KR20240047586A - 전면조사형 이미지 센서 및 제조방법 - Google Patents

전면조사형 이미지 센서 및 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20240047586A
KR20240047586A KR1020220126780A KR20220126780A KR20240047586A KR 20240047586 A KR20240047586 A KR 20240047586A KR 1020220126780 A KR1020220126780 A KR 1020220126780A KR 20220126780 A KR20220126780 A KR 20220126780A KR 20240047586 A KR20240047586 A KR 20240047586A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substrate
image sensor
center
illuminated image
unit
Prior art date
Application number
KR1020220126780A
Other languages
English (en)
Inventor
윤상원
정주환
하만륜
Original Assignee
주식회사 디비하이텍
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 디비하이텍 filed Critical 주식회사 디비하이텍
Priority to KR1020220126780A priority Critical patent/KR20240047586A/ko
Priority to US18/187,143 priority patent/US20240120361A1/en
Publication of KR20240047586A publication Critical patent/KR20240047586A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14629—Reflectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14621—Colour filter arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14627—Microlenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1463—Pixel isolation structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14636—Interconnect structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1464—Back illuminated imager structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14645—Colour imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14685—Process for coatings or optical elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14689—MOS based technologies

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

본 발명은 전면조사형 이미지 센서(1) 및 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판 내 광 산란부를 형성함으로써 입사광의 경로를 증가시켜 인접한 화소영역(P) 간 크로스토크(Cross-Talk) 발생을 방지하고, 광 감도 향상이 가능하도록 하는 전면조사형 이미지 센서(1) 및 제조방법에 관한 것이다.

Description

전면조사형 이미지 센서 및 제조방법{FRONTSIDE ILLUMIATED IMAGE SENSOR AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 전면조사형 이미지 센서(1) 및 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판 내 광 산란부를 형성함으로써 입사광의 경로를 증가시켜 인접한 화소영역(P) 간 크로스토크(Cross-Talk) 발생을 방지하고, 광 감도 향상이 가능하도록 하는 전면조사형 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 웨이퍼 기판 전면 상에 차례로 적층된 배선부, 컬러필터부, 그리고 렌즈부를 포함한다. 그리고 기판 내에는 수광소자인 포토다이오드가 형성된다. 이 때 렌즈부를 통하여 통과한 입사광은 기판 내에서 동일한 방향으로 진행하며, 개별 단위 화소영역의 피치(Pitch)가 줄어들면 상기 광이 인접한 다른 화소영역으로 입사하여 크로스토크가 발생할 수 있다. 또한, 그에 따라 포토다이오드에 도달한 광을 효율적으로 활용하지 못하는 문제가 발생할 수 있다.
이에 따라 본 발명의 발명자는 근적외선 범위의 광 감도 향상을 가능하도록 하는 개선된 구조를 가지는 신규의 전면조사형 이미지 센서를 제시하고자 하며 상세한 내용은 후술한다.
국내등록특허 제10-0660549호 '이미지 센서 및 그 제조 방법'
본 발명은 기판 내 광 산란부를 형성함으로써 입사광의 경로를 증가시켜 인접한 화소영역 간 크로스토크(Cross-Talk) 발생을 방지하고, 광 감도 향상이 가능하도록 하는 전면소자형 이미지 센서 및 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 광 산란부의 측부가 중심부보다 기판 내 깊게 형성되도록 함으로써 입사광 경로가 광전변환부에 수렴되어 인접한 화소영역 간 크로스토크 발생을 방지하도록 하는 전면조사형 이미지 센서 및 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 단위 화소영역 내 중심부를 기준으로 좌우 방향을 따라 측부가 각각 다수 형성되는 경우, 상기 중심부로부터 먼 측 측부가 인접한 측 측부보다 기판 내에서 더욱 깊게 형성되도록 하여 인접한 화소영역 간 크로스토크 발생을 방지하도록 하는 전면조사형 이미지 센서 및 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 광 산란부의 측부가 중심부보다 기판 내 얕게 형성되도록 함으로써 렌즈부에 의하여 중심 측으로 집중된 입사광의 1차 산란 효과를 보다 크게 하여 광 감도 향상이 가능하도록 하는 전면조사형 이미지 센서 및 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 광 산란부가 중심부를 형성하지 않음으로써 상대적으로 간단한 공정 수행이 가능하도록 하는 전면조사형 이미지 센서 및 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 광 산란부가 개별 색광의 채널 별 그 형성 깊이를 상이하게 함으로써 광 경로 거리를 다르게 형성하도록 하는 전면조사형 이미지 센서 및 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 소자분리막이 경계영역과 적어도 부분적으로 상하 오버랩되도록 형성함으로써 전체 사이즈가 증가하는 것을 방지하도록 하는 전면조사형 이미지 센서 및 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 전면조사형 이미지 센서는 전면과 배면을 가지는 기판; 상기 기판 내 광전변환부; 