KR20230111786A - 후면조사형 이미지 센서 및 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 후면조사형 이미지 센서(1) 및 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판(101) 내 산란막을 형성함으로써 입사광의 경로를 기판(101)의 두께보다 연장되도록 하여 광 감도를 향상시킴과 동시에, 상기 산란막의 깊이를 단위 픽셀 영역(P1) 별 상이하게 형성하여 컬러필터부를 통하여 선택된 색광 별 특정 파장에 대한 광 감도를 추가적으로 향상하도록 하는 후면조사형 이미지 센서(1) 및 제조방법에 관한 것이다.

Description

후면조사형 이미지 센서 및 제조방법{BACKSIDE ILLUMIATED IMAGE SENSOR AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 후면조사형 이미지 센서(1) 및 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판(101) 내 산란막을 형성함으로써 입사광의 경로를 기판(101)의 두께보다 연장되도록 하여 광 감도를 향상시킴과 동시에, 상기 산란막의 깊이를 단위 픽셀 영역(P1) 별 상이하게 형성하여 컬러필터부를 통하여 선택된 색광 별 특정 파장에 대한 광 감도를 추가적으로 향상하도록 하는 후면조사형 이미지 센서(1) 및 제조방법에 관한 것이다.
이미지 센서(Image Sensor)는 휴대전화 카메라 등에서 영상을 생성하는 영상 촬상 소자 부품으로, 제작 공정과 응용방식에 따라 CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서 및 CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서로 분류할 수 있다. 그 중 CMOS 이미지 센서는 우수한 집적도 경쟁력과 경제성 및 주변 칩들과의 연결 상의 용이성으로 인하여 일반적인 반도체칩 제조 공정으로 널리 자리 잡고 있다.
종래의 CMOS 이미지 센서는 실리콘 웨이퍼의 전면 상에 차례로 적층된 배선부, 컬러필터부, 그리고 렌즈부를 포함한다. 그러나, 이와 같은 구조의 이미지 센서는 상기 배선부 내 금속배선들에 의해 수광 소자로 입사되는 입사광의 수신량이 감소될 수 있다. 이에 따라, 기판의 전면 상에 배선부가 배치되고, 상기 기판의 배면 상에 상기 컬러필터부 및 상기 렌즈부가 배치된 구조를 갖는 이른바 후면조사형 CMOS 이미지 센서(Backside Illuminated CMOS Image Sensor:BIS)가 개발되고 있다. 이러한 후면조사형 CMOS 이미지 센서는 홍채 스캐너, Tof(Time-Of-Flight) 센서 등에서 응용되고 있으며, 근적외선 범위에서의 광 감도 향상에 대한 중요성이 대두되고 있다. 다만, 기존의 이미지 센서의 근적외선 범위의 광 감도는 상기 응용 분야에 적용하기에 충분하지 않는 문제점이 있다.
이에 따라 본 발명의 발명자는 근적외선 범위의 광 감도 향상을 가능하도록 하는 개선된 구조를 가지는 신규의 후면조사형 이미지 센서를 제시하고자 하며 상세한 내용은 후술한다.
