KR20050069657A - 이미지 센서 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR20050069657A
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Abstract

본 발명은 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에서는 서로 간의 간섭이 우려되는 센서 내 각 셀의 포토 다이오드 상부에 컬러필터를 통과한 빛의 경로를 해당 포토 다이오드 측으로 집중 가이드 할 수 있는 일련의 도광체를 추가 배치하고, 이 도광체의 작용을 통해, 각 셀의 컬러필터를 통과한 빛이 인접 배치된 다른 셀에 불필요한 영향을 미치지 못하도록 컨트롤함으로써, 각 포토 다이오드들에 생성 축적되는 광 전하들이 각 컬러필터에 대응되는 고유의 색채특성을 정상적으로 나타낼 수 있도록 유도할 수 있다.
이러한 본 발명의 실시에 따라, 각 셀의 컬러필터를 통과한 빛의 경로가 해당 셀 내부로 제한되어, 인접 셀 간의 불필요한 빛 간섭 현상이 최소화되고, 이를 통해, 신호처리 트랜지스터들에 의해 보간회로 측으로 운반/배출되는 각 광 전하들의 고유 색채특성이 최적화되는 경우, 보간회로에 의해 최종 형성화되는 컬러영상은 자연스럽게 우수한 색 선명도를 효과적으로 보유할 수 있게 된다.

Description

이미지 센서 및 그 제조방법{Image sensor and method for fabricating the same}
본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 서로 간의 간섭이 우려되는 센서 내 각 셀의 포토 다이오드 상부에 컬러필터를 통과한 빛의 경로를 해당 포토 다이오드 측으로 집중 가이드 할 수 있는 일련의 도광체를 추가 배치하고, 이 도광체의 작용을 통해, 각 셀의 컬러필터를 통과한 빛이 인접 배치된 다른 셀에 불필요한 영향을 미치지 못하도록 컨트롤함으로써, 각 포토 다이오드들에 생성 축적되는 광 전하들이 각 컬러필터에 대응되는 고유의 색채특성을 정상적으로 나타낼 수 있도록 유도할 수 있는 이미지 센서에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 이미지 센서를 제조하는 방법에 관한 것이다.
최근, 전기·전자기술이 급격한 발전을 이루면서, 이미지 센서 기술을 채용한 다양한 전자제품들, 예컨대, 비디오 카메라, 디지털 카메라, 소형 카메라 장착형 PC, 소형 카메라 장착형 휴대폰 등이 폭 넓게 개발·보급되고 있다.
전통적으로, 상술한 종래의 이미지 센서로는 전하결합소자(CCD:Charge Coupled Device; 이하, "CCD"라 칭함)가 주로 사용되었으나, 이러한 CCD의 경우, 높은 구동전압이 요구되는 점, 추가의 지원회로가 별도로 요구되는 점, 공정 단가가 높은 점등의 여러 단점들을 지니고 있기 때문에, 현재 그 이용이 대폭 감소되고 있는 추세에 있다.
근래에, 상술한 CCD를 대체할 수 있는 이미지 센서로써, 이른바, 상보형-모스(CMOS:Complementary Metal Oxide Semiconductor; 이하, "CMOS"라 칭함) 이미지 센서가 크게 각광받고 있다. 이러한 CMOS 이미지 센서는 일련의 CMOS 회로기술을 배경으로 제조되기 때문에, 기존의 CCD와 달리, 저전압 구동이 가능한 장점, 추가 지원회로가 필요 없는 장점, 공정단가가 저렴한 장점 등을 폭 넓게 지니고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 CMOS 이미지 센서, 예컨대, 컬러 이미지를 구현하기 위한 CMOS 이미지 센서(10)는 소자 분리막에 의해 정의된 반도체 기판(40)의 액티브 영역 상에 형성된 상태로, 외부로부터 입력되는 빛을 받아 일련의 광 전하를 생성 및 축적하는 포토 다이오드들(3,4)과, 외부로부터 입력되는 빛을 컬러화 하여, 포토 다이오드들(3,4) 측으로 전달하는 컬러필터(5,6)가 조합된 구성을 취한다. 이 경우, 컬러필터(3,4) 및 포토 다이오드들(3,4) 사이에는 예컨대, 콘택홀(H), 플러그(117,118), 금속배선(111,112,113,114,115116), 금속전 절연막(101), 층간 절연막(102,103,104), 보호막(105) 등이 조합된 구성을 취하면서, 컬러필터(5,6)를 통과한 빛을 포토 다이오드들(3,4) 측으로 전달하기 위한 중간 레이어(100)가 개재된다.
이 상황에서, 포토 다이오드들(3,4)에 인접 배치된 일련의 신호처리 트랜지스터들(120,130)은 해당 포토 다이오드들(3,4)에 의해 생성 축적된 광 전하들을 보간회로(Interpolation circuit:도시 안됨) 측으로 운반/배출하는 절차를 진행하게 되며, 이러한 신호처리 트랜지스터들(120,130)을 거친 광 전하들은 해당 보간회로에 의한 보간절차를 통해, 일정 해상도의 컬러영상으로 형상화될 수 있게 된다. 이 경우, 각 신호처리 트랜지스터들(120,130)은 예컨대, 게이트 절연막 패턴(121,131), 게이트 전극 패턴(122,132), 스페이서(123,133), 불순물 확산층(124,134) 등이 조합된 구성을 취하게 된다.
최근, CMOS 이미지 센서를 채용한 각종 전자제품들(비디오 카메라, 디지털 카메라, 소형 카메라 장착형 PC, 소형 카메라 장착형 휴대폰)의 사이즈가 대폭 소형화되면서, CMOS 이미지 센서의 전체적인 사이즈 역시 크게 축소되고 있으며, 그 여파로, 센서 내의 각 셀들(C1,C2) 역시 서로 간의 간격이 매우 가까워지는 현실에 직면하고 있다.
그러나, 이와 같이, 센서 내 각 셀들(C1,C2)의 간격이 매우 가까워지고 있는 상황임에도 불구하고, 종래에는 각 셀(C1)과 셀(C2) 사이를 차폐시킬 수 있는 별도의 수단이 전혀 구비되어 있지 않은 것이 일반적이기 때문에, 종래의 체제 하에서, 컬러필터(5)를 통과한 빛 및 컬러필터(6)를 통과한 빛은 서로 간에 일련의 간섭현상을 일으켜, 서로 섞이는 현상을 어쩔 수 없이 보이고 있다.
물론, 이처럼, 컬러필터(5) 및 컬러필터(6)를 통과한 빛이 서로 섞이는 상황에서, 별다른 조치가 취해지지 않는 경우, 각 포토 다이오드들(3,4)에 생성 축적되는 광 전하들은 각 컬러필터(3,4)에 대응되는 고유의 색채특성을 정상적으로 나타낼 수 없게 되며, 결국, 보간회로에 의해 최종 형상화되는 컬러영상의 색 선명도 역시 정상 수준에서 크게 떨어질 수밖에 없게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 서로 간의 간섭이 우려되는 센서 내 각 셀의 포토 다이오드 상부에 컬러필터를 통과한 빛의 경로를 해당 포토 다이오드 측으로 집중 가이드 할 수 있는 일련의 도광체를 추가 배치하고, 이 도광체의 작용을 통해, 각 셀의 컬러필터를 통과한 빛이 인접 배치된 다른 셀에 불필요한 영향을 미치지 못하도록 컨트롤함으로써, 각 포토 다이오드들에 생성 축적되는 광 전하들이 각 컬러필터에 대응되는 고유의 색채특성을 정상적으로 나타낼 수 있도록 유도하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 각 셀의 컬러필터를 통과한 빛의 경로를 해당 셀 내부로 제한시켜, 인접 셀 간의 불필요한 빛 간섭 현상을 최소화하고, 이를 통해, 신호처리 트랜지스터들에 의해 보간회로 측으로 운반/배출되는 각 광 전하들의 고유 색채특성을 최적화함으로써, 보간회로에 의해 최종 형성화되는 컬러영상이 우수한 색 선명도를 효과적으로 보유할 수 있도록 유도하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부된 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 외부로부터 입사되는 빛을 특정 색상으로 컬러화 하는 컬러필터, 반도체 기판의 액티브 영역에 배치되며, 컬러필터를 통과한 특정 색상의 빛을 받아들여, 일련의 광 전하를 생성 축적하는 포토 다이오드, 반도체 기판 상부에 적층된 상태로, 컬러필터를 지지하며, 컬러필터를 통과한 특정 색상의 빛을 반도체 기판 측으로 전달하는 중간 레이어, 중간 레이어를 관통하여 형성되며, 컬러필터를 통과한 빛이 외부로의 유출 없이, 포토 다이오드 측으로 집중 입사될 수 있도록 가이드 하는 도광체의 조합으로 이루어지는 이미지 센서를 개시한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에서는 반도체 기판의 액티브 영역에 포토 다이오드들 및 신호처리 트랜지스터를 형성하는 단계, 포토 다이오드 및 신호처리 트랜지스터가 커버되도록 반도체 기판의 상부에 중간 레이어를 형성하는 단계, 중간 레이어를 식각 가공하여, 해당 중간 레이어를 관통하면서, 컬러필터를 통과한 빛을 포토 다이오드 측으로 집중 입사시키는 도광체를 형성하는 단계의 조합으로 이루어지는 이미지 센서 제조방법을 개시한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 이미지 센서 및 그 제조방법을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서, 예컨대, 컬러 이미지를 구현하기 위한 CMOS 이미지 센서는 소자 분리막(12)에 의해 정의된 반도체 기판(11)의 액티브 영역 상에 형성된 상태로, 외부로부터 입력되는 빛을 받아 일련의 광 전하를 생성 및 축적하는 포토 다이오드들(13,14)과, 외부로부터 입력되는 빛을 컬러화 하여, 포토 다이오드들(13,14) 측으로 전달하는 컬러필터(15,16)가 조합된 구성을 취한다.
이 경우, 컬러필터(15,16) 및 포토 다이오드들(13,14) 사이에는 반도체 기판의 상부에 적층되어, 예컨대, 콘택홀(H), 플러그(217,218), 금속 배선(211,212,213,214,215,216), 금속전 절연막(201), 층간 절연막(202,203,204), 보호막(205) 등이 조합된 구성을 취하면서, 컬러필터(15,16)를 지지함과 아울러, 해당 컬러필터(15,16)를 통과한 빛을 포토 다이오드들(13,14) 측으로 전달하는 중간 레이어(200)가 개재된다.
이 상황에서, 포토 다이오드들(13,14)에 인접 배치된 일련의 신호처리 트랜지스터들(220,230)은 해당 포토 다이오드들(13,14)에 의해 생성 축적된 광 전하들을 보간회로 측으로 운반/배출하는 절차를 진행하게 되며, 이러한 신호처리 트랜지스터들(220,230)을 거친 광 전하들은 해당 보간회로에 의한 보간절차를 통해, 일정 해상도의 컬러영상으로 형상화될 수 있게 된다.
이 경우, 각 신호처리 트랜지스터들(220,230)은 예컨대, 게이트 절연막 패턴(221,231), 게이트 전극 패턴(222,232), 스페이서(223,233), 불순물 확산층(224,234) 등이 조합된 구성을 취하게 된다.
앞서 언급한 바와 같이, 최근, CMOS 이미지 센서를 채용한 각종 전자제품들(비디오 카메라, 디지털 카메라, 소형 카메라 장착형 PC, 소형 카메라 장착형 휴대폰)의 사이즈가 대폭 소형화되면서, CMOS 이미지 센서의 전체적인 사이즈 역시 크게 축소되고 있으며, 그 여파로, 센서 내의 각 셀들(C1,C2) 역시 서로 간의 간격이 매우 가까워지는 현실에 직면하고 있다.
이러한 어려운 조건 하에서, 본 발명에서는 도면에 도시된 바와 같이, 서로 간의 간섭이 우려되는 센서 내 각 셀(C1,X2)의 포토 다이오드(13,14) 상부에 중간 레이어(200)를 관통하는 도광체(300)를 추가 형성한다.
이때, 도광체(300)는 포토 다이오드(13,14)의 상부에서, 중간 레이어(200)를 일정 깊이, 바람직하게, 29000Å~31000Å의 깊이로 관통하여 형성된 트랜치(T), 트랜치(T)의 측벽을 선택적으로 커버하면서, 컬러필터(15,16)를 통과한 빛을 트랜치(T) 내부로 반사시켜, 해당 빛의 외부 누출을 차단하는 광 반사 레이어(301), 트랜치(T)의 내부 공간을 채우면서, 트랜치(T) 내부로 입사된 빛을 포토 다이오드(13,14) 측으로 전달하는 투광막(302), 바람직하게, 산화막이 체계적으로 조합된 구성을 취한다. 이 경우, 앞의 광 반사 레이어(301)는 높은 반사율을 갖는 금속재질, 바람직하게, 알루미늄 재질 또는 텅스텐 재질로 이루어져, 200Å~500Å의 두께를 유지한다.
이처럼, 서로 간의 간섭이 우려되는 각 셀(C1,C2)의 포토 다이오드(13,14) 상부에 일련의 도광체(300)가 추가 배치된 상황에서, 마이크로 렌즈(도시 안됨)를 투과한 외부의 빛이 컬러필터(15,16)를 통과하여 포토 다이오드(13,14) 측으로 유입되는 경우, 해당 빛은 트랜치(T)의 내벽을 감싼 광 반사 레이어(301)의 강한 반사작용에 의해, 외부로의 유출 없이, 트랜치(T)의 형체를 따라, 포토 다이오드(13,14) 측으로 집중 입사될 수 있게 되며, 결국, 본 발명의 체제 하에서, 각 컬러필터(15,16)를 통과한 빛은 센서 내에 배치된 각 셀들(C1,C2) 간의 간격이 매우 가까워진 현실 하에서도, 인접한 다른 셀 측으로 별도의 악영향을 미치지 않게 된다.
종래의 경우, 앞서 언급한 바와 같이, 센서 내 각 셀들의 간격이 매우 가까워지고 있는 상황임에도 불구하고, 각 셀과 셀 사이를 차폐시킬 수 있는 별도의 수단이 전혀 구비되어 있지 않았기 때문에, 종래의 체제 하에서, 각 컬러필터를 통과한 빛은 서로 간에 일련의 간섭현상을 일으켜, 서로 섞이는 현상을 어쩔 수 없이 유발하였다.
그러나, 본 발명의 체제 하에서, 서로 간의 간섭이 우려되는 센서 내 각 셀(C1,C2)의 포토 다이오드(13,14) 상부에는 컬러필터(15,16)를 통과한 빛의 경로를 해당 포토 다이오드(13,14) 측으로 집중 가이드 할 수 있는 일련의 도광체(300)가 추가 배치되기 때문에, 각 셀(C1,C2)의 컬러필터(15,16)를 통과한 빛은 인접 배치된 다른 셀에 불필요한 영향을 전혀 미칠 수 없게 되며, 결국, 본 발명이 구현되는 경우, 각 포토 다이오드들(13,14)에 생성 축적되는 광 전하들은 인접 광의 영향에서 손쉽게 탈피하여, 각 컬러필터(15,16)에 대응되는 고유의 색채특성을 정상적으로 나타낼 수 있게 된다.
이처럼, 본 발명의 실시에 따라, 각 셀(C1,C2)의 컬러필터(15,16)를 통과한 빛의 경로가 해당 셀(C1,C2) 내부로 제한되어, 인접 셀(C1,C2) 간의 불필요한 빛 간섭 현상이 최소화되고, 이를 통해, 신호처리 트랜지스터들(220,230)에 의해 보간회로 측으로 운반/배출되는 각 광 전하들의 고유 색채특성이 최적화되는 경우, 보간회로에 의해 최종 형성화되는 컬러영상은 자연스럽게 우수한 색 선명도를 효과적으로 보유할 수 있게 된다.
한편, 이러한 본 발명을 실시함에 있어서, 트랜치(T)의 하측 구조는 매우 민감한 펙터로 작용한다.
이는 만약, 트랜치(T)의 하부(즉, 포토 다이오드의 상부)에 별도의 버퍼 수단이 존재하지 않을 경우, 광 반사 레이어(301)의 형성을 위한 일련의 공정이 가혹하게 진행될 때, 반도체 기판(11)의 포토 다이오드(13,14) 영역이 별다른 대책 없이 그대로 외부 노출되어, 해당 포토 다이오드 영역(13,14)이 큰 손상을 입는 심각한 문제점이 야기될 수 있으며, 또한, 트랜치(T)의 측벽 이외에, 트랜치(T)의 바닥면에 광 반사 레이어가 불필요하게 잔류하게 되는 경우, 트랜치(T)의 내부로 입사되는 빛이 해당 광 반사 레이어의 작용에 의해 오히려, 포토 다이오드(13,14)의 반대방향으로 반사되는 심각한 문제점이 야기될 수 있기 때문이다.
본 발명에서는 이러한 문제점들을 충분히 감안하여, 도면에 도시된 바와 같이, 트랜치(T)를 형성시킬 때, 이 트랜치(T)의 하부에 일련의 버퍼막(201a,201b)을 잔류시키고, 이 버퍼막(201a,201b)을 통해, 포토 다이오드(13,14) 영역의 불필요한 외부 노출을 안정적으로 차단함으로써, 광 반사 레이어(301,302)의 형성을 위한 일련의 공정이 가혹하게 진행된다 하더라도, 해당 포토 다이오드(13,14)가 이에 기인한 손상을 손쉽게 피할 수 있도록 유도하게 된다.
또한, 본 발명에서는 도면에 도시된 바와 같이, 트랜치(T)의 내부에 광 반사 레이어(301)를 형성시킬 때, 트랜치(T)의 바닥면에 불필요하게 생성되는 광 반사 레이어(301)를 미리 선택적으로 제거시키고, 이를 통해, 포토 다이오드(13,14) 상부의 광 입사환경을 최적화함으로써, 추후, 트랜치(T)의 내부로 입사되는 빛이 별도의 방해물 없이, 전량 포토 다이오드(13,14) 측으로 입사될 수 있도록 유도하게 된다.
이하, 상술한 구성을 취하는 이미지 센서의 제조방법을 상세히 설명한다(셀(C1) 지역에 형성되는 이미지 센서 및 셀(C2) 지역에 형성되는 이미지 센서는 동일 스텝에 의해 제조되므로, 편의상, 이하에서는 셀(C2) 지역에 형성되는 이미지 센서의 제조방법만을 국부적인 예로 하여, 전체적인 이미지 센서의 제조방법을 설명한다).
우선, 도 3a에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 일련의 STI 공정(Shallow Trench Isolation process), 또는 LOCOS 공정(LOCal Oxidation of Silicon process) 등을 선택적으로 진행하여, 반도체 기판(11)의 액티브 영역을 정의하기 위한 필드 영역의 소자 분리막(12)을 형성한다. 이 경우, 반도체 기판(11), 예컨대, 고 농도 P++형 단결정 실리콘 기판에는 상황에 따라, 공핍 영역(Depletion region)의 크기(깊이)를 증가시키기 위한 P-형 에피층(도시안됨)이 먼저 형성될 수도 있다.
이어서, 본 발명에서는 예컨대, 일련의 저압 화학기상증착 공정을 진행시켜, 액티브 영역의 트랜지스터 예정영역에 신호처리 트랜지스터(230)의 게이트 절연막 패턴(231)을 위한 게이트 절연막을 원하는 두께로 형성한다. 이 경우, 게이트 절연막은 예를 들어, 열 산화 공정에 의해 형성된 열 산화막으로 이루어질 수도 있다.
그런 다음, 본 발명에서는 일련의 저압 화학기상증착 공정을 진행시켜, 게이트 절연막의 상부에 게이트 전극 패턴(232)의 형성을 위한 도전층, 예컨대, 고 농도의 다결정 실리콘층을 원하는 두께로 형성시킨다. 물론, 상황에 따라, 이러한 고 농도의 다결정 실리콘층 상에 실리사이드층이 추가 형성될 수도 있다.
이어, 본 발명에서는 감광막 패턴(도시안됨)을 이용한 일련의 사진식각공정을 통해, 불필요 영역을 제거시키는 절차를 진행하고, 이를 통해, 완성된 형태의 게이트 절연막 패턴(231) 및 게이트 전극 패턴(232)을 형성한 후, 게이트 전극 패턴(232)의 양쪽 측부에 일련의 스페이서(233)를 형성시키는 절차를 선택적으로 진행시킴으로써, 반도체 기판(11)의 트랜지스터 예정영역에 게이트 절연막 패턴(231), 게이트 전극 패턴(232) 및 스페이서(233)가 조합된 적층 구조를 완성시킨다.
물론, 편의상 도면에 도시하지는 않았지만, 반도체 기판(11)의 여러 지역에 도면에 도시된 바와 같은 게이트 전극 패턴(232)의 적층 구조가 동일하게 형성됨은 당연하다 할 것이다.
이후, 본 발명에서는 감광막 패턴을 이온주입 마스킹 층으로 활용하여, 일련의 불순물 이온주입 공정을 진행시킴으로써, 반도체 기판(11)의 트랜지스터 예정영역 및 포토 다이오드 예정영역에 신호처리 트랜지스터(230)를 위한 불순물 확산층(234) 및 일련의 광 전하를 생성/축적하기 위한 포토 다이오드(14)를 형성 완료한다.
본 발명에서는 상황에 따라, 일련의 화학기상증착 공정을 추가 진행시킴으로써, 스페이서(233), 게이트 전극 패턴(232)을 포함하는 반도체 기판(11)의 상부에 게이트 전극 패턴(232)의 식각 손상을 방지하기 위한 식각 방지층(도시 안됨)을 추가 형성시킬 수도 있다. 이 경우, 식각 방지층으로는 질화막, 산화 질화막 등이 선택될 수 있다.
한편, 상술한 절차를 통해, 신호처리 트랜지스터(230) 및 포토 다이오드(14)가 형성 완료되면, 본 발명에서는 도 3b에 도시된 바와 같이, 일련의 증착공정을 진행시켜, 반도체 기판(11)의 상부에 신호처리 트랜지스터(230) 및 포토 다이오드(14)를 커버하는 금속 전 절연막(201)을 형성한다.
이 경우, 금속 전 절연막(201)은 상황에 따라, 비 도핑 실리케이트 글래스 막(USG layer:Undoped Silicate Glass layer; 이하, "USG 막"이라 칭함)일 수도 있고, 보론 실리케이트 글래스 막(BSG layer:Boron Silicate Glass layer; 이하, "BSG 막"이라 칭함)일 수도 있으며, 상황에 따라, 포스포러스 실리케이트 글래스 막(PSG:Phosphorus Silicate Glass layer; 이하, "PSG 막"이라 칭함), 보론-포스포러스 실리케이트 글래스 막(Boron-Phosphorus Silicate Glass layer; 이하, "BPSG 막"이라 칭함), 또는 오존 테오스 막(O3-TEOS layer:Ozone Tetra Ethyl Ortho Silicate layer; 이하, "O3-TEOS 막"이라 칭함)일 수도 있고, 이들의 조합일 수도 있다.
이어, 본 발명에서는 일련의 사진 식각공정을 통해 게이트 전극 패턴(232)이 노출되도록 금속 전 절연막(201)을 식각하여, 일련의 콘택홀(H)을 오픈 형성한다.
그 다음에, 본 발명에서는 일련의 스퍼터링 공정을 통해, 콘택홀(H)의 내벽 및 밑면에 일련의 장벽 금속층(도시 안됨)을 형성한 다음, 그 위에 고 융점 금속층, 예를 들어, 텅스텐층을 두껍게 증착하여, 콘택홀(H)이 이 고 융점 금속층에 의해 채워지도록 하고, 이 고 융점 금속층을 예컨대, 화학적-기계적 연마공정에 의해 평탄화 시킴으로써, 추후 형성될 제 1 금속배선(212) 및 게이트 전극 패턴(232)을 전기적으로 연결하는 콘택 플러그(218)를 형성 완료한다.
이후, 본 발명에서는 일련의 증착공정, 패터닝 공정, 평탄화 공정 등을 추가 진행함으로써, 도 3c에 도시된 바와 같이, 금속전 절연막(201) 상부에 제 1 금속배선(212), 제 1 층간 절연막(202), 제 2 금속배선(214), 제 2 층간 절연막(203), 제 3 금속배선(204), 제 3 층간 절연막(204), 보호막(205) 등을 추가 형성한다.
상술한 절차를 통해, 반도체 기판(11)의 상부에 콘택홀(H), 플러그(218), 금속 배선(212,214,216), 금속전 절연막(201), 층간 절연막(202,203,204), 보호막(205) 등이 조합된 중간 레이어(200)가 형성 완료되면, 본 발명에서는 도 3d에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(11)의 포토 다이오드(14) 영역에 감광막의 개구부가 위치하도록 일련의 감광막 패턴(401)을 중간 레이어(200), 예컨대, 보호막(205)의 상부에 형성시킨다.
이어, 이 감광막 패턴(401)을 식각 마스크로 하여, 일련의 이방성 특성을 갖는 건식 식각공정, 예컨대, 반응성 이온 에칭 공정(Reactive Ion Etching process)을 진행시켜, 보호막(205), 층간 절연막(202,203,204), 금속전 절연막(201) 등을 예컨대, 29000Å~31000Å의 깊이로 일괄 식각하고, 이를 통해, 중간 레이어(200)를 관통하면서, 포토 다이오드(14) 상부에 위치하는 트랜치(T)를 형성한다. 그런 후, 앞의 감광막 패턴(401)을 제거한다.
이러한 트랜치(T) 형성 상황에서, 본 발명에서는 앞서 언급한 바와 같이, 트랜치(T)의 하부(즉, 포토 다이오드의 상부)에 예컨대, 900Å~1100Å 정도의 버퍼막(201b)을 잔류시킴으로써, 추후, 광 반사 레이어(301) 형성공정이 가혹하게 진행되더라도, 포토 다이오드(14)가 이에 기인한 손상을 손쉽게 피할 수 있도록 유도한다.
계속해서, 본 발명에서는 일련의 증착공정, 예컨대, 스퍼터링 증착공정을 진행시켜, 도 3e에 도시된 바와 같이, 트랜치(T)의 내부를 포함하는 보호막(205)의 상부에 200Å~500Å 정도의 광 반사 레이어(301)를 추가 형성한다. 이 경우, 광 반사 레이어(301)는 높은 반사율을 갖는 금속재질, 바람직하게, 알루미늄 재질 또는 텅스텐 재질로 이루어진다.
이어, 본 발명에서는 일련의 식각공정, 예컨대, 스퍼터링 식각공정을 진행시켜, 도 3f에 도시된 바와 같이, 트랜치(T)의 측벽(T2) 이외에 불필요하게 형성된 광 반사 레이어(301), 즉, 보호막(205) 상부(205a)에 불필요하게 형성된 광 반사 레이어(301), 트랜치(T)의 바닥면(T1)에 불필요하게 형성된 광 반사 레이어(301) 등을 선택적으로 제거시키고, 이를 통해, 포토 다이오드(14) 상부의 광 입사환경을 최적화함으로써, 추후, 트랜치(T)의 내부로 입사되는 빛이 별도의 방해물 없이, 전량 포토 다이오드(14) 측으로 입사될 수 있도록 유도한다.
상술한 절차를 통해, 트랜치(T)의 내벽(T2)에 일련의 광 반사 레이어가 선택적으로 형성 완료되면, 본 발명에서는 상황에 따라, 예컨대, 오존-TEOS(Tetra Ortho Silicate Glass) 공정, 상압 화학기상증착 공정, 플라즈마 화학기상증착 공정, 고밀도 플라즈마 화학기상증착 공정(High Density Plasma Chemical Vapor Deposition process:HDP CVD process) 등을 선택적으로 진행시켜, 도 3g에 도시된 바와 같이, 앞의 보호막(205)이 커버되도록 트랜치(T)의 내부 영역을 충분한 두께의 절연막(302a), 예컨대, 산화막으로 채운다.
이어, 본 발명에서는 일련의 화학기계연마 공정을 진행시켜, 앞의 절연막(302a)을 보호막(205)이 형성된 위치까지 평탄화 시킴으로써, 도 3h에 도시된 바와 같이, 트랜치(T)의 내부 공간을 빽빽이 채우면서, 트랜치(T) 내부로 입사된 빛을 포토 다이오드(14) 측으로 전달하는 투광막(302)을 형성시키고, 이를 통해, 컬러필터(16)를 통과한 빛을 가이드 하는 본 발명 고유의 도광체(300)를 형성 완료한다.
이후, 본 발명에서는 일련의 증착공정, 패터닝 공정 등을 통해, 도 3i에 도시된 바와 같이, 도광체(300)를 포함하는 보호막(205)의 상부에 컬러필터(16)를 형성하고, 이 컬러필터(16)의 상부에 마이크로 렌즈를 적층 함으로써, 본 발명에서 얻고자 하는 최종의 이미지 센서를 제조 완료한다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 서로 간의 간섭이 우려되는 센서 내 각 셀의 포토 다이오드 상부에 컬러필터를 통과한 빛의 경로를 해당 포토 다이오드 측으로 집중 가이드 할 수 있는 일련의 도광체를 추가 배치하고, 이 도광체의 작용을 통해, 각 셀의 컬러필터를 통과한 빛이 인접 배치된 다른 셀에 불필요한 영향을 미치지 못하도록 컨트롤함으로써, 각 포토 다이오드들에 생성 축적되는 광 전하들이 각 컬러필터에 대응되는 고유의 색채특성을 정상적으로 나타낼 수 있도록 유도할 수 있다.
이러한 본 발명의 실시에 따라, 각 셀의 컬러필터를 통과한 빛의 경로가 해당 셀 내부로 제한되어, 인접 셀 간의 불필요한 빛 간섭 현상이 최소화되고, 이를 통해, 신호처리 트랜지스터들에 의해 보간회로 측으로 운반/배출되는 각 광 전하들의 고유 색채특성이 최적화되는 경우, 보간회로에 의해 최종 형성화되는 컬러영상은 자연스럽게 우수한 색 선명도를 효과적으로 보유할 수 있게 된다.
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다.
이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 첨부된 특허청구의 범위안에 속한다 해야 할 것이다.
도 1은 종래의 기술에 따른 이미지 센서의 구조를 도시한 예시도.
도 2는 본 발명에 따른 이미지 센서의 구조를 도시한 예시도.
도 3a 내지 도 3i는 본 발명에 따른 이미지 센서의 제조방법을 순차적으로 도시한 공정 순서도.

Claims (10)

  1. 외부로부터 입사되는 빛을 특정 색상으로 컬러화 하는 컬러필터;
    반도체 기판의 액티브 영역에 배치되며, 상기 컬러필터를 통과한 특정 색상의 빛을 받아들여, 일련의 광 전하를 생성 축적하는 포토 다이오드;
    상기 반도체 기판 상부에 적층된 상태로, 상기 컬러필터를 지지하며, 상기 컬러필터를 통과한 특정 색상의 빛을 상기 반도체 기판 측으로 전달하는 중간 레이어;
    상기 중간 레이어를 관통하여 형성되며, 상기 컬러필터를 통과한 빛이 외부로의 유출 없이, 상기 포토 다이오드 측으로 집중 입사될 수 있도록 가이드 하는 도광체를 포함하여 구성된 이미지 센서.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 도광체는 상기 포토 다이오드의 상부에서, 상기 중간 레이어를 일정 깊이로 관통하여 형성된 트랜치(Trench);
    상기 트랜치의 측벽을 선택적으로 커버하면서, 상기 컬러필터를 통과한 빛을 상기 트랜치 내부로 반사시켜, 해당 빛의 외부 누출을 차단하는 광 반사 레이어;
    상기 트랜치의 내부 공간을 채우면서, 상기 트랜치 내부로 입사된 빛을 상기 포토 다이오드 측으로 전달하는 투광막을 포함하여 구성된 이미지 센서.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 트랜치는 29000Å~31000Å의 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 광 반사 레이어는 200Å~500Å의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 광 반사 레이어는 알루미늄 또는 텅스텐 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 투광막은 산화막인 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 트랜치 및 포토 다이오드 사이에는 상기 포토 다이오드의 손상을 방지하기 위한 버퍼막이 추가 배치되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 버퍼막은 900Å~1100Å의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  9. 반도체 기판의 액티브 영역에 포토 다이오드들 및 신호처리 트랜지스터를 형성하는 단계;
    상기 포토 다이오드 및 신호처리 트랜지스터가 커버되도록 상기 반도체 기판의 상부에 중간 레이어를 형성하는 단계;
    상기 중간 레이어를 식각 가공하여, 상기 중간 레이어를 관통하면서, 상기 컬러필터를 통과한 빛이 외부로의 유출 없이, 상기 포토 다이오드 측으로 집중 입사될 수 있도록 가이드 하는 도광체를 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 도광체를 형성하는 단계는 상기 중간 레이어를 식각하여, 상기 중간 레이어를 관통하면서, 상기 포토 다이오드 상부에 위치하는 트랜치를 형성하는 단계;
    상기 트랜치의 측벽에 상기 컬러필터를 통과한 빛을 상기 트랜치 내부로 반사시켜, 해당 빛의 외부 누출을 차단하는 광 반사 레이어를 선택 형성하는 단계;
    상기 트랜치의 내부 공간에 상기 트랜치 내부로 입사된 빛을 상기 포토 다이오드 측으로 전달하는 투광막을 선택적으로 충진(Filling)시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
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