KR20100001618A - 이미지 센서 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자에 있어서, 특히 이미지 센서 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 반도체기판에 형성된 포토다이오드와, 상기 반도체기판 상에 형성되며, 트랜지스터 영역에 다수 금속배선을 포함하면서 포토다이오드 영역에 입사광의 웨이브 가이드를 위한 이온주입층을 갖는 층간절연막과, 상기 층간절연막의 상면에 형성된 컬러 필터와, 상기 컬러 필터 상에 형성된 평탄화막과, 상기 평탄화막 상에 형성된 마이크로렌즈로 구성되는 것이 특징인 발명이다.
이미지 센서, 굴절률, 웨이브가이드, 층간절연막, 이온주입층
Description
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로서, 특히 이미지 센서 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
이미지 센서는 광학 영상(optical image)를 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자이다.
이미지 센서는 크게 전하 결합 소자(CCD: Charge Coupled Device)와 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서로 분류될 수 있다.
씨모스 이미지 센서는, 주변회로인 제어 회로(Control Circuit) 및 신호 처리 회로(Signal Processing Circuit)를 동시에 집적할 수 있는 CMOS 기술을 이용하여 픽셀수 만큼의 MOS 트랜지스터를 만들고 이를 통해 출력(Output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용한다.
CMOS 이미지 센서는 포토다이오드(Photo Diode) 및 복수의 MOS 트랜지스터로 구성되며, 기본적으로 이미지 센서 칩의 전후로부터 입사되는 빛 즉, 가시광선을 전기적 신호로 변환하여 영상화한다.
최근에는 수평형 구조와 달리 하나의 픽셀에서 다양한 컬러를 구현할 수 있는 수직형 포토다이오드 갖는 수직형 이미지 센서(vertical image sensor)가 널리 사용되고 있다.
도 1은 종래의 일반적인 CMOS 이미지 센서를 나타낸 단면도로써, 그 종래의 이미지 센서는 다음의 공정 순서를 통해 제조된다.
도 1을 참조하면, 먼저 반도체기판(1)에 적어도 하나의 포토다이오드(2)를 형성한다. 이어, 그 포토다이오드(2)를 포함하는 반도체기판(1) 상에 금속배선들(미도시)을 포함하는 다층구조의 층간절연막(3)을 형성한다.
이어 층간절연막(3) 상에 산화물이나 질화물을 증착하여 보호절연막(4)을 형성한다. 그리고, 상기 보호절연막(4) 상에 포토다이오드(2)에 대응되는 적어도 하나의 컬러 필터(미도시)을 형성한 후에 최종적으로 적어도 하나의 마이크로렌즈(7)를 형성한다. 물론, 마이크로렌즈(7) 하부에 평탄화막(미도시)을 더 구비할 수 있다.
상기한 이미지 센서의 제조 공정 중 주요 공정은, 집광을 위한 마이크로렌즈(7)를 형성하는 공정과, R(red)/G(green)/B(blue) 색상의 각 신호를 구분하기 위한 컬러 필터를 형성하는 공정과, 집광된 빛으로부터 생성되는 전자를 모아서 전기적 신호를 발생하는 포토다이오드(2)를 형성하는 공정이다.
한편, 상기한 이미지 센서는 CCD에 비해 두꺼운 층간절연막(3)을 갖는다. 이러한 차이점으로 인해 CMOS 이미지 센서는 픽셀 피치(pixel pitch)가 작아짐에 따라 최적 형태의 마이크로렌즈(7)를 형성하여도 포토다이오드(2)에 초점이 맺히지 않는 문제가 CCD에 비해 더 심각하였다. 이는 마이크로렌즈(7)의 최적 초점 조건에서 집광 가능한 최소 스팟(Spot) 크기는 초점 거리에 비례하며 조리개 구경(Numerical Aperture)과도 관련되기 때문이다. 이미지 센서의 픽셀에서 조리개 구경은 픽셀 피치에 해당하고, 초점 거리는 금속배선을 내부에 포함하는 층간절연막(3)의 두께에 해당한다. 그러므로 초점 스팟을 얻기 위해서는 픽셀의 크기가 작아지고 층간절연막(3)의 두께가 얇아져야 한다.