국내등록특허 제10-0660549호 '이미지 센서 및 그 제조 방법'
앞서 본 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로,
본 발명은 기판 내 그리고 개별 단위 픽셀 영역마다 산란막을 형성함으로써 입사광의 경로를 기판의 두께보다 연장되도록 하여 근적외선 범위에서의 광 감도를 향상시키도록 하는 후면조사형 이미지 센서 및 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 적색광, 청색광 및 녹색광이 입사하는 단위 픽셀 영역 별 제1 구조체 내지 제3 구조체의 깊이를 서로 상이한 위치까지 연장 형성함으로써 컬러필터부를 통하여 선택된 색광 별 특정 파장에 대한 광 감도를 향상하도록 하는 후면조사형 이미지 센서 및 제조바업ㅂ을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 앞서 상술한 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의하여 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 후면조사형 이미지 센서는 전면과 배면을 가지는 기판; 상기 기판 전면 측의 수광소자; 상기 기판 내 그리고 개별 단위 픽셀 영역 경계 측의 DTI 영역; 상기 기판 내 그리고 개별 단위 픽셀 영역 상의 산란막; 상기 기판 배면 상의 컬러필터부; 및 상기 컬러필터부 상의 렌즈부;를 포함하고, 상기 산란막은 개별 단위 픽셀 영역마다 상이한 상하 두께를 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 후면조사형 이미지 센서에서의 상기 산란막은 상기 기판의 배면 또는 배면으로부터 인접한 측으로부터 상기 기판의 전면 측으로 하방 연장되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 후면조사형 이미지 센서에서의 상기 산란막은 개별 단위 픽셀 영역의 중앙 측에 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 후면조사형 이미지 센서에서의 상기 산란막은 인접한 DTI 영역의 이격 거리보다 작은 좌우 폭 크기를 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 후면조사형 이미지 센서는 상기 기판의 전면 상의 배선영역;을 추가로 포함하고, 상기 배선영역은 다층 배선 구조의 금속배선층; 및 상기 금속배선층을 덮는 다층 절연막 구성인 하부 절연층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 후면조사형 이미지 센서는 전면과 배면을 가지는 기판; 상기 기판 전면 측의 수광소자; 상기 기판 내 그리고 개별 단위 픽셀 영역의 경계 측의 DTI 영역; 개별 단위 픽셀 영역에서, 상기 기판의 배면으로부터 전면 측으로 연장하는 산란막; 상기 기판 배면 상의 컬러필터부; 상기 컬러필터부 상의 렌즈부; 및 상기 기판 전면 상의 배선층;을 포함하고, 상기 산란막은 적색광이 입사하는 단위 픽셀 영역의 제1 구조체; 녹색광이 입사하는 단위 픽셀 영역의 제2 구조체; 및 청색광이 입사하는 단위 픽셀 영역의 제3 구조체;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 후면조사형 이미지 센서에서의 상기 제1 구조체는 그 저부가 상기 제2 구조체와 제3 구조체의 저부 대비 상기 기판의 전면과 인접한 위치에 있고, 상기 제2 구조체는 그 저부가 상기 제3 구조체의 저부 대비 상기 기판의 전면과 먼 위치에 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 후면조사형 이미지 센서에서의 상기 제1 구조체, 제2 구조체 및 제3 구조체는 별도의 식각 공정을 통하여 상기 기판 배면을 식각함으로써 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 후면조사형 이미지 센서에서의 상기 DTI 영역은 상기 산란막 대비 큰 상하방향 폭 크기를 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 후면조사형 이미지 센서에서의 상기 산란막은 실리콘 산화막, 금속막 및 폴리실리콘막 중 하나 이상의 막을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 후면조사형 이미지 센서 제조방법은 기판 내 그리고 개별 단위 픽셀 영역의 경계 측에 DTI 영역을 형성하는 단계; 상기 기판 내에서 개별 단위 픽셀 영역마다 산란막을 형성하는 단계; 상기 기판 상에 컬러필터부를 형성하는 단계; 및 상기 컬러필터부 상에 렌즈부를 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 산란막은 인접한 DTI 영역의 거리보다 작은 좌우 폭 크기를 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 후면조사형 이미지 센서 제조방법에서의 상기 산란막은 적색광이 입사하는 단위 