JP2006253680A - イメージセンサー及びその形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】イメージセンサー及びその形成方法を提供する。
【解決手段】フォトダイオードが形成された半導体基板上に下部モールド絶縁層と、ダミーパターンが内部に形成された上部モールド絶縁層を順次に形成する。ダミーパターンを除去して下部モールド絶縁層を露出させ、露出された下部モールド絶縁層を異方性エッチングして空洞領域を形成する。これにより、異方性エッチング量を減少させて空洞領域の側壁を殆ど垂直に形成させてフォトダイオードのオープン領域である空洞領域を極大化させうる。
【選択図】図９

Description

本発明は、半導体素子及びその形成方法に係り、特に、イメージセンサー及びその形成方法に関するものである。

イメージセンサーは、外部から伝達される光を電気的信号に変換してイメージを再現する装置である。通常、イメージセンサーは光を電気的信号に変換する光検出器としてフォトダイオードを採択している。外部の光は、フォトダイオードの空乏層に入射されて電子−正孔対（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−Ｈｏｌｅ Ｐａｉｒｓ；ＥＨＰｓ）を発生させ、信号電荷がフォトダイオード内に蓄積される。蓄積された信号電荷が動作信号によって出力される。これで、イメージセンサーは外部の光を電気的に変換させることができる。

最近、ＣＭＯＳ素子の製造技術が高度に発達しているのに伴って、高集積化が容易であり、電力消耗が少ない長所を有するＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｉｌｉｃｏｎ）イメージセンサーが脚光を浴びている。ＣＭＯＳイメージセンサーの画素は、外部の光を電気的信号に変換させるフォトダイオードと、フォトダイオードから発生した信号電荷を処理する少なくとも一つのＭＯＳトランジスタと、を含む。

ＣＭＯＳイメージセンサーは、画素又は／及び周辺回路を構成するための多層の配線を積層できる。配線は、一般にアルミニウム膜をパターニングしたアルミニウム配線を主に使用する。だが、ＣＭＯＳイメージセンサーが次第に微細になることによってより微細な配線形成方法が要求されている。また、より低い比抵抗を有する金属配線が要求されてもよい。このような要求を充足させるために、イメージセンサーの配線をダマシン技法で形成する方案が提案されたところがある。ダマシン技法に配線を形成する場合、微細な配線のパターニングがより容易になることができる。また、低い比抵抗を有する銅で配線を形成してもよい。

イメージセンサーの画素のフォトダイオード上には、多くの種類の絶縁層を積層できる。特に、多層の銅配線が形成されるＣＭＯＳイメージセンサーは、フォトダイオード上に銅配線間の絶縁のための絶縁層と、ダマシン工程のためのエッチング停止層又は／及び銅元素の拡散を防止するためのバリヤ絶縁層が多数積層されうる。この際、フォトダイオード上に積層された絶縁層のうち一部は、外部光に関する透過率を低くすることができる。例えば、拡散防止層又は／及びエッチング停止層として主に使用される窒化シリコンなどは光に関する透過率が低いものとして知られている。このような外部光に関する吸収効率が低い絶縁層がフォトダイオード上に配置されれば、フォトダイオードに入射される外部光の強度などが減殺されてイメージセンサーの光感度を低下できる。従って、フォトダイオード上に積層された低透過率の絶縁層は後続で除去されることが好ましい。フォトダイオード上に積層された絶縁層を除去する従来方法は図１及び図２を参照して説明する。

図１及び図２は、イメージセンサーの従来形成方法を説明するための断面図である。

図１を参照すれば、ｐ型不純物でドーピングされた半導体基板１にｎ型不純物イオンを選択的に注入してｎ型不純物拡散層２を形成する。ｎ型不純物拡散層２は、半導体基板１とｐｎ接合されてフォトダイオードを構成する。

半導体基板１上に酸化膜３を形成し、酸化膜３上にシリコン窒化膜４及びシリコン酸化膜５を含むモールド層６を複数回積層させる。積層されたモールド層６内に銅配線７を形成する。図１の銅配線７は、イメージセンサーの画素内ＭＯＳトランジスタを動作させるための銅配線７である。勿論、示さないが、周辺回路が形成される領域内にも配線が形成される。銅配線７は、ｎ型不純物拡散層２の上部には形成されない。

シリコン窒化膜４は、銅配線７の形成をグルーブ又は／及びコンタクトホールの形成のためのエッチング停止層の機能又は／及び銅元素の拡散を防止する機能などを遂行する。

最上位に設けられたモールド層６上にマスク層８を形成し、マスク層をパターニングして最上位に設けられたモールド層６を露出させる開口部９を形成する。

図２を参照すれば、開口部９を有するマスク層７をエッチングマスクとして使用して積層されたモールド層６を連続的に異方性エッチングしてｎ型不純物拡散層２上に設けられた酸化膜３を露出させる空洞領域１０を形成する。酸化膜３は、ｎ型不純物拡散層２を保護する。

前述したイメージセンサーの従来形成方法によれば、空洞領域１０は、積層された複数のモールド層６を連続的に異方性エッチングして形成される。複数のモールド層６の厚さが非常に厚くなることによって、空洞領域１０の側壁が傾斜するように形成できる。これにより、ｎ型不純物拡散層２の周縁がモールド層６により覆われてフォトダイオードのオープン領域を縮小できる。フォトダイオードのオープン領域が縮小されれば、入射される光量が減少されてイメージセンサーの光感度が低下するおそれがある。また、空洞領域１０の傾斜した側壁の傾斜角は不規則的でありうる。これにより、ｎ型不純物拡散層２と開口部９の間の整列マージンが減少されて生産性が低下するおそれがある。

本発明の技術的課題は、高集積化に最適化されたイメージセンサー及びその形成方法を提供するところにある。

本発明の他の技術的課題は、光感度を向上させうるイメージセンサー及びその形成方法を提供するところにある。

本発明のさらに他の技術的課題は、隣接する画素間の混信を最小化できるイメージセンサー及びその形成方法を提供するところにある。

前述した技術的課題を解決するために本発明はイメージセンサーの形成方法を提供する。この方法は、次の段階を含む。複数のフォトダイオードが互いに離隔されて形成された半導体基板上に保護絶縁膜、下部モールド絶縁層及び上部モールド絶縁層を順次に形成する。上部モールド絶縁層内に下部モールド絶縁層と接触するダミーパターンを形成し、ダミーパターンを選択的に除去してダミーパターンと接触した下部モールド絶縁層を露出させる予備空洞領域を形成する。露出された下部モールド絶縁層を異方性エッチングしてフォトダイオード上の保護絶縁膜を露出させる空洞領域を形成する。

具体的には、上部モールド絶縁層及びダミーパターンを形成する段階は、次の段階を含むことができる。下部モールド絶縁層上に配線モールド層を形成し、配線モールド層内にダミー開口部を形成する。ダミー開口部を充填する充填パターンを形成する。この際、上部モールド絶縁層は配線モールド層を含み、ダミーパターンは充填パターンを含む。配線モールド層を形成する段階、ダミー開口部を形成する段階及び充填パターンを形成する段階を複数回反復的に遂行できる。この際、上部モールド絶縁層は、積層された複数の配線モールド層を含み、ダミーパターンは、積層された複数の充填パターンを含む。積層された充填パターンのうちに最下部に設けられた充填パターンは、下部モールド絶縁層と接触し、最上部に設けられた充填パターンは露出されることが好ましい。配線モールド層は、順次に積層されたバリヤ絶縁膜及び層間絶縁膜を含むことができる。バリヤ絶縁膜は、層間絶縁膜についてエッチング選択比を有する。半導体基板は、フォトダイオードが形成される画素領域及び周辺回路が形成される周辺領域を有することができる。この際、この方法は、周辺領域の上部モールド絶縁層内に少なくとも１層の周辺金属配線を形成する段階をさらに含むことができる。ダミーパターンと少なくとも１層の周辺金属配線は、同一な物質で形成できる。フォトダイオードの間に設けられた上部モールド絶縁層の一部は、異方性エッチングによってエッチングされることが好ましい。