상기 기판의 전면 상의 층간절연막; 및 상기 층간절연막 내 금속 물질을 포함하는 금속배선층;을 포함하는 배선영역; 상기 배선영역 상의 컬러필터부; 상기 컬러필터부 상의 평탄화 레이어; 상기 평탄화 레이어 상의 렌즈부; 및 상면이 상기 기판 전면 또는 상기 전면과 인접한 측에 있고, 저면이 상기 기판 내에 있는 광 산란부;를 포함하고, 상기 광 산란부는 단위 화소영역의 중심 측에서 제1 깊이를 가지는 중심부; 및 단위 화소영역에서 상기 중심부와 측 방향으로 이격되며 제2 깊이를 가지는 측부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 전면조사형 이미지 센서에서의 상기 제2 깊이는 제1 깊이보다 깊은 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 전면조사형 이미지 센서에서의 상기 측부는 상기 중심부의 좌우 방향을 따라 각각 다수 형성되는 측을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 전면조사형 이미지 센서에서의 상기 측부는 상기 중심부와 인접한 측 측부가 상기 중심부와 먼 측 측부보다 깊은 깊이를 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 전면조사형 이미지 센서에서의 상기 측부는 상기 중심부와 인접한 측 측부가 상기 중심부와 먼 측 측부보다 얕은 깊이를 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 전면조사형 이미지 센서에서의 상기 측부는 적어도 일 측이 상기 중심부보다 큰 폭 크기의 평면 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 전면조사형 이미지 센서에서의 상기 측부는 적어도 일 측이 상기 중심부보다 큰 폭 크기의 평면 형상을 가지며, 상기 중심부와 인접한 측 측부가 상기 중심부와 먼 측 측부보다 좁은 폭 크기의 평면 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 전면조사형 이미지 센서에서 상기 다수의 측부 중 어느 하나 이상은 그 저부가 상기 기판 내에서 광전변환부와 컨택하는 깊이에 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 전면조사형 이미지 센서는 전면과 배면을 가지는 기판; 상기 기판 내 광전변환부; 상기 기판의 전면 상의 층간절연막; 및 상기 층간절연막 내 금속 물질을 포함하는 금속배선층;을 포함하는 배선영역; 및 상면이 상기 기판 전면 또는 상기 전면과 인접한 측에 있고, 저면이 상기 기판 내에 있는 광 산란부;를 포함하고, 상기 광 산란부는 단위 화소영역의 중심 측의 중심부; 및 단위 화소영역에서 상기 중심부와 컨택하며, 상기 중심부로부터 측 방향으로 연장하는 측을 가지는 측부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 전면조사형 이미지 센서에서의 상기 측부는 그 저부가 상기 중심부의 저부보다 기판 내 깊은 위치에 있는 측을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 전면조사형 이미지 센서에서의 상기 측부는 컨택하는 중심부로부터 측 방향을 따라 외측으로 연장될수록 상기 기판 내 깊게 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 전면조사형 이미지 센서에서의 상기 측부는 상기 기판의 전면에서 배면으로 인접할수록 하방으로 좁아지는 폭 크기의 단면 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 전면조사형 이미지 센서는 상기 배선영역 상의 컬러필터부; 상기 컬러필터부 상의 평탄화 레이어; 및 상기 평탄화 레이어 상의 렌즈부;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 전면조사형 이미지 센서는 단위 화소영역 경계 측에서 상기 기판의 배면과 이격되는 아이솔레이션막인 경계영역; 및 상기 기판의 전면으로부터 연장되어 배면과 이격되는 소자분리막;을 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 전면조사형 이미지 센서에서의 상기 경계영역은 상기 소자분리막 내에 있는 측을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 전면조사형 이미지 센서는 전면과 배면을 가지는 기판; 상기 기판 내 광전변환부; 상기 기판의 전면 상의 층간절연막; 및 상기 층간절연막 내 금속 물질을 포함하는 금속배선층;을 포함하는 배선영역; 및 상면이 상기 기판 전면 또는 상기 전면과 인접한 측에 있고, 저면이 상기 기판 내에 있는 광 산란부;를 포함하고, 상기 광 산란부는 단위 화소영역의 중심과 이격된 위치에서 입사광을 산란시키는 측부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 전면조사형 이미지 센서에서의 상기 측부는 단위 화소영역의 중심에 수렴하지 않는 평면 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 전면조사형 이미지 센서는 전면과 배면을 가지는 기판; 개별 단위 화소영역에서, 상기 기판 내 광전변환부; 상기 기판의 전면 상의 층간절연막; 및 상기 층간절연막 내 금속 물질을 포함하는 금속배선층;을 포함하는 배선영역; 및 개별 단위 화소영역에서, 상면이 상기 기판 전면 또는 상기 전면과 인접한 측에 있고, 저면이 상기 기판 내에 있는 광 산란부;를 포함하고, 상기 광 산란부는 개별 단위 화소영역의 중심과 이격된 측의 가지는 측부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 전면조사형 이미지 센서에서 다수의 단위 화소영역 중 적어도 어느 하나는 나머지 단위 화소영역과 상이한 측부 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 전면조사형 이미지 센서에서의 상기 광 산란부는 임의의 단위 화소영역의 중심 측에서 상기 측부보다 얕은 깊이를 가지는 중심부;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 기판 내 광 산란부를 형성함으로써 입사광의 경로를 증가시켜 인접한 화소영역 간 크로스토크(Cross-Talk) 발생을 방지하고, 광 감도 향상이 가능하도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 광 산란부의 측부가 중심부보다 기판 내 깊게 형성되도록 함으로써 입사광 경로가 광전변환부에 수렴되어 인접한 화소영역 간 크로스토크 발생을 방지하도록 하는 효과를 가진다.
또한, 본 발명은 단위 화소영역 내 중심부를 기준으로 좌우 방향을 따라 측부가 각각 다수 형성되는 경우, 상기 중심부로부터 먼 측 측부가 인접한 측 측부보다 기판 내에서 더욱 깊게 형성되도록 하여 인접한 화소영역 간 크로스토크 발생을 방지하도록 하는 효과가 도출된다.
또한, 본 발명은 광 산란부의 측부가 중심부보다 기판 내 얕게 형성되도록 함으로써 렌즈부에 의하여 중심 측으로 집중된 입사광의 1차 산란 효과를 보다 크게 하여 광 감도 향상이 가능하도록 하는 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명은 광 산란부가 중심부를 형성하지 않음으로써 상대적으로 간단한 공정 수행이 가능하도록 하는 효과를 보인다.
또한, 본 발명은 광 산란부가 개별 색광의 채널 별 그 형성 깊이를 상이하게 함으로써 광 경로 거리를 다르게 형성하도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 소자분리막이 경계영역과 적어도 부분적으로 상하 오버랩되도록 형성함으로써 전체 사이즈가 증가하는 것을 방지하도록 하는 효과가 도출된다.
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 제1 실시예에 따른 전면조사형 이미지 센서의 평면도이고;
도 2는 도 1에 따른 전면조사형 이미지 센서의 AA' 단면도이고;
도 3은 도 1에 따른 전면조사형 이미지 센서의 BB' 단면도이고;
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전면조사형 이미지 센서의 평면도이고;
도 5는 도 4에 따른 전면조사형 이미지 센서의 CC' 단면도이고;
도 6은 도 4에 따른 전면조사형 이미지 센서의 DD' 단면도이고;
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전면조사형 이미지 센서의 평면도이고;
도 8은 도 7에 따른 전면조사형 이미지 센서의 EE' 단면도이고;
도 9 내지 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 전면조사형 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 본 명세서에 기재된 순서와 상이하게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하는 공정 단계가 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며, 거꾸로 수행될 수도 있다.
이하에서는 제1 도전형 불순물 영역을 예를 들어 'P-type' 도핑 영역으로, 제2 도전형 불순물 영역을 'N-type' 도핑 영역으로 이해한다. 또는 경우에 따라 제1 도전형 불순물 영역이 'N-type' 영역 그리고 제2 도전형 불순물 영역이 'P-type' 도핑 영역일 수 있고 이에 제한이 있는 것은 아니다.
본 발명에 따른 전면조사형 이미지 센서(1)는 화소영역(P)을 포함한다. 상기 화소영역(P)은 외부로부터 기판(101)의 배면 측으로 입사하는 광을 흡수하는 영역이다. 이러한 화소영역(P)은 다수의 단위 화소영역(P1)을 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전면조사형 이미지 센서의 평면도이고; 도 2는 도 1에 따른 전면조사형 이미지 센서의 AA' 단면도이고; 도 3은 도 1에 따른 전면조사형 이미지 센서의 BB' 단면도이다. 설명의 편의를 위하여, 도 1에서는 기판(101) 상측의 구성에 대한 도시는 생략하였다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전면조사형 이미지 센서(1)에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 발명은 전면조사형 이미지 센서(1)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판 내 광 산란부를 형성함으로써 입사광의 경로를 증가시켜 인접한 화소영역(P) 간 크로스토크(Cross-Talk) 발생을 방지하고, 광 감도 향상이 가능하도록 하는 전면조사형 이미지 센서(1)에 관한 것이다.
상기 전면조사형 이미지 센서(1)는 기판(101)을 포함할 수 있다. 이러한 기판(101)은 예를 들어 에피택셜(Epitaxial) 기판 또는 벌크(Bulk) 기판 등으로 이루어질 수 있고 이에 별도의 제한이 있는 것은 아니다. 또한, 기판(101)은 전면(1011)과 배면(1013)을 가진다. 전면(1011)은, 도면 상에서 후술할 배선영역(120)와 결합하는 면이며, 배면(1013)은 상기 전면(1011)과 대향하는 면이다. 즉, 기판(101)의 전면(1011) 상에 배선영역(120)이 형성될 수 있다. 이와 같은 기판(101)의 화소영역(P)에는 한 개 이상의 광전변환부(110)와 상기 광전변환부(110)에 전기적으로 연결된 한 개 이상의 트랜지스터(미도시)가 배치될 수 있다.
전술한 광전변환부(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. 또한, 광전변환부(110)는 개별 단위 화소영역(P1)에서, 기판(101) 내 각각 형성되는 것이 바람직하다.
기판(101)의 전면(1011) 상에는 배선영역(120)이 형성될 수 있다. 또한, 배선영역(120)은 금속배선층(121)과 층간절연막(123)을 포함할 수 있다.
금속배선층(121)은 예를 들어 단일 금속 또는 이종 이상의 금속이 혼합된 합금막으로 형성되는 구성으로, 예를 들어 알루미늄(Al)막으로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 금속배선층(121)은 층간절연막(123) 내에서 다층 구조로 형성될 수 있다.
층간절연막(123)은 예를 들어 실리콘 산화막과 같은 절연 물질로 형성되며 금속배선층(121)과 서로 반복적으로 적층하여 형성하는 절연막 구성으로, 상기 금속배선층(121)을 다층 배선 형성하는 것이 바람직하다. 어느 한 층의 금속배선층(121)은 다른 층 금속배선층(121)과 컨택(Contact) 플러그(미도시)를 통해 연결될 수 있다. 컨택 플러그는 해당 층간절연막(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.
이러한 층간절연막(123)은 BPSG, PSG, BSG, USG, TEOS 또는 HDP막 중 선택된 어느 하나의 산화막으로 형성하거나 이들이 2층 이상 적층된 적층막으로 형성될 수 있다. 그리고 층간절연막(123)은 증착 후, 예를 들어 CMP 공정을 통해 평탄화될 수 있다.
또한, 기판(101) 내 그리고 개별 단위 화소영역(P1)의 경계 측에는 인접한 단위 화소영역들(P1) 간 크로스토크(Cross-Talk) 등을 방지하기 위한 아이솔레이션막으로써의 경계영역(130)이 형성될 수 있다. 경계영역(130)은 예를 들어 DTI 영역일 수 있다. 이러한 경계영역(130)은 기판(101)의 전면(1011)으로부터 배면(1013) 방향으로 연장 형성되며, 상기 배면(1013)과 인접한 측까지 연장되는 것이 바람직하다.
