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KR20110079340A - Image sensor and its manufacturing method - Google Patents

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KR20110079340A
KR20110079340A KR1020090136358A KR20090136358A KR20110079340A KR 20110079340 A KR20110079340 A KR 20110079340A KR 1020090136358 A KR1020090136358 A KR 1020090136358A KR 20090136358 A KR20090136358 A KR 20090136358A KR 20110079340 A KR20110079340 A KR 20110079340A
Authority
KR
South Korea
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lens
semiconductor substrate
light receiving
light
disposed
Prior art date
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Withdrawn
Application number
KR1020090136358A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
조동헌
이민승
Original Assignee
주식회사 동부하이텍
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 주식회사 동부하이텍 filed Critical 주식회사 동부하이텍
Priority to KR1020090136358A priority Critical patent/KR20110079340A/en
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Abstract

실시예에 따른 이미지 센서는 반도체 기판의 전면측(front side)에 단위픽셀 별로 형성된 복수개의 수광부; 상기 반도체 기판의 전면 상에 형성된 배선을 포함하는 금속배선층; 상기 반도체 기판의 전면과 반대되는 상기 반도체 기판의 후면에 빛이 상기 수광부로 굴절되도록 하는 적어도 하나 이상의 제1렌즈; 및 상기 반도체 기판의 후면의 상기 제1렌즈 상부에 배치된 제2렌즈를 포함하며, 상기 제1렌즈는 상기 제2렌즈와 상기 수광부 사이에 배치된 것을 포함한다.The image sensor according to the embodiment includes a plurality of light receiving units formed for each unit pixel on a front side of the semiconductor substrate; A metal wiring layer including wiring formed on an entire surface of the semiconductor substrate; At least one first lens on the rear surface of the semiconductor substrate opposite to the front surface of the semiconductor substrate so that light is refracted by the light receiving unit; And a second lens disposed above the first lens on the rear surface of the semiconductor substrate, wherein the first lens is disposed between the second lens and the light receiving unit.

실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법은 반도체 기판의 전면측(front side)에 단위픽셀 별로 복수개의 수광부를 형성하는 단계; 상기 반도체 기판의 전면 상에 배선을 포함하는 금속배선층을 형성하는 단계; 상기 반도체 기판의 전면과 반대되는 상기 반도체 기판의 후면에 상기 수광부로 굴절되도록 하는 적어도 하나 이상의 제1렌즈를 형성하는 단계; 및 상기 반도체 기판의 후면측의 상기 제1렌즈 상부에 제2렌즈를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제1렌즈는 상기 제2렌즈와 상기 수광부 사이에 배치되는 것을 포함한다.In another embodiment, a method of manufacturing an image sensor includes: forming a plurality of light receiving units for each unit pixel on a front side of a semiconductor substrate; Forming a metal wiring layer including wiring on a front surface of the semiconductor substrate; Forming at least one first lens on the rear surface of the semiconductor substrate opposite to the front surface of the semiconductor substrate to be refracted by the light receiving unit; And forming a second lens on the first lens on the rear side of the semiconductor substrate, wherein the first lens is disposed between the second lens and the light receiving unit.

후면 수광 이미지 센서 Rear receiving image sensor

Description

이미지 센서 및 그 제조방법{IMAGE SENSOR AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}Image sensor and manufacturing method thereof {IMAGE SENSOR AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

실시예는 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다. Embodiments relate to an image sensor and a method of manufacturing the same.

이미지센서(Image sensor)는 광학적 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체소자로서, 전하결합소자(Charge Coupled Device: CCD) 이미지센서와 씨모스 이미지센서(CMOS Image Sensor: CIS)로 구분된다.An image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal, and is classified into a charge coupled device (CCD) image sensor and a CMOS image sensor (CIS). .

일반적으로 이미지 센서는 실리콘 기판에 포토다이오드(Photodiode)를 이온주입 방식으로 형성시킨다. 칩 사이즈(Chip size) 증가 없이 픽셀(Pixel) 수 증가를 위한 목적으로 포토다이오드의 사이즈가 점점 감소함에 따라 수광부 면적 축소로 이미지 특성(Image Zuality)이 감소하는 경항을 보이고 있다. In general, an image sensor forms a photodiode on a silicon substrate by ion implantation. As the size of the photodiode gradually decreases for the purpose of increasing the number of pixels without increasing the chip size, the image characteristic decreases due to the reduction of the area of the light receiver.

또한, 수광부 면적 축소만큼의 적층높이(Stack height)의 감소가 이루어지지 못하여 에어리 디스크(Airy disk)라 불리는 빛의 회절 현상으로 수광부에 입사되는 포톤(photon)의 수 역시 감소하는 경향을 보이고 있다. In addition, since the stack height is not reduced as much as the area of the light receiving unit is reduced, the number of photons incident on the light receiving unit also decreases due to a diffraction phenomenon of light called an airy disk.