그러나 기존의 일반적인 CMOS 이미지 센서 구조로는 층간절연막(3)을 최소 필요 두께 이하로 얇게 설계하는 것에는 한계가 있다. 그러므로 픽셀 크기를 더 이상 줄일 수 없는 한계 픽셀 피치가 생기게 된다. 예로써, 대략 1.75㎛ 정도 픽셀 피치가 그 한계로 예측되고 있다. 또한, 도 1에 도시된 종래 구조에서는 포토다이오드로의 집광 효율이 점점 줄어들어 마이크로렌즈만으로 빛을 모아주는 데는 한계가 있었다.
상기한 종래의 한계를 극복하기 위한 방법에는 최상부의 마이크로렌즈 이외에 추가로 층간절연막(3)의 내부에 추가의 무기물로 마이크로렌즈를 더 형성하는 방식이 있다. 그러나 이는 공정이 매우 복잡해지는 단점이 있다.
또다른 극복 방법으로는 도 2에 도시된 바와 같이, 입사 광의 전달경로인 웨이브가이드(wave guide)를 더 형성하는 방식이 있다.
도 2a는 종래 기술에 따른 웨이브가이드를 갖는 이미지 센서를 나타낸 단면도이고, 도 2b 는 도 2a의 이미지 센서에서 광 입사 형상을 나타낸 도면이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 포토다이오드(2) 상부에 픽셀 크기 정도의 트렌 치를 층간절연막(3) 두께 정도의 깊이로 형성한다.
이어, SOG(spin on glass) 또는 굴절계수(굴절률)가 층간절연막(3)보다 큰 물질로 가득 채워 일종의 웨이브가이드(8)를 형성한다.
상기 웨이브가이드(8)가 입사 광을 포토다이오드(2)까지 효율적으로 전달하게 된다.
그러나, 종래 기술에서는 웨이브가이드를 형성하기 위한 식각공정으로 인하여 포토다이오드가 플라즈마 손상을 발생하여 암전류(dark current)를 높이는 문제가 있어서 이미지 센서의 감도 저하의 원인이 되었다. 물론 제조 공정이 매우 복잡하다는 단점도 있었다.
본 발명의 목적은 상기한 점들을 감안하여 안출한 것으로, 포토다이오드로의 집광 효율을 높일 수 있도록 이온주입에 의해 웨이브가이드를 마련해 주는데 적당한 이미지 센서와 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 식각에 의해 형성되는 웨이드가이드를 보다 단순한 공정으로 형성하여 포토다이오드로의 집광 효율도 높이면서도 인접 픽셀 간 간섭 현상도 줄여주는데 적당한 이미지 센서 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이미지 센서 제조 방법의 일 특징은, 반도체기판에 포토다이오드를 형성하는 단계와, 상기 포토다이오드를 포함하는 상기 반도체기판 상에 다수 금속배선을 포함하는 층간절연막을 형성하는 단계와, 상기 층간절연막 상에 상기 포토다이오드로의 웨이브 가이드 형성을 위한 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여, 상기 층간절연막의 형성 물질과 다른 웨이브 가이드 물질을 상기 층간절연막에 적어도 일 회 이상 이온주입하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계와, 상기 이온주입에 의한 상기 웨이브 가이드를 포함하는 상기 층간절연막 상에 절연막을 형성하는 단계와, 상기 절연막 상에 컬러 필터를 형성하는 단계와, 상기 컬러 필터 상에 평탄화막을 형성하는 단계와, 상기 평탄화막 상에 마이크로렌즈를 형성하는 단계로 이루어지는 것이다.
바람직하게, 상기 포토레지스트 패턴의 제거 후에 상기 반도체 기판 전면에 대한 어닐(anneal)을 진행하여 상기 이온주입된 웨이브 가이드 물질을 확산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 이온주입 단계는, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 제1 이온주입 도즈(dose)로 상기 웨이브 가이드 물질을 첫 번째 이온주입하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 제1 이온주입 도즈보다 적은 제2 이온주입 도즈로 상기 웨이브 가이드 물질을 두 번째 이온주입하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 제2 이온주입 도즈보다 적은 제3 이온주입 도즈로 상기 웨이브 가이드 물질을 세 번째 이온주입하는 단계로 이루어진다. 여기서, 제 3 항에 있어서, 상기 제1 이온주입 도즈는 상기 웨이브 가이드 물질이 상기 포토다이오드 상부 영역까지 이온주입될 정도의 량일 수 있다. 또한, 상기 제2 이온주입 도즈는 상기 제1 이온주입 도즈의 2/3 정도의 량이고, 상기 제3 이온주입 도즈는 상기 제2 이온주입 도즈의 2/3 정도의 량일 수 있다.
바람직하게, 제 1 항에 있어서, 상기 포토레지스트 패턴 형성 단계는, 상기 층간절연막의 오픈 폭이 상기 포토다이오드의 형성 폭에 비해 20 내지 40% 정도가 되도록 상기 포토레지스트 패턴을 형성할 수 있다.
바람직하게, 상기 층간절연막의 형성 물질보다 큰 원소의 물질을 상기 웨이브 가이드 물질로 사용할 수 있다.
바람직하게, 상기 웨이브 가이드 물질로써 비소(As)를 이온주입할 수 있다.
바람직하게, 상기 층간절연막보다 굴절률이 큰 물질을 상기 웨이브 가이드 물질로 사용할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이미지 센서의 일 특징은, 반도체기판에 형성된 포토다이오드와, 상기 반도체기판 상에 형성되며, 트랜지스터 영역에 다수 금속배선을 포함하면서 포토다이오드 영역에 입사광의 웨이브 가이드를 위한 이온주입층을 갖는 층간절연막와, 상기 층간절연막의 상면에 형성된 컬러 필터와, 상기 컬러 필터 상에 형성된 평탄화막과, 상기 평탄화막 상에 형성된 마이크로렌즈로 구성되는 것이다.
바람직하게, 상기 이온주입층은 상기 층간절연막의 형성 물질과 다른 물질일 수 있다. 여기서, 상기 이온주입층은 상기 층간절연막의 형성 물질보다 큰 원소의 물질을 이온주입하여 형성될 수 있다.
바람직하게, 상기 이온주입층은 상기 층간절연막보다 큰 굴절률을 가질 수 있다.
바람직하게, 상기 이온주입층은 비소(As)를 이온주입하여 형성될 수 있다.
바람직하게, 상기 이온주입층은 상기 층간절연막의 형성 물질보다 큰 원소의 물질을 상기 층간절연막에 적어도 일 회 이상 이온주입하여 형성되는 다층 구조일 수 있다. 여기서, 상기 다층 구조의 상기 이온주입층은 형성 깊이에 따라 이온주입 농도가 다른 다수 층을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 이온주입을 통한 간단한 공정을 통해 입사 광의 전달경로인 웨이브가이드를 형성하는 이점이 있으며, 웨이브가이드를 형성하기 위한 식각공 정이 요구되지 않고 이온주입으로 웨이브가이드를 형성하기 때문에 포토다이오드가 플라즈마 손상을 발생하여 암전류(dark current)를 높이는 문제가 전혀 발생하지 않는다.
또한 이온주입의 간단한 공정을 통해 웨이드가이드를 형성하여 포토다이오드로의 집광 효율도 높이면서도 인접 픽셀 간 간섭 현상도 줄여주는 효과를 발휘한다.
결국, 이미지 센서의 전체 광 감도를 효율적으로 개선한다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
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.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 이미지 센서 및 그 제조 방법의 바람직한 실시 예를 자세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서를 나타낸 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 이미지 센서는 CMOS 이미지 센서로써, 입사 광의 전달경로인 웨이브가이드(wave guide)를 갖는 이미지 센서이다.
상세하면, 본 발명의 이미지 센서는 포토다이오드(20)와, 이온주입층(50a)을 갖는 다층구조의 층간절연막(30)과, 컬러필터(60)와, 평탄화막(70)과, 마지막으로 마이크로렌즈(80)로 구성된다.
포토다이오드(20)는 반도체기판에 형성된다.
층간절연막(30)은 포토다이오드(20)를 포함하는 반도체기판(1O) 상에 다층구조로 형성되며, 트랜지스터 영역에는 다수 금속배선(미도시)를 포함한다. 또한 층간절연막(30)의 포토다이오드 영역에는 입사 광의 웨이브 가이드를 위한 이온주입층(50a)이 구비된다.
상기 포토다이오드 영역에는 마이크로렌즈(80)부터 포토다이오드(20)까지 입사된 광이 전달되는 경로 상에 상호 대응되어, 이온주입층(50a)과 그 상부에 컬러필터(60)가 구비된다.
이온주입층(50a)을 갖는 층간절연막(30) 상면에는 컬러 필터(60)가 형성되며, 그 컬러 필터(60) 상에는 평탄화막(70)이 형성된다. 그리고 마지막으로 평탄화막(70) 상에는 컬러 필터(60)에 대응하여 마이크로렌즈(80)가 형성된다.
특히, 본 발명에서 이온주입층(50a)은 층간절연막(30)의 형성 물질과 다른 물질로 형성된다.
본 발명에서 이온주입층(50a)은 층간절연막(30) 보다 큰 굴절률을 가지며, 그를 위해, 층간절연막(30)의 형성 물질보다 큰 원소의 물질을 이온주입하여 형성된다. 일 예로써, 층간절연막(30)이 SixOy (x와 y는 자연수)로 형성됨에 따라, 이온주입층(50a)을 형성하기 위해 산소(O) 원소보다 큰 비소(As)를 이온주입한다.
한편, 도 3에 도시된 이온주입층(50a)은 비소의 이온주입 후에 반도체 기판 의 전면에 대한 어닐(anneal)을 진행하여 확산된다.
다음은 상기한 도 3의 이미지 센서의 제조 절차를 설명한다.
도 4a 내지 4d는 도 3의 이미지 센서의 제조 절차를 나타낸 공정 단면도이다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 포토다이오드(20)를 반도체 기판 상에 형성하며, 그 포토다이오드(20)를 포함하는 반도체 기판 상에 다수 금속배선(미도시)을 포함하는 층간절연막(30)을 형성한다. 이후에 층간절연막(30) 상에 포토레지스트(40)를 형성한다.
이어, 도 4b에 도시된 바와 같이, 층간절연막(30) 상에는 상기 포토다이오드(20)로의 웨이브 가이드를 위한 이온주입에 사용될 포토레지스트 패턴(40a)이 형성되며, 그 포토레지스트 패턴(40a)을 이용하여 웨이브 가이드를 위한 이온주입을 진행한다. 여기서, 이온주입에는 층간절연막(30)의 형성 물질과 다른 물질을 사용한다.
이온주입에 사용될 웨이브가이브 물질의 예로써, 층간절연막(30)이 SixOy (x와 y는 자연수)로 형성되는 경우라면, 층간절연막(30)의 산소(O) 원소보다 큰 비소(As)를 이온주입에 사용한다.
도 4c에 도시된 바와 같이, 이온주입에 의해 층간절연막(30) 내에 웨이브 가이드 물질(50)이 주입된 후에는 이온주입에 사용된 포토레지스트 패턴(40a)을 제거한다.
도 4d에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴의 제거 후에 반도체 기판 전 면에 대한 어닐(anneal)을 진행한다. 그에 따라, 이온주입된 웨이브 가이드 물질(50)이 확산되어 이온주입층(50a)을 형성한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 이미지 센서를 나타낸 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 이미지 센서는 CMOS 이미지 센서로써, 입사 광의 전달경로인 웨이브가이드(wave guide)를 갖는 이미지 센서이다.
상세하면, 본 발명의 이미지 센서는 포토다이오드(200)와, 다층구조의 이온주입층(500~520)을 갖는 층간절연막(300)과, 컬러필터(600)와, 평탄화막(700)과, 마지막으로 마이크로렌즈(800)로 구성된다.
포토다이오드(200)는 반도체기판에 형성된다.
층간절연막(300)은 포토다이오드(200)를 포함하는 반도체기판(10O) 상에 다층구조로 형성되며, 트랜지스터 영역에는 다수 금속배선(미도시)를 포함한다. 또한 층간절연막(300)의 포토다이오드 영역에는 입사 광의 웨이브 가이드를 위한 다층 구조의 이온주입층(500~520)이 구비된다.
상기 포토다이오드 영역에는 마이크로렌즈(800)부터 포토다이오드(200)까지 입사된 광이 전달되는 경로 상에 상호 대응되어, 이온주입층(500~520)과 그 상부에 컬러필터(600)가 구비된다.
이온주입층(500~520)을 갖는 층간절연막(300) 상면에는 컬러 필터(600)가 형성되며, 그 컬러 필터(600) 상에는 평탄화막(700)이 형성된다. 그리고 마지막으로 평탄화막(700) 상에는 컬러 필터(600)에 대응하여 마이크로렌즈(800)가 형성된다.
특히, 본 발명에서 다층 구조의 이온주입층(500~520)은 층간절연막(300)의 형성 물질과 다른 물질로 형성된다.
본 발명에서 이온주입층(500~520)은 층간절연막(300) 보다 큰 굴절률을 가지며, 그를 위해, 층간절연막(300)의 형성 물질보다 큰 원소의 물질을 적어도 여러 회수 이온주입하여 형성된다. 일 예로써, 층간절연막(300)이 SixOy (x와 y는 자연수)로 형성됨에 따라, 이온주입층(500~520)을 형성하기 위해 산소(O) 원소보다 큰 비소(As)를 다수 번 이온주입한다.
한편, 도 5에 도시된 이온주입층(500~520)은 층간절연막(300)에 3회 이상 이온주입하여 형성된다. 그에 따라, 다층 구조의 이온주입층(500~520)은 형성 깊이에 따라 이온주입 농도가 다른 다수 층을 포함하여 구성된다. 그 다수 층은 첫 번째 이온을 주입하는 제1 이온주입 시 형성되는 제1 이온주입층(500)과, 두 번째 이온을 주입하는 제2 이온주입 시 형성되는 제2 이온주입층(510)과, 세 번째 이온을 주입하는 제3 이온주입시 형성되는 제3 이온주입층(520)을 포함하여 구성된다. 도 7은 도 5의 이미지 센서에 적용된 이온주입층(500~520)의 깊이에 따른 비소 농도 변화를 나타낸 그래프이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 비소 농도는 층간절연막(300)의 중간 깊이에서 가장 높으며, 도 7에 도시된 그래프에 근거하여 이온주입층(500~520)의 깊이에 따른 굴절률은 "n3 < n1 < n2" 일 수 있다. n3는 포토다이오드(200)에 근접한 가장 깊은 위치에서의 굴절률, n2는 중간 깊이에서의 굴절률, n1은 가장 얕은 깊이에서의 굴절률이다.
별도의 예로써, 다층 구조의 이온주입층(500~520)의 형성 이후에 반도체 기판의 전면에 대한 어닐(anneal)을 진행하여 이온주입층(500~520)을 확산시킬 수도 있다.
다음은 상기한 도 5의 이미지 센서의 제조 절차를 설명한다.
도 6a 내지 6d는 도 5의 이미지 센서의 제조 절차를 나타낸 공정 단면도이다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 포토다이오드(200)를 반도체 기판 상에 형성하며, 그 포토다이오드(200)를 포함하는 반도체 기판 상에 다수 금속배선(미도시)을 포함하는 층간절연막(300)을 형성한다. 이후에 층간절연막(300) 상에 포토레지스트(400)를 형성한다.
이어, 도 6b에 도시된 바와 같이, 층간절연막(300) 상에는 상기 포토다이오드(200)로의 웨이브 가이드를 위한 이온주입에 사용될 포토레지스트 패턴(400a)이 형성되며, 그 포토레지스트 패턴(400a)을 이용하여 웨이브 가이드를 위한 첫 번째 이온주입(1st implant)을 진행한다.
이어, 도 6c에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(400a)을 이용하여 웨이브 가이드를 위한 두 번째 이온주입(2nd implant)을 진행한다.
이어, 도 6d에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(400a)을 이용하여 웨이브 가이드를 위한 세 번째 이온주입(3rd implant)을 진행한다.
상기한 세 번에 걸친 이온주입으로 이온주입층(500~520)을 형성한다.
첫 번째 이온주입(1st implant)에서는 포토레지스트 패턴(400a)을 이용하여 제1 이온주입 도즈(dose)로 웨이브 가이드 물질을 이온주입한다. 여기서 제1 이온주입 도즈는 웨이브 가이드 물질이 포토다이오드(200) 상부 영역까지 이온주입될 정도의 량을 사용한다.
두 번째 이온주입(2nd implant)에서는 포토레지스트 패턴(400a)을 이용하여 제1 이온주입 도즈보다 적은 제2 이온주입 도즈로 웨이브 가이드 물질을 이온주입한다. 일 예로, 상기 제2 이온주입 도즈는 제1 이온주입 도즈의 2/3 정도의 량이다.
세 번째 이온주입(3rd implant)에서는 포토레지스트 패턴(400a)을 이용하여 제2 이온주입 도즈보다 적은 제3 이온주입 도즈로 웨이브 가이드 물질을 이온주입한다. 일 예로, 상기 제3 이온주입 도즈는 제2 이온주입 도즈의 2/3 정도의 량이다.
한편, 상기 이온주입에 이용되는 포토레지스트 패턴(400a)은 층간절연막(300)의 오픈 폭(= 층간절연막이 노출되는 영역의 폭)이 포토다이오드(200)의 형성 폭에 비해 20 내지 40% 정도가 되도록 형성한다.
도시되지는 않았지만, 상기한 다수 번의 이온주입 후에는 이온주입에 사용된 포토레지스트 패턴(400a)을 제거한다.
상기에서 모든 이온주입에는 층간절연막(300)의 형성 물질과 다른 웨이브 가이드 물질을 사용한다.
첫 번째 내지 세 번째 이온주입에 사용될 웨이브가이브 물질의 예로써, 층간절연막(300)이 SixOy (x와 y는 자연수)로 형성되는 경우라면, 층간절연막(300)의 산소(O) 원소보다 큰 비소(As)를 이온주입에 사용한다.
결국, 층간절연막(300)에 비해 굴절률 보다 큰 굴절률을 갖는 이온주입 층(500~520)이 웨이브 가이드로써 작용하여 입사 광을 포토다이오드(200)까지 효율적으로 전달한다.
지금까지 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위 내에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다.
그러므로 여기서 설명한 본 발명의 실시 예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 종래의 일반적인 CMOS 이미지 센서를 나타낸 단면도.
도 2a는 종래 기술에 따른 웨이브가이드를 갖는 이미지 센서를 나타낸 단면도이고, 도 2b 는 도 2a의 이미지 센서에서 광 입사 형상을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서를 나타낸 단면도.
도 4a 내지 4d는 도 3의 이미지 센서의 제조 절차를 나타낸 공정 단면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 이미지 센서를 나타낸 단면도.
도 6a 내지 6d는 도 5의 이미지 센서의 제조 절차를 나타낸 공정 단면도.
도 7은 도 5의 이미지 센서에 적용된 이온주입층의 깊이에 따른 농도 변화를 나타낸 그래프.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 반도체기판 20 : 포토다이오드
30 : 층간절연막 40 : 웨이브가이드 절연막
50 : 컬러 필터 60 : 평탄화막
70 : 마이크로렌즈 80 : 웨이브가이드 트렌치
90 : 평면굴절막
Claims (16)
- 반도체기판에 포토다이오드를 형성하는 단계;상기 포토다이오드를 포함하는 상기 반도체기판 상에 다수 금속배선을 포함하는 층간절연막을 형성하는 단계;상기 층간절연막 상에 상기 포토다이오드로의 웨이브 가이드 형성을 위한 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;상기 포토레지스트 패턴을 이용하여, 상기 층간절연막의 형성 물질과 다른 웨이브 가이드 물질을 상기 층간절연막에 적어도 일 회 이상 이온주입하는 단계;상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계;상기 이온주입에 의한 상기 웨이브 가이드를 포함하는 상기 층간절연막 상에 컬러 필터를 형성하는 단계;상기 컬러 필터 상에 평탄화막을 형성하는 단계; 그리고상기 평탄화막 상에 마이크로렌즈를 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 포토레지스트 패턴의 제거 후에 상기 반도체 기판 전면에 대한 어닐(anneal)을 진행하여 상기 이온주입된 웨이브 가이드 물질을 확산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 이온주입 단계는,상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 제1 이온주입 도즈(dose)로 상기 웨이브 가이드 물질을 첫 번째 이온주입하는 단계와,상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 제1 이온주입 도즈보다 적은 제2 이온주입 도즈로 상기 웨이브 가이드 물질을 두 번째 이온주입하는 단계와,상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 제2 이온주입 도즈보다 적은 제3 이온주입 도즈로 상기 웨이브 가이드 물질을 세 번째 이온주입하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조 방법.
- 제 3 항에 있어서, 상기 제1 이온주입 도즈는 상기 웨이브 가이드 물질이 상기 포토다이오드 상부 영역까지 이온주입될 정도의 량인 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조 방법.
- 제 3 항에 있어서, 상기 제2 이온주입 도즈는 상기 제1 이온주입 도즈의 2/3 정도의 량이고, 상기 제3 이온주입 도즈는 상기 제2 이온주입 도즈의 2/3 정도의 량인 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 포토레지스트 패턴 형성 단계는,상기 층간절연막의 오픈 폭이 상기 포토다이오드의 형성 폭에 비해 20 내지 40% 정도가 되도록 상기 포토레지스트 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 층간절연막의 형성 물질보다 큰 원소의 물질을 상기 웨이브 가이드 물질로 사용하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 웨이브 가이드 물질로써 비소(As)를 이온주입하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 층간절연막보다 굴절률이 큰 물질을 상기 웨이브 가이드 물질로 사용하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조 방법.
- 반도체기판에 형성된 포토다이오드;상기 반도체기판 상에 형성되며, 트랜지스터 영역에 다수 금속배선을 포함하면서 포토다이오드 영역에 입사광의 웨이브 가이드를 위한 이온주입층을 갖는 층간절연막;상기 층간절연막의 상면에 형성된 컬러 필터;상기 컬러 필터 상에 형성된 평탄화막; 그리고상기 평탄화막 상에 형성된 마이크로렌즈로 구성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 10 항에 있어서, 상기 이온주입층은 상기 층간절연막의 형성 물질과 다른 물질인 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 11 항에 있어서, 상기 이온주입층은 상기 층간절연막의 형성 물질보다 큰 원소의 물질을 이온주입하여 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 이온주입층은 상기 층간절연막보다 큰 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 10 항에 있어서, 상기 이온주입층은 비소(As)를 이온주입하여 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 10 항에 있어서, 상기 이온주입층은 상기 층간절연막의 형성 물질보다 큰 원소의 물질을 상기 층간절연막에 적어도 일 회 이상 이온주입하여 형성되는 다층 구조인 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 15 항에 있어서, 상기 다층 구조의 상기 이온주입층은 형성 깊이에 따라 이온주입 농도가 다른 다수 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
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