[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

KR20140141823A - Image sensor having isolation structure and method for fabricating the same - Google Patents

Image sensor having isolation structure and method for fabricating the same Download PDF

Info

Publication number
KR20140141823A
KR20140141823A KR20130062478A KR20130062478A KR20140141823A KR 20140141823 A KR20140141823 A KR 20140141823A KR 20130062478 A KR20130062478 A KR 20130062478A KR 20130062478 A KR20130062478 A KR 20130062478A KR 20140141823 A KR20140141823 A KR 20140141823A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substrate
region
photoelectric conversion
impurity
device isolation
Prior art date
Application number
KR20130062478A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102088850B1 (en
Inventor
최충석
문장원
노경욱
김종채
Original Assignee
에스케이하이닉스 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에스케이하이닉스 주식회사 filed Critical 에스케이하이닉스 주식회사
Priority to KR1020130062478A priority Critical patent/KR102088850B1/en
Priority to US14/010,960 priority patent/US9287309B2/en
Priority to TW102140083A priority patent/TWI598993B/en
Priority to CN201310737755.5A priority patent/CN104217987B/en
Publication of KR20140141823A publication Critical patent/KR20140141823A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102088850B1 publication Critical patent/KR102088850B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/1463Pixel isolation structures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14683Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

The present invention relates to an image sensor having an element isolation structure and a method of fabricating the same for preventing crosstalk. Provided is the image sensor including: an element isolation structure including a first isolation structure including an insulation layer filling a gap of a trench formed in a substrate and a second isolation structure including a first impurity region formed in the substrate and a second impurity region formed along an edge of the first impurity region, in which the second impurity region has an impurity doping concentration greater than that of the first impurity region; and an optical conversion region formed on the substrate to correspond to the plurality of pixels isolated by the element isolation structure.

Description

소자분리구조물을 구비한 이미지 센서 및 그 제조방법{IMAGE SENSOR HAVING ISOLATION STRUCTURE AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to an image sensor having an element isolation structure,

본 발명은 반도체 장치 제조 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 소자분리구조물을 구비한 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device manufacturing technology, and more particularly, to an image sensor having a device isolation structure and a method of manufacturing the same.

이미지 센서는 광학 영상(Optical image)을 전기신호로 변환하는 반도체 장치이다. 이미지 센서는 CCD타입(Charge coupled device type) 및 CMOS타입(Complementary metal oxide semiconductor type)으로 분류될 수 있다. CMOS타입의 이미지 센서는 통상 'CIS(CMOS image sensor)'라고 약칭된다. CIS는 2차원적으로 배열된 복수개의 픽셀(Pixel)들을 구비하고, 각각의 픽셀들은 소자분리구조물에 의해 분리된다. 소자분리구조물로 분리된 각각의 픽셀들은 포토다이오드(photodiode, PD)를 포함한다. 포토다이오드는 입사되는 광을 전기 신호로 변환해주는 역할을 한다. An image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal. The image sensor may be classified into a CCD (charge coupled device) type and a CMOS type (complementary metal oxide semiconductor type). CMOS image sensors are generally referred to as 'CIS (CMOS image sensor)'. The CIS has a plurality of pixels arranged two-dimensionally, and each pixel is separated by a device isolation structure. Each of the pixels separated by the element isolation structure includes a photodiode (PD). The photodiode serves to convert incident light into an electrical signal.

최근, 반도체 장치 제조 기술이 발전함에 따라 이미지 센서의 고집적화가 가속화되고 있다. 이러한 고집적화에 의해 픽셀들 각각의 크기 및 픽셀들 사이의 간격이 점점 작아짐에 따라 픽셀간의 크로스토크(cross talk)에 의해 특성이 열화되는 문제점이 있다.
2. Description of the Related Art In recent years, with the development of semiconductor device manufacturing technology, high integration of image sensors has been accelerated. As the size of each of the pixels and the interval between the pixels become smaller due to such high integration, there is a problem that the characteristics are deteriorated by the cross talk between the pixels.

본 발명의 실시예는 크로스토크를 방지할 수 있는 소자분리구조물을 구비한 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공한다.
An embodiment of the present invention provides an image sensor having an element isolation structure capable of preventing crosstalk and a method of manufacturing the same.

본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는 기판에 형성된 트렌치를 갭필하는 절연막을 포함한 제1소자분리 및 상기 기판에 형성된 제1불순물영역과 상기 제1불순물영역 가장자리를 따라 형성되어 상기 제1불순물영역보다 큰 불순물 도핑농도를 갖는 제2불순물영역을 포함한 제2소자분리가 적층된 소자분리구조물; 및 상기 소자분리구조물에 의해 분리된 복수의 픽셀들에 대응하여 상기 기판에 형성된 광전변환영역을 포함할 수 있다. An image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention includes a first element isolation region including an insulating film that fills a trench formed in a substrate, a first impurity region formed on the substrate, and a second impurity region formed along the edge of the first impurity region, A device isolation structure in which a second device isolation structure including a second impurity region having a large impurity doping concentration is stacked; And a photoelectric conversion region formed on the substrate corresponding to the plurality of pixels separated by the device isolation structure.

본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서 제조방법은 복수의 픽셀들에 대응하는 기판에 광전변환영역을 형성하는 단계; 상기 광전변환영역 사이의 기판에 트렌치를 형성하는 단계; 상기 트렌치 아래 기판에 상기 기판보다 낮은 용융온도를 갖는 비정질영역을 형성하는 단계; 상기 비정질영역에 불순물을 이온주입하는 단계; 및 상기 비정질영역을 용융시켜 주입된 불순물을 활성화시킴과 동시에 재결정화시키는 어닐을 진행하는 단계를 포함할 수 있다.
A method of manufacturing an image sensor according to an embodiment of the present invention includes: forming a photoelectric conversion region on a substrate corresponding to a plurality of pixels; Forming a trench in a substrate between the photoelectric conversion regions; Forming an amorphous region in the substrate below the trench, the amorphous region having a lower melting temperature than the substrate; Implanting impurities into the amorphous region; And melting the amorphous region to activate the implanted impurities and annealing to recrystallize the impurities.

상술한 과제의 해결 수단을 바탕으로 하는 본 기술은 제1소자분리와 제2소자분리가 적층된 소자분리구조물을 제공함으로써, 인접한 픽셀들 사이의 물리적 크로스토크 및 전기적 크로스토크를 효과적으로 방지할 수 있다. The present technology based on the solution of the above-mentioned problems can effectively prevent physical crosstalk and electrical crosstalk between adjacent pixels by providing a device isolation structure in which the first device isolation and the second device isolation are laminated .

또한, 제2소자분리는 제1불순물영역을 감싸는 제2불순물영역의 불순물 도핑농도가 더 크기 때문에 전기적 크로스토크를 보다 효과적으로 방지할 수 있다. Further, in the second element isolation, the impurity doping concentration of the second impurity region surrounding the first impurity region is larger, so that the electrical crosstalk can be more effectively prevented.

또한, 비정질영역을 선택적으로 용융시키는 어닐공정을 통해 주입된 불순물의 확산에 기인한 특성 열화를 방지함과 동시에 기형성된 구조물에 가해지는 열적 부담을 경감시킬 수 있다.In addition, the annealing process for selectively melting the amorphous region can prevent characteristic deterioration due to the diffusion of the implanted impurities and reduce the thermal burden imposed on the preformed structure.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 등가회로도.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 평면도.
도 3a는 본 발명의 제1실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 단면도.
도 3b는 본 발명의 제1실시예에 따른 이미지 센서의 변형예를 도시한 단면도.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 제1실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법을 도시한 공정단면도.
도 5a는 본 발명의 제2실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 단면도.
도 5b는 본 발명의 제2실시예에 따른 이미지 센서의 변형예를 도시한 단면도.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 제2실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법을 도시한 공정단면도.
도 7a는 본 발명의 제3실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 단면도.
도 7b는 본 발명의 제3실시예에 따른 이미지 센서의 변형예를 도시한 단면도.
도 8a 내지 도 8g는 본 발명의 제3실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법을 도시한 공정단면도.
도 9는 선택적 용융을 포함한 레이져어닐을 통해 형성된 불순물영역의 불순물 도핑농도를 나타낸 그래프.
도 10은 레이져 조사 에너지에 따라 서로 다른 결정구조를 갖는 실리콘의 용융 여부를 나타낸 그래프.
도 11은 레이져어닐에 따른 격자이동을 나타낸 이미지.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 구성을 나타낸 블럭도.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서를 포함하는 시스템을 나타낸 블럭도.
1 is an equivalent circuit diagram of an image sensor according to an embodiment of the present invention.
2 is a plan view of an image sensor according to embodiments of the present invention;
FIG. 3A is a sectional view showing an image sensor according to a first embodiment of the present invention; FIG.
3B is a cross-sectional view showing a modified example of the image sensor according to the first embodiment of the present invention.
4A to 4E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an image sensor according to a first embodiment of the present invention.
5A is a sectional view showing an image sensor according to a second embodiment of the present invention.
5B is a cross-sectional view showing a modified example of the image sensor according to the second embodiment of the present invention.
6A to 6E are process sectional views showing a method of manufacturing an image sensor according to a second embodiment of the present invention.
7A is a sectional view showing an image sensor according to a third embodiment of the present invention;
7B is a cross-sectional view showing a modification of the image sensor according to the third embodiment of the present invention.
8A to 8G are process sectional views showing a method of manufacturing an image sensor according to a third embodiment of the present invention.
9 is a graph showing impurity doping concentration of an impurity region formed through laser annealing including selective melting.
10 is a graph showing the melting of silicon having different crystal structures depending on laser irradiation energy.
11 is an image showing lattice movement according to laser annealing.
12 is a block diagram showing the configuration of an image sensor according to an embodiment of the present invention;
13 is a block diagram illustrating a system including an image sensor in accordance with an embodiment of the present invention.

이하 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, in order to facilitate a person skilled in the art to easily carry out the technical idea of the present invention.

후술할 본 발명의 실시예들에서는 복수의 픽셀(Pixel)들을 구비한 이미지 센서에서 인접한 픽셀들 사이의 크로스토크(cross talk)를 방지할 수 있는 소자분리구조물을 구비한 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공한다. 이를 위해, 본 발명의 실시예들은 각각의 픽셀들에 대응하는 기판과 서로 다른 굴절률을 갖는 소자분리구조물을 제공한다. 구체적으로, 본 발명의 실시예들은 각각의 픽셀들에 대응하는 기판보다 작은 굴절률을 갖는 소자분리구조물을 제공한다. 보다 구체적으로, 본 발명의 실시예들은 기판에 형성된 트렌치를 갭필하고 기판보다 작은 굴절률을 갖는 절연막을 포함한 제1소자분리와 전하(carrier)의 이동을 차단하는 전위장벽(potential barrier)으로 작용함과 동시에 기판보다 작은 굴절률을 갖는 불순물영역을 포함한 제2소자분리가 적층된 구조를 갖는 소자분리구조물 및 이를 구비한 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공한다. 여기서, 기판보다 작은 굴절률을 갖는 불순물영역은 기판보다 작은 굴절률을 갖도록 유도하는 불순물이 기판에 도핑된 또는 기판과 합금된(alloy) 것일 수 있다. 참고로, 불순물영역이 기판보다 작은 굴절률을 갖도록 형성하는 것은 전반사를 유도하기 위함이다. 그리고, '도핑' 또는 '합금'은 기판에 주입된 불순물이 기판을 구성하는 물질과 본딩(Bonding)을 형성한 것을 의미한다. In the embodiments of the present invention described below, an image sensor having an element isolation structure capable of preventing cross talk between adjacent pixels in an image sensor having a plurality of pixels, and a method of manufacturing the same to provide. To this end, embodiments of the present invention provide a device isolation structure having different indices of refraction from the substrate corresponding to each of the pixels. In particular, embodiments of the present invention provide an element isolation structure having a refractive index that is smaller than the substrate corresponding to each pixel. More specifically, embodiments of the present invention act as a potential barrier to isolate a first device including an insulating film having a smaller refractive index than the substrate and to block the movement of a carrier, An element isolation structure having a structure in which a second element isolation layer including an impurity region having a refractive index smaller than that of the substrate is laminated, an image sensor having the element isolation structure, and a method of manufacturing the element isolation structure. Here, the impurity region having a refractive index smaller than that of the substrate may be doped to the substrate or alloyed with the substrate to induce the substrate to have a refractive index smaller than that of the substrate. For reference, forming the impurity region so as to have a smaller refractive index than the substrate is for inducing total reflection. In addition, 'doping' or 'alloy' means that the impurity implanted into the substrate forms a bond with a material constituting the substrate.

한편, 이미지 센서는 CCD타입(Charge coupled device type) 및 CMOS타입(Complementary metal oxide semiconductor type)을 분류할 수 있으며, CMOS타입의 이미지 센서는 전면조사방식(Front-Side Illumination, FSI) 및 후면조사방식(Back-Side Illumination, BSI)로 분류할 수 있다. 이하의 설명에서는 후면조사방식의 이미지 센서를 예시하여 본 발명의 기술사상을 구체적으로 설명하기로 한다.
Meanwhile, the image sensor can classify a CCD type (charge coupled device type) and a CMOS type (complementary metal oxide semiconductor type), and a CMOS type image sensor can be classified into a front-side illumination (FSI) (Back-Side Illumination, BSI). In the following description, the technical idea of the present invention will be described in detail by exemplifying an image sensor of the back irradiation type.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 등가회로도이다. 1 is an equivalent circuit diagram of an image sensor according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀들 각각은 광전변환영역(PD), 트랜스퍼 트랜지스터(Tx), 선택 트랜지스터(Sx), 리셋 트랜지스터(Rx), 및 억세스 트랜지스터(Ax)를 포함할 수 있다. 광전변환영역(PD)은 수직적으로 중첩되는 복수개의 광전변환부들을 포함할 수 있다. 광전변환부들 각각은 N형 불순물영역과 P형 불순물영역을 포함하는 포토다이오드일 수 있다. 트랜스퍼 트랜지스터(Tx, transfer transistor)의 트랜스퍼 게이트는 기판 내부로 연장될 수 있다. 즉, 트랜스퍼 게이트는 리세스게이트(Recess Gate), 세들핀게이트(Saddle-Fin Gate) 또는 매립게이트(Buried Gate) 형태를 가질 수 있다. 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 드레인(Drain)은 부유확산영역(FD)으로 이해될 수 있다. 부유확산영역(FD)은 리셋 트랜지스터(Rx, reset transistor)의 소스(Source)일 수 있다. 부유확산영역(FD)은 선택 트랜지스터(Sx, selection transistor)의 선택 게이트와 전기적으로 연결될 수 있다. 선택 트랜지스터(Sx)와 리셋 트랜지스터(Rx)는 일렬로 연결될 수 있다. 선택 트랜지스터(Sx)는 억세스 트랜지스터(Ax, access transistor)에 연결된다. 리셋 트랜지스터(Rx), 선택 트랜지스터(Sx) 및 억세스 트랜지스터(Ax)는 이웃하는 픽셀들에 의해 서로 공유될 수 있으며, 이에 의해 집적도가 향상될 수 있다. 1, each pixel of the image sensor according to the embodiment includes a photoelectric conversion region PD, a transfer transistor Tx, a selection transistor Sx, a reset transistor Rx, and an access transistor Ax. . ≪ / RTI > The photoelectric conversion region PD may include a plurality of vertically overlapping photoelectric conversion portions. Each of the photoelectric conversion portions may be a photodiode including an N-type impurity region and a P-type impurity region. The transfer gate of the transfer transistor (Tx) can extend into the substrate. That is, the transfer gate may have a form of a recess gate, a saddle-fin gate, or a buried gate. The drain of the transfer transistor Tx can be understood as the floating diffusion region FD. The floating diffusion region FD may be a source of a reset transistor Rx. The floating diffusion region FD may be electrically connected to the selection gate of the selection transistor Sx. The selection transistor Sx and the reset transistor Rx may be connected in series. The selection transistor Sx is connected to an access transistor Ax. The reset transistor Rx, the selection transistor Sx and the access transistor Ax can be shared with each other by neighboring pixels, whereby the degree of integration can be improved.

실시예에 따른 이미지 센서의 동작을 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 먼저, 빛이 차단된 상태에서 리셋 트랜지스터(Rx)의 드레인과 선택 트랜지스터(Sx)의 드레인에 전원전압(VDD)을 인가하여 부유확산영역(FD)에 잔류하는 전하들을 방출시킨다. 그 후, 리셋 트랜지스터(Rx)를 오프(OFF)시키고, 외부로부터의 빛을 광전변환영역(PD)에 입사시키면, 광전변환영역(PD)에서 전자-정공 쌍(Electrin-Hole pair)이 생성된다. 생성된 정공은 P형 불순물영역으로, 생성된 전자는 N형 불순물영역으로 이동하여 축적된다. 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)를 온(ON) 시키면, 축적된 전자 및 정공과 같은 전하가 부유확산영역(FD)으로 전달되어 축적된다. 축적된 전하량에 비례하여 선택 트랜지스터(Sx)의 게이트 바이어스가 변하여, 선택 트랜지스터(Sx)의 소스 전위의 변화를 초래하게 된다. 이때 억세스 트랜지스터(Ax)를 온(ON) 시키면, 칼럼 라인으로 전하에 의한 신호가 읽히게 된다. The operation of the image sensor according to the embodiment will be described with reference to FIG. First, in a state in which light is blocked, a power supply voltage VDD is applied to the drain of the reset transistor Rx and the drain of the selection transistor Sx to discharge the charges remaining in the floating diffusion region FD. Thereafter, when the reset transistor Rx is turned off and light from the outside is incident on the photoelectric conversion region PD, an electron-hole pair is generated in the photoelectric conversion region PD . The generated holes are a P-type impurity region, and the generated electrons move to and accumulate in the N-type impurity region. When the transfer transistor Tx is turned ON, charges such as accumulated electrons and holes are transferred to and accumulated in the floating diffusion region FD. The gate bias of the selection transistor Sx changes in proportion to the accumulated charge amount, resulting in a change in the source potential of the selection transistor Sx. At this time, when the access transistor Ax is turned on, a signal by charge is read to the column line.

여기서, 이미지 센서가 고집적화됨에 따라 픽셀들 각각의 크기 및 픽셀들 사이의 간격이 점차 감소하여 인접한 픽셀들 사이의 간섭에 기인한 특성 열화 즉, 크로스토크에 의한 특성 열화가 심화된다. 이러한, 크로스토크를 방지하기 위해 기판에는 각각의 픽셀들 사이를 분리시키는 소자분리구조물이 형성된다. Here, as the image sensor is highly integrated, the size of each of the pixels and the interval between the pixels gradually decreases, and the characteristic deterioration due to the interference between adjacent pixels, that is, the deterioration of characteristics due to the crosstalk is intensified. In order to prevent such crosstalk, a substrate is formed with a device isolation structure for separating the pixels from each other.

소자분리구조물은 기판에 불순물을 이온주입하여 형성된 불순물영역이거나, 또는 기판에 형성된 트렌치 내부에 절연물이 갭필된 절연물영역일 수 있다. 불순물영역은 픽셀들 사이의 전하 이동(carrier transferring)을 차단하는 전위장벽(potential barrier)으로 작용하여 전기적 크로스토크를 방지할 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 불순물영역은 입사광에 의한 물리적 크로스토크를 방지할 수 없고, 형성공정시 불순물의 확산(diffusition)을 제어하기가 매우 힘들어 사실상 소자분리구조물의 집적도를 증가시킬 수 없으며, 확산된 불순물에 기인한 특성 열화를 유발하는 단점이 있다. 반면에, 절연물영역은 집적화가 용이하고 입사광에 의한 물리적 크로스토크 및 전기적 크로스토크를 방지할 수 있다는 장점이 있으나, 표면에 존재하는 수많은 결함(defect) 및 댕글링본드(dangling bond)에 의해 소자분리를 위한 절연물영역 자체가 암전류(Dark current) 발생의 원인으로 작용하는 단점이 있다. The element isolation structure may be an impurity region formed by ion implanting an impurity into the substrate, or an insulated region where an insulator is embedded in the trench formed in the substrate. The impurity region serves as a potential barrier for blocking the carrier transferring between the pixels, thereby preventing electrical crosstalk. However, the impurity region can not prevent the physical crosstalk due to the incident light, and it is very difficult to control the diffusion of the impurity in the forming process, so that the degree of integration of the device isolation structure can not be increased. There is a drawback that it causes property deterioration. On the other hand, the insulating region is advantageous in that it is easy to integrate and can prevent physical crosstalk and electrical crosstalk due to incident light. However, due to a number of defects existing on the surface and dangling bonds, There is a disadvantage in that the insulating region itself serves as a cause of occurrence of dark current.