一実施形態において、この方法は、上部モールド絶縁層上にマスク層を形成する段階と、マスク層をパターニングしてダミーパターンを露出させる開口部を形成する段階と、をさらに含むことができる。この際、フォトダイオードの間に設けられた上部モールド絶縁層上に配置されたパターニングされたマスク層の幅は、フォトダイオードの間に設けられた上部モールド絶縁層の幅に比べて狭くすることができる。パターニングされたマスク層をエッチングマスクとして使用して異方性エッチングを遂行して下部モールド絶縁層及びフォトダイオードの間に設けられた上部モールド絶縁層の周縁をエッチングすることができる。この方法は、上部モールド絶縁層内に混信防止バリヤ（crosstalk prevention barrier）を形成する段階をさらに含むことができる。混信防止バリヤは、フォトダイオードの間に形成されたパターニングされたマスク層下に設けられる。混信防止バリヤは、下部モールド層の上部面から上に離隔されるように形成できる。混信防止バリヤは、ダミーパターンと同一な物質で形成できる。この方法は、下部モールド絶縁層内に少なくとも１層の画素金属配線を形成する段階をさらに含むことができる。画素金属配線は、フォトダイオードの間に設けられた下部モールド層内に形成され、異方性エッチング時、画素金属配線上に設けられる上部モールド絶縁層の下部が残存されることが好ましい。画素金属配線の上部面は、残存する上部モールド絶縁層と接触し、上部モールド絶縁層の下部面は、画素金属配線内金属元素の拡散を防止する絶縁物質で形成されることが好ましい。

一実施形態において、フォトダイオードの間に設けられた上部モールド絶縁層の全面が異方性エッチングによってエッチングされることができる。この場合にも、この方法は、下部モールド絶縁層内に少なくとも１層の画素金属配線を形成する段階をさらに含むことができる。画素金属配線は、フォトダイオードの間に設けられた下部モールド絶縁層内に形成され、異方性エッチング時、画素金属配線上に設けられる上部モールド絶縁層の下部が残存される。画素金属配線の上部面は、残存する上部モールド絶縁層と接触し、上部モールド絶縁層の下部面は、画素金属配線内金属元素の拡散を防止する絶縁物質で形成されることが好ましい。

一実施形態において、ダミーパターンは、湿式エッチングで除去することが好ましい。この方法は、空洞領域を形成した後に、半導体基板上に空洞領域を充填する透明絶縁層を形成する段階をさらに含むことができる。

前述した技術的課題を解決するために本発明はイメージセンサーを提供する。このイメージセンサーは、複数のフォトダイオードが互いに離隔されて形成された半導体基板と、半導体基板上に順次に積層された保護絶縁膜、下部モールド絶縁層及び上部モールド絶縁層と、を含むことができる。透明絶縁膜が上部及び下部モールド絶縁層を連続的に貫通してフォトダイオード上に設けられた保護絶縁膜を露出させる空洞領域を充填する。混信防止バリヤがフォトダイオードの間に設けられた上部モールド絶縁層内に形成される。

具体的には、上部モールド絶縁層に形成された空洞領域の少なくとも一部は、下部モールド絶縁層に形成された空洞領域の幅に比べて広幅を有することが好ましい。半導体基板は、フォトダイオードを含む画素領域、及び周辺回路が形成された周辺領域を有することができる。この際、イメージセンサーは、周辺領域の上部モールド絶縁層内に少なくとも１層の周辺金属配線をさらに含むことができる。混信防止バリヤは、周辺金属配線と同一な物質を含むことができる。イメージセンサーは、フォトダイオードの間に設けられた下部モールド絶縁層内に形成された少なくとも１層の画素金属配線をさらに含むことができる。混信防止バリヤは、下部モールド絶縁層上に離隔されて配置され、混信防止バリヤ下に設けられた上部モールド絶縁層の下部はフォトダイオードの間に設けられた下部モールド絶縁層の全面を覆うことが好ましい。画素金属配線は、上部モールド絶縁層と接触し、上部モールド絶縁層の下部面は、画素金属配線内金属元素の拡散を防止する絶縁物質で形成されることが好ましい。

本発明によれば、フォトダイオード上部に形成された上部モールド絶縁層内にダミーパターンを形成し、ダミーパターンを選択的に除去して下部モールド絶縁層を露出させた後に、露出された下部モールド絶縁層を異方性エッチングして空洞領域を形成する。これにより、空洞領域の形成のための異方性エッチング時、エッチングされる絶縁層が従来に比べて大きく縮小されることによって、空洞領域の側壁は、殆ど垂直に形成できる。その結果、フォトダイオードのオープン領域である空洞領域を最大に広げてイメージセンサーの光感度を向上させることができる。また、異方性エッチング時、フォトダイオードの間に設けられる上部モールド絶縁層の上部面全面又は周縁を共にエッチングする。これにより、空洞領域の上部の幅が拡大されて外部の光をさらに多く受け入れることができる。その結果、フォトダイオードに入射される光の強度などが増加されてイメージセンサーの光感度を向上させることができる。

これに加えて、フォトダイオードの間に形成された上部モールド絶縁層内に混信防止バリヤが形成される。混信防止バリヤによって隣接するフォトダイオード間の入射される光の混合を最小化して画素の信号歪曲を最小化できる。

以下、添付した図面を参照して本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。しかしながら、本発明はここで説明される実施形態に限定されず異なる形態で具体化されることもできる。むしろ、ここで紹介される実施形態は開示された内容が徹底で完全になることができるようにそして当業者に本発明の思想が十分に伝達できるようにするため提供されることである。図面において、層（又は膜）及び領域の厚さは明確性を期するために誇張されたものである。また、層（又は膜）が他の層（又は膜）又は基板“上”にあると言及される場合にそれは他の層（又は膜）又は基板上に直接形成できるか、又はそれらの間に第３の層（又は膜）が介在されてもよい。明細書全体にかけて同一な参照符号で表示された部分は同一な構成要素を示すものとする。

（第１の実施形態）
図３〜図９は、本発明の一実施形態によるイメージセンサーの形成方法を説明するための断面図である。

図３を参照すれば、半導体基板１００は、画素領域（ａ）及び周辺領域（ｂ）を有する。画素領域（ａ）は、イメージセンサーの画素が形成される領域であり、周辺領域（ｂ）はイメージセンサーの周辺回路が形成される領域である。少なくとも画素領域（ａ）の半導体基板１００は、第１の導電型の不純物でドーピングされている。画素領域（ａ）の半導体基板１００に第１の導電型の不純物でドーピングされたウェルを形成して第１の半導体基板１００をドーピングできる。

半導体基板１００の所定領域に素子分離膜１０２を形成する。素子分離膜１０２は、画素領域（ａ）内に複数の画素活性領域を画定する。勿論、素子分離膜１０２は、周辺領域（ｂ）内周辺活性領域も画定する。画素活性領域上に順次に積層されたゲート絶縁膜１０４及びゲート電極１０６を形成する。ゲート電極１０６は、ＣＭＯＳイメージセンサーの画素内トランジスタを構成する。示さないが、ゲート電極１０６の形成時、周辺領域（ｂ）内にも周辺ゲート電極（図示せず）を形成できる。

ゲート電極１０６の一側の画素活性領域に第２の導電型の不純物イオンを選択的に注入して不純物拡散層１０８を形成する。不純物拡散層１０８は、第１の導電型の半導体基板１００とｐｎ接合されてフォトダイオードを形成する。各画素活性領域内に不純物拡散層１０８が形成される。従って、画素領域（ａ）内に複数の不純物拡散層１０８が互いに離隔されて形成される。すなわち、画素領域（ｂ）内には、複数のフォトダイオードが互いに離隔されて形成される。

ゲート電極１０６の他側に異なる第２の導電型の不純物イオンを注入してフローティング拡散層（図示せず）を形成できる。不純物拡散層１０８とフローティング拡散層は、ＭＯＳトランジスタのソース／ドレーン領域に該当し得る。不純物拡散層１０８とフローティング拡散層とは相異なる深さで形成できる。

第１の導電型の不純物と第２の導電型の不純物は、相異なるタイプである。例えば、第１の導電型の不純物は、ｎ型不純物であり、第２の導電型の不純物はｐ型不純物でありうる。これとは違って、第１の導電型の不純物はｐ型不純物であり、第２の導電型の不純物はｎ型不純物であることもできる。

示さないが、不純物拡散層１０８の表面に第１の導電型の不純物でドーピングされた表面拡散層（図示せず）を形成できる。表面拡散層は、不純物拡散層１０８が形成された半導体基板１００の表面状態（例、ダングリングボンドなど）によって発生し得る暗電流を最小化できる。表面拡散層は、半導体基板１００と電気的に接続する。ゲート電極１０６の両側壁にゲートスペーサ（図示せず）が形成されてもよい。

不純物拡散層１０８及びゲート電極１０６を有する半導体基板１００の全面に保護絶縁膜１１０を形成する。保護絶縁膜１１０は、フォトダイオードの上部面が不純物拡散層１０８を保護することと共に層間絶縁機能を遂行する。保護絶縁膜１１０は、光の透過率が高い絶縁物質で形成することが好ましい。例えば、保護絶縁膜１１０は、シリコン酸化膜で形成することが好ましい。

保護絶縁膜１１０上に第１のバリヤ絶縁膜１１２を形成し、第１のバリヤ絶縁膜１１２及び保護絶縁膜１１０を連続的にパターニングして画素領域（ａ）内に第１の画素ホール１１６を形成する。第１の画素ホール１１６は、示されたようにゲート電極１０６の上部面を露出させうる。示さないが、第１の画素ホール１１６は、半導体基板１０８を露出させてもよい。第１の画素ホール１１６の形成時、周辺領域（ｂ）内に形成されたゲート電極（図示せず）又は周辺領域（ｂ）内の半導体基板１００を露出させる第１の周辺ホール（図示せず）が形成されてもよい。

第１の画素ホール１１６を充填する導電プラグ１１７を形成する。導電プラグ１１７は、導電物質であるドーピングされたポリシリコン、窒化チタン又は窒化タンタルのような導電性窒化物、又はタングステンなどを含むことができる。導電プラグ１１７の形成時、第１の周辺ホール（図示せず）を充填する導電プラグ（図示せず）も同時に形成できる。

導電プラグ１１７を有する半導体基板１００の全面上に第１の層間絶縁膜１１４を形成する。第１の層間絶縁膜１１４をパターニングして画素領域（ａ）内に第１の画素グルーブ１１８ａ及び周辺領域（ｂ）内に第１の周辺グルーブ１１８ｂを形成する。第１の画素グルーブ１１８ａは、導電プラグ１１７を露出させ、第１の周辺グルーブ１１８ｂは、第１の周辺ホール内に形成された導電プラグ（図示せず）を露出させる。

第１の画素グルーブ１１８ａ及び第１の周辺グルーブ１１８ｂを充填する第１の金属膜を形成し、第１の金属膜を第１の層間絶縁膜１１４が露出されるときまで平坦化させて第１の画素グルーブ１１８ａ内に第１の画素金属配線１１９ａ及び第１の周辺グルーブ１１８ｂ内に第１の周辺金属配線１１９ｂを形成する。第１の画素金属配線１１９ａ及び第１の周辺金属配線１１９ｂは、銅又はアルミニウムを含むことができる。これに加えて、金属配線１１９ａ、１１９ｂは銅膜又はアルミニウム膜を取り囲む導電性バリヤをさらに含むことができる。導電バリヤは、窒化チタン又は窒化タンタルのような導電性金属窒化物を含むことができる。

第１の画素金属配線１１９ａは、不純物拡散層１０８上には形成されない。すなわち、第１の画素金属配線１１９ａは、ｎ型不純物拡散層１０８の間に設けられた第１の層間絶縁膜１１４内に形成される。第１のバリヤ絶縁膜１１２及び第１の層間絶縁膜１１４は、第１の金属配線１１９ａ、１１９ｂを形成するための第１の配線モールド層を画定する。

配線１１９ａ、１１９ｂを有する半導体基板１００上に第２のバリヤ絶縁膜１２０と、第２の層間絶縁膜１２２と、第３のバリヤ絶縁膜１２４及び第３の層間絶縁膜１２６と、を形成する。第３のバリヤ絶縁膜１２４、第２の層間絶縁膜１２２及び第２のバリヤ絶縁膜１２０を貫通する第２の画素ホール１２８ａ及び第２の周辺ホール１２８ｂと、第３の層間絶縁膜１２６内に第２の画素グルーブ１３０ａ及び第２の周辺グルーブ１３０ｂを形成する。第２の画素ホール１２８ａ及び第２の画素グルーブ１３０ａは、画素領域（ａ）内に形成される。特に、第２の画素ホール１２８ａ及び第２の画素グルーブ１３０ａは、ｎ型不純物拡散層１０８（すなわち、フォトダイオード）の間に形成できる。第２の周辺ホール１２８ｂ及び第２の周辺グルーブ１３０ｂは、周辺領域（ｂ）に形成される。第２の画素グルーブ１３０ａ及び第２の画素ホール１２８ａは互いに連通し、第２の周辺グルーブ１３０ｂ及び第２の周辺ホール１２８ｂは互いに連通する。

第２の画素ホール１２８ａは、第１の画素金属配線１１９ａを露出させることができる。これとは違って、第２の画素ホール１２８ａは第１の画素金属配線１１９ａの一側に離隔されたバッファパターン（図示せず）を露出させてもよい。バッファパターンは、第１の画素金属配線１１９ａと同時に形成され、画素内他のゲート電極（図示せず）又は半導体基板１００と接続できる。第２の周辺ホール１２８ｂは第１の周辺金属配線１１９ｂを露出させうる。

第２の画素及び周辺ホール１２８ａ、１２８ｂを先ず形成した後に、第２の画素及び周辺グルーブ１３０ａ、１３０ｂを形成できる。言い換えれば、第３の層間絶縁膜１２６、第３のバリヤ絶縁膜１２４、第２の層間絶縁膜１２２及び第２のバリヤ絶縁膜１２０を連続的にパターニングして画素及び周辺ホール１２８ａ、１２８ｂを形成する。次いで、第３の層間絶縁膜１２６をパターニングして第２の画素及び周辺ホール１２８ａ、１２８ｂとそれぞれ連通して第２の画素及び周辺グルーブ１３０ａ、１３０ｂを形成できる。

これとは違って、第２の画素及び周辺グルーブ１３０ａ、１３０ｂを先ず形成した後に、第２の画素及び周辺ホール１２８ａ、１２８ｂを形成できる。言い換えれば、第３の層間絶縁膜１２６をパターニングして第３のバリヤ絶縁膜１２４を露出させる第２の画素及び周辺グルーブ１３０ａ、１３０ｂを形成する。次いで、露出された第３のバリヤ絶縁膜１２４、第２の層間絶縁膜１２２及び第２のバリヤ絶縁膜１２０を連続的にパターニングして第２の画素及び周辺ホール１２８ａ、１２８ｂを形成できる。

第２の画素及び周辺グルーブ１３０ａ、１３０ｂ及び第２の画素及び周辺ホール１２８ａ、１２８ｂを充填する第２の金属膜を半導体基板１００の全面上に形成する。第２の金属膜を第３の層間絶縁膜１２６が露出されるときまで平坦化させて第２の画素ホール１２８ａ及び第２の画素グルーブ１３０ａを充填する第２の画素金属配線１３２ａ、及び第２の周辺ホール１２８ｂ及び第２の周辺グルーブ１３０ｂを充填する第２の周辺金属配線１３２ｂを形成する。第２の金属膜は、アルミニウム又は銅を含むことができる。これに加えて、第２の金属膜はアルミニウム膜又は銅膜を取り囲む導電性バリヤ（例、窒化チタン又は窒化タンタルのような導電性金属窒化物）をさらに含むことができる。

第２の画素及び周辺金属配線１３２ｂが形成される第３の層間絶縁膜１２６、第３のバリヤ絶縁膜１２４、第２の層間絶縁膜１２２及び第２のバリヤ絶縁膜１２０は、第２の配線モールド層を画定する。第１及び第２の配線モールド層は、下部モールド絶縁層１３５を構成する。

下部モールド絶縁層１３５は、画素領域（ａ）内画素金属配線１１９ａ、１３２ａが形成される絶縁構造体に画定される。これにより、前述したように、画素領域（ａ）内に第１及び第２の画素金属配線１１９ａ、１３２ａが形成される場合、下部モールド絶縁層１３５は、第１及び第２の配線モールド層を含むことができる。これとは違って、画素内に１層の画素金属配線が要求される場合、下部モールド絶縁層１３５は１層の配線モールド層のみを含むことができる。これとはまた違って、画素内に３層以上の画素金属配線が要求される場合、下部モールド絶縁層１３５は、３層以上の配線モールド層を含むことができる。

言い換えれば、下部モールド絶縁層１３５は、少なくとも１層以上の配線モールド層を含む。配線モールド層は、第１の配線モールド層のようにバリヤ絶縁膜１１２及び層間絶縁膜１１４を１回交代に積層できる。これとは違って、配線モールド層は、第２の配線モールド層のように、バリヤ絶縁膜１２０、１２４及び層間絶縁膜１２２、１２６を２回交代に積層できる。

バリヤ絶縁膜１１２、１２０、１２４は、金属配線１１９ａ、１１９ｂ、１３２ａ、１３２ｂ内金属元素の拡散を防止できる絶縁物質で形成されることが好ましい。また、バリヤ絶縁膜１１２、１２０、１２４は、層間絶縁膜１１４、１２２、１２６についてエッチング選択比を有することが好ましい。例えば、層間絶縁膜１１４、１２２、１２６がシリコン酸化膜で形成され、バリヤ絶縁膜１１２、１２０、１２４はシリコン窒化膜で形成できる。

図４を参照すれば、第２の画素及び周辺金属配線１３２ａ、１３２ｂを有する半導体基板１００上に順次に積層された第４のバリヤ絶縁膜１３７と、第４の層間絶縁膜１３９と、第５のバリヤ絶縁膜１４１及び第５の層間絶縁膜１４３と、を含む第３の配線モールド層を形成する。

第５の層間絶縁膜１４３内の第３の周辺グルーブ１４７と、第５のバリヤ絶縁膜１４１と、第４の層間絶縁膜１３９と、第４のバリヤ絶縁膜１３７を貫通して第２の周辺金属配線１３２ｂを露出させる第３の周辺ホール１４５と、を形成する。第３の周辺ホール１４５及び第３の周辺グルーブ１４７は、互いに連通し、周辺領域（ｂ）内に形成される。この際、画素領域（ａ）の第３の配線モールド層を連続的に貫通して下部モールド絶縁層１３５を露出させる第１のダミー開口部１４９を形成する。第１のダミー開口部１４９は、ｎ型不純物拡散層１０８（すなわち、フォトダイオード）の上部に形成される。

第３の周辺ホール１４５と、第３の周辺グルーブ１４７及び第１のダミー開口部１４９と、を形成する方法を説明する。第３の配線モールド層を連続的にパターニングして画素領域（ａ）の第１のダミー開口部１４９及び周辺領域（ｂ）の第３の周辺ホール１４５を形成した後に、第５の層間絶縁膜１４３をパターニングして第３の周辺ホール１４５と連通する第３の周辺グルーブ１４７を形成することが好ましい。第３の周辺グルーブ１４７を形成する間にダミー開口部１４９は、感光膜パターン（図示せず）に覆われていることが好ましい。

他の方法で、第３の周辺グルーブ１４７を形成した後に、第３の周辺ホール１４５を形成できる。この場合に、第３の周辺グルーブ１４７と第１のダミー開口部１４９の一部（すなわち、第１のダミー開口部１４９の第５の層間絶縁膜１４３に形成される部分）は、第３の周辺グルーブ１４７と同時に形成され、第１のダミー開口部１４９の残り部分は、第３の周辺ホール１４５と同時に形成できる。

第１のダミー開口部１４９、第３の周辺ホール１４５及び第３の周辺グルーブ１４７を充填する第３の金属膜を形成し、第３の金属膜を第３の配線モールド層が露出されるときまで平坦化させて第１のダミー開口部１４９を充填する第１の充填パターン１５１ａ及び第３の周辺ホール１４５及び第３の周辺グルーブ１４７を充填する第３の周辺金属配線１５１ｂを形成する。第３の金属膜は、アルミニウム又は銅を含むことができる。これに加えて、第３の金属膜は、アルミニウム膜又は銅膜を取り囲む導電性バリヤ（例、窒化チタン又は窒化タンタルのような導電性金属窒化物）をさらに含むことができる。

図５を参照すれば、第１の充填パターン１５１ａ及び第３の周辺金属配線１５１ｂを有する半導体基板１００上に順次に積層された第６のバリヤ絶縁膜１５３、第６の層間絶縁膜１５５と、第７のバリヤ絶縁膜１５７及び第７の層間絶縁膜１５９を含む第４の配線モールド層を形成する。

第７の層間絶縁膜１５９内の第４の周辺グルーブ１６３、及び第７のバリヤ絶縁膜１５７、第６の層間絶縁膜１５５及び第６のバリヤ絶縁膜１５３を連続的に貫通して第３の周辺金属配線１５１ｂを露出させる第４の周辺ホール１６１を形成する。この際、画素領域（ａ）の第４の配線モールド層内には、第１の充填パターン１５１ａを露出させる第２のダミー開口部１６５が形成される。第４の周辺グルーブ１６３は、第４の周辺ホール１６１と連通する。

第４の周辺ホール１６１、第４の周辺グルーブ１６３及び第２のダミー開口部１６５を形成する方法を具体的に説明する。第４の配線モールド層を連続的にパターニングして画素領域（ａ）の第２のダミー開口部１６５及び周辺領域（ｂ）の第４の周辺ホール１６１を形成し、第７の層間絶縁膜１５９をパターニングして第４の周辺ホール１６１と連通する第４の周辺グルーブ１６３を形成することが好ましい。勿論、第４の周辺グルーブ１６３の形成時、第２のダミー開口部１６５は、感光膜パターン（図示せず）によって覆われていることが好ましい。

他の方法で、第７の層間絶縁膜１５９をパターニングして第４の周辺グルーブ１６３及び画素領域（ａ）内に第２のダミー開口部１６５の一部を先ず形成した後に、第４の周辺グルーブ１６３に露出された第７のバリヤ絶縁膜１５７、第６の層間絶縁膜１５５及び第６のバリヤ絶縁膜１５３を連続的にエッチングして第４の周辺ホール１６１を形成できる。この際、第２のダミー開口部１６５の残り部分は第４の周辺ホール１６１と同時に形成される。

第２のダミー開口部１６５、第４の周辺ホール１６１及び第４の周辺グルーブ１６３を充填する第４の金属膜を半導体基板１００の全面に形成し、第４の金属膜を第４の配線モールド層が露出されるときまで平坦化させて第２のダミー開口部１６５を充填する第２の充填パターン１６６ｂ、及び第４の周辺ホール１６１及び第４の周辺グルーブ１６３を充填する第４の周辺金属配線１６６ａを形成する。第２の充填パターン１６６ｂは、第１の充填パターン１５１ａと接触する。第４の金属膜もアルミニウム又は銅を含むことができる。これに加えて、第３の金属膜もアルミニウム膜又は銅膜を取り囲む導電性バリヤ（例、窒化チタン又は窒化タンタルのような導電性金属窒化物）をさらに含むことができる。

第３及び第４の配線モールド層は、上部モールド絶縁層１６７を構成し、第１及び第２の充填パターン１５１ａ、１６６ｂはダミーパターンを構成する。すなわち、上部モールド絶縁層１６７は、画素金属配線１１９ａ、１３２ａ上に形成された配線モールド層を含み、ダミーパターンは上部モールド絶縁層１６７内に形成されて下部モールド絶縁層１３５と接触する。

