KR100784387B1 - 이미지 센서 및 그 형성방법 - Google Patents
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Abstract
이미지 센서 및 그 형성방법이 제공된다. 상기 이미지 센서는 수광 영역과 차광 영역을 포함하는 반도체 기판, 상기 수광 영역 및 상기 차광 영역의 상기 반도체 기판에 각각 제공된 포토 다이오드들, 상기 반도체 기판 상의 층간 절연막, 상기 층간 절연막 상에 상기 차광 영역을 덮는 상부 차광 패턴 및 상기 층간 절연막에 제공되며, 상기 차광 영역과 상기 수광 영역의 경계 부분에 제공된 차광 패턴을 포함한다.
수광 영역, 차광 영역, 차광 패턴
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 변형예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5a 내지 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 형성방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 6a 내지 6c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 형성방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 7a 내지 7c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 형성방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 8 내지 10은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이를 설명하기 위한 평면도들이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
110: 포토 다이오드 120: 트랜지스터들
135: 제 1 금속 배선 145: 제 2 금속 배선
160: 차광 패턴 170: 상부 차광 패턴
180: 사입사광
본 발명은 이미지 센서 및 그 형성방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차광 영역을 가지는 이미지 센서 및 그 형성방법에 관한 것이다.
이미지 센서는 광학적 이미지를 전기적 신호로 변형시키는 소자이다. 이미지 센서는 크게 씨모스(CMOS) 이미지 센서와 씨씨디(CCD) 이미지 센서로 구분될 수 있다. 이미지 센서의 화소(pixel)는 빛을 받아들이는 포토 다이오드들과 상기 포토 다이오드들로부터 입력된 영상신호들을 제어하는 트랜지스터들을 구비한다. 상기 이미지 센서는 광 신호를 전기적 신호로 변형시키는 소자이므로, 열 발생 등에 의해 생성되는 전자들은 출력 신호에서 배제시켜야 한다. 열 발생 등에 의하여 생성되는 전자들을 배제하기 위해, 광전 변환이 일어나지 않는 차광 영역(Optical Black Area)이 필요하다. 차광 영역의 소자들은 차광된 상태에서 작동하며, 차광 영역에서 발생된 전하량은 광에 의해 생성되지 않은 전하량으로, 기준 신호 역할을 한다.
상기 수광 영역과 차광 영역에 사입사광이 입사될 수 있다. 상기 차광 영역으로 입사된 사입사광은 통상 차광 영역의 차광막에 의하여 차광된다. 그러나, 수광 영역으로 입사된 사입사광은 수광 영역과 차광 영역에 존재하는 금속 배선에 반사되어 차광 영역까지 도달하게 된다. 이에 의해, 차광 영역에서 전하량이 발생하여 기준 신호가 변경되는 광 누화(optical cross-talk) 현상이 일어날 수 있다. 이에 따라, 이미지 센서의 화상 화질이 저하될 수 있다.
본 발명의 목적은 화상 화질이 향상된 이미지 센서 및 그 형성방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는 수광 영역과 차광 영역을 포함하는 반도체 기판, 상기 수광 영역 및 상기 차광 영역의 상기 반도체 기판에 제공된 포토 다이오드들, 상기 반도체 기판 상의 층간 절연막, 상기 층간 절연막 상에 상기 차광 영역을 덮는 상부 차광 패턴 및 상기 층간 절연막에, 상기 차광 영역과 상기 수광 영역의 경계 부분에 제공된 차광 패턴을 포함한다.
상기 차광 패턴은 상기 상부 차광 패턴과 상기 차광 영역의 상기 포토 다이오드 사이에 개재될 수 있다.
상기 차광 패턴은 상기 차광 영역의 상기 포토 다이오드와 상기 상부 차광 패턴을 연결할 수 있다.
상기 차광 패턴의 하부면은 상기 반도체 기판의 상부면보다 낮을 수 있다.
상기 차광 패턴은 상기 상부 차광 패턴과 동일한 물질을 포함할 수 있다.