따라서, 후술하는 본 발명의 실시예들에서는 전하 이동에 의한 전기적 크로스토크 및 입사광에 의한 물리적 크로스토크를 방지함과 동시에 집적화가 용이하고, 암전류 발생을 방지할 수 있는 소자분리구조물을 구비한 이미지 센서 및 그 제조방법에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
Therefore, in the embodiments of the present invention described below, an image sensor having an element isolation structure capable of preventing electrical crosstalk due to charge transfer and physical cross-talk due to incident light, And a method for producing the same will be described in detail.

도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 평면도이고, 도 3a 및 도 3b는 도 2에 도시된 A-A'절취선을 따라 도시한 단면도이다. 도 3a는 본 발명의 제1실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 단면도이고, 도 3b는 본 발명의 제1실시예에 따른 이미지 센서의 변형예를 도시한 단면도이다. FIG. 2 is a plan view of an image sensor according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 3A and 3B are cross-sectional views taken along line A-A 'shown in FIG. FIG. 3A is a cross-sectional view illustrating an image sensor according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a cross-sectional view illustrating a modified example of the image sensor according to the first embodiment of the present invention.

도 2, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 이미지 센서는 기판(101)에 형성되어 복수의 픽셀(Pixel)들을 분리하는 제1소자분리(110)와 제2소자분리(120)를 포함한 소자분리구조물(130) 및 소자분리구조물(130)에 의하여 분리된 각각의 픽셀들에 대응하여 기판(101)에 형성된 광전변환영역(PD)을 포함할 수 있다. 기판(101)은 반도체 기판을 포함할 수 있다. 반도체 기판은 단결정 상태(Single crystal state)일 수 있으며, 실리콘함유 재료를 포함할 수 있다. 즉, 기판(101)은 단결정의 실리콘함유 재료를 포함할 수 있다. 2, 3A and 3B, the image sensor according to the embodiment includes a first device isolation 110 formed on a substrate 101 and separating a plurality of pixels, And a photoelectric conversion region PD formed on the substrate 101 corresponding to each of the pixels separated by the device isolation structure 130 and the device isolation structure 130. The substrate 101 may include a semiconductor substrate. The semiconductor substrate may be in a single crystal state, and may include a silicon-containing material. That is, the substrate 101 may comprise a single crystal silicon containing material.

광전변환영역(PD)은 수직적으로 중첩되는 복수개의 광전변환부들을 포함할 수 있으며, 광전변환부들 각각은 N형 불순물영역과 P형 불순물영역을 포함하는 포토다이오드(Photo Diode)일 수 있다. 광전변환영역(PD)과 소자분리구조물(130)은 소정 간격 이격된 형태를 가질 수 있다. The photoelectric conversion region PD may include a plurality of vertically overlapping photoelectric conversion units, and each of the photoelectric conversion units may be a photodiode including an N-type impurity region and a P-type impurity region. The photoelectric conversion region PD and the element isolation structure 130 may have a predetermined spacing.

제1소자분리(110)는 기판(101)에 형성된 트렌치(111)를 갭필하는 절연막(112)을 포함할 수 있다. 트렌치(111)는 버티컬한 측벽을 갖거나, 또는 경사진 측벽을 가질 수 있다. 트렌치(111) 측벽의 형태(또는 측벽의 기울기)는 입사광의 경로를 제어하기 위해 조절할 수 있다. 절연막(112)은 광전변환영역(PD)을 포함한 기판(101)보다 굴절률이 작은 산화막, 질화막 및 산화질화막으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나의 단일막 또는 둘 이상의 적층된 적층막일 수 있다. 일례로, 기판(101)이 실리콘함유 재료를 포함하는 경우에 절연막(112)은 실리콘산화질화막을 포함할 수 있다. The first device isolation 110 may include an insulating film 112 for tapping the trench 111 formed in the substrate 101. The trenches 111 may have vertical sidewalls, or may have sloped sidewalls. The shape of the trench 111 sidewall (or the slope of the sidewall) can be adjusted to control the path of the incident light. The insulating film 112 may be any one single film selected from the group consisting of an oxide film having a refractive index lower than that of the substrate 101 including the photoelectric conversion region PD, a nitride film, and a nitride oxide film, or two or more laminated laminated films. In one example, when the substrate 101 includes a silicon-containing material, the insulating film 112 may include a silicon oxynitride film.

제2소자분리(120)는 광전변환영역(PD)을 포함한 기판(101)보다 작은 굴절률을 갖고, 광전변환영역(PD)에 대한 전위장벽으로 작용하는 불순물영역을 포함할 수 있다. 여기서, 광전변환영역(PD)을 포함한 기판(101)보다 작은 굴절률을 갖는 불순물영역은 기판(101)을 구성하는 물질과 결합하여 기판(101)보다 작은 굴절률을 유도하는 불순물이 도핑 또는 합금된 영역을 의미할 수 있다. 또한, 광전변환영역(PD)에 대한 전위장벽으로 작용하는 불순물영역은 서로 측벽을 마주보는 광전변환영역(PD)의 도전형과 상보적인 도전형을 갖는 것을 의미할 수 있다. 구체적으로, 서로 측벽을 마주보는 광전변환영역(PD)의 도전형이 N형인 경우에 불순물영역의 도전형은 P형일 수 있다. 즉, 불순물영역은 기판(101)에 P형 불순물이 도핑된 것일 수 있으며, P형 불순물은 P형 금속을 포함할 수 있다. 일례로, 기판(101)이 실리콘함유 재료를 포함하는 경우에 P형 금속으로는 은(Ag), 코발트(Co), 철(Fe)등을 사용할 수 있으며, 실리콘과 결합된 상기 P형 금속은 실리콘보다 낮은 굴절률을 갖는다. 반대로, 서로 측벽을 마주보는 광전변환영역(PD)의 도전형이 P형인 경우에 불순물영역의 도전형은 N형일 수 있으며, N형 불순물은 N형 금속을 포함할 수 있다. 일례로, 기판(101)이 실리콘함유 재료를 포함하는 경우에 N형 금속으로는 알루미늄(Al), 티타늄(Ti)등을 사용할 수 있으며, 실리콘과 결합된 상기 N형 금속은 실리콘보다 낮은 굴절률을 갖는다.The second isolation 120 may have an impurity region that has a smaller refractive index than the substrate 101 including the photoelectric conversion region PD and that acts as a potential barrier for the photoelectric conversion region PD. Here, the impurity region having a refractive index smaller than that of the substrate 101 including the photoelectric conversion region PD may be a doped or alloyed region in which an impurity which induces a refractive index smaller than that of the substrate 101, . ≪ / RTI > The impurity region serving as a potential barrier with respect to the photoelectric conversion region PD may have a conductivity type complementary to that of the photoelectric conversion region PD facing the side wall. More specifically, when the conductivity type of the photoelectric conversion region PD facing the side wall of each other is N-type, the conductivity type of the impurity region may be P-type. That is, the impurity region may be a substrate 101 doped with a P-type impurity, and the P-type impurity may include a P-type metal. For example, when the substrate 101 includes a silicon-containing material, silver (Ag), cobalt (Co), iron (Fe) or the like may be used as the P type metal, And has a lower refractive index than silicon. Conversely, when the conductivity type of the photoelectric conversion region PD facing the side wall of each other is P type, the conductivity type of the impurity region may be N type, and the N type impurity may include N type metal. For example, when the substrate 101 includes a silicon-containing material, aluminum (Al), titanium (Ti) or the like may be used as the N-type metal, and the N-type metal combined with the silicon may have a refractive index lower than that of silicon .

또한, 제2소자분리(120)를 구성하는 불순물영역은 불순물 이온주입공정 및 어닐공정을 통해 형성된 것일 수 있으며, 어닐공정의 특성에 의해 불순물영역의 가장자리를 따라 주입된 불순물이 축적된(pile up) 형태를 가질 수 있다(도 9 참조). 구체적으로, 제2소자분리(120)는 제1불순물영역(121) 및 제1불순물영역(121) 가장자리를 따라 형성되고 제1불순물영역(121)보다 큰 불순물 도핑농도를 갖는 제2불순물영역(122)을 포함할 수 있다. 제1불순물영역(121)보다 제2불순물영역(122)의 불순물 도핑농도가 크기 때문에 불순물영역 경계면에서의 전위장벽 크기를 더욱더 증가시켜 전기적 크로스토크를 효과적으로 방지할 수 있다. 어닐공정의 특성에 의해 제1불순물영역(121) 및 제2불순물영역(122)은 동시에 형성된 것일 수 있다. The impurity region constituting the second element isolation 120 may be formed through an impurity ion implantation process and an annealing process. Depending on the characteristics of the annealing process, impurities implanted along the edge of the impurity region may accumulate ) Shape (see Fig. 9). Specifically, the second isolation 120 includes a first impurity region 121 and a second impurity region 121 formed along the edge of the first impurity region 121 and having an impurity doping concentration larger than that of the first impurity region 121 122). The impurity doping concentration of the second impurity region 122 is greater than that of the first impurity region 121, so that the potential barrier size at the impurity region boundary surface is further increased to effectively prevent the electrical crosstalk. The first impurity region 121 and the second impurity region 122 may be simultaneously formed by the characteristics of the annealing process.

또한, 실시예에 따른 소자분리구조물(130)의 제1소자분리(110)와 제2소자분리(120)는 수직적으로 중첩된 구조를 가질 수 있다. 구체적으로, 기판(101) 후면(Back-Side)을 기준으로 제2소자분리(120) 상에 제1소자분리(110)가 적층된 구조를 갖거나(도 3a 참조), 또는 제1소자분리(110) 상에 제2소자분리(120)가 적층된 구조를 가질 수 있다(도 3b 참조). 기판(101) 후면(Back-Side)을 기준으로 제2소자분리(120) 상에 제1소자분리(110)가 적층된 구조의 소자분리구조물(130)은 입사광에 의한 물리적 크로스토크를 보다 효과적으로 방지할 수 있으며, 기판(101) 후면(Back-Side)을 기준으로 제1소자분리(110) 상에 제2소자분리(120)가 적층된 구조의 소자분리구조물(130)은 암전류 발생을 보다 효과적으로 방지할 수 있다. 따라서, 소자분리구조물(130)에서 제1소자분리(110)와 제2소자분리(120)의 위치는 요구되는 장치 특성에 따라 선택할 수 있다. 그리고, 소자분리구조물(130)은 기판(101) 전면(Front-Side)을 기준으로 광전변환영역(PD)의 깊이보다 큰 깊이를 가질 수 있다. 이는 인접한 픽셀 사이의 분리 특성을 향상시킴과 동시에 크로스토크를 보다 효과적으로 방지하기 위함이다. 일례로, 소자분리구조물(130)은 기판(101)을 관통하는 형태를 가질 수 있다. In addition, the first device isolation 110 and the second device isolation 120 of the device isolation structure 130 according to the embodiment may have a vertically overlapping structure. Specifically, the first device isolation 110 may have a structure in which the first device isolation 110 is stacked on the second device isolation 120 with reference to the back-side of the substrate 101 (see FIG. 3A) (See FIG. 3B) in which the second device isolation 120 is stacked on the first substrate 110. The device isolation structure 130 having a structure in which the first device isolation 110 is stacked on the second device isolation 120 on the basis of the back-side of the substrate 101 can more effectively prevent the physical cross- And the device isolation structure 130 having a structure in which the second device isolation 120 is stacked on the first device isolation 110 on the basis of the back-side of the substrate 101, Can be effectively prevented. Accordingly, the positions of the first device isolation 110 and the second device isolation 120 in the device isolation structure 130 can be selected according to the required device characteristics. The element isolation structure 130 may have a depth greater than the depth of the photoelectric conversion region PD with respect to the front side of the substrate 101. This is to improve separation characteristics between adjacent pixels and to prevent crosstalk more effectively. In one example, the device isolation structure 130 may have a shape that penetrates the substrate 101.

또한, 실시예에 따른 이미지 센서는 기판(101)의 전면에 형성된 층간절연막(103), 층간절연막(103) 내부에 형성된 신호생성회로 및 기판(101)과 층간절연막(103) 사이에 형성된 보호막(102)을 포함할 수 있다. 신호생성회로는 광전변환영역(PD)에서 생성된 전하에 상응하는 전기신호를 생성(또는 출력)하는 역할을 수행한다. 구체적으로, 신호생성회로는 복수의 트랜지스터 및 다층의 금속배선(104)을 포함할 수 있다. 복수의 트랜지스터는 트랜스퍼 트랜지스터(Tx), 리셋 트랜지스터(Rx), 선택 트랜지스터(Sx) 및 억세스 트랜지스터(Ax)를 포함할 수 있다. 그리고, 다층의 금속배선(104)은 복수의 콘택플러그(미도시)를 통해 복수의 트랜지스터 및 복수의 금속배선(104)과 전기적으로 연결될 수 있다. 보호막(102)은 공정간 신호생성회로 특히, 다층의 금속배선(104)이 손상되는 것을 방지하는 역할을 수행한다. 보호막(102)은 기판(101)보다 열전도성(thermal conductivity)이 낮은 물질막을 포함할 수 있으며, 기판(101)보다 열전도성이 낮은 물질막을 이용한 단일막 또는 적층막일 수 있다. 일례로, 기판(101)이 실리콘함유 재료를 포함하는 경우에 보호막(102)은 실리콘함유 절연막(112) 및 금속함유 절연막(112)을 포함할 수 있다. 실리콘함유 절연막(112)은 실리콘산화막(SiO2)을 포함할 수 있고, 금속함유 절연막(112)은 지르코늄산화막(ZrO2)을 포함할 수 있다. The image sensor according to the embodiment includes an interlayer insulating film 103 formed on the front surface of a substrate 101, a signal generating circuit formed inside the interlayer insulating film 103, a protective film formed between the substrate 101 and the interlayer insulating film 103 102). The signal generating circuit generates (or outputs) an electrical signal corresponding to the charge generated in the photoelectric conversion region PD. Specifically, the signal generating circuit may include a plurality of transistors and a multi-layered metal wiring 104. The plurality of transistors may include a transfer transistor Tx, a reset transistor Rx, a selection transistor Sx, and an access transistor Ax. The multi-layered metal wiring 104 can be electrically connected to the plurality of transistors and the plurality of metal wirings 104 through a plurality of contact plugs (not shown). The protective film 102 serves to prevent damage to the inter-process signal generating circuit, particularly, the multi-layered metal wiring 104. The protective film 102 may include a material film having lower thermal conductivity than the substrate 101 and may be a single film or a laminated film using a material film having lower thermal conductivity than the substrate 101. For example, in the case where the substrate 101 includes a silicon-containing material, the protective film 102 may include a silicon-containing insulating film 112 and a metal-containing insulating film 112. The silicon-containing insulating film 112 may include a silicon oxide film (SiO 2 ), and the metal containing insulating film 112 may include a zirconium oxide film (ZrO 2 ).

또한, 실시예에 따른 이미지 센서는 기판(101) 후면(Back-Side)에 형성된 컬러필터(105) 및 컬러필터(105) 상에 형성된 마이크로렌즈(106)를 포함할 수 있다. The image sensor according to the embodiment may include a color filter 105 formed on the back-side of the substrate 101 and a microlens 106 formed on the color filter 105.

상술한 구조를 갖는 이미지 센서는 제1소자분리(110)와 제2소자분리(120)가 수직적으로 중첩되는 소자분리구조물(130)을 구비함으로써, 인접한 픽셀 사이의 물리적, 전기적 크로스토크를 효과적으로 방지할 수 있다. The image sensor having the above-described structure includes the element isolation structure 130 in which the first element isolation 110 and the second element isolation 120 vertically overlap, thereby effectively preventing physical and electrical crosstalk between adjacent pixels can do.

또한, 소자분리구조물(130)은 광전변환영역(PD)을 포함한 기판(101)보다 작은 굴절률을 갖기 때문에 인접한 픽셀들 사이의 물리적 크로스토크를 보다 효과적으로 방지할 수 있다. In addition, since the element isolation structure 130 has a refractive index smaller than that of the substrate 101 including the photoelectric conversion region PD, it is possible to more effectively prevent physical crosstalk between adjacent pixels.

또한, 제1불순물영역(121)을 감싸는 제2불순물영역(122)의 불순물 도핑농도가 더 크기 때문에 전기적 크로스토크를 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
In addition, since the impurity doping concentration of the second impurity region 122 surrounding the first impurity region 121 is larger, it is possible to more effectively prevent the electrical crosstalk.

도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 제1실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법을 도시한 공정단면도로, 도 3a에 도시된 이미지 센서 제조방법의 일례를 설명하기 위한 것이다. FIGS. 4A to 4E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the image sensor according to the first embodiment of the present invention, and are views for explaining an example of the method of manufacturing the image sensor shown in FIG. 3A.

도 4a에 도시된 바와 같이, 복수의 픽셀(Pixel)들이 정의된 기판(11)을 준비한다. 기판(11)은 반도체 기판을 포함할 수 있다. 반도체 기판은 단결정 상태(Single crystal state)일 수 있으며, 실리콘함유 재료를 포함할 수 있다. 즉, 기판(11)은 단결정의 실리콘함유 재료를 포함할 수 있다. As shown in Fig. 4A, a substrate 11 on which a plurality of pixels are defined is prepared. The substrate 11 may include a semiconductor substrate. The semiconductor substrate may be in a single crystal state, and may include a silicon-containing material. That is, the substrate 11 may include a single crystal silicon-containing material.

다음으로, 복수의 픽셀들이 접하는 경계지역을 따라 기판(11)을 선택적으로 식각하여 제1소자분리를 위한 트렌치(12)를 형성한다. 트렌치(12)는 입사광의 경로를 제어하기 위해 버티컬한 측벽을 갖거나, 또는 경사진 측벽을 갖도록 형성할 수 있다. 트렌치(12)를 형성하기 위한 식각공정은 건식식각으로 진행할 수 있다. Next, the substrate 11 is selectively etched along the boundary region where the plurality of pixels contact with each other to form the trench 12 for the first device isolation. The trenches 12 may have vertical sidewalls to control the path of incident light, or may be formed with inclined sidewalls. The etching process for forming the trenches 12 can proceed by dry etching.

다음으로, 트렌치(12)를 갭필하도록 절연막(13)을 형성한다. 절연막(13)은 트렌치(12)를 갭필하도록 기판(11)상에 절연막(13)을 형성한 후에 기판(11) 표면이 노출될때까지 평탄화공정을 진행하는 일련의 과정을 통해 형성할 수 있다. 절연막(13)은 각각의 픽셀들에 대응하는 기판(11)보다 굴절률이 작은 산화막, 질화막 및 산화질화막으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나의 단일막 또는 둘 이상의 적층된 적층막일 수 있다. Next, an insulating film 13 is formed so as to cover the trenches 12. The insulating film 13 may be formed through a series of processes in which the insulating film 13 is formed on the substrate 11 so as to cover the trench 12 and then the planarization process is performed until the surface of the substrate 11 is exposed. The insulating film 13 may be any one single film selected from the group consisting of an oxide film, a nitride film, and a nitrided oxide film having a refractive index lower than that of the substrate 11 corresponding to each of the pixels, or two or more laminated laminated films.

이로써, 기판(11)에 형성된 트렌치(12)를 갭필하는 절연막(13)을 포함한 제1소자분리(14)를 형성할 수 있다. Thereby, the first element isolation 14 including the insulating film 13 which fills the trench 12 formed in the substrate 11 can be formed.

다음으로, 각각의 픽셀에 대응하도록 기판(11)에 광전변환영역(PD)을 형성한다. 광전변환영역(PD)은 수직적으로 중첩되는 복수개의 광전변화부를 포함할 수 있으며, 광전변환부들 각각은 N형 불순물영역과 P형 불순물영역을 포함하는 포토다이오드일 수 있다. 포토다이오드는 불순물 이온주입공정을 통해 형성할 수 있다. Next, a photoelectric conversion region PD is formed in the substrate 11 so as to correspond to each pixel. The photoelectric conversion region PD may include a plurality of vertically overlapping photoelectric conversion portions, and each of the photoelectric conversion portions may be a photodiode including an N-type impurity region and a P-type impurity region. The photodiode can be formed through an impurity ion implantation process.

도 4b에 도시된 바와 같이, 제1소자분리(14) 및 광전변환영역(PD)을 포함한 기판(11) 상에 보호막(15)을 형성한다. 보호막(15)은 기판(11)보다 열전도성이 낮은 물질막으로 형성할 수 있으며, 기판(11)보다 열전도성이 낮은 물질막을 이용한 단일막 또는 적층막으로 형성할 수 있다. 일례로, 기판(11)이 실리콘함유 재료를 포함하는 경우에 보호막(15)은 실리콘함유 절연막 또는/및 금속함유 절연막으로 형성할 수 있다. 실리콘함유 절연막은 실리콘산화막(SiO2)을 포함할 수 있고, 금속함유 절연막은 지르코늄산화막(ZrO2)을 포함할 수 있다. The protective film 15 is formed on the substrate 11 including the first element isolation region 14 and the photoelectric conversion region PD, as shown in Fig. 4B. The protective film 15 may be formed of a material film having lower thermal conductivity than the substrate 11 and may be formed of a single film or a laminated film using a material film having lower thermal conductivity than the substrate 11. [ For example, in the case where the substrate 11 includes a silicon-containing material, the protective film 15 may be formed of a silicon-containing insulating film and / or a metal-containing insulating film. The silicon-containing insulating film may include a silicon oxide film (SiO 2 ), and the metal-containing insulating film may include a zirconium oxide film (ZrO 2 ).

다음으로, 보호막(15) 상에 신호생성회로를 포함한 층간절연막(16)을 형성한다. 층간절연막(16)은 산화막, 질화막 및 산화질화막으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나일 수 있으며, 다층구조를 가질 수 있다. 신호생성회로는 광전변환영역(PD)에서 생성된 전하에 상응하는 전기신호를 생성(또는 출력)하는 역할을 수행한다. 구체적으로, 신호생성회로는 복수의 트랜지스터 및 다층의 금속배선(17)을 포함할 수 있다. 복수의 트랜지스터는 트랜스퍼 트랜지스터(Tx), 리셋 트랜지스터(Rx), 선택 트랜지스터(Sx) 및 억세스 트랜지스터(Ax)를 포함할 수 있다. 그리고, 다층의 금속배선(17)은 복수의 콘택플러그(미도시)를 통해 복수의 트랜지스터 및 복수의 금속배선(17)과 전기적으로 연결될 수 있다. Next, an interlayer insulating film 16 including a signal generating circuit is formed on the protective film 15. The interlayer insulating film 16 may be any one selected from the group consisting of an oxide film, a nitride film, and a nitrided oxide film, and may have a multilayer structure. The signal generating circuit generates (or outputs) an electrical signal corresponding to the charge generated in the photoelectric conversion region PD. Specifically, the signal generating circuit may include a plurality of transistors and a multi-layered metal wiring 17. The plurality of transistors may include a transfer transistor Tx, a reset transistor Rx, a selection transistor Sx, and an access transistor Ax. The multilayer metal wiring 17 can be electrically connected to the plurality of transistors and the plurality of metal wirings 17 through a plurality of contact plugs (not shown).

한편, 도면에 도시하지는 않았지만 신호생성회로를 형성한 이후에 기판(11) 후면(Back-Side)에 대한 씨닝공정(Thinning process)을 진행하여 기판(11)의 두께를 감소시킬 수 있다. 이는 광전변환영역(PD)으로 입사하는 입사광의 도달거리를 감소시켜 수광효율을 증가시키기 위한 것이다. 씨닝공정은 백그라인딩(backgrinding)과 연마(polishing)를 통하여 진행할 수 있다. Although not shown in the drawing, the thickness of the substrate 11 can be reduced by performing a thinning process on the back-side of the substrate 11 after the signal generating circuit is formed. This is to increase the light receiving efficiency by reducing the distance of incident light incident on the photoelectric conversion region PD. The thinning process can be performed by backgrinding and polishing.

도 4c에 도시된 바와 같이, 신호생성회로가 형성된 기판(11)을 반전시킨 후에 기판(11) 후면(Back-Side) 상에 마스크패턴(미도시)을 형성한다. 마스크패턴은 소자분리구조물이 형성될 영역만을 오픈하는 형태를 가질 수 있다. 즉, 마스크패턴은 기판(11) 전면(Front-Side)에서 형성된 제1소자분리(14)에 대응하는 기판(11) 후면을 오픈하는 형태를 가질 수 있다. A mask pattern (not shown) is formed on the back-side of the substrate 11 after the substrate 11 on which the signal generating circuit is formed is inverted as shown in FIG. 4C. The mask pattern may have a shape that opens only a region where the element isolation structure is to be formed. That is, the mask pattern may have a shape in which the rear surface of the substrate 11 corresponding to the first element isolation 14 formed on the front side of the substrate 11 is opened.

다음으로, 마스크패턴(미도시)을 이온주입장벽으로 기판(11) 후면에 불순물을 이온주입하는 선비정질화(Pre amorphization)를 진행한다. 기판(11)이 실리콘함유 재료인 경우에 선비정질화를 위한 불순물로는 저마늄(Ge), 실리콘(Si), 카본(C) 등을 사용할 수 있다. 선비정질화를 통해 기판(11)에 비정질영역(18)을 형성할 수 있으며, 비정질영역(18)의 저면이 제1소자분리(14)의 저면과 접하도록 형성할 수 있다. Next, pre-amorphization is performed in which a mask pattern (not shown) is implanted with impurities into the back surface of the substrate 11 with an ion implantation barrier. When the substrate 11 is a silicon-containing material, impurities such as germanium (Ge), silicon (Si), carbon (C) and the like can be used as the impurity for pre-amorphization. The amorphous region 18 can be formed in the substrate 11 through the linear amorphization and the bottom surface of the amorphous region 18 can be formed in contact with the bottom surface of the first element isolation 14. [

선비정질화는 단결정 상태의 기판(11)보다 낮은 용융온도(melting temperature)를 갖는 비정질영역(18)을 형성하기 위한 것이다. 구체적으로, 선비정질화를 통해 형성된 비정질영역(18)은 단결정 상태의 기판(11)보다 낮은 용융온도를 가질 수 있다. 일례로, 비정질 실리콘은 단결정 실리콘보다 약 200℃ 정도 낮은 용융온도를 갖는다.Line amorphization is intended to form an amorphous region 18 having a lower melting temperature than the substrate 11 in the single crystal state. Specifically, the amorphous region 18 formed through the linear amorphization may have a lower melting temperature than the substrate 11 in the single crystal state. For example, amorphous silicon has a melting temperature as low as about 200 캜 lower than monocrystalline silicon.

도 4d에 도시된 바와 같이, 마스크패턴(미도시)을 이온주입장벽으로 비정질영역(18)에 광전변환영역(PD)을 포함한 기판(11)보다 작은 굴절률을 갖도록 유도함과 동시에 광전변환영역(PD)에 대한 전위장벽으로 작용하는 불순물을 이온주입한다. 이하, 불순물이 주입된 비정질영역(18)의 도면부호를 '19'로 변경하여 표기하기로 한다. 4D, a mask pattern (not shown) is introduced into the amorphous region 18 as an ion implantation barrier so as to have a refractive index smaller than that of the substrate 11 including the photoelectric conversion region PD, ) Is implanted by ion implantation. Hereinafter, the reference numeral of the amorphous region 18 into which the impurity is implanted is changed to " 19 "

광전변환영역(PD)을 포함한 기판(11)보다 작은 굴절률을 갖도록 유도할 수 있는 불순물은 금속을 포함할 수 있고, 광전변환영역(PD)에 대한 전위장벽을 형성할 수 있는 불순물은 인접한 광전변환영역(PD)의 도전형과 상보적인 도전형을 갖는 불순물을 의미할 수 있다. 예컨대, 비정질영역(19)과 마주보는 측벽을 갖는 광전변환영역(PD)의 도전형이 N형인 경우에 이온주입공정시 불순물로 P형 금속을 사용할 수 있다. The impurity which can induce a refractive index smaller than that of the substrate 11 including the photoelectric conversion region PD may include a metal and the impurity capable of forming a potential barrier for the photoelectric conversion region PD may be an adjacent photoelectric conversion May mean an impurity having a conductive type complementary to the conductive type of the region PD. For example, when the conductivity type of the photoelectric conversion region PD having the side wall facing the amorphous region 19 is N-type, the P-type metal can be used as an impurity in the ion implantation process.

도 4e에 도시된 바와 같이, 비정질영역(19)에 주입된 불순물을 활성화시킴과 동시에 비정질영역(19)을 재결정화시키기 위한 어닐공정(Anneal process)을 진행한다. 어닐공정시 주입된 불순물의 확산에 기인한 특성 열화를 방지함과 동시에 기 형성된 구조물에 가해지는 열적 부담을 경감시키기 위해 비정질영역(19)에 대해서만 선택적으로 어닐을 진행한다. 이를 위해, 어닐공정은 국부적인 어닐이 가능한 레이져어닐(Laser anneal)로 진행할 수 있다. As shown in FIG. 4E, an annealing process is performed to activate the impurities injected into the amorphous region 19 and recrystallize the amorphous region 19. The annealing is selectively performed only on the amorphous region 19 in order to prevent the deterioration of the characteristics due to the diffusion of the impurities implanted in the annealing process and to reduce the thermal burden imposed on the preformed structure. For this purpose, the annealing process can proceed to a laser anneal capable of local annealing.

레이져어닐을 사용한 어닐공정은 불순물이 주입된 비정질영역(19)에 예정된 시간동안 레이져를 조사하여 단결정 상태의 기판(11) 대비 상대적으로 낮은 용융온도를 갖는 비정질영역(19)을 용융(melting)시키고, 레이져 조사가 중단되는 시점으로부터 용융된 비정질영역(19)이 응고(solidification)되면서 단결정 상태로 재결정화됨과 동시에 주입된 불순물이 활성화되는 일련의 과정을 통해 진행할 수 있다. 이때, 단결정 상태의 기판(11)과 비정질영역(19) 사이의 용융온도 차이로 인해 레이져가 기판(11)에 조사되더라도 기판(11)은 용융되지 않는다. 즉, 비정질영역(19)을 형성함에 따라 선택적 용융(selective melting)이 가능하다(도 10 참조). The annealing process using laser annealing is performed by irradiating the laser to the amorphous region 19 doped with impurities for a predetermined time to melt the amorphous region 19 having a relatively low melting temperature with respect to the single crystal substrate 11 , The molten amorphous region 19 is solidified from the point of time when the laser irradiation is stopped, and is recrystallized into a single crystal state, and at the same time, the injected impurities are activated. At this time, even if the laser is irradiated on the substrate 11 due to the difference in melting temperature between the single crystal substrate 11 and the amorphous region 19, the substrate 11 is not melted. That is, selective melting is possible as the amorphous region 19 is formed (see FIG. 10).

이로써, 제1불순물영역(20) 및 제1불순물영역(20) 가장자리를 따라 형성되고 제1불순물영역(20)보다 큰 불순물 도핑농도를 갖는 제2불순물영역(21)을 포함하는 제2소자분리(22)를 형성할 수 있다. 어닐공정시 불순물이 주입된 비정질영역(19)을 용융시킴에 따라 양질의 재결정화가 가능하고, 주입된 불순물의 활성화률을 향상시킬 수 있으며, 재결정화 과정에서 경계지역으로 주입된 불순물이 축적되어(pile up) 제1불순물영역(20) 및 제2불순물영역(21)을 포함한 제2소자분리(22)를 용이하게 형성할 수 있다(도 9 참조). Thereby, the second impurity region 20 and the second impurity region 21 including the second impurity region 21 formed along the edge of the first impurity region 20 and having an impurity doping concentration larger than that of the first impurity region 20 (22) can be formed. It is possible to recrystallize the amorphous region 19 by melting the impurity-doped amorphous region 19 during the annealing process, to improve the activation rate of the doped impurities, to accumulate impurities injected into the boundary region during the recrystallization process the second isolation 22 including the first impurity region 20 and the second impurity region 21 can be easily formed (see FIG. 9).

한편, 어닐공정시 기판(11)보다 낮은 열전도성을 갖는 물질막을 포함한 보호막(15)에 의하여 기형성된 신호생성회로 특히, 다층의 금속배선(17)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.On the other hand, in the annealing process, the protective film 15 including the material film having lower thermal conductivity than the substrate 11 can prevent the pre-formed signal generating circuit, particularly, the multilayer metal wiring 17 from being damaged.

다음으로, 공지된 제조기술을 이용하여 이미지 센서를 완성할 수 있다. 예컨대, 수직적으로 중첩되는 제1소자분리(14)와 제2소자분리(22)를 포함한 소자분리구조물(23)을 포함한 기판(11) 후면에 컬러필터 및 마이크로렌즈를 순차적으로 형성하여 이미지 센서를 완성할 수 있다. Next, an image sensor can be completed using a known manufacturing technique. For example, a color filter and a microlens are sequentially formed on the back surface of the substrate 11 including the device isolation structure 23 including the first device isolation 14 and the second device isolation 22 vertically stacked, Can be completed.

상술한 제조방법을 통해 형성된 이미지 센서는 제1소자분리(14)와 제2소자분리(22)가 수직적으로 중첩되는 소자분리구조물(23)을 구비함으로써, 인접한 픽셀 사이의 물리적, 전기적 크로스토크를 효과적으로 방지할 수 있다. The image sensor formed through the above-described manufacturing method has the element isolation structure 23 in which the first element isolation 14 and the second element isolation 22 vertically overlap with each other so that the physical and electrical crosstalk between adjacent pixels Can be effectively prevented.

또한, 소자분리구조물(23)은 광전변환영역(PD)을 포함한 기판(11)보다 작은 굴절률을 갖기 때문에 인접한 픽셀들 사이의 물리적 크로스토크를 보다 효과적으로 방지할 수 있다. In addition, since the element isolation structure 23 has a refractive index smaller than that of the substrate 11 including the photoelectric conversion region PD, it is possible to more effectively prevent physical crosstalk between adjacent pixels.

또한, 제2소자분리(22)는 제1불순물영역(20)을 감싸는 제2불순물영역(21)의 불순물 도핑농도가 더 크기 때문에 전기적 크로스토크를 보다 효과적으로 방지할 수 있다.In addition, the second isolation 22 can more effectively prevent the electrical crosstalk because the impurity doping concentration of the second impurity region 21 surrounding the first impurity region 20 is larger.

또한, 단결정 상태의 기판(11) 대비 낮은 용융온도를 갖는 비정질영역(19)을 선택적으로 용융시키는 어닐공정을 통해 주입된 불순물의 확산에 기인한 특성 열화를 방지함과 동시에 기 형성된 구조물에 가해지는 열적 부담을 경감시킬 수 있다.
The annealing process for selectively melting the amorphous region 19 having a lower melting temperature than that of the substrate 11 in a single crystal state prevents characteristic deterioration due to the diffusion of the implanted impurities, The thermal burden can be reduced.

도 5a 및 도 5b는 도 2에 도시된 A-A'절취선을 따라 도시한 단면도이다. 도 5a는 본 발명의 제2실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 단면도이고, 도 5b는 본 발명의 제2실시예에 따른 이미지 센서의 변형예를 도시한 단면도이다. 5A and 5B are cross-sectional views taken along line A-A 'shown in FIG. FIG. 5A is a sectional view showing an image sensor according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a sectional view showing a modified example of the image sensor according to the second embodiment of the present invention.

도 2, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 이미지 센서는 기판(201)에 형성되어 복수의 픽셀들을 분리하는 제1소자분리(210)와 제2소자분리(220)를 포함한 소자분리구조물(230) 및 소자분리구조물(230)에 의하여 분리된 각각의 픽셀들에 대응하여 기판(201)에 형성된 광전변환영역(PD)을 포함할 수 있다. 기판(201)은 반도체 기판을 포함할 수 있다. 반도체 기판은 단결정 상태(Single crystal state)일 수 있으며, 실리콘함유 재료를 포함할 수 있다. 즉, 기판(201)은 단결정의 실리콘함유 재료를 포함할 수 있다. 2, 5A and 5B, the image sensor according to the embodiment includes a first device isolation 210 and a second device isolation 220 formed on a substrate 201 to separate a plurality of pixels, And a photoelectric conversion region PD formed on the substrate 201 corresponding to each of the pixels separated by the device isolation structure 230 and the device isolation structure 230 including the device isolation structure 230. The substrate 201 may include a semiconductor substrate. The semiconductor substrate may be in a single crystal state, and may include a silicon-containing material. That is, the substrate 201 may include a single crystal silicon-containing material.

광전변환영역(PD)은 수직적으로 중첩되는 복수개의 광전변환부들을 포함할 수 있으며, 광전변환부들 각각은 N형 불순물영역과 P형 불순물영역을 포함하는 포토다이오드(Photo Diode)일 수 있다. 광전변환영역(PD)과 소자분리구조물(230)은 소정 간격 이격된 형태를 가질 수 있다. The photoelectric conversion region PD may include a plurality of vertically overlapping photoelectric conversion units, and each of the photoelectric conversion units may be a photodiode including an N-type impurity region and a P-type impurity region. The photoelectric conversion region PD and the element isolation structure 230 may be spaced apart from each other by a predetermined distance.

제1소자분리(210)는 기판(201)에 형성된 트렌치(211)를 갭필하는 절연막(212)을 포함할 수 있다. 트렌치(211)는 버티컬한 측벽을 갖거나, 또는 경사진 측벽을 가질 수 있다. 트렌치(211) 측벽의 형태는 입사광의 경로를 제어하기 위해 조절할 수 있다. 절연막(212)은 광전변환영역(PD)을 포함한 기판(201)보다 굴절률이 작은 산화막, 질화막 및 산화질화막으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나의 단일막 또는 둘 이상의 적층된 적층막일 수 있다. 일례로, 기판(201)이 실리콘함유 재료를 포함하는 경우에 절연막(212)은 실리콘산화질화막을 포함할 수 있다. The first device isolation 210 may include an insulating film 212 for tapping the trench 211 formed in the substrate 201. The trenches 211 may have vertical sidewalls, or may have sloped sidewalls. The shape of the sidewalls of the trenches 211 can be adjusted to control the path of the incident light. The insulating film 212 may be any one single film selected from the group consisting of an oxide film having a refractive index lower than that of the substrate 201 including the photoelectric conversion region PD, a nitride film, and a nitride oxide film, or two or more laminated laminated films. In one example, when the substrate 201 includes a silicon-containing material, the insulating film 212 may include a silicon oxynitride film.

제2소자분리(220)는 광전변환영역(PD)을 포함한 기판(201)보다 작은 굴절률을 갖고, 광전변환영역(PD)에 대한 전위장벽으로 작용하는 불순물영역을 포함할 수 있다. 여기서, 광전변환영역(PD)을 포함한 기판(201)보다 작은 굴절률을 갖는 불순물영역은 기판(201)을 구성하는 물질과 결합하여 기판(201)보다 작은 굴절률을 유도하는 불순물이 도핑 또는 합금된 영역을 의미할 수 있다. 또한, 광전변환영역(PD)에 대한 전위장벽으로 작용하는 불순물영역은 서로 측벽을 마주보는 광전변환영역(PD)의 도전형과 상보적인 도전형을 갖는 것을 의미할 수 있다. 구체적으로, 서로 측벽을 마주보는 광전변환영역(PD)의 도전형이 N형인 경우에 불순물영역의 도전형은 P형일 수 있다. 즉, 불순물영역은 기판(201)에 P형 불순물이 도핑된 것일 수 있으며, P형 불순물은 P형 금속을 포함할 수 있다. 일례로, 기판(201)이 실리콘함유 재료를 포함하는 경우에 P형 금속으로는 은(Ag), 코발트(Co), 철(Fe)등을 사용할 수 있으며, 실리콘과 결합된 상기 P형 금속은 실리콘보다 낮은 굴절률을 갖는다. 반대로, 서로 측벽을 마주보는 광전변환영역(PD)의 도전형이 P형인 경우에 불순물영역의 도전형은 N형일 수 있으며, N형 불순물은 N형 금속을 포함할 수 있다. 일례로, 기판(201)이 실리콘함유 재료를 포함하는 경우에 N형 금속으로는 알루미늄(Al), 티타늄(Ti)등을 사용할 수 있으며, 실리콘과 결합된 상기 N형 금속은 실리콘보다 낮은 굴절률을 갖는다.The second element isolation 220 may have an impurity region that has a smaller refractive index than the substrate 201 including the photoelectric conversion region PD and functions as a potential barrier for the photoelectric conversion region PD. Here, the impurity region having a refractive index smaller than that of the substrate 201 including the photoelectric conversion region PD may be doped or alloyed regions that are coupled with the material constituting the substrate 201 and induce a refractive index smaller than that of the substrate 201 . ≪ / RTI > The impurity region serving as a potential barrier with respect to the photoelectric conversion region PD may have a conductivity type complementary to that of the photoelectric conversion region PD facing the side wall. More specifically, when the conductivity type of the photoelectric conversion region PD facing the side wall of each other is N-type, the conductivity type of the impurity region may be P-type. That is, the impurity region may be a substrate 201 doped with a P-type impurity, and the P-type impurity may include a P-type metal. For example, when the substrate 201 includes a silicon-containing material, silver (Ag), cobalt (Co), iron (Fe) or the like may be used as the P type metal, And has a lower refractive index than silicon. Conversely, when the conductivity type of the photoelectric conversion region PD facing the side wall of each other is P type, the conductivity type of the impurity region may be N type, and the N type impurity may include N type metal. For example, when the substrate 201 includes a silicon-containing material, aluminum (Al), titanium (Ti), or the like may be used as the N-type metal, and the N-type metal combined with the silicon may have a lower refractive index .

또한, 제2소자분리(220)를 구성하는 불순물영역은 불순물 이온주입공정 및 어닐공정을 통해 형성된 것일 수 있으며, 어닐공정 특성에 의하여 불순물영역의 가장자리를 따라 주입된 불순물이 축적된(pile up) 형태를 가질 수 있다(도 9 참조). 구체적으로, 제2소자분리(220)는 제1불순물영역(221), 제1불순물영역(221) 가장자리를 따라 형성되고 제1불순물영역(221)보다 큰 불순물 도핑농도를 갖는 제2불순물영역(222) 및 기판(201)과 제1소자분리(210) 사이로 확장된 제3불순물영역(223)을 포함할 수 있다. 제1불순물영역(221)보다 제2불순물영역(222)의 불순물 도핑농도가 크기 때문에 불순물영역 경계면에서의 전위장벽 크기를 증가시켜 전기적 크로스토크를 보다 효과적으로 방지할 수 있다. 기판(201)과 제1소자분리(210) 사이에 형성된 제3불순물영역(223)은 제1소자분리(210)와 기판(201)이 접하는 계면에서의 댕글링본드, 결함 등을 제거하여 암전류 발생을 방지하는 역할을 수행한다. The impurity region constituting the second element isolation 220 may be formed through an impurity ion implantation process and an anneal process. If the impurity implanted along the edge of the impurity region is accumulated due to the annealing process characteristics, (See FIG. 9). Specifically, the second isolation 220 includes a first impurity region 221, a second impurity region 221 formed along the edge of the first impurity region 221 and having an impurity doping concentration larger than that of the first impurity region 221 222 and a third impurity region 223 extending between the substrate 201 and the first device isolation 210. Since the impurity doping concentration of the second impurity region 222 is larger than that of the first impurity region 221, the potential barrier size at the impurity region interface can be increased to more effectively prevent electrical crosstalk. The third impurity region 223 formed between the substrate 201 and the first device isolation 210 is formed by removing dangling bonds and defects at the interface between the first device isolation 210 and the substrate 201, Thereby preventing the occurrence of the problem.

또한, 실시예에 따른 소자분리구조물(230)의 제1소자분리(210)와 제2소자분리(220)는 수직적으로 중첩된 구조를 가질 수 있다. 구체적으로, 기판(201) 후면(Back-Side)을 기준으로 제2소자분리(220) 상에 제1소자분리(210)가 적층된 구조를 갖거나(도 5b 참조), 또는 제1소자분리(210) 상에 제2소자분리(220)가 적층된 구조를 가질 수 있다(도 5a 참조). 기판(201) 후면(Back-Side)을 기준으로 제2소자분리(220) 상에 제1소자분리(210)가 적층된 구조의 소자분리구조물(230)은 입사광에 의한 물리적 크로스토크를 보다 효과적으로 방지할 수 있으며, 기판(201) 후면(Back-Side)을 기준으로 제1소자분리(210) 상에 제2소자분리(220)가 적층된 구조의 소자분리구조물(230)은 암전류 발생을 보다 효과적으로 방지할 수 있다. 따라서, 소자분리구조물(230)에서 제1소자분리(210)와 제2소자분리(220)의 위치는 요구되는 장치 특성에 따라 선택할 수 있다. 그리고, 소자분리구조물(230)은 기판(201) 전면(Front-Side)을 기준으로 광전변환영역(PD)의 깊이보다 큰 깊이를 가질 수 있다. 이는 인접한 픽셀들 사이의 분리 특성을 향상시킴과 동시에 크로스토크를 보다 효과적으로 방지하기 위함이다. 일례로, 소자분리구조물(230)은 기판(201)을 관통하는 형태를 가질 수 있다. In addition, the first device isolation 210 and the second device isolation 220 of the device isolation structure 230 according to the embodiment may have a vertically overlapping structure. Specifically, the first device isolation 210 may have a structure in which the first device isolation 210 is stacked on the second device isolation 220 with reference to the back-side of the substrate 201 (see FIG. 5B) (See FIG. 5A) in which the second element isolation 220 is stacked on the first element isolation layer 210 (see FIG. 5A). The element isolation structure 230 having a structure in which the first element isolation 210 is stacked on the second element isolation 220 with reference to the back-side of the substrate 201 can more effectively prevent physical crosstalk due to incident light And the element isolation structure 230 having the structure in which the second element isolation 220 is stacked on the first element isolation 210 with reference to the back-side of the substrate 201, Can be effectively prevented. Therefore, the positions of the first device isolation 210 and the second device isolation 220 in the device isolation structure 230 can be selected according to the required device characteristics. The element isolation structure 230 may have a depth greater than the depth of the photoelectric conversion region PD based on the front-side of the substrate 201. This is to improve separation characteristics between adjacent pixels and to prevent crosstalk more effectively. For example, the device isolation structure 230 may have a shape penetrating through the substrate 201.

또한, 실시예에 따른 이미지 센서는 기판(201)의 전면에 형성된 층간절연막(203), 층간절연막(203) 내부에 형성된 신호생성회로 및 기판(201)과 층간절연막(203) 사이에 형성된 보호막(202)을 포함할 수 있다. 신호생성회로는 광전변환영역(PD)에서 생성된 전하에 상응하는 전기신호를 생성(또는 출력)하는 역할을 수행한다. 구체적으로, 신호생성회로는 복수의 트랜지스터 및 다층의 금속배선(204)을 포함할 수 있다. 복수의 트랜지스터는 트랜스퍼 트랜지스터(Tx), 리셋 트랜지스터(Rx), 선택 트랜지스터(Sx) 및 억세스 트랜지스터(Ax)를 포함할 수 있다. 그리고, 다층의 금속배선(204)은 복수의 콘택플러그(미도시)를 통해 복수의 트랜지스터 및 복수의 금속배선(204)과 전기적으로 연결될 수 있다. 보호막(202)은 공정간 신호생성회로 특히, 다층의 금속배선(204)이 손상되는 것을 방지하는 역할을 수행한다. 보호막(202)은 기판(201)보다 열전도성(thermal conductivity)이 낮은 물질막을 포함할 수 있으며, 기판(201)보다 열전도성이 낮은 물질막을 이용한 단일막 또는 적층막일 수 있다. 일례로, 기판(201)이 실리콘함유 재료를 포함하는 경우에 보호막(202)은 실리콘함유 절연막 및 금속함유 절연막을 포함할 수 있다. 실리콘함유 절연막은 실리콘산화막(SiO2)을 포함할 수 있고, 금속함유 절연막은 지르코늄산화막(ZrO2)을 포함할 수 있다. The image sensor according to the embodiment includes an interlayer insulating film 203 formed on the front surface of a substrate 201, a signal generating circuit formed inside the interlayer insulating film 203, and a protective film formed between the substrate 201 and the interlayer insulating film 203 202). The signal generating circuit generates (or outputs) an electrical signal corresponding to the charge generated in the photoelectric conversion region PD. Specifically, the signal generating circuit may include a plurality of transistors and a multi-layered metal wiring 204. The plurality of transistors may include a transfer transistor Tx, a reset transistor Rx, a selection transistor Sx, and an access transistor Ax. The multi-layered metal wiring 204 may be electrically connected to the plurality of transistors and the plurality of metal wirings 204 through a plurality of contact plugs (not shown). The protective film 202 serves to prevent the inter-process signal generating circuit, particularly, the multilayer metal wiring 204 from being damaged. The protective film 202 may include a material film having lower thermal conductivity than the substrate 201 and may be a single film or a laminated film using a material film having lower thermal conductivity than the substrate 201. [ In one example, in the case where the substrate 201 includes a silicon-containing material, the protective film 202 may include a silicon-containing insulating film and a metal-containing insulating film. The silicon-containing insulating film may include a silicon oxide film (SiO 2 ), and the metal-containing insulating film may include a zirconium oxide film (ZrO 2 ).

또한, 실시예에 따른 이미지 센서는 기판(201) 후면(Back-Side)에 형성된 컬러필터(205) 및 컬러필터(205) 상에 형성된 마이크로렌즈(206)를 포함할 수 있다. The image sensor according to the embodiment may include a color filter 205 formed on the back-side of the substrate 201 and a microlens 206 formed on the color filter 205.

상술한 구조를 갖는 이미지 센서는 제1소자분리(210)와 제2소자분리(220)가 수직적으로 중첩되는 소자분리구조물(230)을 구비함으로써, 인접한 픽셀들 사이의 물리적, 전기적 크로스토크를 효과적으로 방지할 수 있다. The image sensor having the above-described structure includes the element isolation structure 230 in which the first element isolation 210 and the second element isolation 220 are vertically overlapped with each other so that the physical and electrical crosstalk between adjacent pixels can be effectively .

또한, 소자분리구조물(230)은 광전변환영역(PD)을 포함한 기판(201)보다 작은 굴절률을 갖기 때문에 인접한 픽셀들 사이의 물리적 크로스토크를 보다 효과적으로 방지할 수 있다. In addition, since the element isolation structure 230 has a refractive index smaller than that of the substrate 201 including the photoelectric conversion region PD, it is possible to more effectively prevent physical crosstalk between adjacent pixels.

또한, 제2소자분리(220)는 제1불순물영역(221)을 감싸는 제2불순물영역(222)의 불순물 도핑농도가 더 크기 때문에 전기적 크로스토크를 보다 효과적으로 방지할 수 있다. In addition, the second isolation 220 can more effectively prevent electrical crosstalk because the impurity doping concentration of the second impurity region 222 surrounding the first impurity region 221 is larger.

또한, 제2소자분리(220)는 제1소자분리(210)와 기판(201)이 접하는 계면으로 확장된 제3불순물영역(223)을 구비함으로써, 암전류 발생을 효과적으로 방지할 수 있다.
In addition, the second device isolation 220 includes the third impurity region 223 extended to the interface between the first device isolation 210 and the substrate 201, thereby effectively preventing occurrence of dark current.

도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 제2실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법을 도시한 공정단면도로, 도 5a에 도시된 이미지 센서 제조방법의 일례를 설명하기 위한 것이다.FIGS. 6A to 6E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an image sensor according to a second embodiment of the present invention, and illustrate an example of the method of manufacturing the image sensor shown in FIG. 5A.

도 6a에 도시된 바와 같이, 복수의 픽셀(Pixel)들이 정의된 기판(31)을 준비한다. 기판(31)은 반도체 기판을 포함할 수 있다. 반도체 기판은 단결정 상태(Single crystal state)일 수 있으며, 실리콘함유 재료를 포함할 수 있다. 즉, 기판(31)은 단결정의 실리콘함유 재료를 포함할 수 있다. As shown in Fig. 6A, a substrate 31 on which a plurality of pixels are defined is prepared. The substrate 31 may comprise a semiconductor substrate. The semiconductor substrate may be in a single crystal state, and may include a silicon-containing material. That is, the substrate 31 may comprise a single crystal silicon containing material.

다음으로, 각각의 픽셀들에 대응하도록 기판(31)에 광전변환영역(PD)을 형성한다. 광전변환영역(PD)은 수직적으로 중첩되는 복수개의 광전변화부를 포함할 수 있으며, 광전변환부들 각각은 N형 불순물영역과 P형 불순물영역을 포함하는 포토다이오드일 수 있다. 포토다이오드는 불순물 이온주입공정을 통해 형성할 수 있다. Next, a photoelectric conversion region PD is formed in the substrate 31 so as to correspond to each of the pixels. The photoelectric conversion region PD may include a plurality of vertically overlapping photoelectric conversion portions, and each of the photoelectric conversion portions may be a photodiode including an N-type impurity region and a P-type impurity region. The photodiode can be formed through an impurity ion implantation process.

다음으로, 광전변환영역(PD)을 포함한 기판(31) 상에 보호막(32)을 형성한다. 보호막(32)은 기판(31)보다 열전도성이 낮은 물질막으로 형성할 수 있으며, 기판(31)보다 열전도성이 낮은 물질막을 이용한 단일막 또는 적층막으로 형성할 수 있다. 일례로, 기판(31)이 실리콘함유 재료를 포함하는 경우에 보호막(32)은 실리콘함유 절연막 또는/및 금속함유 절연막으로 형성할 수 있다. 실리콘함유 절연막은 실리콘산화막(SiO2)을 포함할 수 있고, 금속함유 절연막은 지르코늄산화막(ZrO2)을 포함할 수 있다. Next, a protective film 32 is formed on the substrate 31 including the photoelectric conversion region PD. The protective film 32 may be formed of a material film having lower thermal conductivity than the substrate 31 and may be formed of a single film or a laminated film using a material film having lower thermal conductivity than the substrate 31. [ For example, in the case where the substrate 31 includes a silicon-containing material, the protective film 32 may be formed of a silicon-containing insulating film and / or a metal-containing insulating film. The silicon-containing insulating film may include a silicon oxide film (SiO 2 ), and the metal-containing insulating film may include a zirconium oxide film (ZrO 2 ).

다음으로, 보호막(32) 상에 신호생성회로를 포함한 층간절연막(33)을 형성한다. 층간절연막(33)은 산화막, 질화막 및 산화질화막으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나일 수 있으며, 다층구조를 가질 수 있다. 신호생성회로는 광전변환영역(PD)에서 생성된 전하에 상응하는 전기신호를 생성(또는 출력)하는 역할을 수행한다. 구체적으로, 신호생성회로는 복수의 트랜지스터 및 다층의 금속배선(34)을 포함할 수 있다. 복수의 트랜지스터는 트랜스퍼 트랜지스터(Tx), 리셋 트랜지스터(Rx), 선택 트랜지스터(Sx) 및 억세스 트랜지스터(Ax)를 포함할 수 있다. 그리고, 다층의 금속배선(34)은 복수의 콘택플러그(미도시)를 통해 복수의 트랜지스터 및 복수의 금속배선(34)과 전기적으로 연결될 수 있다. Next, an interlayer insulating film 33 including a signal generating circuit is formed on the protective film 32. Then, The interlayer insulating film 33 may be any one selected from the group consisting of an oxide film, a nitride film, and a nitrided oxide film, and may have a multilayer structure. The signal generating circuit generates (or outputs) an electrical signal corresponding to the charge generated in the photoelectric conversion region PD. Specifically, the signal generation circuit may include a plurality of transistors and a multi-layered metal wiring 34. [ The plurality of transistors may include a transfer transistor Tx, a reset transistor Rx, a selection transistor Sx, and an access transistor Ax. The multilayer metal wiring 34 can be electrically connected to the plurality of transistors and the plurality of metal wirings 34 through a plurality of contact plugs (not shown).

도 6b에 도시된 바와 같이, 신호생성회로가 형성된 기판(31)을 반전시킨 후에 기판(31) 후면(Back-Side) 상에 마스크패턴(미도시)을 형성한다. 마스크패턴은 소자분리구조물이 형성될 영역만을 오픈하는 형태를 가질 수 있다. A mask pattern (not shown) is formed on the back-side of the substrate 31 after the substrate 31 on which the signal generating circuit is formed is inverted as shown in Fig. 6B. The mask pattern may have a shape that opens only a region where the element isolation structure is to be formed.

다음으로, 마스크패턴(미도시)을 식각장벽으로 기판(31)을 식각하여 제1소자분리를 위한 트렌치(35)를 형성한다. 트렌치(35)는 입사광의 경로를 제어하기 위해 버티컬한 측벽을 갖거나, 또는 경사진 측벽을 갖도록 형성할 수 있다. 트렌치(35)를 형성하기 위한 식각공정은 건식식각으로 진행할 수 있다. Next, the substrate 31 is etched with a mask pattern (not shown) as an etching barrier to form a trench 35 for first element isolation. The trench 35 may have vertical sidewalls or inclined sidewalls to control the path of incident light. The etching process for forming the trenches 35 can be performed by dry etching.

다음으로, 마스크패턴(미도시)을 이온주입장벽으로 트렌치(35)가 형성된 기판(31) 후면에 불순물을 이온주입하는 선비정질화(Pre amorphization)를 진행한다. 선비정질화는 불순물 이온 주입각을 변화시키면서 복수회 진행할 수 있다. 기판(31)이 실리콘함유 재료인 경우에 선비정질화를 위한 불순물로는 저마늄(Ge), 실리콘(Si), 카본(C) 등을 사용할 수 있다. 선비정질화를 통해 기판(31)에 비정질영역(36)을 형성할 수 있다. 비정질영역(36)은 상부면 및 저면이 각각 트렌치(35)의 저면 및 기판(31)의 전면(Front-Side)에 접하는 필라형태로 형성할 수 있다. 또한, 비정질영역(36)은 일부가 트렌치(35)의 측벽에 접하도록 확장된 형태를 갖도록 형성할 수도 있다. 즉, 트렌치(35)의 측벽 기판(31)에도 비정질영역(36)을 형성할 수 있다. Next, pre-amorphization is performed in which impurities are ion-implanted into the rear surface of the substrate 31 on which the trench 35 is formed with a mask pattern (not shown) as an ion implantation barrier. The pre-amorphization can proceed a plurality of times while changing the impurity ion implantation angle. When the substrate 31 is a silicon-containing material, impurities such as germanium (Ge), silicon (Si), carbon (C) and the like can be used as the impurity for pre-amorphization. The amorphous region 36 can be formed on the substrate 31 through the linear amorphization. The amorphous region 36 can be formed in a pillar shape in which the upper surface and the lower surface are in contact with the bottom surface of the trench 35 and the front surface of the substrate 31, respectively. In addition, the amorphous region 36 may be formed so as to have an extended shape so that a part of the amorphous region 36 is in contact with the side wall of the trench 35. That is, the amorphous region 36 can also be formed on the sidewall substrate 31 of the trench 35.

선비정질화는 단결정 상태의 기판(31)보다 낮은 용융온도(melting temperature)를 갖는 비정질영역(36)을 형성하기 위한 것이다. 구체적으로, 선비정질화를 통해 비정질영역(36)은 단결정 상태의 기판(31)보다 낮은 용융온도를 가질 수 있다. 일례로, 비정질 실리콘은 단결정 실리콘보다 약 200℃ 정도 낮은 용융온도를 갖는다.The linear amorphization is for forming an amorphous region 36 having a lower melting temperature than the substrate 31 in the single crystal state. Specifically, the amorphous region 36 through the linear amorphization can have a lower melting temperature than the substrate 31 in the single crystal state. For example, amorphous silicon has a melting temperature as low as about 200 캜 lower than monocrystalline silicon.

한편, 도면에 도시하지는 않았지만 신호생성회로를 형성한 이후에 기판(31) 후면(Back-Side)에 대한 씨닝공정(Thinning process)을 진행하여 기판(31)의 두께를 감소시킬 수 있다. 이는 광전변환영역(PD)으로 입사하는 입사광의 도달거리를 감소시켜 수광효율을 증가시키기 위한 것이다. 씨닝공정은 백그라인딩(backgrinding)과 연마(polishing)를 통하여 진행할 수 있다. Though not shown in the drawing, the thickness of the substrate 31 can be reduced by performing a thinning process on the back-side of the substrate 31 after the signal generating circuit is formed. This is to increase the light receiving efficiency by reducing the distance of incident light incident on the photoelectric conversion region PD. The thinning process can be performed by backgrinding and polishing.

도 6c에 도시된 바와 같이, 마스크패턴(미도시)을 이온주입장벽으로 비정질영역(36)에 광전변환영역(PD)을 포함한 기판(31)보다 작은 굴절률을 갖도록 유도함과 동시에 광전변환영역(PD)에 대한 전위장벽으로 작용하는 불순물을 이온주입한다. 이하, 불순물이 주입된 비정질영역(36)의 도면부호를 '37'로 변경하여 표기하기로 한다. 6C, a mask pattern (not shown) is introduced into the amorphous region 36 as an ion implantation barrier so as to have a refractive index smaller than that of the substrate 31 including the photoelectric conversion region PD, and at the same time, ) Is implanted by ion implantation. Hereinafter, the denomination of the impurity-doped amorphous region 36 is denoted by "37".

광전변환영역(PD)을 포함한 기판(31)보다 작은 굴절률을 갖도록 유도할 수 있는 불순물은 금속을 포함할 수 있고, 광전변환영역(PD)에 대한 전위장벽을 형성할 수 있는 불순물은 인접한 광전변환영역(PD)의 도전형과 상보적인 도전형을 갖는 불순물을 의미할 수 있다. 예컨대, 비정질영역(37)과 마주보는 측벽을 갖는 광전변환영역(PD)의 도전형이 N형인 경우에 이온주입공정시 불순물로 P형 금속을 사용할 수 있다.The impurity which can induce a refractive index smaller than that of the substrate 31 including the photoelectric conversion region PD may include a metal and the impurity capable of forming a potential barrier with respect to the photoelectric conversion region PD may be an adjacent photoelectric conversion May mean an impurity having a conductive type complementary to the conductive type of the region PD. For example, when the conductivity type of the photoelectric conversion region PD having the side wall facing the amorphous region 37 is N-type, the P-type metal can be used as an impurity in the ion implantation process.

도 6d에 도시된 바와 같이, 비정질영역(37)에 주입된 불순물을 활성화시킴과 동시에 비정질영역(37)을 재결정화시키기 위한 어닐공정(Anneal process)을 진행한다. 어닐공정시 주입된 불순물의 확산에 기인한 특성 열화를 방지함과 동시에 기 형성된 구조물에 가해지는 열적 부담을 경감시키기 위해 비정질영역(37)에 대해서만 선택적으로 어닐을 진행한다. 이를 위해, 어닐공정은 국부적인 어닐이 가능한 레이져어닐(Laser anneal)로 진행할 수 있다. As shown in FIG. 6D, the annealing process for activating the impurities injected into the amorphous region 37 and recrystallizing the amorphous region 37 is performed. The annealing is selectively performed only on the amorphous region 37 in order to prevent the deterioration of the characteristics due to the diffusion of the impurities implanted in the annealing process and to reduce the thermal burden imposed on the preformed structure. For this purpose, the annealing process can proceed to a laser anneal capable of local annealing.

레이져어닐을 사용한 어닐공정은 불순물이 주입된 비정질영역(37)에 예정된 시간동안 레이져를 조사하여 단결정 상태의 기판(31) 대비 상대적으로 낮은 용융온도를 갖는 비정질영역(37)을 용융(melting)시키고, 레이져 조사가 중단되는 시점으로부터 용융된 비정질영역(37)이 응고되면서 재결정화됨과 동시에 주입된 불순물이 활성화되는 일련의 과정을 통해 진행할 수 있다. 이때, 단결정 상태의 기판(31)과 비정질영역(37) 사이의 용융온도 차이로 인해 레이져가 기판(31)에 조사되더라도 기판(31)은 용융되지 않는다. 즉, 비정질영역(37)을 형성함에 따라 선택적 용융(selective melting)이 가능하다(도 10 참조). The annealing process using laser annealing is performed by irradiating the laser to the amorphous region 37 doped with impurities for a predetermined time to melt the amorphous region 37 having a relatively low melting temperature with respect to the single crystal substrate 31 , The molten amorphous region 37 is solidified and recrystallized from the point of time when the laser irradiation is stopped, and at the same time, the injected impurity is activated. At this time, even if the laser is irradiated on the substrate 31 due to the difference in melting temperature between the single crystal substrate 31 and the amorphous region 37, the substrate 31 is not melted. That is, selective melting is possible by forming the amorphous region 37 (see FIG. 10).

이로써, 제1불순물영역(38), 제1불순물영역(38) 가장자리를 따라 형성되고 제1불순물영역(38)보다 큰 불순물 도핑농도를 갖는 제2불순물영역(39) 및 트렌치(35) 측벽에 형성된 제3불순물영역(40)을 포함하는 제2소자분리(41)를 형성할 수 있다. 어닐공정시 불순물이 주입된 비정질영역(37)을 용융시킴에 따라 양질의 재결정화가 가능하고, 주입된 불순물의 활성화률을 향상시킬 수 있으며, 재결정화 과정에서 경계지역으로 주입된 불순물이 축적되어(pile up) 제1불순물영역(38) 내지 제3불순물영역(40)을 포함한 제2소자분리(41)를 용이하게 형성할 수 있다(도 9 참조). 아울러, 제3불순물영역(40)에 의해 트렌치(35) 표면에서의 댕글링본드, 결함등이 제거됨에 따라 암전류 발생을 효과적으로 방지할 수 있다. Thereby, the first impurity region 38, the second impurity region 39 formed along the edge of the first impurity region 38 and having an impurity doping concentration larger than that of the first impurity region 38, and the second impurity region 39 formed on the side wall of the trench 35 The second isolation 41 including the third impurity region 40 formed can be formed. It is possible to recrystallize the amorphous region 37 by melting the amorphous region 37 doped with impurities during the annealing process and to improve the activation rate of the doped impurities and to accumulate impurities injected into the boundary region during the recrystallization process it is possible to easily form the second element isolation 41 including the first impurity region 38 to the third impurity region 40 (see FIG. 9). In addition, dangling bonds, defects, and the like on the surface of the trench 35 are removed by the third impurity region 40, so that occurrence of a dark current can be effectively prevented.

한편, 어닐공정시 기판(31)보다 낮은 열전도성을 갖는 물질막을 포함한 보호막(32)에 의하여 기형성된 신호생성회로 특히, 다층의 금속배선(34)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.On the other hand, in the annealing process, the protective film 32 including a material film having lower thermal conductivity than the substrate 31 can prevent damage to the preformed signal generating circuit, in particular, the multilayer metal wiring 34.

도 6e에 도시된 바와 같이, 트렌치(35)를 갭필하도록 절연막(42)을 형성한다. 절연막(42)은 트렌치(35)를 갭필하도록 기판(31)상에 절연막(42)을 형성한 후에 기판(31) 표면이 노출될때까지 평탄화공정을 진행하는 일련의 과정을 통해 형성할 수 있다. 절연막(42)은 각각의 픽셀들에 대응하는 기판(31)보다 굴절률이 작은 산화막, 질화막 및 산화질화막으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나의 단일막 또는 둘 이상의 적층된 적층막일 수 있다.As shown in FIG. 6E, an insulating film 42 is formed to cover the trench 35. The insulating film 42 may be formed through a series of processes in which the insulating film 42 is formed on the substrate 31 so as to cover the trench 35 and then the planarization process is performed until the surface of the substrate 31 is exposed. The insulating film 42 may be any one single film selected from the group consisting of an oxide film, a nitride film, and a nitrided oxide film having a refractive index lower than that of the substrate 31 corresponding to each pixel, or two or more laminated laminated films.

이로써, 기판(31)에 형성된 트렌치(35)를 갭필하는 절연막(42)을 포함한 제1소자분리(43)를 형성할 수 있다. 또한, 수직적으로 중첩되는 제1소자분리(43)와 제2소자분리(41)를 포함하는 소자분리구조물(44)을 형성할 수 있다. Thereby, the first device isolation 43 including the insulating film 42 for tapping the trench 35 formed in the substrate 31 can be formed. Further, the device isolation structure 44 including the first device isolation 43 and the second device isolation 41 vertically overlapping can be formed.

다음으로, 도면에 도시하지는 않았지만 공지된 제조기술을 이용하여 이미지 센서를 완성할 수 있다. 예컨대, 기판(31) 후면에 컬러필터 및 마이크로렌즈를 순차적으로 형성하여 이미지 센서를 완성할 수 있다. Next, although not shown in the drawing, an image sensor can be completed using a known manufacturing technique. For example, a color filter and a microlens may be sequentially formed on the rear surface of the substrate 31 to complete the image sensor.

상술한 제조방법을 통해 형성된 이미지 센서는 제1소자분리(43)와 제2소자분리(41)가 수직적으로 중첩되는 소자분리구조물(44)을 구비함으로써, 인접한 픽셀 사이의 물리적, 전기적 크로스토크를 효과적으로 방지할 수 있다. The image sensor formed through the above-described manufacturing method has the element isolation structure 44 in which the first element isolation 43 and the second element isolation 41 vertically overlap with each other so that the physical and electrical crosstalk between adjacent pixels Can be effectively prevented.

또한, 소자분리구조물(44)은 광전변환영역(PD)을 포함한 기판(31)보다 작은 굴절률을 갖기 때문에 인접한 픽셀들 사이의 물리적 크로스토크를 보다 효과적으로 방지할 수 있다. In addition, since the element isolation structure 44 has a refractive index smaller than that of the substrate 31 including the photoelectric conversion region PD, it is possible to more effectively prevent physical crosstalk between adjacent pixels.

또한, 제2소자분리(41)는 제1불순물영역(38)을 감싸는 제2불순물영역(39)의 불순물 도핑농도가 더 크기 때문에 전기적 크로스토크를 보다 효과적으로 방지할 수 있다.In addition, the second device isolation 41 can more effectively prevent electrical crosstalk because the impurity doping concentration of the second impurity region 39 surrounding the first impurity region 38 is larger.

또한, 제2소자분리(41)의 제3불순물영역(40)에 의해 암전류 발생을 효과적으로 방지할 수 있다. In addition, the occurrence of dark current can be effectively prevented by the third impurity region 40 of the second element isolation 41.

또한, 단결정 상태의 기판(31) 대비 낮은 용융온도를 갖는 비정질영역(37)을 선택적으로 용융시키는 어닐공정을 통해 주입된 불순물의 확산에 기인한 특성 열화를 방지함과 동시에 기 형성된 구조물에 가해지는 열적 부담을 경감시킬 수 있다.
In addition, the annealing process for selectively melting the amorphous region 37 having a lower melting temperature than that of the substrate 31 in the single crystal state prevents the deterioration of the characteristics due to the diffusion of the implanted impurities, The thermal burden can be reduced.

도 7a 및 도 7b는 도 2에 도시된 A-A'절취선을 따라 도시한 단면도이다. 도 7a는 본 발명의 제3실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 단면도이고, 도 7b는 본 발명의 제3실시예에 따른 이미지 센서의 변형예를 도시한 단면도이다. Figs. 7A and 7B are cross-sectional views along the A-A 'perforation line shown in Fig. 2. Fig. FIG. 7A is a cross-sectional view illustrating an image sensor according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 7B is a cross-sectional view illustrating a modified example of the image sensor according to the third embodiment of the present invention.

도 2, 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 이미지 센서는 제1소자분리(310)와 제2소자분리(320)를 포함하는 소자분리구조물(330)에 의하여 분리된 복수의 픽셀(Pixel)들을 갖고 각각의 픽셀들에 대응하여 돌출된 표면(301A)을 갖는 기판(301) 및 소자분리구조물(330)에 의하여 분리된 각각의 픽셀들에 대응하여 기판(301)에 형성된 광전변환영역(PD)을 포함할 수 있다. 2, 7A and 7B, an image sensor according to an embodiment may include a plurality of device isolation structures 330 separated by a device isolation structure 330 including a first device isolation 310 and a second device isolation 320, (Not shown) formed on the substrate 301 in correspondence with the respective pixels separated by the device isolation structure 330 and the substrate 301 having the pixels 301 of the pixel 301 and the protruded surface 301A corresponding to the respective pixels, And may include a photoelectric conversion region PD.

기판(301)은 반도체 기판을 포함할 수 있다. 반도체 기판은 단결정 상태(Single crystal state)일 수 있으며, 실리콘함유 재료를 포함할 수 있다. 즉, 기판(301)은 단결정의 실리콘함유 재료를 포함할 수 있다. 돌출된 표면(301A)은 입사광에 대한 포커싱 능력을 향상시키는 역할을 수행하는 것으로, 입사광이 진입하는 기판(301) 후면(Back-Side)에 형성할 수 있다. 돌출된 표면(301A)은 효과적인 입사광의 포커싱을 위해 곡률을 가질 수 있다. 예컨대, 곡률을 갖는 돌출된 표면(301A)은 기판(301) 후면(Back-Side) 위로 돌출된 볼록한 형태를 가질 수 있다.The substrate 301 may include a semiconductor substrate. The semiconductor substrate may be in a single crystal state, and may include a silicon-containing material. That is, the substrate 301 may comprise a single crystal silicon containing material. The protruded surface 301A serves to improve the focusing ability with respect to incident light and can be formed on the back-side of the substrate 301 on which the incident light enters. The protruding surface 301A may have curvature for effective focusing of the incident light. For example, the protruded surface 301A having a curvature may have a convex shape protruding over the back-side of the substrate 301. [

광전변환영역(PD)은 수직적으로 중첩되는 복수개의 광전변환부들을 포함할 수 있으며, 광전변환부들 각각은 N형 불순물영역과 P형 불순물영역을 포함하는 포토다이오드(Photo Diode)일 수 있다. 광전변환영역(PD)과 소자분리구조물(330)은 소정 간격 이격된 형태를 가질 수 있다. The photoelectric conversion region PD may include a plurality of vertically overlapping photoelectric conversion units, and each of the photoelectric conversion units may be a photodiode including an N-type impurity region and a P-type impurity region. The photoelectric conversion region PD and the element isolation structure 330 may have a predetermined spacing.

제1소자분리(310)는 기판(301)에 형성된 트렌치(311)를 갭필하는 절연막(312)을 포함할 수 있다. 트렌치(311)는 버티컬한 측벽을 갖거나, 또는 경사진 측벽을 가질 수 있다. 트렌치(311) 측벽의 형태는 입사광의 경로를 제어하기 위해 조절할 수 있다. 절연막(312)은 광전변환영역(PD)을 포함한 기판(301)보다 굴절률이 작은 산화막, 질화막 및 산화질화막으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나의 단일막 또는 둘 이상의 적층된 적층막일 수 있다. 일례로, 기판(301)이 실리콘함유 재료를 포함하는 경우에 절연막(312)은 실리콘산화질화막을 포함할 수 있다. The first device isolation 310 may include an insulating film 312 for tapping the trench 311 formed in the substrate 301. Trench 311 may have vertical sidewalls, or may have sloped sidewalls. The shape of the sidewalls of the trench 311 can be adjusted to control the path of the incident light. The insulating film 312 may be any one single film selected from the group consisting of an oxide film having a refractive index lower than that of the substrate 301 including the photoelectric conversion region PD, a nitride film, and a nitride oxide film, or two or more laminated laminated films. In one example, when the substrate 301 includes a silicon-containing material, the insulating film 312 may include a silicon oxynitride film.

제2소자분리(320)는 광전변환영역(PD)을 포함한 기판(301)보다 작은 굴절률을 갖고, 광전변환영역(PD)에 대한 전위장벽으로 작용하는 불순물영역을 포함할 수 있다. 여기서, 광전변환영역(PD)을 포함한 기판(301)보다 작은 굴절률을 갖는 불순물영역은 기판(301)을 구성하는 물질과 결합하여 기판(301)보다 작은 굴절률을 유도하는 불순물이 도핑 또는 합금된 영역을 의미할 수 있다. 또한, 광전변환영역(PD)에 대한 전위장벽으로 작용하는 불순물영역은 서로 측벽을 마주보는 광전변환영역(PD)의 도전형과 상보적인 도전형을 갖는 것을 의미할 수 있다. 구체적으로, 서로 측벽을 마주보는 광전변환영역(PD)의 도전형이 N형인 경우에 불순물영역의 도전형은 P형일 수 있다. 즉, 불순물영역은 기판(301)에 P형 불순물이 도핑된 것일 수 있으며, P형 불순물은 P형 금속을 포함할 수 있다. 일례로, 기판(301)이 실리콘함유 재료를 포함하는 경우에 P형 금속으로는 은(Ag), 코발트(Co), 철(Fe)등을 사용할 수 있으며, 실리콘과 결합된 상기 P형 금속은 실리콘보다 낮은 굴절률을 갖는다. 반대로, 서로 측벽을 마주보는 광전변환영역(PD)의 도전형이 P형인 경우에 불순물영역의 도전형은 N형일 수 있으며, N형 불순물은 N형 금속을 포함할 수 있다. 일례로, 기판(301)이 실리콘함유 재료를 포함하는 경우에 N형 금속으로는 알루미늄(Al), 티타늄(Ti)등을 사용할 수 있으며, 실리콘과 결합된 상기 N형 금속은 실리콘보다 낮은 굴절률을 갖는다.The second element isolation 320 may have an impurity region that has a refractive index smaller than that of the substrate 301 including the photoelectric conversion region PD and functions as a potential barrier for the photoelectric conversion region PD. Here, an impurity region having a refractive index smaller than that of the substrate 301 including the photoelectric conversion region PD is formed by doping or alloying the impurity which induces a refractive index smaller than that of the substrate 301, . ≪ / RTI > The impurity region serving as a potential barrier with respect to the photoelectric conversion region PD may have a conductivity type complementary to that of the photoelectric conversion region PD facing the side wall. More specifically, when the conductivity type of the photoelectric conversion region PD facing the side wall of each other is N-type, the conductivity type of the impurity region may be P-type. That is, the impurity region may be formed by doping the substrate 301 with a P-type impurity, and the P-type impurity may include a P-type metal. For example, when the substrate 301 includes a silicon-containing material, silver (Ag), cobalt (Co), iron (Fe) or the like may be used as the P type metal, And has a lower refractive index than silicon. Conversely, when the conductivity type of the photoelectric conversion region PD facing the side wall of each other is P type, the conductivity type of the impurity region may be N type, and the N type impurity may include N type metal. For example, when the substrate 301 includes a silicon-containing material, aluminum (Al), titanium (Ti) or the like may be used as the N-type metal, and the N-type metal combined with the silicon may have a refractive index lower than that of silicon .

또한, 제2소자분리(320)를 구성하는 불순물영역은 불순물 이온주입공정 및 어닐공정을 통해 형성된 것일 수 있으며, 어닐공정의 특성에 의하여 불순물영역의 가장자리를 따라 주입된 불순물이 축적된(pile up) 형태를 가질 수 있다(도 9 참조). 구체적으로, 제2소자분리(320)는 제1불순물영역(321) 및 제1불순물영역(321) 가장자리를 따라 형성되고 제1불순물영역(321)보다 큰 불순물 도핑농도를 갖는 제2불순물영역(322)을 포함할 수 있다(도 7a 참조). 또한, 제2소자분리(320)는 제1불순물영역(321), 제2불순물영역(322)과 더불어서 기판(301)과 제1소자분리(310) 사이에 형성된 제3불순물영역(323)을 더 포함할 수 있다(도 7b 참조). 제1불순물영역(321)보다 제2불순물영역(322)의 불순물 도핑농도가 크기 때문에 불순물영역 경계면에서의 전위장벽을 증가시켜 전기적 크로스토크를 보다 효과적으로 방지할 수 있다. 기판(301)과 제1소자분리(310) 사이에 형성된 제3불순물영역(323)은 제1소자분리(310)와 기판(301)이 접하는 계면에서의 댕글링본드, 결함 등을 제거하여 암전류 발생을 방지하는 역할을 수행한다. The impurity region constituting the second element isolation 320 may be formed through an impurity ion implantation process and an anneal process. Depending on the characteristics of the annealing process, the pile up of the impurity implanted along the edge of the impurity region ) Shape (see Fig. 9). Specifically, the second isolation 320 includes a first impurity region 321 and a second impurity region 321 formed along the edge of the first impurity region 321 and having an impurity doping concentration larger than that of the first impurity region 321 322) (see FIG. 7A). The second isolation 320 includes a third impurity region 323 formed between the substrate 301 and the first device isolation 310 in addition to the first impurity region 321 and the second impurity region 322 (See FIG. 7B). Since the impurity doping concentration of the second impurity region 322 is larger than that of the first impurity region 321, the potential barrier at the impurity region interface can be increased to more effectively prevent electrical crosstalk. The third impurity region 323 formed between the substrate 301 and the first device isolation 310 is formed by removing dangling bonds and defects at the interface between the first device isolation 310 and the substrate 301, Thereby preventing the occurrence of the problem.

또한, 실시예에 따른 소자분리구조물(330)의 제1소자분리(310)와 제2소자분리(320)는 수직적으로 중첩된 구조를 가질 수 있다. 구체적으로, 기판(301) 후면(Back-Side)을 기준으로 제1소자분리(310) 상에 제2소자분리(320)가 적층된 구조를 가질 수 있다. 기판(301) 후면(Back-Side)을 기준으로 제1소자분리(310) 상에 제2소자분리(320)가 적층된 구조의 소자분리구조물(330)은 암전류 발생을 효과적으로 방지할 수 있다. 그리고, 소자분리구조물(330)은 기판(301) 전면(Front-Side)을 기준으로 광전변환영역(PD)의 깊이보다 큰 깊이를 가질 수 있다. 이는 인접한 픽셀 사이의 분리 특성을 향상시킴과 동시에 크로스토크를 보다 효과적으로 방지하기 위함이다. 일례로, 소자분리구조물(330)은 기판(301)을 관통하는 형태를 가질 수 있다. In addition, the first device isolation 310 and the second device isolation 320 of the device isolation structure 330 according to the embodiment may have a vertically overlapping structure. Specifically, the second device isolation 320 may have a structure in which the second device isolation 320 is stacked on the first device isolation 310 with reference to the back-side of the substrate 301. The device isolation structure 330 having the structure in which the second device isolation 320 is stacked on the first device isolation 310 with respect to the back-side of the substrate 301 can effectively prevent occurrence of dark current. The element isolation structure 330 may have a depth greater than the depth of the photoelectric conversion region PD with respect to the front side of the substrate 301. This is to improve separation characteristics between adjacent pixels and to prevent crosstalk more effectively. For example, the element isolation structure 330 may have a shape penetrating through the substrate 301.

또한, 실시예에 따른 이미지 센서는 기판(301)의 전면에 형성된 층간절연막(303), 층간절연막(303) 내부에 형성된 신호생성회로 및 기판(301)과 층간절연막(303) 사이에 형성된 보호막(302)을 포함할 수 있다. 신호생성회로는 광전변환영역(PD)에서 생성된 전하에 상응하는 전기신호를 생성(또는 출력)하는 역할을 수행한다. 구체적으로, 신호생성회로는 복수의 트랜지스터 및 다층의 금속배선(304)을 포함할 수 있다. 복수의 트랜지스터는 트랜스퍼 트랜지스터(Tx), 리셋 트랜지스터(Rx), 선택 트랜지스터(Sx) 및 억세스 트랜지스터(Ax)를 포함할 수 있다. 그리고, 다층의 금속배선(304)은 복수의 콘택플러그(미도시)를 통해 복수의 트랜지스터 및 복수의 금속배선(304)과 전기적으로 연결될 수 있다. 보호막(302)은 공정간 신호생성회로 특히, 다층의 금속배선(304)이 손상되는 것을 방지하는 역할을 수행한다. 보호막(302)은 기판(301)보다 열전도성(thermal conductivity)이 낮은 물질막을 포함할 수 있으며, 기판(301)보다 열전도성이 낮은 물질막을 이용한 단일막 또는 적층막일 수 있다. 일례로, 기판(301)이 실리콘함유 재료를 포함하는 경우에 보호막(302)은 실리콘함유 절연막(312) 및 금속함유 절연막(312)을 포함할 수 있다. 실리콘함유 절연막(312)은 실리콘산화막(SiO2)을 포함할 수 있고, 금속함유 절연막(312)은 지르코늄산화막(ZrO2)을 포함할 수 있다. The image sensor according to the embodiment includes an interlayer insulating film 303 formed on the front surface of a substrate 301, a signal generating circuit formed inside the interlayer insulating film 303, a protective film formed between the substrate 301 and the interlayer insulating film 303 302). The signal generating circuit generates (or outputs) an electrical signal corresponding to the charge generated in the photoelectric conversion region PD. Specifically, the signal generation circuit may include a plurality of transistors and a multi-layered metal wiring 304. The plurality of transistors may include a transfer transistor Tx, a reset transistor Rx, a selection transistor Sx, and an access transistor Ax. The multi-layered metal wiring 304 can be electrically connected to the plurality of transistors and the plurality of metal wiring 304 through a plurality of contact plugs (not shown). The protective film 302 serves to prevent damage to the inter-process signal generating circuit, particularly, the multi-layered metal wiring 304. The protective film 302 may include a material film having lower thermal conductivity than the substrate 301 and may be a single film or a laminated film using a material film having lower thermal conductivity than the substrate 301. In one example, in the case where the substrate 301 includes a silicon-containing material, the protective film 302 may include a silicon-containing insulating film 312 and a metal-containing insulating film 312. The silicon-containing insulating film 312 may include a silicon oxide film (SiO 2 ), and the metal-containing insulating film 312 may include a zirconium oxide film (ZrO 2 ).

또한, 실시예에 따른 이미지 센서는 기판(301) 후면(Back-Side)에 형성된 평탄화막(307), 평탄화막(307) 상에 형성된 컬러필터(305) 및 컬러필터(305) 상에 형성된 마이크로렌즈(306)를 포함할 수 있다. 평탄화막(307)은 돌출된 표면(301A)에 의한 단차를 제거하는 역할을 수행한다. The image sensor according to the embodiment includes a planarization film 307 formed on the back side of the substrate 301, a color filter 305 formed on the planarization film 307, And a lens 306 as shown in FIG. The planarizing film 307 serves to remove the stepped portion by the protruded surface 301A.

상술한 구조를 갖는 이미지 센서는 제1소자분리(310)와 제2소자분리(320)가 수직적으로 중첩되는 소자분리구조물(330)을 구비함으로써, 인접한 픽셀 사이의 물리적, 전기적 크로스토크를 효과적으로 방지할 수 있다.The image sensor having the above-described structure includes the element isolation structure 330 in which the first element isolation 310 and the second element isolation 320 are vertically overlapped to effectively prevent physical and electrical crosstalk between adjacent pixels can do.

또한, 소자분리구조물(330)은 광전변환영역(PD)을 포함한 기판(301)보다 작은 굴절률을 갖기 때문에 인접한 픽셀들 사이의 물리적 크로스토크를 보다 효과적으로 방지할 수 있다. In addition, since the element isolation structure 330 has a refractive index smaller than that of the substrate 301 including the photoelectric conversion region PD, it is possible to more effectively prevent physical crosstalk between adjacent pixels.

또한, 제2소자분리(320)는 제1불순물영역(321)을 감싸는 제2불순물영역(322)의 불순물 도핑농도가 더 크기 때문에 전기적 크로스토크를 보다 효과적으로 방지할 수 있다. In addition, the second isolation 320 can more effectively prevent electrical crosstalk because the impurity doping concentration of the second impurity region 322 surrounding the first impurity region 321 is larger.

또한, 제2소자분리(320)는 제1소자분리(310)와 기판(301)이 접하는 계면으로 확장된 제3불순물영역(323)을 구비함으로써, 암전류 발생을 효과적으로 방지할 수 있다.In addition, the second element isolation 320 includes the third impurity region 323 extended to the interface between the first element isolation 310 and the substrate 301, thereby effectively preventing occurrence of dark current.

또한, 기판(301)에 돌출된 표면(301A)을 구비함으로써, 입사광에 대한 포커싱을 향상시킬 수 있다. Further, by providing the surface 301A protruding from the substrate 301, focusing on incident light can be improved.

도 8a 내지 도 8g는 본 발명의 제3실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법을 도시한 공정단면도로, 도 7a에 도시된 이미지 센서 제조방법의 일례를 설명하기 위한 것이다.8A to 8G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an image sensor according to a third embodiment of the present invention, and are views for explaining an example of a method of manufacturing the image sensor shown in FIG. 7A.

도 8a에 도시된 바와 같이, 복수의 픽셀(Pixel)들이 정의된 기판(51)을 준비한다. 기판(51)은 반도체 기판을 포함할 수 있다. 반도체 기판은 단결정 상태(Single crystal state)일 수 있으며, 실리콘함유 재료를 포함할 수 있다. 즉, 기판(51)은 단결정의 실리콘함유 재료를 포함할 수 있다. As shown in Fig. 8A, a substrate 51 on which a plurality of pixels are defined is prepared. The substrate 51 may comprise a semiconductor substrate. The semiconductor substrate may be in a single crystal state, and may include a silicon-containing material. That is, the substrate 51 may include a single crystal silicon-containing material.

다음으로, 각각의 픽셀에 대응하도록 기판(51)에 광전변환영역(PD)을 형성한다. 광전변환영역(PD)은 수직적으로 중첩되는 복수개의 광전변화부를 포함할 수 있으며, 광전변환부들 각각은 N형 불순물영역과 P형 불순물영역을 포함하는 포토다이오드일 수 있다. 포토다이오드는 불순물 이온주입공정을 통해 형성할 수 있다. Next, a photoelectric conversion region PD is formed in the substrate 51 so as to correspond to each pixel. The photoelectric conversion region PD may include a plurality of vertically overlapping photoelectric conversion portions, and each of the photoelectric conversion portions may be a photodiode including an N-type impurity region and a P-type impurity region. The photodiode can be formed through an impurity ion implantation process.

다음으로, 광전변환영역(PD)을 포함한 기판(51) 상에 보호막(52)을 형성한다. 보호막(52)은 기판(51)보다 열전도성이 낮은 물질막으로 형성할 수 있으며, 기판(51)보다 열전도성이 낮은 물질막을 이용한 단일막 또는 적층막으로 형성할 수 있다. 일례로, 기판(51)이 실리콘함유 재료를 포함하는 경우에 보호막(52)은 실리콘함유 절연막 또는/및 금속함유 절연막으로 형성할 수 있다. 실리콘함유 절연막은 실리콘산화막(SiO2)을 포함할 수 있고, 금속함유 절연막은 지르코늄산화막(ZrO2)을 포함할 수 있다. Next, the protective film 52 is formed on the substrate 51 including the photoelectric conversion region PD. The protective film 52 may be formed of a material film having lower thermal conductivity than the substrate 51 and may be formed of a single film or a laminated film using a material film having lower thermal conductivity than the substrate 51. For example, in the case where the substrate 51 includes a silicon-containing material, the protective film 52 may be formed of a silicon-containing insulating film and / or a metal-containing insulating film. The silicon-containing insulating film may include a silicon oxide film (SiO 2 ), and the metal-containing insulating film may include a zirconium oxide film (ZrO 2 ).

다음으로, 보호막(52) 상에 신호생성회로를 포함한 층간절연막(53)을 형성한다. 층간절연막(53)은 산화막, 질화막 및 산화질화막으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나일 수 있으며, 다층구조를 가질 수 있다. 신호생성회로는 광전변환영역(PD)에서 생성된 전하에 상응하는 전기신호를 생성(또는 출력)하는 역할을 수행한다. 구체적으로, 신호생성회로는 복수의 트랜지스터 및 다층의 금속배선(54)을 포함할 수 있다. 복수의 트랜지스터는 트랜스퍼 트랜지스터(Tx), 리셋 트랜지스터(Rx), 선택 트랜지스터(Sx) 및 억세스 트랜지스터(Ax)를 포함할 수 있다. 그리고, 다층의 금속배선(54)은 복수의 콘택플러그(미도시)를 통해 복수의 트랜지스터 및 복수의 금속배선(54)과 전기적으로 연결될 수 있다. Next, an interlayer insulating film 53 including a signal generating circuit is formed on the protective film 52. Then, The interlayer insulating film 53 may be any one selected from the group consisting of an oxide film, a nitride film, and a nitrided oxide film, and may have a multilayer structure. The signal generating circuit generates (or outputs) an electrical signal corresponding to the charge generated in the photoelectric conversion region PD. Specifically, the signal generation circuit may include a plurality of transistors and a multi-layered metal wiring 54. The plurality of transistors may include a transfer transistor Tx, a reset transistor Rx, a selection transistor Sx, and an access transistor Ax. The multilayered metal wiring 54 may be electrically connected to the plurality of transistors and the plurality of metal wirings 54 through a plurality of contact plugs (not shown).

도 8b에 도시된 바와 같이, 신호생성회로가 형성된 기판(51)을 반전시킨 후에 기판(51) 후면(Back-Side) 상에 마스크패턴(미도시)을 형성한다. 마스크패턴은 소자분리구조물이 형성될 영역만을 오픈하는 형태를 가질 수 있다. A mask pattern (not shown) is formed on the back-side of the substrate 51 after the substrate 51 on which the signal generating circuit is formed is inverted as shown in Fig. 8B. The mask pattern may have a shape that opens only a region where the element isolation structure is to be formed.

다음으로, 마스크패턴(미도시)을 식각장벽으로 기판(51)을 식각하여 제1소자분리를 위한 트렌치(55)를 형성한다. 트렌치(55)는 입사광의 경로를 제어하기 위해 버티컬한 측벽을 갖거나, 또는 경사진 측벽을 갖도록 형성할 수 있다. 트렌치(55)를 형성하기 위한 식각공정은 건식식각으로 진행할 수 있다. Next, the substrate 51 is etched using a mask pattern (not shown) as an etch barrier to form a trench 55 for first element isolation. The trench 55 may have a vertical sidewall or a sloped sidewall to control the path of incident light. The etching process for forming the trenches 55 can be performed by dry etching.

한편, 도면에 도시하지는 않았지만 신호생성회로를 형성한 이후에 기판(51) 후면(Back-Side)에 대한 씨닝공정(Thinning process)을 진행하여 기판(51)의 두께를 감소시킬 수 있다. 이는 광전변환영역(PD)으로 입사하는 입사광의 도달거리를 감소시켜 수광효율을 증가시키기 위한 것이다. 씨닝공정은 백그라인딩(backgrinding)과 연마(polishing)를 통하여 진행할 수 있다. Though not shown in the drawing, the thickness of the substrate 51 can be reduced by performing a thinning process on the back-side of the substrate 51 after forming the signal generating circuit. This is to increase the light receiving efficiency by reducing the distance of incident light incident on the photoelectric conversion region PD. The thinning process can be performed by backgrinding and polishing.

도 8c에 도시된 바와 같이, 1차 어닐공정(1st Anneal process)을 진행하여 광전변환영역(PD)에 대응하는 기판(51) 후면에 기판(51)이 돌출된 표면(51A)을 형성한다. 1차 어닐공정은 광전변환영역(PD)에 대응하는 기판(51) 후면에 선택적으로 돌출된 표면(51A)을 형성하기 위해 국부적인 어닐이 가능한 레이져어닐로 진행할 수 있다. 돌출된 표면(51A)은 입사광에 대한 포커싱을 향상시키기 위한 것으로, 1차 어닐공정시 발생하는 격자이동을 통해 형성할 수 있다(도 11 참조). A first annealing process is performed to form the surface 51A on which the substrate 51 protrudes on the back surface of the substrate 51 corresponding to the photoelectric conversion region PD as shown in FIG. The primary annealing process may proceed to a local annealable laser anneal to form a selectively protruding surface 51A on the backside of the substrate 51 corresponding to the photoelectric conversion region PD. The protruded surface 51A is for improving the focusing on the incident light and can be formed through a lattice movement occurring in the first annealing process (see FIG. 11).

한편, 트렌치(55) 형성공정시 트렌치(55) 표면에 발생된 손상(또는 결함)도 1차 어닐공정에 의해 치유할 수 있다. 따라서, 1차 어닐공정을 통해 암전류 발생을 방지할 수 있다. 그리고, 1차 어닐공정시 기판(51)보다 낮은 열전도성을 갖는 물질막을 포함한 보호막(52)에 의하여 기형성된 신호생성회로 특히, 다층의 금속배선(54)이 손상되는 것을 방지할 수 있다. On the other hand, the damage (or defect) generated on the surface of the trench 55 in the trench 55 forming process can be healed by the first annealing process. Therefore, the occurrence of the dark current can be prevented through the primary annealing process. It is also possible to prevent damage to the preformed signal generating circuit, in particular, the multilayer metal wiring 54, by the protective film 52 including the material film having lower thermal conductivity than the substrate 51 in the first annealing step.

도 8d에 도시된 바와 같이, 트렌치(55)를 오픈하는 마스크패턴(미도시)을 이온주입장벽으로 트렌치(55)가 형성된 기판(51) 후면에 불순물을 이온주입하는 선비정질화(Pre amorphization)를 진행한다. 기판(51)이 실리콘함유 재료인 경우에 선비정질화를 위한 불순물로는 저마늄(Ge), 실리콘(Si), 카본(C) 등을 사용할 수 있다. 선비정질화를 통해 기판(51)에 비정질영역(56)을 형성할 수 있다. 비정질영역(56)은 상부면 및 저면이 각각 트렌치(55)의 저면 및 기판(51)의 전면(Front-Side)에 접하는 필라형태로 형성할 수 있다.8 (d), a mask pattern (not shown) for opening the trench 55 is subjected to pre-amorphization in which impurities are ion-implanted into the rear surface of the substrate 51 on which the trench 55 is formed, . When the substrate 51 is a silicon-containing material, impurities such as germanium (Ge), silicon (Si), carbon (C) and the like can be used as the impurity for pre-amorphization. The amorphous region 56 can be formed on the substrate 51 through the line amorphization. The amorphous region 56 can be formed in a pillar shape in which the upper surface and the lower surface are in contact with the bottom surface of the trench 55 and the front surface of the substrate 51, respectively.

선비정질화는 단결정 상태의 기판(51)보다 낮은 용융온도(melting temperature)를 갖는 비정질영역(56)을 형성하기 위한 것이다. 구체적으로, 선비정질화를 통해 비정질영역(56)은 단결정 상태의 기판(51)보다 낮은 용융온도를 가질 수 있다. 일례로, 비정질 실리콘은 단결정 실리콘보다 약 200℃ 정도 낮은 용융온도를 갖는다.The pre-amorphization is intended to form an amorphous region 56 having a lower melting temperature than the substrate 51 in the single crystal state. Specifically, the amorphous region 56 through the linear amorphization can have a lower melting temperature than the single crystal substrate 51. For example, amorphous silicon has a melting temperature as low as about 200 캜 lower than monocrystalline silicon.

도 8e에 도시된 바와 같이, 마스크패턴(미도시)을 이온주입장벽으로 비정질영역(56)에 광전변환영역(PD)을 포함한 기판(51)보다 작은 굴절률을 갖도록 유도함과 동시에 광전변환영역(PD)에 대한 전위장벽으로 작용하는 불순물을 이온주입한다. 이하, 불순물이 주입된 비정질영역(56)의 도면부호를 '57'로 변경하여 표기하기로 한다. 8E, a mask pattern (not shown) is introduced into the amorphous region 56 as an ion implantation barrier so as to have a smaller refractive index than the substrate 51 including the photoelectric conversion region PD, and at the same time, ) Is implanted by ion implantation. Hereinafter, the denomination of the impurity-doped amorphous region 56 is denoted by "57".

광전변환영역(PD)을 포함한 기판(51)보다 작은 굴절률을 갖도록 유도할 수 있는 불순물은 금속을 포함할 수 있고, 광전변환영역(PD)에 대한 전위장벽을 형성할 수 있는 불순물은 인접한 광전변환영역(PD)의 도전형과 상보적인 도전형을 갖는 불순물을 의미할 수 있다. 예컨대, 비정질영역(57)과 마주보는 측벽을 갖는 광전변환영역(PD)의 도전형이 N형인 경우에 이온주입공정시 불순물로 P형 금속을 사용할 수 있다.The impurity which can induce a refractive index smaller than that of the substrate 51 including the photoelectric conversion region PD may include a metal and the impurity capable of forming a potential barrier with respect to the photoelectric conversion region PD may be an adjacent photoelectric conversion May mean an impurity having a conductive type complementary to the conductive type of the region PD. For example, when the conductivity type of the photoelectric conversion region PD having the side wall facing the amorphous region 57 is N-type, a P-type metal can be used as an impurity in the ion implantation process.

도 8f에 도시된 바와 같이, 주입된 불순물을 활성화시킴과 동시에 비정질영역(57)을 재결정화시키기 위한 2차 어닐공정(2nd Anneal process)을 진행한다. 2차 어닐공정시 주입된 불순물의 확산에 기인한 특성 열화를 방지함과 동시에 기 형성된 구조물에 가해지는 열적 부담을 경감시키기 위해 비정질영역(57)에 대해서만 선택적으로 어닐을 진행한다. 이를 위해, 2차 어닐공정은 국부적인 어닐이 가능한 레이져어닐로 진행할 수 있다. As shown in FIG. 8F, a second annealing process is performed to activate the doped impurities and recrystallize the amorphous regions 57. The annealing is selectively performed only on the amorphous region 57 in order to prevent the deterioration of characteristics due to the diffusion of impurities implanted in the second annealing process and to reduce the thermal burden imposed on the preformed structure. For this purpose, the secondary annealing process can proceed to a laser anneal capable of local annealing.

레이져어닐을 사용한 2차 어닐공정은 불순물이 주입된 비정질영역(57)에 예정된 시간동안 레이져를 조사하여 단결정 상태의 기판(51) 대비 상대적으로 낮은 용융온도를 갖는 비정질영역(57)을 용융(melting)시키고, 레이져 조사가 중단되는 시점으로부터 용융된 비정질영역(57)이 재결정화됨과 동시에 주입된 불순물이 활성화되는 일련의 과정을 통해 진행할 수 있다. 이때, 단결정 상태의 기판(51)과 비정질영역(57) 사이의 용융온도 차이로 인해 레이져가 기판(51)에 조사되더라도 기판(51)은 용융되지 않는다. 즉, 비정질영역(57)을 형성함에 따라 선택적 용융(selective melting)이 가능하다(도 10 참조). The second annealing process using the laser annealing is performed by irradiating the laser to the amorphous region 57 doped with impurities for a predetermined time to melt the amorphous region 57 having a relatively low melting temperature with respect to the single crystal substrate 51, ), And the molten amorphous region 57 is recrystallized from the point of time when the laser irradiation is stopped, and at the same time, the injected impurity is activated. At this time, the substrate 51 is not melted even if the laser is irradiated on the substrate 51 due to the difference in melting temperature between the single crystal substrate 51 and the amorphous region 57. That is, selective melting can be performed as the amorphous region 57 is formed (see FIG. 10).

이로써, 제1불순물영역(58) 및 제1불순물영역(58) 가장자리를 따라 형성되고 제1불순물영역(58)보다 큰 불순물 도핑농도를 갖는 제2불순물영역(59)을 포함하는 제2소자분리(60)를 형성할 수 있다. 2차 어닐공정시 불순물이 주입된 비정질영역(57)을 용융시킴에 따라 양질의 재결정화가 가능하고, 주입된 불순물의 활성화률을 향상시킬 수 있으며, 재결정화 과정에서 경계지역으로 주입된 불순물이 축적되어(pile up) 제1불순물영역(58) 및 제2불순물영역(59)을 동시에 형성할 수 있다(도 9 참조). The first impurity region 58 and the second impurity region 59 including the second impurity region 59 formed along the edge of the first impurity region 58 and having an impurity doping concentration larger than that of the first impurity region 58, (60) can be formed. Quality crystallization can be achieved by melting the amorphous region 57 doped with impurities in the second annealing process and the activation rate of the impurities implanted can be improved and impurities injected into the boundary region during the recrystallization process can be accumulated The first impurity region 58 and the second impurity region 59 can be simultaneously formed (see FIG. 9).

한편, 2차 어닐공정시 기판(51)보다 낮은 열전도성을 갖는 물질막을 포함한 보호막(52)에 의하여 기형성된 신호생성회로 특히, 다층의 금속배선(54)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.On the other hand, it is possible to prevent damage to the preformed signal generating circuit, particularly, the multilayer metal wiring 54 by the protective film 52 including the material film having lower thermal conductivity than the substrate 51 in the second annealing process.

도 8g에 도시된 바와 같이, 트렌치(55)를 갭필하도록 절연막(61)을 형성한다. 절연막(61)은 트렌치(55)를 갭필하도록 기판(51)상에 절연막(61)을 형성한 후에 기판(51) 표면이 노출될때까지 평탄화공정을 진행한 다음, 돌출된 표면이 드러나도록 절연막(61)을 일부 리세스(recess)하는 일련의 공정과정을 통해 형성할 수 있다. 절연막(61)은 각각의 픽셀들에 대응하는 기판(51)보다 굴절률이 작은 산화막, 질화막 및 산화질화막으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나의 단일막 또는 둘 이상의 적층된 적층막일 수 있다. As shown in Fig. 8G, an insulating film 61 is formed so as to cover the trench 55. As shown in Fig. The insulating film 61 is formed by forming an insulating film 61 on the substrate 51 so as to cover the trench 55 and then performing a planarization process until the surface of the substrate 51 is exposed, 61) may be formed through a series of process steps. The insulating film 61 may be any one single film selected from the group consisting of an oxide film, a nitride film, and a nitrided oxide film having a refractive index lower than that of the substrate 51 corresponding to each of the pixels, or two or more laminated laminated films.

이로써, 기판(51)에 형성된 트렌치(55)를 갭필하는 절연막(61)을 포함한 제1소자분리(62)를 형성할 수 있다. 또한, 수직적으로 중첩되는 제1소자분리(62)와 제2소자분리(60)를 포함하는 소자분리구조물(63)을 형성할 수 있다. Thereby, the first device isolation 62 including the insulating film 61 for tapping the trench 55 formed in the substrate 51 can be formed. Further, the device isolation structure 63 including the first device isolation 62 and the second device isolation 60 vertically overlapping can be formed.

다음으로, 도면에 도시하지는 않았지만 공지된 제조기술을 이용하여 이미지 센서를 완성할 수 있다. 예컨대, 기판(51) 후면에 평탄화막, 컬러필터 및 마이크로렌즈를 순차적으로 형성하여 이미지 센서를 완성할 수 있다. Next, although not shown in the drawing, an image sensor can be completed using a known manufacturing technique. For example, a planarizing film, a color filter, and a microlens may be sequentially formed on the rear surface of the substrate 51 to complete the image sensor.

상술한 제조방법을 통해 형성된 이미지 센서는 제1소자분리(62)와 제2소자분리(60)가 수직적으로 중첩되는 소자분리구조물(63)을 구비함으로써, 인접한 픽셀 사이의 물리적, 전기적 크로스토크를 효과적으로 방지할 수 있다. The image sensor formed through the above-described manufacturing method has the element isolation structure 63 in which the first element isolation 62 and the second element isolation 60 vertically overlap each other, so that the physical and electrical crosstalk between adjacent pixels Can be effectively prevented.

또한, 소자분리구조물(63)은 광전변환영역(PD)을 포함한 기판(51)보다 작은 굴절률을 갖기 때문에 인접한 픽셀들 사이의 물리적 크로스토크를 보다 효과적으로 방지할 수 있다. In addition, since the element isolation structure 63 has a refractive index smaller than that of the substrate 51 including the photoelectric conversion region PD, it is possible to more effectively prevent physical crosstalk between adjacent pixels.

또한, 제2소자분리(60)는 제1불순물영역(58)을 감싸는 제2불순물영역(59)의 불순물 도핑농도가 더 크기 때문에 전기적 크로스토크를 보다 효과적으로 방지할 수 있다.Further, the second element isolation 60 can more effectively prevent electrical crosstalk because the impurity doping concentration of the second impurity region 59 surrounding the first impurity region 58 is larger.

또한, 1차 어닐공정을 통해 돌출된 표면(51A)을 형성함으로써, 입사광에 대한 포커싱을 향상시킬 수 있으며, 암전류 발생을 방지할 수 있다. In addition, by forming the protruded surface 51A through the primary annealing process, focusing on incident light can be improved, and occurrence of dark current can be prevented.

또한, 단결정 상태의 기판(51) 대비 낮은 용융온도를 갖는 비정질영역(57)을 선택적으로 용융시키는 2차 어닐공정을 통해 주입된 불순물의 확산에 기인한 특성 열화를 방지함과 동시에 기 형성된 구조물에 가해지는 열적 부담을 경감시킬 수 있다.
In addition, the secondary annealing process for selectively melting the amorphous region 57 having a lower melting temperature than that of the substrate 51 in the single crystal state prevents characteristic deterioration due to the diffusion of the implanted impurities, The thermal load applied can be reduced.

도 9는 선택적 용융을 포함한 레이져어닐을 통해 형성된 불순물영역의 불순물 도핑농도를 나타낸 그래프이다. 9 is a graph showing impurity doping concentration of the impurity region formed through laser annealing including selective melting.

도 9를 참조하면, 선택적 용융(selective melting)을 포함한 레이져어닐에 의해 활성화된 불순물영역 즉, 제2소자분리는 경계지역으로 주입된 불순물이 축적된(pile up) 것을 확인할 수 있다. 즉, 제1불순물영역 및 제1불순물영역보다 큰 불순물 도핑농도를 갖는 제2불순물영역이 선택적 용융을 포함한 레이져어닐에 의해 형성된 것임을 알 수 있다. Referring to FIG. 9, it can be seen that the impurity region activated by laser annealing including selective melting, that is, the second element isolation, piles up the impurities injected into the boundary region. That is, it can be seen that the second impurity region having the impurity doping concentration larger than that of the first impurity region and the first impurity region is formed by laser annealing including selective melting.

아울러, 제1불순물영역은 깊이에 따라 비교적 균일한 불순물 도핑농도를 유지하고 있으며, 레이져 조사 에너지에 따라 제2소자분리의 깊이를 조절할 수 있다.In addition, the first impurity region maintains a relatively uniform impurity doping concentration depending on the depth, and the depth of the second element isolation can be controlled according to the laser irradiation energy.

도 10은 레이져 조사 에너지에 따라 서로 다른 결정구조를 갖는 실리콘의 용융 여부를 나타낸 그래프이다. 10 is a graph showing the melting of silicon having different crystal structures depending on laser irradiation energy.

도 10을 참조하면, 비정질 실리콘과 단결정 실리콘에 동일한 에너지의 레이져를 조사한 경우에 그 결정구조의 차이로 인해 선택적인 용융이 가능하다는 것을 확인할 수 있다. 즉, 비정질 실리콘과 단결정 실리콘은 그 결정구조의 차이로 인해 용융온도가 서로 상이하며, 이러한 차이를 이용하여 비정질 실리콘만 선택적으로 용융시킬 수 있다. Referring to FIG. 10, when the amorphous silicon and the single crystal silicon are irradiated with a laser of the same energy, it can be confirmed that selective melting is possible due to the difference in crystal structure. That is, the amorphous silicon and the single crystal silicon differ from each other in melting temperature due to the difference in the crystal structure thereof, and only the amorphous silicon can be selectively melted by using this difference.

도 11은 레이져어닐에 따른 격자이동을 나타낸 이미지이다. 11 is an image showing lattice movement according to laser annealing.

도 11을 참조하면, 레이져 조사 에너지가 증가할수록 사각형(제3실시예에서의 트렌치에 대응함) 모서리가 라운드진 형태로 변형되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 레이져어닐에 의하여 실리콘 격자가 이동하여 그 형태가 변형되는 바, 이를 이용하여 돌출된 표면을 형성할 수 있다.
Referring to FIG. 11, it can be seen that as the laser irradiation energy increases, a quadrangle (corresponding to the trench in the third embodiment) is deformed into a rounded shape. That is, the silicon lattice is moved and deformed by the laser annealing, and the protruded surface can be formed by using the silicon lattice.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 구성을 나타낸 블럭도이다. 12 is a block diagram showing the configuration of an image sensor according to an embodiment of the present invention.

도 12에 도시된 바와 같이, CMOS 이미지 센서(2100)는 액티브 픽셀 센서 어레이(APS array, 2110), 컨트롤러(2130), 로우 드라이버(2120) 및 픽셀 신호 처리부(2140)를 포함할 수 있다. 액티브 픽셀 센서 어레이(2110)는 본 발명의 제1실시예 내지 제3실시예에 따른 이미지 센서를 포함할 수 있다. 구체적으로, 액티브 픽셀 센서 어레이(2110)는 기판에 형성된 트렌치를 갭필하는 절연막을 포함한 제1소자분리 및 기판에 형성된 제1불순물영역과 상기 제1불순물영역 가장자리를 따라 형성되어 상기 제1불순물영역보다 큰 불순물 도핑농도를 갖는 제2불순물영역을 포함한 제2소자분리가 적층된 소자분리구조물 및 소자분리구조물에 의해 분리된 복수의 픽셀들에 대응하여 상기 기판에 형성된 광전변환영역을 포함할 수 있다. 또한, 제2소자분리는 기판과 제1소자분리 사이에 형성된 제3불순물영역을 더 포함할 수 있다. 또한, 기판 전면에 형성된 보호막, 보호막 상에 형성되어 금속배선을 포함하는 층간절연막 및 광전변환영역에 대응하여 기판 후면에 돌출된 표면을 더 포함할 수 있다. 광전변환영역에서 변환된 전기적 신호는 수직 신호 라인을 통해서 픽셀 신호 처리부(2140)로 제공된다. 액티브 픽셀 센서 어레이(2110) 내의 픽셀 센서들은 로우(row) 단위로 한 번에 하나씩 출력(read out)된다. 따라서, 액티브 픽셀 센서 어레이(2110)의 하나의 로우(row)에 있는 픽셀들은 로우 드라이버(2120)의 출력인 로우 선택 신호에 의해 동시에 모두 활성화된다. 12, the CMOS image sensor 2100 may include an active pixel sensor array (APS array) 2110, a controller 2130, a row driver 2120, and a pixel signal processor 2140. The active pixel sensor array 2110 may include an image sensor according to the first to third embodiments of the present invention. More specifically, the active pixel sensor array 2110 includes a first element isolation region including an insulating film that fills a trench formed in a substrate, a first impurity region formed on the substrate, and a second impurity region formed along the edge of the first impurity region, A second element isolation structure including a second impurity region having a large impurity doping concentration, and a photoelectric conversion region formed on the substrate corresponding to a plurality of pixels separated by the element isolation structure. In addition, the second element isolation may further include a third impurity region formed between the substrate and the first element isolation. The semiconductor device may further include a protective film formed on the entire surface of the substrate, an interlayer insulating film formed on the protective film and including a metal wiring, and a surface protruding from the rear surface of the substrate corresponding to the photoelectric conversion region. The electrical signal converted in the photoelectric conversion region is provided to the pixel signal processing unit 2140 through the vertical signal line. The pixel sensors in the active pixel sensor array 2110 are read out one at a time on a row basis. Thus, the pixels in one row of active pixel sensor array 2110 are all simultaneously activated by the row select signal, which is the output of row driver 2120.

또한, 선택된 로우에 있는 각 화소는 수신된 빛에 대응하는 신호를 해당하는 칼럼의 출력 라인에 제공한다. 액티브 픽셀 센서 어레이(APS: 1210)내에서, 각 칼럼은 선택 라인을 갖고, 각 칼럼의 픽셀 셀들은 칼럼 선택 신호에 응답하여 선택적으로 출력된다. 액티브 픽셀 센서 어레이(APS: 2110) 내에 있는 로우(row)들은 로우 드라이버(2120)의 출력 신호에 응답하여 활성화된다. Also, each pixel in the selected row provides a signal corresponding to the received light to the output line of the corresponding column. Within the active pixel sensor array (APS) 1210, each column has a select line, and the pixel cells of each column are selectively output in response to the column select signal. The rows within the active pixel sensor array (APS) 2110 are activated in response to the output signal of the row driver 2120.

컨트롤러(2130)는 액티브 픽셀 센서 어레이(2110)로부터 출력된 픽셀 신호의 적절한 처리를 위해 로우 드라이버(2120)와 픽셀 신호 처리부(2140)를 제어한다. 픽셀 신호 처리부(2140)는 상관 이중 샘플러(CDS: 2142), 아날로그-디지털 컨버터(ADC: 2144) 및 버퍼(Buffer: 2146)를 포함한다. The controller 2130 controls the row driver 2120 and the pixel signal processing unit 2140 for proper processing of the pixel signal output from the active pixel sensor array 2110. The pixel signal processing unit 2140 includes a correlated double sampler (CDS) 2142, an analog-to-digital converter (ADC) 2144 and a buffer 2146.

상관 이중 샘플러(CDS: 2142)는 액티브 픽셀 센서 어레이(2110)에서 생성된 전기 신호를 수직 신호 라인을 통해 수신하여 샘플링(sample) 및 홀드(hold)한다. 즉, 특정한 잡음 레벨과 생성된 전기적 신호에 의한 신호 레벨을 이중으로 샘플링하여, 잡음 레벨과 신호 레벨의 차이에 해당하는 차이 레벨을 출력한다. 램프 신호 생성기(Ramp Gen.: 2148)로부터 발생된 램프 신호(ramp) 값을 입력받아 서로 비교하여 그 비교 결과를 출력단으로 출력할 수 있다. 상기 램프 신호 생성기(Ramp Gen.: 2148)는 컨트롤러(2130)에서 발생된 제어신호에 기초해 동작할 수 있다. The correlated dual sampler (CDS) 2142 receives and samples and holds the electrical signal generated by the active pixel sensor array 2110 through the vertical signal line. That is, the noise level and the signal level caused by the generated electrical signal are sampled double, and the difference level corresponding to the difference between the noise level and the signal level is output. A ramp signal generated from a ramp signal generator (Ramp Gen .: 2148) may be input and compared with each other, and the comparison result may be output to an output terminal. The ramp signal generator (Ramp Gen .: 2148) may operate based on the control signal generated by the controller 2130.

아날로그-디지털 컨버터(ADC: 2144)는 차이 레벨에 해당하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. 버퍼(Buffer: 2146)는 컬럼 메모리 블록(미도시) 및 센스 엠프(미도시)를 포함하고, 상기 컬럼 메모리 블록(미도시)은 복수의 메모리(미도시)들을 포함할 수 있다. An analog-to-digital converter (ADC) 2144 converts an analog signal corresponding to the difference level into a digital signal. The buffer 2146 includes a column memory block (not shown) and a sense amplifier (not shown), and the column memory block (not shown) may include a plurality of memories (not shown).

버퍼(Buffer: 2146)는 디지털 신호를 래치(latch)하고, 래치된 신호는 컬럼 디코더(미도시)에서 디코딩 결과에 따라 순차적으로 이미지 프로세서(미도시)로 출력된다.A buffer (Buffer) 2146 latches the digital signal, and the latched signal is sequentially output to an image processor (not shown) in accordance with a decoding result in a column decoder (not shown).

도 12의 CMOS 이미지 센서(2100)는 이미지 프로세서(미도시)를 더 포함하여 하나의 반도체 칩으로 구현될 수 있다. 이미지 프로세서(미도시)는 디지털화된 픽셀 신호들에 대해 적절한 이미지 처리를 수행하여 이미지 데이터를 출력한다. 상기 CMOS 이미지 센서(2100)는 이미지 프로세서(미도시)의 제어에 의해 렌즈를 통해 촬상된 물체(object)를 센싱하고, 상기 이미지 프로세서(미도시)는 상기 이미지 센서(2100)에 의해 센싱되어 출력된 이미지를 디스플레이 유닛(미도시)에 출력할 수 있다. 이때, 디스플레이 유닛(미도시)은 영상을 출력할 수 있는 모든 장치를 포함한다. 예컨대, 상기 디스플레이 유닛(미도시)은 컴퓨터, 휴대폰 및 기타 영상 출력 단말을 포함할 수 있다. 도 12에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서(2100)는 본 발명의 제1실시예 내지 제3실시예에 따른 이미지 센서를 포함할 수 있따. 따라서, 인접한 픽셀간의 크로스토크 및 암전류에 의하여 손상되지 않은 이미지 데이터를 출력할 수 있다.
The CMOS image sensor 2100 of FIG. 12 may further include an image processor (not shown) and may be implemented as one semiconductor chip. An image processor (not shown) performs appropriate image processing on the digitized pixel signals to output image data. The CMOS image sensor 2100 senses an object imaged through a lens under the control of an image processor (not shown), and the image processor (not shown) is sensed by the image sensor 2100 and output And output the image to the display unit (not shown). At this time, the display unit (not shown) includes all devices capable of outputting images. For example, the display unit (not shown) may include a computer, a mobile phone, and other video output terminals. The CMOS image sensor 2100 according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 12 may include an image sensor according to the first to third embodiments of the present invention. Therefore, it is possible to output image data that is not damaged by the crosstalk between the adjacent pixels and the dark current.

도 13은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서를 포함하는 시스템을 나타낸 블럭도이다. 13 is a block diagram illustrating a system including an image sensor in accordance with an embodiment of the present invention.

여기서, 도 13의 시스템(2200)은 이미지 데이터를 필요로 하는 컴퓨터 시스템, 카메라 시스템, 스캐너, 차량 네비게이션, 비디오 폰, 경비 시스템, 움직임 검출 시스템일 수 있다.Here, the system 2200 of FIG. 13 may be a computer system, a camera system, a scanner, a vehicle navigation, a video phone, an expense system, or a motion detection system that require image data.

도 13에 도시된 바와 같이, 시스템(2200)은 중앙처리장치(CPU: 2210) 또는 프로세서(Processor: 2210), 비휘발성 메모리(2220), 이미지 센서(2230), 입출력 장치(I/O: 2240) 및 RAM(Random Access Memory: 2250)을 포함한다. 13, the system 2200 includes a central processing unit (CPU) 2210 or a processor 2210, a nonvolatile memory 2220, an image sensor 2230, an input / output device (I / O) 2240 ) And a RAM (Random Access Memory) 2250.

중앙처리장치(CPU: 2210)는 버스(2260)를 통해 입출력 장치(I/O: 2240)와 통신을 한다. A central processing unit (CPU) 2210 communicates with an input / output device (I / O) 2240 via a bus 2260.

이미지 센서(2230)는 버스(2260)를 통해 중앙처리장치(CPU: 2210)와 통신한다. 또한, RAM(2250)과 비휘발성 메모리(2220)도 버스(2260)를 통해 중앙처리장치(CPU: 2210)와 통신한다. 이미지 센서(2230)는 독립된 반도체 칩으로 존재할 수도 있고, 중앙처리장치(2210)와 결합되어 하나의 반도체 칩을 구성할 수 있다. The image sensor 2230 communicates with a central processing unit (CPU) 2210 via a bus 2260. The RAM 2250 and the nonvolatile memory 2220 also communicate with the central processing unit (CPU) 2210 via the bus 2260. [ The image sensor 2230 may be an independent semiconductor chip or may be combined with the central processing unit 2210 to form one semiconductor chip.

도 13의 시스템에 포함된 이미지 센서(2230)는 본 발명의 제1실시예 내지 제3실시예에 따른 이미지 센서를 포함할 수 있다. 따라서, 인접한 픽셀간의 크로스토크 및 암전류에 의하여 손상되지 않은 이미지 데이터를 출력할 수 있다. The image sensor 2230 included in the system of FIG. 13 may include an image sensor according to the first to third embodiments of the present invention. Therefore, it is possible to output image data that is not damaged by the crosstalk between the adjacent pixels and the dark current.

상술한 본 발명의 실시예들에서는 이미지 센서에 본 발명의 기술 사상에 따른 소자분리구조를 적용한 경우를 예시하여 설명하였으나, 본 발명의 기술 사상에 따른 소자분리구조는 메모리, 로직회로 등의 소자분리구조가 필요한 모든 반도체 장치에 적용이 가능하다. In the embodiments of the present invention, the device isolation structure according to the technical idea of the present invention is applied to the image sensor. However, the device isolation structure according to the technical idea of the present invention is not limited to the device isolation It is applicable to all semiconductor devices requiring a structure.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위내의 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
The technical idea of the present invention has been specifically described according to the above preferred embodiments, but it should be noted that the above embodiments are intended to be illustrative and not restrictive. In addition, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various embodiments within the scope of the technical idea of the present invention are possible.

101 : 기판 102 : 보호막
103 : 층간절연막 104 : 금속배선
105 : 컬러필터 106 : 마이크로렌즈
110 : 제1소자분리 111 : 트렌치
112 : 절연막 120 : 제2소자분리
121 : 제1불순물영역 122 : 제2불순물영역
130 : 소자분리구조물
101: substrate 102: protective film
103: interlayer insulating film 104: metal wiring
105: Color filter 106: Micro lens
110: first element isolation 111: trench
112: Insulating film 120: Second element isolation
121: first impurity region 122: second impurity region
130: Element isolation structure

Claims (20)

상기 기판에 형성된 트렌치를 갭필하는 절연막을 포함한 제1소자분리 및 상기 기판에 형성된 제1불순물영역과 상기 제1불순물영역 가장자리를 따라 형성되어 상기 제1불순물영역보다 큰 불순물 도핑농도를 갖는 제2불순물영역을 포함한 제2소자분리가 적층된 소자분리구조물; 및
상기 소자분리구조물에 의해 분리된 복수의 픽셀들에 대응하여 상기 기판에 형성된 광전변환영역
을 포함하는 이미지 센서.
And a second impurity region formed along the edge of the first impurity region and having a second impurity concentration higher than an impurity doping concentration of the first impurity region, A device isolation structure in which a second device isolation including a region is stacked; And
A photoelectric conversion region formed on the substrate corresponding to a plurality of pixels separated by the device isolation structure,
.
제1항에 있어서,
상기 제2소자분리는 상기 기판과 상기 제1소자분리 사이에 형성된 제3불순물영역을 더 포함하는 이미지 센서.
The method according to claim 1,
Wherein the second element isolation further comprises a third impurity region formed between the substrate and the first element isolation.
제1항에 있어서,
상기 소자분리구조물은 상기 광전변환영역을 포함한 기판보다 작은 굴절률을 갖는 이미지 센서.
The method according to claim 1,
Wherein the device isolation structure has a smaller refractive index than the substrate including the photoelectric conversion region.
제3항에 있어서,
상기 제2소자분리는 상기 광전변환영역에 대한 전위장벽으로 작용하는 이미지 센서.
The method of claim 3,
And the second device isolation acts as a potential barrier for the photoelectric conversion region.
제4항에 있어서,
상기 제2소자분리는 상기 광전변환영역의 도전형과 상보적인 도전형을 갖는 금속이 도핑된 불순물영역을 포함하는 이미지 센서.
5. The method of claim 4,
Wherein the second element isolation includes a metal-doped impurity region having a conductivity type complementary to the conductivity type of the photoelectric conversion region.
제1항에 있어서,
상기 제1소자분리 상에 상기 제2소자분리가 적층되거나, 또는 상기 제2소자분리 상에 상기 제1소자분리가 적층된 이미지 센서.
The method according to claim 1,
Wherein the second element isolation is laminated on the first element isolation or the first element isolation is laminated on the second element isolation.
제1항에 있어서,
상기 광전변환영역의 깊이보다 상기 소자분리구조물의 깊이가 더 큰 이미지 센서.
The method according to claim 1,
Wherein a depth of the device isolation structure is larger than a depth of the photoelectric conversion region.
제1항에 있어서,
상기 소자분리구조물은 상기 기판을 관통하는 이미지 센서.
The method according to claim 1,
Wherein the device isolation structure penetrates the substrate.
제1항에 있어서,
상기 기판 전면 상에 형성된 보호막;
상기 보호막 상에 형성되어 금속배선을 포함하는 층간절연막; 및
상기 광전변환영역에 대응하여 상기 기판 후면에 돌출된 표면
을 더 포함하는 이미지 센서.
The method according to claim 1,
A protective film formed on the front surface of the substrate;
An interlayer insulating film formed on the protective film and including a metal wiring; And
A surface protruding from the rear surface of the substrate corresponding to the photoelectric conversion region
Further comprising an image sensor.
제9항에 있어서,
상기 보호막은 상기 기판보다 열전도성이 낮은 물질막을 포함하는 이미지 센서.
10. The method of claim 9,
Wherein the protective film comprises a material film having a lower thermal conductivity than the substrate.
복수의 픽셀들에 대응하는 기판에 광전변환영역을 형성하는 단계;
상기 광전변환영역 사이의 기판에 트렌치를 형성하는 단계;
상기 트렌치 아래 기판에 상기 기판보다 낮은 용융온도를 갖는 비정질영역을 형성하는 단계;
상기 비정질영역에 불순물을 이온주입하는 단계; 및
상기 비정질영역을 용융시켜 주입된 불순물을 활성화시킴과 동시에 재결정화시키는 어닐을 진행하는 단계
를 포함하는 이미지 센서 제조방법.
Forming a photoelectric conversion region on a substrate corresponding to the plurality of pixels;
Forming a trench in a substrate between the photoelectric conversion regions;
Forming an amorphous region in the substrate below the trench, the amorphous region having a lower melting temperature than the substrate;
Implanting impurities into the amorphous region; And
Melting the amorphous region to activate the implanted impurities and annealing to recrystallize the impurities
≪ / RTI >
제11항에 있어서,
상기 비정질영역을 형성하기 이전 또는 상기 어닐을 진행한 이후에 상기 트렌치를 갭필하는 절연막을 형성하는 단계를 더 포함하는 이미지 센서 제조방법.
12. The method of claim 11,
Further comprising the step of forming an insulating film that will glue the trench before or after the amorphous region is formed.
제12항에 있어서,
상기 절연막은 상기 광전변환영역을 포함한 기판보다 굴절률이 낮은 물질막을 포함하는 이미지 센서 제조방법.
13. The method of claim 12,
Wherein the insulating film comprises a material film having a lower refractive index than the substrate including the photoelectric conversion region.
제11항에 있어서,
상기 트렌치를 형성한 이후에 어닐을 진행하여 상기 광전변환영역에 대응하는 기판 표면을 돌출시키는 단계를 더 포함하는 이미지 센서 제조방법.
12. The method of claim 11,
And advancing the anneal after forming the trench to protrude the substrate surface corresponding to the photoelectric conversion region.
제11항에 있어서,
상기 어닐은 레이져어닐을 포함하는 소자분리구조물 제조방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the annealing comprises laser annealing.
제15항에 있어서,
상기 어닐을 진행하는 단계는,
예정된 시간동안 레이져를 조사하여 상기 비정질영역을 용융시키는 단계; 및
상기 레이져를 차단하여 용융된 상기 비정질영역을 응고시키는 단계
를 포함하는 소자분리구조물 제조방법.
16. The method of claim 15,
The method of claim 1,
Irradiating the laser for a predetermined time to melt the amorphous region; And
Blocking the laser to solidify the molten amorphous region
Wherein the device isolation structure is formed on the substrate.
제11항에 있어서,
상기 비정질영역에 주입되는 불순물은 상기 광전변환영역을 포함한 기판보다 낮은 굴절률을 유도함과 동시에 상기 광전변환영역에 대해 전위장벽을 형성할 수 있는 물질을 포함하는 이미지 센서 제조방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the impurity implanted into the amorphous region includes a material capable of inducing a lower refractive index than the substrate including the photoelectric conversion region and forming a potential barrier with respect to the photoelectric conversion region.
제17항에 있어서,
상기 불순물은 상기 광전변환영역의 도전형과 상보적인 도전형을 갖는 금속을 포함하는 이미지 센서 제조방법.
18. The method of claim 17,
Wherein the impurity includes a metal having a conductivity type complementary to the conductivity type of the photoelectric conversion region.
제11항에 있어서,
상기 광전변환영역을 형성한 이후에
상기 기판 상에 보호막을 형성하는 단계; 및
상기 보호막 상에 금속배선을 포함한 층간절연막을 형성하는 단계
를 더 포함하는 이미지 센서 제조방법.
12. The method of claim 11,
After forming the photoelectric conversion region
Forming a protective film on the substrate; And
Forming an interlayer insulating film including a metal wiring on the protective film
≪ / RTI >
제19항에 있어서,
상기 보호막은 상기 기판보다 열전도성이 낮은 물질막을 포함하는 이미지 센서 제조방법.
20. The method of claim 19,
Wherein the protective film comprises a material film having lower thermal conductivity than the substrate.
KR1020130062478A 2013-05-31 2013-05-31 Image sensor having isolation structure and method for fabricating the same KR102088850B1 (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130062478A KR102088850B1 (en) 2013-05-31 2013-05-31 Image sensor having isolation structure and method for fabricating the same
US14/010,960 US9287309B2 (en) 2013-05-31 2013-08-27 Isolation structure having a second impurity region with greater impurity doping concentration surrounds a first impurity region and method for forming the same, and image sensor including the isolation structure and method for fabricating the image sensor
TW102140083A TWI598993B (en) 2013-05-31 2013-11-05 Isolation structure and method for forming the same, and image sensor including the isolation structure and method for fabricating the image sensor
CN201310737755.5A CN104217987B (en) 2013-05-31 2013-12-25 Isolation structure and forming method thereof, imaging sensor and manufacturing method including it

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130062478A KR102088850B1 (en) 2013-05-31 2013-05-31 Image sensor having isolation structure and method for fabricating the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140141823A true KR20140141823A (en) 2014-12-11
KR102088850B1 KR102088850B1 (en) 2020-03-16

Family

ID=52459581

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130062478A KR102088850B1 (en) 2013-05-31 2013-05-31 Image sensor having isolation structure and method for fabricating the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102088850B1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111863851A (en) * 2020-09-04 2020-10-30 锐芯微电子股份有限公司 Pattern sensor and method of forming the same
CN116314222A (en) * 2016-10-18 2023-06-23 索尼半导体解决方案公司 Sensor for detecting a position of a body
CN116435325A (en) * 2023-06-13 2023-07-14 合肥晶合集成电路股份有限公司 Backside illuminated image sensor and method of forming the same

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020081903A (en) * 2001-04-20 2002-10-30 아남반도체 주식회사 Method for manufacturing a semiconductor device
KR20060075763A (en) * 2004-12-29 2006-07-04 동부일렉트로닉스 주식회사 Method for fabricating an cmos image sensor
KR20070029369A (en) * 2005-09-09 2007-03-14 매그나칩 반도체 유한회사 Method for fabrication of image sensor for preventing generation of dark current
KR20120033027A (en) * 2010-09-29 2012-04-06 삼성전자주식회사 Image sensor and method of forming the same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020081903A (en) * 2001-04-20 2002-10-30 아남반도체 주식회사 Method for manufacturing a semiconductor device
KR20060075763A (en) * 2004-12-29 2006-07-04 동부일렉트로닉스 주식회사 Method for fabricating an cmos image sensor
KR20070029369A (en) * 2005-09-09 2007-03-14 매그나칩 반도체 유한회사 Method for fabrication of image sensor for preventing generation of dark current
KR20120033027A (en) * 2010-09-29 2012-04-06 삼성전자주식회사 Image sensor and method of forming the same

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116314222A (en) * 2016-10-18 2023-06-23 索尼半导体解决方案公司 Sensor for detecting a position of a body
CN116314222B (en) * 2016-10-18 2024-05-14 索尼半导体解决方案公司 Sensor for detecting a position of a body
US12046618B2 (en) 2016-10-18 2024-07-23 Sony Semiconductor Solutions Corporation Photodetector
CN111863851A (en) * 2020-09-04 2020-10-30 锐芯微电子股份有限公司 Pattern sensor and method of forming the same
CN111863851B (en) * 2020-09-04 2024-03-08 锐芯微电子股份有限公司 Pattern sensor and forming method thereof
CN116435325A (en) * 2023-06-13 2023-07-14 合肥晶合集成电路股份有限公司 Backside illuminated image sensor and method of forming the same
CN116435325B (en) * 2023-06-13 2023-09-08 合肥晶合集成电路股份有限公司 Backside illuminated image sensor and method of forming the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR102088850B1 (en) 2020-03-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9287309B2 (en) Isolation structure having a second impurity region with greater impurity doping concentration surrounds a first impurity region and method for forming the same, and image sensor including the isolation structure and method for fabricating the image sensor
US11764247B2 (en) Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and electronic apparatus
US11302733B2 (en) Image sensors
TWI683430B (en) Image sensor with an absorption enhancement semiconductor layer
US8378398B2 (en) Photodetector isolation in image sensors
JP4992446B2 (en) Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and camera
US8445950B2 (en) Solid-state imaging device
JP5725239B2 (en) Solid-state imaging device manufacturing method and camera
KR20150071768A (en) Image sensor and method for fabricating the same
TWI493696B (en) Photodetector isolation in image sensors
KR20160087427A (en) Image sensor and method of forming the same
KR20120033027A (en) Image sensor and method of forming the same
JP4004484B2 (en) Manufacturing method of solid-state imaging device
EP2242106B1 (en) Solid-state image pick-up device and manufacturing method thereof, image-pickup apparatus, semiconductor device and manufacturing method thereof.
US9237283B2 (en) Solid-state image pickup device
JP5407282B2 (en) SOLID-STATE IMAGING DEVICE, ITS MANUFACTURING METHOD, AND ELECTRONIC DEVICE
JP2004039832A (en) Photoelectric converter and its manufacturing method
KR102088850B1 (en) Image sensor having isolation structure and method for fabricating the same
KR20150026223A (en) Image sensor and method for fabricating the same
KR102026310B1 (en) Isolation structure and method for fabricating the same, image sensor having isolation structure
JP2007088305A (en) Solid-state imaging device, manufacturing method thereof and camera
US9978787B1 (en) Image sensor and method for fabricating the same
JP4115446B2 (en) Manufacturing method of CMOS image sensor
JP2008130795A (en) Semiconductor device
KR102394284B1 (en) Image sensor and method for fabricating the same

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant