KR20220007953A - 이미지 센싱 장치 - Google Patents
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Abstract
본 기술의 일 실시예에 따른 이미지 센싱 장치는 픽셀 영역 및 패드 영역을 포함하며 서로 대향되는 제 1 면 및 제 2 면을 포함하는 반도체 기판, 상기 패드 영역에서 상기 반도체 기판의 제 1 면 상부에 형성되는 제 1 패드 금속막, 상기 제 1 패드 금속막의 상부면과 접하며 상기 제 1 패드 금속막의 상부면에서 일부 영역에 형성되는 반사 방지막, 상기 제 1 패드 금속막 및 상기 반사 방지막 상부에 형성되는 패드 보호막, 및 상기 제 1 패드 금속막의 상부면은 노출시키되 상기 제 1 패드 금속막과 상기 반사 방지막의 계면(interface)은 노출시키지 않는 패드 오픈 영역을 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 이미지 센싱 장치에 관한 것이다.
이미지 센싱 장치는 빛에 반응하는 반도체의 성질을 이용하여 이미지를 캡쳐(capture)하는 소자이다. 최근 들어, 컴퓨터 산업과 통신산업의 발달에 따라 디지털 카메라, 캠코더, PCS(Personal Communication System), 게임기기, 경비용 카메라, 의료용 마이크로 카메라, 로봇 등 다양한 분야에서 성능이 향상된 이미지 센서의 수요가 증대되고 있다.
이미지 센싱 장치는 크게 CCD(Charge Coupled Device)를 이용한 이미지 센싱 장치와, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)를 이용한 이미지 센싱 장치로 구분될 수 있다. 최근에는 아날로그 및 디지털 제어회로를 하나의 집적회로(IC) 위에 직접 구현할 수 있는 장점으로 인하여 CMOS를 이용한 이미지 센싱 장치가 많이 이용되고 있다.
본 발명의 실시예는 패드의 신뢰성이 향상된 이미지 센싱 장치를 제공하고자 한다.
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 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센싱 장치는 픽셀 영역 및 패드 영역을 포함하며 서로 대향되는 제 1 면 및 제 2 면을 포함하는 반도체 기판, 상기 패드 영역에서 상기 반도체 기판의 제 1 면 상부에 형성되는 제 1 패드 금속막, 상기 제 1 패드 금속막의 상부면과 접하며 상기 제 1 패드 금속막의 상부면에서 일부 영역에 형성되는 반사 방지막, 상기 제 1 패드 금속막 및 상기 반사 방지막 상부에 형성되는 패드 보호막, 및 상기 제 1 패드 금속막의 상부면은 노출시키되 상기 제 1 패드 금속막과 상기 반사 방지막의 계면(interface)은 노출시키지 않는 패드 오픈 영역을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센싱 장치는 입사광을 전기적 신호로 변환하여 픽셀 신호를 생성하는 복수의 유닛 픽셀들을 포함하는 픽셀 영역, 및 상기 픽셀 영역의 외곽에 위치하며 외부 회로와의 전기적 연결을 위한 복수의 패드들이 형성된 패드 영역을 포함하며, 상기 패드 영역은 제 1 패드 금속막이 패드 오픈 영역에 의해 노출된 제 1 영역, 상기 제 1 패드 금속막의 상부면과 접하도록 반사 방지막이 형성되고 상기 반사 방지막의 상부면 및 측면과 접하도록 패드 보호막이 형성된 제 2 영역, 및 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역 사이에 위치하며 상기 제 1 패드 금속막의 상부면과 접하도록 상기 패드 보호막이 연장된 제 3 영역을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예는 패드에 사용되는 이종 금속막들에 대한 패시베이션(passivation)을 강화함으로써 패드의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센싱 장치의 대략적인 평면 구조를 예시적으로 보여주는 도면.
도 2는 도 1에서 A-A’의 절취선을 따라 절단된 단면의 모습을 예시적으로 보여주는 도면.
도 3은 도 2에서 점원으로 표시된 영역을 확대해서 보다 구체적으로 보여주는 도면.
도 4 내지 도 10은 도 2의 구조를 형성하는 과정들을 예시적으로 보여주는 공정 단면도들.
도 2는 도 1에서 A-A’의 절취선을 따라 절단된 단면의 모습을 예시적으로 보여주는 도면.
도 3은 도 2에서 점원으로 표시된 영역을 확대해서 보다 구체적으로 보여주는 도면.
도 4 내지 도 10은 도 2의 구조를 형성하는 과정들을 예시적으로 보여주는 공정 단면도들.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센싱 장치의 대략적인 평면 구조를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 이미지 센싱 장치는 픽셀 영역(PX), 로직 영역(LA) 및 패드 영역(PA)을 포함할 수 있다.
픽셀 영역(PX)은 이미지 센싱 장치의 중앙부에 위치할 수 있다. 픽셀 영역(PX)은 입사광을 전기적 신호로 변환하는 픽셀 신호를 생성하는 복수의 유닛 픽셀들을 포함할 수 있다. 유닛 픽셀들은 레드 컬러(R)의 광, 그린 컬러(G)의 광 또는 블루 컬러(B)의 광을 선택적으로 센싱할 수 있는 이미지 픽셀을 포함할 수 있다. 유닛 픽셀들은 매트릭스 형태로 배열될 수 있으며, 베이어(Bayer) 패턴으로 배열될 수 있다. 각 유닛 픽셀은 광전변환소자, 컬러필터, 마이크로렌즈 및 픽셀 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 이때, 광전변환소자들은 반도체 기판 내에 형성될 수 있으며, 컬러필터들과 마이크로렌즈들은 반도체 기판의 제 1 면에 형성되고, 픽셀 트랜지스터들은 제 1 면과 대향되는 제 2 면에 형성될 수 있다.
로직 영역(LA)은 픽셀 영역(PX)의 외곽에 위치할 수 있다. 로직 영역(LA)은 픽셀 영역(PX)의 픽셀 트랜지스터들을 동작시키고, 픽셀 영역(PX)에서 생성된 픽셀 신호들을 처리하는 로직 회로들을 포함할 수 있다. 이러한 로직 영역(LA)은 예컨대 상관 이중 샘플러(CDS, Correlated Double Sampler), 아날로그 디지털 컨버터(analog digital converter), 램프 신호 제너레이터(ramp signal generator) 또는 이미지 프로세서(image processor)와 같은 다양한 로직 회로들을 포함할 수 있다.
패드 영역(PA)은 로직 영역(LA)의 외곽에 위치할 수 있다. 패드 영역(PA)은 로직 영역(LA)의 로직 회로들과 외부 회로와의 전기적 연결을 위한 복수의 패드(330)들을 포함할 수 있다. 이러한 패드(330)들은 서로 다른 종류의 금속막들이 서로 접하면서 적층된 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 패드(330)들은 알루미늄(Al)막, 텅스텐(W)막, 반사 방지막(예를 들어, TiN, TaN, WN)이 적층된 구조를 포함할 수 있다. 본 실시예에서는, 패드 오픈 영역이 형성되는 패드(330)의 중앙부는 텅스텐막 상에 알루미늄막이 형성된 구조로 형성되고, 패드 오픈 영역을 둘러싸는 패드(330)의 에지 영역은 수직 방향으로 텅스텐막, 알루미늄막 및 반사 방지막이 순차적으로 적층된 구조로 형성될 수 있다. 패드(330)는 패드 오픈 영역만 외부로 노출되고 나머지 영역들은 패드 보호막(passivation film)에 의해 커버될 수 있다. 이때, 패드(330)는 금속막들의 계면(interface)이 패드 오픈 영역에 의해 외부에 노출되지 않도록 형성될 수 있다. 특히, 본 실시예에서와 같이, 패드(330)의 알루미늄막 상부에 반사 방지막으로서 금속막이 형성되는 경우, 알루미늄막과 반사 방지막의 계면이 외부에 노출되지 않도록 형성됨으로써, 알루미늄막과 반사 방지막의 계면에서 발생될 수 있는 갈바닉 부식(galvanic corrosion)을 방지할 수 있다. 이러한 패드(320)의 구조는 상세하게 후술된다.
도 1에서는 패드 영역(PA)이 픽셀 영역(PX)의 양측에서만 위치하는 경우를 예시적으로 도시하고 있으나, 패드 영역(PA)은 픽셀 영역(PX)을 둘러싸는 형태로 배치될 수도 있다.