또한, 경계영역(130)은 예를 들어 산화막을 갭필하여 형성될 수 있고 이에 제한이 있는 것은 아니다. 경계영역(130)은 절연물질을 한 번의 갭필(Gap-Fill) 공정으로 또는 2회 이상의 갭필 공정으로 형성할 수 있고 이에 제한이 있는 것은 아니다. 그리고 경계영역(130)은 후술할 광 산란부(150)에 의하여 산란되는 입사광이 다시 화소영역(P1) 내측으로 반사되어 광전변환부(110) 측으로 입사되도록 할 수 있다.
이어서 설명하면, 기판(101)의 전면(1011) 측에는 배면(1013) 방향으로 연장되는 소자분리막(140)이 형성될 수 있다. 소자분리막(140)은 예를 들어 STI 영역으로, 액티브 영역을 규정할 수 있다. 또한, 소자분리막(140)은 기판(101) 내에서 경계영역(130)과 적어도 부분적으로 상하 방향 오버랩되도록 형성될 수 있다. 즉, 경계영역(130)은 적어도 일 측이 소자분리막(140)을 관통하는 형상으로 형성될 수 있다. 이에 의하여 개별 단위 화소영역(P1)의 사이즈를 최소화할 수 있다. 이 때 경계영역(130)은 소자분리막(140) 내에 형성되는 상부영역(131)과 상기 상부영역(131)으로부터 하방 연장하는 하부영역(133)을 가질 수 있다. 상부영역(131)과 하부영역(133)은 서로 별개의 공정을 통하여 형성되는 것이 바람직하나 이에 별도의 제한이 있는 것은 아니다.
광 산란부(150)는 단위 화소영역(P1) 별 기판(101) 내에 형성되는 구성으로, 예를 들어 후술할 컬러필터부(170)를 통과한 입사광을 광전변환부(110) 측으로 수렴시키는 구성이다. 또한 광 산란부(150)은 예를 들어 산화막, 질화막, 또는 이들의 다층막이거나, 단일 금속 또는 이종 이상의 금속이 혼합된 합금막, 또는 폴리실리콘막으로 이루어지거나 이를 포함할 수 있고 별도의 제한이 있는 것은 아니다. 이러한 광 산란부(150)는 기판(101)의 전면(1011)으로부터 배면(1013)을 향하여 소정 깊이 연장 형성될 수 있다.
일 실시예로, 광 산란부(150)는 단면도 상에서 기판(1011)의 중심 측에 위치하는 중심부(151) 및 상기 중심부(151)로부터 외측으로 이격되는 측부(153)를 포함할 수 있다(도 1A 내지 도 1D 참고). 이 때 측부(153)는 평면도 상에서 중심부(151)와 이격된 아일랜드 형상을 가질 수 있다.
중심부(151)는 기판(101) 내에서 개별 단위 화소영역(P1)의 중심 측에 형성되어 전면(1011)으로부터 배면(1013)을 향하여 연장하는 구성으로, 제1 깊이(D1)를 가지도록 형성될 수 있다.
도 2를 참고하면, 측부(153)는 기판(101) 내에서 개별 단위 화소영역(P1)의 중심으로부터 외측으로 이격된 위치에서, 기판(101)의 전면(1011)으로부터 배면(1013)을 향하여 연장하는 구성으로, 제1 깊이(D1)에서 추가적인 제2 깊이(D2)를 가지도록 형성될 수 있다. 이와 반대로, 측부(153)가 중심부(151)보다 기판(101) 내에서 깊은 위치까지 연장 형성될 수도 있다.
이 때 측부(153)는 단면도 상에서 중심부(151)를 기준으로 좌우 방향을 따라 한 개씩 형성되는 측을 가질 수도 또는 다수 형성되는 측을 가질 수도 있다(도 1 참고). 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니지만, 단면도 상에서 중심부(151)를 기준으로 좌우 측에 형성되는 측부(153)는 서로 상이한 개수 형성될 수도 있다. 예를 들어 중심부(151) 좌측의 좌측부(153a)는 2개, 우측의 우측부(153b)는 3개 형성될 수도 있다.
이와 같이 중심부(151)를 기준으로 좌우 방향으로 측부(153)가 각각 다수 형성되는 경우, 상기 다수의 측부(153)는 중심부(151)로부터 먼 측 측부(153)가 인접한 측 측부(153)보다 기판(101) 내에서 더욱 깊게 형성되도록 하는 것이 바람직하다. 도시된 바와 같이, 중심부(151) 좌우측의 2개의 측부(153)를 각각 제1 측부(153a) 및 제2 측부(153b)라 지칭할 때, 제2 측부(153b)의 깊이(D1+D21+D22)는 제1 측부(153a)의 깊이(D1+D21)보다 깊게 형성될 수 있다. 이와 같은 중심부(151), 제1 측부(153a)와, 제2 측부(153b)의 깊이는 마스크 패턴(미도시)의 개구(Opening) 면적을 제어함으로써 조절될 수 있다. 예를 들어, 제2 측부(153b)가 제1 측부(153a)보다 깊은 깊이를 가지는 경우, 제2 측부(153b)가 형성될 측 마스크 패턴의 개구가 제1 측부(153a)의 대응 개구보다 큰 면적을 가지도록 형성하여 식각 공정을 수행할 수 있다.
따라서, 컬러필터부(170)를 통과하여 입사된 광은 중심부(151)에 의하여 방사상으로 산란되며, 개별 측부(153)는 산란된 광을 다시 광전변환부(110) 측에 수렴되도록 할 수 있는 것이다.
