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 이미지 센서를 포함할 수 있다.
이미지 센서는 패키지(package) 형태로 구성될 수 있는데, 이 때 패키지는 이미지 센서를 보호하는 동시에, 이미지 센서의 수광면(photo receiving surface) 또는 센싱 영역(sensing area)에 광이 입사될 수 있는 구조로 구성될 수 있다.
최근에는 이미지 센서에 형성되는 픽셀들이 향상된 수광 효율 및 광 감도(sensitivity)를 가지도록 반도체 기판의 후면을 통하여 입사광이 조사되는 후면 조사형(BSI; backside illumination) 이미지 센서가 연구되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 품질 및 생산성이 향상된 이미지 센서를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 품질 및 신뢰성이 향상된 이미지 센서의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서는, 서로 반대되는 제1 면 및 제2 면을 포함하는 기판, 기판 내에, 광전 변환층을 각각 포함하는 복수의 단위 픽셀들, 기판 내에, 격자형으로 형성되어 복수의 단위 픽셀들을 분리하는 픽셀 분리 패턴, 기판의 제1 면 상의 표면 절연막, 표면 절연막 내의 도전체 콘택 및 표면 절연막 상에, 격자형으로 형성되는 그리드 패턴을 포함하고, 픽셀 분리 패턴은 기판의 제1 면과 나란한 방향으로 배열되는 제1 부분 및 제2 부분을 포함하고, 도전체 콘택은 픽셀 분리 패턴의 제1 부분과 그리드 패턴 사이에 개재되며, 픽셀 분리 패턴의 제2 부분과 그리드 패턴 사이에 비개재된다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서는, 제1 픽셀과, 제1 방향에서 제1 픽셀에 인접하는 제2 픽셀과, 제1 방향과 교차하는 제2 방향에서 제1 픽셀에 인접하는 제3 픽셀을 포함하는 기판, 기판 내에, 제1 내지 제3 픽셀을 서로 분리하는 픽셀 분리 패턴, 기판 및 픽셀 분리 패턴 상의 표면 절연막, 표면 절연막 내에, 제2 픽셀과 제3 픽셀 사이의 픽셀 분리 패턴 상에 배치되는 도전체 콘택, 및 표면 절연막 상에, 픽셀 분리 패턴과 중첩되도록 배치되는 그리드 패턴을 포함한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서는, 광이 입사되는 제1 면 및 제1 면과 반대되는 제2 면을 포함하는 제1 기판, 제1 기판 내에, 광전 변환층을 각각 포함하는 복수의 단위 픽셀들, 제1 기판 내에, 격자형으로 형성되어 복수의 단위 픽셀들을 분리하는 픽셀 분리 패턴, 제1 기판의 제2 면 상에, 제1 배선간 절연막 및 제1 배선간 절연막 내의 제1 배선을 포함하는 제1 배선 구조체, 제1 기판의 제1 면을 따라 연장되는 표면 절연막, 표면 절연막 내에, 픽셀 분리 패턴의 격자점과 중첩되도록 배치되는 도전체 콘택, 표면 절연막 상에, 복수의 단위 픽셀들과 대응되는 복수의 컬러 필터들, 표면 절연막 상에, 격자형으로 형성되어 복수의 컬러 필터들 사이에 개재되는 그리드 패턴, 및 각각의 컬러 필터들 상에 배치되는 마이크로 렌즈를 포함한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법은, 광전 변환층을 각각 포함하는 복수의 단위 픽셀들을 포함하는 제1 기판을 제공하되, 제1 기판은 서로 반대되는 제1 면 및 제2 면을 포함하고, 제1 기판 내에, 복수의 단위 픽셀들을 분리하는 픽셀 분리 패턴을 격자형으로 형성하고, 제1 기판의 제1 면을 따라 표면 절연막을 형성하고, 표면 절연막 내에, 픽셀 분리 패턴의 격자점과 중첩되도록 도전체 콘택을 형성하고, 표면 절연막 상에, 픽셀 분리 패턴과 중첩되는 그리드 패턴을 격자형으로 형성하는 것을 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1a는 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 예시적인 블록도이다.
도 1b는 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서의 단위 픽셀을 설명하기 위한 예시적인 회로도이다.
도 2는 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 예시적인 레이아웃도이다.
도 3은 도 2의 수광 영역의 일부를 도시하는 레이아웃도이다.
도 4는 도 3의 A-A를 따라서 절단한 단면도 및 도 2의 차광 영역, 연결 영역 및 패드 영역을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 5는 도 4의 R1 영역을 설명하기 위한 확대도이다.
도 6은 도 3의 B-B를 따라서 절단한 단면도이다.
도 7a 내지 도 7h는 도 6의 R2 영역을 설명하기 위한 다양한 확대도들이다.
도 8 및 도 9는 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 10 및 도 11은 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 12 및 도 13은 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 14는 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 예시적인 레이아웃도이다.
도 15 내지 도 28은 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 중간 단계 도면들이다.
도 1b는 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서의 단위 픽셀을 설명하기 위한 예시적인 회로도이다.
도 2는 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 예시적인 레이아웃도이다.
도 3은 도 2의 수광 영역의 일부를 도시하는 레이아웃도이다.
도 4는 도 3의 A-A를 따라서 절단한 단면도 및 도 2의 차광 영역, 연결 영역 및 패드 영역을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 5는 도 4의 R1 영역을 설명하기 위한 확대도이다.
도 6은 도 3의 B-B를 따라서 절단한 단면도이다.
도 7a 내지 도 7h는 도 6의 R2 영역을 설명하기 위한 다양한 확대도들이다.
도 8 및 도 9는 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 10 및 도 11은 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 12 및 도 13은 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 14는 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 예시적인 레이아웃도이다.
도 15 내지 도 28은 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 중간 단계 도면들이다.
이하에서, 도 1a 내지 도 14를 참조하여, 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서를 설명한다.
도 1a는 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 예시적인 블록도이다. 도 1b는 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서의 단위 픽셀을 설명하기 위한 예시적인 회로도이다.
도 1a를 참조하면, 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서는 액티브 픽셀 센서 어레이(10; APS, active pixel sensor array), 행 디코더(20; Row Decoder), 행 드라이버(30; Row Driver), 열 디코더(40; Column Cecoder), 타이밍 발생기(50; Timing Generator), 상관 이중 샘플러(60; CDS, correlated double sampler), 아날로그 디지털 컨버터(70; ADS, analog to digital converter) 및 입출력 버퍼(80; I/O Buffer)를 포함한다.
액티브 픽셀 센서 어레이(10)는 2차원적으로 배열된 복수의 단위 픽셀들을 포함하고, 광 신호를 전기적 신호로 변환할 수 있다. 액티브 픽셀 센서 어레이(10)는 행 드라이버(30)로부터 픽셀 선택 신호, 리셋 신호 및 전하 전송 신호와 같은 복수의 구동 신호들에 의해 구동될 수 있다. 또한, 액티브 픽셀 센서 어레이(10)에 의해 변환된 전기적 신호는 상관 이중 샘플러(60)에 제공될 수 있다.
행 드라이버(30)는 행 디코더(20)에서 디코딩된 결과에 따라 복수의 단위 픽셀들을 구동하기 위한 다수의 구동 신호들을 액티브 픽셀 센서 어레이(10)로 제공할 수 있다. 단위 픽셀들이 행렬(matrix) 형태로 배열된 경우에는 각 행별로 구동 신호들이 제공될 수 있다.
타이밍 발생기(50)는 행 디코더(20) 및 열 디코더(40)에 타이밍(timing) 신호 및 제어 신호를 제공할 수 있다.
상관 이중 샘플러(CDS; 60)는 액티브 픽셀 센서 어레이(10)에서 생성된 전기적 신호를 수신하여 유지(hold) 및 샘플링(sampling)할 수 있다. 상관 이중 샘플러(60)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; 70)는 상관 이중 샘플러(60)에서 출력된 차이 레벨에 해당하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력할 수 있다.
입출력 버퍼(80)는 디지털 신호를 래치(latch)하고, 래치된 신호는 열 디코더(40)에서의 디코딩 결과에 따라 순차적으로 영상 신호 처리부(미도시)로 디지털 신호를 출력할 수 있다.
도 1b를 참조하면, 각각의 단위 픽셀은 광전 변환층(PD), 전송 트랜지스터(TG), 플로팅 확산 영역(FD; Floating Diffusion region), 리셋 트랜지스터(RG), 소스 팔로워 트랜지스터(SF) 및 선택 트랜지스터(SEL)를 포함할 수 있다.
광전 변환층(PD)은 외부로부터 입사되는 광의 양에 비례하여 전하를 생성할 수 있다. 광전 변환층(PD)은 생성되어 축적된 전하를 플로팅 확산 영역(FD)으로 전송하는 전송 트랜지스터(TG)와 커플링될 수 있다. 플로팅 확산 영역(FD)은 전하를 전압으로 전환하는 영역으로, 기생 커패시턴스를 갖고 있기 때문에 전하가 누적적으로 저장될 수 있다.
전송 트랜지스터(TG)의 일단은 광전 변환층(PD)과 연결되고, 전송 트랜지스터(TG)의 타단은 플로팅 확산 영역(FD)과 연결될 수 있다. 전송 트랜지스터(TG)는 소정의 바이어스(예를 들어, 전송 신호(TX))에 의해 구동되는 트랜지스터로 형성될 수 있다. 즉, 전송 트랜지스터(TG)는, 광전 변환층(PD)으로부터 생성된 전하를 전송 신호(TX)에 따라 플로팅 확산 영역(FD)으로 전송할 수 있다.