또한, 도 1에서는 로직 영역(LA)이 픽셀 영역(PX)과 패드 영역(PA) 사이에 형성되는 경우를 예시적으로 도시하고 있으나, 이미지 센싱 장치가 복수의 반도체 기판들이 적층된 3D 스택 구조로 형성되는 경우, 로직 영역(LA)은 픽셀 영역(PX) 하부에 위치할 수도 있다.
도 2는 도 1에서 A-A’의 절취선을 따라 절단된 단면의 모습을 예시적으로 보여주는 도면이며, 도 3은 도 2에서 점원으로 표시된 영역을 확대해서 보다 구체적으로 보여주는 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 반도체 기판(110)은 픽셀 영역(PX), 로직 영역(LA) 및 패드 영역(PA)을 포함할 수 있다.
픽셀 영역(PX)은 입사광을 전기적 신호로 변환하는 픽셀 신호를 생성하는 복수의 유닛 픽셀들을 포함할 수 있다. 픽셀 영역(PX)의 반도체 기판(110) 내에는 입사광을 광전변환하는 광전변환소자들(예를 들어, 포토다이오드들)(114) 및 이웃한 광전변환소자들(114)을 분리시키기 위한 소자분리막(112)이 형성될 수 있다. 소자분리막(112)은 반도체 기판(110)이 식각된 트렌치 내에 절연물이 매립된 트렌치형 소자분리 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 소자분리막(112)은 DTI(Deep Trench Isolation) 구조를 포함할 수 있다.
픽셀 영역(PX)에서, 반도체 기판(110)의 제 1 면(예를 들어, 광이 입사되는 면) 상부에는, 입사광을 필터링하여 특정 색상(예를 들어, 레드, 그린, 블루)의 광만을 투과시키는 컬러 필터들(132), 컬러 필터들(132) 사이에 위치하여 인접한 컬러 필터들(132) 간의 크로스 토크(crosstalk)를 방지하는 픽셀 그리드(grid)(134) 및 입사광을 집광하여 컬러 필터들(132)로 전달하는 마이크로 렌즈들(138)이 형성될 수 있다.
픽셀 그리드(grid)(134)는 컬러 필터들(132)의 경계 영역에 형성될 수 있으며, 광전변환소자들(114)과 수직 방향으로 중첩되는 윈도우들(windows)을 정의할 수 있다. 이러한 윈도우들 내에 컬러 필터들(132)이 형성될 수 있다. 픽셀 그리드(134)는 금속막을 포함할 수 있다. 예를 들어, 픽셀 그리드(134)는 하부 금속막 및 상부 금속막을 포함할 수 있다. 이때, 하부 금속막은 티타늄(Ti), 티타늄 질화물(TiN), 탄탈륨(Ta), 탄탈륨 질화물(TaN), 또는 텅스텐 질화물(WN) 같은 배리어용 금속을 포함할 수 있으며, 상부 금속은 텅스텐(W)을 포함할 수 있다. 픽셀 그리드(134)의 표면에는 열처리 공정시 금속막이 터지는 것을 방지하기 위한 절연막(135)이 형성될 수 있다. 절연막(135)은 픽셀 그리드(134)의 상부면 및 측면 상에 형성되면서, 컬러 필터들(132)과 반도체 기판(110) 사이의 영역까지 연장되게 형성되어 반사 방지막의 역할을 수행할 수도 있다. 또한 절연막(135)은 로직 영역(LA) 및 패드 영역(PA)까지 연장되게 형성될 수 있다. 이러한 절연막(135)은 질화막 또는 산화막을 포함할 수 있다. 질화막은 실리콘 질화막(SixNy, 여기서 x, y는 자연수) 또는 실리콘 산화 질화막(SixOyNz, 여기서 x, y, z는 자연수)을 포함할 수 있다. 산화막은 USG(Undoped Silicate Glass)막을 포함할 수 있다.
컬러 필터들(132)은 각각 마이크로 렌즈들(138)을 통해 입사되는 광에서 레드 컬러, 그린 컬러 또는 블루 컬러의 가시광을 필터링할 수 있다. 이러한 컬러 필터들(132)은 각각 레드 안료, 그린 안료 또는 블루 안료를 포함하는 고분자 유기물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 컬러 필터들(132)은 각각 레드 안료, 그린 안료 또는 블루 안료를 포함하는 레지스트막을 포함할 수 있다.
