KR20090032489A - Image sensor and method for manufacturing thereof - Google Patents

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Abstract

An image sensor and a manufacturing method thereof are provided to prevent the generation of noise and the cross-talk of the image sensor by forming an optical absorption pattern and an optical absorption lens between the color filters. An interlayer insulating film(20) including a metal wiring(30) is arranged in a semiconductor substrate(10). A bottom electrode(40) is arranged in the metal wiring. A photo diode is arranged in the interlayer insulating film including the bottom electrode. The photo diode comprises the first conductivity type conductive layer(50), an intrinsic layer(60), and the second conductive type conductive layer(70). An upper electrode(80) is arranged on the upper part of the photo diode. A color filter(90) is respectively arranged in the upper electrode. An optical absorption pattern(110) is arranged in the gap region(D) of the color filter. An optical absorption lens(115) is arranged on the top of the optical absorption pattern.

Description

이미지 센서 및 그 제조방법{Image Sensor and Method for Manufacturing Thereof}Image Sensor and Method for Manufacturing Thereof}

실시예에서는 이미지 센서 및 그 제조방법이 개시된다. In an embodiment, an image sensor and a method of manufacturing the same are disclosed.

이미지 센서는 광학적 영상(Optical Image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 크게 전하결합소자(charge coupled device:CCD) 이미지 센서와 씨모스(Complementary Metal Oxide Silicon:CMOS) 이미지 센서(CIS)를 포함한다.The image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal, and includes a charge coupled device (CCD) image sensor and a complementary metal oxide silicon (CMOS) image sensor (CIS). do.

씨모스 이미지 센서는 단위 화소 내에 포토 다이오드와 모스트랜지스터를 형성시킴으로써 스위칭 방식으로 각 단위 화소의 전기적 신호를 순차적으로 검출하여 영상을 구현한다. 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 빛 신호를 받아서 전기신호로 바꾸어 주는 포토 다이오드(Photo diode) 영역과 이 전기 신호를 처리하는 트랜지스터가 반도체 기판에 수평으로 배치되는 구조이다. The CMOS image sensor is a structure in which a photo diode area for receiving a light signal and converting it into an electric signal and a transistor for processing the electric signal are horizontally disposed on a semiconductor substrate.

수평형 씨모스 이미지 센서에 의하면 포토 다이오드와 트랜지스터가 기판 상에 상호 수평으로 인접하여 형성된다. 이에 따라, 포토 다이오드 형성을 위한 추가적인 영역이 요구된다. According to the horizontal CMOS image sensor, a photodiode and a transistor are formed adjacent to each other horizontally on a substrate. Accordingly, an additional area for photodiode formation is required.

실시예는 씨모스 회로와 포토 다이오드의 수직형 집적을 제공할 수 있는 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공한다.Embodiments provide an image sensor capable of providing vertical integration of a CMOS circuit and a photodiode and a method of manufacturing the same.

또한, 실시예는 레졀루션(Resolution)과 센서티버티(sensitivity)가 함께 개선될 수 있는 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공한다. In addition, the embodiment provides an image sensor and a method of manufacturing the same that can be improved together with the resolution (Resolution) and sensor sensitivity (sensitivity).

또한, 실시예는 수직형의 포토 다이오드를 채용하면서 크로스 토크 및 노이즈 현상을 방지할 수 있는 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공한다. In addition, the embodiment provides an image sensor and a method of manufacturing the same that can prevent crosstalk and noise phenomenon while employing a vertical photodiode.

실시예에 따른 이미지 센서는, 반도체 기판 상에 배치된 금속배선을 포함하는 층간 절연막; 상기 금속배선과 연결되도록 상기 층간 절연막 상에 배치된 하부전극; 상기 하부전극을 포함하는 층간 절연막 상에 배치된 포토다이오드; 상기 포토다이오드 상에 배치된 상부전극; 상기 상부전극 상에 상호 이격되도록 갭 영역을 가지는 컬러필터; 및 상기 갭 영역에 배치된 광흡수 패턴을 포함한다.An image sensor according to an embodiment includes an interlayer insulating film including a metal wiring disposed on a semiconductor substrate; A lower electrode disposed on the interlayer insulating layer so as to be connected to the metal wiring; A photodiode disposed on the interlayer insulating layer including the lower electrode; An upper electrode disposed on the photodiode; A color filter having a gap region spaced apart from each other on the upper electrode; And a light absorption pattern disposed in the gap region.

실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법에 의하면, 반도체 기판 상에 금속배선을 포함하는 층간 절연막을 형성하는 단계; 상기 금속배선과 연결되도록 상기 층간 절연막 상에 하부전극을 형성하는 단계; 상기 하부전극을 포함하는 층간 절연막 상에 포토다이오드를 형성하는 단계; 상기 포토다이오드 상에 상부전극을 형성하는 단계; 상기 상부전극 상에 상호 이격되도록 갭 영역을 가지는 컬러필터를 형성하는 단계; 및 상기 갭 영역에 광흡수 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.According to the manufacturing method of the image sensor according to the embodiment, forming an interlayer insulating film including a metal wiring on a semiconductor substrate; Forming a lower electrode on the interlayer insulating layer so as to be connected to the metal wiring; Forming a photodiode on the interlayer insulating film including the lower electrode; Forming an upper electrode on the photodiode; Forming a color filter having a gap region on the upper electrode to be spaced apart from each other; And forming a light absorption pattern in the gap region.

