JP2008288585A - イメージセンサ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、トランジスタ回路とフォトダイオードの新たな集積を提供できるイメージセンサ及びその製造方法を提供するためのものである。
【解決手段】本発明に係るイメージセンサは、基板上に形成された回路（circuitry）と、上記基板上に形成された下部配線と、上記下部配線上に形成されたカーボンナノチューブと、上記カーボンナノチューブに形成された導電性高分子と、上記カーボンナノチューブ上に形成された透明電極とを含むことを特徴とする。
【選択図】図１
【解決手段】本発明に係るイメージセンサは、基板上に形成された回路（circuitry）と、上記基板上に形成された下部配線と、上記下部配線上に形成されたカーボンナノチューブと、上記カーボンナノチューブに形成された導電性高分子と、上記カーボンナノチューブ上に形成された透明電極とを含むことを特徴とする。
【選択図】図１
Description
本発明は、イメージセンサ及びその製造方法に関するものである。
従来技術によるＣＭＯＳイメージセンサは、光信号を受けて電気信号に変えるフォトダイオード（Photo Diode）領域と、この電気信号を処理するトランジスタ領域とに区分することができる。
ところが、従来技術に従うＣＭＯＳイメージセンサは、フォトダイオードがトランジスタと水平に配置される構造である。
もちろん、従来技術による水平型のＣＭＯＳイメージセンサによりＣＣＤイメージセンサの短所が解決されることはされたが、従来技術による水平型のＣＭＯＳイメージセンサには相変わらず問題点がある。
即ち、従来技術による水平型のＣＭＯＳイメージセンサによると、フォトダイオードとトランジスタが基板上に相互水平に隣接して製造される。これによって、フォトダイオードのための追加的な領域が要求され、これによりフィルファクター（fill factor）領域を減少させ、またレゾリューション（Resolution）の可能性を制限する問題がある。
また、従来技術による水平型のＣＭＯＳイメージセンサによると、フォトダイオードとトランジスタを同時に製造する工程に対する最適化を達成する点が非常に困難であるという問題がある。
また、従来技術による水平型のＣＭＯＳイメージセンサによると、ピクセルサイズが増加すると、イメージセンサのレゾリューション（Resolution）が減少することになり、また、フォトダイオードの面積が減少するとイメージセンサのセンシティビティー（sensitivity）が減少する問題が発生する。
本発明の目的は、トランジスタ回路（circuitry）とフォトダイオードの新たな集積を提供できるイメージセンサ及びその製造方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、量子効率（quantum efficiency）を高めることができるフォトダイオードを含むイメージセンサ及びその製造方法を提供することにある。
また、本発明の更に他の目的は、レゾリューション（Resolution）とセンシティビティー（sensitivity）が共に改善できるイメージセンサ及びその製造方法を提供することにある。
また、本発明の更なる他の目的は、垂直型のフォトダイオードを採用し、かつフォトダイオード内にディフェクトが防止できるイメージセンサ及びその製造方法を提供することにある。
本発明のある態様のイメージセンサは、基板上に形成された回路（circuitry）と、上記基板上に形成された下部配線と、上記下部配線上に形成されたカーボンナノチューブと、上記カーボンナノチューブに形成された導電性高分子と、上記カーボンナノチューブ上に形成された透明電極とを含むことを特徴とする。
また、本発明の他の態様のイメージセンサの製造方法は、回路（circuitry）を基板上に形成するステップと、上記基板上に下部配線を形成するステップと、上記下部配線上にカーボンナノチューブを形成するステップと、上記カーボンナノチューブに導電性高分子を形成するステップと、上記カーボンナノチューブ上に透明電極を形成するステップとを含むことを特徴とする。
本発明によると、トランジスタ回路（circuitry）とフォトダイオードの垂直型集積を提供することができ、また、カーボンナノチューブを利用してフォトダイオードを形成することによって、量子効率（quantum efficiency）を高めることができる効果が得られる。
以下、本発明に係るイメージセンサ及びその製造方法を添付された図面を参照しつつ説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るイメージセンサの断面図である。