전술한 예시와 상이하게, 측부(153)가 중심부(151)보다 기판(101) 내 얕은 깊이까지 연장되며, 이 때 중심부(151)로부터 먼 측 측부(153)가 인접한 측 측부(153)보다 기판(10) 내 얕은 깊이까지 연장될 수도 있다. 즉, 중심부(151)로부터 멀어질수록 다수의 측부(153)는 점차 기판(101) 내 깊은 위치까지 연장될 수 있는 것이다. 이와 같은 구성에 의하여, 렌즈부(180)에 의하여 단위 화소영역(P1)의 중심 측으로 집중된 광의 1차 산란 효과를 더욱 크게 하여 광 감도 향상을 도모할 수 있다.
또한, 측부(153)는 각각 광전변환부(110)의 상측부보다 깊은 위치까지 형성될 수도, 상기 광전변환부(110)과 컨택하지 않는 위치까지 연장 형성될 수 있고 이에 제한이 있는 것은 아니다. 그리고 개별 중심부(151)와 측부(153)는 경계영역(130)과 유사하도록 그 단면이 대략 사각형상(도 2A 참고)으로 형성될 수도, 하방으로 연장될수록 그 폭 크기 좁아지도록 형성될 수도(도 2B 참고), 또는 하방으로 그 폭 크기가 좁아져 최저부에 서로 컨택하는 역삼각 형상으로 형성될 수도 있고 이에 제한이 있는 것은 아니다. 전술한 예시에서, 중심부(151)와 측부(153)는 습식 식각 공정을 통하여 역삼각 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 중심부(151)와 측부(153)는 역 피라미드 평면 형상으로 형성되는 것이다.
그리고 도 1을 참고하면, 중심부(151)는 평면도 상에서 그 폭이 측부(153)와 오차 범위 내 실질적으로 동일한 크기로 형성될 수도(도 1A 및 도 1B 참고) 또는 상기 측부(153)보다 작은 폭 크기로 형성될 수도 있다(도 1C 및 도 1D 참고). 또한, 평면도 상에서 동일한 측 방향을 따라 다수의 측부(153)를 가지는 부분이 있는 경우, 상기 중심부(151)로부터 먼 측부(153)가 인접한 측부(151)보다 큰 폭 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 측부(153b)가 제1 측부(153a)보다 큰 수평 폭 크기를 가질 수 있다.
또한, 측부(150)는 개별 단위 화소영역(P1) 별 상이한 개수로 형성될 수도 있다. 일 예로, 임의의 단위 화소영역(P1)에서 일 측 방향을 따라 4개의 측부(153)가 형성되면, 인접한 단위 화소영역(P1)에서 일 측 방향을 따라 2개의 측부(153)가 형성될 수 있는 것이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전면조사형 이미지 센서의 평면도이고; 도 5는 도 4에 따른 전면조사형 이미지 센서의 CC' 단면도이고; 도 6은 도 4에 따른 전면조사형 이미지 센서의 DD' 단면도이다. 설명의 편의를 위하여, 도 6에서는 기판(201) 상측의 구성에 대한 도시는 생략하였다.
도 4 내지 도 6을 참고하면, 다른 실시예로, 광 산란부(250)의 중심부(251)와 측부(253)가 서로 직접 연결되어 기판(101) 내에서 측 방향을 따라 연장되도록 형성될 수도 있다. 즉, 중심부(251)의 측면이 측부(253)와 직접 연결되도록 형성될 수 있는 것이다. 이 때에도 중심부(251)는 측부 대비 얕은 깊이를 가지도록 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 측부(253)는 같은 단위 화소영역(P1) 내의 중심부(251)로부터 멀어지는 측 방향을 따라 연장될수록 그 깊이가 깊어지도록 저면이 하방으로 경사지게 형성될 수도 또는 계단 형상으로 그 깊이가 깊어지도록 형성될 수도 있다. 또는, 측부(253)가 중심부(251)로부터 멀어지는 측 방향을 따라 연장될수록 그 깊이가 얕아지도록 저면이 상방으로 경사지게 형성될 수도 또는 계단 형상으로 형성될 수도 있다.
또한, 도 4를 참고하면, 중심부(251)와 측부(253)는 측 방향으로 연장될수록 그 폭이 오차 범위 내에서 실질적으로 균일한 크기로 형성될 수도(도 4A 및 도 4B 참고) 또는 측부(253)가 중심부(251)보다 큰 폭 크기를 가지는 측을 가지도록 형성될 수도 있다(도 4C 및 도 4D 참고). 이 때, 측부(253)는 동일 단위 화소영역(P1) 내 중심부(251)로부터 측 방향으로 연장됨에 따라 그 폭 크기가 연속적으로 커지거나 단차지게 불연속적으로 커지는 부분을 가지도록 형성될 수도 있다.
그리고 측부(253)는 각각 광전변환부(210)의 상측부보다 깊은 위치까지 형성될 수도, 상기 광전변환부(210)과 컨택하지 않는 위치까지 연장 형성될 수 있고 이에 제한이 있는 것은 아니다. 그리고 개별 중심부(251)와 측부(253)는 경계영역(230)과 유사하도록 그 단면이 대략 사각형상으로 형성될 수도, 하방으로 연장될수록 그 폭 크기 좁아지도록 형성될 수도, 또는 하방으로 그 폭 크기가 좁아지는 역삼각 형상으로 형성될 수도 있고 이에 제한이 있는 것은 아니다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전면조사형 이미지 센서의 평면도이고; 도 8은 도 7에 따른 전면조사형 이미지 센서의 EE' 단면도이다. 설명의 편의를 위하여, 도 7에서는 기판(301) 상측의 구성에 대한 도시는 생략하였다.
