KR20090037604A - 수직형 씨모스 이미지 센서 및 그의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이미지 센서에 있어서, 특히 집광효과를 향상시키기 위해 육각형 마이크로렌즈를 구비한 수직형 씨모스 이미지 센서 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 수직형 씨모스 이미지 센서는, 픽셀 어레이 영역이 형성된 실리콘 기판, 상기 실리콘 기판 전면 상에 차례로 형성된 제1 에피층 및 제2 에피층, 상기 실리콘 기판의 픽셀 어레이 영역에 형성된 제1 포토다이오드, 상기 제1, 제2 에피층 각각에 상기 제1 포토다이오드 형성부분과 오버랩되어 형성된 제2 및 제3 포토다이오드, 상기 제3 포토다이오드를 포함하는 제2에피층 전면 상에 형성된 다수의 금속배선을 구비한 층간절연막, 상기 층간절연막 상에 형성된 패시베이션층 및 상기 패시베이션층 상에 형성된 육각형 마이크로렌즈를 포함하여 구성된다.
수직형 씨모스 이미지 센서, 육각형 마이크로 렌즈
Description
본 발명은 이미지 센서에 있어서, 특히 육각형 마이크로 렌즈를 갖는 수직형 씨모스 이미지 센서에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지 센서는 광학 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 장치로서, 상기 전하결합소자(CCD: Charge Coupled Device)는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 캐패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, CMOS 이미지 센서는 제어회로 (control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소(pixel)수 만큼의 포토다이오드와 이에 연결되어 채널을 열고 다는 트랜지스터들을 만들고 상기 트랜지스터들을 이용하여 차례로 적색(Red), 녹색(Green) 및 청색(Blue)의 광학신호를 검출하여 스위칭 방식에 의해 출력하는 소자이다.
상기와 같은 일반적인 CMOS 이미지 센서는, 하나의 단위 픽셀은 평면상으로 형성되는 상기 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 컬러필터를 모두 포함하여 대응되어야하 므로, 그 크기가 커지고, 픽셀 집적도가 저하되는 단점이 있다.
따라서, 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 단위 픽셀당 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 신호를 모두 감지할 수 있도록 적/녹/청색 포토다이오드가 수직적 구조로 형성된 수직형 CMOS 이미지 센서가 개발되고 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 수직형 씨모스 이미지 센서를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래기술에 따른 수직형 씨모스 이미지 센서의 정사각형 마이크로렌즈를 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 수직형 씨모스 이미지 센서는 정사각형의 마이크로렌즈(21)를 구비한다.
그러나, 상기한 종래기술에 따른 수직형 씨모스 이미지 센서의 경우, 마이크로렌즈가 모두 정사각형으로 형성됨에 따라, 고주파 영역에서의 신호를 잘 표현하지 못하는 단점이 있다.
또한, 마이크로렌즈 사이즈의 한계에 따라 픽셀(pixel)이 제한되는 단점이 있다.
본 발명의 목적은 상기한 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 집광효과를 향상시키기 위해 육각형 마이크로렌즈를 구비한 수직형 씨모스 이미지 센서 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 수직형 씨모스 이미지 센서의 일 특징은, 픽셀 어레이 영역이 형성된 실리콘 기판, 상기 실리콘 기판 전면 상에 차례로 형성된 제1 에피층 및 제2 에피층, 상기 실리콘 기판의 픽셀 어레이 영역에 형성된 제1 포토다이오드, 상기 제1, 제2 에피층 각각에 상기 제1 포토다이오드 형성부분과 오버랩되어 형성된 제2 및 제3 포토다이오드, 상기 제3 포토다이오드를 포함하는 제2에피층 전면 상에 형성된 다수의 금속배선을 구비한 층간절연막, 상기 층간절연막 상에 형성된 패시베이션층 및 상기 패시베이션층 상에 형성된 육각형 마이크로렌즈를 포함하여 구성되는 것이다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 수직형 씨모스 이미지 센서 제조 방법의 일 특징은, 픽셀 어레이 영역이 정의된 실리콘 기판상의 상기 픽셀 어레이 영역에 제1 포토다이오드를 형성하는 단계, 상기 제1 포토다이오드를 포함하는 기판 전면 상에 제1 에피층을 형성하고, 상기 제1 에피층 상의 픽셀 어레이 영역에 제2 포토다이오드를 형성하는 단계, 상기 제2 포토다이오드를 포함하는 제1 에피층 전면 상에 제2 에피층을 형성하고, 상기 제2 에피층 상 의 픽셀 어레이 영역에 제3 포토다이오드를 형성하는 단계, 상기 제3 포토다이오드를 포함하는 제2 에피층 전면상에 층간절연막 및 패시베이션막을 순차적으로 형성하는 단계 및 상기 패시베이션막 상에 육각형 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것이다.