上部モールド絶縁層１６７内に２層の周辺金属配線１５１ｂ、１６６ａが示されているが、上部モールド絶縁層１６７内には、１層以上の周辺金属配線を形成できる。すなわち、上部モールド絶縁層１６７は、周辺金属配線が形成される１層以上の配線鋳型層を含む。この際、充填パターンの積層数は、周辺金属配線の積層数と同一である。すなわち、ダミーパターンは、周辺金属配線の積層数と同一な数に積層された充填パターンを含む。

バリヤ絶縁膜１１２、１２０、１２４、１３７、１４１、１５３、１５７は、互いに同一な物質で形成されることが好ましい。層間絶縁膜１１４、１２２、１２６、１３９、１４３、１５５、１５９もやはり互いに同一な物質で形成されることが好ましい。

前述したように、下部及び上部モールド絶縁層１３５、１６７は、バリヤ絶縁膜及び層間絶縁膜が交互に積層された多層膜である。この際、上部モールド絶縁層１６７に含まれた絶縁膜の数は、下部モールド絶縁層１３５に含まれた絶縁膜の数より多いことが好ましい。具体的には、上部モールド絶縁層１６７に含まれた配線モールド層の数は、下部モールド絶縁層１３５に含まれた配線モールド層の数と同じか、或いは多いことが好ましい。下部及び上部モールド絶縁層１３５、１６７がそれぞれ１層の配線モールド層を有する場合、下部モールド絶縁層１３５の配線モールド層は、バリヤ絶縁膜１１２及び層間絶縁膜１１４が１回交代に積層され、上部モールド絶縁層１６７の配線モールド層は、バリヤ絶縁膜１３７、１４１及び層間絶縁膜１３９、１４３が２回交互に積層される。

第２の充填パターン１６６ｂ及び第４の周辺金属配線１６６ａを有する半導体基板１００上にマスク層１６９を形成する。マスク層１６９は、パッシベーション層でありうる。マスク層１６９は、下部及び上部モールド絶縁層１３５、１６７についてエッチング選択比を有することができる。また、マスク層１６９は、下部及び上部モールド絶縁層１３５、１６７についてエッチングマスクとして使用できる十分な厚さに形成できる。例えば、マスク層１６９は、シリコン酸化窒化膜などに形成できる。

図６を参照すれば、マスク層１６９をパターニングしてダミーパターンを露出させる開口部１７１を形成する。この際、開口部１７１の幅は、ダミーパターンの幅（すなわち、充填パターン１６６ｂ、１５１ａの幅）に比べて広いことが好ましい。ｎ型不純物拡散層１０８の間に設けられたパターニングされたマスク層１６９の幅は、ｎ型不純物拡散層１０８の間に設けられた上部モールド絶縁層１６７の幅より狭いことが好ましい。すなわち、開口部１７１は、ｎ型不純物拡散層１０８の間に設けられた上部モールド絶縁層１６７の上部面周縁を露出させる。

図７を参照すれば、露出されたダミーパターンを選択的に除去して下部モールド絶縁層１３５を露出させる予備空洞領域１７３を形成する。ダミーパターンは、湿式エッチングに除去することが好ましい。ダミーパターンは、第３及び第４の周辺金属配線１５１ｂ、１６６ａと同一な金属で形成されることによって選択的に除去できる。

図８を参照すれば、開口部１７１を有するマスク層１６９をエッチングマスクとして使用して露出された下部モールド絶縁層１３５を異方性エッチングしてｎ型不純物拡散層上に設けられる保護絶縁膜１１０を露出させる空洞領域１７３ａを形成する。この際、開口部１７１に露出されたｎ型不純物拡散層１０８の間に設けられた上部モールド絶縁層１６７の周縁も共にエッチングされる。上部モールド絶縁層１６７及び下部モールド絶縁層１３５は、互いに同一な物質で形成されるバリヤ絶縁膜及び層間絶縁膜が交互に積層されている。これにより、下部モールド絶縁層１３５を異方性エッチングするとき、上部モールド絶縁層１６７の周縁も共に異方性エッチングされる。その結果上部モールド絶縁層１６７に形成された空洞領域１７３ａは、下部モールド絶縁層１３５に形成された空洞領域１７３ａに比べて広幅を有するように形成される。

異方性エッチング時、上部モールド絶縁層１６７の下部がその下に設けられる下部モールド絶縁層１３５を覆うように残存されることが好ましい。上部モールド絶縁層１６７に含まれた絶縁層の数は、下部モールド絶縁層１３５に比べて多い。これにより、異方性エッチング時、上部モールド絶縁層１６７の下部を残存できる。残存する上部モールド絶縁層１６７の下部は、それの下に形成された第２の画素金属配線１３２ａを覆う。特に、第２の画素金属配線１３２ａの上部面が下部モールド絶縁層１３５の上部面と同一であることによって、残存する上部モールド絶縁層１６７の下部は、第２の画素金属配線１３２ａと接触する。上部モールド絶縁層１６７の下部面は、バリヤ絶縁膜１３７で形成されている。これにより、第２の画素金属配線１３２ａ内における金属元素の拡散を防止できる。

バリヤ絶縁膜１１２、１２０、１２４、１３７、１４１、１５３、１５７が互いに同一な物質で形成され、層間絶縁膜１１４、１２２、１２６、１３９、１４３、１５５、１５９が互いに同一な物質で形成されることによって、上部モールド絶縁層１６７の異方性エッチングされる部分と、下部モールド絶縁層１３５は、互いに同一な物質の絶縁層が同一な順序に積層されている。

バリヤ絶縁膜１１２、１２０、１２４、１３７、１４１、１５３、１５７が互いに同一な厚さに形成されることは要求されない。勿論、層間絶縁膜１１４、１２２、１２６、１３９、１４３、１５５、１５９も互いに同一な厚さに形成されることも要求されない。これは、バリヤ絶縁膜１１２、１２０、１２４、１３７、１４１、１５３、１５７と層間絶縁膜１１４、１２２、１２６、１３９、１４３、１５５、１５９のエッチング選択比によって異方性エッチング時、バリヤ絶縁膜１１２、１２０、１２４、１３７、１４１、１５３、１５７及び層間絶縁膜１１４、１２２、１２６、１３９、１４３、１５５、１５９は、互いにエッチング停止層役割を遂行するためである。

図９を参照すれば、半導体基板１００上に空洞領域１７３ａを充填する透明絶縁膜１７５を形成する。透明絶縁膜１７５は、光の透過率が高い絶縁物質で形成する。透明絶縁膜１７５は、スピンによるコーティング方式で形成できる。

前述したイメージセンサの形成方法によれば、空洞領域１７３ａは、上部モールド絶縁層１６７内に形成されたダミーパターンを除去して予備空洞領域１７３を形成した後に、予備空洞領域１７３に露出された下部モールド絶縁層１３５を異方性エッチングして形成される。すなわち、空洞領域１７３ａの形成のための異方性エッチング深さは、従来に比べて非常に縮められる。これにより、空洞領域１７３ａの側壁が殆ど垂直に形成されてフォトダイオードのオープン領域を最大化させうる。また、整列マージンを大幅に向上させうる。

これに加えて、異方性エッチング時、ｎ型不純物拡散層１０８上に設けられた上部モールド絶縁層１６７がエッチングされる。これにより、空洞領域１７３ａの下部の幅は、ｎ型不純物拡散層１０８の上部面に画定されることと共に、空洞領域１７３ａの上部の幅は、空洞領域１７３ａの下部に比べて広幅を有する。これにより、フォトダイオードは、外部の光をさらに多く受け入れることができる。その結果、フォトダイオードに入射される光の強度などが増加されてイメージセンサーの光感度を向上させうる。

（第２の実施形態）
本実施形態は、前述した第１の実施形態と類似する。従って、第１の実施形態と同一な構成要素は、同一な参照符号を使用する。本実施形態によるイメージセンサーの形成方法は、前述した第１の実施形態の図３〜図５を参照して説明した方法を同一に含むことができる。

図１０〜図１３は、本発明の他の実施形態によるイメージセンサーの形成方法を説明するための断面図である。

図５及び図１０を参照すれば、第２の充填パターン１６６ｂ及び第４の周辺金属配線１６６ａを有する半導体基板１００上にマスク層１６９を形成し、マスク層１６９をパターニングしてダミーパターンを露出させる。この際、ｎ型不純物拡散層１０８の間に設けられる上部モールド絶縁層１６７の全面が露出される。すなわち、画素領域（ａ）と周辺領域（ｂ）の間の境界線に隣接したマスク層１６９の一部を除外した画素領域（ａ）の全域のマスク層１６９が除去される。パターニングされたマスク層１６９は、周辺領域（ｂ）の第４の周辺金属配線１６６ａを覆う。

図１１を参照すれば、ダミーパターンを選択的に除去して下部モールド絶縁層１３５を露出させる予備空洞領域１７３を形成する。ダミーパターンは、前述した第１の実施形態のように、湿式エッチングで除去することが好ましい。

図１２を参照すれば、パターニングされたマスク層１６９をエッチングマスクとして使用して露出された下部モールド絶縁層１３５を異方性エッチングしてｎ型不純物拡散層１０８上の保護絶縁膜１１０を露出させる空洞領域１７３ａ’を形成する。この際、異方性エッチング時、ｎ型不純物拡散層１０８の間に設けられた上部モールド絶縁層１６７の上部面全面がエッチングされる。これにより、隣接する空洞領域１７３ａ’の上部は互いに連通する。

異方性エッチング時、ｎ型不純物拡散層１０８の間に設けられた上部モールド絶縁層１６７の下部は残存されることが好ましい。これにより、残存する上部モールド絶縁層１６７の下部は、ｎ型不純物拡散層１０８の間に設けられた下部モールド絶縁層１３５の全面を覆う。勿論、上部モールド絶縁層１６７の底面は、第２の画素金属配線１３２ａ内金属元素の拡散を防止できるバリヤ絶縁膜１３７で形成されている。その結果、第２の画素金属配線１３２ａが上部モールド絶縁層１６７と接触されて第２の画素金属配線１３２ａ内金属元素の拡散を防止できる。

図１３を参照すれば、空洞領域１７３ａ’を充填する透明絶縁膜１７５を半導体基板１００の全面に形成する。

前述したイメージセンサーの形成方法によれば、異方性エッチング時、ｎ型不純物拡散層１０８（すなわち、フォトダイオード）の間に設けられた上部モールド絶縁層１６７の全面がエッチングされる。その結果、空洞領域１７３ａ’の上部が互いに連通されてフォトダイオード（すなわち、ｎ型不純物拡散層１０８）に入射される外部光の強度などをさらに向上させうる。その結果、イメージセンサーの光感度をさらに向上させうる。

（第３の実施形態）
本実施形態では、イメージセンサーの光感度を向上させることと共に、隣接するフォトダイオード間の混信を防止できるイメージセンサーの形成方法を開示する。本実施形態でも、前述した第１の実施形態と同一な構成要素は、同一な参照符号を示すものとする。本実施形態は、前述した第１の実施形態の図３を参照して説明した形成方法を含むことができる。

図１４〜図１７は、本発明のさらに他の実施形態によるイメージセンサーの形成方法を説明するための断面図である。

図３及び図１４を参照すれば、下部モールド絶縁層１３５及び第２の画素及び周辺金属配線１１９ａ、１１９ｂを有する半導体基板１００上に第３の配線モールド層を形成する。第３の配線モールド層は、順次に積層された第４のバリヤ絶縁膜１３７と、第４の層間絶縁膜１３９と、第５のバリヤ絶縁膜１４１及び第５の層間絶縁膜１４３と、を含む。

第３の配線モールド層内に第３の周辺ホール１４５と、第３の周辺ホール１４５と連通する第３の周辺グルーブ１４７と、第１のダミー開口部１４９及び第１の混信防止グルーブ１５０と、を形成する。第１の混信防止グルーブ１５０は、第３の周辺グルーブ１４７と同時に形成されることが好ましい。すなわち、第１の混信防止グルーブ１５０は、第５の層間絶縁膜１４３内に形成されることが好ましい。第１の混信防止グルーブ１５０は、第５のバリヤ絶縁膜１４１を露出させて、それの底面は下部モールド絶縁層１３５と離隔されている。

第１のダミー開口部１４９、第１の混信防止グルーブ１５０、第３の周辺ホール１４５及び第３のグルーブ１４７を充填する第３の金属膜を半導体基板１００の全面上に形成する。第３の金属膜は、前述した第１の実施形態と同一な物質を含むことができる。第３の金属膜を第３の配線モールド層（すなわち、第５の層間絶縁膜１４３）が露出されるときまで平坦化させて第１のダミー開口部１４９を充填する第１の充填パターン１５１ａ、第３の周辺ホール１４５及び第３の周辺グルーブ１４７を充填する第３の周辺金属配線１５１ｂ及び第１の混信防止グルーブ１５０を充填する第１の混信防止パターン１５１ｃを形成する。第１の混信防止パターン１５１ｃは、下部モールド絶縁層１３５上に離隔される。

図１５を参照すれば、半導体基板１００の全面上に順次に積層された第６のバリヤ絶縁膜１５３と、第６の層間絶縁膜１５５と、第７のバリヤ絶縁膜１５７及び第７の層間絶縁膜１５９と、を含む第４の配線モールド層を形成する。

第４の配線モールド層内に第２のダミー開口部１６５と、第４の周辺ホール１６１と、第４の周辺グルーブ１６３と、コンタクトグルーブ１６２及び第２の混信防止グルーブ１６４と、を形成する。コンタクトグルーブ１６２は、第４の周辺ホール１６１と同時に形成され、第２の混信防止グルーブ１６４は、第４の周辺グルーブ１６３と同時に形成されることが好ましい。すなわち、コンタクトグルーブ１６２は、第７のバリヤ絶縁膜１５７と、第６の層間絶縁膜１５５及び第６のバリヤ絶縁膜１５３と、を連続的に貫通して第１の混信防止パターン１５１ｃを露出させ、第３の混信防止グルーブ１６４は、第７の層間絶縁膜１５９内に形成され、コンタクトグルーブ１６２と連通する。コンタクト及び第２の混信防止グルーブ１６２、１６４は、全てｎ型不純物拡散層１０８の間を経る。

第２のダミー開口部１６５と、コンタクトグルーブ１６２と、第２の混信防止グルーブ１６４と、第４の周辺ホール１６１及び第４の周辺グルーブ１６３と、を充填する第４の金属膜を形成する。第４の金属膜は、前述した第１の実施形態と同一な物質を含むことができる。第４の金属膜を第４の配線モールド層が露出されるときまで平坦化させて第４の周辺ホール１６１及び第４の周辺グルーブ１６３を充填する第４の周辺金属配線１６６ａ、第２のダミー開口部１６５を充填する第２の充填パターン１６６ｂ及びコンタクトグルーブ１６２と第２の混信防止グルーブ１６４を充填する第２の混信防止パターン１６６ｃを形成する。

第１及び第２の混信防止パターン１５１ｃ、１６６ｃは、混信防止バリヤを構成する。混信防止バリヤは、上部モールド絶縁層１６７に形成される充填パターン１５１ａ、１６６ｂの数と同一な数に積層された混信防止パターン１５１ｃ、１６６ｃを含む。この際、最下位層の混信防止パターン１５１ｃは下部モールド絶縁層１３５と離隔されることが好ましい。

混信防止バリヤ及びダミーパターンを有する半導体基板１００の全面上にマスク層１６９を形成し、マスク層１６９をパターニングしてダミーパターンを露出させる開口部１７１を形成する。この際、ｎ型不純物拡散層１０８の間に設けられるパターニングされたマスク層１６９は、混信防止バリヤを覆う。勿論、開口部１７１は、ダミーパターンの幅に比べて広幅を有する。すなわち、ｎ型不純物拡散層１０８の間に設けられたパターニングされたマスク層１６９の幅はｎ型不純物拡散層１０８の間に設けられた上部モールド絶縁層１６７の幅に比べて狭いことが好ましい。

図１６及び図１７を参照すれば、露出されたダミーパターンを選択的に除去して下部モールド絶縁層１３５を露出させる予備空洞領域１７３を形成する。ダミーパターンは、湿式エッチングで除去することが好ましい。パターニングされたマスク層１６９をエッチングマスクとして使用して露出された下部モールド絶縁層１３５を異方性エッチングしてｎ型不純物拡散層１０８上の保護絶縁膜１１０を露出させる空洞領域１７３ａを形成する。この際、開口部１７１に露出されたｎ型不純物拡散層１０８の間に設けられた上部モールド絶縁層１６７の周縁もエッチングされる。勿論、異方性エッチング時、上部モールド絶縁層１６７の下部を残存させることが好ましい。上部モールド絶縁層１６７の残存する部分は、前述した第１の実施形態と同一な機能及び物質を含むことができる。

次いで、空洞領域１７３ａを充填する図１８の透明絶縁膜１７５を形成する。

前述したイメージセンサーの形成方法によれば、空洞領域１７３ａは、ダミーパターンを選択的に除去した後に、異方性エッチングを遂行して形成される。これにより、空洞領域１７３ａの側壁を殆ど垂直に形成できる。これで、フォトダイオードのオープン領域を最大な確保でき、整列マージンを向上させうる。また、異方性エッチング時、ｎ型不純物拡散層１０８の間に設けられた上部モールド絶縁層１６７の周縁も共にエッチングすることによって、空洞領域１７３ａの下部の幅を維持したまま空洞領域１７３ａの上部の幅を拡大させうる。その結果、外部光の入射量を増加させてイメージセンサーの光感度を向上させうる。これに加えて、ｎ型不純物拡散層１０８の間に設けられた上部モールド絶縁層１６７内に混信防止バリヤが形成される。これにより、画素間に入射される光の干渉を防止して画素の信号歪曲を最小化できる。

次に、本発明の実施形態によるイメージセンサーを図１８を参照して説明する。

図１８は、本発明の実施形態によるイメージセンサーを示す断面図である。

図１８を参照すれば、画素領域（ａ）及び周辺領域（ｂ）を有する半導体基板１００に素子分離膜１０２が配置されて画素領域（ａ）に複数の画素活性領域を画定し、周辺領域（ｂ）に周辺活性領域を画定する。少なくとも画素領域（ａ）の半導体基板１００は、第１の導電型の不純物でドーピングされる。

画素活性領域上にゲート絶縁膜１０４及びゲート電極１０６が順次に積層される。ゲート電極１０６の一側の画素活性領域に第２の導電型の不純物でドーピングされた不純物拡散層１０８が配置される。不純物拡散層１０８は、半導体基板１００とｐｎ接合されてフォトダイオードを形成する。

保護絶縁膜１１０が半導体基板１００の全面を覆う。保護絶縁膜１１０上に下部モールド絶縁層１３５及び上部モールド絶縁層１６７が順次に積層される。空洞領域１７３ａが上部及び下部モールド絶縁層１６７、１３５を連続的に貫通する。上部モールド絶縁層１６７に形成された空洞領域１７３ａの幅は、下部モールド絶縁層１３５に形成された空洞領域１７３ａの幅に比べて狭いことが好ましい。

ｎ型不純物拡散層１０８の間に設けられた下部モールド絶縁層１３５内に少なくとも１層の画素金属配線１１９ａ、１３２ａが配置される。画素金属配線１１９ａ、１３２ａは、それぞれ配線鋳型層内に形成される。図面では、第１の画素金属配線１１９ａ及び第２の画素金属配線１３２ａが示されている。第１及び第２の画素金属配線１１９ａ、１３２ａは、それぞれ第１及び第２の配線モールド層内に配置される。第１配線モールド層は、順次に積層された第１のバリヤ絶縁膜１１２及び第１の層間絶縁膜１１４を含み、第２の配線モールド層は、第２のバリヤ絶縁膜１２０と、第２の層間絶縁膜１２２と、第３のバリヤ絶縁膜１２４及び第３の層間絶縁膜１２６と、を含む。周辺領域（ｂ）の第１の配線モールド層内には、第１の周辺金属配線１１９ｂが配置され、周辺領域（ｂ）の第２の配線モールド層内には、第２の周辺金属配線１３２ｂが配置される。

下部モールド絶縁層１３５、画素金属配線１１９ａ、１３２ａ及び周辺金属配線１１９ｂ、１３２ｂは、図３を参照して説明した形態で形成できる。

ｎ型不純物拡散層１０８の間に介在された上部モールド絶縁層１６７内に混信防止バリヤが形成される。混信防止バリヤは、少なくとも１層の混信防止パターン１５１ｃ、１６６ｃを含む。混信防止バリヤは、下部モールド絶縁層１３５から上に離隔されることが好ましい。

混信防止バリヤ上には、パターニングされたマスク層１６９が配置される。マスク層１６９は、上部及び下部モールド絶縁層１６７、１３５についてエッチング選択比を有する物質であるか、或いは上部及び下部モールド絶縁層１６７、１３５についてエッチングマスクとして使用できる十分な厚さに形成されることが好ましい。パターニングされたマスク層１６９は、混信防止バリヤの最上部面と接触できる。

画素金属配線１１９ａ、１３２ａのうち、最上層、例えば第２の画素金属配線１３２ａは、上部モールド絶縁層１６７と接触することが好ましい。この際、上部モールド絶縁層１６７の底面は、第２の画素金属配線１３２ａ内金属元素の拡散を防止できるバリヤ絶縁膜１３７からなる。

周辺領域（ｂ）の上部モールド絶縁層１６７内には、少なくとも１層の周辺画素金属配線１５１ｂ、１６６ａが配置される。上部モールド絶縁層１６７内の画素金属配線１５１ｂ、１６６ａは、混信防止バリヤと同一な物質を含む。

透明絶縁膜１７５は、空洞領域１７３ａを充填する。示さないが、透明絶縁膜１７５にカラーフィルター（図示せず）を配置でき、カラーフィルター上に半球形態の光集束部（図示せず）を配置できる。

前述した構造のイメージセンサーによれば、空洞領域１７３ａの下部の幅がｎ型不純物拡散層１０８に画定されることと共に、空洞領域１７３ａの上部の幅は空洞領域１７３ａの下部に比べて広い。これにより、空洞領域１７３ａに入射される外部光の入射量が増加されてイメージセンサーの光感度が向上する。また、混信防止バリヤによって隣接した画素間に外部光の混合を最小化して画素の信号歪曲を最小化できる。

イメージセンサーの従来形成方法を説明するための断面図である。 イメージセンサーの従来形成方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態によるイメージセンサーの形成方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態によるイメージセンサーの形成方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態によるイメージセンサーの形成方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態によるイメージセンサーの形成方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態によるイメージセンサーの形成方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態によるイメージセンサーの形成方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態によるイメージセンサーの形成方法を説明するための断面図である。 本発明の他の実施形態によるイメージセンサーの形成方法を説明するための断面図である。 本発明の他の実施形態によるイメージセンサーの形成方法を説明するための断面図である。 本発明の他の実施形態によるイメージセンサーの形成方法を説明するための断面図である。 本発明の他の実施形態によるイメージセンサーの形成方法を説明するための断面図である。 本発明のさらに他の実施形態によるイメージセンサーの形成方法を説明するための断面図である。 本発明のさらに他の実施形態によるイメージセンサーの形成方法を説明するための断面図である。 本発明のさらに他の実施形態によるイメージセンサーの形成方法を説明するための断面図である。 本発明のさらに他の実施形態によるイメージセンサーの形成方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態によるイメージセンサーを示す断面図である。

符号の説明

１００：半導体基板
１０８：ｎ型不純物拡散層
１３５：下部モールド絶縁層
１６７：上部モールド絶縁層
１７３：予備空洞領域
１７３ａ：空洞領域
１７５：透明絶縁膜

Claims (23)