이를 극복하기 위한 대안 중 하나로 웨이퍼 백사이드(Wafer Back Side)를 통해 빛을 받아들여 수광부의 단차를 최소화하고, 메탈 라우팅(Metal routing)에 의한 빛의 간섭을 현상을 방지할 수 있는 시도(후면수광 이미지 센서)가 이루어지고 있다. As an alternative to overcome this problem, an attempt is made to receive light through the wafer back side to minimize the step difference of the light receiving unit, and to prevent light interference caused by metal routing (back light receiving image). Sensor).

이러한, 후면수광 이미지 센서에서 기판(substrate)의 후면 상에 소자분리 영역이 존재하지 않아 광학적 크로스 토크(Cross talk)에 매우 취약한 문제가 있다.In such a back-receiving image sensor, there is no device isolation region on the rear surface of the substrate, which is very vulnerable to optical cross talk.

실시예에서는 이미지 특성을 향상시킬 수 있는 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공한다.The embodiment provides an image sensor and a method of manufacturing the same that can improve image characteristics.

실시예에 따른 이미지 센서는 반도체 기판의 전면측(front side)에 단위픽셀 별로 형성된 복수개의 수광부; 상기 반도체 기판의 전면 상에 형성된 배선을 포함하는 금속배선층; 상기 반도체 기판의 전면과 반대되는 상기 반도체 기판의 후면에 빛이 상기 수광부로 굴절되도록 하는 적어도 하나 이상의 제1렌즈; 및 상기 반도체 기판의 후면의 상기 제1렌즈 상부에 배치된 제2렌즈를 포함하며, 상기 제1렌즈는 상기 제2렌즈와 상기 수광부 사이에 배치된 것을 포함한다.The image sensor according to the embodiment includes a plurality of light receiving units formed for each unit pixel on a front side of the semiconductor substrate; A metal wiring layer including wiring formed on an entire surface of the semiconductor substrate; At least one first lens on the rear surface of the semiconductor substrate opposite to the front surface of the semiconductor substrate so that light is refracted by the light receiving unit; And a second lens disposed above the first lens on the rear surface of the semiconductor substrate, wherein the first lens is disposed between the second lens and the light receiving unit.

실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법은 반도체 기판의 전면측(front side)에 단위픽셀 별로 복수개의 수광부를 형성하는 단계; 상기 반도체 기판의 전면 상에 배선을 포함하는 금속배선층을 형성하는 단계; 상기 반도체 기판의 전면과 반대되는 상기 반도체 기판의 후면에 상기 수광부로 굴절되도록 하는 적어도 하나 이상의 제1렌즈를 형성하는 단계; 및 상기 반도체 기판의 후면측의 상기 제1렌즈 상부에 제2렌즈를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제1렌즈는 상기 제2렌즈와 상기 수광부 사이에 배치되는 것을 포함한다.In another embodiment, a method of manufacturing an image sensor includes: forming a plurality of light receiving units for each unit pixel on a front side of a semiconductor substrate; Forming a metal wiring layer including wiring on a front surface of the semiconductor substrate; Forming at least one first lens on the rear surface of the semiconductor substrate opposite to the front surface of the semiconductor substrate to be refracted by the light receiving unit; And forming a second lens on the first lens on the rear side of the semiconductor substrate, wherein the first lens is disposed between the second lens and the light receiving unit.

실시예에 따른 이미지 센서 및 그 제조 방법은 반도체 기판의 후면측에 오목 렌즈 형태인 제1렌즈를 형성하고, 제1렌즈 상부로 마이크로렌즈를 형성한다.The image sensor and the method of manufacturing the same according to the embodiment form a first lens in the form of a concave lens on the rear side of the semiconductor substrate, and form a microlens above the first lens.

마이크로 렌즈가 볼록 렌즈 형태로 빛을 집광시키고, 마이크로 렌즈의 주변 영역으로 입사되는 빛을 오목 렌즈 형태인 제1렌즈가 수광부로 집광 시킬 수 있다.The microlens may condense light in the form of a convex lens, and the first lens in the form of a concave lens may condense the light incident on the peripheral region of the microlens to the light receiving unit.

즉, 마이크로 렌즈를 통과하였지만, 마이크로 렌즈의 주변 영역으로 입사되는 빛이 수광부로 집광되어, 이미지 센서의 광감도를 향상시킬 수 있다.That is, although the light passes through the microlens, light incident on the peripheral region of the microlens is collected by the light receiving unit, thereby improving the light sensitivity of the image sensor.

이는, 제1렌즈가 이웃하는 마이크로 렌즈의 사이인 마이크로 렌즈의 에지(edge)에 배치됨으로써, 마이크로 렌즈의 에지로 통과하는 빛의 광경로를 바꿔줌으로써, 이미지 센서의 수광효율을 증대시킬 수 있다.This is because the first lens is disposed at the edge of the micro lens between the neighboring micro lenses, thereby changing the light path of the light passing through the edge of the micro lens, thereby increasing the light receiving efficiency of the image sensor.