소스 팔로워 트랜지스터(SF)는, 광전 변환층(PD)으로부터 전하를 전달받은 플로팅 확산 영역(FD)의 전기적 포텐셜의 변화를 증폭하고 이를 출력 라인(VOUT)으로 출력할 수 있다. 소스 팔로워 트랜지스터(SF)가 턴온(turn-on)되면, 소스 팔로워 트랜지스터(SF)의 드레인에 제공되는 소정의 전기적 포텐셜, 예컨대 전원 전압(VDD)이 선택 트랜지스터(SEL)의 드레인 영역으로 전달될 수 있다.
선택 트랜지스터(SEL)는 행 단위로 읽어낼 단위 픽셀을 선택할 수 있다. 선택 트랜지스터(SEL)는 소정의 바이어스(예를 들어, 행 선택 신호(SX))를 인가하는 선택 라인에 의해 구동되는 트랜지스터로 이루어질 수 있다.
리셋 트랜지스터(RG)는 플로팅 확산 영역(FD)을 주기적으로 리셋시킬 수 있다. 리셋 트랜지스터(RG)는 소정의 바이어스(예를 들어, 리셋 신호(RX))를 인가하는 리셋 라인에 의해 구동되는 트랜지스터로 이루어질 수 있다. 리셋 신호(RX)에 의해 리셋 트랜지스터(RG)가 턴온되면, 리셋 트랜지스터(RG)의 드레인에 제공되는 소정의 전기적 포텐셜, 예컨대 전원 전압(VDD)이 플로팅 확산 영역(FD)으로 전달될 수 있다.
도 2는 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 예시적인 레이아웃도이다.
도 2를 참조하면, 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서는 센서 어레이 영역(SAR), 연결 영역(CR) 및 패드 영역(PR)을 포함할 수 있다.
센서 어레이 영역(SAR)은 도 1a의 액티브 픽셀 센서 어레이(10)에 대응되는 영역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서 어레이 영역(SAR) 내에는 2차원적으로(예를 들어, 행렬 형태로) 배열되는 복수의 단위 픽셀들이 형성될 수 있다.
센서 어레이 영역(SAR)은 수광 영역(APS) 및 차광 영역(OB)을 포함할 수 있다. 수광 영역(APS)에는 광을 제공받아 액티브(active) 신호를 생성하는 액티브 픽셀들이 배열될 수 있다. 차광 영역(OB)에는 광이 차단되어 옵티컬 블랙(optical black) 신호를 생성하는 옵티컬 블랙 픽셀들이 배열될 수 있다. 차광 영역(OB)은 예를 들어, 수광 영역(APS)의 주변을 따라 형성될 수 있으나, 이는 예시적인 것일 뿐이다.
몇몇 실시예에서, 차광 영역(OB)에 인접하는 수광 영역(APS)에 더미 픽셀들(미도시)이 형성될 수도 있다.
연결 영역(CR)은 센서 어레이 영역(SAR)의 주변에 형성될 수 있다. 연결 영역(CR)은 센서 어레이 영역(SAR)의 일측에 형성될 수 있으나, 이는 예시적인 것일 뿐이다. 연결 영역(CR)에는 배선들이 형성되어, 센서 어레이 영역(SAR)의 전기적 신호를 송수신하도록 구성될 수 있다.
패드 영역(PR)은 센서 어레이 영역(SAR)의 주변에 형성될 수 있다. 패드 영역(PR)은 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서의 가장자리에 인접하여 형성될 수 있으나, 이는 예시적인 것일 뿐이다. 패드 영역(PR)은 외부 장치 등과 접속되어, 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서와 외부 장치 간의 전기적 신호를 송수신하도록 구성될 수 있다.
도 2에서, 연결 영역(CR)은 센서 어레이 영역(SAR)과 패드 영역(PR) 사이에 개재되는 것으로 도시되었으나, 예시적인 것일 뿐이다. 센서 어레이 영역(SAR), 연결 영역(CR) 및 패드 영역(PR)의 배치는 필요에 따라 다양할 수 있음은 물론이다.
도 3은 도 2의 수광 영역의 일부를 도시하는 레이아웃도이다. 도 4는 도 3의 A-A를 따라서 절단한 단면도 및 도 2의 차광 영역, 연결 영역 및 패드 영역을 설명하기 위한 단면도들이다. 도 5는 도 4의 R1 영역을 설명하기 위한 확대도이다. 도 6은 도 3의 B-B를 따라서 절단한 단면도이다. 도 7a 내지 도 7h는 도 6의 R2 영역을 설명하기 위한 다양한 확대도들이다.
도 3 내지 도 7h를 참조하면, 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서는 제1 기판(110), 픽셀 분리 패턴(120), 제1 배선 구조체(IS1), 제2 기판(210), 제2 배선 구조체(IS2), 표면 절연막(140), 도전체 콘택(150), 컬러 필터(170), 그리드 패턴(160) 및 마이크로 렌즈(180)를 포함한다.
제1 기판(110)은 반도체 기판일 수 있다. 예를 들어, 제1 기판(110)은 벌크 실리콘 또는 SOI(silicon-on-insulator)일 수 있다. 제1 기판(110)은 실리콘 기판일 수도 있고, 또는 다른 물질, 예를 들어, 실리콘 게르마늄, 안티몬화 인듐, 납 텔루르 화합물, 인듐 비소, 인듐 인화물, 갈륨 비소 또는 안티몬화 갈륨을 포함할 수 있다. 또는, 제1 기판(110)은 베이스 기판 상에 에피층이 형성된 것일 수도 있다.
제1 기판(110)은 서로 반대되는 제1 면(110a) 및 제2 면(110b)을 포함할 수 있다. 후술되는 실시예들에서, 제1 면(110a)은 제1 기판(110)의 후면(back side)으로 지칭될 수 있고, 제2 면(110b)은 제1 기판(110)의 전면(front side)으로 지칭될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 기판(110)의 제1 면(110a)은 광이 입사되는 수광면일 수 있다. 즉, 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서는 후면 조사형(BSI) 이미지 센서일 수 있다.
센서 어레이 영역(SAR)의 제1 기판(110)에는 복수의 단위 픽셀들이 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 것처럼, 수광 영역(APS) 내에는 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)을 포함하는 평면에서 2차원적으로(예를 들어, 행렬 형태로) 배열되는 복수의 픽셀들(PX1~PX9)이 형성될 수 있다.
각각의 단위 픽셀은 광전 변환층(PD)을 포함할 수 있다. 광전 변환층(PD)은 수광 영역(APS)의 제1 기판(110) 내에 형성될 수 있다. 광전 변환층(PD)은 외부로부터 입사되는 광의 양에 비례하여 전하를 생성할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 차광 영역(OB)의 일부 내에는 광전 변환층(PD)이 형성되지 않을 수 있다. 예를 들어, 광전 변환층(PD)은 수광 영역(APS)에 인접하는 차광 영역(OB)의 제1 기판(110) 내에 형성될 수 있으나, 수광 영역(APS)으로부터 이격되는 차광 영역(OB)의 제1 기판(110) 내에는 형성되지 않을 수 있다.
광전 변환층(PD)은 예를 들어, 포토 다이오드(photo diode), 포토 트랜지스터(photo transistor), 포토 게이트(photo gate), 핀드 포토 다이오드(pinned photo diode), 유기 포토 다이오드(organic photo diode), 퀀텀닷(quantum dot) 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
각각의 단위 픽셀은 제1 전자 소자(TR1)를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 전자 소자(TR1)는 제1 기판(110)의 제2 면(110b) 상에 형성될 수 있다. 제1 전자 소자(TR1)는 광전 변환층(PD)과 연결되어 전기적 신호를 처리하기 위한 다양한 트랜지스터들을 구성할 수 있다. 예를 들어, 제1 전자 소자(TR1)는 도 1b에 관한 설명에서 상술한 전송 트랜지스터(TG), 리셋 트랜지스터(RG), 소스 팔로워 트랜지스터(SF) 또는 선택 트랜지스터(SEL) 등의 트랜지스터들을 구성할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제1 전자 소자(TR1)는 수직형(vertical) 전송 트랜지스터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상술한 전송 트랜지스터(TG)를 구성하는 제1 전자 소자(TR1)는 그 일부가 제1 기판(110) 내로 연장될 수 있다. 이와 같은 전송 트랜지스터(TG)는 단위 픽셀의 면적을 축소시킬 수 있어 이미지 센서의 고집적화를 가능하게 할 수 있다.
픽셀 분리 패턴(120)은 센서 어레이 영역(SAR)의 제1 기판(110) 내에 형성될 수 있다. 픽셀 분리 패턴(120)은 예를 들어, 제1 기판(110)이 패터닝되어 형성된 깊은 트렌치(deep trench; 예를 들어, 도 5 및 도 7a의 제1 트렌치(120t)) 내에 절연 물질이 매립되어 형성될 수 있다.
픽셀 분리 패턴(120)은 복수의 단위 픽셀들을 정의할 수 있다. 픽셀 분리 패턴(120)은 평면적 관점에서 격자형으로 형성되어 복수의 픽셀들(PX1~PX9)을 서로 분리할 수 있다.