도 7 및 도 8을 참고하면, 또 다른 실시예로, 광 산란부(350)는 중심부(351)를 갖지 않을 수 있다. 즉, 광 산란부(350)는 측부(353)만을 가질 수 있고, 예를 들어 상기 측부(353)는 평면 형상에서 단위 화소영역(P1)의 중심에 수렴되지 않는 형태로 연장 형성될 수도 있다. 예를 들어, 광 산란부(350)를 '#' 평면 형상 또는 'ㅁ' 평면 형상으로 형성할 수 있는 것이다. 이 때 측부(353)는 실질적으로 동일한 깊이로 형성될 수도 또는 상이한 깊이(D2)로 형성될 수도 있고 이에 별도의 제한이 있는 것은 아니다.
또한, 측부(353)는 각각 광전변환부(310)의 상측부보다 깊은 위치까지 형성될 수도, 상기 광전변환부(310)과 컨택하지 않는 위치까지 연장 형성될 수 있고 이에 제한이 있는 것은 아니다. 그리고 측부(353)는 경계영역(230)과 유사하도록 그 단면이 대략 사각형상으로 형성될 수도, 하방으로 연장될수록 그 폭 크기 좁아지도록 형성될 수도, 또는 하방으로 그 폭 크기가 좁아지는 역삼각 형상으로 형성될 수도 있고 이에 제한이 있는 것은 아니다.
앞의 실시예들을 종합하면, 광 산란부(150,250,350)는 '+' 평면 형상, '#' 평면 형상 또는 'ㅁ' 평면 형상일 수도 있고, 개별 단위 화소영역(P1) 별 서로 통일되지 않는 형상으로 형성될 수도 있고 이에 제한이 있는 것은 아니다. 예를 들어, 임의의 단위 화소영역(P1)이 'ㅁ' 평면 형상 그리고 인접한 단위 화소영역(P1)이 '+' 평면 형상일 수 있다. 즉, 앞의 3가지 실시예들은 모두 하나의 이미지 센서(1) 내에서 모두 동시에 적용 가능한 것이다.
그리고 광 산란부(150)는 개별 색광의 채널(Channel) 별 그 형성 깊이를 상이하게 함으로써 광 경로 거리를 다르게 형성할 수도 있다. 예를 들어, 기판(101) 내 파장이 가장 긴 적색광이 입사하는 단위 화소영역(P1)의 광 산란부(150)는 녹색광이 입사하는 단위 화소영역(P1)의 광 산란부(150)보다 상대적으로 깊은 위치까지 연장 형성될 수 있다. 또한, 파장이 가장 짧은 청색광이 입사하는 단위 화소영역(P1)의 광 산란부(150)가 가장 얕은 깊이를 가지도록 연장 형성될 수도 있다. 이는 앞의 모든 실시예들에 공통 적용될 수 있는 것이다.
도 1 내지 도 3을 참고하여 이어서 설명하면, 배선부(120) 상에는 컬러필터부(160)가 형성될 수 있다. 이러한 컬러필터부(160)는 후술할 렌즈부(180)를 통해 입사된 광이 상기 컬러필터부(160)의 대응하는 컬러 필터(Red,Green,Blue)에 의하여 필요한 색광(예를 들어 적색광, 녹색광, 청색광)만 선택되도록 하고, 선택된 색광은 대응하는 단위 픽셀영역(P1)의 광전변환부(110)로 입사한다.
또한, 컬러필터부(160) 상에는 평탄화 레이어(170)가 형성될 수 있다. 이러한 평탄화 레이저(170)는 일 예로 실리콘 산화막으로 이루어질 수 있다.
평탄화 레이어(170) 상에는 렌즈부(180)가 형성되며, 상기 렌즈부(180)는 컬러필터부(160) 상에 형성되어 기판(101)의 전면(1011) 측으로부터 입사하는 광이 대응하는 단위 화소영역(P1) 내 수광소자(110)로 포커싱(Focusing) 되도록 하는 복수의 마이크로 렌즈를 구비하는 구성이다.
도 9 내지 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 전면조사형 이미지 센서 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전면조사형 이미지 센서 제조방법에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 9를 참고하면, 먼저 전면(1011)과 배면(1013)을 가지는 기판(101)의 전면(1011)이 위를 향하게 배치한 이후, 소자분리막(140)을 형성한다. 이러한 소자분리막(140)은 STI 영역으로 얕은 트렌치 형성 및 절연막 갭필 공정을 통하여 형성될 수 있다. 또한, 소자분리막(140)은 액티브 영역을 규정하는 구성으로, 인접한 단위 화소영역들(P1) 간 경계 측에 형성되는 것이 바람직하다.
이후, 도 10을 참고하면, 기판(101) 내에서 전면(1011)으로부터 배면(1013)을 향하여 연장하는 경계영역(130)을 형성한다. 이러한 경계영역(130)은 인접한 단위 화소영역들(P1) 경계 측에 형성되며, 일 예로 그물망 구조의 사각 테두리의 평면형상을 가지도록 형성될 수 있다. 예를 들어 경계영역(130)은 DTI 영역으로, 마스크 패턴(미도시)을 활용하여 기판(101)의 전면(1011)을 소정 깊이 식각하여 깊은 트렌치(미도시)를 형성한 이후, 상기 깊은 트렌치 내에 산화막 또는 질화막 또는 산화질화막을 갭필하여 형성될 수 있고 이에 별도의 제한이 있는 것은 아니다.
이 때, 경계영역(130)은 소자분리막(140) 내에서 상기 소자분리막(140)을 관통하는 형상으로 형성되는 상부영역(131) 그리고 상기 상부영역(131)의 저부로부터 기판(101) 내 연장하는 하부영역(133)을 가질 수 있다. 예를 들어, 소자분리막(140)을 일부 식각하여 제1 트렌치(미도시)를 형성한 다시 상기 제1 트렌치 저부를 식각하여 제2 트렌치를 형성할 수 있다. 이후, 제1 트렌치와 제2 트렌치 내 절연물질을 갭필하여 경계영역(130)을 형성할 수 있다.
그리고 나서, 도 11을 참고하면, 이온주입공정을 통하여 기판(101) 내 그리고 개별 단위 화소영역(P1) 내 광전변환부(110)를 형성할 수 있다.
또한, 도 12를 참고하면, 기판(101)의 전면(1013)으로부터 소정 깊이 연장되도록 단위 화소영역(P1) 별 광 산란부(150,250,350)를 형성한다. 광 산란부(150,250,350)는 기판(101)의 전면(1013) 상의 마스크 패턴(미도시)을 활용하여 식각 공정과 함께 절연막 갭필 공정을 수행함으로써 형성될 수 있고 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
이후, 도 13을 참고하면, 기판(101)의 전면(1011) 상에 배선 영역(120)을 형성한다. 이러한 배선 영역(120)은 금속배선층(121)과 층간절연막(123)을 포함하고, 기판(101)의 전면(1011) 상에서 다층 구조로 형성되는 층간절연막(123)과 금속배선층(121)을 반복 형성함으로써 이루어질 수 있다.
후에, 도 14를 참고하면, 배선영역(120) 상에 컬러필터부(160)를, 상기 컬러필터부(160) 상에 평탄화 레이어(170)를, 상기 평탄화 레이어(170) 상에 렌즈부(180)를 순차적으로 형성한다.
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 : 제1 실시예에 따른 전면조사형 이미지 센서
101 : 기판
1011 : 전면 1013 : 배면
110 : 광전변환부
120 : 배선영역
121 : 금속배선층 123 : 층간절연막
130 : 경계영역
140 : 소자분리막
150 : 광 산란부
151 : 중심부 153 : 측부
153a : 제1 측부 153b : 제2 측부
160 : 컬러필터부
170 : 평탄화 레이어
180 : 렌즈부
2 : 제2 실시예에 따른 전면조사형 이미지 센서
250 : 광 산란부
251 : 중심부 253 : 측부
3 : 제3 실시예에 따른 전면조사형 이미지 센서
350 : 광 산란부
253 : 측부
P : 화소영역 P1 : 단위 화소영역
D1 : 제1 깊이 D2 : 제2 깊이

Claims (20)

  1. 전면과 배면을 가지는 기판;
    상기 기판 내 광전변환부;
    상기 기판의 전면 상의 층간절연막; 및 상기 층간절연막 내 금속 물질을 포함하는 금속배선층;을 포함하는 배선영역;
    상기 배선영역 상의 컬러필터부;
    상기 컬러필터부 상의 평탄화 레이어;
    상기 평탄화 레이어 상의 렌즈부; 및
    상면이 상기 기판 전면 또는 상기 전면과 인접한 측에 있고, 저면이 상기 기판 내에 있는 광 산란부;를 포함하고,
    상기 광 산란부는
    단위 화소영역의 중심 측에서 제1 깊이를 가지는 중심부; 및 단위 화소영역에서 상기 중심부와 측 방향으로 이격되며 제2 깊이를 가지는 측부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전면조사형 이미지 센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 깊이는
    제1 깊이보다 깊은 것을 특징으로 하는 전면조사형 이미지 센서.
  3. 제1항에 있어서, 상기 측부는
    상기 중심부의 좌우 방향을 따라 각각 다수 형성되는 측을 가지는 것을 특징으로 하는 전면조사형 이미지 센서.
  4. 제1항에 있어서, 상기 측부는
    상기 중심부와 인접한 측 측부가 상기 중심부와 먼 측 측부보다 깊은 깊이를 가지는 것을 특징으로 하는 전면조사형 이미지 센서.
  5. 제3항에 있어서, 상기 측부는
    상기 중심부와 인접한 측 측부가 상기 중심부와 먼 측 측부보다 얕은 깊이를 가지는 것을 특징으로 하는 전면조사형 이미지 센서.
  6. 제1항에 있어서, 상기 측부는
    적어도 일 측이 상기 중심부보다 큰 폭 크기의 평면 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 전면조사형 이미지 센서.
  7. 제3항에 있어서, 상기 측부는
    적어도 일 측이 상기 중심부보다 큰 폭 크기의 평면 형상을 가지며, 상기 중심부와 인접한 측 측부가 상기 중심부와 먼 측 측부보다 좁은 폭 크기의 평면 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 전면조사형 이미지 센서.
  8. 제3항에 있어서, 상기 다수의 측부 중 어느 하나 이상은
    그 저부가 상기 기판 내에서 광전변환부와 컨택하는 깊이에 있는 것을 특징으로 하는 전면조사형 이미지 센서.
  9. 전면과 배면을 가지는 기판;
    상기 기판 내 광전변환부;
    상기 기판의 전면 상의 층간절연막; 및 상기 층간절연막 내 금속 물질을 포함하는 금속배선층;을 포함하는 배선영역; 및
    상면이 상기 기판 전면 또는 상기 전면과 인접한 측에 있고, 저면이 상기 기판 내에 있는 광 산란부;를 포함하고,
    상기 광 산란부는
    단위 화소영역의 중심 측의 중심부; 및 단위 화소영역에서 상기 중심부와 컨택하며, 상기 중심부로부터 측 방향으로 연장하는 측을 가지는 측부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전면조사형 이미지 센서.
  10. 제9항에 있어서, 상기 측부는
    그 저부가 상기 중심부의 저부보다 기판 내 깊은 위치에 있는 측을 가지는 것을 특징으로 하는 전면조사형 이미지 센서.
  11. 제10항에 있어서, 상기 측부는
    컨택하는 중심부로부터 측 방향을 따라 외측으로 연장될수록 상기 기판 내 깊게 형성되는 것을 특징으로 하는 전면조사형 이미지 센서.
  12. 제9항에 있어서, 상기 측부는
    상기 기판의 전면에서 배면으로 인접할수록 하방으로 좁아지는 폭 크기의 단면 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 전면조사형 이미지 센서.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 배선영역 상의 컬러필터부;
    상기 컬러필터부 상의 평탄화 레이어; 및
    상기 평탄화 레이어 상의 렌즈부;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전면조사형 이미지 센서.
  14. 제9항에 있어서,
    단위 화소영역 경계 측에서 상기 기판의 배면과 이격되는 아이솔레이션막인 경계영역; 및
    상기 기판의 전면으로부터 연장되어 배면과 이격되는 소자분리막;을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전면조사형 이미지 센서.
  15. 제14항에 있어서, 상기 경계영역은
    상기 소자분리막 내에 있는 측을 가지는 것을 특징으로 하는 전면조사형 이미지 센서.
  16. 전면과 배면을 가지는 기판;
    상기 기판 내 광전변환부;
    상기 기판의 전면 상의 층간절연막; 및 상기 층간절연막 내 금속 물질을 포함하는 금속배선층;을 포함하는 배선영역; 및
    상면이 상기 기판 전면 또는 상기 전면과 인접한 측에 있고, 저면이 상기 기판 내에 있는 광 산란부;를 포함하고,
    상기 광 산란부는
    단위 화소영역의 중심과 이격된 위치에서 입사광을 산란시키는 측부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전면조사형 이미지 센서.
  17. 제16항에 있어서, 상기 측부는
    단위 화소영역의 중심에 수렴하지 않는 평면 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 전면조사형 이미지 센서.
  18. 전면과 배면을 가지는 기판;
    개별 단위 화소영역에서, 상기 기판 내 광전변환부;
    상기 기판의 전면 상의 층간절연막; 및 상기 층간절연막 내 금속 물질을 포함하는 금속배선층;을 포함하는 배선영역; 및
    개별 단위 화소영역에서, 상면이 상기 기판 전면 또는 상기 전면과 인접한 측에 있고, 저면이 상기 기판 내에 있는 광 산란부;를 포함하고,
    상기 광 산란부는
    개별 단위 화소영역의 중심과 이격된 측의 가지는 측부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전면조사형 이미지 센서.
  19. 제18항에 있어서, 다수의 단위 화소영역 중 적어도 어느 하나는
    나머지 단위 화소영역과 상이한 측부 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 전면조사형 이미지 센서.
  20. 제18항에 있어서, 상기 광 산란부는
    임의의 단위 화소영역의 중심 측에서 상기 측부보다 얕은 깊이를 가지는 중심부;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전면조사형 이미지 센서.
KR1020220126780A 2022-10-05 2022-10-05 전면조사형 이미지 센서 및 제조방법 KR20240047586A (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220126780A KR20240047586A (ko) 2022-10-05 2022-10-05 전면조사형 이미지 센서 및 제조방법
US18/187,143 US20240120361A1 (en) 2022-10-05 2023-03-21 Frontside illuminated image sensor and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220126780A KR20240047586A (ko) 2022-10-05 2022-10-05 전면조사형 이미지 센서 및 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240047586A true KR20240047586A (ko) 2024-04-12

Family

ID=90573502

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220126780A KR20240047586A (ko) 2022-10-05 2022-10-05 전면조사형 이미지 센서 및 제조방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20240120361A1 (ko)
KR (1) KR20240047586A (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100660549B1 (ko) 2005-07-13 2006-12-22 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 그 제조 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100660549B1 (ko) 2005-07-13 2006-12-22 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 그 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
US20240120361A1 (en) 2024-04-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108257985B (zh) 光传感器
US20240006444A1 (en) Image sensors with light channeling reflective layers therein
US20200403014A1 (en) Image sensors and methods of forming the same
US9893111B2 (en) Full-PDAF (phase detection autofocus) CMOS image sensor structures
KR102162408B1 (ko) 양면 다중 흡수 구조물에 의한 qe 접근법
US8637910B2 (en) Image sensor
TWI517368B (zh) 背側照射型互補式金氧半導體影像感測器的製造方法
KR20190062241A (ko) Cmos 이미지 센서용 다중 딥 트렌치 격리(mdti) 구조체
US20130175582A1 (en) Image sensors including color adjustment path
KR100764061B1 (ko) 이미지 센서 및 그 형성 방법
KR20200002571A (ko) 균열에 내성이 있는 딥 트렌치 절연 구조물
JP6021439B2 (ja) 固体撮像装置
KR20220147503A (ko) 이미지 센서를 위한 후면 구조체
TW202141772A (zh) 影像感測器
KR20110091372A (ko) 빛을 수신하는 면에 곡률이 있는 포토다이오드를 구비하는 백사이드 일루미네이션 ｃｍｏｓ 이미지센서 및 상기 이미지센서의 형성방법
US20220149101A1 (en) Image sensor
CN105655361B (zh) 背照式cmos图像传感器及其形成方法
US11749702B2 (en) Image sensor
US20220165774A1 (en) Image sensor including a pixel seperation structure
KR20240047586A (ko) 전면조사형 이미지 센서 및 제조방법
KR20230111786A (ko) 후면조사형 이미지 센서 및 제조방법
KR20240047587A (ko) 후면조사형 이미지 센서 및 제조방법
KR20240046947A (ko) 후면조사형 이미지 센서 및 제조방법
TWI826139B (zh) 背照式影像感測器及其製造方法
TWI793543B (zh) 具有複合深溝渠隔離結構的積體晶片及其形成方法