KR20090046486A - 반도체 소자와 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자와 그의 제조방법에 관한 것으로, 특히 픽셀간 신호 갑섭을 줄여 이미지 센서의 특성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자와 그의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자는 이미지 센서 반도체 소자에 있어서, 반도체 기판 상에 형성되어 자신에게 입사되는 광을 전기 신호를 변환하는 복수의 포토 다이오드와, 상기 복수의 포토 다이오드 각각을 분리시키는 소자 격리막과, 반도체 기판 전면 상에 투명 재질로 형성되어 제 1 굴절율을 가지는 제 1 절연층과, 상기 제 1 절연층을 관통하여 상기 복수의 포토 다이오드 각각을 감싸도록 제 2 굴절율을 가지고 형성되어 상기 포토 다이오드로 입사되는 광의 경로를 정의하는 광 차단층과, 상기 제 1 절연층 및 광 차단층 상에 형성되는 제 2 절연층과, 상기 제 2 절연층에 형성되어 도시되지 않은 로직 영역과 전기적으로 접속되는 금속 라인과, 상기 제 1 절연층을 관통하여 상기 금속 라인과 타 영역을 전기적으로 접속시키는 컨택을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조방법은 반도체 기판 상에 복수의 포토 다이오드 및 상기 복수의 포도 다이오드 각각을 분리시키는 소자 격리막을 형성하는 단계와, 상기 반도체 기판 상에 제 1 굴절율을 가지는 제 1 절연층을 형성하는 단계와, 상기 반도체 기판 상에서 마스크로 이용한 식각 공정을 실시하여 복수의 포토 다이오드 각각의 영역을 둘러싸도록 상기 제 1 절연층에 복수의 트렌 치를 형성하는 단계와, 상기 트렌치를 매립함과 아루러 상기 반도체 기판 전면에 상기 제 1 절연층과 상이한 제 2 굴절율을 가지는 광 차단층을 형성하는 단계와, 상기 반도체 기판 상에 화학적 기계적 연마 공정을 실시하여 상기 트렌치에 매립된 부분만 남기고 상기 광 차단층을 제거하는 단계와, 상기 반도체 기판 상에 제 2 절연층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 반도체 소자는 굴절율이 상이한 절연층과 광 광차단층의 구성의 통해 각각의 포토 다이오드로 입사되는 광의 진행 경로를 정의하여 인접한 픽셀간의 크로스토크(Crosstalk) 현상을 감소시킬 수 있다. 이를 통해, 이미지 센서의 성능을 향상시킬 수 있다.
이미지 센서, 스토크(crosstalk), 광 차단층
Description
본 발명은 반도체 소자와 그의 제조방법에 관한 것으로, 특히 픽셀간 신호 갑섭을 줄여 이미지 센서의 특성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자와 그의 제조방법에 관한 것이다.
이미지 센서는 광학 영상을 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자를 말한다. 이미지 센서의 소자 종류에는 CCD(Charge Coupled Device) 방식의 소자 및 CMOS(Complementary Metal-Oxide-Silicon) 방식의 소자가 있다.
CCD 방식의 소자는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 커패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 커패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, CMOS 방식의 소자는 제어회로 및 신호 처리 회로를 주변 회로로 사용하는 기술을 이용하여 화소수 만큼의 MOS 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.
CCD(charge coupled device)는 구동 방식이 복잡하고 전력 소모가 많으며, 마스크 공정의 스텝수가 많아서 공정이 복잡하고 시그날 프로세싱 회로를 CCD 칩내 에 구현 할 수 없어 원칩(One Chip)화가 곤란하다는 등의 여러 단점이 있는다.
이러한 CCD 소자의 단점을 극복하기 위해 최근에 서브-마이크론(sub-micron) CMOS 제조기술을 이용한 CMOS 이미지 센서의 개발이 많이 연구되고 있다.