예를 들어, 도 3에 도시된 것처럼, 수광 영역(APS)은 제2 방향(Y)으로 각각 연장되는 복수의 제1 영역(I)들 및 제1 방향(X)으로 각각 연장되는 복수의 제2 영역(II)들을 포함할 수 있다. 픽셀 분리 패턴(120)의 일부는 제1 영역(I)들 내에 형성되어, 제1 방향(X)을 따라 배열되는 픽셀들(예를 들어, 제1 픽셀(PX1)과 제2 픽셀(PX2), 또는 제2 픽셀(PX2)과 제3 픽셀(PX3) 등)을 서로 분리할 수 있다. 또한, 픽셀 분리 패턴(120)의 다른 일부는 제2 영역(II)들 내에 형성되어, 제2 방향(Y)을 따라 배열되는 픽셀들(예를 들어, 제1 픽셀(PX1)과 제4 픽셀(PX4), 또는 제4 픽셀(PX4)과 제7 픽셀(PX7) 등)을 서로 분리할 수 있다. 이에 따라, 픽셀 분리 패턴(120)은 평면적 관점에서 각각의 픽셀들(PX1~PX9)을 둘러싸도록 형성될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 픽셀 분리 패턴(120)은 제1 기판(110)을 관통할 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 것처럼, 픽셀 분리 패턴(120)은 제1 면(110a)으로부터 제2 면(110b)까지 연장될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 픽셀 분리 패턴(120)은 절연 스페이서막(122) 및 필링 도전막(124)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 5 및 도 7a에 도시된 것처럼, 제1 기판(110) 내에 제1 트렌치(120t)가 형성될 수 있다. 절연 스페이서막(122)은 제1 트렌치(120t)의 측면을 따라 연장될 수 있다. 필링 도전막(124)은 절연 스페이서막(122) 상에 형성되어 제1 트렌치(120t)의 나머지 영역을 채울 수 있다.
몇몇 실시예에서, 절연 스페이서막(122)은 제1 기판(110)보다 굴절률이 낮은 산화막을 포함할 수 있다. 예를 들어, 절연 스페이서막(122)은 실리콘 산화물, 알루미늄 산화물, 탄탈럼 산화물 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 제1 기판(110)보다 굴절률이 낮은 절연 스페이서막(122)은 광전 변환층(PD)으로 비스듬히 입사되는 광을 굴절 또는 반사시킬 수 있다. 또한, 절연 스페이서막(122)은 입사광에 의해 특정 단위 픽셀에서 생성된 광전하들이 랜덤 드리프트(random drift)에 의해 인접하는 단위 픽셀으로 이동하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 절연 스페이서막(122)은 광전 변환층(PD)의 수광률을 향상시켜 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서의 품질을 향상시킬 수 있다.
몇몇 실시예에서, 필링 도전막(124)은 도전 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 필링 도전막(124)은 폴리 실리콘(poly Si)을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 몇몇 실시예에서, 도전 물질을 포함하는 필링 도전막(124)에 그라운드 전압 또는 마이너스 전압이 인가될 수 있다. 이에 따라, 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서의 ESD(electrostatic discharge) 멍(bruise) 불량이 효과적으로 방지될 수 있다. 여기서, ESD 멍 불량이란, ESD 등에 의해 발생된 전하들이 기판의 표면(예를 들어, 제1 면(110a))에 축적됨으로써 생성되는 이미지에 멍과 같은 얼룩을 발생시키는 현상을 의미한다.
제1 배선 구조체(IS1)는 제1 기판(110) 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 배선 구조체(IS1)는 제1 기판(110)의 제2 면(110b)을 덮을 수 있다. 제1 기판(110) 및 제1 배선 구조체(IS1)는 제1 기판 구조체(100)를 구성할 수 있다.
제1 배선 구조체(IS1)는 하나 또는 복수의 배선들로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 배선 구조체(IS1)는 제1 배선간 절연막(130) 및 제1 배선간 절연막(130) 내의 복수의 배선들(132, 134)을 포함할 수 있다. 도 4에서, 제1 배선 구조체(IS1)를 구성하는 배선들의 층 수 및 그 배치 등은 예시적인 것일 뿐이다. 제1 배선간 절연막(130)은 예를 들어, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 및 실리콘 산화물보다 유전율이 낮은 저유전율(low-k) 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
몇몇 실시예에서, 제1 배선 구조체(IS1)는 센서 어레이 영역(SAR) 내의 제1 배선(132) 및 연결 영역(CR) 내의 제2 배선(134)을 포함할 수 있다. 제1 배선(132)은 센서 어레이 영역(SAR)의 단위 픽셀과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 배선(132)은 제1 전자 소자(TR1)와 접속될 수 있다. 제2 배선(134)은 센서 어레이 영역(SAR)으로부터 연장될 수 있다. 예를 들어, 제2 배선(134)은 제1 배선(132)의 적어도 일부와 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 제2 배선(134)은 센서 어레이 영역(SAR)의 단위 픽셀과 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 배선(132) 및 제2 배선(134)은 예를 들어, 텅스텐(W), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag) 및 이들의 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
제2 기판(210)은 벌크 실리콘 또는 SOI(silicon-on-insulator)일 수 있다. 제2 기판(210)은 실리콘 기판일 수도 있고, 또는 다른 물질, 예를 들어, 실리콘 게르마늄, 안티몬화 인듐, 납 텔루르 화합물, 인듐 비소, 인듐 인화물, 갈륨 비소 또는 안티몬화 갈륨을 포함할 수 있다. 또는, 제2 기판(210)은 베이스 기판 상에 에피층이 형성된 것일 수도 있다.
제2 기판(210)은 서로 반대되는 제3 면(210a) 및 제4 면(210b)을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제2 기판(210)의 제3 면(210a)은 제1 기판(110)의 제2 면(110b)과 대향되는 면일 수 있다.
제2 기판(210) 상에는 복수의 전자 소자들이 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 기판(210)의 제3 면(210a) 상에 제2 전자 소자(TR2)가 형성될 수 있다. 제2 전자 소자(TR2)는 센서 어레이 영역(SAR)과 전기적으로 연결되어, 센서 어레이 영역(SAR)의 각각의 단위 픽셀과 전기적 신호를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 제2 전자 소자(TR2)는 도 1a의 행 디코더(20), 행 드라이버(30), 열 디코더(40), 타이밍 발생기(50), 상관 이중 샘플러(60), 아날로그 디지털 컨버터(70) 또는 입출력 버퍼(80)를 구성하는 전자 소자들을 포함할 수 있다.
제2 배선 구조체(IS2)는 제2 기판(210) 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 배선 구조체(IS2)는 제2 기판(210)의 제3 면(210a)을 덮을 수 있다. 제2 기판(210) 및 제2 배선 구조체(IS2)는 제2 기판 구조체(200)를 구성할 수 있다.
제2 배선 구조체(IS2)는 제1 배선 구조체(IS1)에 부착될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 것처럼, 제2 배선 구조체(IS2)의 상면은 제1 배선 구조체(IS1)의 바닥면에 부착될 수 있다.
제2 배선 구조체(IS2)는 하나 또는 복수의 배선들로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제2 배선 구조체(IS2)는 제2 배선간 절연막(230) 및 제2 배선간 절연막(230) 내의 복수의 배선들(232, 234, 236)을 포함할 수 있다. 도 4에서, 제2 배선 구조체(IS2)를 구성하는 배선들의 층 수 및 그 배치 등은 예시적인 것일 뿐이고, 이에 제한되는 것은 아니다. 제2 배선간 절연막(230)은 예를 들어, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 및 실리콘 산화물보다 유전율이 낮은 저유전율(low-k) 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 몇몇 실시예에서, 제2 배선 구조체(IS2)는 제1 배선 구조체(IS1)와 동일한 물질을 포함할 수도 있다.
제2 배선 구조체(IS2)의 배선들(232, 234, 236) 중 적어도 일부는 제2 전자 소자(TR2)와 접속될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제2 배선 구조체(IS2)는 센서 어레이 영역(SAR) 내의 제3 배선(232), 연결 영역(CR) 내의 제4 배선(234) 및 패드 영역(PR) 내의 제5 배선(236)을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제4 배선(234)은 연결 영역(CR) 내의 복수의 배선들 중 최상부의 배선일 수 있고, 제5 배선(236)은 패드 영역(PR) 내의 복수의 배선들 중 최상부의 배선일 수 있다.
제3 배선(232), 제4 배선(234) 및 제5 배선(236)은 예를 들어, 텅스텐(W), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag) 및 이들의 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
표면 절연막(140)은 제1 기판(110)의 제1 면(110a) 상에 형성될 수 있다. 표면 절연막(140)은 제1 기판(110)의 제1 면(110a)을 따라 연장될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 표면 절연막(140)의 적어도 일부는 픽셀 분리 패턴(120)과 접촉할 수 있다.
표면 절연막(140)은 절연 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 표면 절연막(140)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, 알루미늄 산화물, 하프늄 산화물 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
몇몇 실시예에서, 표면 절연막(140)은 다중막으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 5 및 도 7a에 도시된 것처럼, 표면 절연막(140)은 제1 기판(110)의 제1 면(110a) 상에 차례로 적층되는 제1 내지 제5 절연막(141~145)을 포함할 수 있다. 일례로, 제1 절연막(141)은 알루미늄 산화막을, 제2 절연막(142)은 하프늄 산화막을, 제3 절연막(143)은 실리콘 산화막을, 제4 절연막(144)은 실리콘 질화막을, 제5 절연막(145)은 하프늄 산화막을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
표면 절연막(140)은 반사 방지막으로 기능하여, 제1 기판(110)으로 입사되는 광의 반사를 방지함으로써 광전 변환층(PD)의 수광률을 향상시킬 수 있다. 또한, 표면 절연막(140)은 평탄화막으로 기능하여, 후술되는 컬러 필터(170) 및 마이크로 렌즈(180)를 균일한 높이로 형성할 수 있다.
도전체 콘택(150)은 표면 절연막(140) 내에 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 6 및 도 7a에 도시된 것처럼, 표면 절연막(140) 내에 제2 트렌치(150t)가 형성될 수 있다. 도전체 콘택(150)은 제2 트렌치(150t)를 채울 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제2 트렌치(150t)는 픽셀 분리 패턴(120)의 상면을 노출시킬 수 있다.