図１は、第１実施形態に係るイメージセンサの断面図である。
第１実施形態に係るイメージセンサは、基板１１０上に形成された回路（circuitry）（図示せず）、基板１１０上に形成された下部配線１４０、下部配線１４０上に形成されたカーボンナノチューブ１５０、カーボンナノチューブ１５０に形成された導電性高分子１６０、及びカーボンナノチューブ１５０上に形成された透明電極１７０を含むことができる。
第１実施形態において、カーボンナノチューブ１５０で電子（electron）を伝達する過程は、次の通りである。即ち、外部光により導電性高分子１６０で電子（electron）とホール（hole）が発生し、上記電子（electron）は、容易で、かつ速くカーボンナノチューブ１５０を通じて下部配線１４０に伝えられる。
第１実施形態において、カーボンナノチューブ１５０は、構造によって金属性（metallic）と半導体性（semiconductic）を有することができる。
また、第１実施形態において、カーボンナノチューブ１５０は、単一壁（single-wall）形態、または多重壁（multy-wall）形態であることができる。単一壁形態とは、カーボンナノチューブ１５０が一つの円柱のような形態を意味し、多重壁形態とは、カーボンナノチューブ１５０が多重でなされることができることを意味する。
また、第１実施形態において、下部配線１４０は、基板１１０の層間絶縁層１２０に形成された配線１３０と電気的に連結されることができる。
また、第１実施形態は、ピクセル間のクロストークを防止するための絶縁体１８０をさらに含むことができ、絶縁体１８０は、第１絶縁体１８２、メタル１８４、及び第２絶縁体１８６を含むことができる。
また、第１実施形態では、透明電極１７０上に形成されたカラーフィルタ１９０とマイクロレンズ２００をさらに含むことができる。
このような第１実施形態に係るイメージセンサによると、トランジスタ回路（circuitry）とフォトダイオードの垂直型集積を提供することができる。
また、第１実施形態によると、カーボンナノチューブを利用してフォトダイオードを形成することによって、量子効率（quantum efficiency）を高めることができる効果がある。
また、第１実施形態によると、トランジスタ回路（circuitry）とフォトダイオードの垂直型集積によりフィルファクター（fill factor）を１００%に近接させることができる。
また、第１実施形態によると、従来技術より垂直型集積により同じピクセルサイズで高いセンシティビティー（sensitivity）を提供することができる。
また、第１実施形態によると、従来技術より、同じレゾリューション（Resolution）のために工程費用を低減することができる。
また、第１実施形態によると、各単位ピクセルはセンシティビティー（sensitivity）の減少無しで、より一層複雑な回路（circuitry）を具現することができる。
また、第１実施形態により集積できる追加的なオンチップ回路（on-chip circuitry）は、イメージセンサのパフォーマンス（performance）を増加させ、延いては、素子の小型化及び製造コストの低減を獲得することができる。
また、第１実施形態によると、垂直型のフォトダイオードを採用し、かつフォトダイオード内にディフェクトを防止することができる。
以下、図２Ａ乃至図２Ｆを参照しつつ第１実施形態に係るイメージセンサの製造方法を説明する。
まず、図２Ａのように、回路（circuitry）（図示せず）を基板１１０上に形成する。基板１１０には層間絶縁層１２０が形成され、配線１３０が形成されることができる。
以後、基板１１０上に配線１３０と電気的に連結される下部配線１４０を形成する。
次に、下部配線１４０上に触媒剤１５２を形成する。例えば、触媒剤１５２として強磁性特性を有するＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉなどを利用することができる。
第１実施形態において、カーボンナノチューブ１５０は、強磁性特性を有するＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉなどで蒸着される特性があるので、触媒剤１５２を利用して選択的に蒸着することができる。
次に、図２Ｂのように、フォト工程により触媒剤１５２と下部配線１４０を選択的にパターニングする。
次に、図２Ｃのように、残存する触媒剤１５２上にカーボンナノチューブ１５０を選択的に蒸着する。例えば、触媒剤１５２上にカーボンナノチューブ１５０を１０Å乃至１００，０００Åで垂直蒸着することができる。