컬러 필터들(132)과 마이크로 렌즈들(138) 사이에는 오버 코팅층(136)이 형성될 수 있다. 픽셀 영역(PX)에서, 오버 코팅층(136)은 컬러 필터들(132)에 의해 발생되는 단차를 없애기 위한 평탄화막으로 사용될 수 있다. 이러한 오버 코팅층(136)은 로직 영역(LA) 및 패드 영역(PA)까지 연장되게 형성될 수 있다. 오버 코팅층(136)은 마이크로 렌즈들과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 오버 코팅층(136)은 고분자 유기물을 포함할 수 있다.
픽셀 영역(PX)에서, 반도체 기판(110)의 제 1 면과 대향되는 제 2 면 상부에는 픽셀 트랜지스터들(122), 층간 절연막(124) 및 금속 배선들(126)이 형성될 수 있다. 픽셀 트랜지스터들(122)은 광전변환소자(114)에서 생성된 전기적 신호를 리드아웃하기 위한 트랜지스터들을 포함할 수 있다.
로직 영역(LA)은 픽셀 영역(PX)의 외곽에 위치할 수 있다. 로직 영역(LA)에서, 반도체 기판(110)의 제 1 면 상부에는 입사광이 반도체 기판(110) 내로 유입되는 것을 방지하기 위한 쉴드 구조물이 형성될 수 있다.
쉴드 구조물은 차광막(232) 및 반사 방지막(234)을 포함할 수 있다. 차광막(232)은 금속막을 포함할 수 있다. 차광막(232)은 픽셀 영역(PX)의 픽셀 그리드(134)가 형성될 때 함께 형성될 수 있다. 예를 들어, 차광막(232)은 픽셀 그리드(134)와 동일한 물질을 포함할 수 있으며, 픽셀 그리드(134)가 패터닝될 때 함께 패터닝될 수 있다. 반사 방지막(234)은 입사광이 차광막(232)으로 잘 입사되도록 하고 입사된 광이 차광막(232)에서 반사되는 것을 방지할 수 있다. 이러한 반사 방지막(234)은 차광막(232) 상부에 형성되는 절연막들(135, 233)을 포함할 수 있다. 절연막(135)은 차광막(232)의 상부면 및 측면 상에 형성될 수 있다. 로직 영역(LA)의 절연막(135)은 픽셀 영역(PX)의 절연막(135)이 형성될 때 함께 형성될 수 있다. 예를 들어, 픽셀 그리드(134)의 표면에 절연막(135)이 형성될 때 로직 영역(LA)의 차광막(232)의 표면(상부면 및 측면)에도 절연막(135)이 형성될 수 있다. 절연막(233)은 수직 방향으로 차광막(232)의 전체 영역과 중첩되도록 절연막(135) 상부에 형성될 수 있다. 절연막(233)은 픽셀 영역(PX)의 컬러 필터들(132)이 형성될 때 함께 형성될 수 있다. 절연막(233)은 레드 안료, 그린 안료 또는 블루 안료를 포함하는 고분자 유기물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 절연막(233)은 블루 안료를 포함하는 레지스트막을 포함할 수 있다. 쉴드 구조물 상부에는 오버 코팅층(136)이 형성될 수 있다.
로직 영역(LA)에서, 반도체 기판(110)의 제 2 면 상부에는 로직 트랜지스터(222), 층간 절연막(124) 및 금속 배선들(226)이 형성될 수 있다. 로직 트랜지스터(222)는 픽셀 영역(PX)에서 리드아웃된 신호를 처리하기 위한 트랜지스터들을 포함할 수 있다.
패드 영역(PA)은 로직 영역(LA)의 외곽에 위치할 수 있다. 패드 영역(PA)에는 반도체 기판(110)을 관통하는 관통 전극(TSV; Through Substrate Via)(310)이 형성될 수 있다. 관통 전극(310)은 패드(330)의 금속막(332)과 일체형으로 연결되게 형성될 수 있다. 예를 들어, 관통 전극(310)은 금속막(332)과 동일한 물질을 포함할 수 있으며, 금속막(332)이 형성될 때 함께 형성될 수 있다.
패드 영역(PA)에서, 반도체 기판(110)의 제 1 면 상부에는 관통 전극(310)과 연결되는 패드(330)가 형성될 수 있다. 패드(330)는 서로 다른 종류의 금속막들이 서로 접하면서 적층된 적층 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 패드(330)는 관통 전극(310)과 연결되도록 반도체 기판(110) 상부에 형성된 하부 패드 금속막(332), 하부 패드 금속막(332) 상에 형성된 상부 패드 금속막(334) 및 상부 패드 금속막(334) 상에 형성된 반사 방지막(336)을 포함할 수 있다.
하부 패드 금속막(332)은 픽셀 영역(PX)의 픽셀 그리드(134) 및 로직 영역(LA)의 차광막(232)이 형성될 때 함께 형성될 수 있다. 예를 들어, 패드 금속막(332)은 픽셀 그리드(134) 및 차광막(232)과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 상부 패드 금속막(334)은 하부 패드 금속막(332)의 상부면과 접하도록 하부 패드 금속막(332) 상에 형성될 수 있다. 상부 패드 금속막(334)은 알루미늄(Al)막을 포함할 수 있으며, 상부 패드 금속막(334)의 상부면에서 중앙부는 패드 오픈 영역(POA)에 의해 외부에 노출될 수 있다. 반사 방지막(336)은 패드 금속막(334)의 중앙부를 둘러싸는 띠 형태로 상부 패드 금속막(334)의 에지 영역에 형성될 수 있다. 반사 방지막(336)은 티타늄 질화물(TiN), 탄탈륨 질화물(TaN), 텅스텐 질화물(WN)을 포함할 수 있다. 이러한 반사 방지막(336)은 배리어막(barrier film)으로서의 역할도 수행할 수 있다.
패드(330)의 상부면 및 측면에는, 패드 오픈 영역(POA)을 제외하고, 절연막(135) 및 오버 코팅층(136)이 형성될 수 있다. 절연막(135) 및 오버 코팅층(136)은 패드(330)를 보호하기 위한 패드 보호막이 될 수 있다. 패드 오픈 영역(POA)은 절연막(135) 및 오버 코팅층(136)에 의해 정의될 수 있다. 이때, 패드(330)를 구성하는 금속막들(332, 334, 446) 중 상부 패드 금속막(334) 만이 패드 오픈 영역(POA)에 의해 노출될 수 있다. 예를 들어, 상부 패드 금속막(334)의 상부면에서, 반사 방지막(336)에 의해 정의된 영역이 모두 패드 오픈 영역(POA)에 의해 노출되지 않고 중앙부의 일부 영역만이 패드 오픈 영역(POA)에 의해 노출될 수 있다. 이때, 반사 방지막(336)에 의해 정의된 영역은 상부 패드 금속막(334)의 상부면에서 반사 방지막(336)에 의해 둘러 싸여진 영역을 의미할 수 있다. 즉, 반사 방지막(336)이 패드 오픈 영역(POA)에 의해 노출되지 않도록, 패드 오픈 영역(POA)에 의해 노출된 영역은 반사 방지막(336)에 의해 정의된 영역 보다 작은 면적을 가질 수 있다.
패드(330)는 서로 다른 종류의 금속막들(332, 334, 336)이 서로 접촉되면서 적층되는 구조로 형성될 수 있는데, 서로 다른 금속막들의 계면(interface)이 패드 오픈 영역(POA)에 의해 외부에 노출되면, 습기에 의해 그 계면에서 갈바닉 부식이 발생될 가능성이 높아진다. 특히, 그 노출된 계면은, 고온고습 상태에서 전압이 인가되는 THB(Temperature Humidity Bias) 테스트시, 갈바닉 부식에 더욱 취약할 수 있다.
이러한 갈바닉 부식을 방지하기 위해, 본 실시예에서는 상부 패드 금속막(334)의 상부면 중 에지 영역에 반사 방지막(336)이 형성되되, 상부 패드 금속막(334)과 반사 방지막(336)은 그들 사이의 계면이 패드 오픈 영역(POA)에 의해 노출되지 않도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 3에서와 같이, 반사 방지막(336)은 상부면 및 측면들이 절연막(135) 및 오버 코팅층(136)에 의해 캡핑되며, 패드 오픈 영역(POA)은 반사 방지막(336)과 일정 거리 이격되게 상부 패드 금속막(134)의 상부면 중앙부에 형성될 수 있다.
패드 영역(PA)에서, 반도체 기판(110)의 제 2 면 상부에는 관통 전극(310)과 연결되는 금속 배선(320)이 층간 절연막(124) 내에 형성될 수 있다. 금속 배선(320)은 로직 영역(LA)의 금속 배선들(226)과 전기적으로 연결될 수 있다.
도 2에는 로직 영역(LA)의 차광막(232)과 패드 영역(PA)의 하부 패드 금속막(332)이 분리된 형태로 형성되는 경우가 예시적으로 도시되어 있으나, 차광막(232)과 패드 금속막(332)은 일체형으로 서로 연결되게 형성될 수도 있다.
도 4 내지 도 10은 도 2의 구조를 형성하는 과정을 예시적으로 보여주는 공정 단면도들이다.
도 4를 참조하면, 픽셀 영역(PX)의 반도체 기판(110) 내에 광전변환소자들(114)이 형성될 수 있다. 광전변환소자들(114)은 N형 불순물영역과 P형 불순물영역을 포함하는 포토다이오드일 수 있으며, 불순물 이온주입공정을 통해 형성될 수 있다.
다음에, 반도체 기판(110)의 제 2 면 상부에서, 픽셀 영역(PX)에는 광전변환소자들(114)에서 생성된 전기적 신호를 리드아웃하기 위한 픽셀 트랜지스터들(122)이 형성되고, 로직 영역(LA)에는 픽셀 영역(PX)에서 리드아웃된 신호를 처리하기 위한 로직 트랜지스들(22)이 형성될 수 있다.
이어서, 픽셀 트랜지스터들(122)과 로직 트랜지스터들(222)의 상부에는 층간 절연막들(124) 및 금속 배선들(126, 226)이 형성될 수 있다. 이때, 패드 영역(PA)에는 관통 전극(310)과 연결되는 금속 배선(320)이 형성될 수 있다. 금속 배선들(126, 226, 320)은 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
다음에, 반도체 기판(110)의 제 1 면 상부에 소자분리영역을 정의하는 마스크 패턴(미도시)이 형성된 후 그 마스크 패턴을 식각 마스크로 반도체 기판(110)이 식각됨으로써 반도체 기판(110)에 소자분리용 트렌치(미도시)가 형성될 수 있다. 이어서, 소자분리용 트렌치 내에 소자분리용 절연물질이 매립됨으로써 광전변환소자들(114) 사이에 소자분리막(112)이 형성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 패드 영역(PA)에서 관통 전극(310)이 형성될 영역의 반도체 기판(110)이 식각되어 관통홀이 형성될 수 있다. 이어서, 관통홀의 내측면에 절연막(미도시)이 형성되고, 관통홀에 의해 노출된 층간 절연막(124)이 식각되어 금속 배선(320)을 노출시키는 트렌치(미도시)가 형성될 수 있다.
다음에, 관통홀 및 트렌치가 매립되도록 패드 영역(PA). 로직 영역(LA) 및 픽셀 영역(PX)의 반도체 기판(11) 상부에 금속물질이 형성됨으로써 관통 전극(310) 및 금속막(332′)이 형성될 수 있다. 이때, 관통 전극(310) 및 금속막(332′)은 텅스텐 또는 배리어용 금속과 텅스텐의 적층 구조를 포함할 수 있다.
다음에, 금속막(332′) 상부에 금속막들(334′, 336′)이 순차적으로 형성될 수 있다. 이때, 금속막(334′)은 알루미늄을 포함할 수 있으며, 금속막(336′)은 티타늄 질화물(TiN), 탄탈륨 질화물(TaN), 텅스텐 질화물(WN) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
도 6을 참조하면, 패드가 형성될 영역을 정의하는 마스크 패턴이 금속막(336′) 상부에 형성된 후 이를 식각 마스크로 금속막들(334′, 336′)이 식각됨으로써, 금속막(332′)의 상부면 상에 상부 패드 금속막(334) 및 금속막 패턴(336″)이 형성될 수 있다.
도 7을 참조하면, 금속막(332′)이 패터닝되어 픽셀 영역(PX)에는 픽셀 그리드(134)가 형성되고, 로직 영역(LA)에는 차광막(232)이 형성되고, 패드 영역(PA)에는 하부 패드 금속막(332)이 형성될 수 있다.
본 실시예에서는 로직 영역(LA)의 차광막(232)과 패드 영역(PA)의 하부 패드 금속막(332)이 분리된 형태로 형성되는 경우를 예시적으로 설명하였으나, 차광막(232)과 하부 패드 금속막(332)은 일체형으로 서로 연결되게 형성될 수 있다. 예를 들어, 관통 전극(310), 하부 패드 금속막(332) 및 차광막(232)은 모두 일체형으로 연결된 형태로 형성될 수도 있다.
도 8을 참조하면, 금속막 패턴(336″)이 부분적으로 제거됨으로써 반사 방지막(336)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 금속막 패턴(336″)에서 중앙부가 부분적으로 제거됨으로써 상부 패드 금속막(334)의 상부면 중 에지 영역에만 금속막이 남아있는 사각의 띠 형태로 반사 방지막(336)이 형성될 수 있다. 이때, 금속막 패턴(336″)이 제거된 영역은 후속 공정에서 형성되는 패드 오픈 영역(POA) 보다 넓은 영역이 될 수 있다.
이로써 패드 영역(PA)에 서로 다른 종류의 금속막들이 적층된 구조의 패드(330)가 형성될 수 있다.
다음에, 픽셀 그리드(134), 차광막(232) 및 패드(330)를 덮도록 픽셀 영역(PX), 로직 영역(LA) 및 패드 영역(PA)에 절연막(135)이 형성될 수 있다. 절연막(135)은 질화막 또는 산화막을 포함할 수 있다.
도 9를 참조하면, 픽셀 영역(PX)에서 픽셀 그리드(134)에 의해 정의된 영역들에 컬러 필터들(132)이 형성될 수 있다. 컬러 필터들(132)이 형성될 때 로직 영역(LA)에서는 절연막(135) 상부에 반사 방지막(234)의 일부로서 절연막(233)이 형성될 수 있다. 이때, 절연막(233)은 블루 안료를 포함하는 레지스트막을 포함할 수 있다. 예를 들어, 절연막(233)은 컬러 필터들(132) 중 블루 컬러를 갖는 컬러 필터가 형성될 때 함께 형성될 수 있다.
이를 통해, 로직 영역(LA)에 쉴드 구조물(232, 234)이 형성될 수 있다.
이어서, 컬러 필터들(132), 쉴드 구조물(232, 234) 및 패드(330)를 덮도록 픽셀 영역(PX), 로직 영역(LA) 및 패드 영역(PA)에 전체적으로 오버 코팅층(136)이 형성될 수 있다.
도 10을 참조하면, 픽셀 영역(PX)에서 오버 코팅층(136) 상부에 마이크로렌즈들(138)이 형성될 수 있다.
이어서, 패드 영역(PA)에서 패드(330)의 중앙부에 있는 오버 코팅층(136) 및 절연막(135)이 제거됨으로써 상부 패드 금속막(334)을 외부로 노출시키는 패드 오픈 영역(POA)이 형성될 수 있다. 이때, 패드 오픈 영역(POA)은 상부 패드 금속(334)과 반사 방지막(336)의 계면이 패드 오픈 영역(POA)에 의해 외부에 노출되지 않도록 반사 방지막(336)과 일정 거리 이격되게 형성될 수 있다. 예를 들어, 상부 패드 금속막(334)의 상부면에서, 패드 오픈 영역(POA)에 의해 노출된 영역의 면적이 반사 방지막(336)에 의해 정의된 영역 즉 반사 방지막(336)이 형성되지 않은 영역의 면적 보다 작게 형성될 수 있다.