도전체 콘택(150)의 폭(W23)은 픽셀 분리 패턴(120)의 폭(W21)과 동일한 것으로 도시되었으나, 이는 예시적인 것일 뿐이다. 예를 들어, 도전체 콘택(150)의 폭(W23)은 픽셀 분리 패턴(120)의 폭(W21)보다 작거나 클 수도 있다.
도전체 콘택(150)은 픽셀 분리 패턴(120)의 일부 상에만 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 4 내지 도 7a에 도시된 것처럼, 픽셀 분리 패턴(120)은 수평 방향(예를 들어, 제1 면(110a) 또는 제2 면(110b)과 나란한 방향)으로 배열되는 제1 부분(120A) 및 제2 부분(120B)을 포함할 수 있다. 도전체 콘택(150)은 픽셀 분리 패턴(120)의 제1 부분(120A) 상에만 형성될 수 있고, 픽셀 분리 패턴(120)의 제2 부분(120B) 상에는 형성되지 않을 수 있다.
몇몇 실시예에서, 픽셀 분리 패턴(120)의 제1 부분(120A)은 격자형으로 형성되는 픽셀 분리 패턴(120)의 격자점에 대응될 수 있다. 즉, 도전체 콘택(150)은 격자형으로 형성되는 픽셀 분리 패턴(120)의 격자점과 중첩되도록 배치될 수 있다. 여기서, 중첩이란, 수직 방향(예를 들어, 제1 면(110a) 또는 제2 면(110b)과 교차하는 방향)에서 중첩됨을 의미한다.
예를 들어, 도 3에 도시된 것처럼, 수광 영역(APS)은 제1 영역(I)과 제2 영역(II)이 교차하는 교차 영역(III)들을 포함할 수 있다. 도전체 콘택(150)은 교차 영역(III)의 표면 절연막(140) 내에 형성될 수 있다. 일례로, 도전체 콘택(150)은 제2 픽셀(PX2)과 제4 픽셀(PX4) 사이에 개재되는 픽셀 분리 패턴(120)과 중첩되도록 배치될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 도전체 콘택(150)은 원기둥형 또는 타원기둥형일 수 있다. 예를 들어, 도전체 콘택(150)은 평면적 관점에서 원형 또는 타원형일 수 있다.
도전체 콘택(150)은 도전 물질을 포함할 수 있다. 이에 따라, 도전체 콘택(150)은 ESD 등에 의해 발생된 전하들이 제1 기판(110)의 제1 면(110a)에 축적되는 것을 방지하여, ESD 멍 불량을 효과적으로 방지할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 도전체 콘택(150)은 다중막으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 7a에 도시된 것처럼, 도전체 콘택(150)은 픽셀 분리 패턴(120) 상에 차례로 적층되는 제1 내지 3 도전막(152, 154, 156)을 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제1 도전막(152) 및 제2 도전막(154)은 배리어 도전막일 수 있고, 제3 도전막(156)은 금속 도전막일 수 있다. 예를 들어, 제1 도전막(152) 및 제2 도전막(154)은 티타늄(Ti), 티타늄 질화물(TiN), 탄탈럼(Ta), 탄탈럼 질화물(TaN) 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제3 도전막(156)은 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 구리(Cu) 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일례로, 제1 도전막(152)은 티타늄(Ti)막을, 제2 도전막(154)은 티타늄 질화물(TiN)막을, 제3 도전막(156)은 텅스텐(W)막을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
몇몇 실시예에서, 도전체 콘택(150)은 픽셀 분리 패턴(120)과 접촉할 수 있다. 예를 들어, 도전체 콘택(150)의 제1 도전막(152)은 픽셀 분리 패턴(120)의 상부와 접촉할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 도전체 콘택(150)은 픽셀 분리 패턴(120)과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 도전체 콘택(150)은 도전 물질을 포함하는 픽셀 분리 패턴(120)의 필링 도전막(124)과 접촉할 수 있다. 이에 따라, ESD 등에 의해 발생된 전하들은 도전체 콘택(150)을 통해 픽셀 분리 패턴(120)으로 배출될 수 있고, ESD 멍 불량이 효과적으로 방지될 수 있다.
컬러 필터(170)는 수광 영역(APS)의 표면 절연막(140) 상에 형성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 컬러 필터(170)는 각각의 단위 픽셀에 대응되도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 복수의 컬러 필터(170)들은 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)을 포함하는 평면에서 2차원적으로(예를 들어, 행렬 형태로) 배열될 수 있다.
컬러 필터(170)는 단위 픽셀에 따라 다양한 컬러 필터를 가질 수 있다. 예를 들어, 컬러 필터(170)는 적색(red) 컬러 필터, 녹색(green) 컬러 필터 및 청색(blue) 컬러 필터를 포함하는 베이어 패턴(bayer pattern)으로 배열될 수 있다. 그러나, 이는 예시적인 것일 뿐이고, 컬러 필터(170)는 옐로우 필터(yellow filter), 마젠타 필터(magenta filter) 및 시안 필터(cyan filter)를 포함할 수도 있고, 화이트 필터(white filter)를 더 포함할 수도 있다.
그리드 패턴(160)은 표면 절연막(140) 상에 형성될 수 있다. 즉, 도전체 콘택(150)은 픽셀 분리 패턴(120)과 그리드 패턴(160) 사이에 개재될 수 있다. 그리드 패턴(160)은 평면적 관점에서 격자형으로 형성되어 복수의 컬러 필터(170)들 사이에 개재될 수 있다. 예를 들어, 도 5 및 도 7a에 도시된 것처럼, 컬러 필터(170)는 서로 인접하는 제1 컬러 필터(170A) 및 제2 컬러 필터(170B)를 포함할 수 있다. 이 때, 그리드 패턴(160)은 제1 컬러 필터(170A)와 제2 컬러 필터(170B) 사이에 개재될 수 있다.
그리드 패턴(160)의 폭(W12, W22)은 픽셀 분리 패턴(120)의 폭(W11, W21)과 동일한 것으로 도시되었으나, 이는 예시적인 것일 뿐이다. 예를 들어, 그리드 패턴(160)의 폭(W12, W22)은 픽셀 분리 패턴(120)의 폭(W11, W21)보다 작거나 클 수도 있다.
또한, 그리드 패턴(160)의 폭(W22)은 도전체 콘택(150)의 폭(W23)과 동일한 것으로 도시되었으나, 이는 예시적인 것일 뿐이다. 예를 들어, 그리드 패턴(160)의 폭(W22)은 도전체 콘택(150)의 폭(W23)보다 작거나 클 수도 있다.
몇몇 실시예에서, 컬러 필터(170)는 각각의 단위 픽셀에 대응되도록 배열될 수 있으므로, 그리드 패턴(160)은 픽셀 분리 패턴(120)과 중첩되도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 3을 참조하면, 그리드 패턴(160)의 일부는 제1 영역(I)들 내에 형성될 수 있고, 그리드 패턴(160)의 다른 일부는 제2 영역(II)들 내에 형성될 수 있다. 이에 따라, 도전체 콘택(150)은 픽셀 분리 패턴(120)의 제1 부분(120A)과 그리드 패턴(160) 사이에 개재될 수 있고, 픽셀 분리 패턴(120)의 제2 부분(120B)과 그리드 패턴(160) 사이에 개재되지 않을 수 있다.
몇몇 실시예에서, 픽셀 분리 패턴(120)의 제1 부분(120A)은 격자형으로 형성되는 픽셀 분리 패턴(120)의 격자점에 대응될 수 있으므로, 도전체 콘택(150)은 격자형으로 형성되는 그리드 패턴(160)의 격자점과 중첩되도록 배치될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 그리드 패턴(160)은 표면 절연막(140) 및 도전체 콘택(150)과 접촉할 수 있다. 예를 들어, 도 3 내지 도 5에 도시된 것처럼, 그리드 패턴(160)은 교차 영역(III)을 제외한 제1 영역(I) 및 제2 영역(II)에서 표면 절연막(140)과 접촉할 수 있다. 또한, 도 3, 도 6 및 도 7a에 도시된 것처럼, 그리드 패턴(160)은 교차 영역(III)에서 도전체 콘택(150)과 접촉할 수 있다.
그리드 패턴(160)은 실리콘(Si)보다 굴절률이 낮은 저굴절률(low refractive index) 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 그리드 패턴(160)은 실리콘 산화물, 알루미늄 산화물, 탄탈럼 산화물 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 저굴절률 물질을 포함하는 그리드 패턴(160)은 이미지 센서로 비스듬히 입사되는 광을 굴절 또는 반사시킴으로써 이미지 센서의 품질을 향상시킬 수 있다.
몇몇 실시예에서, 표면 절연막(140) 및 그리드 패턴(160) 상에 제1 보호막(165)이 형성될 수 있다. 제1 보호막(165)은 표면 절연막(140)과 컬러 필터(170) 사이 및 그리드 패턴(160)과 컬러 필터(170) 사이에 개재될 수 있다. 예를 들어, 제1 보호막(165)은 표면 절연막(140)의 상면, 그리드 패턴(160)의 측면 및 상면의 프로파일을 따라 연장될 수 있다.
제1 보호막(165)은 예를 들어, 알루미늄 산화물을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 제1 보호막(165)은 표면 절연막(140) 및 그리드 패턴(160)의 손상을 방지할 수 있다.
마이크로 렌즈(180)는 컬러 필터(170) 상에 형성될 수 있다. 마이크로 렌즈(180)는 각각의 단위 픽셀에 대응되도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 마이크로 렌즈(180)는 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)을 포함하는 평면에서 2차원적으로(예를 들어, 행렬 형태로) 배열될 수 있다.