1. 複数のフォトダイオードが互いに離隔されて形成された半導体基板上に保護絶縁膜、下部モールド絶縁層及び上部モールド絶縁層を順次に形成する段階；
   前記上部モールド絶縁層内に前記下部モールド絶縁層と接触するダミーパターンを形成する段階；
   前記ダミーパターンを選択的に除去して前記ダミーパターンと接触した前記下部モールド絶縁層を露出させる予備空洞領域を形成する段階；および
   前記露出された下部モールド絶縁層を異方性エッチングして前記フォトダイオード上の前記保護絶縁膜を露出させる空洞領域を形成する段階；
   を含むことを特徴とするイメージセンサーの形成方法。
2. 前記上部モールド絶縁層及び前記ダミーパターンを形成する段階は、
   前記下部モールド絶縁層上に配線モールド層を形成する段階；
   前記配線モールド層内にダミー開口部を形成する段階；および
   前記ダミー開口部を充填する充填パターンを形成する段階；
   を含み、
   前記上部モールド絶縁層は前記配線モールド層を含み、前記ダミーパターンは前記充填パターンを含むこと
   を特徴とする請求項１に記載のイメージセンサーの形成方法。
3. 前記配線モールド層を形成する段階、前記ダミー開口部を形成する段階及び前記充填パターンを形成する段階を複数回反復的に遂行し、
   前記上部モールド絶縁層は、積層された複数の前記配線モールド層を含み、前記ダミーパターンは、積層された複数の前記充填パターンを含み、
   前記積層された充填パターンのうちの最下部に設けられた充填パターンは、前記下部モールド絶縁層と接触し、最上部に設けられた充填パターンは露出されること
   を特徴とする請求項２に記載のイメージセンサーの形成方法。
4. 前記配線モールド層は、順次に積層されたバリヤ絶縁膜及び層間絶縁膜を含み、前記バリヤ絶縁膜は前記層間絶縁膜についてエッチング選択比を有すること
   を特徴とする請求項２に記載のイメージセンサーの形成方法。
5. 前記半導体基板は、前記フォトダイオードが形成される画素領域及び周辺回路が形成される周辺領域を有し、
   前記周辺領域の上部モールド絶縁層内に少なくとも１層の周辺金属配線を形成する段階をさらに含み、前記ダミーパターンと前記少なくとも１層の周辺金属配線は、同一な物質で形成すること
   を特徴とする請求項１に記載のイメージセンサーの形成方法。
6. 前記フォトダイオードの間に設けられた前記上部モールド絶縁層の一部は、前記異方性エッチングによってエッチングされること
   を特徴とする請求項１乃至請求項５のうちのいずれか一つの項に記載のイメージセンサーの形成方法。
7. 前記上部モールド絶縁層上にマスク層を形成する段階；および
   前記マスク層をパターニングして前記ダミーパターンを露出させる開口部を形成する段階；
   をさらに含み、
   前記フォトダイオードの間に設けられた前記上部モールド絶縁層上に配置された前記パターニングされたマスク層の幅は、前記フォトダイオードの間に設けられた前記上部モールド絶縁層の幅に比べて狭く、
   前記パターニングされたマスク層をエッチングマスクとして使用して前記異方性エッチングを遂行して前記下部モールド絶縁層及び前記フォトダイオードの間に設けられた前記上部モールド絶縁層の周縁をエッチングすること
   を特徴とする請求項６に記載のイメージセンサーの形成方法。
8. 前記上部モールド絶縁層内に混信防止バリヤを形成する段階をさらに含み、前記混信防止バリヤは、前記フォトダイオードの間に形成された前記パターニングされたマスク層下に設けられること
   を特徴とする請求項７に記載のイメージセンサーの形成方法。
9. 前記混信防止バリヤは、下部モールド層の上部面から上に離隔されるように形成すること
   を特徴とする請求項８に記載のイメージセンサーの形成方法。
10. 前記混信防止バリヤは、前記ダミーパターンと同一な物質で形成されること
    を特徴とする請求項８に記載のイメージセンサーの形成方法。
11. 前記下部モールド絶縁層内に少なくとも１層の画素金属配線を形成する段階をさらに含み、前記画素金属配線は、前記フォトダイオードの間に設けられた前記下部モールド層内に形成され、
    前記異方性エッチング時、前記画素金属配線上に設けられる前記上部モールド絶縁層の下部が残存されること
    を特徴とする請求項７に記載のイメージセンサーの形成方法。
12. 前記画素金属配線の上部面は、前記残存する上部モールド絶縁層と接触し、前記上部モールド絶縁層の下部面は、前記画素金属配線内金属元素の拡散を防止する絶縁物質で形成されること
    を特徴とする請求項１１に記載のイメージセンサーの形成方法。
13. 前記フォトダイオードの間に設けられた前記上部モールド絶縁層の全面が前記異方性エッチングによってエッチングされること
    を特徴とする請求項６に記載のイメージセンサーの形成方法。
14. 前記下部モールド絶縁層内に少なくとも１層の画素金属配線を形成する段階をさらに含み、前記画素金属配線は、前記フォトダイオードの間に設けられた前記下部モールド絶縁層内に形成され、
    前記異方性エッチング時、前記画素金属配線上に設けられる前記上部モールド絶縁層の下部が残存されること
    を特徴とする請求項１３に記載のイメージセンサーの形成方法。
15. 前記画素金属配線の上部面は、前記残存する上部モールド絶縁層と接触し、前記上部モールド絶縁層の下部面は、前記画素金属配線内金属元素の拡散を防止する絶縁物質で形成されること
    を特徴とする請求項１４に記載のイメージセンサーの形成方法。
16. 前記ダミーパターンは、湿式エッチングで除去すること
    を特徴とする請求項１乃至請求項５のうちのいずれか一つの項に記載のイメージセンサーの形成方法。
17. 前記空洞領域を形成した後に、
    前記半導体基板上に前記空洞領域を充填する透明絶縁層を形成する段階をさらに含むこと
    を特徴とする請求項１乃至請求項５のうちのいずれか一つの項に記載のイメージセンサーの形成方法。
18. 複数のフォトダイオードが互いに離隔されて形成された半導体基板；
    前記半導体基板上に順次に積層された保護絶縁膜、下部モールド絶縁層及び上部モールド絶縁層；
    前記上部及び下部モールド絶縁層を連続的に貫通して前記フォトダイオード上に設けられた前記保護絶縁膜を露出させる空洞領域を充填する透明絶縁膜；および
    前記フォトダイオードの間に設けられた前記上部モールド絶縁層内に形成された混信防止バリヤ；
    を含むことを特徴とするイメージセンサー。
19. 前記上部モールド絶縁層に形成された前記空洞領域の少なくとも一部は、前記下部モールド絶縁層に形成された前記空洞領域の幅に比べて広幅を有すること
    を特徴とする請求項１８に記載のイメージセンサー。
20. 前記半導体基板は、前記フォトダイオードを含む画素領域、及び周辺回路が形成された周辺領域を有し、
    前記周辺領域の前記上部モールド絶縁層内に少なくとも１層の周辺金属配線をさらに含み、前記混信防止バリヤは、前記周辺金属配線と同一な物質を含むこと
    を特徴とする請求項１８に記載のイメージセンサー。
21. 前記フォトダイオードの間に設けられた前記下部モールド絶縁層内に形成された少なくとも１層の画素金属配線をさらに含むこと
    を特徴とする請求項１８乃至請求項２０のうちのいずれか一つの項に記載のイメージセンサー。
22. 前記混信防止バリヤは、前記下部モールド絶縁層上に離隔されて配置され、前記混信防止バリヤ下に設けられた前記上部モールド絶縁層の下部は前記フォトダイオードの間に設けられた前記下部モールド絶縁層の全面を覆うこと
    を特徴とする請求項２１に記載のイメージセンサー。
23. 前記画素金属配線は、前記上部モールド絶縁層と接触し、前記上部モールド絶縁層の下部面は、前記画素金属配線内金属元素の拡散を防止する絶縁物質で形成されたこと
    を特徴とする請求項２１に記載のイメージセンサー。
    
    
    
    

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