이처럼, 본 실시예에서는 패드(330)가 서로 다른 종류의 금속막들이 적층된 구조를 포함하는 경우, 금속막들의 계면(interface)이 외부에 노출되지 않도록 함으로써 갈바닉 부식의 발생을 방지할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 반도체 기판
114: 광전변환소자
122: 픽셀 트랜지스터
134: 픽셀 그리드
222: 로직 트랜지스터
232: 차광막
234: 반사 방지막
310: 관통 전극
330: 패드
PX: 픽셀 영역
LA: 로직 영역
PA: 패드 영역
POA: 패드 오픈 영역
114: 광전변환소자
122: 픽셀 트랜지스터
134: 픽셀 그리드
222: 로직 트랜지스터
232: 차광막
234: 반사 방지막
310: 관통 전극
330: 패드
PX: 픽셀 영역
LA: 로직 영역
PA: 패드 영역
POA: 패드 오픈 영역
Claims (18)
- 픽셀 영역 및 패드 영역을 포함하며, 서로 대향되는 제 1 면 및 제 2 면을 포함하는 반도체 기판;
상기 패드 영역에서 상기 반도체 기판의 제 1 면 상부에 형성되는 제 1 패드 금속막;
상기 제 1 패드 금속막의 상부면과 접하며 상기 제 1 패드 금속막의 상부면에서 일부 영역에 형성되는 반사 방지막;
상기 제 1 패드 금속막 및 상기 반사 방지막 상부에 형성되는 패드 보호막; 및
상기 제 1 패드 금속막의 상부면을 노출시키되 상기 제 1 패드 금속막과 상기 반사 방지막의 계면(interface)은 노출시키지 않는 패드 오픈 영역을 포함하는 이미지 센싱 장치. - 청구항 1에 있어서, 상기 반사 방지막은
상기 제 1 패드 금속막의 상부면에서 에지 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치. - 청구항 1에 있어서, 상기 반사 방지막은
상기 제 1 패드 금속막의 상부면에서 중앙부를 둘러싸는 띠 형태로 상기 에지 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치. - 청구항 3에 있어서,
상기 제 1 패드 금속막의 상부면에서, 상기 패드 오픈 영역에 의해 노출된 영역은 상기 반사 방지막에 의해 정의된 영역 보다 작은 면적을 가지는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치. - 청구항 3에 있어서, 상기 패드 보호막은
상기 반사 방지막의 상부면 및 측면을 커버하면서 상기 제 1 패드 금속막의 상부면의 일부 영역까지 연장되게 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치. - 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 패드 금속막과 상기 반사 방지막은
서로 다른 종류의 금속막들인 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치. - 청구항 6에 있어서,
상기 제 1 패드 금속막은 알루미늄을 포함하며,
상기 반사 방지막은 티타늄 질화물(TiN), 탄탈륨 질화물(TaN), 텅스텐 질화물(WN) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 제 2 면 상부에 위치하는 도전 라인; 및
상기 반도체 기판을 관통하여 상기 제 1 패드 금속막과 상기 도전 라인을 전기적으로 연결하는 관통 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치. - 청구항 8에 있어서,
상기 제 1 패드 금속막과 상기 관통 전극 사이에 위치하는 제 2 패드 금속막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치. - 청구항 9에 있어서, 상기 제 2 패드 금속막은
상기 관통 전극과 일체형으로 연결되는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치. - 청구항 1에 있어서, 상기 패드 보호막은
상기 픽셀 영역까지 연장되게 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치. - 입사광을 전기적 신호로 변환하여 픽셀 신호를 생성하는 복수의 유닛 픽셀들을 포함하는 픽셀 영역; 및
상기 픽셀 영역의 외곽에 위치하며, 외부 회로와의 전기적 연결을 위한 복수의 패드들이 형성된 패드 영역을 포함하며,
상기 패드 영역은
제 1 패드 금속막이 패드 오픈 영역에 의해 노출된 제 1 영역;
상기 제 1 패드 금속막의 상부면과 접하도록 반사 방지막이 형성되고, 상기 반사 방지막의 상부면 및 측면과 접하도록 패드 보호막이 형성된 제 2 영역; 및
상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역 사이에 위치하며, 상기 제 1 패드 금속막의 상부면과 접하도록 상기 패드 보호막이 연장된 제 3 영역을 포함하는 이미지 센싱 장치. - 청구항 12에 있어서, 상기 제 2 영역은
상기 제 1 영역을 둘러싸는 띠 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치. - 청구항 12에 있어서, 상기 패드 보호막은
상기 픽셀 영역 및 상기 로직 영역까지 연장되게 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치. - 청구항 12에 있어서, 상기 제 1 패드 금속막과 상기 반사 방지막은
서로 다른 종류의 금속막들인 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치. - 청구항 15에 있어서,
상기 제 1 패드 금속막은 알루미늄을 포함하며,
상기 반사 방지막은 티타늄 질화물(TiN), 탄탈륨 질화물(TaN), 텅스텐 질화물(WN) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치. - 청구항 12에 있어서,
상부면은 상기 제 1 패드 금속막의 하부면과 접하고 하부면은 상기 반도체 기판을 관통하는 관통 전극과 연결되는 제 2 패드 금속막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치. - 청구항 17에 있어서, 상기 제 2 패드 금속막은
상기 관통 전극과 일체형으로 연결되는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
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