마이크로 렌즈(180)는 볼록한 형상을 가지며, 소정의 곡률 반경을 가질 수 있다. 이에 따라, 마이크로 렌즈(180)는 광전 변환층(PD)에 입사되는 광을 집광시킬 수 있다. 마이크로 렌즈(180)는 예를 들어, 광투과성 수지를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
몇몇 실시예에서, 마이크로 렌즈(180) 상에 제2 보호막(185)이 형성될 수 있다. 제2 보호막(185)은 마이크로 렌즈(180)의 표면을 따라 연장될 수 있다. 제2 보호막(185)은 예를 들어, 무기물 산화막을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 보호막(185)은 실리콘 산화물, 티타늄 산화물, 지르코늄 산화물, 하프늄 산화물 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 몇몇 실시예에서, 제2 보호막(185)은 저온 산화물(LTO; low temperature oxide)을 포함할 수 있다.
제2 보호막(185)은 외부로부터 마이크로 렌즈(180)를 보호할 수 있다. 예를 들어, 제2 보호막(185)은 무기물 산화막을 포함함으로써, 유기 물질을 포함하는 마이크로 렌즈(180)를 보호할 수 있다. 또한, 제2 보호막(185)은 마이크로 렌즈(180)의 집광 능력을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 제2 보호막(185)은 마이크로 렌즈(180)들 사이의 공간을 채움으로써, 마이크로 렌즈(180)들 사이의 공간으로 도달하는 입사광의 반사, 굴절, 산란 등을 감소시킬 수 있다.
도 6 및 도 7b를 참조하면, 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서에서, 도전체 콘택(150)은 표면 절연막(140)의 상면보다 돌출될 수 있다.
예를 들어, 제1 기판(110)의 제1 면(110a)을 기준으로, 도전체 콘택(150)의 상면의 높이(D12)는 표면 절연막(140)의 상면의 높이(D11)보다 높게 형성될 수 있다.
도 6 및 도 7c를 참조하면, 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서에서, 도전체 콘택(150)의 일부는 표면 절연막(140)의 상면의 일부를 따라 연장될 수 있다.
예를 들어, 표면 절연막(140)의 상면보다 독출되는 도전체 콘택(150)의 상부의 폭(W24)은 제2 트렌치(150t)의 폭(W23)보다 클 수 있다. 이에 따라, 표면 절연막(140)의 상면보다 돌출되는 도전체 콘택(150)의 상부는, 도전체 콘택(150)에 인접하는 표면 절연막(140)의 상면의 일부를 따라 연장될 수 있다.
도 6 및 도 7d를 참조하면, 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서에서, 도전체 콘택(150)은 표면 절연막(140)의 하면보다 돌출될 수 있다.
예를 들어, 제2 트렌치(150t)의 하면은 표면 절연막(140)의 하면보다 낮게 형성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 도전체 콘택(150)은 제2 트렌치(150t) 내에 형성되어 픽셀 분리 패턴(120)과 접촉할 수 있다.
도 6 및 도 7e를 참조하면, 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서에서, 도전체 콘택(150)의 폭은 픽셀 분리 패턴(120)에 가까워짐에 따라 감소할 수 있다.
예를 들어, 제2 트렌치(150t)의 폭은 픽셀 분리 패턴(120)에 가까워짐에 따라 감소할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 도전막(152)의 폭은 제2 도전막(154)의 폭보다 작을 수 있고, 제2 도전막(154)의 폭은 제3 도전막(156)의 폭보다 작을 수 있다.
도 6 및 도 7f를 참조하면, 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서에서, 도전체 콘택(150)은 표면 절연막(140)의 하면보다 돌출될 수 있다.
예를 들어, 제2 트렌치(150t)의 하부는 픽셀 분리 패턴(120)의 상부 내에 형성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 도전체 콘택(150)의 최하부의 폭은 픽셀 분리 패턴(120)의 최상부의 폭보다 작을 수 있다.
도 6 및 도 7g를 참조하면, 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서에서, 도전체 콘택(150)은 픽셀 분리 패턴(120)으로부터 이격될 수 있다.
예를 들어, 제2 트렌치(150t)의 최하면은 픽셀 분리 패턴(120)의 최상면보다 높게 형성될 수 있다. 이러한 경우에, 도전체 콘택(150)은 픽셀 분리 패턴(120)과 전기적으로 연결되지 않을 수 있다.
도 6 및 도 7h를 참조하면, 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서에서, 도전체 콘택(150)의 제1 도전막(152) 및 제2 도전막(154)은 표면 절연막(140)의 측면을 따라 연장될 수 있다.
예를 들어, 도전체 콘택(150)의 제1 도전막(152)은 제2 트렌치(150t)의 측면 및 하면의 프로파일을 따라 연장될 수 있다. 도전체 콘택(150)의 제2 도전막(154)은 제1 도전막(152) 상에 형성되어, 제1 도전막(152)의 프로파일을 따라 연장될 수 있다. 도전체 콘택(150)의 제3 도전막(156)은 제1 도전막(152) 및 제2 도전막(154)이 형성되고 남은 제2 트렌치(150t)의 영역을 채울 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서는 제1 연결 구조체(350), 제2 연결 구조체(450) 및 제3 연결 구조체(550)를 더 포함할 수 있다.
제1 연결 구조체(350)는 차광 영역(OB) 내에 형성될 수 있다. 제1 연결 구조체(350)는 차광 영역(OB)의 표면 절연막(140) 상에 형성될 수 있다. 제1 연결 구조체(350)는 픽셀 분리 패턴(120)과 접촉할 수 있다. 예를 들어, 차광 영역(OB)의 제1 기판(110) 및 표면 절연막(140) 내에, 픽셀 분리 패턴(120)을 노출시키는 제3 트렌치(355t)가 형성될 수 있다. 제1 연결 구조체(350)는 제3 트렌치(355t) 내에 형성되어 차광 영역(OB) 내의 픽셀 분리 패턴(120)과 접촉할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 연결 구조체(350)는 제3 트렌치(355t)의 측면 및 하면의 프로파일을 따라 연장될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제1 연결 구조체(350)는 픽셀 분리 패턴(120)과 전기적으로 연결되어 픽셀 분리 패턴(120)에 그라운드 전압 또는 마이너스 전압을 인가할 수 있다. 이에 따라, ESD 등에 의해 발생된 전하들은 픽셀 분리 패턴(120)을 통해 제1 연결 구조체(350)으로 배출될 수 있고, ESD 멍 불량이 효과적으로 방지될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제1 연결 구조체(350)는 도전체 콘택(150)과 동일 레벨에서 형성될 수 있다. 본 명세서에서, "동일 레벨"이라 함은 동일한 제조 공정에 의해 형성되는 것을 의미한다. 일례로, 제1 연결 구조체(350)는 제3 트렌치(355t) 내에 차례로 적층되는 티타늄(Ti)막, 티타늄 질화물(TiN)막 및 텅스텐(W)막을 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제1 연결 구조체(350) 상에, 제3 트렌치(355t)를 채우는 제1 패드(355)가 형성될 수 있다. 제1 패드(355)는 예를 들어, 텅스텐(W), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag) 및 이들의 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
몇몇 실시예에서, 제1 보호막(165)은 제1 연결 구조체(350) 및 제1 패드(355)를 덮을 수 있다. 예를 들어, 제1 보호막(165)은 제1 연결 구조체(350) 및 제1 패드(355)의 프로파일을 따라 연장될 수 있다.
제2 연결 구조체(450)는 연결 영역(CR) 내에 형성될 수 있다. 제2 연결 구조체(450)는 연결 영역(CR)의 표면 절연막(140) 상에 형성될 수 있다. 제2 연결 구조체(450)는 제1 기판 구조체(100)와 제2 기판 구조체(200)를 전기적으로 연결할 수 있다. 예를 들어, 연결 영역(CR)의 제1 기판 구조체(100) 및 제2 기판 구조체(200) 내에, 제2 배선(134)과 제4 배선(234)을 노출시키는 제4 트렌치(455t)가 형성될 수 있다. 제2 연결 구조체(450)는 제4 트렌치(455t) 내에 형성되어 제2 배선(134)과 제4 배선(234)을 연결할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제2 연결 구조체(450)는 제4 트렌치(455t)의 측면 및 하면의 프로파일을 따라 연장될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제2 연결 구조체(450)는 도전체 콘택(150)과 동일 레벨에서 형성될 수 있다. 일례로, 제2 연결 구조체(450)는 제4 트렌치(455t) 내에 차례로 적층되는 티타늄(Ti)막, 티타늄 질화물(TiN)막 및 텅스텐(W)막을 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제1 보호막(165)은 제2 연결 구조체(450)를 덮을 수 있다. 예를 들어, 제1 보호막(165)은 제2 연결 구조체(450)의 프로파일을 따라 연장될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제2 연결 구조체(450) 상에, 제4 트렌치(455t)를 채우는 제1 필링 절연막(460)이 형성될 수 있다. 제1 필링 절연막(460)은 예를 들어, 실리콘 산화물, 알루미늄 산화물, 탄탈럼 산화물 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
제3 연결 구조체(550)는 패드 영역(PR) 내에 형성될 수 있다. 제3 연결 구조체(550)는 패드 영역(PR)의 표면 절연막(140) 상에 형성될 수 있다. 제3 연결 구조체(550)는 제2 기판 구조체(200)와 외부 장치 등을 전기적으로 연결될 수 있다.