픽셀 영역의 제1 구조체; 녹색광이 입사하는 단위 픽셀 영역의 제2 구조체; 및 청색광이 입사하는 단위 픽셀 영역의 제3 구조체;를 포함하고, 상기 제1 구조체, 제2 구조체 및 제3 구조체는 상기 기판 내에서 상이한 깊이까지 연장 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 후면조사형 이미지 센서 제조방법에서의 상기 산란막 형성단계는 상기 기판의 배면을 식각하여 산란막 영역을 형성하는 단계; 및 상기 산란막 영역 내 산화막, 폴리실리콘막 및 금속막 중 어느 하나 이상을 갭필하여 제1 구조체, 제2 구조체 및 제3 구조체를 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 제1 구조체 내지 제3구조체의 산란막 영역은 별도의 식각 공정을 통하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 후면조사형 이미지 센서 제조방법에서의 상기 제1 구조체는 상기 기판 내에서 제2 구조체 및 제3 구조체 대비 깊게 형성되며, 상기 제3 구조체는 상기 기판 내에서 제2 구조체 대비 얕게 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 후면조사형 이미지 센서 제조방법은 기판 내 그리고 개별 단위 픽셀 영역의 경계 측에 DTI 영역을 형성하는 단계; 상기 기판 내에서, 개별 단위 픽셀 영역마다 제1 구조체, 제2 구조체 및 제3 구조체를 형성하는 단계; 상기 기판 상에 컬러필터부를 형성하는 단계; 및 상기 컬러필터부 상에 렌즈부를 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 제1 구조체 내지 제3 구조체 형성단계는 3번의 식각 공정을 통하여 제1 구조체 영역, 제2 구조체 영역 및 제3 구조체 영역을 형성하는 단계; 및 상기 제1 내지 제3 구조체 영역을 갭필하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 후면조사형 이미지 센서 제조방법에서의 상기 DTI 영역 형성단계는 상기 기판의 배면을 식각하여 딥트렌치를 형성하는 단계; 및 상기 딥트렌치 내 절연막을 갭필하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 후면조사형 이미지 센서 제조방법에서의 상기 DTI 영역 형성단계는 상기 절연막 갭필 후 상기 기판 배면 상에 증착된 절연막을 제거하는 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 후면조사형 이미지 센서 제조방법은 상기 기판의 전면 측에 수광소자를 형성하는 단계;를 추가로 포함하고, 상기 제1 내지 제3 구조체는 상기 소광소자로부터 서로 상이한 거리 이격되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 앞서 본 구성에 의하여 다음과 같은 효과를 가진다.
본 발명은 기판 내 그리고 개별 단위 픽셀 영역마다 산란막을 형성함으로써 입사광의 경로를 기판의 두께보다 연장되도록 하여 근적외선 범위에서의 광 감도를 향상시키도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 적색광, 청색광 및 녹색광이 입사하는 단위 픽셀 영역 별 제1 구조체 내지 제3 구조체의 깊이를 서로 상이한 위치까지 연장 형성함으로써 컬러필터부를 통하여 선택된 색광 별 특정 파장에 대한 광 감도를 향상하도록 하는 효과를 가진다.
한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 후면조사형 이미지 센서에 대한 평면도이고;
도 2는 도 1에 따른 후면조사형 이미지 센서에 대한 단면도이고;
도 3 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 후면조사형 이미지 센서 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예는 다양한 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 되며 청구범위에 기재된 사항을 기준으로 해석되어야 한다. 또한, 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 참고적으로 제공되는 것일 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하에서는, 일 구성요소(또는 층)가 타 구성요소(또는 층) 상에 배치되는 것으로 설명되는 경우, 일 구성요소가 타 구성요소 위에 직접적으로 배치되는 것일 수도, 또는 해당 구성요소들 사이에 다른 구성 요소(들) 또는 층(들)이 사이에 위치할 수도 있음에 유의하여야 한다. 또한, 일 구성요소가 타 구성요소 상 또는 위에 직접적으로 배치되는 것으로 표현되는 경우, 해당 구성요소들 사이에 타 구성 요소(들)이 위치하지 않는다. 또한, 일 구성요소의 '상', '상부', '하부', '상측', '하측' 또는 '일 측', '측면'에 위치한다는 것은 상대적인 위치 관계를 의미하는 것이다.
