KR100784725B1 - 반사방지막이 형성된 이미지센서와 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이미지센서 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 이미지센서에 형성되는 복수의 금속배선층 중에서 최하부 금속배선층의 복수의 금속배선과 반도체 기판 간 및 하나의 금속배선층과 다른 금속배선층 간에 형성되는 반사방지막을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 반사방지막이 형성된 이미지센서는 포토다이오드 주위의 상층에 형성된 반사방지막을 통하여 종래의 이미지센서에 비해 컬러 크로스토크 및 노이즈를 감소시키는 것이 가능한 효과가 있다.

이미지센서, 반사방지막, 폴리 실리콘, 비정질 실리콘

Description

반사방지막이 형성된 이미지센서와 그 제조 방법{Image sensor having anti-reflection film and method of manufacturing of the same}

도 1a는 종래의 이미지센서를 나타내는 단면도.

도 1b는 종래의 반사막이 형성된 이미지센서를 나타내는 단면도.

도 2는 본 발명에 의한 반사방지막이 형성된 이미지센서의 일실시예를 나타내는 단면도.

도 3은 본 발명에 의한 반사방지막이 형성된 이미지센서의 반사방지막 구조를 나타내는 평면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110, 210 : 반도체 기판 120, 220 : 포토다이오드 영역

130, 230 : 층간 절연막 140, 240 : 금속 배선

150 : 반사막 160, 260 : 마이크로 렌즈

170, 270 : 녹색 컬러필터 영역 171, 271 : 적색 컬러필터 영역

172, 272 : 청색 컬러필터 영역 250 : 반사방지막

본 발명은 이미지센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반사방지막을 통하여 컬러 크로스토크 및 스미어 현상을 방지하기 위한 이미지센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

이미지센서는 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue) 각각의 컬러필터를 투과한 광 에너지를 포토다이오드를 통해 전기적 신호로 변화시킨 후 MOS 트랜지스터를 이용해 차례차례 출력을 검출하는 소자이다.

도 1a는 종래의 이미지센서를 나타내는 것이다.

마이크로 렌즈(160) 및 녹색, 적색, 청색 각각의 컬러필터(170,171,172)를 투과한 빛이 실리콘 표면으로부터 반사되어 ① 또는 ②의 경로를 갖게 되어 인접한 포토다이오드(120)로 재반사되어 ③의 경로를 갖는 빛과 크로스토크를 일으키게 되며, 또한 ④의 경로를 갖는 빛에 의해 포토다이오드의 전기적 신호와 혼입되어 노이즈를 일으키게 된다.

즉, 종래의 이미지센서는 컬러필터를 투과한 빛이 바로 아래에 위치한 포토다이오드로 입사하지 않고 금속배선에 의한 반사를 통하여 인접한 다른 컬러필터를 투과한 빛과 함께 인접한 포토다이오드로 입사하게 되는 문제점이 있다.

또한 실리콘 표면으로부터 반사된 빛이 상부에 위치한 금속배선들을 통해 재반사되어 인접한 포토다이오드로 입사하게 되어 컬러 크로스토크를 일으키거나, 포토다이오드에서 발생한 캐리어를 전송시키는 인접한 MOS 트랜지스터의 전송통로로 유입되어 캐리어를 발생시키게 되어, 포토다이오드를 통한 전기적 신호와 혼입되어 노이즈를 일으키는 원인이 된다.

이러한 단점을 극복하기 위해 포토다이오드의 실리콘 표면으로부터 반사된 빛을 상부의 반사막을 통해 포토다이오드로 재입사되도록 층간 절연막 사이에 반사막을 형성하여 광감도를 개선하였다.

도 1b는 종래의 반사막이 형성된 이미지센서를 나타낸 것이다.

포토다이오드(120) 상층 및 금속배선층 하부 사이에 반사막(150)을 형성함으로써 마이크로 렌즈(160) 및 컬러필터(170,171,172)를 투과한 ①의 경로를 갖는 빛이 실리콘 표면으로부터 반사되어, 반사막(150)을 통해 재반사되어 포토다이오드로 재입사되어 광효율을 높인 구조이다.