예를 들어, 패드 영역(PR)의 제1 기판 구조체(100) 및 제2 기판 구조체(200) 내에, 제5 배선(236)을 노출시키는 제5 트렌치(550t)가 형성될 수 있다. 제3 연결 구조체(550)는 제5 트렌치(550t) 내에 형성되어 제5 배선(236)과 접촉할 수 있다. 또한, 패드 영역(PR)의 제1 기판(110) 내에, 제6 트렌치(555t)가 형성될 수 있다. 제3 연결 구조체(550)는 제6 트렌치(555t) 내에 형성되어 노출될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제3 연결 구조체(550)는 제5 트렌치(550t) 및 제6 트렌치(555t)의 측면 및 하면의 프로파일을 따라 연장될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제3 연결 구조체(550) 상에, 제5 트렌치(550t)를 채우는 제2 필링 절연막(560)이 형성될 수 있다. 제2 필링 절연막(560)은 예를 들어, 실리콘 산화물, 알루미늄 산화물, 탄탈럼 산화물 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
몇몇 실시예에서, 제3 연결 구조체(550) 상에, 제6 트렌치(555t)를 채우는 제2 패드(555)가 형성될 수 있다. 제2 패드(555)는 예를 들어, 텅스텐(W), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag) 및 이들의 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
몇몇 실시예에서, 제3 연결 구조체(550)는 도전체 콘택(150)과 동일 레벨에서 형성될 수 있다. 일례로, 제3 연결 구조체(550)는 제5 트렌치(550t) 내에 차례로 적층되는 티타늄(Ti)막, 티타늄 질화물(TiN)막 및 텅스텐(W)막을 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제1 보호막(165)은 제3 연결 구조체(550)를 덮을 수 있다. 예를 들어, 제1 보호막(165)은 제3 연결 구조체(550)의 프로파일을 따라 연장될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 보호막(165)은 제2 패드(555)를 노출시킬 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제1 기판(110) 내에 소자 분리 패턴(115)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 기판(110) 내에 제7 트렌치(115t)가 형성될 수 있다. 소자 분리 패턴(115)은 제7 트렌치(115t) 내에 형성될 수 있다.
도 4에서, 소자 분리 패턴(115)은 패드 영역(PR)의 제3 연결 구조체(550)의 주변에만 형성되는 것으로 도시되었으나, 이는 예시적인 것일 뿐이다. 예를 들어, 소자 분리 패턴(115)은 차광 영역(OB)의 제1 연결 구조체(350)의 주변 또는 연결 영역(CR)의 제2 연결 구조체(450)의 주변에도 형성될 수 있음은 물론이다.
소자 분리 패턴(115)은 예를 들어, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, 알루미늄 산화물, 하프늄 산화물 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 몇몇 실시예에서, 소자 분리 패턴(115)은 표면 절연막(140)과 동일 레벨에서 형성될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제1 연결 구조체(350) 및 제2 연결 구조체(450) 상에 제3 컬러 필터(170C)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 제3 컬러 필터(170C)는 차광 영역(OB) 및 연결 영역(CR) 내의 제1 보호막(165)의 일부를 덮도록 형성될 수 있다. 제3 컬러 필터(170C)는 예를 들어, 청색(blue) 컬러 필터를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
몇몇 실시예에서, 제3 컬러 필터(170C) 상에 제3 보호막(380)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 제3 보호막(380)은 차광 영역(OB), 연결 영역(CR) 및 패드 영역(PR) 내의 제1 보호막(165)의 일부를 덮도록 형성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제2 보호막(185)은 제3 보호막(380)의 표면을 따라 연장될 수 있다. 제3 보호막(380)은 예를 들어, 광투과성 수지를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 몇몇 실시예에서, 제3 보호막(380)은 마이크로 렌즈(180)와 동일한 물질을 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제2 보호막(185) 및 제3 보호막(380)은 제2 패드(555)를 노출시킬 수 있다. 예를 들어, 제2 보호막(185) 및 제3 보호막(380) 내에, 제2 패드(555)를 노출시키는 노출 개구(ER)가 형성될 수 있다. 이에 따라, 제2 패드(555)는 외부 장치 등과 접속되어, 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서와 외부 장치 간의 전기적 신호를 송수신하도록 구성될 수 있다.
이미지 센서가 고집적화됨에 따라, 단위 픽셀의 크기가 점점 작아지고 있고, 이에 따라 암전류나 계면의 전하 축적 등에 의한 불량 발생이 증가하고 있다. 예를 들어, ESD 등에 의해 발생된 전하들이 기판의 표면(예를 들어, 제1 면(110a))에 축적됨으로써 생성되는 이미지에 멍과 같은 얼룩을 발생시키는 ESD 멍(bruise) 불량이 발생할 수 있다.
ESD 멍 불량을 개선하기 위해, 표면 절연막(예를 들어, 140)과 그리드 패턴(예를 들어, 160) 사이에 도전체가 형성될 수 있으나, 이러한 도전체는 그리드 패턴(예를 들어, 160)의 산포를 열화시키켜 이미지 센서의 감도를 저하시키는 원인이 된다.
그러나, 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서는, 픽셀 분리 패턴(120)의 일부와만 중첩되도록 배치되는 도전체 콘택(150)을 구비함으로써 이미지 센서의 감도를 증가시키고 단위 픽셀 간의 크로스톡(crosstalk)을 감소시킬 수 있다.
예를 들어, 상술한 것처럼, 도전체 콘택(150)은 교차 영역(III)을 제외한 제1 영역(I) 및 제2 영역(II)에는 형성되지 않음으로써, 교차 영역(III)을 제외한 제1 영역(I) 및 제2 영역(II)에 형성되는 그리드 패턴(160)의 산포가 개선될 수 있다. 이에 따라, 감도가 개선되어 품질이 향상된 이미지 센서가 제공될 수 있다.
또한, 도전체 콘택(150)은 교차 영역(III)에 형성됨으로써, 교차 영역(III)에서 발생하는 단위 픽셀 간의 크로스톡(예를 들어, 제1 픽셀(PX1)과 제5 픽셀(PX5) 간의 크로스톡, 또는 제2 픽셀(PX2)과 제4 픽셀(PX4) 간의 크로스톡 등)을 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 품질이 향상된 이미지 센서가 제공될 수 있다.
또한, 도전체 콘택(150)은 제1 내제 제3 연결 구조체(350, 450, 550)와 동일 레벨에서 형성될 수 있으므로, 공정이 간소화되어 생산성이 향상된 이미지 센서를 제공할 수 있다.
도 8 및 도 9는 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 단면도들이다. 설명의 편의를 위해, 도 1 내지 도 7h를 이용하여 상술한 것과 중복되는 부분은 간략히 설명하거나 생략한다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서에서, 픽셀 분리 패턴(120)의 폭은 제1 기판(110)의 제2 면(110b)으로부터 제1 기판(110)의 제1 면(110a)을 향함에 따라 감소한다.
이는, 픽셀 분리 패턴(120)을 형성하기 위한 식각 공정의 특성에 기인할 수 있다. 예를 들어, 픽셀 분리 패턴(120)을 형성하기 위해 제1 기판(110)을 식각하는 공정은 제1 기판(110)의 제2 면(110b)에 대해 수행될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 소자 분리 패턴(115)의 폭은 제1 기판(110)의 제1 면(110a)으로부터 제1 기판(110)의 제2 면(110b)을 향함에 따라 감소할 수 있다.
이는, 소자 분리 패턴(115)을 형성하기 위한 식각 공정의 특성에 기인할 수 있다. 예를 들어, 소자 분리 패턴(115)을 형성하기 위해 제1 기판(110)을 식각하는 공정은 제1 기판(110)의 제1 면(110a)에 대해 수행될 수 있다.
도 10 및 도 11은 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 단면도들이다. 설명의 편의를 위해, 도 1 내지 도 9를 이용하여 상술한 것과 중복되는 부분은 간략히 설명하거나 생략한다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서에서, 픽셀 분리 패턴(120)의 폭은 제1 기판(110)의 제1 면(110a)으로부터 제1 기판(110)의 제2 면(110b)을 향함에 따라 감소한다.
이는, 픽셀 분리 패턴(120)을 형성하기 위한 식각 공정의 특성에 기인할 수 있다. 예를 들어, 픽셀 분리 패턴(120)을 형성하기 위해 제1 기판(110)을 식각하는 공정은 제1 기판(110)의 제1 면(110a)에 대해 수행될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 픽셀 분리 패턴(120)은 제1 기판(110)을 완전히 관통하지 않을 수 있다. 예를 들어, 픽셀 분리 패턴(120)은 제1 기판(110)의 제1 면(110a)으로부터 연장되지만, 제1 기판(110)의 제2 면(110b)까지 연장되지 않을 수 있다. 즉, 픽셀 분리 패턴(120)의 최하면은 제1 기판(110)의 제2 면(110b)으로부터 이격될 수 있다.
도 12 및 도 13은 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 단면도들이다. 설명의 편의를 위해, 도 1 내지 도 7h를 이용하여 상술한 것과 중복되는 부분은 간략히 설명하거나 생략한다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서에서, 그리드 패턴(160)은 복수의 컬러 필터(170)들을 완전히 분리한다.
예를 들어, 그리드 패턴(160) 및 그리드 패턴(160)의 프로파일을 따라 연장되는 제1 보호막(165)은, 복수의 컬러 필터(170)들 사이에 개재되어 복수의 컬러 필터(170)들을 서로 완전히 분리할 수 있다.
컬러 필터(170)의 상면은 제1 보호막(165)의 최상면과 같은 것만이 도시되었으나, 이는 예시적인 것일 뿐이다. 예를 들어, 컬러 필터(170)의 상면은 제1 보호막(165)의 최상면보다 낮게 형성될 수도 있음은 물론이다.