한편, 일 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정 블록 내에 명기된 기능 또는 동작이 순서도에 기재된 순서와 상이하게 발생할 수도 있다. 예를 들어, 연속하는 두 블록의 기능 또는 동작이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며, 거꾸로 수행될 수도 있다.
본 발명에 따른 후면조사형 이미지 센서(1)는 픽셀 영역(P)을 포함한다. 상기 픽셀 영역(P)은 외부로부터 기판(101)의 배면 측으로 입사하는 광을 흡수하는 영역이며, 다수의 단위 픽셀 영역(P1)을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 후면조사형 이미지 센서(1)는 예를 들어 CMOS 이미지 센서일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 후면조사형 이미지 센서에 대한 평면도이고; 도 2는 도 1에 따른 후면조사형 이미지 센서에 대한 단면도이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 후면조사형 이미지 센서(1)에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명은 후면조사형 이미지 센서(1)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판(101) 내 산란막을 형성함으로써 입사광의 경로를 기판(101)의 두께보다 연장되도록 하여 광 감도를 향상시킴과 동시에, 상기 산란막의 깊이를 단위 픽셀 영역(P1) 별 상이하게 형성하여 컬러필터부를 통하여 선택된 색광 별 특정 파장에 대한 광 감도를 추가적으로 향상하도록 하는 후면조사형 이미지 센서(1)에 관한 것이다.
상기 후면조사형 이미지 센서(1)는 기판(101)을 포함할 수 있다. 상기 기판(101)은 예를 들어 에피텍셜(Epitaxial) 기판 또는 벌크(Bulk) 기판 등으로 이루어질 수 있다. 상기 기판(101)은 전면(1011)과 배면(1013)을 가진다. 또한, 상기 기판(101)의 픽셀 영역(P)에는 한 개 이상의 수광소자(110)와 상기 수광소자(110)에 전기적으로 연결된 한 개 이상의 트랜지스터(미도시)가 위치할 수 있다. 상기 수광소자(110)는 기판(101)의 전면 측에 또는 상기 전면과 인접한 측에 형성될 수 있다.
또한, 상기 수광소자(110)는 입사광에 응답하여 전하를 생성하는 구성으로, 예를 들어 포토 다이오드(Photo Diode), 포트 게이트(Photo Gate), 포토 트랜지스터(Photo Transistor) 등 공지된 또는 공지될 임의의 구성으로 이루어질 수 있으며, 이에 별도의 제한이 있는 것은 아니다.
그리고, 상기 기판(101)의 전면 상에는 배선영역(120)이 형성될 수 있다. 이러한 배선영역(120)은 금속배선층(121)과 절연층(123)을 포함할 수 있다.
상기 금속배선층(121)은 예를 들어 단일 금속 또는 이종 이상의 금속이 혼합된 합금막으로 형성되는 구성으로, 예를 들어 알루미늄(Al)막으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 하부 절연층(123)은 예를 들어 실리콘 산화막과 같은 절연 물질로 형성되는 구성으로, 상기 금속배선층(121)과 서로 반복적으로 적층하여 형성함으로써 상기 금속배선층(121)을 다층 배선을 형성하는 것이 바람직하다. 어느 한 층의 근속배선층(121)은 다른 층 금속배선층(121)과 콘택(Contact) 플러그를 통해 연결될 수 있다. 콘택 플러그는 해당 하부 절연층(123) 내에 각각 다마신(Damascene) 공정을 통해 형성될 수 있으며, 상하로 적층된 금속배선층(121)을 전기적으로 접속시키기 위해 전도성 물질, 예컨데 불순물 이온이 도핑된 다결정 실리콘막, 금속 또는 적어도 2종류의 금속이 혼합된 합금막 중 선택된 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
상기 하부 절연층(123)은 BPSG, PSG, BSG, USG, TEOS 또는 HDP막 중 선택된 어느 하나의 산화막으로 형성하거나 이들이 2층 이상 적층된 적층막으로 형성될 수 있다. 또한, 하부 절연층(123)은 증착 후 CMP 공정을 통해 평탄화될 수 있다.
또한, 기판(101) 내 그리고 개별 단위 픽셀 영역(P1)의 경계 측에는 인접한 단위 픽셀 영역들(P1) 간 크로스토크(Cross-Talk) 등을 방지하기 위한 아이솔레이션막으로써의 DTI 영역(130)이 형성될 수 있다. 상기 DTI 영역(130)은 기판(101)의 배면으로부터 전면방향으로 연장 형성되며, 상기 전면과 인접한 측까지 연장되는 것이 바람직하다.
이러한 DTI 영역(130)은 하부 절연층(123)과 마찬가지로 BPSG, PSG, BSG, USG, TEOS 또는 HDP막 중 선택된 어느 하나의 산화막을 갭필하여 형성될 수 있고 이에 제한이 있는 것은 아니다. 또한, 상기 DTI 영역(130)은 절연물질을 한 번의 갭필(Gap-Fill) 공정으로 또는 2회 이상의 갭필 공정으로 형성할 수 있고 이에 제한이 있는 것은 아니다. 상기 DTI 영역(130)은 후술할 산란막(140)에 의하여 산란되는 입사광이 다시 단위 픽셀 영역(P1) 내측으로 반사되어 수광소자(110) 측으로 입사되도록 할 수 있다.
산란막(140)은 단위 픽셀 영역(P1) 별 기판(101) 내에 형성되는 구성으로, 컬러필터부(150)를 통과한 입사광을 상기 기판(101) 내에서 산란시키는 구성이다. 상기 산란막(140)은 예를 들어 실리콘 산화막, 단일 금속 또는 이종 이상의 금속이 혼합된 합금막, 또는 폴리실리콘막으로 이루어지거나 이를 포함할 수 있고 별도의 제한이 있는 것은 아니다. 일 예로, 상기 산란막(140)은 DTI 영역(130)의 갭필 물질과 동일 물질을 포함할 수 있다. 또한, 단위 픽셀 영역(P1) 별 산란막(140)은 기판(101)의 배면 또는 배면으로부터 인접한 측으로부터 전면 측으로 하방 연장되되, 각 단위 픽셀 영역(P1) 별 상이한 깊이까지 연장되도록 형성된다. 즉, 개별 색광의 채널(Channel) 별 그 형성 깊이를 상이하게 함으로써 광경로 거리를 다르게 형성하는 것을 특징으로 한다.
예를 들면, 기판(101) 내 파장이 가장 긴 적색광이 입사하는 단위 픽셀 영역(P1a)의 제1 구조체(141)는 녹색광이 입사하는 단위 픽셀 영역(P1b)의 제2 구조체(143)보다 상대적으로 깊게 형성될 수 있다. 또한, 파장이 가장 짧은 청색광이 입사하는 단위 픽셀 영역(P1c)의 제3 구조체(145)가 가장 얕은 깊이를 가지도록 형성되는 것이 바람직하다. 전술한 예시와 달리 제2 구조체(143) 또는 제3 구조체(145)가 가장 깊게 형성될 수도, 또는 제1 구조체(141) 또는 제2 구조체(143)가 가장 얕게 형성될 수도 있고 이에 제한이 있는 것은 아니다. 또한, 산란막(140)은 각 단위 픽셀 영역(P1) 별 중앙 측에 형성되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 산란막(140)은 입사광의 산란 및 반사가 가능하도록 그 좌우 방향 폭이 인접한 DTI 영역들(130)간 수평 이격 거리보다 작은 크기로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 기판(101)의 배면 상에는 컬러필터부(150)가 형성될 수 있다. 상기 컬러필터부(150)는 후술할 렌즈부(160)를 통해 입사된 광이 상기 컬러필터부(150)의 대응하는 컬러 필터(Red,Green,Blue)에 의하여 필요한 색광(예를 들어 적색광, 녹색광, 청색광)만 선택되고, 선택된 색광은 대응하는 단위 픽셀 영역(P1)의 수광소자(110)로 입사한다.