상기 이미지 센서는 상기 포토 다이오드들과 인접한 트랜지스터들 및 상기 층간 절연막에, 상기 트랜지스터들을 덮는 금속 배선들을 더 포함할 수 있다.
상기 차광 패턴은 상기 금속 배선과 동일한 물질을 포함할 수 있다.
상기 차광 영역은 상기 수광 영역과 인접한 제 1 차광 영역과, 상기 제 1 차광 영역과 인접한 제 2 차광 영역을 포함하되, 상기 차광 패턴은 상기 제 1 차광 영역에 제공될 수 있다. 상기 수광 영역은 상기 차광 영역으로 둘러싸일 수 있다.
상기 차광 영역은 상기 수광 영역의 일측에 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 형성방법은 수광 영역과 차광 영역을 포함하는 반도체 기판을 준비하는 것, 상기 수광 영역과 상기 차광 영역의 상기 반도체 기판에 포토 다이오드들을 형성하는 것, 상기 반도체 기판 상에 층간 절연막을 형성하는 것, 상기 층간 절연막에, 상기 수광 영역과 상기 차광 영역의 경계 부분에 차광 패턴을 형성하는 것 그리고 상기 차광 영역의 상기 층간 절연막 상에 상부 차광 패턴을 형성하는 것을 포함한다.
상기 차광 패턴은 상기 상부 차광 패턴과 상기 차광 영역의 상기 포토 다이오드 사이에 형성될 수 있다.
상기 차광 패턴을 형성하는 것은 상기 층간 절연막에 상기 차광 영역의 상기 포토 다이오드를 노출하는 콘택 홀을 형성하는 것 그리고 상기 콘택 홀을 채우는 금속막을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
상기 이미지 센서의 형성방법은 상기 반도체 기판에, 상기 포토 다이오드들 과 인접한 트랜지스터들을 형성하는 것 그리고 상기 층간 절연막에, 상기 트랜지스터들을 덮는 금속 배선들을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
상기 층간 절연막은 제 1 층간 절연막, 상기 제 1 층간 절연막 상의 제 2 층간 절연막 및 상기 제 2 층간 절연막 상의 제 3 층간 절연막을 포함하되, 상기 차광 패턴을 형성하는 것은 상기 제 1 층간 절연막에 상기 차광 영역의 상기 포토 다이오드와 연결되는 제 1 차광 패턴을 형성하는 것, 상기 제 2 층간 절연막에 상기 제 1 차광 패턴과 연결되는 제 2 차광 패턴을 형성하는 것 그리고 상기 제 3 층간 절연막에 상기 제 2 차광 패턴과 연결되는 제 3 차광 패턴을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
상기 금속 배선은 상기 제 1 층간 절연막 상의 제 1 금속 배선과, 상기 제 2 층간 절연막 상의 상기 제 1 금속 배선을 덮는 제 2 금속 배선을 포함하되, 상기 제 1 차광 패턴은 상기 제 1 금속 배선과 동시에 형성되며, 상기 제 2 차광 패턴은 상기 제 2 금속 배선과 동시에 형성되며, 상기 제 3 차광 패턴은 상기 상부 차광 패턴과 동시에 형성될 수 있다.
상기 층간 절연막은 제 1 층간 절연막, 상기 제 1 층간 절연막 상의 제 2 층간 절연막 및 상기 제 2 층간 절연막 상의 제 3 층간 절연막을 포함하되, 상기 차광 패턴을 형성하는 것은 상기 제 2 층간 절연막에 제 2 차광 패턴을 형성하는 것 그리고 상기 제 3 층간 절연막에 상기 제 2 차광 패턴과 연결되는 제 3 차광 패턴을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
상기 금속 배선은 상기 제 1 층간 절연막 상의 제 1 금속 배선과, 상기 제 2 층간 절연막 상의 상기 제 1 금속 배선을 덮는 제 2 금속 배선을 포함하되, 상기 제 2 차광 패턴은 상기 제 2 금속 배선과 동시에 형성되며, 상기 제 3 차광 패턴은 상기 상부 차광 패턴과 동시에 형성될 수 있다.
상기 차광 영역은 상기 수광 영역과 인접한 제 1 차광 영역과, 상기 제 1 차광 영역과 인접한 제 2 차광 영역을 포함하되, 상기 차광 패턴은 상기 제 1 차광 영역에 형성될 수 있다.
상기 수광 영역은 상기 차광 영역으로 둘러싸이도록 형성될 수 있다. 상기 차광 영역은 상기 수광 영역의 일측에 형성될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서 및 그 형성방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 또한, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 반도체 기판(100)은 수광 영역과 차광 영역(Optical Black Area)을 포함한다. 상기 차광 영역은 상기 수광 영역과 인접한 제 1 차광 영역과, 상기 제 1 차광 영역과 인접한 제 2 차광 영역을 포함할 수 있다. 상기 제 2 차광 영역은 하나 이상의 단위 픽셀(unit pixel)을 포함할 수 있다. 상기 반도체 기판(100)은 피-형 불순물을 포함할 수 있다. 상기 반도체 기판(100)에 소자의 절연을 위하여 피-웰(p-well,102)이 제공될 수 있다. 상기 반도체 기판(100)에 각 단위 픽셀(unit pixel)의 활성 영역을 정의하는 소자분리막(105)이 제공된다. 상기 수광 영역, 제 1 차광 영역 및 제 2 차광 영역 각각의 반도체 기판(100)에 포토 다이오드들(110)이 제공된다. 상기 포토 다이오드들(110)은 입사된 빛에 의해 전자-정공 쌍(electron-hole pair)이 생성되는 광전변환소자이다. 상기 포토 다이오드들(110)에 인접한 상기 반도체 기판(100)에 트랜지스터들(120)이 제공된다. 상기 트랜지스터들(120)은 게이트 절연막(121), 전송 게이트(transfer gate,122), 부유 확산 영역(124), 리셋 게이트(126) 및 리셋 드레인 영역(128)을 포함할 수 있다.
상기 포토 다이오드들(110) 및 상기 트랜지스터들(120)을 덮는 제 1 층간 절연막(130)이 제공된다. 상기 제 1 층간 절연막(130) 상에 상기 트랜지스터들(120)을 덮는 제 1 금속 배선(135)이 제공된다. 상기 제 1 층간 절연막(130) 및 상기 제 1 금속 배선(135)을 덮는 제 2 층간 절연막(140)이 제공된다. 상기 제 2 층간 절연막(140) 상에 상기 제 1 금속 배선(135)을 덮는 제 2 금속 배선(145)이 제공된다. 상기 제 1 금속 배선(135) 및 상기 제 2 금속 배선(145)은 상기 트랜지스터들(120)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제 1 금속 배선(135) 및 상기 제 2 금속 배 선(145)은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 텅스텐(W), 티타늄(Ti) 또는 티타늄 나이트라이드(TiN)를 포함할 수 있다. 상기 제 2 금속 배선(145) 및 상기 제 2 층간 절연막(140)을 덮는 제 3 층간 절연막(150)이 제공된다. 상기 제 1 층간 절연막(130), 상기 제 2 층간 절연막(140) 및 상기 제 3 층간 절연막(150)은 광투과성이 우수한 실리콘 산화막을 포함할 수 있다. 상기 제 3 층간 절연막(150) 상에 상기 제 1 차광 영역과 제 2 차광 영역을 덮는 상부 차광 패턴(170)이 제공된다. 상기 상부 차광 패턴(170)은 상기 차광 영역에 입사되는 사입사광(190)을 차광하는 역할을 할 수 있다. 상기 상부 차광 패턴(170)은 상기 제 1 금속 배선(135) 및 상기 제 2 금속 배선(145)과 동일한 물질일 수 있다.
상기 수광 영역과 상기 차광 영역의 경계 부분에 차광 패턴(160)이 제공된다. 상기 차광 패턴(160)은 상기 제 1 층간 절연막(130), 제 2 층간 절연막(140) 및 제 3 층간 절연막(150)에 제공될 수 있다. 상기 차광 패턴(160)은 상기 상부 차광 패턴(170)과 상기 제 1 차광 영역의 포토 다이오드(110) 사이에 개재될 수 있다. 상기 차광 패턴(160)은 제 1 차광 영역의 포토 다이오드(110)와 상기 상부 차광 패턴(170)을 연결할 수 있다. 상기 차광 패턴(160)은 상기 제 1 금속 배선(135) 및 상기 제 2 금속 배선(145)과 동일한 물질 예를 들면, 알루미늄(Al), 구리(Cu), 텅스텐(W), 티타늄(Ti) 또는 티타늄 나이트라이드(TiN)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 차광 패턴(160)은 상기 상부 차광 패턴(170)과 동일한 물질일 수 있다. 상기 차광 패턴(160)이 상기 수광 영역과 상기 차광 영역의 경계 부분에 제공됨으로써, 사입사광(180)이 상기 수광 영역에 입사되더라도 상기 차광 영역에 유입되지 않는 다. 이에 따라, 광 누화(optical cross-talk) 현상이 방지되어, 이미지 센서의 안정적인 화상이 구현될 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 단면도이다. 도 2를 참조하면, 도 1의 상기 차광 패턴(160)과 달리, 차광 패턴(160a)이 상기 제 2 층간 절연막(140) 및 상기 제 3 층간 절연막(150)에 제공될 수 있다. 상기 차광 패턴(160a)은 상기 상부 차광 패턴(170)과 연결될 수 있다. 상기 차광 패턴(160a)이 제공됨으로써, 차광 영역으로 유입되는 사입사광(180)이 충분히 감소될 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 단면도이다. 도 3을 참조하면, 도 2의 상기 차광 패턴(160a)와 달리, 차광 패턴(160b)이 상기 제 3 층간 절연막(150)에 제공될 수 있다. 상기 차광 패턴(160b)은 상기 상부 차광 패턴(170)과 연결될 수 있다. 상기 차광 패턴(160b)이 제공됨으로써, 차광 영역으로 유입되는 사입사광(180)이 감소될 수 있다.
도 4는 본 발명의 변형예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 단면도이다. 도 4를 참조하면, 도 1의 상기 차광 패턴(160)과 달리, 차광 패턴(160c)이 상기 제 1 차광 영역의 상기 포토 다이오드(110)를 일부 관통할 수 있다. 즉, 상기 차광 패턴(160c)의 하부면은 상기 반도체 기판(100)의 상부면보다 낮을 수 있다.
도 5a 내지 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 형성방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 5a를 참조하면, 반도체 기판(100)은 수광 영역, 제 1 차광 영역 및 제 2 차광 영역을 포함한다. 상기 반도체 기판(100)에 피-웰(p-well,102)이 형성될 수 있다. 상기 반도체 기판(100)에 각 단위 픽셀에 활성 영역을 정의하는 소자분리막(105)이 형성된다. 상기 소자분리막(105)은 샐로우 트렌치 아이솔레이션(shallow trench isolation) 방법으로 형성될 수 있다. 상기 반도체 기판(100) 상에 게이트 절연막(121)이 형성된다. 상기 게이트 절연막(121)은 열 산화 공정으로 형성될 수 있다. 상기 게이트 절연막(121) 상에 전송 게이트(122) 및 리셋 게이트(126)가 형성된다. 상기 전송 게이트(122) 및 리셋 게이트(126)는 화학 기상 증착 방법으로 형성된 폴리 실리콘을 포함할 수 있다. 상기 전송 게이트(122)와 인접한 반도체 기판(100)에 이온 주입 공정을 진행하여 포토 다이오드들(110)이 형성된다. 상기 포토 다이오드들(110)을 형성하는 것은 N형 불순물 영역을 형성하는 것과 상기 N형 불순물 영역 상에 P형 불순물 영역을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 상기 전송 게이트(124)와 상기 리셋 게이트(126) 사이의 반도체 기판(100)에 부유 확산 영역(124)이 형성된다. 상기 리셋 게이트(126)에 인접한 반도체 기판(100)에 리셋 드레인 영역(128)이 형성된다. 이에 의해, 트랜지스터들(120)은 게이트 절연막(121), 전송 게이트(122), 부유 확산 영역(124), 리셋 게이트(126) 및 리셋 드레인 영역(128)을 포함할 수 있다.
도 5b를 참조하면, 상기 반도체 기판(100) 상에 제 1 층간 절연막(130)이 형성된다. 상기 제 1 층간 절연막(130)은 화학 기상 증착 방법 또는 스핀 온 글래스(spin on glass) 방법으로 형성될 수 있다. 상기 제 1 층간 절연막(130) 상에 제 1 금속 배선(135)이 형성된다. 상기 제 1 층간 절연막(130)과 상기 제 1 금속 배 선(135)을 덮는 제 2 층간 절연막(140)이 형성된다. 상기 제 2 층간 절연막(140) 상에 제 2 금속 배선(145)이 형성된다. 상기 제 1 금속 배선(135) 및 상기 제 2 금속 배선(145)은 상기 트랜지스터들(120)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제 2 금속 배선(145) 및 상기 제 2 층간 절연막(140)을 덮는 제 3 층간 절연막(150)이 형성된다. 상기 제 1 층간 절연막(130), 제 2 층간 절연막(140) 및 제 3 층간 절연막(150)은 광 투과성이 우수한 실리콘 산화막을 포함할 수 있다.
도 5c를 참조하면, 상기 수광 영역과 차광 영역의 경계 부분에 차광 패턴(160)이 형성된다. 상기 차광 패턴(160)을 형성하는 것은 상기 제 3 층간 절연막(150), 제 2 층간 절연막(140) 및 제 1 층간 절연막(130)에 상기 제 1 차광 영역의 포토 다이오드(110)를 노출하는 콘택 홀(155)을 형성하는 것과 상기 콘택 홀(155)을 채우는 금속막을 형성하는 것 그리고 상기 금속막에 평탄화 공정을 진행하는 것을 포함할 수 있다. 상기 콘택 홀(155)은 상기 제 1 차광 영역의 상기 포토 다이오드(110)의 일부를 식각하도록 형성될 수 있다(도 4 참조). 상기 제 3 층간 절연막(150) 상에 상기 차광 패턴(160)과 연결되는 상부 차광 패턴(170)이 형성된다. 상기 상부 차광 패턴(170)은 상기 차광 영역으로 입사되는 사입사광(190)을 차광하는 역할을 한다. 상기 차광 패턴(160) 및 상기 상부 차광 패턴(170)은 동시에 형성될 수 있다. 상기 차광 패턴(160)은 상기 수광 영역으로 입사되는 사입사광(180)이 차광 영역으로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
도 6a 내지 6c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 형성방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 6a를 참조하면, 반도체 기판(100)은 수광 영역, 제 1 차광 영역 및 제 2 차광 영역을 포함한다. 도 5a에서 설명한 것과 같이, 상기 반도체 기판(100)에 피-웰(102), 소자 분리막(105), 포토 다이오드(110) 및 트랜지스터들(120)이 형성된다.
도 6b를 참조하면, 상기 반도체 기판(100) 상에 제 1 층간 절연막(130)이 형성된다. 상기 제 1 층간 절연막(130)은 화학 기상 증착 방법 또는 스핀 온 글래스(spin on glass) 방법으로 형성될 수 있다. 상기 제 1 층간 절연막(130)에 제 1 차광 패턴(162)이 형성된다. 상기 제 1 차광 패턴(162)은 상기 제 1 차광 영역의 포토 다이오드와 연결되도록 형성될 수 있다. 상기 제 1 층간 절연막(130) 상에 제 1 금속 배선(135)이 형성된다. 상기 제 1 금속 배선(135)과 제 1 차광 패턴(162)은 듀얼 다마신 공정으로 동시에 형성될 수 있다.
도 6c를 참조하면, 상기 제 1 차광 패턴(162) 및 상기 제 1 금속 배선(135)을 덮는 제 2 층간 절연막(140)이 형성된다. 상기 제 2 층간 절연막(140)에 상기 제 1 차광 패턴(162)과 연결되는 제 2 차광 패턴(164)이 형성된다. 상기 제 2 층간 절연막(140) 상에 제 2 금속 배선(145)이 형성된다. 상기 제 2 차광 패턴(164) 및 상기 제 2 금속 배선(164)은 듀얼 다마신 공정으로 동시에 형성될 수 있다. 상기 제 2 차광 패턴(164) 및 상기 제 2 금속 배선(145)을 덮는 제 3 층간 절연막(150)이 형성된다. 상기 제 1 층간 절연막(130), 제 2 층간 절연막(140) 및 제 3 층간 절연막(150)은 광 투과성이 우수한 실리콘 산화막을 포함할 수 있다. 상기 제 3 층간 절연막(150)에 상기 제 2 차광 패턴(162)과 연결되는 제 3 차광 패턴(166)이 형 성된다. 이에 의해, 상기 제 1 차광 패턴(162), 제 2 차광 패턴(164) 및 제 3 차광 패턴(166)을 포함하는 차광 패턴(160)이 형성된다. 상기 제 3 층간 절연막(150) 상에 상기 차광 패턴(160)과 연결되는 상부 차광 패턴(170)이 형성된다. 상기 상부 차광 패턴(170)은 상기 차광 영역으로 입사되는 사입사광(190)을 차광하는 역할을 한다. 상기 제 3 차광 패턴(166) 및 상기 상부 차광 패턴(170)은 동시에 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 차광 패턴(160)은 상기 수광 영역으로 입사되는 사입사광(180)이 차광 영역으로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
도 7a 내지 7c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 형성방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 7a를 참조하면, 반도체 기판(100)은 수광 영역, 제 1 차광 영역 및 제 2 차광 영역을 포함한다. 도 6a에서 설명한 것과 같이, 상기 반도체 기판(100)에 피-웰(102), 소자 분리막(105), 포토 다이오드(110) 및 트랜지스터들(120)이 형성된다.
도 7b를 참조하면, 상기 반도체 기판(100) 상에 제 1 층간 절연막(130)이 형성된다. 상기 제 1 층간 절연막(130)은 화학 기상 증착 방법 또는 스핀 온 글래스(spin on glass) 방법으로 형성될 수 있다. 상기 제 1 층간 절연막(130) 상에 제 1 금속 배선(135)이 형성된다. 상기 제 1 층간 절연막(130) 및 상기 제 1 금속 배선(135)을 덮는 제 2 층간 절연막(140)이 형성된다. 상기 제 2 층간 절연막(140)에 제 2 차광 패턴(164)이 형성된다. 상기 제 2 층간 절연막(140) 상에 제 2 금속 배선(145)이 형성된다. 상기 제 2 차광 패턴(164) 및 상기 제 2 금속 배선(164)은 듀 얼 다마신 공정으로 동시에 형성될 수 있다.
도 7c를 참조하면, 상기 제 2 차광 패턴(164) 및 상기 제 2 금속 배선(145)을 덮는 제 3 층간 절연막(150)이 형성된다. 상기 제 1 층간 절연막(130), 제 2 층간 절연막(140) 및 제 3 층간 절연막(150)은 광 투과성이 우수한 실리콘 산화막을 포함할 수 있다. 상기 제 3 층간 절연막(150)에 상기 제 2 차광 패턴(162)과 연결되는 제 3 차광 패턴(166)이 형성된다. 이에 의해, 상기 제 2 차광 패턴(164) 및 제 3 차광 패턴(166)을 포함하는 차광 패턴(160)이 형성된다. 상기 제 3 층간 절연막(150) 상에 상기 차광 패턴(160)과 연결되는 상부 차광 패턴(170)이 형성된다. 상기 상부 차광 패턴(170)은 상기 차광 영역으로 입사되는 사입사광(190)을 차광하는 역할을 한다. 상기 제 3 차광 패턴(166) 및 상기 상부 차광 패턴(170)은 동시에 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 차광 패턴(160)은 상기 수광 영역으로 입사되는 사입사광(180)이 차광 영역으로 유입되는 것을 충분히 감소시킬 수 있다.
도 8 내지 10은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이를 설명하기 위한 평면도들이다.
상기 수광 영역과 차광 영역의 경계 부분에 차광 패턴이 배치된다. 상기 차광 패턴은 수광 영역으로 입사되는 사입사광이 차광 영역으로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 도 8을 참조하면, 수광 영역이 차광 영역(Optical Black area)으로 둘러싸여 있다. 상기 수광 영역은 정렬되어 있는 단위 픽셀(unit pixel)을 포함한다. 도 9를 참조하면, 차광 영역이 수광 영역을 둘러싸고 있다. 도 8과 달리, 차광 영역은 수광 영역의 측면에 각각 배치될 수 있다. 도 10을 참조하면, 수광 영역의 일 측에 차광 영역이 배치된다. 도 8 내지 10에서, 상기 차광 패턴은 상부 차광 패턴과 차광 영역의 포토 다이오드 사이에 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 수광 영역과 차광 영역의 경계 부분에 차광 패턴이 제공된다. 상기 차광 패턴은 수광 영역으로 입사되는 사입사광이 차광 영역으로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 광 누화(optical cross-talk) 현상이 방지될 수 있으며, 이미지 센서의 화상 화질이 향상될 수 있다.
Claims (21)
- 수광 영역과 차광 영역을 포함하는 반도체 기판;상기 수광 영역 및 상기 차광 영역의 상기 반도체 기판에 제공된 포토 다이오드들;상기 반도체 기판 상의 층간 절연막;상기 층간 절연막 상에, 상기 차광 영역을 덮는 상부 차광 패턴; 및상기 반도체 기판과 상기 상부 차광 패턴 사이의 상기 층간 절연막 내에, 상기 수광 영역과 인접하는 상기 차광 영역의 가장자리에 제공되는 차광 패턴을 포함하는 이미지 센서.
- 청구항 1에 있어서,상기 차광 패턴은 상기 상부 차광 패턴과 상기 차광 영역의 상기 포토 다이오드 사이에 개재된 이미지 센서.
- 청구항 2에 있어서,상기 차광 패턴은 상기 차광 영역의 상기 포토 다이오드와 상기 상부 차광 패턴을 연결하는 이미지 센서.
- 청구항 3에 있어서,상기 차광 패턴의 하부면은 상기 반도체 기판의 상부면보다 낮은 이미지 센 서.
- 청구항 1에 있어서,상기 차광 패턴은 상기 상부 차광 패턴과 동일한 물질을 포함하는 이미지 센서.
- 청구항 1에 있어서,상기 포토 다이오드들과 인접한 트랜지스터들; 및상기 층간 절연막에, 상기 트랜지스터들을 덮는 금속 배선들을 더 포함하는 이미지 센서.
- 청구항 6에 있어서,상기 차광 패턴은 상기 금속 배선과 동일한 물질을 포함하는 이미지 센서.
- 청구항 1에 있어서,상기 차광 영역은 상기 수광 영역과 인접한 제 1 차광 영역과, 상기 제 1 차광 영역과 인접한 제 2 차광 영역을 포함하되,상기 차광 패턴은 상기 제 1 차광 영역에 제공되는 이미지 센서.
- 청구항 8에 있어서,상기 수광 영역은 상기 차광 영역으로 둘러싸이는 이미지 센서.
- 청구항 8에 있어서,상기 차광 영역은 상기 수광 영역의 일측에 배치되는 이미지 센서.
- 수광 영역과 차광 영역을 포함하는 반도체 기판을 준비하는 단계;상기 수광 영역과 상기 차광 영역의 상기 반도체 기판에 포토 다이오드들을 형성하는 단계;상기 반도체 기판 상에 층간 절연막을 형성하는 단계;상기 층간 절연막 내에, 상기 수광 영역과 인접하는 상기 차광 영역의 가장자리에 차광 패턴을 형성하는 단계; 그리고상기 차광 영역의 상기 층간 절연막 상에 상부 차광 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 형성방법.
- 청구항 11에 있어서,상기 차광 패턴은 상기 상부 차광 패턴과 상기 차광 영역의 상기 포토 다이오드 사이에 형성되는 이미지 센서의 형성방법.
- 청구항 12에 있어서,상기 차광 패턴을 형성하는 단계는:상기 층간 절연막에 상기 차광 영역의 상기 포토 다이오드를 노출하는 콘택 홀을 형성하는 단계; 그리고상기 콘택 홀을 채우는 금속막을 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 형성방법.
- 청구항 12에 있어서,상기 반도체 기판에, 상기 포토 다이오드들과 인접한 트랜지스터들을 형성하는 단계; 그리고상기 층간 절연막에, 상기 트랜지스터들을 덮는 금속 배선들을 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 형성방법.
- 청구항 14에 있어서,상기 층간 절연막은 제 1 층간 절연막, 상기 제 1 층간 절연막 상의 제 2 층간 절연막 및 상기 제 2 층간 절연막 상의 제 3 층간 절연막을 포함하되,상기 차광 패턴을 형성하는 단계는:상기 제 1 층간 절연막에 상기 차광 영역의 상기 포토 다이오드와 연결되는 제 1 차광 패턴을 형성하는 단계;상기 제 2 층간 절연막에 상기 제 1 차광 패턴과 연결되는 제 2 차광 패턴을 형성하는 단계; 그리고상기 제 3 층간 절연막에 상기 제 2 차광 패턴과 연결되는 제 3 차광 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 형성방법.
- 청구항 15에 있어서,상기 금속 배선은 상기 제 1 층간 절연막 상의 제 1 금속 배선과, 상기 제 2 층간 절연막 상의 상기 제 1 금속 배선을 덮는 제 2 금속 배선을 포함하되,상기 제 1 차광 패턴은 상기 제 1 금속 배선과 동시에 형성되며,상기 제 2 차광 패턴은 상기 제 2 금속 배선과 동시에 형성되며,상기 제 3 차광 패턴은 상기 상부 차광 패턴과 동시에 형성되는 이미지 센서의 형성방법.
- 청구항 14에 있어서,상기 층간 절연막은 제 1 층간 절연막, 상기 제 1 층간 절연막 상의 제 2 층간 절연막 및 상기 제 2 층간 절연막 상의 제 3 층간 절연막을 포함하되,상기 차광 패턴을 형성하는 단계는:상기 제 2 층간 절연막에 제 2 차광 패턴을 형성하는 단계; 그리고상기 제 3 층간 절연막에 상기 제 2 차광 패턴과 연결되는 제 3 차광 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 형성방법.
- 청구항 17에 있어서,상기 금속 배선은 상기 제 1 층간 절연막 상의 제 1 금속 배선과, 상기 제 2 층간 절연막 상의 상기 제 1 금속 배선을 덮는 제 2 금속 배선을 포함하되,상기 제 2 차광 패턴은 상기 제 2 금속 배선과 동시에 형성되며,상기 제 3 차광 패턴은 상기 상부 차광 패턴과 동시에 형성되는 이미지 센서의 형성방법.
- 청구항 11에 있어서,상기 차광 영역은 상기 수광 영역과 인접한 제 1 차광 영역과, 상기 제 1 차광 영역과 인접한 제 2 차광 영역을 포함하되,상기 차광 패턴은 상기 제 1 차광 영역에 형성되는 이미지 센서의 형성방법.
- 청구항 19에 있어서,상기 수광 영역은 상기 차광 영역으로 둘러싸이도록 형성되는 이미지 센서의 형성방법.
- 청구항 19에 있어서,상기 차광 영역은 상기 수광 영역의 일측에 형성되는 이미지 센서의 형성방법.
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