도 14는 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 예시적인 레이아웃도이다. 설명의 편의를 위해, 도 1 내지 도 7h를 이용하여 상술한 것과 중복되는 부분은 간략히 설명하거나 생략한다.
도 14를 참조하면, 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서에서, 도전체 콘택(150)은 다각기둥형이다.
예를 들어, 도전체 콘택(150)은 평면적 관점에서 다각형일 수 있다. 도전체 콘택(150)은 평면적 관점에서 사각형인 것만이 도시되었으나, 이는 예시적인 것일 뿐이다. 예를 들어, 도전체 콘택(150)은 평면적 관점에서 삼각형 등 다른 다각형일 수도 있음은 물론이다.
이하에서, 도 3 내지 도 7h, 도 15 내지 도 28을 참조하여, 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명한다.
도 15 내지 도 28은 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 중간 단계 도면들이다. 설명의 편의를 위해, 도 1 내지 도 14를 이용하여 상술한 것과 중복되는 부분은 간략히 설명하거나 생략한다.
도 3 및 도 15을 참조하면, 제1 기판(110)을 제공한다.
제1 기판(110)은 반도체 기판일 수 있다. 제1 기판(110)은 서로 반대되는 제1 면(110a) 및 제2 면(110b)을 포함할 수 있다. 센서 어레이 영역(SAR)의 제1 기판(110)에는 복수의 단위 픽셀들(예를 들어, 도 3의 PX1~PX9)이 형성될 수 있다. 각각의 단위 픽셀 내에는 광전 변환층(PD)이 형성될 수 있다.
도 3 및 도 16를 참조하면, 제1 기판(110) 내에 픽셀 분리 패턴(120)을 형성한다.
픽셀 분리 패턴(120)은 센서 어레이 영역(SAR)의 제1 기판(110) 내에 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 기판(110)의 제2 면(110b)에 대한 식각 공정을 수행함으로써, 제1 기판(110) 내에 깊은 트렌치(deep trench 예를 들어, 도 5 및 도 7a의 제1 트렌치(120t))가 형성될 수 있다. 이어서, 제1 트렌치(120t)를 채우는 픽셀 분리 패턴(120)이 형성될 수 있다.
제1 트렌치(120t)는 평면적 관점에서 격자형으로 형성되어 복수의 픽셀들(예를 들어, 도 3의 PX1~PX9)을 서로 분리할 수 있다. 예를 들어, 픽셀 분리 패턴(120)의 일부는 제1 영역(I)들 내에 형성되어, 제1 방향(X)을 따라 배열되는 픽셀들(예를 들어, 제1 픽셀(PX1)과 제2 픽셀(PX2), 또는 제2 픽셀(PX2)과 제3 픽셀(PX3) 등)을 서로 분리할 수 있다. 또한, 픽셀 분리 패턴(120)의 다른 일부는 제2 영역(II)들 내에 형성되어, 제2 방향(Y)을 따라 배열되는 픽셀들(예를 들어, 제1 픽셀(PX1)과 제4 픽셀(PX4), 또는 제4 픽셀(PX4)과 제7 픽셀(PX7) 등)을 서로 분리할 수 있다.
도 3 및 도 17를 참조하면, 제1 기판(110)의 제2 면(110b) 상에 제1 전자 소자(TR1) 및 제1 배선 구조체(IS1)를 형성한다. 이에 따라, 제1 기판(110), 제1 전자 소자(TR1) 및 제1 배선 구조체(IS1)를 포함하는 제1 기판 구조체(100)가 형성될 수 있다.
제1 전자 소자(TR1)는 광전 변환층(PD)과 연결되어 전기적 신호를 처리하기 위한 다양한 트랜지스터들을 구성할 수 있다.
제1 배선 구조체(IS1)는 제1 배선간 절연막(130) 및 제1 배선간 절연막(130) 내의 복수의 배선들(132, 134)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 배선 구조체(IS1)는 센서 어레이 영역(SAR) 내의 제1 배선(132) 및 제1 연결 영역(CR1) 내의 제2 배선(134)을 포함할 수 있다.
도 3 및 도 18을 참조하면, 제2 기판 구조체(200) 상에 제1 기판 구조체(100)를 부착한다.
제2 기판 구조체(200)는 제2 기판(210) 및 제2 배선 구조체(IS2)를 포함할 수 있다.
제2 배선 구조체(IS2)는 제2 배선간 절연막(230) 및 제2 배선간 절연막(230) 내의 복수의 배선들(232, 234, 236)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 배선 구조체(IS2)는 센서 어레이 영역(SAR) 내의 제3 배선(232), 연결 영역(CR) 내의 제4 배선(234) 및 패드 영역(PR) 내의 제5 배선(236)을 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제1 기판 구조체(100)와 제2 기판 구조체(200)는, 제1 기판(110)의 제2 면(110b)과 제2 기판(210)의 제3 면(210a)이 대향되도록 부착될 수 있다. 예를 들어, 도시된 것처럼, 제2 배선 구조체(IS2)의 상면은 제1 배선 구조체(IS1)의 바닥면에 부착될 수 있다.
도 3, 도 19 및 도 20을 참조하면, 제1 기판(110)의 제1 면(110a) 상에 표면 절연막(140)을 형성한다.
표면 절연막(140)은 제1 기판(110)의 제1 면(110a)을 따라 연장될 수 있다. 표면 절연막(140)은 절연 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 표면 절연막(140)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, 알루미늄 산화물, 하프늄 산화물 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 몇몇 실시예에서, 표면 절연막(140)은 다중막으로 형성될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 표면 절연막(140)을 형성하기 전에, 제1 기판(110) 내에 제7 트렌치(115t)가 형성될 수 있다. 제7 트렌치(115t)는 패드 영역(PR) 내에만 형성되는 것으로 도시되었으나, 이는 예시적인 것일 뿐이다. 예를 들어, 제7 트렌치(115t)는 차광 영역(OB) 또는 연결 영역(CR) 내에 형성될 수도 있음은 물론이다. 표면 절연막(140)의 일부는 제7 트렌치(115t)를 채울 수 있다. 이에 따라, 제7 트렌치(115t) 내에 소자 분리 패턴(115)이 형성될 수 있다.
도 3, 도 21 및 도 22을 참조하면, 표면 절연막(140) 내에 제2 트렌치(150t)를 형성한다.
제2 트렌치(150t)는 픽셀 분리 패턴(120)의 제1 부분(120A)과 중첩되도록 형성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제2 트렌치(150t)는 격자형으로 형성되는 픽셀 분리 패턴(120)의 격자점과 중첩될 수 있다. 예를 들어, 제2 트렌치(150t)는 교차 영역(III)의 표면 절연막(140) 내에 형성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제2 트렌치(150t)는 격자형으로 형성되는 픽셀 분리 패턴(120)의 제1 부분(120A)을 노출시킬 수 있다.
몇몇 실시예에서, 표면 절연막(140) 내에 제3 내지 제6 트렌치(355t, 455t, 550t, 555t)가 형성될 수 있다. 제3 내지 제6 트렌치(355t, 455t, 550t, 555t)를 형성하는 것은, 제2 트렌치(150t)를 형성하는 것과 인시츄(in-situ)로 수행될 수 있다. 제3 내지 제6 트렌치(355t, 455t, 550t, 555t)를 형성하는 것은, 제2 트렌치(150t)를 형성하기 전 또는 제2 트렌치(150t)를 형성한 후에 수행될 수도 있다.
도 3, 도 23 및 도 24를 참조하면, 제2 내지 제6 트렌치(150t, 355t, 455t, 550t, 555t) 내에 제4 도전막(150L)을 형성한다.
제4 도전막(150L)은 표면 절연막(140) 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 표면 절연막(140)은 표면 절연막(140)의 상면 및 제2 내지 제6 트렌치(150t, 355t, 455t, 550t, 555t)의 프로파일을 따라 연장될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제4 도전막(150L)은 다중막으로 형성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제4 도전막(150L)은 배리어 도전막 및 금속 도전막을 포함할 수 있다. 상기 배리어 도전막은 예를 들어, 티타늄(Ti), 티타늄 질화물(TiN), 탄탈럼(Ta), 탄탈럼 질화물(TaN) 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 금속 도전막은 예를 들어, 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 구리(Cu) 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일례로, 제4 도전막(150L)은 차례로 적층되는 티타늄(Ti)막, 티타늄 질화물(TiN)막 및 텅스텐(W)막을 포함할 수 있다.
도 3, 도 25 및 도 26를 참조하면, 표면 절연막(140) 내에 도전체 콘택(150)을 형성한다.
예를 들어, 제4 도전막(150L)이 패터닝되어, 제2 트렌치(150t)를 채우는 도전체 콘택(150)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 도전체 콘택(150)은 픽셀 분리 패턴(120)의 제1 부분(120A)과 중첩되도록 형성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 도전체 콘택(150)은 격자형으로 형성되는 픽셀 분리 패턴(120)의 격자점과 중첩될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제4 도전막(150L)이 패터닝되어, 제3 내지 제6 트렌치(355t, 455t, 550t, 555t) 내에 제1 내지 제3 연결 구조체(350, 450, 550)가 형성될 수 있다. 제1 내지 제3 연결 구조체(350, 450, 550)를 형성하는 것은, 도전체 콘택(150)을 형성하는 것과 인시츄(in-situ)로 수행될 수 있다. 제1 내지 제3 연결 구조체(350, 450, 550)를 형성하는 것은, 도전체 콘택(150)을 형성하기 전 또는 도전체 콘택(150)을 형성한 후에 수행될 수도 있다.
도 3, 도 27 및 도 28을 참조하면, 표면 절연막(140) 및 도전체 콘택(150) 상에 그리드 패턴(160)을 형성한다.