또한, 마이크로 렌즈를 통과하였지만, 마이크로 렌즈의 주변 영역으로 입사되는 빛이 상기 제1렌즈에 의해 수광부로 집광되므로, 인접 픽셀로의 크로스 토크(crosstalk)를 방지할 수 있다.In addition, since light passing through the microlens, but incident to the peripheral region of the microlens, is collected by the first lens to the light receiving unit, crosstalk to adjacent pixels can be prevented.

이에 따라, 이미지 센서는 고집적화를 달성할 수 있고, 더불어 이미지 특성도 개선할 수 있다. Accordingly, the image sensor can achieve high integration, and can also improve image characteristics.

이하, 실시예에 따른 후면수광 이미지센서 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a back light receiving image sensor and a method of manufacturing the same according to an embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

실시예의 설명에 있어서, 각 층의 "상/아래(on/under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상/아래는 직접(directly)와 또는 다른 층을 개재하여(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.In the description of the embodiments, where it is described as being formed "on / under" of each layer, it is understood that the phase is formed directly or indirectly through another layer. It includes everything.

도 6은 실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 단면도이다.6 is a cross-sectional view illustrating an image sensor according to an embodiment.

실시예에 따른 이미지 센서는 반도체 기판(100), 수광부(120), 금속배선층(140), 제1렌즈(300) 및 제2렌즈인 마이크로렌즈(200)를 포함한다.The image sensor according to the embodiment includes a semiconductor substrate 100, a light receiving unit 120, a metal wiring layer 140, a first lens 300, and a micro lens 200 which is a second lens.

상기 반도체 기판(100)의 전면측(front side)에는 단위 픽셀 별로 복수개의 상기 수광부(120)가 형성된다.On the front side of the semiconductor substrate 100, a plurality of light receiving parts 120 are formed for each unit pixel.

상기 금속배선층(140)은 상기 반도체 기판(100)이 전면 상에 배치되며, 배선을 포함하여 이루어진다.The metallization layer 140 is disposed on the front surface of the semiconductor substrate 100 and includes wiring.

상기 제1렌즈(300)는 상기 반도체 기판(100)의 전면과 반대되는 상기 반도체 기판(100)의 후면에 빛이 상기 수광부(120)로 굴절되도록 형성된다.The first lens 300 is formed such that light is refracted by the light receiving unit 120 on the rear surface of the semiconductor substrate 100 opposite to the front surface of the semiconductor substrate 100.

상기 마이크로렌즈(200)는 상기 반도체 기판(100)의 후면에 상기 제1렌즈(300) 상에 배치된다.The microlens 200 is disposed on the first lens 300 on the rear surface of the semiconductor substrate 100.

상기 제1렌즈(300)는 상기 수광부(120)를 향하여 굴곡지도록 형성된다.The first lens 300 is formed to be bent toward the light receiving unit 120.

이때, 상기 포토레지스트 패턴(10)은 상기 수광부(120)와 대응되는 영역의 상기 반도체 기판(100)의 후면에 형성된다.In this case, the photoresist pattern 10 is formed on the rear surface of the semiconductor substrate 100 in a region corresponding to the light receiving unit 120.

그리고, 상기 제1렌즈(300)는 서로 다른 상기 수광부(120)의 사이에 대응되는 영역에 형성된다.The first lens 300 is formed in a region corresponding to the light receiving units 120 different from each other.

상기 제1렌즈(300)와 마이크로 렌즈(200) 사이에는 평탄화층(350)이 배치된다.The planarization layer 350 is disposed between the first lens 300 and the micro lens 200.

상기 평탄화층(350)은 포토레지스트를 이용하여 형성될 수 있다.The planarization layer 350 may be formed using a photoresist.

또한, 도면에는 도시되지 않았지만, 컬러필터 어레이(190) 상부에도 포토레 지스트를 이용하여, 또 다른 평탄화층을 형성할 수 있다.Although not shown, another planarization layer may be formed on the color filter array 190 by using a photoresist.

상기 컬러필터 어레이(190)는 염색된 포토레지스트를 사용하여 각각의 단위픽셀마다 하나씩 형성되고 입사하는 빛으로부터 색을 분리할 수 있다. The color filter array 190 may be formed one by one for each unit pixel using a dyed photoresist and separate colors from incident light.

예를 들어, 상기 컬러필터 어레이(190)는 블루 컬러에 해당하는 제1 컬러필터(191), 그린 컬러에 해당하는 제2 컬러필터(192) 및 레드 컬러에 해당하는 제3 컬러필터(193)를 포함한다. For example, the color filter array 190 may include a first color filter 191 corresponding to a blue color, a second color filter 192 corresponding to a green color, and a third color filter 193 corresponding to a red color. It includes.