실시예에 따른 이미지 센서 및 그 제조방법에 의하면 트랜지스터 회로와 포토 다이오드의 수직형 집적을 제공할 수 있다.According to the image sensor and the manufacturing method thereof according to the embodiment, it is possible to provide a vertical integration of the transistor circuit and the photodiode.

또한, 씨모스 회로와 포토 다이오드의 수직형 집적에 의해 필 팩터(fill factor)를 100%에 근접시킬 수 있다.In addition, the fill factor can be approached to 100% by vertical integration of the CMOS circuit and the photodiode.

또한, 수직형 집적에 의해 종래기술보다 같은 픽셀 사이즈에서 높은 센서티비티(sensitivity)를 제공할 수 있다.In addition, the vertical integration can provide higher sensitivity at the same pixel size than the prior art.

또한, 각 단위 픽셀은 센서티비티(sentivity)의 감소없이 보다 복잡한 회로를 구현할 수 있다.In addition, each unit pixel can implement a more complex circuit without reducing the sensitivity.

또한, 포토 다이오드의 단위픽셀을 구현함에 있어 단위 픽셀 내의 포토 다이오드의 표면적을 증가시켜 광감지율을 향상시킬 수 있다.In addition, in implementing the unit pixel of the photodiode, the light sensing ratio may be improved by increasing the surface area of the photodiode in the unit pixel.

또한, 컬러필터 사이에 광흡수 패턴 및 광흡수 렌즈가 형성되어 상기 컬러필터를 통과한 빛이 해당 포토 다이오드로 입사될 수 있으므로 이미지 센서의 크로스 토크 및 노이즈 발생을 방지할 수 있다. In addition, since a light absorption pattern and a light absorption lens are formed between the color filters, light passing through the color filters may be incident on the corresponding photodiode, thereby preventing crosstalk and noise generation of the image sensor.

실시예에 따른 이미지 센서 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. An image sensor and a method of manufacturing the same according to an embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

실시예의 설명에 있어서, 각 층의 "상/위(on/over)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상/위(on/over)는 직접(directly)와 또는 다른 층을 개재하여(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. In the description of the embodiments, where described as being formed "on / over" of each layer, the on / over may be directly or through another layer ( indirectly) includes everything formed.

도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.In the drawings, the thickness or size of each layer is exaggerated, omitted, or schematically illustrated for convenience and clarity of description. In addition, the size of each component does not necessarily reflect the actual size.

도 6은 실시예에 따른 이미지 센서의 단면도이다.6 is a cross-sectional view of an image sensor according to an embodiment.

도 6을 참조하여, 반도체 기판(10) 상에 금속배선(30)을 포함하는 층간 절연막(20)이 배치된다. Referring to FIG. 6, an interlayer insulating film 20 including a metal wiring 30 is disposed on a semiconductor substrate 10.

도시되지는 않았지만, 상기 반도체 기판(10)에는 씨모스 회로가 단위픽셀 별로 배치될 수 있다. 상기 씨모스 회로는 상부의 포토다이오드와 연결되어 수광된 광전하를 전기신호를 변환하는 트랜스퍼 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 드라이브 트랜지스터 및 셀렉트 트랜지스터 등으로 이루어질 수 있다. Although not shown, a CMOS circuit may be disposed on the semiconductor substrate 10 for each unit pixel. The CMOS circuit may be formed of a transfer transistor, a reset transistor, a drive transistor, a select transistor, and the like, which are connected to an upper photodiode and convert the received photocharge into an electrical signal.

상기 반도체 기판(10) 상에는 금속배선(30)을 포함하는 층간 절연막(20)이 배치된다. 상기 층간 절연막(20)은 복수의 층으로 배치되고, 상기 금속배선(30)도 복수개로 배치될 수 있다. The interlayer insulating layer 20 including the metal wiring 30 is disposed on the semiconductor substrate 10. The interlayer insulating layer 20 may be disposed in a plurality of layers, and a plurality of metal wires 30 may also be disposed.

상기 금속배선(30) 상에는 하부전극(40)이 배치된다. 예를 들어, 상기 하부전극(40)은 Cr, Ti, TiW 및 Ta과 같은 금속으로 형성할 수 있다.The lower electrode 40 is disposed on the metal wire 30. For example, the lower electrode 40 may be formed of metal such as Cr, Ti, TiW, and Ta.

상기 하부전극(40)은 상기 금속배선(30)이 노출되지 않도록 상기 금속배선(30) 및 층간 절연막(20) 상에 배치된다. 또한, 상기 하부전극(40)은 단위픽셀 별로 배치된 상기 금속배선(30) 상부에 배치되어 단위픽셀 별로 이격된다. 상기 하부전극(40)은 이웃하는 하부전극과 이격되어 형성될 수 있다. The lower electrode 40 is disposed on the metal wiring 30 and the interlayer insulating layer 20 so that the metal wiring 30 is not exposed. In addition, the lower electrode 40 is disposed on the metal wiring 30 arranged for each unit pixel and spaced apart for each unit pixel. The lower electrode 40 may be formed to be spaced apart from the neighboring lower electrode.

상기 하부전극(40)을 포함하는 층간 절연막(20) 상에 포토다이오드가 배치된 다.A photodiode is disposed on the interlayer insulating layer 20 including the lower electrode 40.

상기 포토다이오드는 제1 도전형 전도층(50), 진성층(60) 및 제2 도전형 전도층(70)을 포함한다. 예를 들어, 상기 제1 도전형 전도층(50)은 n형 비정질 실리콘층(n-type amorphous silicon)이고, 진성층(60)은 진성 비정질 실리콘층(intrinsic amorphous silicon)이고, 상기 제2 도전형 전도층(70)은 p형 비정질 실리콘층(p-type amorphous silicon)일 수 있다.The photodiode includes a first conductivity type conductive layer 50, an intrinsic layer 60, and a second conductivity type conductive layer 70. For example, the first conductivity type conductive layer 50 is n-type amorphous silicon, the intrinsic layer 60 is intrinsic amorphous silicon, and the second conductivity is The type conductive layer 70 may be a p-type amorphous silicon layer.

상기 포토다이오드 상부에는 상부전극(80)이 배치된다. An upper electrode 80 is disposed on the photodiode.

상기 상부전극(80)은 빛의 투과성이 좋고 전도성이 높은 투명전극으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 상부전극(80)은 ITO(indium tin oxide), CTO(cardium tin oxide), ZnO2 중 어느 하나로 형성될 수 있다.The upper electrode 80 may be formed of a transparent electrode having good light transmittance and high conductivity. For example, the upper electrode 80 may be formed of any one of indium tin oxide (ITO), cardium tin oxide (CTO), and ZnO 2 .

상기 상부전극(80) 상에 단위화소 별로 컬러필터(90)가 배치된다. The color filter 90 is disposed for each unit pixel on the upper electrode 80.

상기 컬러필터(90)는 염색된 포토레지스트를 사용하며 각각의 단위픽셀마다 하나의 컬러필터(90)가 형성되어 입사하는 빛으로부터 색을 분리해 낸다. 이러한 컬러필터(90)는 각각 다른 색상을 나타내는 것으로 레드(Red), 그린(Green) 및 블루(Blue)의 3가지 색으로 이루어질 수 있다. The color filter 90 uses dyed photoresist, and one color filter 90 is formed for each unit pixel to separate colors from incident light. Each of the color filters 90 may represent a different color, and may be formed of three colors of red, green, and blue.

상기 컬러필터(90)는 갭 영역(D)에 의해 상호 이격되도록 배치된다. 상기 컬러필터(90)의 갭 영역(D)은 상기 하부전극(40)의 이격거리에 대응되도록 형성될 수 있다. 또는 상기 갭 영역(D)은 상기 하부전극(40)의 이격거리보다 작거나 크게 형성될 수도 있다.The color filters 90 are disposed to be spaced apart from each other by the gap region D. The gap region D of the color filter 90 may be formed to correspond to the separation distance of the lower electrode 40. Alternatively, the gap region D may be formed smaller or larger than the separation distance of the lower electrode 40.

상기 컬러필터(90)의 갭 영역(D)에는 광흡수 패턴(110) 배치된다. 예를 들 어, 상기 광흡수 패턴(110)는 블랙 컬러필터일 수 있다.The light absorption pattern 110 is disposed in the gap region D of the color filter 90. For example, the light absorption pattern 110 may be a black color filter.

상기 컬러필터(90)의 갭 영역(D)에 광흡수 패턴(110)이 배치되어 있으므로, 상기 컬러필터(90)에 대하여 경사각을 가지는 광은 상기 광흡수 패턴(110)으로 흡수되어 하부의 포토다이오드로 입사되는 것을 방지하여 크로스 토크 발생을 방지할 수 있다. Since the light absorption pattern 110 is disposed in the gap region D of the color filter 90, light having an inclination angle with respect to the color filter 90 is absorbed by the light absorption pattern 110, and thus a lower photo It is possible to prevent incident to the diode to prevent the occurrence of crosstalk.

또한, 상기 광흡수 패턴(110)의 상부에는 광흡수 렌즈(115)가 배치된다. 상기 광흡수 렌즈(115)의 표면은 돔 형태로 형성되어 빛을 집광시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 광흡수 렌즈(115)는 상기 광흡수 패턴(110)과 동일한 물질로 형성될 수 있다.In addition, the light absorption lens 115 is disposed on the light absorption pattern 110. The surface of the light absorption lens 115 may be formed in a dome shape to condense light. For example, the light absorption lens 115 may be formed of the same material as the light absorption pattern 110.

상기 광흡수 렌즈(115)에 의하여 상기 컬러필터(90)에 대하여 경사각을 가지고 입사되는 광은 상기 광흡수 렌즈(115)에 의하여 집광된 후 상기 광흡수 패턴(110)으로 흡수된다. 따라서, 상기 포토다이오드에서 크로스 토크의 발생되는 것을 방지하여 이미지 센서의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.Light incident by the light absorption lens 115 with respect to the color filter 90 at an inclination angle is collected by the light absorption lens 115 and then absorbed by the light absorption pattern 110. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of crosstalk in the photodiode to improve the reliability of the image sensor.

도 1 내지 도 6을 참조하여 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법을 설명한다. A manufacturing method of an image sensor according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 6.

도 1을 참조하여, 반도체 기판(10) 상에 금속배선(30)을 포함하는 층간 절연막(20)이 형성되어 있다.Referring to FIG. 1, an interlayer insulating film 20 including a metal wiring 30 is formed on a semiconductor substrate 10.

도시되지는 않았지만, 상기 반도체 기판(10) 상에는 후술되는 포토 다이오드와 연결되어 수광된 광전하를 전기신호를 변환하는 씨모스 회로가 단위화소 별로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 씨모스 회로는 3Tr, 4Tr 및 5Tr 중 어느 하나 일 수 있다. Although not shown, a CMOS circuit connected to a photodiode described later on the semiconductor substrate 10 to convert an electrical signal into a photocharge charged therein may be formed for each pixel. For example, the CMOS circuit may be any one of 3Tr, 4Tr, and 5Tr.

상기 반도체 기판(10) 상부에는 전원라인 또는 신호라인과의 접속을 위하여 층간 절연막(20) 및 금속배선(30)이 형성되어 있다. An interlayer insulating layer 20 and a metal wiring 30 are formed on the semiconductor substrate 10 to be connected to a power line or a signal line.

상기 층간 절연막(20)은 복수의 층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 층간 절연막(20)은 질화막 또는 산화막으로 형성될 수 있다.The interlayer insulating film 20 may be formed of a plurality of layers. For example, the interlayer insulating film 20 may be formed of a nitride film or an oxide film.

상기 금속배선(30)은 상기 층간 절연막(20)을 관통하여 복수개로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 금속배선(30)은 금속, 합금 또는 살리사이드를 포함하는 다양한 전도성 물질, 즉 알루미늄, 구리, 코발트 또는 텅스텐등으로 형성될 수 있다.The metal wire 30 may be formed in plural through the interlayer insulating film 20. For example, the metal wire 30 may be formed of various conductive materials including metal, alloy, or salicide, that is, aluminum, copper, cobalt, or tungsten.

상기 금속배선(30)은 포토다이오드에서 생성된 전자를 하부의 씨모스 회로로 전달하는 역할을 한다. 도시되지는 않았지만, 상기 금속배선(30)은 상기 반도체 기판(10)의 하부에 형성된 불순물이 도핑된 영역과 접속될 수 있다. The metal wire 30 serves to transfer electrons generated from the photodiode to the lower CMOS circuit. Although not shown, the metal wire 30 may be connected to a region doped with impurities formed under the semiconductor substrate 10.

상기 금속배선(30)을 포함하는 층간 절연막(20) 상에 하부전극(40)이 형성된다. 예를 들어, 상기 하부전극(40)은 Cr, Ti, TiW 및 Ta과 같은 금속으로 형성될 수 있다. The lower electrode 40 is formed on the interlayer insulating film 20 including the metal wiring 30. For example, the lower electrode 40 may be formed of metals such as Cr, Ti, TiW, and Ta.

상기 하부전극(40)은 단위픽셀 별로 배치된 금속배선(30) 상부에 각각 형성된다. 상기 하부전극(40)은 단위픽셀 별로 패터닝되어 상기 하부전극(40) 사이에는 갭이 형성된다. 또한, 상기 하부전극(40)은 상기 금속배선(30)으로 많은 양의 전자가 전달되도록 넓은 영역을 가지도록 형성될 수 있다. The lower electrodes 40 are formed on the metal wires 30 arranged for each unit pixel. The lower electrode 40 is patterned for each unit pixel so that a gap is formed between the lower electrodes 40. In addition, the lower electrode 40 may be formed to have a wide area so that a large amount of electrons are transferred to the metal wire 30.

상기 하부전극(40)을 포함하는 층간 절연막(20) 상에 상기 금속배선(30)과 연결되도록 포토다이오드가 형성된다. A photodiode is formed on the interlayer insulating layer 20 including the lower electrode 40 so as to be connected to the metal wiring 30.

실시예에서는 포토다이오드는 NIP 다이오드(NIP diode)를 사용한다. 상기 NIP 다이오드는 금속, n형 비정질 실리콘층(n-type amorphous silicon), 진성 비정질 실리콘층(intrinsic amorphous silicon), p형 비정질 실리콘층(p-type amorphous silicon)이 접합된 구조로 형성되는 것이다. In an embodiment, the photodiode uses a NIP diode. The NIP diode is formed of a structure in which a metal, an n-type amorphous silicon layer, an intrinsic amorphous silicon layer, and a p-type amorphous silicon layer are bonded to each other.

상기 NIP 다이오드는 p형 실리콘층과 금속 사이에 순수한 반도체인 진성 비정질 실리콘층이 접합된 구조의 광 다이오드로서, 상기 p형과 금속 사이에 형성되는 진성 비정질 실리콘층이 모두 공핍영역이 되어 전하의 생성 및 보관에 유리하게 된다. The NIP diode is a photodiode in which an intrinsic amorphous silicon layer, which is a pure semiconductor, is bonded between a p-type silicon layer and a metal, and the intrinsic amorphous silicon layer formed between the p-type metal and the metal becomes a depletion region to generate charge. And storage.

실시예에서는 포토 다이오드로서 NIP 다이오드를 사용하며 상기 다이오드의 구조는 P-I-N 또는 N-I-P, I-P 등의 구조로 형성될 수 있다. In an embodiment, a NIP diode is used as the photodiode, and the diode may have a structure such as P-I-N, N-I-P, or I-P.

실시예에서는 N-I-P 구조의 포토 다이오드가 사용되는 것을 예로 하며, 상기 n형 비정질 실리콘층은 제1 도전형 전도층(50), 진성 비정질 실리콘층은 진성층(60), 상기 p형 비정질 실리콘층은 제2 도전형 전도층(70)이라 칭하도록 한다. In this embodiment, a photodiode having a NIP structure is used as an example, wherein the n-type amorphous silicon layer is the first conductive conductive layer 50, the intrinsic amorphous silicon layer is the intrinsic layer 60, and the p-type amorphous silicon layer is The second conductive conductive layer 70 will be referred to as.

상기 포토 다이오드를 형성하는 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다. A method of forming the photodiode will be described below.

상기 반도체 기판(10) 상에 제1 도전형 전도층(50)이 형성된다. 경우에 따라서, 상기 제1 도전형 전도층(50)은 형성되지 않고 이후의 공정이 진행될 수도 있다.The first conductivity type conductive layer 50 is formed on the semiconductor substrate 10. In some cases, the first conductivity type conductive layer 50 may not be formed and subsequent processes may be performed.

상기 제1 도전형 전도층(50)은 실시예에서 채용하는 N-I-P 다이오드의 N층의 역할을 할 수 있다. 즉, 상기 제1 도전형 전도층(50)은 N 타입 도전형 전도층일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The first conductivity type conductive layer 50 may serve as the N layer of the N-I-P diode employed in the embodiment. That is, the first conductivity type conductive layer 50 may be an N type conductivity type conductive layer, but is not limited thereto.

예를 들어, 상기 제1 도전형 전도층(50)은 N 도핑된 비정질 실리콘(n-doped amorphous silicon)을 이용하여 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 제1 도전형 전도층(50)은 실란가스(SiH4)에 PH3 또는 P2H6 등의 가스를 혼합하여 PECVD에 의해 비정질 실리콘으로 형성될 수 있다. For example, the first conductivity type conductive layer 50 may be formed using N-doped amorphous silicon, but is not limited thereto. For example, the first conductivity type conductive layer 50 may be formed of amorphous silicon by PECVD by mixing a gas such as PH 3 or P 2 H 6 with silane gas (SiH 4 ).

상기 제1 도전형 전도층(50) 상에 진성층(intrinsic layer)(50)이 형성된다. 상기 진성층(60)은 실시예에서 채용하는 N-I-P 다이오드의 I층의 역할을 할 수 있다. An intrinsic layer 50 is formed on the first conductivity type conductive layer 50. The intrinsic layer 60 may serve as the I layer of the N-I-P diode employed in the embodiment.

상기 진성층(60)은 비정질 실리콘(intrinsic amorphous silicon)을 이용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 진성층(60)은 실란가스(SiH4) 등을 이용하여 PECVD에 의해 비정질 실리콘으로 형성될 수 있다. The intrinsic layer 60 may be formed using intrinsic amorphous silicon. For example, the intrinsic layer 60 may be formed of amorphous silicon by PECVD using silane gas (SiH 4 ).

여기서, 상기 진성층(60)은 상기 제1 도전형 전도층(50)의 두께보다 약 10~1,000배 정도의 두꺼운 두께로 형성될 수 있다. 이는 상기 진성층(60)의 두께가 두꺼울수록 핀 다이오드의 공핍영역이 늘어나 많은 양의 광전하를 보관 및 생성하기에 유리하기 때문이다. Here, the intrinsic layer 60 may be formed to a thickness of about 10 to 1,000 times thicker than the thickness of the first conductivity type conductive layer 50. This is because the thicker the intrinsic layer 60 is, the more the depletion region of the pin diode increases, which is advantageous for storing and generating a large amount of photocharges.

상기 진성층(60) 상에 제2 도전형 전도층(70)이 형성된다. 상기 제2 도전형 전도층(70)은 상기 진성층(60)의 형성과 연속공정으로 형성될 수 있다. The second conductivity type conductive layer 70 is formed on the intrinsic layer 60. The second conductivity type conductive layer 70 may be formed in a continuous process with the formation of the intrinsic layer 60.

상기 제2 도전형 전도층(70)은 실시예에서 채용하는 N-I-P 다이오드의 P층의 역할을 할 수 있다. 즉, 상기 제2 도전형 전도층(70)은 P 타입 도전형 전도층일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 제2 도전형 전도층(70)은 실 란가스(SiH4)에 BH3 또는 B2H6 등의 가스를 혼합하여 PECVD에 의해 P 도핑된 비정질 실리콘으로 형성될 수 있다. The second conductivity type conductive layer 70 may serve as the P layer of the NIP diode employed in the embodiment. That is, the second conductive conductive layer 70 may be a P type conductive conductive layer, but is not limited thereto. For example, the second conductivity type conductive layer 70 may be formed of amorphous silicon P-doped by PECVD by mixing a gas such as BH 3 or B 2 H 6 with silane gas (SiH 4 ).

따라서, 상기 반도체 기판(10) 상에 형성된 씨모스 회로(15)와 상기 포토다이오드가 수집형 집적을 이루어 상기 포토다이오드의 필팩터를 100%에 근접시킬 수 있다. Therefore, the CMOS circuit 15 formed on the semiconductor substrate 10 and the photodiode may be collected to form a collector-integrated approach to close the fill factor of the photodiode to 100%.

도 2를 참조하여, 상기 포토다이오드가 형성된 반도체 기판(10) 상부로 상부전극(80)이 형성된다.Referring to FIG. 2, an upper electrode 80 is formed on the semiconductor substrate 10 on which the photodiode is formed.

상기 상부전극(80)은 빛의 투과성이 좋고 전도성이 높은 투명전극으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 상부전극(80)은 ITO(indium tin oxide), CTO(cardium tin oxide), ZnO2 중 어느 하나로 형성될 수 있다.The upper electrode 80 may be formed of a transparent electrode having good light transmittance and high conductivity. For example, the upper electrode 80 may be formed of any one of indium tin oxide (ITO), cardium tin oxide (CTO), and ZnO 2 .

도 3을 참조하여, 상기 상부전극(80) 상에 컬러필터(90)가 형성된다.Referring to FIG. 3, a color filter 90 is formed on the upper electrode 80.

상기 컬러필터(90)는 염색된 포토레지스트를 사용하며 각각의 단위픽셀마다 하나의 컬러필터(90)가 형성되어 입사하는 빛으로부터 색을 분리해 낸다. 이러한 컬러필터(90)는 각각 다른 색상을 나타내는 것으로 레드(Red), 그린(Green) 및 블루(Blue)의 3가지 색으로 이루어질 수 있다. The color filter 90 uses dyed photoresist, and one color filter 90 is formed for each unit pixel to separate colors from incident light. Each of the color filters 90 may represent a different color, and may be formed of three colors of red, green, and blue.

상기 컬러필터(90)는 이웃하는 컬러필터와 상호 이격되도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 블루 컬러필터는 이웃하는 레드 컬러필터 및 그린 컬러필터와 이격되어 갭 영역(D)을 가질 수 있다. 상기 컬러필터(90)의 갭 영역(D)은 상기 하부전극(40)의 갭에 대응되는 너비로 형성될 수 있다. 물론, 상기 컬러필터(90)의 갭 영역(D) 은 하부전극(40)의 이격거리보다 크거나 작게 형성될 수 있다. The color filter 90 may be formed to be spaced apart from neighboring color filters. That is, the blue color filter may have a gap area D spaced apart from neighboring red color filters and green color filters. The gap region D of the color filter 90 may have a width corresponding to the gap of the lower electrode 40. Of course, the gap region D of the color filter 90 may be formed larger or smaller than the separation distance of the lower electrode 40.

도 4를 참조하여, 상기 컬러필터(90)를 포함하는 반도체 기판(10) 상에 광흡수층(100)이 형성된다. 상기 광흡수층(100)은 광 흡수물질을 상기 컬러필터(90) 및 갭 영역(D) 상에 도포함으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 광흡수층(100)은 블랙(black) 컬러필터일 수 있다. Referring to FIG. 4, the light absorption layer 100 is formed on the semiconductor substrate 10 including the color filter 90. The light absorbing layer 100 may be formed by applying a light absorbing material on the color filter 90 and the gap region D. For example, the light absorption layer 100 may be a black color filter.

상기 컬러필터(90)의 갭 영역(D)에 해당하는 상기 광흡수층(100) 상에 포토레지스트 패턴(200)을 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴(200)은 상기 갭 영역(D)보다 크게 형성될 수 있다. 물론 상기 포토레지스트 패턴(200)은 상기 갭 영역(D)과 동일한 너비로 형성되거나 또는 작게 형성될 수도 있다.A photoresist pattern 200 is formed on the light absorption layer 100 corresponding to the gap region D of the color filter 90. The photoresist pattern 200 may be larger than the gap region D. Of course, the photoresist pattern 200 may be formed to the same width or smaller than the gap region (D).

그리고, 상기 포토레지스트 패턴(200)을 마스크로 노출된 상기 광흡수층(100)을 제거한다. In addition, the light absorption layer 100 exposing the photoresist pattern 200 as a mask is removed.

도 5를 참조하여, 상기 컬러필터(90)의 갭 영역(D)에 광흡수 패턴(110)이 형성된다. 상기 광흡수 패턴(110)은 상기 컬러필터(90)의 갭 영역(D) 및 상기 갭 영역(D)의 주변의 컬러필터(90) 상에 형성될 수 있다. 즉, 상기 광흡수 패턴(110)의 하부 영역은 상기 갭 영역(D)의 내부에 형성되고, 상기 광흡수 패턴(110)의 상부 영역은 상기 하부 영역보다 넓은 너비를 가지도록 형성될 수 있다.Referring to FIG. 5, a light absorption pattern 110 is formed in the gap region D of the color filter 90. The light absorption pattern 110 may be formed on the gap region D of the color filter 90 and the color filter 90 around the gap region D. That is, the lower region of the light absorption pattern 110 may be formed in the gap region D, and the upper region of the light absorption pattern 110 may have a wider width than the lower region.

상기 광흡수 패턴(110)은 상기 컬러필터(90)의 갭 영역(D)에 형성되어 상기 포토다이오드를 단위픽셀 별로 분리할 수 있게 된다. 즉, 상기 갭 영역(D)으로 입사되는 빛은 상기 광흡수 패턴(110)으로 흡수되어 하부의 포토다이오드로 입사되는 것을 방지하므로 상기 포토다이오드를 단위픽셀 별로 분리하여 크로스 토크를 방지 할 수 있다. The light absorption pattern 110 is formed in the gap region D of the color filter 90 so that the photodiode can be separated for each pixel. That is, since light incident to the gap region D is prevented from being absorbed by the light absorption pattern 110 and incident to the lower photodiode, the photodiode may be separated by unit pixels to prevent cross talk.

도 6을 참조하여, 상기 광흡수 패턴(110)의 상부 영역에 광흡수 렌즈(115)가 형성된다. 상기 광흡수 렌즈(115)는 돔 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 광흡수 렌즈(115)는 상기 광흡수 패턴(110)에 대한 리플로우 공정을 진행하여 형성될 수 있다. 그러면, 상기 광흡수 패턴(110)의 상부 영역이 마이크로 렌즈와 같은 돔 형태로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 6, a light absorption lens 115 is formed in an upper region of the light absorption pattern 110. The light absorption lens 115 may be formed in a dome shape. For example, the light absorption lens 115 may be formed by performing a reflow process on the light absorption pattern 110. Then, the upper region of the light absorption pattern 110 may be formed in a dome shape such as a micro lens.

상기 광흡수 렌즈(115)가 형성되면 상기 컬러필터(90)의 갭 영역으로 입사되는 빛을 포커싱할 수 있으므로 상기 포토다이오드의 크로스 토크의 발생을 이중으로 차단할 수 있다. When the light absorbing lens 115 is formed, light incident on the gap region of the color filter 90 may be focused, and thus, generation of crosstalk of the photodiode may be blocked.

상기 이미지 센서의 제조방법에 의하면, 상기 컬러필터(90)에 대하여 수직으로 입사되는 빛은 상기 포토다이오드를 통해 금속배선(30)으로 전달될 수 있다.According to the manufacturing method of the image sensor, the light incident perpendicularly to the color filter 90 may be transmitted to the metal wire 30 through the photodiode.

또한, 상기 컬러필터(90) 사이의 갭 영역(D)에 광흡수 패턴(110) 및 광흡수 렌즈(115)가 형성되어 포토다이오드를 단위픽셀 별로 분리할 수 있다. 즉, 상기 컬러필터(90)에 대하여 경사를 가지고 입사되는 빛은 상기 광흡수 렌즈(115)에서 1차로 집광된 후 상기 광흡수 패턴(110)으로 2차로 흡수되어 하부의 포토다이오드로 입사되는 것을 차단하게 된다. 따라서, 상기 포토다이오드가 상기 광흡수 패턴(110)에 의하여 단위픽셀 별로 분리되므로 상기 컬러필터(90)를 통과한 빛은 해당 포토다이오드로 입사되므로 크로스 토크를 발생되는 것을 차단할 수 있다. In addition, the light absorption pattern 110 and the light absorption lens 115 are formed in the gap region D between the color filters 90 to separate the photodiodes for each pixel. That is, the light incident with the inclination with respect to the color filter 90 is first collected by the light absorbing lens 115 and then absorbed by the light absorbing pattern 110 secondly and then incident to the lower photodiode. Will be blocked. Therefore, since the photodiode is separated by unit pixels by the light absorption pattern 110, light passing through the color filter 90 is incident on the photodiode, and thus, crosstalk may be prevented from occurring.

실시예에 따른 이미지 센서 및 그 제조방법에 의하면 트랜지스터 회로와 포토 다이오드의 수직형 집적을 제공할 수 있다.According to the image sensor and the manufacturing method thereof according to the embodiment, it is possible to provide a vertical integration of the transistor circuit and the photodiode.

또한, 씨모스 회로와 포토 다이오드의 수직형 집적에 의해 필 팩터(fill factor)를 100%에 근접시킬 수 있다.In addition, the fill factor can be approached to 100% by vertical integration of the CMOS circuit and the photodiode.

또한, 수직형 집적에 의해 종래기술보다 같은 픽셀 사이즈에서 높은 센서티비티(sensitivity)를 제공할 수 있다.In addition, the vertical integration can provide higher sensitivity at the same pixel size than the prior art.

또한, 각 단위 픽셀은 센서티비티(sentivity)의 감소없이 보다 복잡한 회로를 구현할 수 있다.In addition, each unit pixel can implement a more complex circuit without reducing the sensitivity.

또한, 포토 다이오드의 단위픽셀을 구현함에 있어 단위 픽셀 내의 포토 다이오드의 표면적을 증가시켜 광감지율을 향상시킬 수 있다.In addition, in implementing the unit pixel of the photodiode, the light sensing ratio may be improved by increasing the surface area of the photodiode in the unit pixel.

또한, 컬러필터 사이에 광흡수 패턴 및 광흡수 렌즈가 형성되어 상기 컬러필터를 통과한 빛이 해당 포토 다이오드로 입사될 수 있으므로 이미지 센서의 크로스 토크 및 노이즈 발생을 방지할 수 있다. In addition, since a light absorption pattern and a light absorption lens are formed between the color filters, light passing through the color filters may be incident on the corresponding photodiode, thereby preventing crosstalk and noise generation of the image sensor.

이상에서 설명한 실시예는 전술한 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 실시예의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. The above-described embodiments are not limited to the above-described embodiments and drawings, and it is common in the technical field to which the present embodiments belong that various changes, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the present embodiments. It will be apparent to those who have

도 1 내지 도 6은 실시예에 따른 이미지 센서의 제조공정을 나타내는 단면도이다.1 to 6 are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of an image sensor according to an embodiment.

Claims (9)

반도체 기판 상에 배치된 금속배선을 포함하는 층간 절연막;An interlayer insulating film including a metal wiring disposed on the semiconductor substrate; 상기 금속배선과 연결되도록 상기 층간 절연막 상에 배치된 하부전극;A lower electrode disposed on the interlayer insulating layer so as to be connected to the metal wiring; 상기 하부전극을 포함하는 층간 절연막 상에 배치된 포토다이오드;A photodiode disposed on the interlayer insulating layer including the lower electrode; 상기 포토다이오드 상에 배치된 상부전극; An upper electrode disposed on the photodiode; 상기 상부전극 상에 상호 이격되도록 갭 영역을 가지는 컬러필터; 및A color filter having a gap region spaced apart from each other on the upper electrode; And 상기 갭 영역에 배치된 광흡수 패턴을 포함하는 이미지 센서.An image sensor comprising a light absorption pattern disposed in the gap region. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 광흡수 패턴의 상부에는 돔 형태의 광흡수 렌즈가 형성된 이미지 센서.An image sensor in which a dome-shaped light absorption lens is formed on the light absorption pattern. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 광흡수 패턴 또는 광흡수 렌즈는 블랙 필터로 형성된 이미지 센서.The light absorption pattern or the light absorption lens is an image sensor formed of a black filter. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 광흡수 패턴은 상기 하부전극의 사이 영역에 대응되도록 배치된 이미지 센서.The light absorption pattern is disposed to correspond to the area between the lower electrode. 반도체 기판 상에 금속배선을 포함하는 층간 절연막을 형성하는 단계;Forming an interlayer insulating film including a metal wiring on the semiconductor substrate; 상기 금속배선과 연결되도록 상기 층간 절연막 상에 하부전극을 형성하는 단계;Forming a lower electrode on the interlayer insulating layer so as to be connected to the metal wiring; 상기 하부전극을 포함하는 층간 절연막 상에 포토다이오드를 형성하는 단계;Forming a photodiode on the interlayer insulating film including the lower electrode; 상기 포토다이오드 상에 상부전극을 형성하는 단계; Forming an upper electrode on the photodiode; 상기 상부전극 상에 상호 이격되도록 갭 영역을 가지는 컬러필터를 형성하는 단계;Forming a color filter having a gap region on the upper electrode to be spaced apart from each other; 상기 갭 영역에 광흡수 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조방법.And forming a light absorption pattern in the gap region. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 광흡수 패턴 상에 광흡수 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조방법.Forming a light absorption lens on the light absorption pattern. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 광흡수 렌즈를 형성하는 단계는,Forming the light absorption lens, 상기 갭 영역을 포함하는 컬러필터 상에 광흡수층을 형성하는 단계;Forming a light absorption layer on the color filter including the gap region; 상기 광흡수층을 패터닝하여 상기 갭 영역 내부에 광흡수 패턴을 형성하는 단계; 및Patterning the light absorption layer to form a light absorption pattern in the gap region; And 상기 광흡수 패턴에 대한 리플로우 공정을 진행하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조방법.The manufacturing method of the image sensor comprising the step of performing a reflow process for the light absorption pattern. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 광흡수 렌즈의 표면은 돔 형태로 형성된 이미지 센서의 제조방법.The surface of the light absorption lens is a manufacturing method of the image sensor formed in the shape of a dome. 제6항에 있어서, The method of claim 6, 상기 광흡수 패턴 및 광흡수 렌즈는 블랙필터로 형성되는 이미지 센서의 제조방법. The light absorption pattern and the light absorption lens is a manufacturing method of the image sensor formed of a black filter.
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