보다 바람직하게, 상기 층간절연막에 구비된 다수의 금속배선은 이미지 센서 구동을 위한 금속배선 및 논리회로를 구동하기 위한 금속배선을 포함한다.
보다 바람직하게, 상기 패시베이션막은 산화막이다.
보다 바람직하게, 상기 제1 포토다이오드는 적색(Red) 광을 입사하는 포토다이오드이고, 제2 포토다이오드는 녹색(Green) 광을 흡수하는 포토다이오드이고, 제3 포토다이오드는 청색(Blue) 광을 흡수하는 포토다이오드이다.
보다 바람직하게, 상기 제1 내지 제3의 포토다이오드 각각은 플러그로 연결된다.
보다 바람직하게, 상기 제1 내지 제3 포토다이오드는 서로 오버랩되도록 배치된다.
보다 바람직하게, 상기 층간절연막은 다수의 금속배선과 다수의 층간절연막이 교대로 적층되는 다층금속배선 구조이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 수직형 씨모스 이미지 센서는 원형에 가까운 육각형 마이크로렌즈를 형성함으로써, 기존 사각형 마이크로렌즈에서의 모서리 부분의 이미지 손실을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 수직형 씨모스 이미지 센서의 제조 방법은, 공정의 추가 없이, 마이크로렌즈의 집광효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예의 구성과 그 작용을 설명하며, 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 수직형 씨모스 이미지 센서의 육각형 마이크로렌즈를 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시 예에 따른 수직형 씨모스 이미지 센서는 육각형의 마이크로렌즈(22)를 구비한다.
상기 육각형 마이크로렌즈(22)를 사용하는 경우, 레드필터와 블루필터가 좀더 많은 색을 이용할 수 있으므로 고주파 영역에서의 신호도 더 잘 표현하는 것으로 알려져 있다. 따라서 육각형 마이크로렌즈(22)는 동일한 칩 사이즈(chip size)에서 고밀도의 픽셀(pixel)을 구현할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 수직형 씨모스 이미지 센서의 구조를 도시한 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 픽셀 어레이 영역이 정의된 실리콘 기판(1)상에 상기 픽셀 어레이 영역에 대응되도록 불순물을 주입하여 제1 포토다이오드(2)를 형성한다. 그리고, 상기 제1 포토다이오드(1)를 포함하는 기판 전면 상에 제1 에피층 을 형성하고, 상기 제1 에피층 상의 픽셀 어레이 영역에 불순물을 주입하여 제2 포토다이오드(2)를 형성한다. 그런 다음, 상기 제2 포토다이오드(2)를 포함하는 제1 에피층 전면 상에 제2 에피층을 형성하고, 상기 제2 에피층 상의 픽셀 어레이 영역에 불순물을 주입하여 제3 포토다이오드(3)를 형성한다. 이때, 상기 제1 내지 제3 포토다이오드(2,3,4)는 상기 실리콘 기판(1)상에 형성된 픽셀 어레이 영역과 대응되도록 형성한다.
이때, 상기 제1 포토다이오드(2)는 적색(Red) 광을 입사하는 포토다이오드이고, 상기 제2 포토다이오드(3)는 녹색(Green) 광을 흡수하는 포토다이오드이고, 상기 제3 포토다이오드(4)는 청색(Blue) 광을 흡수하는 포토다이오드이다. 상기 제1 내지 제3 포토다이오드(2,3,4)는 n+ 형으로 도핑되어 형성된 웰(well) 형상으로 이루어지며, 단위 픽셀당 신호를 모두 감지할 수 있도록 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 포토다이오드가 수직적 구조로 되어 있다. 상기 제1 내지 제3의 포토다이오드(2,3,4) 각각은 플러그로 연결된다.
그리고, 상기 제1 에피층 및 상기 제2 에피층은 상기 실리콘 기판(1)과 같은 물질로 이루어지는 것으로서, 실리콘(Silicon)을 에피텍셜(Epitaxial) 성장시켜 형성하는 것이다.
그런 다음, 상기 기판 전면 상부에 층간절연막(8,9)을 형성한다. 상기 층간절연막(8,9)은 다수의 금속배선(5,11)과 다수의 층간절연막(8,9)이 교대로 적층되는 다층금속배선 구조인 것으로서, 상기 층간절연막(8,9)에 구비된 다수의 금속배선(5,11)은 이미지 센서 구동을 위한 금속배선 및 논리회로를 구동하기 위한 금속 배선을 포함한다. 상기 다층금속배선 구조는 하부의 금속배선(5)을 형성한 후, 상기 하부 금속배선(5) 상에 상기 하부 금속배선(5)을 보호하기 위한 질화막(6)을 형성한다. 그리고, 상기 질화막(6) 상에 상기 하부 금속배선(5)과 상부 금속배선(11)을 연결하기 위한 비아홀(10) 및 MIM(Metal Insulator Metal; 7)을 형성한다.
이어서, 상기 다층금속배선 구조 상에 수분이나 외부로부터 물리적인 충격으로부터 소자를 보호하기 위하여 산화막을 도포하여 패시베이션막(passivation layer; 12)을 형성하고, 광 측정을 위한 메탈 패드를 오픈한 후, 어닐링(anealing)을 실시한다.
그리고, 상기 패시베이션막(12) 상에 육각형 마이크로렌즈(13)를 형성한다. 상기 육각형 마이크로렌즈(13)는 기존에 정사각형이던 마이크로렌즈의 형태를 변형한 것으로서, 동일한 칩 사이즈(chip size)에서 고밀도의 픽셀(pixel)을 구현할 수 있는 장점이 있다.
지금까지 본 발명의 구체적인 구현 예를 도면을 참조로 설명하였지만 이것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 평균적 지식을 가진 자가 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것이고 발명의 기술적 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 따라서 본 발명의 기술적 범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의하여 정하여지며, 도면을 참조로 설명한 구현 예는 본 발명의 기술적 사상과 범위 내에서 얼마든지 변형하거나 수정할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 수직형 씨모스 이미지 센서의 정사각형 마이크로렌즈를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 수직형 씨모스 이미지 센서의 육각형 마이크로렌즈를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 수직형 씨모스 이미지 센서의 구조를 도시한 단면도.
Claims (9)
- 픽셀 어레이 영역이 형성된 실리콘 기판;상기 실리콘 기판 전면 상에 차례로 형성된 제1 에피층 및 제2 에피층;상기 실리콘 기판의 픽셀 어레이 영역에 형성된 제1 포토다이오드;상기 제1, 제2 에피층 각각에 상기 제1 포토다이오드 형성부분과 오버랩되어 형성된 제2 및 제3 포토다이오드;상기 제3 포토다이오드를 포함하는 제2에피층 전면 상에 형성된 다수의 금속배선을 구비한 층간절연막;상기 층간절연막 상에 형성된 패시베이션층; 및상기 패시베이션층 상에 형성된 육각형 마이크로렌즈를 포함하여 구성되는 수직형 씨모스 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서,상기 층간절연막에 구비된 다수의 금속배선은 이미지 센서 구동을 위한 금속배선 및 논리회로를 구동하기 위한 금속배선을 포함하는 것을 특징으로 수직형 씨모스 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서,상기 패시베이션막은 산화막인 것을 특징으로 하는 수직형 씨모스 이미지 센 서.
- 제 1 항에 있어서,상기 제1 포토다이오드는 적색(Red) 광을 입사하는 포토다이오드이고, 제2 포토다이오드는 녹색(Green) 광을 흡수하는 포토다이오드이고, 제3 포토다이오드는 청색(Blue) 광을 흡수하는 포토다이오드인 것을 특징으로 하는 수직형 씨모스 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서,상기 제1 내지 제3의 포토다이오드 각각은 플러그로 연결된 것을 특징으로 하는 수직형 씨모스 이미지 센서.
- 픽셀 어레이 영역이 정의된 실리콘 기판상의 상기 픽셀 어레이 영역에 제1 포토다이오드를 형성하는 단계;상기 제1 포토다이오드를 포함하는 기판 전면 상에 제1 에피층을 형성하고, 상기 제1 에피층 상의 픽셀 어레이 영역에 제2 포토다이오드를 형성하는 단계;상기 제2 포토다이오드를 포함하는 제1 에피층 전면 상에 제2 에피층을 형성하고, 상기 제2 에피층 상의 픽셀 어레이 영역에 제3 포토다이오드를 형성하는 단계;상기 제3 포토다이오드를 포함하는 제2 에피층 전면상에 층간절연막 및 패시 베이션막을 순차적으로 형성하는 단계; 및상기 패시베이션막 상에 육각형 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 수직형 씨모스 이미지 센서 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 제1 내지 제3 포토다이오드는 서로 오버랩되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 수직형 씨모스 이미지 센서 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 층간절연막은 다수의 금속배선과 다수의 층간절연막이 교대로 적층되는 다층금속배선 구조인 것을 특징으로 하는 수직형 씨모스 이미지 센서 제조 방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 다수의 금속배선은 이미지 센서 구동을 위한 금속배선 및 논리회로를 구동하기 위한 금속배선을 포함하는 것을 특징으로 수직형 씨모스 이미지 센서 제조 방법.
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- 2007-10-12 KR KR1020070103006A patent/KR20090037604A/ko not_active Application Discontinuation
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |