KR101305608B1 - Image sensor - Google Patents
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Abstract
이미지 센서가 개시된다. 이미지 센서는 반도체 기판; 상기 반도체 기판에 배치되는 수광부; 상기 반도체 기판 상에 배치되는 층간 절연막; 및 상기 층간 절연막 상에 배치되는 반사 방지 패턴을 포함한다.An image sensor is disclosed. The image sensor includes a semiconductor substrate; A light receiving unit disposed on the semiconductor substrate; An interlayer insulating film disposed on the semiconductor substrate; And an anti-reflection pattern disposed on the interlayer insulating layer.
Description
실시예는 이미지 센서에 관한 것이다.Embodiments relate to an image sensor.
최근에는 차세대 이미지 센서로서 씨모스 이미지 센서가 주목을 받고 있다. 씨모스 이미지 센서는 제어회로 및 신호처리회로 등을 주변회로로 사용하는 씨모스 기술을 이용하여 단위 화소의 수량에 해당하는 모스 트랜지스터들을 반도체 기판에 형성함으로써 모스 트랜지스터들에 의해 각 단위 화소의 출력을 순차적으로 검출하는 스위칭 방식을 채용한 소자이다. 즉, 씨모스 이미지 센서는 단위 화소 내에 포토다이오드와 모스 트랜지스터를 형성시킴으로써 스위칭 방식으로 각 단위 화소의 전기적 신호를 순차적으로 검출하여 영상을 구현한다.Recently, CMOS image sensors have attracted attention as next generation image sensors. The CMOS image sensor uses CMOS technology that uses a control circuit and a signal processing circuit as a peripheral circuit to form MOS transistors corresponding to the number of unit pixels on a semiconductor substrate, thereby outputting each unit pixel by the MOS transistors. It is a device that employs a switching method that detects sequentially. That is, the CMOS image sensor implements an image by sequentially detecting an electrical signal of each unit pixel by a switching method by forming a photodiode and a MOS transistor in the unit pixel.
씨모스 이미지 센서는 씨모스 제조 기술을 이용하므로 적은 전력 소모, 적은 포토공정 스텝에 따른 단순한 제조공정 등과 같은 장점을 갖는다. 또한, 씨모스 이미지 센서는 제어회로, 신호처리회로, 아날로그/디지털 변환회로 등을 이미지 센서 칩에 집적시킬 수가 있으므로 제품의 소형화가 용이하다는 장점을 갖고 있다. 따라서, 씨모스 이미지 센서는 현재 디지털 정지 카메라(digital still camera), 디지털 비디오 카메라 등과 같은 다양한 응용 부분에 널리 사용되고 있다.CMOS image sensor has advantages such as low power consumption, simple manufacturing process according to few photo process steps because of CMOS technology. In addition, since the CMOS image sensor can integrate a control circuit, a signal processing circuit, an analog / digital conversion circuit, and the like into an image sensor chip, the CMOS image sensor has an advantage of miniaturization of a product. Therefore, CMOS image sensors are now widely used in various application areas such as digital still cameras, digital video cameras, and the like.
실시예는 향상된 입광 효율 및 감도를 가지는 이미지 센서를 제공하고자 한다.Embodiments provide an image sensor having improved light incidence efficiency and sensitivity.
일 실시예에 따른 이미지 센서는 반도체 기판; 상기 반도체 기판에 배치되는 수광부; 상기 반도체 기판 상에 배치되는 층간 절연막; 및 상기 층간 절연막 상에 배치되는 반사 방지 패턴을 포함한다.In one embodiment, an image sensor includes a semiconductor substrate; A light receiving unit disposed on the semiconductor substrate; An interlayer insulating film disposed on the semiconductor substrate; And an anti-reflection pattern disposed on the interlayer insulating layer.
일 실시예에 따른 이미지 센서는 반도체 기판; 상기 반도체 기판에 배치되는 수광부; 상기 반도체 기판 상에 배치되는 층간 절연막; 상기 층간 절연막 상에 배치되는 복수의 가이드부들; 및 상기 가이드부들 사이에 개재되고, 상기 가이드부들보다 낮은 굴절율을 가지는 충진층을 포함한다.In one embodiment, an image sensor includes a semiconductor substrate; A light receiving unit disposed on the semiconductor substrate; An interlayer insulating film disposed on the semiconductor substrate; A plurality of guide parts disposed on the interlayer insulating film; And a filling layer interposed between the guide parts and having a lower refractive index than the guide parts.
실시예에 따른 이미지 센서는 상기 반사 방지 패턴을 사용하여, 입광 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 반사 방지 패턴은 층간 절연막 상에 배치되어, 보호막 기능을 수행할 수 있다.The image sensor according to the embodiment may improve the light receiving efficiency by using the anti-reflection pattern. In addition, the anti-reflection pattern may be disposed on the interlayer insulating layer to perform a protective layer function.
또한, 실시예에 따른 이미지 센서는 상기 가이드부들 및 상기 충진층을 포함한다. 이에 따라서, 외부로부터 입사되는 광은 상기 가이드부들에 의해서 가이드되고, 효과적으로 상기 층간 절연막을 통하여, 상기 수광부에 입사될 수 있다.In addition, the image sensor according to the embodiment includes the guide parts and the filling layer. Accordingly, light incident from the outside may be guided by the guide parts, and may effectively enter the light receiving part through the interlayer insulating film.
이에 따라서, 실시예에 따른 이미지 센서는 향상된 입광 효율을 가질 수 있고, 향상된 감도를 구현할 수 있다.Accordingly, the image sensor according to the embodiment may have an improved light incident efficiency and implement an improved sensitivity.
또한, 상기 충진층은 상기 가이드부들 사이에 충진되어, 상기 가이드부들 및 상기 충진층은 상기 층간 절연막 상에 배치되어, 보호막 기능을 수행할 수 있다. 즉, 상기 반사 방지 패턴, 상기 가이드부들 및 상기 충진층은 입광 효율을 향상시키는 동시에, 보호막 기능을 수행할 수 있다.In addition, the filling layer may be filled between the guide parts, and the guide parts and the filling layer may be disposed on the interlayer insulating film to perform a protective film function. That is, the anti-reflection pattern, the guide parts, and the filling layer may improve light incident efficiency and may also function as a protective film.
따라서, 실시예에 따른 이미지 센서는 향상된 성능 및 신뢰성을 가진다.Thus, the image sensor according to the embodiment has improved performance and reliability.
도 1은 제 1 실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 회로도이다.
도 2는 제 1 실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 단면도이다.
도 3은 반사 방지 패턴을 도시한 평면도이다.
도 4 내지 도 11은 제 1 실시예에 따른 이미지 센서를 제조하는 과정을 도시한 도면들이다.
도 12는 제 2 실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 단면도이다.
도 13은 제 3 실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 단면도이다.
도 14는 실험예 및 비교예의 흡수율을 도시한 도면이다.1 is a circuit diagram showing an image sensor according to a first embodiment.
2 is a cross-sectional view illustrating an image sensor according to a first embodiment.
3 is a plan view illustrating an antireflection pattern.
4 to 11 are views illustrating a process of manufacturing the image sensor according to the first embodiment.
12 is a cross-sectional view illustrating an image sensor according to a second embodiment.
13 is a cross-sectional view illustrating an image sensor according to a third embodiment.
14 is a view showing the water absorption of the experimental example and the comparative example.
실시 예의 설명에 있어서, 각 기판, 패턴, 영역 또는 층 등이 각 기판, 패턴, 영역 또는 층 등의 "상(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 구성요소의 상 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 또한, 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.In the description of the embodiments, in the case where each substrate, pattern, region or layer is described as being formed "on" or "under" of each substrate, pattern, region or layer, "On" and "under" include both being formed "directly" or "indirectly" through other components. In addition, the upper or lower reference of each component is described with reference to the drawings. In addition, the size of each component in the drawings may be exaggerated for the sake of explanation and does not mean a size actually applied.
도 1은 제 1 실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 회로도이다. 도 2는 제 1 실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 단면도이다. 도 3은 반사 방지 패턴을 도시한 평면도이다.1 is a circuit diagram showing an image sensor according to a first embodiment. 2 is a cross-sectional view illustrating an image sensor according to a first embodiment. 3 is a plan view illustrating an antireflection pattern.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 씨모스 이미지 센서의 복수개의 화소들 중 하나의 화소(Pixel, P)는 외부의 광을 감지하는 포토다이오드(PD) 및 상기 포토다이오드(PD)에 저장된 전하들의 전송 및/또는 출력 등을 제어하는 복수개의 트랜지스터들(Tx, Rx, Ax, Sx)을 포함한다.1 to 3, one pixel (Pixel, P) of the plurality of pixels of the CMOS image sensor is a photodiode PD for sensing external light and charges stored in the photodiode PD. It includes a plurality of transistors (Tx, Rx, Ax, Sx) for controlling the transmission and / or output.
상기 화소(P)는 광을 감지하는 포토다이오드(PD), 트랜스퍼 트랜지스터(Tx), 리셋 트랜지스터(Rx), 셀렉트 트랜지스터(Sx) 및 억세스 트랜지스터(Ax)를 포함한다.The pixel P includes a photodiode PD that senses light, a transfer transistor Tx, a reset transistor Rx, a select transistor Sx, and an access transistor Ax.
상기 포토다이오드(PD)에는 상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx) 및 상기 리셋 트랜지스터(Rx)가 직렬로 접속된다. 상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 소오스는 상기 포토다이오드(PD)와 접속하고, 상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 드레인(FD)은 상기 리셋 트랜지스터(Sx)의 소오스와 접속한다. 상기 리셋 트랜지스터(Sx)의 드레인에는 전원 전압(Vdd)이 인가된다.The transfer transistor Tx and the reset transistor Rx are connected in series to the photodiode PD. The source of the transfer transistor Tx is connected to the photodiode PD, and the drain FD of the transfer transistor Tx is connected to the source of the reset transistor Sx. A power supply voltage Vdd is applied to the drain of the reset transistor Sx.
상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 드레인(FD)은 부유 확산층(FD, floating diffusion) 역할을 한다. 상기 부유 확산층(FD)은 상기 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 게이트에 접속된다. 상기 셀렉트 트랜지스터(Sx) 및 상기 억세스 트랜지스터(Ax)는 직렬로 접속된다. 즉, 상기 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 소오스(120)와 상기 억세스 트랜지스터(Ax)의 드레인은 서로 접속한다. 상기 억세스 트랜지스터(Ax)의 드레인 및 상기 리셋 트랜지스터(Rx)의 소오스에는 상기 전원 전압(Vdd)이 인가된다. 상기 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 드레인은 출력단(Out)에 해당하고, 상기 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 게이트에는 선택 신호(Row)가 인가된다.The drain FD of the transfer transistor Tx serves as a floating diffusion layer (FD). The floating diffusion layer FD is connected to the gate of the select transistor Sx. The select transistor Sx and the access transistor Ax are connected in series. That is, the
상술한 구조의 씨모스 이미지 센서의 화소(P)의 동작을 간략히 설명한다. 먼저, 상기 리셋 트랜지스터(Rx)를 턴 온(turn on)시켜 상기 부유 확산층(FD)의 전위를 상기 전원 전압(Vdd)과 동일하게 한 후에, 상기 리셋 트랜지스터(Rx)를 턴 오프(turn off)시킨다. 이러한 동작을 리셋 동작이라 정의한다.The operation of the pixel P of the CMOS image sensor having the above-described structure will be briefly described. First, the reset transistor Rx is turned on to make the potential of the floating diffusion layer FD equal to the power supply voltage Vdd, and then the reset transistor Rx is turned off. Let's do it. This operation is defined as a reset operation.
외부의 광이 상기 포토다이오드(PD)에 입사되면, 상기 포토다이오드(PD)내에 전자-홀 쌍(EHP; electron-hole pair)들이 생성되어 신호 전하들이 상기 포토다이오드(PD)내에 축적된다. 이어서, 상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)가 턴 온됨에 따라 상기 포토다이오드(PD)내 축적된 신호 전하들은 상기 부유 확산층(FD)으로 출력되어 상기 부유 확산층(FD)에 저장된다. 이에 따라, 상기 부유 확산층(FD)의 전위는 상기 포토다이오드(PD)에서 출력된 전하의 전하량에 비례하여 변화되고, 이로 인해 상기 억세스 트랜지스터(Ax)의 게이트의 전위가 변한다. 이때, 선택 신호(Row)에 의해 상기 셀렉트 트랜지스터(Sx)가 턴 온되면, 데이타가 출력단(Out)으로 출력된다. 데이타가 출력된 후에, 화소(P)는 다시 리셋 동작을 수행한다. 상기 화소(P)는 이러한 과정들을 반복하여 광을 전기적 신호로 변환시켜 출력한다.When external light is incident on the photodiode PD, electron-hole pairs (EHP) are generated in the photodiode PD and signal charges are accumulated in the photodiode PD. Subsequently, as the transfer transistor Tx is turned on, the signal charges accumulated in the photodiode PD are output to the floating diffusion layer FD and stored in the floating diffusion layer FD. Accordingly, the potential of the floating diffusion layer FD is changed in proportion to the charge amount of the charge output from the photodiode PD, thereby changing the potential of the gate of the access transistor Ax. At this time, when the select transistor Sx is turned on by the selection signal Row, data is output to the output terminal Out. After the data is output, the pixel P again performs a reset operation. The pixel P repeats these processes to convert light into an electrical signal and outputs the light.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서는 반도체 기판(10), 포토다이오드(PD), 제 1 층간 절연막(310), 제 2 층간 절연막(320), 제 3 층간 절연막(330), 반사 방지 패턴(500), 오버 코팅층(600), 컬러필터(700) 및 마이크로 렌즈(800)를 포함한다.2 and 3, the CMOS image sensor according to the present exemplary embodiment includes a
상기 반도체 기판(10)에는 상기 트랜지스터들(Tx, Rx, Ax, Sx)이 배치된다. 상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)는 상기 포토다이오드(PD)와 접속된다.The transistors Tx, Rx, Ax, and Sx are disposed on the
상기 포토다이오드(PD)는 상기 반도체 기판(10)에 형성된다. 상기 외부로부터 입사되는 광을 수광하는 수광부이다. 상기 포토다이오드(PD)는 외부로부터 입사되는 광에 의한 전하를 생성하여 축적한다.The photodiode PD is formed on the
상기 반도체 기판(10)의 상면에는 반사 방지막(200)이 형성될 수 있다. 상기 반사 방지막(200)은 상기 트랜스퍼 트랜지스터(TX)의 게이트를 덮을 수 있다. 또한, 상기 반사 방지막(200)은 상기 포토다이오드(PD)를 덮는다.An
상기 제 1 층간 절연막(310)은 상기 반도체 기판(10) 상에 배치된다. 상기 제 1 층간 절연막(310)은 상기 포토다이오드(PD)를 덮는다. 상기 제 1 층간 절연막(310)으로 사용되는 물질의 예로서는 USG(undoped silicate glass) 또는 BPSG(borophospho silicate glass) 등을 들 수 있다.The first
상기 제 1 층간 절연막(310)에는 제 1 배선들(410)이 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 1 층간 절연막(310)에는 비아들이 형성될 수 있다. 상기 제 1 배선들(410)로 구리 등이 사용될 수 있다.
상기 제 2 층간 절연막(320)은 상기 제 1 층간 절연막(310) 상에 배치된다. 상기 제 2 층간 절연막(320)은 상기 제 1 배선들(410)을 덮는다. 상기 제 2 층간 절연막(320)으로 사용되는 물질은 상기 제 1 층간 절연막(310)으로 사용되는 물질과 동일할 수 있다.The second
상기 제 2 층간 절연막(320)에는 제 2 배선들(420)이 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 2 층간 절연막(320)에는 비아들이 형성될 수 있다. 상기 제 2 배선들(420)로 구리 등이 사용될 수 있다.
상기 제 3 층간 절연막(330)은 상기 제 2 층간 절연막(320) 상에 배치된다. 상기 제 3 층간 절연막(330)은 상기 제 2 배선들(420)을 덮는다. 상기 제 3 층간 절연막(330)으로 사용되는 물질은 상기 제 1 층간 절연막(310)으로 사용되는 물질과 동일할 수 있다. 상기 제 3 층간 절연막(330)에도 배선들 및 비아들이 형성될 수 있다.The third
본 실시예에서는 3개의 층간 절연막들(310, 320, 330)이 형성되는 것으로 설명하였지만 이에 한정되지 않는다. 즉, 상기 층간 절연막들은 단일층, 이중층 또는 4중층 이상의 다중층 구조로 적층될 수 있다.In the present exemplary embodiment, three
상기 반사 방지 패턴(500)은 상기 제 3 층간 절연막(330) 상에 배치된다. 더 자세하게, 상기 반사 방지 패턴(500)은 상기 제 3 층간 절연막(330)의 상면에 배치된다. 더 자세하게, 상기 반사 방지 패턴(500)은 상기 제 3 층간 절연막(330)의 상면에 직접 배치될 수 있다.The
상기 반사 방지 패턴(500)은 높은 굴절율을 가질 수 있다. 더 자세하게, 상기 반사 방지 패턴(500)은 상기 제 3 층간 절연막(330)보다 더 높은 굴절율을 가질 수 있다. 상기 반사 방지 패턴(500)의 굴절율은 약 1.6 내지 2.2일 수 있다.The
상기 반사 방지 패턴(500)으로 사용되는 물질의 예로서는 티타늄 옥사이드(titanium oxide), 실리콘 옥사이드(silicon oxide), 알루미늄 옥사이드(aluminium oxide) 또는 실리콘 나이트라이드(silicon nitride) 등을 들 수 있다. 더 바람직하게, 상기 반사 방지 패턴(500)으로 실리콘 나이트라이드 등과 같은 질화물이 사용될 수 있다.Examples of the material used as the
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 반사 방지 패턴(500)은 섬(island) 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 반사 방지 패턴(500)은 도트(dot) 형상을 가질 수 있다. 더 자세하게, 상기 반사 방지 패턴(500)은 정사각형 형상 또는 원 형상을 가질 수 있다.As shown in FIG. 3, the
이와는 다르게, 상기 반사 방지 패턴(500)은 일 방향으로 연장되는 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 반사 방지 패턴(500)은 스트라이프(stripe) 형상을 가질 수 있다.Unlike this, the
상기 반사 방지 패턴(500)의 피치(P)는 약 0.11㎛ 내지 약 0.5㎛일 수 있다. 또한, 상기 반사 방지 패턴(500)의 폭(W)은 약 0.05㎛ 내지 약 0.45㎛일 수 있다. 또한, 상기 반사 방지 패턴(500) 사이의 간격(D)은 약 0.05㎛내지 약 0.3㎛일 수 있다. 또한, 상기 반사 방지 패턴(500)의 두께(T)는 약 0.1㎛ 내지 약 0.5㎛일 수 있다.The pitch P of the
상기 반사 방지 패턴(500)이 이와 같은 피치(P), 폭(W), 간격(D) 및 두께(T)를 가지는 경우, 향상된 반사 방지 효과를 가질 수 있고, 높은 투과율을 구현할 수 있다.When the
상기 오버 코팅층(600)은 상기 반사 방지 패턴(500)을 덮는다. 또한, 상기 오버 코팅층(600)은 상기 반사 방지 패턴(500) 사이에도 배치된다. 상기 오버 코팅층(600)으로 사용되는 물질의 예로서는 실리콘 옥사이드 등과 같은 투명한 무기 물질 또는 폴리이미드(polyimide) 등과 같은 투명한 수지 등을 들 수 있다.The
상기 오버 코팅층(600)의 굴절율은 상기 반사 방지 패턴(500)의 굴절율보다 더 낮을 수 있다. 상기 오버 코팅층(600)의 굴절율은 약 1.3 내지 약 1.5일 수 있다.The refractive index of the
상기 컬러필터(700)는 상기 오버 코팅층(600) 상에 배치된다. 상기 컬러필터(700)는 통과하는 광의 컬러를 변환시킨다. 상기 컬러필터(700)는 상기 포토다이오드(PD)에 대응하여 배치된다.The
상기 오버 코팅층(600)은 생략될 수 있다. 즉, 상기 오버 코팅층(600)이 생략되고, 상기 컬러필터(700)가 상기 반사 방지 패턴(500) 상에 직접 형성될 수 있다.The
상기 마이크로 렌즈(800)는 상기 컬러필터(700) 상에 배치된다. 상기 마이크로 렌즈(800)는 입사되는 광을 집광시킨다.The
앞서 설명한 바와 같이, 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서는 상기 반사 방지 패턴(500)을 사용하여, 입광 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 반사 방지 패턴(500)은 상기 제 3 층간 절연막(330) 상에 배치되어, 보호막 기능을 수행할 수 있다.As described above, the CMOS image sensor according to the embodiment may improve the light receiving efficiency by using the
이에 따라서, 상기 반사 방지 패턴(500)은 향상된 감도 및 신뢰성을 구현할 수 있다.
Accordingly, the
도 4 내지 도 11은 제 1 실시예에 따른 이미지 센서를 제조하는 과정을 도시한 도면들이다. 본 제조방법에 대한 설명에 있어서, 앞선 씨모스 이미지 센서에 대한 설명을 참조한다. 즉, 앞선 씨모스 이미지 센서에 대한 설명은 본 제조 방법에 대한 설명에 본질적으로 결합될 수 있다.4 to 11 are views illustrating a process of manufacturing the image sensor according to the first embodiment. In the description of this manufacturing method, reference is made to the description of the CMOS image sensor above. That is, the foregoing description of the CMOS image sensor may be essentially combined with the description of the present manufacturing method.
도 4를 참조하면, 반도체 기판(10)에 트랜지스터들(Tx, Rx, Ax, Sx)이 형성된다. 상기 트랜지스터들(Tx, Rx, Ax, Sx)은 게이트 전극들을 포함하고, 소오스/드레인을 포함한다. 상기 트랜지스터들(Tx, Rx, Ax, Sx)은 증착 공정, 패터닝 공정 및 이온 주입 공정 등에 의해서 형성된다.Referring to FIG. 4, transistors Tx, Rx, Ax, and Sx are formed in the
또한, 상기 반도체 기판(10)에 포토다이오드(PD)가 형성된다. 상기 포토다이오드(PD)는 이온 주입 공정에 의해서 형성될 수 있다. 상기 포토다이오드(PD)는 상기 포토다이오드(PD)는 저농도 n형 불순물이 도핑된 영역(501) 및 저농도의 p형 불순물이 도핑된 영역(502)을 포함한다.In addition, a photodiode PD is formed on the
이후, 상기 포토다이오드(PD)를 덮는 반사 방지막(200)이 상기 반도체 기판(10) 상에 형성될 수 있다.Thereafter, an
도 5를 참조하면, 상기 반도체 기판(10) 상에 제 1 층간 절연막(310)이 형성된다. 상기 제 1 층간 절연막(310)은 USG 또는 BPSG를 상기 반사 방지막(200) 상에 증착하여 형성될 수 있다.Referring to FIG. 5, a first
도 6을 참조하면, 상기 제 1 층간 절연막(310)에 제 1 배선들(410)이 형성된다. 상기 제 1 배선들(410)은 다마신(damascene) 공정에 의해서 형성될 수 있다.Referring to FIG. 6,
도 7을 참조하면, 상기 제 1 층간 절연막(310) 상에 제 2 층간 절연막(320)이 형성된다. 상기 제 2 층간 절연막(320)으로 사용되는 물질은 상기 제 1 층간 절연막(310)으로 사용되는 물질과 동일할 수 있다.Referring to FIG. 7, a second
도 8을 참조하면, 상기 제 2 층간 절연막(320) 내에 제 2 배선들(420)이 형성된다. 상기 제 2 배선들(420)은 다마신 공정에 의해서 형성될 수 있다.Referring to FIG. 8,
도 9를 참조하면, 상기 제 2 층간 절연막(320) 상에 제 3 층간 절연막(330)이 형성된다. 상기 제 3 층간 절연막(330)으로 사용되는 물질은 상기 제 1 층간 절연막(310)으로 사용되는 물질과 동일할 수 있다. 상기 제 3 층간 절연막(330)에도 배선들 및 비아들이 형성될 수 있다.Referring to FIG. 9, a third
도 10을 참조하면, 상기 제 3 층간 절연막(330) 상에 반사 방지 패턴(500)이 형성된다. 상기 반사 방지 패턴(500)은 패터닝 공정에 의해서 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 3 층간 절연막(330) 상에 고굴절율의 투명한 물질이 증착되고, 상기 투명한 물질층은 마스크 공정에 의해서 패터닝되어, 상기 반사 방지 패턴(500)이 형성될 수 있다.Referring to FIG. 10, an
도 11을 참조하면, 상기 반사 방지 패턴(500) 상에 오버 코팅층(600)이 형성되고, 상기 오버 코팅층(600) 상에 컬러필터(700)가 형성된다. 이후, 리플로우 공정에 의해서, 상기 컬러필터(700) 상에 마이크로 렌즈(800)가 형성될 수 있다.Referring to FIG. 11, an
이와 같이, 향상된 감도를 가지는 씨모스 이미지 센서가 용이하게 제조될 수 있다.
As such, CMOS image sensors with improved sensitivity can be readily manufactured.
도 12는 제 2 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서를 도시한 단면도이다. 본 실시예에 대한 설명에 있어서, 앞선 씨모스 이미지 센서 및 제조방법에 대한 설명을 참고한다. 즉, 앞선 씨모스 이미지 센서 및 제조방법에 대한 설명은 변경된 부분을 제외하고, 본 씨모스 이미지 센서에 대한 설명에 본질적으로 결합될 수 있다.12 is a cross-sectional view illustrating a CMOS image sensor according to a second embodiment. In the description of this embodiment, reference is made to the description of the CMOS image sensor and the manufacturing method. That is, the foregoing description of the CMOS image sensor and the manufacturing method may be essentially combined with the description of the present CMOS image sensor, except for the changed part.
도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서는 충진층(610)을 더 포함한다.Referring to FIG. 12, the CMOS image sensor according to the present exemplary embodiment further includes a
상기 충진층(610)은 반사 방지 패턴(500) 사이에 배치된다. 더 자세하게, 상기 충진층(610)은 상기 반사 방지 패턴(500)의 측면에만 배치될 수 있다.The
상기 충진층(610)의 상면 및 상기 반사 방지 패턴(500)의 상면은 동일한 화학적 기계적 연마 공정에 의해서, 형성될 수 있다. 즉, 상기 반사 방지 패턴(500)이 형성된 후, 투명한 저굴절율의 물질이 상기 반사 방지 패턴(500) 사이 및 상기 반사 방지 패턴(500) 상에 증착된다. 이후, 상기 저굴절율의 물질층은 CMP공정에 의해서, 상기 반사 방지 패턴(500)의 상면까지 연마된다. 이때, 상기 반사 방지 패턴(500)의 상면의 일부가 상기 CMP공정에서 상기 저굴절율의 물질층과 함께 연마될 수 있다 이에 따라서, 상기 충진층(610) 및 상기 반사 방지 패턴(500)이 형성된다. The top surface of the
상기 충진층(610)의 상면 및 상기 반사 방지 패턴(500)의 상면은 서로 동일한 평면에 배치된다. 또한, 상기 충진층(610)의 하면 및 상기 반사 방지 패턴(500)의 하면은 서로 동일한 평면에 배치될 수 있다.The top surface of the
이에 따라서, 상기 반사 방지 패턴(500)의 상면은 컬러필터(700)에 직접 접촉되고, 상기 반사 방지 패턴(500)의 하면은 제 3 층간 절연막(330)에 직접 접촉될 수 있다.Accordingly, an upper surface of the
또한, 상기 반사 방지 패턴(500)은 상기 충진층(610)보다 더 높은 굴절율을 가지기 때문에, 상기 반사 방지 패턴(500)은 내부 전반사에 의해서, 광 가이드 기능을 수행할 수 있다.In addition, since the
상기 반사 방지 패턴(500)은 상기 충진층(610)보다 더 높은 굴절율을 가지기 때문에, 상기 컬러필터(700)로부터 상기 반사 방지 패턴(500)에 입사되는 광은 상기 반사 방지 패턴(500) 내부에서 전반사되어, 상기 제 3 층간 절연막(330)에 입사될 수 있다.Since the
이에 따라서, 상기 반사 방지 패턴(500)은 상기 컬러필터(700)를 통하여 입사되는 광을 효과적으로 상기 제 3 층간 절연막(330)에 가이드할 수 있다. 즉, 상기 반사 방지 패턴(500)은 입사광을 가이드하는 가이드부이다.Accordingly, the
상기 반사 방지 패턴(500)은 광 가이드 기능을 수행하기 때문에, 입사광의 직진성을 향상시키고, 외부의 광을 포토다이오드(PD)에 효과적으로 입사시킬 수 있다.Since the
이에 따라서, 실시예에 따른 이미지 센서는 향상된 입광 효율을 가질 수 있고, 향상된 감도를 구현할 수 있다.Accordingly, the image sensor according to the embodiment may have an improved light incident efficiency and implement an improved sensitivity.
또한, 상기 충진층(610)은 상기 반사 방지 패턴(500) 사이에 충진되고, 상기 반사 방지 패턴(500) 및 상기 충진층(610)은 상기 제 3 층간 절연막(330) 상에 배치되어, 보호막 기능을 수행할 수 있다. 즉, 상기 반사 방지 패턴(500) 및 상기 충진층(610)은 입광 효율을 향상시키는 동시에, 보호막 기능을 수행할 수 있다.In addition, the
따라서, 실시예에 따른 이미지 센서는 향상된 성능 및 신뢰성을 가진다.
Thus, the image sensor according to the embodiment has improved performance and reliability.
도 13은 제 3 실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 단면도이다. 본 실시예에 대한 설명에 있어서, 앞선 씨모스 이미지 센서 및 제조방법에 대한 설명들을 참고한다. 즉, 앞선 씨모스 이미지 센서 및 제조방법에 대한 설명들은 변경된 부분을 제외하고, 본 씨모스 이미지 센서에 대한 설명에 본질적으로 결합될 수 있다.13 is a cross-sectional view illustrating an image sensor according to a third embodiment. In the description of this embodiment, reference is made to the foregoing description of the CMOS image sensor and the manufacturing method. That is, the foregoing descriptions of the CMOS image sensor and the manufacturing method may be essentially combined with the description of the present CMOS image sensor, except for the changed part.
도 13을 참조하면, 본 실시예에 따른 이미지 센서는 보호층(510)을 더 포함한다. 상기 보호층(510)은 상기 제 3 층간 절연막(330) 상에 배치된다. 상기 보호층(510)은 상기 제 3 층간 절연막(330)의 상면을 전체적으로 덮을 수 있다.Referring to FIG. 13, the image sensor according to the present embodiment further includes a
반사 방지 패턴(520)은 상기 보호층(510) 상에 배치된다. 상기 반사 방지 패턴(520)은 상기 보호층(510)과 일체로 형성될 수 있다. 상기 반사 방지 패턴(520) 및 상기 보호층(510)은 실리콘 나이트라이드 등과 같은 질화물을 포함할 수 있다.The
상기 반사 방지 패턴(520) 및 상기 보호층(510)은 다음과 같은 공정에 의해서 형성될 수 있다.The
상기 제 3 층간 절연막(330) 상에 고굴절율의 투명한 물질이 두껍게 증착된다. 이후, 상기 고굴절율 물질층의 상부가 패터닝되고, 상기 반사 방지 패턴(520) 및 상기 보호층(510)이 형성될 수 있다.A high refractive index transparent material is deposited on the third
상기 반사 방지 패턴(520) 및 상기 보호층(510)은 일체로 형성되기 때문에, 입광 효율을 향상시킬 수 있다. 즉, 상기 반사 방지 패턴(520)을 통하여 입사되는 광은 상기 보호층(510)에 직접 입광되기 때문에, 계면에서의 광 손실이 최소화될 수 있다.Since the
또한, 상기 보호층(510)은 상기 제 3 층간 절연막(330) 상에 전체적으로 형성되기 때문에, 상기 보호층(510)은 외부의 화학적인 충격으로부터 포토다이오드(PD) 및 배선들을 보호할 수 있다.In addition, since the
따라서, 본 실시예에 따른 이미지 센서는 향상된 감도 및 신뢰성을 가질 수 있다.Therefore, the image sensor according to the present embodiment can have improved sensitivity and reliability.
또한, 이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.In addition, the features, structures, effects and the like described in the embodiments are included in at least one embodiment of the present invention, and are not necessarily limited to only one embodiment. Furthermore, the features, structures, effects, and the like illustrated in the embodiments may be combined or modified with respect to other embodiments by those skilled in the art to which the embodiments belong. Therefore, it should be understood that the present invention is not limited to these combinations and modifications.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood that various modifications and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiments can be modified and implemented. It is to be understood that all changes and modifications that come within the meaning and range of equivalency of the claims are therefore intended to be embraced therein.
실험예Experimental Example
실리콘 기판 상에 USG를 약 5㎛의 두께로 증착하여 산화물층을 형성하고, 상기 산화물층 상에 실리콘 나이트라이드를 증착한 후, 패터닝하여, 반사 방지 패턴을 형성하였다. 이때, 상기 반사 방지 패턴은 정사각형 형상을 가지고, 상기 반사 방지 패턴의 폭은 약 0.5㎛이고, 상기 반사 방지 패턴 사이의 간격은 약 0.1㎛이고, 상기 반사 방지 패턴의 두께는 약 0.1㎛이었다.USG was deposited to a thickness of about 5 μm on a silicon substrate to form an oxide layer, silicon nitride was deposited on the oxide layer, and then patterned to form an antireflection pattern. In this case, the anti-reflection pattern has a square shape, the width of the anti-reflection pattern is about 0.5 μm, the interval between the anti-reflection patterns is about 0.1 μm, and the thickness of the anti-reflection pattern was about 0.1 μm.
비교예Comparative example
실험예와 동일하고, 질화물층이 증착된 후, 패터닝 공정이 적용되지 않았다. 즉, 산화물층 상에 질화물층이 약 0.1㎛의 두께로 증착되었다.As in Experimental Example, after the nitride layer was deposited, no patterning process was applied. That is, a nitride layer was deposited on the oxide layer to a thickness of about 0.1 mu m.
결과result
도 13에 도시된 바와 같이, 실험예의 경우, 전 파장 영역에서 향상된 흡수율을 가지는 것으로 결과가 도출되었다.As shown in FIG. 13, in the case of the experimental example, the results were found to have improved absorption in the entire wavelength region.
Claims (12)
상기 반도체 기판에 배치되는 수광부;
상기 반도체 기판 상에 배치되는 층간 절연막;
상기 층간 절연막 상에 배치되는 반사 방지 패턴; 및
상기 반사 방지 패턴을 덮는 오버 코팅층을 포함하고,
상기 오버 코팅층의 굴절율은 상기 반사 방지 패턴의 굴절율보다 더 낮은 이미지 센서.A semiconductor substrate;
A light receiving unit disposed on the semiconductor substrate;
An interlayer insulating film disposed on the semiconductor substrate;
An anti-reflection pattern disposed on the interlayer insulating film; And
An over coating layer covering the anti-reflection pattern,
The refractive index of the overcoat layer is lower than the refractive index of the anti-reflection pattern.
상기 반사 방지 패턴의 폭은 0.1㎛ 내지 0.45㎛인 이미지 센서.The method of claim 1, wherein the pitch of the antireflection pattern is 0.11㎛ to 0.5㎛,
The width of the antireflection pattern is an image sensor of 0.1㎛ 0.45㎛.
상기 반사 방지 패턴 및 상기 보호층은 일체로 형성되는 이미지 센서.The method of claim 1, further comprising a protective layer disposed between the anti-reflection pattern and the interlayer insulating film,
The antireflection pattern and the protective layer are integrally formed.
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