그러나 ②의 경로에서처럼 실리콘 표면으로부터 반사된 빛이 상기 반사막(150)을 거치지 않고 상부의 금속배선(140)에서 재반사되어 인접한 포토다이오드(120)로 입사되어 ③의 경로를 갖는 빛과 크로스토크를 일으키게 되며, ④의 경로를 갖는 빛에 의한 포토다이오드의 전기적 신호와의 혼입에 의한 노이즈를 방지할 수 없게 된다.

또한 반사막(150)이 포토다이오드(120)를 덮음으로 하여 포토다이오드(120)의 유효면적이 좁아지게 되어 ⑤의 경로를 갖는 빛의 경우와 같이 초점이 어긋나는 경우 감도가 떨어지게 되는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 컬러필터를 투과하여 인접한 포토다이오드로의 입사 방지 및 컬러필터를 투과한 빛이 정상적으로 포토다이오드로 입사하더라도 실리콘 표면을 통해 반사되는 빛과 상층의 금속층을 통해 다시 재반사되어 인접 포토다이오드로 입사하여 간섭을 일으키는 것을 방지하여 컬러 크로스토크 및 노이즈를 감소시킬 수 있는 반사방지막이 형성된 이미지센서 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 반사방지막이 형성된 이미지센서는 반도체 기판 내에 소정의 거리를 두고 형성되는 복수의 포토다이오드; 상기 반도체 기판 위에 형성되어 상기 반도체 기판을 덮는 층간 절연막; 상기 포토다이오드 주변의 상층 및 상기 층간 절연막 내에 형성되는 반사방지막; 및 상기 층간 절연막 내에 소정의 패턴으로 형성되며, 복수의 금속배선을 포함하는 복수의 금속배선층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 반사방지막이 형성된 이미지센서 제조 방법은 (a)반도체 기판 내에 소정의 거리를 두고 복수의 포토다이오드를 형성하는 단계; (b)상기 포토다이오드가 형성된 반도체 기판을 덮는 층간 절연막을 형성하는 단계; (c)상기 형성된 포토다이오드 주변의 상층 및 상기 층간 절연막 내에 반사방지막을 형성하는 단계; 및 (d)상기 형성된 층간 절연막 내에 소정의 패턴으로 복수의 금속배선을 포함하는 복수의 금속배선층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명에 의한 반사방지막이 형성된 이미지센서의 일실시예를 나타 내는 것으로서, 반도체 기판(210), 복수의 포토다이오드(220), 층간 절연막(230), 적어도 하나의 금속배선층(240), 반사방지막(250)으로 구성된다.

복수의 포토다이오드(220)는 반도체 기판(210)의 표면으로부터 소정의 깊이와 소정의 간격을 두고 형성된다. 층간 절연막(230)은 반도체 기판(210) 위에 형성되어 복수의 포토다이오드(220)가 형성된 반도체 기판(210)을 덮는다. 적어도 하나의 금속배선층(240)은 복수의 금속배선을 포함하며, 층간 절연막 내에 소정의 패턴으로 형성된다.

반사방지막(250)은 복수의 금속배선층(240) 중에서 최하부 금속배선층의 복수의 금속배선들과 상기 반도체 기판 간, 정확히 표현하자면 복수의 포토다이오드 가장자리의 상부와 금속배선층이 형성되기 전에 각각의 형성될 금속배선층(240) 간의 금속배선들 영역들 사이에 형성된다.

반사방지막(250)은 폴리 실리콘, 비정질 실리콘, 텅스텐(W), TiN 중에서 적어도 하나의 성분을 포함한다.

또한, 종래의 반사막은 금속배선보다 큰 사이즈를 가지는데 비해서 본 발명에 의한 반사방지막(250)은 금속배선보다 작은 크기를 갖는다.

도 2를 참조하여 빛의 흐름을 설명하기로 한다.

마이크로 렌즈(260) 및 녹색, 적색, 청색 각각의 컬러필터(270,271,272)를 투과한 빛이 실리콘 표면으로부터 ① 또는 ②의 경로로 반사되어 상기 금속배선층(240)의 금속배선을 통해 재반사 되더라도 하부에 형성된 빛에 대한 흡수도가 높은 반사방지막(250)에서 빛이 감쇄하게 되어 결국엔 인접한 포토다이오드(220)로 입사 되지 못한다.

또한, 입사되더라도 상당히 감소된 광 에너지를 갖게 되므로, ③의 경로로 입사한 빛과 크로스토크를 일으키는 원인을 제거할 수 있게 되며, 또한 ④의 경로를 갖는 빛에 대해서도 MOS 트랜지스터의 전송통로로 입사되는 것을 방지함으로써 종래의 이미지센서의 구조 보다 개선된 이미지를 얻을 수 있게 된다.

도 3은 본 발명에 의한 반사방지막이 형성된 이미지센서의 일실시예를 평면도로 나타낸 것으로, 반사방지막이 제1 금속 배선층(M1)과 제2 금속 배선층(M2) 사이에서 포토다이오드(PD)를 둘러싸고 형성되는 것을 보여준다.

본 발명에 의한 반사방지막이 형성된 이미지센서 제조 방법은 다음과 같다.

반도체 기판(210)위에 폴리 실리콘 게이트 및 포토다이오드(220)를 형성한 후 층간 절연막(230)을 증착한다.

금속 배선층(240)을 형성하기전 층간 절연막(230) 사이에 빛에 대한 흡수도가 높은 물질을 반사방지막(250)의 용도로서 형성한다. 상기 반사방지막(250)은 도 3에서처럼 포토다이오드(220)를 둘러싸는 형태가 될 수 있으며, 물질로는 폴리 실리콘, 비정질 실리콘, 텅스텐(W), TiN 등이 한 예가 될 수 있다.

이후 금속배선층(240), 컬러필터(271,272,273) 및 마이크로 렌즈(260)를 형성하면 컬러 크로스토크가 개선된 이미지센서의 제작이 완료된다.

이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

본 발명에 의한 반사방지막이 형성된 이미지센서는 상술한 바와 같이 포토다이오드 주위의 상층에 형성된 반사방지막을 통하여 종래의 이미지센서에 비해 컬러 크로스토크 및 노이즈를 감소시키는 것이 가능한 장점이 있다.

Claims (9)

1. 반도체 기판 내에 소정의 거리를 두고 형성되는 복수의 포토다이오드;

   상기 반도체 기판 위에 형성되어 상기 반도체 기판을 덮는 층간절연막;

   상기 층간절연막 내에 설치된 적어도 2개의 금속배선층; 및

   상기 적어도 2개의 금속배선층과 상기 반도체 기판 사이에 설치된 적어도 2개의 반사방지막을 구비하며,

   상기 적어도 2개의 반사방지막은,

   상기 적어도 2개의 금속배선층 중에서 최하부 금속배선층과 상기 반도체 기판 사이 및 상기 최하부 금속배선층과 상기 최하부 금속배선층의 상부에 설치된 나머지 금속배선층 사이에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 반사방지막이 형성된 이미지센서.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 반사방지막은

   폴리 실리콘, 비정질 실리콘, 텅스텐(W), TiN 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사방지막이 형성된 이미지센서.
4. 제1항에 있어서, 상기 반사방지막은

   상기 적어도 2개의 금속배선층의 금속배선들보다 작은 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 반사방지막이 형성된 이미지센서.
5. 이미지센서 제조 방법에 있어서,

   (a)반도체 기판 내에 소정의 거리를 두고 복수의 포토다이오드를 형성하는 단계;

   (b)상기 포토다이오드가 형성된 반도체 기판을 덮는 층간 절연막을 형성하는 단계; 및

   (c)상기 층간절연막 내에 적어도 2개의 금속배선층 및 적어도 2개의 반사방지막을 형성하는 단계를 구비하며,

   상기 적어도 2개의 반사방지막은,

   상기 적어도 2개의 금속배선층 중에서 최하부 금속배선층과 상기 반도체 기판 사이 및 상기 최하부 금속배선층과 상기 최하부 금속배선층의 상부에 설치된 나머지 금속배선층의 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 반사방지막이 형성된 이미지센서 제조 방법.
6. 삭제
7. 제5항에 있어서, 상기 복수의 반사방지막은

   폴리 실리콘, 비정질 실리콘, 텅스텐(W), TiN 중에서 적어도 하나를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 반사방지막이 형성된 이미지센서 제조 방법.
8. 제5항에 있어서, 상기 반사방지막은

   상기 적어도 2개의 금속배선층의 금속배선들보다 작은 크기를 갖고 형성되는 것을 특징으로 하는 반사방지막이 형성된 이미지센서 제조 방법.
9. 삭제

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