KR20080014261A - 이미지 센서 및 그 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
이미지 센서 및 그 형성 방법이 제공된다. 수광소자가 형성된 반도체 기판 상에 절연막이 형성된다. 상기 절연막 상부에 홈이 형성된다. 상기 홈을 채우는 컬러필터가 형성된다. 상기 컬러필터 상에 마이크로 렌즈가 형성된다.
이미지 센서, 컬러필터
Description
도 1은 종래 기술에 따른 이미지 센서를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 3 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
♧ 도면의 주요부분에 대한 참조번호의 설명 ♧
110 : 반도체 기판 120 : 수광소자
130 : 제1 절연막 135 : 금속 배선
140 : 제2 절연막 153 : 적색필터
156 : 녹색필터 159 : 청색필터
160 : 마이크로 렌즈
본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이미지 센서 및 그 형성 방법에 관한 것이다.
이미지 센서는 광학적 영상(optical image)를 전기적 신호로 변환시키는 반도체 장치이다. 이미지 센서는 신호 전하의 이송 및 출력 방식에 따라 크게 씨씨디(CCD:Charge Coupled Device) 이미지 센서와 씨모스(CMOS:Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서로 구분된다. 통상적으로, 씨모스 이미지 센서의 화소는 포토 다이오드(photo diode)와, 상기 포토 다이오드에 저장된 전하를 전송 및 출력하기 위한 트랜지스터를 포함할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 이미지 센서를 개략적으로 보여주는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 포토 다이오드(photodiode,20)가 배치된 반도체 기판(10) 상에 절연막(30)이 위치한다. 절연막(30) 상에 금속 배선(35)과 절연막(40)이 위치한다. 절연막(40) 상에 평탄화막(45), 컬러필터층(50), 및 평탄화막(55)이 위치한다. 컬러필터층(50)은 적색필터(R), 녹색필터(G), 및 청색필터(B)를 포함한다. 평탄화막(50) 상에 마이크로 렌즈(60)가 위치한다.
포토 다이오드(20)는 빛을 감지하는 부분으로 광감도를 높이기 위해서는 전체 이미지 센서 면적에서 포토 다이오드가 차지하는 비율(Fill Factor)이 커야 한다. 그러나, 제한된 면적에서 필 팩터를 증가시키는 것은 한계가 있다. 따라서, 통상적으로 씨모스 이미지 센서는 광감도를 높이기 위해 포토 다이오드 이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 바꿔서 포토 다이오드 영역으로 빛을 모아주는 마이크로 렌즈(60)를 사용한다. 그러나, 최근에 씨모스 이미지 센서의 크기가 급속도로 작아지면서 마이크로 렌즈만으로 집광 효율을 높이는데 한계가 있다. 즉, 고화 소의 이미지 센서를 구현하기 위해서는 화소의 크기가 더욱 작아질 수밖에 없고, 이에 의해 포토 다이오드의 면적도 감소하게 된다. 또, 종횡비가 증가하여 화소의 집광 효율도 감소한다.
컬러필터들(R,G,B)은 이미지 센서의 특성을 향상시키기 위해 다양한 두께를 갖도록 형성될 필요가 있다. 그러나, 컬러필터들(R,G,B)을 서로 다른 두께를 갖도록 형성하는 경우, 그 상부면을 평탄화시키는 평탄화막(55)의 두께는 두꺼워지게 되고, 이미지 센서의 종횡비는 증가한다. 이에 의해, 집광 효율은 더 감소할 수 있다. 또, 컬러필터들(R,G,B)과 금속 배선(35) 사이의 간격이 크기 때문에 컬러필터들 사이에서 투과되는 백색광에 의해 크로스토크가 발생할 수 있다.
상술한 바와 같이, 집광 효율의 감소 및 크로스토크의 발생에 의해 이미지 센서의 광학적 특성이 저하될 수 있다.
본 발명은 이상에서 언급한 상황을 고려하여 제안된 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 광학적 특성이 향상된 이미지 센서 및 그 형성 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 형성 방법이 제공된다. 수광소자가 형성된 반도체 기판 상에 절연막이 형성된다. 상기 절연막 상부에 홈이 형성된다. 상기 홈을 채우는 컬러필터가 형성된다. 상기 컬러필터 상에 마이크로 렌즈가 형성된다.
상기 형성 방법에서, 상기 홈은 제1 홈, 제2 홈, 및 제3 홈을 포함하고, 상기 컬러필터는 적색필터, 녹색필터, 및 청색필터를 포함할 수 있다. 상기 적색필터는 상기 제1 홈을 채우는 적색필터막을 형성한 후 상기 절연막 상부면을 노출시키는 평탄화 공정을 수행하여 형성될 수 있다. 상기 녹색필터는 상기 제2 홈을 채우는 녹색필터막을 형성한 후 상기 절연막 및 상기 적색필터의 상부면을 노출시키는 제2 평탄화 공정을 수행하여 형성될 수 있다. 상기 청색필터는 상기 제3 홈을 채우는 청색필터막을 형성한 후 상기 절연막, 상기 적색필터, 및 상기 녹색필터의 상부면을 노출시키는 제3 평탄화 공정을 수행하여 형성될 수 있다. 상기 제1 홈, 상기 제2 홈, 및 상기 제3 홈 중 적어도 하나는 다른 깊이를 갖도록 형성될 수 있다. 상기 적색필터, 상기 녹색필터, 및 상기 청색필터 중에서 적어도 어느 하나는 다른 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 상기 녹색필터는 상기 적색필터 및 상기 청색필터보다 두껍게 형성될 수 있다.
상기 형성 방법에서, 상기 절연막을 형성하는 것은 제1 절연막 및 제2 절연막을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 상기 반도체 기판 상에 제1 절연막이 형성되고, 상기 제1 절연막 상에 금속 배선이 형성된다. 상기 금속 배선을 덮는 제2 절연막이 형성된다. 상기 컬러필터 중 적어도 일부는 그 하부면이 상기 금속 배선의 상부면보다 낮게 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서가 제공된다. 수광소자를 갖는 반도체 기판 상에 절연막이 위치한다. 상기 절연막 상부에 형성된 홈에 컬러필터가 배치된다. 상기 컬러필터 상에 마이크로 렌즈가 위치한다.
상기 이미지 센서에서, 상기 컬러필터는 적색필터, 녹색필터, 및 청색필터를 포함하며, 상기 적색필터, 상기 녹색필터, 및 상기 청색필터 중에서 적어도 어느 하나는 다른 두께를 가질 수 있다. 상기 녹색필터는 상기 적색필터 및 상기 청색필터보다 두꺼울 수 있다. 상기 이미지 센서에서, 서로 인접하는 상기 컬러필터 사이에는 상기 절연막이 개재할 수 있다.
상기 이미지 센서에서, 상기 절연막은 제1 절연막, 금속 배선, 및 제2 절연막을 포함할 수 있다. 상기 제1 절연막은 상기 반도체 기판 상에 위치한다. 상기 금속 배선은 상기 제1 절연막 상에 위치한다. 상기 제2 절연막은 상기 금속 배선을 덮는다. 상기 컬러필터 중 적어도 일부는 상기 금속 배선의 상부면보다 낮은 하부면을 가질 수 있다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 상기 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이러한 용어들은 단지 상기 구성요소들을 서로 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 또, 어떤 막이 다른 막 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 막이 개재될 수 도 있다는 것을 의미한다. 도면들에서, 막 또는 영역들의 두께 등은 명확성을 기하기 위하여 과장되게 표현될 수 있다.
(이미지 센서의 구조)
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서를 개략적으로 보여주는 단면도이다. 도 2를 참조하면, 이미지 센서는 수광소자(120)가 배치된 반도체 기판(110)을 포함한다. 수광소자(120)는 빛을 감지하여 이를 전기적 신호로 변환할 수 있는 소자를 말한다. 수광소자(120)로 포토 다이오드(PD:photo diode) 등이 사용될 수 있고, 포토 다이오드(PD)는 n형 불순물 영역과 p형 불순물 영역을 포함한다.
기판(110) 상에 제1 절연막(130)이 위치한다. 도시되지 않았지만, 기판(110) 상에 수광소자(120)에서 생성된 전기적 신호를 주변회로부로 출력하기 위한 다양한 게이트 전극들이 배치될 수 있다.
제1 절연막(130) 상에 금속 배선(135)과, 금속 배선(135)을 덮는 제2 절연막(140)이 위치한다. 제1 절연막(130)은 층간 절연막(ILD:interlayer dielectric)으로, 제2 절연막(140)은 금속간 절연막(IMD:intermetal dielectric)으로 호칭될 수 있다.
제2 절연막(140)은 그 상부에 형성된 홈들(152,155,158)을 갖는다. 홈들(152,155,158)은 그 아래 위치하는 수광소자(120)에 대응한다. 홈들(152,155,158) 중 적어도 어느 하나는 다른 깊이를 가질 수 있다. 예컨대, 홈(155)은 다른 홈들(152,158)보다 더 깊을 수 있다. 또, 홈(155)의 하부면은 금속 배선(135)의 상부면보다 낮을 수 있다.
홈들(152,155,158) 내에 컬러필터들(153,156,159)이 배치된다. 홈(152) 내에 적색필터(153)가 배치되고, 홈(155) 내에 녹색필터(156)가 배치되며, 홈(158) 내에 청색필터(159)가 배치된다. 컬러필터들(153,156,159)은 대응하는 홈들(152,155,158)의 깊이에 따라 서로 다른 두께를 가질 수 있다. 예컨대, 녹색필터(156)는 적색필터(153) 및 청색필터(159)보다 더 두꺼울 수 있다. 컬러필터들(153,156,159) 상에 마이크로 렌즈가 위치한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 컬러필터들(153,156,159)이 제2 절연막(140) 내에 배치되므로, 컬러필터들(153,156,159)의 높이만큼 이미지 센서의 종횡비가 감소할 수 있다. 이에 의해, 이미지 센서의 집광 효율이 향상될 수 있다. 또, 컬러필터들(153,156,159)과 금속 배선(135) 사이의 간격이 감소하여, 컬러필터들(153,156,159) 사이로 투과되는 백색광에 의한 크로스토크(cross talk)가 감소할 수 있다. 또, 컬러필터들(153,156,159) 각각은 그 두께와 상관없이 제2 절연막(140)과 동일한 높이의 상부면을 가질 수 있다. 따라서, 컬러필터들(153,156,159)의 상부면을 평탄화하기 위한 평탄화막이 배치되지 않을 수 있어, 이미지 센서의 종횡비는 더욱 감소되고, 감광도도 더 향상될 수 있다.
(이미지 센서의 형성 방법)
도 3 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 3을 참조하면, 반도체 기판(110)에 형성된 소자분리막(미도시)에 의해 정의된 활성영역에 불순물 이온을 주입하여 수광소자(120)가 형성된다. 수광소 자(120)로 포토 다이오드를 형성할 경우를 간략히 설명하면 다음과 같다. 먼저, p형 기판에 p형 에피택시얼층이 형성되고, 상기 p형 에피택시얼층에 n형 불순물 이온을 주입하여 포토 다이오드의 n형 불순물 영역이 형성된다. 이어서, 상기 n형 불순물 영역의 표면에 p형 불순물 이온을 주입하여 p형 불순물 영역이 형성된다. 이에 의해, pn접합 포토 다이오드가 형성된다. 전자-정공 쌍에 의한 신호 전하는 포토 다이오드의 n형 불순물 영역에서 생성되고, p형 에피탁시얼층은 상기 신호 전하가 p형 기판으로 누설되는 것을 방지한다.
기판(110) 상에 제1 절연막(130)이 형성된다. 제1 절연막(130)은 예컨대, 산화막으로 형성될 수 있다. 도시되지 않았지만, 제1 절연막(130)을 형성하기 전에 기판(110) 상에 수광소자(120)에서 생성된 전기적 신호를 주변회로부로 출력하기 위한 다양한 게이트 전극들이 형성될 수 있다. 제1 절연막(130) 상에 금속 배선(135)과, 금속 배선(135)을 덮는 제2 절연막(140)이 형성된다. 제1 및 제2 절연막(130,140)은 예컨대, 산화막으로 형성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 제2 절연막(140) 상에 마스크 패턴(151)이 형성된다. 마스크 패턴(151)을 식각 마스크로 사용하는 식각 공정을 수행하여 제2 절연막(140) 상부에 홈(152)이 형성된다.
도 5를 참조하면, 마스크 패턴(151)을 제거하고, 적색으로 염색된 유기막을 형성한 후 제2 절연막(140)의 상부면을 노출시키는 평탄화 공정을 수행하여, 홈(152) 내에 적색필터(153)가 형성된다. 상기 평탄화 공정은 화학적 기계적 연마 공정을 포함할 수 있다.
도 6을 참조하면, 제2 절연막(140) 및 적색필터(153) 상에 마스크 패턴(154)이 형성된다. 마스크 패턴(154)을 식각 마스크로 사용하는 식각 공정을 수행하여 제2 절연막(140) 상부에 홈(155)이 형성된다. 홈(155)은 홈(152)보다 더 깊게 형성될 수 있다. 또, 홈(155)은 금속 배선(145)의 상부면보다 낮은 하부면을 갖도록 형성될 수 있다.
도 7을 참조하면, 마스크 패턴(154)을 제거하고, 녹색으로 염색된 유기막을 형성한 후 제2 절연막(140)과 적색필터(153)의 상부면을 노출시키는 평탄화 공정을 수행하여, 홈(155) 내에 녹색필터(156)가 형성된다. 녹색필터(156)는 적색필터(153)보다 두껍게 형성될 수 있다. 상기 평탄화 공정은 화학적 기계적 연마 공정을 포함할 수 있다.
도 8을 참조하면, 제2 절연막(140), 적색필터(153), 및 녹색필터(156) 상에 마스크 패턴(157)이 형성된다. 마스크 패턴(157)을 식각 마스크로 사용하는 식각 공정을 수행하여 제2 절연막(140) 상부에 홈(158)이 형성된다.
도 9를 참조하면, 마스크 패턴(157)을 제거하고, 청색으로 염색된 유기막을 형성한 후 제2 절연막(140), 적색필터(153), 및 녹색필터(156)의 상부면을 노출시키는 평탄화 공정을 수행하여, 홈(158) 내에 청색필터(159)가 형성된다. 상기 평탄화 공정은 화학적 기계적 연마 공정을 포함할 수 있다. 이어서, 컬러필터들(153,156,159) 상에 마이크로 렌즈를 형성하면, 도 2에 도시된 이미지 센서가 형성된다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으 나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 이미지 센서의 종횡비가 감소하여 집광 효율이 향상될 수 있다. 또, 컬러필터들 사이로 투과되는 백색광에 의한 크로스토크(cross talk)가 감소할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 컬러필터들이 다양한 두께를 가질 수 있어 이미지 센서의 특성이 향상될 수 있다.
Claims (12)
- 수광소자가 형성된 반도체 기판 상에 절연막을 형성하는 단계;상기 절연막 상부에 홈을 형성하는 단계;상기 홈을 채우는 컬러필터를 형성하는 단계; 및상기 컬러필터 상에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 컬러필터를 형성하는 단계는:상기 절연막 상부에 제1 홈을 형성한 후 상기 제1 홈을 채우는 적색필터를 형성하는 단계;상기 절연막 상부에 제2 홈을 형성한 후 상기 제2 홈을 채우는 녹색필터를 형성하는 단계; 및상기 절연막 상부에 제3 홈을 형성한 후 상기 제3 홈을 채우는 청색필터를 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 형성 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 제1 홈, 상기 제2 홈, 및 상기 제3 홈 중 적어도 하나는 다른 깊이를 갖도록 형성되는 이미지 센서의 형성 방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 적색필터, 상기 녹색필터, 및 상기 청색필터 중에서 적어도 어느 하나는 다른 두께를 갖도록 형성되는 이미지 센서의 형성 방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 녹색필터는 상기 적색필터 및 상기 청색필터보다 두껍게 형성되는 이미지 센서의 형성 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 적색필터를 형성하는 단계는 상기 제1 홈을 채우는 적색필터막을 형성한 후 제1 평탄화 공정을 수행하여 상기 절연막 상부면을 노출시키는 단계를 포함하고,상기 녹색필터를 형성하는 단계는 상기 제2 홈을 채우는 녹색필터막을 형성한 후 제2 평탄화 공정을 수행하여 상기 절연막 및 상기 적색필터의 상부면을 노출시키는 단계를 포함하고,상기 청색필터를 형성하는 단계는 상기 제3 홈을 채우는 청색필터막을 형성한 후 제3 평탄화 공정을 수행하여 상기 절연막, 상기 적색필터, 및 상기 녹색필터의 상부면을 노출시키는 단계를 포함하는 이미지 센서의 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 절연막을 형성하는 단계는:상기 반도체 기판 상에 제1 절연막을 형성하는 단계;상기 제1 절연막 상에 금속 배선을 형성하는 단계; 및상기 금속 배선을 덮는 제2 절연막을 형성하는 단계를 포함하며,상기 컬러필터 중 적어도 일부는 그 하부면이 상기 금속 배선의 상부면보다 낮게 형성되는 이미지 센서의 형성 방법.
- 수광소자를 갖는 반도체 기판 상에 위치하는 절연막;상기 절연막 상부에 형성된 홈에 배치된 컬러필터; 및상기 컬러필터 상에 위치하는 마이크로 렌즈를 포함하는 이미지 센서.
- 제 8 항에 있어서,상기 컬러필터는 적색필터, 녹색필터, 및 청색필터를 포함하며,상기 적색필터, 상기 녹색필터, 및 상기 청색필터 중에서 적어도 어느 하나는 다른 두께를 갖는 이미지 센서.
- 제 9 항에 있어서,상기 녹색필터는 상기 적색필터 및 상기 청색필터보다 두꺼운 이미지 센서.
- 제 8 항에 있어서,서로 인접하는 상기 컬러필터 사이에는 상기 절연막이 개재하는 이미지 센서.
- 제 8 항에 있어서,상기 절연막은:상기 반도체 기판 상에 위치하는 제1 절연막;상기 제1 절연막 상에 위치하는 금속 배선; 및상기 금속 배선을 덮는 제2 절연막을 포함하며,상기 컬러필터 중 적어도 일부는 상기 금속 배선의 상부면보다 낮은 하부면을 갖는 이미지 센서.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020060075718A KR20080014261A (ko) | 2006-08-10 | 2006-08-10 | 이미지 센서 및 그 형성 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020060075718A KR20080014261A (ko) | 2006-08-10 | 2006-08-10 | 이미지 센서 및 그 형성 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20080014261A true KR20080014261A (ko) | 2008-02-14 |
Family
ID=39341585
Family Applications (1)
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| KR1020060075718A KR20080014261A (ko) | 2006-08-10 | 2006-08-10 | 이미지 센서 및 그 형성 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| KR (1) | KR20080014261A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8537255B2 (en) | 2009-08-11 | 2013-09-17 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Image sensors |
-
2006
- 2006-08-10 KR KR1020060075718A patent/KR20080014261A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8537255B2 (en) | 2009-08-11 | 2013-09-17 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Image sensors |
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