また、第１実施形態では、プラズマ処理（plasma treatment）で触媒剤を活性化させて、カーボンナノチューブ１５０の選択的な蒸着を促進することができる。
次に、図２Ｄのように、カーボンナノチューブ１５０を導電性高分子１６０でコーティングすることができる。例えば、導電性高分子１６０は共役高分子（conjugated polymer）を利用することができる。
例えば、導電性高分子１６０を形成する方法には、ポリチオフェン（polythiophene）あるいはそれの誘導体であるポリ（３、４−エチレンデオキシチオフェン）、ポリアニリン（polyaniline）、ポリピロール（polypyrrole）、及びそれの誘導体で形成された高分子、あるいは共役（conjugated）構造を有する高分子などを利用して熱硬化及びＵＶ硬化によりコーティングする方法と、上記導電性高分子の単量体をインシチュ（in-situ）方法によりコーティングすることができる。
次に、カーボンナノチューブ１５０上に透明電極（transparent conducting electrode：ＴＣＥ）１７０を蒸着する。
次に、図２Ｅのように、フォト工程（photolithography）及びエッチング（etch）工程によりパターニングを完了して、カーボンナノチューブ１５０を含んだフォトダイオードを完成することができる。
次に、図２Ｆのように、ピクセル間のクロストークを防止するための絶縁体１８０をさらに形成することができる。絶縁体１８０は、第１絶縁体１８２、メタル１８４、及び第２絶縁体１８６を含むことができる。
例えば、絶縁体１８０は、酸化膜である第１絶縁体１８２、メタル１８４、及び酸化膜である第２絶縁体１８６で形成されることができる。
次に、透明電極１７０上にカラーフィルタ１９０を形成することができる。
例えば、カラーフィルタ１９０は、透明電極１７０上に可染性レジストを使用して塗布した後、露光及び現象工程を進行して、それぞれの波長帯別に光をフィルタリングするＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタ１９０を形成することができる。この際、透明電極１７０上に絶縁層（図示せず）をさらに形成し、上記絶縁層上にカラーフィルタを形成することもできる。
以後、カラーフィルタ１９０上に焦点距離調節及びレンズ層を形成するための平坦度確保などのために、平坦化層（ＰＬ：planarization layer）（図示せず）をさらに形成することができる。
次に、カラーフィルタ１９０上にマイクロレンズ２００を形成する。
例えば、カラーフィルタ１９０上にマイクロレンズ用感光膜（図示せず）を塗布し、マイクロレンズ用マスク（図示せず）を利用して露光及び現象工程により上記感光膜を選択的にパターニングして感光膜パターン（図示せず）を形成する。
以後、上記感光膜パターンが形成された基板１１０をホットプレート（hot plate）（図示せず）の上部に載置した状態で１５０℃以上の熱処理で上部に存在する感光膜パターンをリフローして半球型のマイクロレンズ２００を形成することができる。
次に、マイクロレンズ２００上に保護膜（図示せず）をさらに形成することができる。例えば、マイクロレンズ２００上に透明酸化膜からなる保護膜を形成することができるが、これに限定されるのではない。
第１実施形態に係るイメージセンサの製造方法によると、トランジスタ回路（circuitry）とフォトダイオードの垂直型集積を提供することができ、また、本発明の第１実施形態によると、カーボンナノチューブを利用してフォトダイオードを形成することによって、量子効率（quantum efficiency）を高めることができる効果がある。
（第２実施形態）
図３は、第２実施形態に係るイメージセンサの断面図である。
図３は、第２実施形態に係るイメージセンサの断面図である。
第２実施形態に係るイメージセンサは、上記第１実施形態に係るイメージセンサの基本的な特徴を採用することができる。
但し、第２実施形態に係るイメージセンサは、上記第１実施形態とは異なり、下部配線１４０上に形成された第１導電型伝導層２１０をさらに含み、カーボンナノチューブ１５０ａは第２導電型で導電されて上記第１導電型伝導層２１０上に形成されることを特徴とする。
例えば、第１導電型伝導層２１０はＮドーピングされた非晶質シリコン（n-doped amorphous silicon）を利用して形成されることができるが、これに限定されるのではない。即ち、第１導電型伝導層２１０は非晶質シリコンにゲルマニウム、炭素、窒素、または酸素などを添加して、ａ−Ｓｉ：Ｈ、ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ、ａ−ＳｉＣ、ａ−ＳｉＮ：Ｈ、ａ−ＳｉＯ：Ｈなどで形成されることもできる。