또한, 컬러필터부(150) 상에는 렌즈부(160)가 형성되며, 상기 렌즈부(160)는 컬러필터부(150) 상에 형성되어 기판(101)의 배면 측으로부터 입사하는 광이 대응하는 단위 픽셀 영역(P1) 내 수광소자(110)로 포커싱(Focusing) 되도록 하는 복수의 마이크로 렌즈를 구비하는 구성이다.
도 3 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 후면조사형 이미지 센서 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 후면조사형 이미지 센서 제조방법에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
먼저, 도 3을 참고하면, 전면(1011)과 배면(1013)을 구비한 기판(101)의 전면(1011) 측에 수광소자(110)를 형성하며, 상기 수광소자(110)는 예를 들어 포토 다이오드(PD)일 수 있다. 그 후 기판(101)의 전면 측에 배선영역(120)을 형성할 수 있고 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
그리고 나서, 기판(101)에 DTI 영역(130)을 형성한다. 상기 DTI 영역(130)은 인접한 단위 픽셀 영역들(P1) 간 경계 측에 소정 깊이로 형성될 수 있다. 상기 DTI 영역(130) 형성 공정에 대하여 예시적으로 설명한다. 먼저, 도 4를 참고하면, 기판(101)의 배면(1013) 상에 DTI 영역(130)이 형성될 측과 대응되는 측이 개방되도록 포토레지스트막(PR)을 패터닝한다. 그 후, 개방된 측을 식각하여 딥트렌치(131)을 형성한다.
이후, 도 5를 참고하면, 상기 딥트렌치(131) 내 절연막(133)을 갭필한다. 이러한 갭필 공정시, 기판(101)의 배면(1013) 상에도 절연막(133)이 증착된 상태에 놓이므로 이를 제거하기 위한 공정을 수행하며, 도 6을 참고하면, 예를 들어 CMP 공정을 수행할 수 있다. 전술한 바와 같이, DTI 영역(130) 형성 공정은 한 번의 갭필 공정으로 또는 2회 이상의 갭필 공정을 통하여 수행될 수 있다. 이에 의하여 단위 픽셀 영역(P1)의 경계 측에 아이솔레이션막으로써 DTI 영역(130)이 형성될 수 있다.
그 후, 산란막(140)을 형성한다. 이에 대하여 상세히 설명한다. 도 7 내지 도 9를 참고하면, 기판(101)의 배면(1013) 상에 포토레지스트막(PR)을 패터닝한 이후 개방된 측을 식각하여 산란막 형성영역(147)이 형성되도록 한다. 상기 산란막 형성영역(147)은 각 단위 픽셀 영역(P1)의 중앙 측에 형성되도록 하는 것이 바람직하다. 그 후, 도 10을 참고하면, 상기 산란막 형성영역(147) 내 절연막 또는 폴리실리콘막 등을 갭필하여 산란막(140)을 형성한다.
전술한 바와 같이, 제1 내지 제3 구조체(141,143,145)는 그 깊이가 서로 상이하게 형성될 수 있다. 따라서, 개별 구조체(141,143,145) 형성을 위한 트렌치 형성 공정을 별도로 수행하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 제1 구조체(141)를 형성하기 위하여 기판(101)의 배면(1013) 상에 포토레지스트막(미도시)을 패터닝한 이후 제1 구조체 영역(147a)을 형성하고(도 7 참고), 그 후 다시 포토레지스트막(미도시)을 패터닝한 이후 제2 구조체 영역(147b)을(도 8 참고), 그리고 다시 제3 구조체 영역(147c)을 형성할 수 있다(도 9 참고). 그리고 나서, 각 구조체 영역(147a,147b,147c)을 갭필하여 제1 내지 제3 구조체(141,143,145)를 형성한다(도 10 참고). 위에서는 제1 구조체(141)를 먼저 형성하는 것으로 설명하였으나, 이는 임의적인 것이며 각 구조체 영역(147a,147b,147c) 형성 순서는 공정에 따라 상이해질 수 있고 별도의 제한이 있는 것은 아니다.
그 후, 도 11을 참고하면 기판(101)의 배면(1013) 상에 컬러필터부(150)를, 도 12를 참고하면 상기 컬러필터부(150) 상에 렌즈부(160)를 형성할 수 있다. 또한, 상기 컬러필터부(150)를 형성한 이후 렌즈부(160) 형성 전 평탄화층(미도시)이 추가로 형성될 수도, 상기 렌즈부(160)가 형성된 이후 표면 잔류 물질 제거를 위한 별도의 공정이 수행될 수도 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한, 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다.
1 : 후면조사형 이미지 센서
101 : 기판
1011 : 기판의 전면 1013 : 기판의 배면
110 : 수광소자
120 : 배선영역
121 : 금속배선층 123 : 하부 절연층
130 : DTI 영역
131 : 딥트렌치 133 : 절연막
140 : 산란막
141 : 제1 구조체 143 : 제2 구조체
145 : 제3 구조체
147 : 산란막 형성영역
147a : 제1 구조체 영역 147b : 제2 구조체 영역
147c : 제3 구조체 영역
150 : 컬러필터부
160 : 렌즈부
P : 픽셀 영역
P1, P1a, P1b, P1c : 단위 픽셀 영역
PR : 포토레지스트막

Claims (18)

  1. 전면과 배면을 가지는 기판;
    상기 기판 전면 측의 수광소자;
    상기 기판 내 그리고 개별 단위 픽셀 영역 경계 측의 DTI 영역;
    상기 기판 내 그리고 개별 단위 픽셀 영역 상의 산란막;
    상기 기판 배면 상의 컬러필터부; 및
    상기 컬러필터부 상의 렌즈부;를 포함하고,
    상기 산란막은
    개별 단위 픽셀 영역마다 상이한 상하 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 후면조사형 이미지 센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 산란막은
    상기 기판의 배면 또는 배면으로부터 인접한 측으로부터 상기 기판의 전면 측으로 하방 연장되는 것을 특징으로 하는 후면조사형 이미지 센서.
  3. 제1항에 있어서, 상기 산란막은
    개별 단위 픽셀 영역의 중앙 측에 있는 것을 특징으로 하는 후면조사형 이미지 센서.
  4. 제1항에 있어서, 상기 산란막은
    인접한 DTI 영역의 이격 거리보다 작은 좌우 폭 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 후면조사형 이미지 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 전면 상의 배선영역;을 추가로 포함하고,
    상기 배선영역은
    다층 배선 구조의 금속배선층; 및
    상기 금속배선층을 덮는 다층 절연막 구성인 하부 절연층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 후면조사형 이미지 센서.
  6. 전면과 배면을 가지는 기판;
    상기 기판 전면 측의 수광소자;
    상기 기판 내 그리고 개별 단위 픽셀 영역의 경계 측의 DTI 영역;
    개별 단위 픽셀 영역에서, 상기 기판의 배면으로부터 전면 측으로 연장하는 산란막;
    상기 기판 배면 상의 컬러필터부;
    상기 컬러필터부 상의 렌즈부; 및
    상기 기판 전면 상의 배선층;을 포함하고,
    상기 산란막은
    적색광이 입사하는 단위 픽셀 영역의 제1 구조체; 녹색광이 입사하는 단위 픽셀 영역의 제2 구조체; 및 청색광이 입사하는 단위 픽셀 영역의 제3 구조체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 후면조사형 이미지 센서.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 구조체는
    그 저부가 상기 제2 구조체와 제3 구조체의 저부 대비 상기 기판의 전면과 인접한 위치에 있고,
    상기 제2 구조체는
    그 저부가 상기 제3 구조체의 저부 대비 상기 기판의 전면과 먼 위치에 있는 것을 특징으로 하는 후면조사형 이미지 센서.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제1 구조체, 제2 구조체 및 제3 구조체는
    별도의 식각 공정을 통하여 상기 기판 배면을 식각함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 후면조사형 이미지 센서.