상기 제1 컬러필터(191)는 상기 제1 수광부(PD1)에 대응하도록 형성되며, 상기 제2 컬러필터(192)는 제2 수광부(PD2)에 대응하도록 형성되고, 상기 제3 컬러필터(193)는 상기 제3 수광부(PD3)에 대응하도록 형성될 수 있다. The first color filter 191 is formed to correspond to the first light receiver PD1, the second color filter 192 is formed to correspond to the second light receiver PD2, and the third color filter 193. ) May be formed to correspond to the third light receiver PD3.

즉, 상기 제1 컬러필터(191)와 제2 컬러필터(192)가 접하는 영역은 상기 제1렌즈(300)의 중심부에 배치될 수 있으며, 상기 제2 컬러필터(192)와 제3 컬러필터(193)가 접하는 영역도 상기 제1렌즈(300)의 중심부에 배치될 수 있다.That is, an area where the first color filter 191 and the second color filter 192 contact each other may be disposed at the center of the first lens 300, and the second color filter 192 and the third color filter may be disposed in the center of the first lens 300. An area where the 193 contacts may also be disposed at the center of the first lens 300.

상기 마이크로 렌즈(200)가 볼록 렌즈 형태로 형성되어 빛을 수광부(120)로 집광시키고, 상기 제1렌즈(300)가 상기 마이크로 렌즈(200)를 통과한 빛을 다시 상기 수광부(120)로 집광시킨다.The microlens 200 is formed in the form of a convex lens to condense light to the light receiving unit 120, and the first lens 300 condenses the light passing through the micro lens 200 to the light receiving unit 120 again. Let's do it.

상기 마이크로 렌즈(200)가 볼록 렌즈 형태로 빛을 집광시키고, 상기 마이크로 렌즈(200)의 주변 영역으로 입사되는 빛을 오목 렌즈 형태인 제1렌즈(300)가 상기 수광부(120)로 집광 시킬 수 있다.The microlens 200 condenses the light in the form of a convex lens, and the first lens 300 in the concave lens form condenses the light incident to the peripheral region of the microlens 200 into the light receiving unit 120. have.

즉, 상기 마이크로 렌즈(200)를 통과하였지만, 상기 마이크로 렌즈(200)의 주변 영역으로 입사되는 빛이 상기 수광부(120)로 집광되어, 이미지 센서의 광감도 를 향상시킬 수 있다.That is, although the light passes through the microlens 200, the light incident to the peripheral area of the microlens 200 is collected by the light receiver 120, thereby improving the light sensitivity of the image sensor.

이는, 상기 제1렌즈(300)가 이웃하는 상기 마이크로 렌즈(200)의 사이인 상기 마이크로 렌즈(200)의 에지(edge)에 배치됨으로써, 상기 마이크로 렌즈(200)의 에지로 통과하는 빛의 광경로를 바꿔줌으로써, 이미지 센서의 수광효율을 증대시킬 수 있다.This is because the first lens 300 is disposed at an edge of the micro lens 200 between the neighboring micro lenses 200, so that the light passes through the edge of the micro lens 200. By changing the furnace, the light receiving efficiency of the image sensor can be increased.

또한, 상기 마이크로 렌즈(200)를 통과하였지만, 상기 마이크로 렌즈(200)의 주변 영역으로 입사되는 빛이 상기 제1렌즈(300)에 의해 상기 수광부(120)로 집광되므로, 인접 픽셀로의 크로스 토크(crosstalk)를 방지할 수 있다.In addition, although the light passes through the microlens 200, the light incident on the peripheral area of the microlens 200 is collected by the first lens 300 to the light receiving unit 120, and thus crosstalk to adjacent pixels. (crosstalk) can be prevented.

이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법을 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing an image sensor according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 6.

우선, 도 1에 도시된 바와 같이 반도체 기판(100)의 전면(Front Side)에 소자분리 영역(110)을 형성하여 픽셀영역을 정의한다.First, as shown in FIG. 1, the pixel isolation region is defined by forming the device isolation region 110 on the front side of the semiconductor substrate 100.

상기 반도체 기판(100)은 고농도의 p형 기판(p++) 일 수 있다. 상기 반도체 기판(100)의 전면(Front Side)은 에피택셜(epitaxial) 공정을 실시하여 저농도의 p형 에피층(p-epi)을 포함할 수 있다. The semiconductor substrate 100 may be a high concentration p-type substrate (p ++). The front side of the semiconductor substrate 100 may include a low concentration p-type epi layer (p-epi) by performing an epitaxial process.

상기 소자분리 영역(110)은 STI 공정에 의하여 상기 반도체 기판(100)의 전면(front)에 형성될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 상기 수광부(120)의 격리를 위해 이온주입영역을 더 형성할 수도 있다. 이러한 이온주입 영역은 소자분리 영역(120)의 형성 전 또는 후에 형성할 수 있다. The device isolation region 110 may be formed on the front surface of the semiconductor substrate 100 by an STI process. Although not shown, an ion implantation region may be further formed to isolate the light receiver 120. The ion implantation region may be formed before or after the formation of the device isolation region 120.

다음으로, 상기 반도체 기판(100)의 픽셀영역에 수광부(120) 및 리드아웃 서킷(130)을 포함하는 단위픽셀을 형성한다. Next, a unit pixel including the light receiving unit 120 and the readout circuit 130 is formed in the pixel region of the semiconductor substrate 100.

상기 수광부(120)는 포토다이오드일 수 있다. The light receiver 120 may be a photodiode.

상기 수광부(120)는 제1 수광부(PD1), 제2 수광부(PD2) 및 제3 수광부(PD3)를 포함할 수 있다. The light receiver 120 may include a first light receiver PD1, a second light receiver PD2, and a third light receiver PD3.

예를 들어, 제1 수광부(PD1)는 블루 신호에 대한 광전하를 발생시키고, 제2 수광부(PD2)는 그린 신호에 대한 광전하를 발생시키고, 제3 수광부(PD3)는 레드 신호에 대한 광전하를 발생시킬 수 있다. For example, the first light receiver PD1 generates photocharges for the blue signal, the second light receiver PD2 generates photocharges for the green signal, and the third light receiver PD3 is light for the red signal. It can generate a charge.

상기 수광부(120)는 상기 반도체 기판(100)에 n형 이온주입영역 및 p형 이온주입영역에 의한 pn정션에 의하여 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The light receiver 120 may be formed in the semiconductor substrate 100 by pn junctions formed by an n-type ion implantation region and a p-type ion implantation region, but is not limited thereto.

상기 p형 이온주입 영역에 의해 잉여전자 등을 방지할 수 있다. 또한, 실시예는 PNP 정션을 형성하여 전하덤핑(charge dumping) 효과를 얻을 수 있다.By the p-type ion implantation region, excess electrons and the like can be prevented. In addition, the embodiment may form a PNP junction to obtain a charge dumping effect.

상기 수광부(120)가 형성된 반도체 기판(100) 상에 신호처리를 위한 리드아웃 서킷(130)을 형성한다. The readout circuit 130 for signal processing is formed on the semiconductor substrate 100 on which the light receiving unit 120 is formed.

예를 들어, 상기 리드아웃 서킷(130)은 트랜스퍼 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 드라이브 트랜지스터 및 셀렉트 트랜지스터를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. For example, the readout circuit 130 may include a transfer transistor, a reset transistor, a drive transistor, and a select transistor, but is not limited thereto.

실시예는 두 개의 단위픽셀이 하나의 플로팅 확산영역을 공유하는 미러 타입의 픽셀(Mirror Type-2-Shared) 구조일 수 있으나, 이에 한정되지 않고 각 단위 픽셀은 하나의 플로팅 확산영역을 포함할 수도 있다.The embodiment may be a mirror type pixel (Mirror Type-2-Shared) structure in which two unit pixels share one floating diffusion region, but the present invention is not limited thereto, and each unit pixel may include one floating diffusion region. have.

다음으로, 상기 반도체 기판(100)의 전면(Front Side) 상에 배선을 포함하는 금속배선층(140)을 형성한다. 예를 들어, 상기 배선은 제1 메탈(M1) 및 제2 메탈(M2) 등을 포함할 수 있다. Next, the metal wiring layer 140 including the wiring is formed on the front side of the semiconductor substrate 100. For example, the wiring may include a first metal M1 and a second metal M2.

한편, 상기 배선을 포함하는 금속배선층(140) 상에 캐리어 웨이퍼(미도시)를 본딩할 수 있다. 이러한 캐리어 웨이퍼는 상기 반도체 기판(100)을 핸들링하기 위한 수단일 수 있다. Meanwhile, a carrier wafer (not shown) may be bonded onto the metal wiring layer 140 including the wiring. The carrier wafer may be a means for handling the semiconductor substrate 100.

이어서, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 반도체 기판(100) 전면(Front Side)의 반대인 후면(Back Side)의 일부를 제거한다. Next, as shown in FIG. 2, a part of the back side opposite to the front side of the semiconductor substrate 100 is removed.

예를 들어, 상기 반도체 기판(100) 전면의 하부영역에 형성된 이온주입층(미도시)을 기준으로 그 하측을 제거한다. For example, the lower side is removed based on the ion implantation layer (not shown) formed in the lower region of the front surface of the semiconductor substrate 100.

즉, 상기 이온주입층(미도시)에 대한 열처리를 진행하여 수소이온을 기공화(bubble) 시킨 후 블레이드 등으로 컷팅하여 제거할 수 있다. That is, the heat treatment of the ion implantation layer (not shown) may be performed to remove hydrogen ions by cutting them with a blade or the like after porosizing the hydrogen ions.

이후, 컷팅된 상기 반도체 기판(100)의 후면에 대한 평탄화공정이 진행될 수도 있다. Thereafter, a planarization process may be performed on the rear surface of the cut semiconductor substrate 100.

또는, 상기 반도체 기판(100)의 전면측(Front Side)의 반대측을 백그라인딩(back grainding) 공정으로 제거할 수도 있다. Alternatively, the opposite side of the front side of the semiconductor substrate 100 may be removed by a back graining process.

이때, 상기 반도체 기판(100)이 SOI(Silicon on Insulator) 웨이퍼인 경우, 백그라인딩 공정으로 절연층(insulator)이 제거될 수 있다.In this case, when the semiconductor substrate 100 is a silicon on insulator (SOI) wafer, an insulator may be removed by a backgrinding process.

그리고, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 반도체 기판(100)의 후면 상에 포 토레지스트 패턴(10)을 형성하고, 습식 식각(wet etching) 공정을 진행하여 상기 반도체 기판(100) 내부로 굴곡진 제1렌즈(300)를 형성한다.3, the photoresist pattern 10 is formed on the rear surface of the semiconductor substrate 100 and a wet etching process is performed to bend the inside of the semiconductor substrate 100. The true first lens 300 is formed.

즉, 상기 습십 식각공정은 등방성 식각이기 때문에, 상기 포토레지스트 패턴(10)에 의해 노출된 상기 반도체 기판(100)의 후면에 등방성 식각이 이루어진다.That is, since the wetness etching process is isotropic etching, isotropic etching is performed on the rear surface of the semiconductor substrate 100 exposed by the photoresist pattern 10.

따라서, 상기 제1렌즈(300)는 상기 수광부(120)를 향하여 굴곡지도록 형성된다.Therefore, the first lens 300 is formed to be bent toward the light receiving unit 120.

이때, 상기 포토레지스트 패턴(10)은 상기 수광부(120)와 대응되는 영역의 상기 반도체 기판(100)의 후면에 형성된다.In this case, the photoresist pattern 10 is formed on the rear surface of the semiconductor substrate 100 in a region corresponding to the light receiving unit 120.

그리고, 상기 제1렌즈(300)는 서로 다른 상기 수광부(120)의 사이에 대응되는 영역에 형성된다.The first lens 300 is formed in a region corresponding to the light receiving units 120 different from each other.

이어서, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1렌즈(300)가 형성된 상기 반도체 기판(100)의 후면 상에 평탄화층(350)을 형성하고, 상기 평탄화층(350) 상에 컬러필터 어레이(190)가 형성된다.Subsequently, as shown in FIG. 4, the planarization layer 350 is formed on the back surface of the semiconductor substrate 100 on which the first lens 300 is formed, and the color filter array is formed on the planarization layer 350. 190 is formed.

상기 평탄화층(350)은 포토레지스트를 이용하여 형성될 수 있다.The planarization layer 350 may be formed using a photoresist.

또한, 도면에는 도시되지 않았지만, 상기 컬러필터 어레이(190) 상부에도 포토레지스트를 이용하여, 또 다른 평탄화층을 형성할 수 있다.Although not shown in the drawing, another planarization layer may be formed on the color filter array 190 by using a photoresist.

상기 컬러필터 어레이(190)는 염색된 포토레지스트를 사용하여 각각의 단위픽셀마다 하나씩 형성되고 입사하는 빛으로부터 색을 분리할 수 있다. The color filter array 190 may be formed one by one for each unit pixel using a dyed photoresist and separate colors from incident light.

예를 들어, 상기 컬러필터 어레이(190)는 블루 컬러에 해당하는 제1 컬러필터(191), 그린 컬러에 해당하는 제2 컬러필터(192) 및 레드 컬러에 해당하는 제3 컬러필터(193)를 포함한다. For example, the color filter array 190 may include a first color filter 191 corresponding to a blue color, a second color filter 192 corresponding to a green color, and a third color filter 193 corresponding to a red color. It includes.

상기 제1 컬러필터(191)는 상기 제1 수광부(PD1)에 대응하도록 형성되며, 상기 제2 컬러필터(192)는 제2 수광부(PD2)에 대응하도록 형성되고, 상기 제3 컬러필터(193)는 상기 제3 수광부(PD3)에 대응하도록 형성될 수 있다. The first color filter 191 is formed to correspond to the first light receiver PD1, the second color filter 192 is formed to correspond to the second light receiver PD2, and the third color filter 193. ) May be formed to correspond to the third light receiver PD3.