그리드 패턴(160)은 평면적 관점에서 격자형으로 형성될 수 있다. 그리드 패턴(160)은 픽셀 분리 패턴(120)과 중첩되도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 그리드 패턴(160)의 일부는 제1 영역(I)들 내에 형성될 수 있고, 그리드 패턴(160)의 다른 일부는 제2 영역(II)들 내에 형성될 수 있다. 이에 따라, 몇몇 실시예에서, 도전체 콘택(150)은 격자형으로 형성되는 그리드 패턴(160)의 격자점과 중첩되도록 배치될 수 있다.
그리드 패턴(160)은 실리콘(Si)보다 굴절률이 낮은 저굴절률 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 그리드 패턴(160)은 실리콘 산화물, 알루미늄 산화물, 탄탈럼 산화물 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이어서, 도 3, 도 4 및 도 6을 참조하면, 표면 절연막(140) 및 그리드 패턴(160) 상에, 제1 보호막(165), 컬러 필터(170), 마이크로 렌즈(180), 제2 보호막(185), 제1 필링 절연막(460), 제2 필링 절연막(560), 제3 컬러 필터(170C) 및 제3 보호막(380)을 형성한다.
이에 따라, 도 3 내지 도 7h를 이용하여 상술한 이미지 센서가 제조될 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 제1 기판 구조체
110: 제1 기판
120: 픽셀 분리 패턴 130: 제1 배선간 절연막
132: 제1 배선 134: 제2 배선
140: 표면 절연막 150: 도전체 콘택
160: 그리드 패턴 170: 컬러 필터
180: 마이크로 렌즈 200: 제2 기판 구조체
210: 제2 기판 230: 제2 배선간 절연막
232: 제3 배선 234: 제4 배선
236: 제5 배선 350: 제1 연결 구조체
450: 제2 연결 구조체 550: 제3 연결 구조체
APS: 수광 영역 CR: 연결 영역
OB: 차광 영역 PR: 패드 영역
SAR: 센서 어레이 영역
120: 픽셀 분리 패턴 130: 제1 배선간 절연막
132: 제1 배선 134: 제2 배선
140: 표면 절연막 150: 도전체 콘택
160: 그리드 패턴 170: 컬러 필터
180: 마이크로 렌즈 200: 제2 기판 구조체
210: 제2 기판 230: 제2 배선간 절연막
232: 제3 배선 234: 제4 배선
236: 제5 배선 350: 제1 연결 구조체
450: 제2 연결 구조체 550: 제3 연결 구조체
APS: 수광 영역 CR: 연결 영역
OB: 차광 영역 PR: 패드 영역
SAR: 센서 어레이 영역
Claims (20)
- 서로 반대되는 제1 면 및 제2 면을 포함하는 기판;
상기 기판 내에, 광전 변환층을 각각 포함하는 복수의 단위 픽셀들;
상기 기판 내에, 격자형으로 형성되어 복수의 상기 단위 픽셀들을 분리하는 픽셀 분리 패턴;
상기 기판의 상기 제1 면 상의 표면 절연막;
상기 표면 절연막 내의 도전체 콘택; 및
상기 표면 절연막 상에, 격자형으로 형성되는 그리드 패턴을 포함하고,
상기 픽셀 분리 패턴은 상기 기판의 상기 제1 면과 나란한 방향으로 배열되는 제1 부분 및 제2 부분을 포함하고,
상기 도전체 콘택은 상기 픽셀 분리 패턴의 상기 제1 부분과 상기 그리드 패턴 사이에 개재되며, 상기 픽셀 분리 패턴의 상기 제2 부분과 상기 그리드 패턴 사이에 비개재되는 이미지 센서. - 제 1항에 있어서,
상기 픽셀 분리 패턴의 상기 제1 부분은 상기 픽셀 분리 패턴의 격자점에 대응되는 이미지 센서. - 제 2항에 있어서,
상기 그리드 패턴은 상기 픽셀 분리 패턴과 중첩되도록 배치되는 이미지 센서. - 제 1항에 있어서,
상기 기판은 격자형으로 형성되는 트렌치를 포함하고,
상기 픽셀 분리 패턴은, 상기 트렌치의 측면을 따라 연장되는 절연 스페이서막과, 상기 절연 스페이서막 상에 상기 트렌치를 채우는 필링 도전막을 포함하는 이미지 센서. - 제 4항에 있어서,
상기 도전체 콘택은 상기 필링 도전막과 전기적으로 연결되는 이미지 센서. - 제 5항에 있어서,
상기 필링 도전막에 그라운드 전압 또는 마이너스 전압이 인가되는 이미지 센서. - 제 1항에 있어서,
상기 픽셀 분리 패턴의 폭은 상기 제2 면으로부터 상기 제1 면을 향함에 따라 감소하는 이미지 센서. - 제 1항에 있어서,
상기 그리드 패턴은 실리콘보다 굴절률이 낮은 저굴절률 물질을 포함하는 이미지 센서. - 제 1항에 있어서,
상기 표면 절연막 상에, 복수의 상기 단위 픽셀들과 대응되는 복수의 컬러 필터들을 더 포함하고,
상기 그리드 패턴은 복수의 상기 컬러 필터들 사이에 개재되는 이미지 센서. - 제 9항에 있어서,
각각의 상기 컬러 필터들 상에 배치되는 마이크로 렌즈를 더 포함하는 이미지 센서. - 제1 픽셀과, 제1 방향에서 상기 제1 픽셀에 인접하는 제2 픽셀과, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향에서 상기 제1 픽셀에 인접하는 제3 픽셀을 포함하는 기판;
상기 기판 내에, 상기 제1 내지 제3 픽셀을 서로 분리하는 픽셀 분리 패턴;
상기 기판 및 상기 픽셀 분리 패턴 상의 표면 절연막;
상기 표면 절연막 내에, 상기 제2 픽셀과 상기 제3 픽셀 사이의 상기 픽셀 분리 패턴 상에 배치되는 도전체 콘택; 및
상기 표면 절연막 상에, 상기 픽셀 분리 패턴과 중첩되도록 배치되는 그리드 패턴을 포함하는 이미지 센서. - 제 11항에 있어서,
상기 표면 절연막은 상기 픽셀 분리 패턴의 격자점과 중첩되는 트렌치를 포함하고,
상기 도전체 콘택은 상기 트렌치를 채우는 이미지 센서. - 제 12항에 있어서,
상기 트렌치의 폭은 상기 픽셀 분리 패턴에 가까워짐에 따라 감소하는 이미지 센서. - 제 11항에 있어서,
상기 표면 절연막은 상기 픽셀 분리 패턴 상에 차례로 적층되는 복수의 도전막들을 포함하는 이미지 센서. - 제 14항에 있어서,
상기 도전체 콘택은 상기 픽셀 분리 패턴 상에 차례로 적층되는 티타늄(Ti)막, 티타늄 질화물(TiN)막 및 텅스텐(W)막을 포함하는 이미지 센서. - 제 11항에 있어서,
상기 표면 절연막 및 상기 그리드 패턴 상에, 상기 표면 절연막 및 상기 그리드 패턴의 프로파일을 따라 연장되는 보호막을 더 포함하는 이미지 센서. - 광이 입사되는 제1 면 및 상기 제1 면과 반대되는 제2 면을 포함하는 제1 기판;
상기 제1 기판 내에, 광전 변환층을 각각 포함하는 복수의 단위 픽셀들;
상기 제1 기판 내에, 격자형으로 형성되어 복수의 상기 단위 픽셀들을 분리하는 픽셀 분리 패턴;
상기 제1 기판의 상기 제2 면 상에, 제1 배선간 절연막 및 상기 제1 배선간 절연막 내의 제1 배선을 포함하는 제1 배선 구조체;
상기 제1 기판의 상기 제1 면을 따라 연장되는 표면 절연막;
상기 표면 절연막 내에, 상기 픽셀 분리 패턴의 격자점과 중첩되도록 배치되는 도전체 콘택;
상기 표면 절연막 상에, 복수의 상기 단위 픽셀들과 대응되는 복수의 컬러 필터들;
상기 표면 절연막 상에, 격자형으로 형성되어 복수의 상기 컬러 필터들 사이에 개재되는 그리드 패턴; 및
각각의 상기 컬러 필터들 상에 배치되는 마이크로 렌즈를 포함하는 이미지 센서. - 제 17항에 있어서,
상기 제1 기판을 관통하여 상기 제1 배선과 접속되는 연결 구조체를 더 포함하고,
상기 도전체 콘택은 상기 연결 구조체와 동일 레벨에서 형성되는 이미지 센서. - 제 17항에 있어서,
상기 제1 기판의 상기 제2 면과 대향되는 제3 면 및 상기 제3 면과 반대되는 제4 면을 포함하는 제2 기판과,
상기 제2 면과 상기 제3 면 사이에, 제2 배선간 절연막 및 상기 제2 배선간 절연막 내의 제2 배선을 포함하는 제2 배선 구조체를 더 포함하는 이미지 센서. - 광전 변환층을 각각 포함하는 복수의 단위 픽셀들을 포함하는 제1 기판을 제공하되, 상기 제1 기판은 서로 반대되는 제1 면 및 제2 면을 포함하고,
상기 제1 기판 내에, 복수의 상기 단위 픽셀들을 분리하는 픽셀 분리 패턴을 격자형으로 형성하고,
상기 제1 기판의 상기 제1 면을 따라 표면 절연막을 형성하고,
상기 표면 절연막 내에, 상기 픽셀 분리 패턴의 격자점과 중첩되도록 도전체 콘택을 형성하고,
상기 표면 절연막 상에, 상기 픽셀 분리 패턴과 중첩되는 그리드 패턴을 격자형으로 형성하는 것을 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
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