  9. 제6항에 있어서, 상기 DTI 영역은
    상기 산란막 대비 큰 상하방향 폭 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 후면조사형 이미지 센서.
  10. 제6항에 있어서, 상기 산란막은
    실리콘 산화막, 금속막 및 폴리실리콘막 중 하나 이상의 막을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 후면조사형 이미지 센서.
  11. 기판 내 그리고 개별 단위 픽셀 영역의 경계 측에 DTI 영역을 형성하는 단계;
    상기 기판 내에서 개별 단위 픽셀 영역마다 산란막을 형성하는 단계;
    상기 기판 상에 컬러필터부를 형성하는 단계; 및
    상기 컬러필터부 상에 렌즈부를 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 산란막은
    인접한 DTI 영역의 거리보다 작은 좌우 폭 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 후면조사형 이미지 센서 제조방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 산란막은
    적색광이 입사하는 단위 픽셀 영역의 제1 구조체; 녹색광이 입사하는 단위 픽셀 영역의 제2 구조체; 및 청색광이 입사하는 단위 픽셀 영역의 제3 구조체;를 포함하고,
    상기 제1 구조체, 제2 구조체 및 제3 구조체는
    상기 기판 내에서 상이한 깊이까지 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 후면조사형 이미지 센서 제조방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 산란막 형성단계는
    상기 기판의 배면을 식각하여 산란막 영역을 형성하는 단계; 및
    상기 산란막 영역 내 산화막, 폴리실리콘막 및 금속막 중 어느 하나 이상을 갭필하여 제1 구조체, 제2 구조체 및 제3 구조체를 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 제1 구조체 내지 제3구조체의 산란막 영역은
    별도의 식각 공정을 통하여 형성되는 것을 특징으로 하는 후면조사형 이미지 센서 제조방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 제1 구조체는
    상기 기판 내에서 제2 구조체 및 제3 구조체 대비 깊게 형성되며,
    상기 제3 구조체는
    상기 기판 내에서 제2 구조체 대비 얕게 형성되는 것을 특징으로 하는 후면조사형 이미지 센서 제조방법.
  15. 기판 내 그리고 개별 단위 픽셀 영역의 경계 측에 DTI 영역을 형성하는 단계;
    상기 기판 내에서, 개별 단위 픽셀 영역마다 제1 구조체, 제2 구조체 및 제3 구조체를 형성하는 단계;
    상기 기판 상에 컬러필터부를 형성하는 단계; 및
    상기 컬러필터부 상에 렌즈부를 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 제1 구조체 내지 제3 구조체 형성단계는
    3번의 식각 공정을 통하여 제1 구조체 영역, 제2 구조체 영역 및 제3 구조체 영역을 형성하는 단계; 및 상기 제1 내지 제3 구조체 영역을 갭필하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 후면조사형 이미지 센서 제조방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 DTI 영역 형성단계는
    상기 기판의 배면을 식각하여 딥트렌치를 형성하는 단계; 및
    상기 딥트렌치 내 절연막을 갭필하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 후면조사형 이미지 센서 제조방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 DTI 영역 형성단계는
    상기 절연막 갭필 후 상기 기판 배면 상에 증착된 절연막을 제거하는 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 후면조사형 이미지 센서 제조방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 기판의 전면 측에 수광소자를 형성하는 단계;를 추가로 포함하고,
    상기 제1 내지 제3 구조체는
    상기 소광소자로부터 서로 상이한 거리 이격되는 것을 특징으로 하는 후면조사형 이미지 센서 제조방법.
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