즉, 상기 제1 컬러필터(191)와 제2 컬러필터(192)가 접하는 영역은 상기 제1렌즈(300)의 중심부에 배치될 수 있으며, 상기 제2 컬러필터(192)와 제3 컬러필터(193)가 접하는 영역도 상기 제1렌즈(300)의 중심부에 배치될 수 있다.That is, an area where the first color filter 191 and the second color filter 192 contact each other may be disposed at the center of the first lens 300, and the second color filter 192 and the third color filter may be disposed in the center of the first lens 300. An area where the 193 contacts may also be disposed at the center of the first lens 300.

그리고, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1, 제2 및 제3 컬러필터(191,192193) 상에 마이크로 렌즈(200)가 각각 형성된다. As shown in FIG. 5, microlenses 200 are formed on the first, second and third color filters 191 and 192193, respectively.

상기 마이크로 렌즈(200)는 볼록 렌즈 형태로 형성되고, 해당하는 수광부(120)로 빛을 집광시킬 수 있다. The micro lens 200 may be formed in the form of a convex lens, and may condense light to a corresponding light receiving unit 120.

이때, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 마이크로 렌즈(200)가 볼록 렌즈 형태로 형성되어 빛을 수광부(120)로 집광시키고, 상기 제1렌즈(300)가 상기 마이크로 렌즈(200)를 통과한 빛을 다시 상기 수광부(120)로 집광시킨다.In this case, as shown in FIG. 6, the microlens 200 is formed in the form of a convex lens to condense light to the light receiving unit 120, and the first lens 300 passes through the microlens 200. The light is focused again to the light receiver 120.

상기 마이크로 렌즈(200)가 볼록 렌즈 형태로 빛을 집광시키고, 상기 마이크로 렌즈(200)의 주변 영역으로 입사되는 빛을 오목 렌즈 형태인 제1렌즈(300)가 상기 수광부(120)로 집광 시킬 수 있다.The microlens 200 condenses light in the form of a convex lens, and the first lens 300 in the form of a concave lens condenses the light incident to the peripheral region of the microlens 200 to the light receiving unit 120. have.

즉, 상기 마이크로 렌즈(200)를 통과하였지만, 상기 마이크로 렌즈(200)의 주변 영역으로 입사되는 빛이 상기 수광부(120)로 집광되어, 이미지 센서의 광감도를 향상시킬 수 있다.That is, although the light passes through the microlens 200, the light incident to the peripheral area of the microlens 200 is collected by the light receiver 120, thereby improving the light sensitivity of the image sensor.

이는, 상기 제1렌즈(300)가 이웃하는 상기 마이크로 렌즈(200)의 사이인 상기 마이크로 렌즈(200)의 에지(edge)에 배치됨으로써, 상기 마이크로 렌즈(200)의 에지로 통과하는 빛의 광경로를 바꿔줌으로써, 이미지 센서의 수광효율을 증대시킬 수 있다.This is because the first lens 300 is disposed at an edge of the micro lens 200 between the neighboring micro lenses 200, so that the light passes through the edge of the micro lens 200. By changing the furnace, the light receiving efficiency of the image sensor can be increased.

또한, 상기 마이크로 렌즈(200)를 통과하였지만, 상기 마이크로 렌즈(200)의 주변 영역으로 입사되는 빛이 상기 제1렌즈(300)에 의해 상기 수광부(120)로 집광되므로, 인접 픽셀로의 크로스 토크(crosstalk)를 방지할 수 있다.In addition, although the light passes through the microlens 200, the light incident on the peripheral area of the microlens 200 is collected by the first lens 300 to the light receiving unit 120, and thus crosstalk to adjacent pixels. (crosstalk) can be prevented.

이에 따라, 이미지 센서는 고집적화를 달성할 수 있고, 더불어 이미지 특성도 개선할 수 있다. Accordingly, the image sensor can achieve high integration, and can also improve image characteristics.

본 발명은 기재된 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 청구항의 권리범위에 속하는 범위 안에서 다양한 다른 실시예가 가능하다.The present invention is not limited to the described embodiments and drawings, and various other embodiments are possible within the scope of the claims.

도 1 내지 도 6은 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법을 도시한 단면도이다.1 to 6 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an image sensor according to an embodiment.

Claims (15)

반도체 기판의 전면측(front side)에 단위픽셀 별로 형성된 복수개의 수광부;A plurality of light receiving units formed for each unit pixel on a front side of the semiconductor substrate; 상기 반도체 기판의 전면 상에 형성된 배선을 포함하는 금속배선층;A metal wiring layer including wiring formed on an entire surface of the semiconductor substrate; 상기 반도체 기판의 전면과 반대되는 상기 반도체 기판의 후면에 빛이 상기 수광부로 굴절되도록 하는 적어도 하나 이상의 제1렌즈; 및At least one first lens on the rear surface of the semiconductor substrate opposite to the front surface of the semiconductor substrate so that light is refracted by the light receiving unit; And 상기 반도체 기판의 후면의 상기 제1렌즈 상부에 배치된 제2렌즈를 포함하며, A second lens disposed on the first lens on the rear surface of the semiconductor substrate; 상기 제1렌즈는 상기 제2렌즈와 상기 수광부 사이에 배치된 것을 포함하는 이미지 센서.And the first lens is disposed between the second lens and the light receiving unit. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1렌즈는 서로 다른 상기 제1렌즈 사이에 대응되는 영역에 배치된 것을 포함하는 이미지 센서.And the first lens is disposed in a region corresponding to the different first lenses. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1렌즈는 서로 다른 상기 수광부 사이에 대응되는 영역에 배치된 것을 포함하는 이미지 센서.And the first lens is disposed in a region corresponding to the different light receiving units. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1렌즈는 상기 반도체 기판의 후면측에 대해 오목하게 형성되고,The first lens is formed concave with respect to the back side of the semiconductor substrate, 상기 제2렌즈는 상기 반도체 기판의 후면측에 대해 볼록하게 형성된 것을 포함하는 이미지 센서.And the second lens is formed to be convex with respect to a back side of the semiconductor substrate. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1렌즈는 상기 반도체 기판의 후면이 일부 제거되어 형성된 것을 포함하는 이미지 센서.And the first lens is formed by partially removing a rear surface of the semiconductor substrate. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1렌즈와 제2렌즈 사이에 배치된 평탄화층을 더 포함하는 이미지 센서.And a planarization layer disposed between the first lens and the second lens. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 평탄화층은 포토레지스트로 형성된 것을 포함하는 이미지 센서.And the planarization layer is formed of photoresist. 반도체 기판의 전면측(front side)에 단위픽셀 별로 복수개의 수광부를 형성하는 단계;Forming a plurality of light receiving units for each unit pixel on a front side of the semiconductor substrate; 상기 반도체 기판의 전면 상에 배선을 포함하는 금속배선층을 형성하는 단계;Forming a metal wiring layer including wiring on a front surface of the semiconductor substrate; 상기 반도체 기판의 전면과 반대되는 상기 반도체 기판의 후면에 상기 수광부로 굴절되도록 하는 적어도 하나 이상의 제1렌즈를 형성하는 단계; 및Forming at least one first lens on the rear surface of the semiconductor substrate opposite to the front surface of the semiconductor substrate to be refracted by the light receiving unit; And 상기 반도체 기판의 후면측의 상기 제1렌즈 상부에 제2렌즈를 형성하는 단계를 포함하며, Forming a second lens on the first lens on the rear side of the semiconductor substrate; 상기 제1렌즈는 상기 제2렌즈와 상기 수광부 사이에 배치되는 것을 포함하는 이미지 센서의 제조방법.And the first lens is disposed between the second lens and the light receiving unit. 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 제1렌즈는 서로 다른 상기 제2렌즈 사이에 대응되는 영역에 배치된 것을 포함하는 이미지 센서의 제조방법.And the first lens is disposed in a region corresponding to the second lenses different from each other. 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 제1렌즈는 서로 다른 상기 수광부 사이에 대응되는 영역에 배치된 것을 포함하는 이미지 센서의 제조방법.The first lens of claim 1, wherein the first lens is disposed in a region corresponding to the light receiving units different from each other. 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 제1렌즈는 상기 반도체 기판의 후면측에 대해 오목하게 형성되고,The first lens is formed concave with respect to the back side of the semiconductor substrate, 상기 제2렌즈는 상기 반도체 기판의 후면측에 대해 볼록하게 형성된 것을 포함하는 이미지 센서의 제조방법.And the second lens is formed to be convex with respect to the back side of the semiconductor substrate. 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 제1렌즈는 상기 반도체 기판의 후면이 일부 제거되어 형성된 것을 포함하는 이미지 센서의 제조방법.And the first lens is formed by partially removing a rear surface of the semiconductor substrate. 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 제1렌즈를 형성한 뒤, After forming the first lens, 상기 제1렌즈 상에 평탄화층을 더 형성하는 단계를 포함하며,Forming a planarization layer on the first lens; 상기 평탄화층은 상기 제1렌즈와 제2렌즈 사이에 형성된 것을 포함하는 이미지 센서의 제조방법.And the planarization layer is formed between the first lens and the second lens. 제 13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 평탄화층은 포토레지스트로 형성된 것을 포함하는 이미지 센서의 제조방법.And the planarization layer is formed of photoresist. 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 제1렌즈는,The first lens, 상기 반도체 기판의 후면에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및Forming a photoresist pattern on a rear surface of the semiconductor substrate; And 상기 포토레지스트 패턴이 형성된 상기 반도체 기판의 후면에 습식 식각(wet etch) 공정을 진행하여 상기 반도체 기판 후면의 내부로 굴곡진 제1렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조방법.And performing a wet etch process on a rear surface of the semiconductor substrate on which the photoresist pattern is formed to form a curved first lens into the rear surface of the semiconductor substrate.
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