CMOS 이미지 센서는 단위 화소(Pixel) 내에 포토다이오드와 모스트랜지스터를 형성시켜 스위칭 방식으로 차례로 신호를 검출함으로써 이미지를 구현하게 되는데, CMOS 제조 기술을 이용하므로 전력 소모도 적고 제조공정 시 마스크 수를 CCD 공정에 비해 줄여 제조효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 여러 신호 처리 회로를 하나에 칩에 형성하는 원칩화가 가능하여 차세대 이미지센서로 각광을 받고 있다. 컬러 이미지를 구현하기 위한 이미지센서는 외부로부터 입사되는 빛을 수광하여 광전하를 생성 및 축적하는 광 감지부와, 광 감지부 상에 컬러 필터가 어레이 형태로 형성되어 있다. 컬러 필터 어레이(CFA : Color Filter Array)는 일반적으로 적색(Red), 녹색(Green) 및 청색(Blue)의 3가지로 이루어진다.
그리고, 이미지 센서는 빛을 감지하는 광감지 부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화 하는 로직 회로 부분으로 구성되어 있는바, 광 감도를 높이기 위한 노력이 진행되고 있다.
광 감도를 높이는 방법으로는 전체 이미지 센서 소자에서 광 감지 부분의 면적이 차지하는 비율(Fill Factor)을 크게 하려는 노력이 진행되고 있지만, 근본적으로 로직 회로 부분을 제거할 수 없기 때문에 제한된 면적하에서 이러한 노력에는 한계가 있다.
또한, 최근에 들어 반도체 소자의 집적도가 높이지면서 동일 면적 안에 많은 수의 소자를 형성하여 생산 수율을 향상시키고 있다. 이런 면에서 볼때, 광 감지 면적을 원하는 만큼 확대하는 것에 제한이 있다.
도 1은 일반적인 이미지 센서를 나타내는 단면도이다.
도 1에 도시된 일반적인 이미지 센서(1)는 전체 이미지 센서 중에서 로직 영역은 제외하고, 포토 다이오드(20a, 20b, 20c)를 포함한 수광 영역만을 도시하였다.
도 1을 참조하면, 일반적인 이미지 센서(1)는 반도체 기판(10) 상에 자신에게 입사되는 광을 전기 신호로 변환하는 복수의 포토 다이오드(20a, 20b, 20c)와, 복수의 포토 다이오드(20a, 20b, 20c) 각각을 분리시키기 위한 소자 격리막 (Shallow Trench Isolation : STI)(12)과, 반도체 기판(10) 전면 상에 투명 재질로 형성되는 제 1 및 제 2 절연층(30, 32)과, 제 2 절연층(32)에 형성되어 도시되지 않은 로직 영역과 전기적으로 접속되는 금속 라인(34)과, 제 1 절연층(30)을 관통하여 금속 라인(34)과 타 영역을 전기적으로 접속시키는 컨택(36)을 포함하여 구성된다.
또한, 제 2 절연층(32) 상에 복수의 포토 다이오드(20a, 20b, 20c)와 대응되게 형성되는 적색(R), 청색(B), 녹색(G)의 컬러 필터층(40)과, 컬러 필터층(40) 상에 형성되는 평탄화층(50)과, 평탄화층(50) 상에서 복수의 컬러 필터층(40)의 적색(R), 청색(B), 녹색(G) 컬러 필터와 대응되도록 마이크로 렌즈(60)가 형성된다.
여기서, 도시되지 않은 로직 영역에는 각종 트랜지스터 및 금속배선들이 형 성되어 있다.
상기와 같이 구성된 일반적인 기술에 의한 이미지 센서(1)는 포토 다이오드(20a, 20b, 20c) 영역의 상부에는 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 신호를 각각 나누어 받기 위하여 색깔별로 컬러 필터층(40)이 형성되고, 보다 많은 빛을 받아들이기 위해서 마이크로 렌즈(60)가 수광부 최상단에 형성된다.
이러한 각 신호는 복수의 금속 라인을 통해 수광부 외부에 만들어진 이미지 처리회로와 연결되고 신호처리 과정을 거쳐서 하나의 상으로 재조합된다.
최근 반도체 기술의 발전과 더불어 0.18㎛, 0.13㎛ 및 0.11㎛ 이하의 기술이 개발됨에 따라 픽셀의 크기가 더욱 감소하는 추세이다.
이러한 픽셀의 크기가 작아지면서 포화전압, 빛에 대한 민감도 등이 열화 되는 문제가 발생되고 있으며, 그 중에서도 특히 인접한 픽셀간의 크로스토크(Crosstalk)의 현격한 증가가 발생되고 있다.
이러한, 인접 픽셀간의 크로스토크는 픽셀의 색도 구분 능력을 감소시켜 결국에는 이미지 센서의 성능을 저하시키는 원인이 된다.
이러한, 크로스토크 현상을 방지하기 위해서는 픽셀에서의 수광부인 포토 다이오드끼리의 간격을 넓혀야 한다.
그러나, 픽셀의 크기가 고정되어 있을 땐 간격을 넓힐 수가 없기 때문에 포토 다이오드의 면적을 줄여야 하며, 이는 이미지 센서의 포화전압 특성을 저하시키는 또 다른 문제점을 발생시키고 픽셀의 고 집적화에 방해 요소로 작용한다.
종래 기술에 따른 이미지 센서는 픽셀의 크기가 작아지면서 포화전압, 빛에 대한 민감도 등이 열화 되는 문제가 발생되고 있으며, 그 중에서도 특히 인접한 픽셀간의 크로스토크(Crosstalk)의 현격한 증가가 발생되고 있다.
이러한, 인접한 픽셀간의 크로스토크는 픽셀의 색도 구분 능력을 감소시켜 결국에는 이미지 센서의 성능을 저하시키는 원인이 된다.
크로스토크 현상을 방지하기 위해서는 픽셀에서의 수광부인 포토 다이오드끼리의 간격을 넓혀야 한다. 그러나, 픽셀의 크기가 고정되어 있을 땐 간격을 넓힐 수가 없기 때문에 포토 다이오드의 면적을 줄여야 하며, 이는 이미지 센서의 포화전압 특성을 저하시키는 또 다른 문제점을 발생시키고 픽셀의 고 집적화에 방해 요소로 작용한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 인접 픽셀간의 크로스토크(Crosstalk) 현상을 감소시켜 이미지 센서의 성능을 향상시킬 수 있는 반도체 소자와 그의 제조방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자는 이미지 센서 반도체 소자에 있어서, 반도체 기판 상에 형성되어 자신에게 입사되는 광을 전기 신호를 변환하는 복수의 포토 다이오드와, 상기 복수의 포토 다이오드 각각을 분리시키는 소자 격리막과, 반도체 기판 전면 상에 투명 재질로 형성되어 제 1 굴절율을 가지는 제 1 절연층과, 상기 제 1 절연층을 관통하여 상기 복수의 포토 다이오드 각각을 감싸도록 제 2 굴절율을 가지고 형성되어 상기 포토 다이오드로 입사되는 광의 경로를 정의하는 광 차단층과, 상기 제 1 절연층 및 광 차단층 상에 형성되는 제 2 절연층과, 상기 제 2 절연층에 형성되어 도시되지 않은 로직 영역과 전기적으로 접속되는 금속 라인과, 상기 제 1 절연층을 관통하여 상기 금속 라인과 타 영역을 전기적으로 접속시키는 컨택을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자는 상기 제 1 절연층의 제 1 굴절율은 1.455∼1.465의 값을 가지며, 상기 광 차단층의 제 2 굴절율은 1.425∼1.445의 값을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자는 상기 반도체 기판 상에 상기 복수의 포토다이오드 각각과 대응되는 컬러필터층 및 마이크로 렌즈를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자는 상기 광 차단층니 상기 소자 격리막 상에 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자는 상기 광 차단층이 상기 제 1 절연층을 관통하는 트렌치에 매립되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자는 상기 제 2 절연층의 굴절율이 상기 제 1 절연층 및 상기 광 차단층의 굴절율보다 높은 값을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 조제방법은 반도체 기판 상에 복수의 포토 다이오드 및 상기 복수의 포도 다이오드 각각을 분리시키는 소자 격리막을 형성하는 단계와, 상기 반도체 기판 상에 제 1 굴절율을 가지는 제 1 절연층을 형성하는 단계와, 상기 반도체 기판 상에서 마스크로 이용한 식각 공정을 실시하여 복수의 포토 다이오드 각각의 영역을 둘러싸도록 상기 제 1 절연층에 복수의 트렌치를 형성하는 단계와, 상기 트렌치를 매립함과 아루러 상기 반도체 기판 전면에 상기 제 1 절연층과 상이한 제 2 굴절율을 가지는 광 차단층을 형성하는 단계와, 상기 반도체 기판 상에 화학적 기계적 연마 공정을 실시하여 상기 트렌치에 매립된 부분만 남기고 상기 광 차단층을 제거하는 단계와, 상기 반도체 기판 상에 제 2 절연층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조방법은 상기 제 1 절연층의 제 1 굴절율이 1.455∼1.465의 값을 가지며, 상기 광 차단층의 제 2 굴절율은 1.425∼1.445의 값을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조방법의 상기 복수의 트렌치는 포토 레지스트를 마스크로 이용한 식각 공정을 실시하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조방법은 상기 광 차단층이 상기 소자 격리막과 중첩되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조방법은 상기 제 2 절연층의 굴절율을 상기 제 1 절연층 및 상기 광 차단층의 굴절율보다 높게 형성하는 것을 특 징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 반도체 소자는 굴절율이 상이한 절연층과 광 광차단층의 구성의 통해 각각의 포토 다이오드로 입사되는 광의 진행 경로를 정의하여 인접한 픽셀간의 크로스토크(Crosstalk) 현상을 감소시켜 이미지 센서의 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조방법은 굴절율이 상이한 절연층과 광 차단층을 연속적인 공정으로 형성하여 증착 및 시각 공정에 많은 시간이 소요되는 금속 물질을 사용하는 종래의 제조방법에 비하여 제조 시간 및 비용을 절감하여 제조효율을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 기술적 과제 및 특징들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 본 발명을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자를 나타내는 단면도이다.
도 2에 도시된 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 반도체 소자(100)는 전체 이미지 센서 중에서 로직 영역은 제외하고, 본 발명의 특징 요소인 포토 다이오드(120a, 120b, 120c)를 포함한 수광 영역만을 도시하였다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서는 반도체 소자(100)는 반도체 기판(110) 상에 자신에게 입사되는 광을 전기 신호를 변환하는 복수의 포토 다이오드(120a, 120b, 120c)와, 복수의 포토 다이오드(120a, 120b, 120c) 각각을 분리시키기 위한 소자 격리막 (Shallow Trench Isolation : STI)(112)과, 반도체 기판(110) 전면 상에 투명 물질로 형성되는 제 1 절연층(130)과, 제 1 절연층(130)을 관통하여 복수의 포토 다이오드(120a, 120b, 120c) 영역 각각을 감싸도록 형성되는 광 차단층(170)과, 제 1 절연층(130) 상에 형성되는 제 2 절연층(132)과, 제 2 절연층(32)에 형성되어 도시되지 않은 로직 영역과 전기적으로 접속되는 금속 라인(134)과, 제 1 절연층(130)을 관통하여 금속 라인(134)과 타 영역을 전기적으로 접속시키는 컨택(136)을 포함하여 구성된다.
또한, 제 2 절연층(132) 상에 복수의 포토 다이오드(120a, 120b, 120c)와 대응되게 형성되는 적색(R), 청색(B), 녹색(G)의 컬러 필터층(140)과, 컬러 필터층(140) 상에 형성되는 평탄화층(150)과, 평탄화층(150) 상에서 복수의 컬러 필터층(140)의 적색(R), 청색(B), 녹색(G) 컬러 필터와 대응되게 마이크로 렌즈(160)가 형성된다.
여기서, 도시되지 않은 로직 영역에는 각종 트랜지스터 및 금속배선들이 형성되어 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 반도체 소자(100)는 포토 다이오드(120a, 120b, 120c) 영역의 상부에는 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 신호를 각각 나누어서 받기 위해서 색깔별로 컬러 필터층(140)이 형성되고, 보다 많은 빛을 받아들이기 위해서 마이크로 렌즈(160)가 수광부 최상단에 형성된다.
포토 다이오드(120a, 120b, 120c)에 의해 생성된 각 신호는 복수의 금속 라인을 통해 수광부 외부에 만들어진 이미지 처리회로와 연결되고, 신호처리 과정을 거쳐서 하나의 상으로 재조합된다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 반도체 소자(100)는 도 1에 도시된 일반적인 이미지 센서(1)에서 발생되었던, 인접한 픽셀간의 크로스토크 현상을 방지하기 위하여 복수의 포토 다이오드(120a, 120b, 120c) 영역 상에서 포토 다이오드(120a, 120b, 120c) 영역을 둘러싸도록 제 1 절연층(130)을 관통하는 트렌치를 형성한 후, 형성된 트렌치 내에 제 1 절연층(130)의 굴절율과 상이한 굴절율을 가지는 물질을 매립하여 물질 간의 굴절율 차를 이용한 광 차단층(170)을 형성한다.
여기서, 제 1 절연층(130)의 굴절율은 1.455∼1.465(바람직한 굴절율은 1.46)의 값을 가지며, 광 차단층(170)의 굴절율은 1.425∼1.445(바람직한 굴절율은 1.435)의 값을 가진다.
이를 보다 자세히 설명하면, 마이크로 렌즈(160)를 경유하여 입사된 광은 컬러 필터층(140)을 경유하면서 고유의 색 광을 가지게 된다.
컬러 필터층(140)의 적색(R), 청색(B), 녹색(G)의 컬러필터는 하부에 형성된 포토 다이오드(120a, 120b, 120c)와 대응되도록 형성되어 있다. 즉, 녹색(G) 컬러필터를 경유한 광은 복수의 포토 다이오드(120a, 120b, 120c) 중 제 1 포토 다이오드(120a)에 수광되고, 청색(B) 컬러필터를 경유한 광은 복수의 포토 다이오드(120a, 120b, 120c) 중 제 2 포토 다이오드(120b)에 수광되고, 적색(R) 컬러필터를 경유한 광은 복수의 포토 다이오드(120a, 120b, 120c) 중 제 3 포토 다이오 드(120c)에 수광 되어야 한다.
그러나, 각각의 픽셀이 인접하게 형성되어 있고, 마이크로 렌즈(160)에 일정 각도로 입사된 광은 각각의 포토 다이오드(120a, 120b, 120c) 영역을 벗어나 진행하게 된다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 반도체 소자(100)는 인접한 픽셀간의 크로스토크 현상을 방지하기 위하여 제 1 절연층(130)과 상이한 굴절율을 가지는 물질로 형성된 광 차단층(170) 형성하고, 이러한 제 1 절연층(130)과 광 차단층(170) 간의 굴절율 차이를 이용하여 도 2에 도시되 바와 같이, 각각의 포토 다이오드(120a, 120b, 120c) 영역을 벗어나 진행하는 광의 진행 경로를 변화시킬 수 있다.
이를 통해, 각각의 포토 다이오드(120a, 120b, 120c)로 입사되는 광의 진행 경로를 정의하여 인접한 픽셀간의 크로스토크(Crosstalk) 현상을 감소시켜 이미지 센서의 성능을 향상시킬 수 있다.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 나타내는 공정 단면도이다.
먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(110) 상에 복수의 포토 다이오드(120a, 120b, 120c)를 형성하고, 각각의 포토 다이오드(120a, 120b, 120c)를 분리시키기 위한 소자 격리막 (Shallow Trench Isolation : STI)(112)을 형성한다.
여기서, 반도체 기판(110) 상에 소자 격리막(112)을 먼저 형성한 후, 이후에 복수의 포토 다이오드(120a, 120b, 120c)를 형성할 수도 있다.
이후, 반도체 기판(110) 전면에 제 1 굴절율을 가지는 투명 물질을 증착(도포)한 후, 경화시켜 제 1 절연층(130)을 형성한다. 여기서, 제 1 절연층(130)의 굴절율은 1.455∼1.465(바람직한 굴절율은 1.46)의 값을 가진다.
이후, 도 3b에 도시된 바와 같이, 제 1 절연층(130) 상에 포토 레지스트층을 형성한 후, 복수의 포토 다이오드(120a, 120b, 120c) 각각과 대응되는 영역을 패터닝하여 이후 진행되는 식각 공정시 마스크로 이용되는 포토 레지스트(180)를 형성한다.
여기서, 포토 레지스트(180)는 이후 진행되는 공정을 통해서 형성되는 도 2에 도시된 광 차단층(170)이 복수의 포토 다이오드(120a, 120b, 120c) 영역 각각을 둘러싸도록 패터닝 된다.
이후, 도 3c에 도시된 바와 같이, 포토 레지스트(180)를 마스크로 이용한 식각 공정을 실시하여 반도체 기판(110) 상에서 복수의 포토 다이오드(120a, 120b, 120c) 각각의 영역을 둘러싸도록 제 1 절연층(130) 내에 복수의 트렌치(172)를 형성한다. 여기서 복수의 트렌치(172) 각각은 수광 영역의 손실을 방지하기 위하여 소자 격리막(112)과 중첩되도록 형성된다.
이후, 도 3d에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(110) 전면에 제 1 절연층(130)의 제 1 굴절율과 상이한 제 2 굴절율을 가지는 투명 물질을 증착(도포)한 후, 경화시켜 광 차단층(170)을 형성한다. 즉, 제 1 절연층(130)을 식각하여 형성된 복수의 트렌치(172) 내에 광 차단층(170)이 매립되도록 형성한다. 여기서, 광 차단층(170)의 굴절율은 1.425∼1.445(바람직한 굴절율은 1.435)의 값을 가진다.
이후, 도 3e에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(110) 상의 광 차단층(170)을 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing : CMP) 공정을 실시하여 트렌치(172)에 매립된 부분만 남기고 제거하여 제 1 절연층(130) 및 광 차단층(170)을 평탄화시킨다.
이후, 도 3f에 도시된 바와 같이, 포토 리쏘그래피 및 마스크를 이용한 식각 공정을 실시하여 제 1 절연층(130)의 일부분에 트렌치를 형성하고 전도성 물질(예를 들면, 알루미늄, 구리)을 매립하여 콘택(136) 형성한다. 또한, 콘택(136)과 중첩되도록 제 1 절연층(130) 상에 도시되지 않은 타 영역과 전기적으로 접속되는 금속 라인(134)을 형성한다.
여기서, 금속 라인(134) 및 컨택(136)은 도시되지 않은 로직 영역과 수광 영역을 전기적으로 접속시키는 역할을 수행한다.
이후, 반도체 기판(110) 전면에 투명 물질을 증착(도포)한 후, 경화시켜 제 2 절연층(132)을 형성하여 상층을 평탄화 시킨다.
이후, 컬러필터층, 평탄화층 및 마이크로 렌즈를 형성하여 이미지 센서 반도체 소자의 제조를 완료한다.
앞선 설명에서는 광 차단층(170)과 제 2 절연층(132)을 별도의 공정으로 형성하는 것으로 설명하였으나,
광 차단층(170)의 일부를 제거하는 공정 시 제거되는 광 차단층(170)의 두께를 조절하여 광 차단층(170)을 제 2 절연층(132)으로 대체할 수도 있다.
제 2 절연층(132)을 별도로 형성할 시 제 2 절연층(132)의 굴절율은 제 1 절 연층(130) 및 광 차단층(170)의 굴절율 보다 높은 물질로 형성한다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 반도체 소자의 제조방법은 앞에서 설명한 제조방법을 통해, 포토 다이오드(120a, 120b, 120c) 상에 형성되는 제 1 절연층(130)과 상이한 굴절율을 가지는 광 차단층(170)을 복수의 포토 다이오드(120a, 120b, 120c) 영역 각각을 둘러싸도록 형성하여 인접한 픽셀간의 크로스토크 현상을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조방법은 불투명 또는 금속 물질로 광 차단 및 반사 영역을 형성하는 종래의 제조방법에 비하여 제조공정 시간을 줄일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조방법은 굴절율이 상이한 절연층과 광 차단층을 연속적인 공정으로 형성하여 증착 및 시각 공정에 많은 시간이 소요되는 금속 물질을 사용하는 종래의 제조방법에 비하여 제조 시간 및 비용을 절감하여 제조효율을 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
도 1은 일반적인 이미지 센서를 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자를 나타내는 단면도.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 나타내는 공정 단면도.
<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1, 100 : 이미지 센서 10 : 반도체 기판
20a, 120a : 포토 다이오드 12 : 소자 격리막
30, 32, 130, 132 : 절연층 34, 134 : 금속 라인
36, 136 : 컨택 40, 140 : 컬러필터
50, 150 : 평탄화층 60, 160 : 마이크로 렌즈
170 : 광 차단층 180 : 포토 레지스트
Claims (9)
- 이미지 센서 반도체 소자에 있어서,반도체 기판 상에 형성되어 자신에게 입사되는 광을 전기 신호를 변환하는 복수의 포토 다이오드와,상기 복수의 포토 다이오드 각각을 분리시키는 소자 격리막과,반도체 기판 전면 상에 투명 재질로 형성되어 제 1 굴절율을 가지는 제 1 절연층과,상기 제 1 절연층을 관통하여 상기 복수의 포토 다이오드 각각을 감싸도록 제 2 굴절율을 가지고 형성되어 상기 포토 다이오드로 입사되는 광의 경로를 정의하는 광 차단층과,상기 제 1 절연층 및 광 차단층 상에 형성되는 제 2 절연층과,상기 제 2 절연층에 형성되어 도시되지 않은 로직 영역과 전기적으로 접속되는 금속 라인과,상기 제 1 절연층을 관통하여 상기 금속 라인과 타 영역을 전기적으로 접속시키는 컨택을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 절연층의 제 1 굴절율은 1.455∼1.465의 값을 가지며,상기 광 차단층의 제 2 굴절율은 1.425∼1.445의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
- 제 2 항에 있어서,상기 광 차단층은 상기 소자 격리막 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
- 제 2 항에 있어서,상기 광 차단층은 상기 제 1 절연층을 관통하는 트렌치에 매립되어 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
- 제 2 항에 있어서,상기 제 2 절연층의 굴절율은 상기 제 1 절연층 및 상기 광 차단층의 굴절율보다 높은 값을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
- 반도체 기판 상에 복수의 포토 다이오드 및 상기 복수의 포도 다이오드 각각을 분리시키는 소자 격리막을 형성하는 단계와,상기 반도체 기판 상에 제 1 굴절율을 가지는 제 1 절연층을 형성하는 단계와,상기 반도체 기판 상에서 마스크로 이용한 식각 공정을 실시하여 복수의 포토 다이오드 각각의 영역을 둘러싸도록 상기 제 1 절연층에 복수의 트렌치를 형성 하는 단계와,상기 트렌치를 매립함과 아루러 상기 반도체 기판 전면에 상기 제 1 절연층과 상이한 제 2 굴절율을 가지는 광 차단층을 형성하는 단계와,상기 반도체 기판 상에 화학적 기계적 연마 공정을 실시하여 상기 트렌치에 매립된 부분만 남기고 상기 광 차단층을 제거하는 단계와,상기 반도체 기판 상에 제 2 절연층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 제 1 절연층의 제 1 굴절율은 1.455∼1.465의 값을 가지며,상기 광 차단층의 제 2 굴절율은 1.425∼1.445의 값을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 광 차단층은 상기 소자 격리막과 중첩되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 제 2 절연층의 굴절율을 상기 제 1 절연층 및 상기 광 차단층의 굴절율보다 높게 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
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