第１導電型伝導層２１０は、化学気相蒸着（ＣＶＤ）、特に、ＰＥＣＶＤなどにより形成されることができる。例えば、第１導電型伝導層２１０は、シランガス（ＳｉＨ４）にＰＨ３、Ｐ２Ｈ５などを混合してＰＥＣＶＤにより非晶質シリコンで形成されることができる。
この際、第２実施形態において、カーボンナノチューブ１５０ａはＰ型で導電できるが、これに限定されるのではない。
第２実施形態に係るイメージセンサ及びその製造方法によると、トランジスタ回路（circuitry）とフォトダイオードの垂直型集積を提供することができ、また、本発明の第２実施形態によると、カーボンナノチューブを利用してフォトダイオードを形成することによって、量子効率（quantum efficiency）を高めることができる効果がある。
（第３実施形態）
図４は、第３実施形態に係るイメージセンサの断面図である。
図４は、第３実施形態に係るイメージセンサの断面図である。
第３実施形態に係るイメージセンサは、上記第１実施形態及び上記第２実施形態に係るイメージセンサの基本的な特徴を採用することができる。
但し、第３実施形態に係るイメージセンサは、上記第２実施形態に係るイメージセンサとは異なり、第１導電型伝導層２１０上に形成された真性層（intrinsic layer）２２０をさらに含み、カーボンナノチューブ１５０ａは第２導電型で導電されて真性層２２０上に形成されることができる。
例えば、真性層２２０は非晶質シリコン（amorphous silicon）を利用して形成されることができる。真性層２２０は、化学気相蒸着（ＣＶＤ）、特に、ＰＥＣＶＤなどにより形成されることができる。例えば、真性層２２０は、シランガス（ＳｉＨ４）などを利用してＰＥＣＶＤにより非晶質シリコンで形成されることができる。
第３実施形態に係るイメージセンサ及びその製造方法によると、トランジスタ回路（circuitry）とフォトダイオードの垂直型集積を提供することができ、また、本発明の第３実施形態によると、カーボンナノチューブを利用してフォトダイオードを形成することによって、量子効率（quantum efficiency）を高めることができる効果がある。
（第４実施形態）
図５は、第４実施形態に係るイメージセンサの断面図である。
図５は、第４実施形態に係るイメージセンサの断面図である。
第４実施形態に係るイメージセンサは、上記第１実施形態、上記第２実施形態、及び上記第３実施形態に係るイメージセンサの基本的な特徴を採用することができる。
但し、第４実施形態に係るイメージセンサは、上記第２実施形態、上記第３実施形態とは異なり、カーボンナノチューブ１５０ｂは第１導電型で導電されて形成され、第１導電型カーボンナノチューブ１５０ｂ上に形成された真性層２２０、及び真性層２２０上に形成された第２導電型伝導層２３０を含むことができる。
例えば、カーボンナノチューブ１５０ｂは、Ｎ型で導電できるが、これに限定されるのではない。
また、第２導電型伝導層２３０は、真性層２２０の形成と連続工程により形成されることができる。第２導電型伝導層２３０は、Ｐドーピングされた非晶質シリコン（p-doped amorphous silicon）を利用して形成されることができるが、これに限定されるのではない。
第２導電型伝導層２３０は、化学気相蒸着（ＣＶＤ）、特に、ＰＥＣＶＤなどにより形成されることができる。例えば、第２導電型伝導層２３０は、シランガス（ＳｉＨ４）にボロンなどを混合してＰＥＣＶＤにより非晶質シリコンで形成されることができる。
第４実施形態に係るイメージセンサ及びその製造方法によると、トランジスタ回路（circuitry）とフォトダイオードの垂直型集積を提供することができ、また、本発明の第４実施形態によると、カーボンナノチューブを利用してフォトダイオードを形成することによって、量子効率（quantum efficiency）を高めることができる効果がある。
（第５実施形態）
図６は、第５実施形態に係るイメージセンサの断面図である。
図６は、第５実施形態に係るイメージセンサの断面図である。
第５実施形態に係るイメージセンサは、上記第１実施形態に係るイメージセンサの基本的な特徴を採用することができる。
但し、第５実施形態に係るイメージセンサは、上記第１実施形態とは異なり、上記導電性高分子は、カラーポリマーで形成されることができる。
これによって、上記第５実施形態では、別途のカラーフィルタが採用できないことがある。
即ち、第５実施形態での導電性高分子は、第１色の導電性高分子１６２、第２色の導電性高分子１６４、及び第３色の導電性高分子１６６を含むことができる。
例えば、第５実施形態での導電性高分子は、赤色（Ｒ）の導電性高分子１６２、緑色（Ｇ）の導電性高分子１６４、青色（Ｂ）の導電性高分子１６６を含むことができる。
第５実施形態に係るイメージセンサ及びその製造方法によると、トランジスタ回路（circuitry）とフォトダイオードの垂直型集積を提供することができ、また、本発明の第５実施形態によると、カーボンナノチューブを利用してフォトダイオードを形成することによって、量子効率（quantum efficiency）を高めることができ、またカラーポリマーを利用した伝導性高分子を採用することで、別途のカラーフィルタ無しで、色をフィルタリングすることができる効果がある。
１１０ 基板、 １２０ 層間絶縁層、 １３０ 配線、 １４０ 下部配線、 １５０ カーボンナノチューブ、 １５２ 触媒剤、 １６０ 導電性高分子、 １７０ 透明電極、 １８０ 絶縁体、 １８２ 第１絶縁体、 １８４ メタル、 １８６ 第２絶縁体、 １９０ カラーフィルタ、 ２００ マイクロレンズ、 ２１０ 第１導電型伝導層、 ２２０ 真性層、 ２３０ 第２導電型伝導層。
Claims (11)
- 基板上に形成された回路（circuitry）と、
前記基板上に形成された下部配線と、
前記下部配線上に形成されたカーボンナノチューブと、
前記カーボンナノチューブに形成された導電性高分子と、
前記カーボンナノチューブ上に形成された透明電極と、
を含むことを特徴とするイメージセンサ。 - 前記下部配線上に形成された第１導電型伝導層をさらに含み、
前記カーボンナノチューブは第２導電型で導電されて、前記第１導電型伝導層上に形成されたことを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。 - 前記第１導電型伝導層上に形成された真性層（intrinsic layer）をさらに含み、
前記カーボンナノチューブは第２導電型で導電されて、前記真性層上に形成されたことを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサ。 - 前記カーボンナノチューブは、第１導電型で導電されて形成され、
前記第１導電型カーボンナノチューブ上に形成された真性層と、
前記真性層上に形成された第２導電型伝導層と、
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。 - 前記導電性高分子は、カラーポリマーで形成されたことを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
- 回路（circuitry）を基板上に形成するステップと、
前記基板上に下部配線を形成するステップと、
前記下部配線上にカーボンナノチューブを形成するステップと、
前記カーボンナノチューブに導電性高分子を形成するステップと、
前記カーボンナノチューブ上に透明電極を形成するステップと、
を含むことを特徴とするイメージセンサの製造方法。 - 前記カーボンナノチューブを形成するステップは、
前記下部配線上に触媒剤を形成するステップと、
前記触媒剤上にカーボンナノチューブを蒸着するステップと、
を含むことを特徴とする請求項６に記載のイメージセンサの製造方法。 - 前記基板上に下部配線を形成するステップの後に、
前記下部配線上に第１導電型伝導層を形成するステップをさらに含み、
前記カーボンナノチューブは第２導電型で導電されて、前記第１導電型伝導層上に形成されることを特徴とする請求項６に記載のイメージセンサの製造方法。 - 前記第１導電型伝導層上に真性層（intrinsic layer）を形成するステップをさらに含み、
前記カーボンナノチューブは第２導電型で導電されて、前記真性層上に形成されることを特徴とする請求項８に記載のイメージセンサの製造方法。 - 前記カーボンナノチューブは第１導電型で導電されて形成され、
前記第１導電型カーボンナノチューブ上に真性層を形成するステップと、
前記真性層上に第２導電型伝導層を形成するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載のイメージセンサの製造方法。 - 前記導電性高分子を形成するステップは、カラーポリマーを利用して形成されることを特徴とする請求項６に記載のイメージセンサの製造方法。
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