JP7109286B2 - イメージセンサ - Google Patents

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Description

本発明は、イメージセンサに関するものである。
画像を撮影して電気信号に変換するイメージセンサは、デジタルカメラ、携帯電話用カメラ及び携帯用ビデオカメラなどのような一般消費者用の電子機器だけでなく、自動車、セキュリティ装置及びロボットなどに装着されるカメラにも用いられている。かかるイメージセンサは、小型化及び高解像度が要求されており、このような要求を充足させるために様々な研究が行われている。
本発明の技術的課題の一つは、信頼性が向上したイメージセンサを提供することである。
本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサは、基板上のカラーフィルタと、上記カラーフィルタ上に配置された有機フォトダイオードと、を含み、上記有機フォトダイオードは、上記基板上にリセス領域を有する電極絶縁層と、上記カラーフィルタ上に上記電極絶縁層の上記リセス領域を充填する第１電極と、上記第１電極上の第２電極と、上記第１電極と上記第２電極との間に介在する有機光電変換層と、を含み、上記第１電極は、上記電極絶縁層の上記リセス領域の側面から第１角度に延びるシーム（ｓｅａｍ）を含むことができる。
本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサは、基板上の第１電極と、上記第１電極の側面を囲む電極絶縁層と、上記第１電極上の第２電極と、上記第１電極と上記第２電極との間に介在する有機光電変換層と、を含み、上記第１電極は、第１領域と、第２領域と、上記第１電極を上記第１領域と上記第２領域に分割するシームと、を含み、上記第１領域と上記第２領域は、上記シームを挟んで不連続的であり、上記第１領域は、上記有機光電変換層に向かって減少する幅を有し、上記第２領域は、上記有機光電変換層に向かって増加する幅を有することができる。
本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサの製造方法は、基板上にカラーフィルタを形成する段階と、上記カラーフィルタ上にキャップ絶縁層を形成する段階と、上記キャップ絶縁層上にリセス領域を有する電極絶縁層を形成する段階であって、上記リセス領域は、下面及び第１側面を有し、上記第１側面は、上記リセス領域の上記下面に対して第１角度（θＲ）に傾斜した、上記電極絶縁層を形成する段階と、上記電極絶縁層の上記リセス領域にシームを有する予備第１電極を形成する段階であって、上記シームは、上記リセス領域の上記下面に対して第２角度（θＧＢ）に延びる、上記予備第１電極を形成する段階と、上記シームを有する第１電極を形成するように上記予備第１電極を平坦化する段階と、上記第１電極上に有機光電変換層を形成する段階と、上記有機光電変換層上に第２電極を形成する段階と、を含むことができる。
本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサの製造方法は、基板上にリセス領域を有する電極絶縁層を形成する段階であって、上記リセス領域は、下面及び第１側面を有し、上記第１側面は、上記リセス領域の上記下面に対して第１角度（θＲ）に傾斜した、上記電極絶縁層を形成する段階と、上記電極絶縁層の上記リセス領域にシームを有する予備第１電極を成長させる段階と、を含み、上記シームは、上記リセス領域の上記下面に対して第２角度（θＧＢ）に延び、上記予備第１電極の第１領域が、上記リセス領域の上記下面上に第１方向に成長し、上記予備第１電極の第２領域が、上記リセス領域の上記第１側面上に上記第１方向と交差する第２方向に成長し、上記シームは、上記予備第１電極が形成される間に、上記第１領域と上記第２領域が互いに接触する領域に形成され、上記予備第１電極は、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、ＴｉＯ２、ＺＩＴＯ、ＩＺＯ、ＧＩＯ、ＺＴＯ、ＦＴＯ、ＡＺＯ、またはＧＺＯを含むことができる。
電極の端領域にシームを形成することにより、信頼性が向上したイメージセンサを提供することができる。
本発明の多様で有益な利点と効果は、上述した内容に限定されず、本発明の具体的な実施形態を説明する過程で、より容易に理解することができる。
本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサの概略的なブロック図である。 本発明の例示的な実施形態によるイメージセンシング装置の概略的なレイアウトを示す図である。 本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサのピクセル回路を示す回路図である。 本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサのピクセル回路を示す回路図である。 本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサのピクセル領域を示す概略的な平面図である。 本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサのピクセル領域を示す概略的な断面図である。 本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサのピクセル領域を示す概略的な断面図である。 本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサのオプティカルブラックピクセル領域を示す概略的な断面図である。 本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサの一部を概略的に示す断面図である。 本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサの一部を概略的に示す断面図である。 本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサの一部を概略的に示す断面図である。 本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサのピクセル領域を示す概略的な断面図である。 本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサのピクセル領域を示す概略的な断面図である。 本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサのピクセル領域を示す概略的な断面図である。 本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサの製造方法を概略的に示す断面図である。 本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサの製造方法を概略的に示す断面図である。 本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサの製造方法を概略的に示す断面図である。 本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサの製造方法を概略的に示す断面図である。 本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサの製造方法を概略的に示す断面図である。 本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサの製造方法を概略的に示す断面図である。 本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサの製造方法を概略的に示す断面図である。 本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサの製造方法を概略的に示す断面図である。 本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサの製造方法を概略的に示す断面図である。 本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサの製造方法を概略的に示す断面図である。 本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサの製造方法を概略的に示す断面図である。 本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサの製造方法を概略的に示す断面図である。 本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサの製造方法を概略的に示す断面図である。 本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサの製造方法を概略的に示す断面図である。 本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサの製造方法を概略的に示す断面図である。 本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサの製造方法を概略的に示す断面図である。 本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサの製造方法を概略的に示す断面図である。 本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサの概略的なレイアウトを示す図である。 本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサの概略的なレイアウトを示す図である。 本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサの概略的なレイアウトを示す図である。 本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサを含むシステムを示すブロック図である。
以下、添付された図面を参照して、本発明の好ましい実施形態について説明する。
図１は本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサの概略的なブロック図である。図１を参照すると、イメージセンサ１０００は、コントロールレジスタブロック１１１０と、タイミングジェネレータ１１２０と、ランプジェネレータ１１３０と、バッファ部１１４０と、アクティブピクセルセンサ（ＡＰＳ）アレイ１１５０と、ロードライバ１１６０と、相関二重サンプラ１１７０と、比較器１１８０と、アナログ－デジタル変換部１１９０と、を含むことができる。
コントロールレジスタブロック１１１０は、イメージセンサ１０００の動作を全体的に制御することができる。特に、タイミングジェネレータ１１２０、ランプジェネレータ１１３０及びバッファ部１１４０に直接動作信号を送信することができる。タイミングジェネレータ１１２０は、イメージセンサ１０００の様々な構成要素に対する動作タイミングの基準となる信号を発生させることができる。タイミングジェネレータ１１２０で発生した動作タイミング基準信号は、ロードライバ１１６０、相関二重サンプラ１１７０、比較器１１８０及び／またはアナログ－デジタル変換部１１９０などに伝達されることができる。ランプジェネレータ１１３０は、相関二重サンプラ１１７０及び／または比較器１１８０などに用いられるランプ信号を生成及び送信することができる。バッファ部１１４０は、ラッチ部を含むことができる。バッファ部１１４０は、外部に送信するイメージ信号を一時記憶することができ、イメージデータを外部装置に送信することができる。
ＡＰＳアレイ１１５０は、外部イメージをセンシングすることができる。ＡＰＳアレイ１１５０は、多数個のアクティブピクセルを含むことができる。ロードライバ１１６０は、ＡＰＳアレイ１１５０のローを選択的に活性化させることができる。相関二重サンプラ１１７０は、ＡＰＳアレイ１１５０で発生したアナログ信号をサンプリングして出力することができる。比較器１１８０は、相関二重サンプラ１１７０から送信されたデータと、そのアナログ基準電圧によりフィードバックされたランプ信号の傾きなどを比較して、様々な参照信号を発生させることができる。アナログ－デジタル変換部１１９０は、アナログイメージデータをデジタルイメージデータに変換することができる。
図２は本発明の例示的な実施形態によるイメージセンシング装置の概略的なレイアウトを示す図である。図２を参照すると、イメージセンサ１０Ａは、センサアレイ領域ＳＡと、センサアレイ領域ＳＡの周辺に配置される周辺回路領域ＰＣＡと、を含むことができる。
センサアレイ領域ＳＡは、外光の波長に対応するアクティブ信号を生成するためのアクティブピクセルを含むアクティブピクセルセンサ領域ＡＰＳと、外光が遮断されて、オプティカルブラック（ｏｐｔｉｃａｌ ｂｌａｃｋ）信号を生成するためのオプティカルブラックピクセルを含むオプティカルブラックセンサ領域ＯＢＳと、アクティブピクセルセンサ領域ＡＰＳとオプティカルブラックセンサ領域ＯＢＳとの間に配置されるダミーピクセルセンサ領域ＤＭＳと、を含むことができる。ダミーピクセルセンサ領域ＤＭＳには、電気的信号を出力しないピクセルが配置されることができる。
アクティブピクセルセンサ領域ＡＰＳは、図１を参照して上述したＡＰＳアレイ１１５０に対応する領域であることができる。アクティブピクセルセンサ領域ＡＰＳは、マトリックス（ｍａｔｒｉｘ）状に配列された複数のピクセル領域ＰＸを含むことができる。各ピクセル領域ＰＸは、フォトダイオードのような光電変換素子及びトランジスタで構成されることができる。
周辺回路領域ＰＣＡは、複数の回路を含む回路領域ＣＡと、回路領域ＣＡの周辺に配置された複数のパッドＰＡＤを含むパッド領域ＰＡと、を含むことができる。
回路領域ＣＡは、複数のＣＭＯＳトランジスタを含み、センサアレイ領域ＳＡの各ピクセル領域ＰＸに一定の信号を送信したり、各ピクセル領域ＰＸから出力される信号を制御することができる。回路領域ＣＡは、図１を参照して上述したコントロールレジスタブロック１１１０、タイミングジェネレータ１１２０、ランプジェネレータ１１３０、バッファ部１１４０、ロードライバ１１６０、相関二重サンプラ１１７０、比較器１１８０及びアナログ－デジタル変換部１１９０に該当する領域を含むことができる。即ち、回路領域ＣＡは、図１のイメージセンシング部１１００において、ＡＰＳアレイ１１５０以外の領域を含むことができる。
パッド領域ＰＡの複数のパッドＰＡＤは、外部装置などと電気信号を送受信するように構成されることができる。実施形態における複数のパッドＰＡＤは、外部から供給される電源電圧または接地電圧のような駆動電源を回路領域ＣＡに配置された回路に伝達する役割をすることができる。
図３Ａ及び図３Ｂは本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサのピクセル回路を示す回路図である。
図２を参照して上述したそれぞれのピクセル領域ＰＸは、二つ以上の光電変換素子を含むことができ、ピクセル領域ＰＸに含まれる二つ以上の光電変換素子は、互いに異なる色の光を受光して電荷を生成することができる。ピクセル領域ＰＸが二つ以上の光電変換素子を有する場合、ピクセル領域ＰＸは、それぞれの光電変換素子で生成された電荷を処理するためのピクセル回路を含むことができる。
図３Ａを参照すると、ピクセル回路は、有機フォトダイオードＯＰＤで生成される電荷を用いて電気信号を生成する回路であることができる。
上記ピクセル回路は、複数のトランジスタＲＸ、ＤＸ、ＳＸを含むことができ、３Ｔ回路構造を有することができる。上記ピクセル回路は、リセットトランジスタＲＸと、駆動トランジスタＤＸと、選択トランジスタＳＸと、を含むことができる。駆動トランジスタＤＸのゲート端子は、フローティングディフュージョンＦＤに連結され、フローティングディフュージョンＦＤには、有機フォトダイオードＯＰＤで生成された電荷が蓄積されることができる。有機フォトダイオードＯＰＤは、互いに平行に配置される第１電極及び第２電極と、その間に設けられる有機光電変換層と、を含むことができ、有機光電変換層は、所定の波長帯域の光を受光して電荷を生成することができる。
駆動トランジスタＤＸは、フローティングディフュージョンＦＤに蓄積される電荷によって、ソースフォロワバッファ増幅器（Ｓｏｕｒｃｅ Ｆｏｌｌｏｗｅｒ Ｂｕｆｆｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）として動作することができる。駆動トランジスタＤＸは、フローティングディフュージョンＦＤに蓄積された電荷を増幅させて、選択トランジスタＳＸに伝達することができる。
選択トランジスタＳＸは、ロードライバが入力する選択制御信号ＳＥＬによって動作することができ、スイッチング及びアドレッシング動作を行うことができる。ロードライバから選択制御信号ＳＥＬが印加されると、選択トランジスタＳＸに連結された第１カラムラインに第１ピクセル信号ＶＯｐｉｘが出力されることができる。第１ピクセル信号ＶＯｐｉｘは、カラムドライバ及び読み出し回路によって検出されることができる。
リセットトランジスタＲＸは、ロードライバが入力するリセット制御信号ＲＧによって動作することができる。かかるリセット制御信号ＲＧにより、リセットトランジスタＲＸは、フローティングディフュージョンＦＤの電圧を読み出し電圧ＶＲＤにリセットすることができる。
本実施形態における有機フォトダイオードＯＰＤは、正孔（ｈｏｌｅ）を主キャリアとして用いることができる。正孔が主キャリアとして用いられる場合、有機フォトダイオードＯＰＤのアノードは、フローティングディフュージョンＦＤに連結され、有機フォトダイオードＯＰＤのカソードは、上部電極電圧Ｖｔｏｐに連結されることができる。上部電極電圧Ｖｔｏｐは、数ボルト、例えば、３．０Ｖ内外の電圧を有することができる。有機フォトダイオードＯＰＤには、主キャリアとして正孔が生成されるため、リセットトランジスタＲＸのドレイン端子は、電源電圧ＶＤＤと異なる値を有する読み出し電圧ＶＲＤに連結されることができる。正孔を主キャリアとして用いるように上記ピクセル回路を実現することにより、暗電流特性を改善することができる。実施形態における有機フォトダイオードＯＰＤは、電子を主キャリアとして生成することもでき、それに伴う回路構造を有することができる。
図３Ｂを参照すると、ピクセル回路は、半導体フォトダイオードＳＰＤで生成される電荷を用いて電気信号を生成する回路であることができる。
上記ピクセル回路は、四つのトランジスタを含む４Ｔ回路であることができる。上記ピクセル回路は、リセットトランジスタＲＸ、駆動トランジスタＤＸ及び選択トランジスタＳＸのほかに、転送トランジスタＴＸをさらに含むことができる。上記ピクセル回路に連結される半導体フォトダイオードＳＰＤは、シリコンなどを含む半導体基板に形成される半導体フォトダイオードであることができ、転送トランジスタＴＸを介してフローティングディフュージョンＦＤに連結されることができる。即ち、図３Ａを参照して上述した実施形態とは異なり、半導体フォトダイオードＳＰＤのカソードまたはアノードは、フローティングディフュージョンＦＤに直接連結されなくてもよい。
転送トランジスタＴＸは、ロードライバから伝達される転送制御信号ＴＧに基づいて、半導体フォトダイオードＳＰＤに蓄積された電荷をフローティングディフュージョンＦＤに伝達することができる。半導体フォトダイオードＳＰＤは、電子を主キャリアとして生成することができる。リセットトランジスタＲＸ、駆動トランジスタＤＸ及び選択トランジスタＳＸの動作は、図３Ａを参照して上述したものと同様であってもよく、選択トランジスタＳＸに連結された第２カラムラインを介して第２ピクセル信号ＶＳｐｉｘが出力されることができる。第２ピクセル信号ＶＳｐｉｘは、カラムドライバ及び読み出し回路によって検出されることができる。
図４は本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサのピクセル領域を示す概略的な平面図である。
図５Ａ及び図５Ｂは本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサのピクセル領域を示す概略的な断面図である。図５Ａ及び図５Ｂはそれぞれ図４の切断線Ｉ－Ｉ’及びＩＩ－ＩＩ’に沿った断面を示す。本明細書において「上」、「上部」、「上面」、「下」、「下部」、「下面」、「側面」などの用語は、図面符号で表記されて別に称される場合を除き、図面を基準に称するものと理解することができる。
図４～図５Ｂを参照すると、ピクセル領域ＰＸは、基板１０１内に配置されるストレージノード領域１０５と、素子分離領域１０７と、フォトダイオード１１０と、接続ビア１５０と、を含むことができる。また、ピクセル領域ＰＸは、基板１０１の下面上に配置される層間絶縁層１２０と、ピクセル回路素子１３０と、配線層１４０と、配線ビア１４５と、第１コンタクトプラグ１６０と、をさらに含むことができる。なお、ピクセル領域ＰＸは、基板１０１の上面上に配置される反射防止層２０５と、上部絶縁層２１０と、フィルタ絶縁層２１４と、第２コンタクトプラグ２２０と、カラーフィルタ２３０と、キャップ絶縁層２４０と、電極絶縁層２６０と、有機フォトダイオード２７０と、カバー絶縁層２８５と、マイクロレンズ２９０と、をさらに含むことができる。
ストレージノード領域１０５は、基板１０１内における素子分離領域１０７によって、フォトダイオード１１０と離隔して配置されることができる。ストレージノード領域１０５は、基板１０１と異なる導電型の不純物を含むことができる。例えば、基板１０１は、ｐ型不純物を含むことができ、ストレージノード領域１０５は、ｎ型不純物を含むことができる。ストレージノード領域１０５は、図３Ａ及び図３Ｂを参照して上述したフローティングディフュージョンＦＤに該当する領域であることができる。
素子分離領域１０７は、基板１０１の一面から基板１０１内に延びるように配置され、絶縁物質からなる領域であることができる。
フォトダイオード１１０は、基板１０１内で光電変換素子を構成し、入射する光を吸収して光量に対応する電荷を生成して蓄積することができる。フォトダイオード１１０は、図３Ｂを参照して上述した半導体フォトダイオードＳＰＤを構成することができる。フォトダイオード１１０は、基板１０１と異なる導電型を有する不純物を含むことができる。フォトダイオード１１０は、基板１０１または基板１０１内のウェル領域とＰ－Ｎ接合（ｊｕｎｃｔｉｏｎ）を形成することができる。
接続ビア１５０は、基板１０１の上面及び下面を貫通するように配置されることができる。接続ビア１５０は、基板１０１の下面に隣接した領域において素子分離領域１０７を貫通することができる。接続ビア１５０の下部は、第１コンタクトプラグ１６０と連結され、接続ビア１５０の上部は、第２コンタクトプラグ２２０と連結されることができる。第１電極２７２は、接続ビア１５０を介して層間絶縁層１２０内の配線層１４０と電気的に連結されることができる。接続ビア１５０は、導電性物質、例えば、ポリシリコンからなることができる。接続ビア１５０は、ビア絶縁層１５５によって基板１０１及びフォトダイオード１１０と電気的に分離されることができる。ビア絶縁層１５５は、シリコン酸化物及び／またはシリコン窒化物のような絶縁性物質からなることができる。
本発明の例示的な実施形態において、基板１０１を貫通する接続ビア１５０は、第２コンタクトプラグ２２０と接触することができる。
層間絶縁層１２０は、絶縁物質からなることができ、一つまたは複数の層からなることができる。例えば、層間絶縁層１２０は、シリコン酸化物及び／またはシリコン窒化物を含むことができる。実施形態における層間絶縁層１２０の下面上には、基板１０１の強度を確保するための別個の支持層がさらに配置されることができる。
ピクセル回路素子１３０は、基板１０１の下面上において、配線層１４０とフォトダイオード１１０との間に配置されることができる。ピクセル回路素子１３０は、図３Ａ及び図３Ｂを参照して上述したピクセル回路を構成することができる。ピクセル回路素子１３０は、回路絶縁層１３２と、スペーサ層１３４と、回路電極層１３５と、を含むことができる。
配線層１４０及び配線ビア１４５は、層間絶縁層１２０内に配置されて、基板１０１内のストレージノード領域１０５及びフォトダイオード１１０などと電気的に連結されることができる。配線層１４０は、基板１０１の下面に平行に配置されることができ、配線ビア１４５は、基板１０１の下面に垂直配置され、円筒状または円錐台状を有することができる。配線層１４０及び配線ビア１４５は、導電性物質からなることができ、例えば、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）及びこれらの合金の少なくとも一つを含むことができる。配線層１４０の層数及び配線ビア１４５の個数並びに配置は、図示のものに限定されない。
第１コンタクトプラグ１６０は、接続ビア１５０と配線層１４０とを連結するように配置されることができる。第１コンタクトプラグ１６０は、接続ビア１５０内に延びることができ、且つ上面が素子分離領域１０７の上面より上部に位置することができるが、これに限定されない。第１コンタクトプラグ１６０は、一部が埋め込み絶縁層１５７により囲まれることができる。埋め込み絶縁層１５７は、シリコン酸化物及び／またはシリコン窒化物のような絶縁性物質からなることができる。第１コンタクトプラグ１６０は、第１バリア層１６２と、第１導電層１６４と、を含むことができる。第１バリア層１６２は、拡散防止層として機能することができ、例えば、タングステン窒化物（ＷＮ）、タンタル窒化物（ＴａＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、またはこれらの組み合わせを含むことができる。第１導電層１６４は、導電性物質を含むことができ、例えば、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）及びこれらの合金の少なくとも一つを含むことができる。
反射防止層２０５は、基板１０１の上面に向かって入射する外光が高い透過率でフォトダイオード１１０に進むように、屈折率を調節することができる。反射防止層２０５は、例えば、ＳｉＯＮ、ＳｉＣ、ＳＩＣＮ及びＳｉＣＯなどで形成されることができる。
上部絶縁層２１０は、第２コンタクトプラグ２２０とカラーフィルタ２３０との間に配置されることができる。フィルタ絶縁層２１４は、カラーフィルタ２３０の下面及び側面を覆うように配置されることができる。キャップ絶縁層２４０は、カラーフィルタ２３０の上面上に配置されることができる。上部絶縁層２１０、フィルタ絶縁層２１４及びキャップ絶縁層２４０は、シリコン酸化物などのような絶縁性物質からなることができる。実施形態における上部絶縁層２１０、フィルタ絶縁層２１４及びキャップ絶縁層２４０は、それぞれ複数の層からなることができる。実施形態における上部絶縁層２１０及びフィルタ絶縁層２１４は、単一層からなることもできる。
第２コンタクトプラグ２２０は、接続ビア１５０と第１電極２７２とを連結するように配置されることができる。第２コンタクトプラグ２２０は、接続ビア１５０内に延びることができ、第２コンタクトプラグの上面とキャップ絶縁層２４０の上面は、共通面に位置することができる。第２コンタクトプラグ２２０は、第２バリア層２２２と、第２導電層２２４と、を含むことができる。第２バリア層２２２は、拡散防止層として機能することができ、例えば、タングステン窒化物（ＷＮ）、タンタル窒化物（ＴａＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）またはこれらの組み合わせを含むことができる。第２導電層２２４は、導電性物質を含むことができ、例えば、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）及びこれらの合金の少なくとも一つを含むことができる。
カラーフィルタ２３０は、フィルタ絶縁層２１４上に配置されることができる。カラーフィルタ２３０は、フォトダイオード１１０の上部に配置されることができる。カラーフィルタ２３０は、下部のフォトダイオード１１０に特定の波長帯域の光を通過させることができる。図４に示されたように、カラーフィルタ２３０は、行方向及び列方向に交互に配置される第１及び第２カラーフィルタ２３０ａ、２３０ｂを含むことができる。例えば、第１カラーフィルタ２３０ａは、赤色カラーフィルタであることができ、第２カラーフィルタ２３０ｂは、青色カラーフィルタであることができる。この場合、第１カラーフィルタ２３０ａは、下部に重なって（ｏｖｅｒｌａｐ）配置されるフォトダイオード１１０に赤色波長帯域の光を通過させることができ、第２カラーフィルタ２３０ｂは、下部に重なって配置されるフォトダイオード１１０に青色波長帯域の光を通過させることができる。カラーフィルタ２３０は、例えば、樹脂と、金属または金属酸化物を含む顔料（ｐｉｇｍｅｎｔ）とを混合した物質からなることができる。
電極絶縁層２６０は、カラーフィルタ２３０の上部における第１電極２７２の側面を囲むように配置されることができる。図４に示されたように、電極絶縁層２６０は、行と列をなして配列される第１電極２７２の間に連結される構造を有することができる。電極絶縁層２６０は、それぞれのピクセル領域に配置され、第１電極２７２を収容するリセス領域ＲＣを有することができる。リセス領域ＲＣは、フォトダイオード１１０及びカラーフィルタ２３０の上部にそれぞれ配置されることができる。本実施形態におけるリセス領域ＲＣの側面は、電極絶縁層２６０により定義され、リセス領域ＲＣの下面は、上部絶縁層２１０、フィルタ絶縁層２１４、キャップ絶縁層２４０及び第２コンタクトプラグ２２０により定義されることができる。第１電極２７２の間の電極絶縁層２６０は、上面の幅が下面の幅より狭く形成されて、上部に向かうほど幅が減少する形状を有することができるが、これに限定されない。電極絶縁層２６０は、シリコン酸化物及び／またはシリコン窒化物のような絶縁性物質からなることができる。
有機フォトダイオード２７０は、カラーフィルタ２３０の上部に配置されることができ、フォトダイオード１１０と異なる色の光を受光して電荷を生成することができる。有機フォトダイオード２７０は、図３Ａを参照して上述した有機フォトダイオードＯＰＤであることができる。有機フォトダイオード２７０は、互いに対向する第１及び第２電極２７２、２７６と、その間に配置される光電変換層２７４と、を含むことができる。
光電変換層２７４は、有機物質を含む有機光電変換層であることができ、主キャリアが正孔であるｐ型層と、主キャリアが電子であるｎ型層と、を含むことができる。光電変換層２７４は、特定の波長帯域の光に反応して電荷を生成することができ、例えば、緑色波長帯域の光に反応して電荷を生成することができる。この場合、緑色以外の他の色の光は、カラーフィルタ２３０を介して下部のフォトダイオード１１０に伝達されることができる。光電変換層２７４は、単一層または複数層からなることができる。光電変換層２７４は、例えば、真性層（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ ｌａｙｅｒ、Ｉ層）、ｐ型層／Ｉ層、Ｉ層／ｎ型層、ｐ型層／Ｉ層／ｎ型層、ｐ型層／ｎ型層などの様々な組み合わせを有することができる。
第１電極２７２は、電極絶縁層２６０により定義されたリセス領域ＲＣ内に配置されることができる。図４に示されたように、第１電極２７２はそれぞれ、カラーフィルタ２３０の上部に配置されることができ、カラーフィルタ２３０の中心から一方向に偏って配置されることができるが、これに限定されない。第１電極２７２は、複数の結晶粒を含む結晶構造を有することができ、リセス領域ＲＣの側面と下面の境界に隣接した領域から上記側面と下面に対して斜めに延びるシームを有することができる。これについては、以下の図７Ａ及び図７Ｂを参照してさらに詳細に説明する。光電変換層２７４は、第１電極２７２の上部に単一層として配置されることができる。第２電極２７６も、光電変換層２７４上に単一層として配置されることができる。
第１及び第２電極２７２、２７６は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、ＴｉＯ２、ＺＩＴＯ（Ｚｉｎｃ－ｄｏｐｅｄ Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＧＩＯ（Ｇａｌｌｉｕｍ Ｉｎｄｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ）、ＺＴＯ（Ｚｉｎｃ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＦＴＯ（Ｆｌｕｏｒｉｎｅ－ｄｏｐｅｄ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＡＺＯ（Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ－ｄｏｐｅｄ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）またはＧＺＯ（Ｇａｌｌｉｕｍ－ｄｏｐｅｄ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）などのような透明な導電性物質または金属薄膜などの半透明物質からなることができる。実施形態における第２電極２７６は、第１電極２７２より大きいか、または同一の仕事関数（ｗｏｒｋ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を有する物質からなることができるが、これに限定されない。
カバー絶縁層２８５は、有機フォトダイオード２７０の上部に配置されることができる。カバー絶縁層２８５は、シリコン酸化物またはシリコン酸窒化物などのような絶縁性物質からなることができる。
マイクロレンズ２９０は、フォトダイオード１１０以外の領域に入射する光の経路を変更させることにより、フォトダイオード１１０内に光を集光させることができる。マイクロレンズ２９０は、例えば、ＴＭＲ系の樹脂（Ｔｏｋｙｏ Ｏｈｋａ Ｋｏｇｙｏ、Ｃｏ．製）、またはＭＦＲ系の樹脂（Ｊａｐａｎ Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｒｕｂｂｅｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製）からなることができる。
図５Ｂに示されたように、ピクセル分離領域１７０は、基板１０１内においてそれぞれのピクセル領域の境界に配置されることができる。ピクセル分離領域１７０は、フォトダイオード１１０を囲むように配置されることができる。但し、ピクセル分離領域１７０は、接続ビア１５０が形成された領域の周辺には形成されないことがある。実施形態において、ピクセル分離領域１７０とフォトダイオード１１０の相対的な配置関係は、図示のものに限定されず、多様に変更されることができる。例えば、ピクセル分離領域１７０の下面は、フォトダイオード１１０下面より高く位置するか、または低く位置することができる。ピクセル分離領域１７０の下部には、埋め込み絶縁層１５７が配置されることができる。ピクセル分離領域１７０は、例えば、ポリシリコンからなることができる。この場合、ピクセル分離領域１７０は、ピクセル分離絶縁層１７２によって基板１０１と電気的に分離されることができる。但し、実施形態に応じては、ピクセル分離領域１７０が絶縁性物質からなることもできる。
本発明の例示的な実施形態における上部絶縁層２１０は、カラーフィルタ２３０の側面を囲むことができる。第２コンタクトプラグ２２０は、第２コンタクトプラグ２２０のうちの一つが第１電極２７２のうちの一つと接触するように、上部絶縁層２１０を貫通することができる。例えば、上部絶縁層２１０を貫通する第２コンタクトプラグ２２０は、第１電極２７２と接触することができる。
本発明の例示的な実施形態におけるコンタクトビア１５０は、基板１０１を貫通して第２コンタクトプラグ２２０と接触することができる。
図６は本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサのオプティカルブラックピクセル領域を示す概略的な断面図である。図６を参照すると、オプティカルブラックピクセル領域ＯＢＰＸは、図４～図５Ｂを参照して上述したピクセル領域ＰＸとは異なり、カバー絶縁層２８５上に、マイクロレンズ２９０の代わりに、遮光層２８７と、パッシベーション層２９５と、を含むことができる。
遮光層２８７は、図２のオプティカルブラックセンサ領域ＯＢＳの領域全体上に配置されることができ、回路領域ＣＡまたはパッド領域ＰＡの少なくとも一部分まで延びることもできる。遮光層２８７は、遮光物質を含むことができる。例えば、遮光層２８７は、金属物質からなることができ、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）またはこれらの組み合わせからなることができる。または、遮光層２８７は、図４～図５Ｂを参照して上述したカラーフィルタ２３０が複数積層された構造を有することもできる。パッシベーション層２９５は、遮光層２８７上に配置されることができる。パッシベーション層２９５は、例えば、シリコン酸化物、シリコン窒化物または金属酸化物からなることができる。
図２を参照して上述したダミーピクセルセンサ領域ＤＭＳに配置されるダミーピクセル領域の場合は、オプティカルブラックピクセル領域ＯＢＰＸと同一の構造を有するか、またはピクセル領域ＰＸと同一の構造を有することができる。上記ダミーピクセル領域がピクセル領域ＰＸと同一の構造を有する場合には、図１を参照して上述したタイミングジェネレータ１１２０で発生した動作タイミング基準信号は印加されないように構成されることができる。
図７Ａ及び図７Ｂは本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサの一部を概略的に示す断面図である。図７Ａ及び図７Ｂは図５Ａの‘Ａ’の領域に対応する領域を示す。
第１コンタクトプラグ１６０は、下部コンタクトプラグと呼び、第２コンタクトプラグ２２０は、上部コンタクトプラグと呼ぶことができる。
図５Ａの‘Ａ’領域を拡大して示した図７Ａを参照すると、第１電極２７２は、リセス領域ＲＣの下面から成長する第１領域Ｇ１と、リセス領域ＲＣの側面、つまり、電極絶縁層２６０の側面から成長する第２領域Ｇ２と、を含むことができる。
本実施形態における一つの第１電極２７２は、下面が上面より小さい四角錐台状を有することができる。第１領域Ｇ１は、下面が上面より大きい四角錐台状またはこれと類似した形状を有することができる。例えば、第１領域Ｇ１は、基本的には四角錐台状を有するが、各面が完全に平面ではなく、曲面を有することができ、角が完全に直線状ではなく、丸みを帯びた（ｓｍｏｏｔｈｅｎ）形状を有することができる。第２領域Ｇ２は、三角錐状またはこれと類似した形状を有することができる。一つの第１電極２７２は、例えば、一つの第１領域Ｇ１と、四つの第２領域Ｇ２と、を含む五つの領域からなることができるが、これに限定されるものではない。
シームＧＢは、第１電極２７２の下部から上部に延びるように配置されることができる。第１領域Ｇ１と第２領域Ｇ２との間のシームＧＢは、リセス領域ＲＣの下部コーナーまたは電極絶縁層２６０の側面下端から第１電極２７２の上面に向かって斜めに延びることができる。シームＧＢは、リセス領域ＲＣの下面と側面との間に延びることができる。これは、第１領域Ｇ１と第２領域Ｇ２が互いに異なる方向に成長して、互いに衝突または接触するためである。例えば、シームＧＢは第１領域Ｇ１と第２領域Ｇ２のうちの一つとが互いに衝突または接触する領域に形成されることができる。但し、実施形態におけるシームＧＢは、正確にはリセス領域ＲＣの下面と側面との間のコーナーではなく、該コーナーに隣接した領域から延びることができる。
第１領域Ｇ１は、リセス領域ＲＣの下面から第１方向ＤＲ１に成長することができ、第２領域Ｇ２は、電極絶縁層２６０の側面から第２方向ＤＲ２に成長することができる。第１方向ＤＲ１は、リセス領域ＲＣの下面を基準に、第２方向ＤＲ２より大きな角度をなすことができる。第１電極２７２をなす物質がＩＴＯである場合、第１方向ＤＲ１及び第２方向ＤＲ２は＜２２２＞方向であることができ、領域は｛２２２｝面方向に成長することができる。リセス領域ＲＣの下面と側面とのなす角度を第１角度θＲとし、シームＧＢと上記下面とのなす角度を第２角度θＧＢとすると、０．３θＲ≦θＧＢ≦０．８θＲの範囲を満たすことができ、特に、０．５θＲ≦θＧＢ≦０．８θＲの範囲を満たすことができる。例えば、第１角度θＲ及び第２角度θＧＢは、下記関係式を満たすことができるが、これに限定されるものではない。
［関係式］
０．３θＲ≦θＧＢ≦０．８θＲ、特に、０．５θＲ≦θＧＢ≦０．８θＲ
第１電極２７２の両端部にシームＧＢが形成されることにより、電極の端（ｅｄｇｅ）領域で抵抗が増加して電場（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ）が減少する。したがって、ピクセル領域の間のクロストーク（ｃｒｏｓｓｔａｌｋ）を改善することができる。
図７Ｂは図５Ａの‘Ａ’領域に対する他の実施形態を示す。本実施形態において、リセス領域ＲＣの下面と側面とのなす角度θＲａは、図７Ａを参照して上述したθＲより小さい。即ち、電極絶縁層２６０ａの側面は、基板１０１の一面にほぼ垂直となるように配置されることができる。この場合、シームＧＢと上記下面とのなす角度θＧＢａも、相対的に減少することができる。したがって、第２領域Ｇ２の成長方向である第２方向ＤＲ２ａは、図７Ａに示された第２方向ＤＲ２より水平となるように変更されることができる。
かかる実施形態において、シームＧＢと上記下面とのなす角度θＧＢａは、電極絶縁層２６０の側面の角度を変化させることにより変更することができ、第１電極２７２の大きさ、第１電極２７２間の間隔及びピクセル領域間で発生するクロストークの発生程度などを考慮して選択することができる。
図８は本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサの一部を概略的に示す断面図である。図８は図５Ａの‘Ｂ’領域に対応する領域を拡大して示した図である。
図８を参照すると、第１コンタクトプラグ１６０ａは、接続ビア１５０内に延びるが、図５Ａの実施形態とは異なり、上端が素子分離領域１０７ａ内に位置することができる。したがって、図５Ａの実施形態における埋め込み絶縁層１５７は省略することができる。また、素子分離領域１０７ａは、トレンチの側面から順次配置されるバッファ酸化層１０７－１と、ライナ層１０７－２と、素子分離絶縁層１０７－３と、を含む多層構造を有することができる。かかる素子分離領域１０７ａの構造は、他の実施形態にも適用可能である。
図９～図１１は本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサのピクセル領域を示す概略的な断面図である。
図９を参照すると、本実施形態におけるピクセル領域ＰＸａの電極絶縁層２６０ａは、図５Ａの実施形態とは異なり、分離部２６２の下部に配置されるベース部２６４から第１電極２７２のうちの一つに突出する分離部２６２を含むことができる。ベース部２６４及び分離部２６２は、リセス領域ＲＣを定義することができる。また、ピクセル領域ＰＸａは、電極コンタクト２５０をさらに含むことができる。
電極絶縁層２６０ａは、図５Ａの実施形態に示された電極絶縁層２６０と比較して、ベース部２６４をさらに含む構造として理解されることができる。実施形態における電極絶縁層２６０ａは、キャップ絶縁層２４０のような下部の絶縁層の少なくとも一部と一体化した構造を有することもできる。
電極コンタクト２５０は、電極絶縁層２６０ａのベース部２６４を貫通して第１電極２７２と第２コンタクトプラグ２２０とを連結することができる。電極コンタクト２５０は、導電性物質からなることができる。例えば、電極コンタクト２５０は、第１電極２７２と同一の物質からなることができるが、これに限定されるものではない。電極コンタクト２５０と第２コンタクトプラグ２２０との相対的な大きさは、図示のものに限定されず、実施形態に応じて様々に変更されることができる。
図１０を参照すると、図９の実施形態と同様に、本実施形態のピクセル領域ＰＸｂに配置された電極絶縁層２６０ａは、分離部２６２の下部に配置されるベース部２６４から第１電極２７２のうちの一つに突出する分離部２６２を含むことができる。ベース部２６４及び分離部２６２は、図９の実施形態と同様に、リセス領域ＲＣを定義することができる。また、ピクセル領域ＰＸｂは、図９の実施形態とは異なり、第２コンタクトプラグ２２０ａがベース部２６４を貫通するように配置されることができる。
第２コンタクトプラグ２２０ａは、第２バリア層２２２ａと、第２導電層２２４ａと、を含むことができる。第２コンタクトプラグ２２０ａは、図９に示された電極コンタクト２５０を使用せずに、第１電極２７２と直接連結され、ベース部２６４、上部絶縁層２１０及び反射防止層２０５を貫通して接続ビア１５０と連結されることができる。
図１１を参照すると、本実施形態のピクセル領域ＰＸｃは、図５Ａ～図１０の実施形態とは異なり、ピクセル回路素子１３０の一部として、転送回路素子１３０ａを含むことができる。転送回路素子１３０ａは、図３Ｂを参照して上述した転送トランジスタＴＸに該当することができる。
本実施形態の転送回路素子１３０ａは、基板１０１の下面から基板１０１内に延びて、基板１０１の上面まで延びる構造を有することができる。転送回路素子１３０ａは、転送回路絶縁層１３２ａと、転送回路電極層１３５ａと、を含むことができる。転送回路絶縁層１３２ａは、転送回路電極層１３５ａの側面と上面を覆い、転送回路電極層１３５ａと基板１０１との間に配置されることができる。転送回路電極層１３５ａは、基板１０１の下面上においてストレージノード領域１０５と電気的に連結されることができる。転送回路電極層１３５ａが基板１０１の下面に垂直配置されることにより、フォトダイオード１１０ａは、上部に相対的に広く配置されることができる。フォトダイオード１１０ａは、図５Ａの実施形態とは異なり、ピクセル領域ＰＸｃ内において相対的に左右に広く配置されることができるが、これに限定されるものではない。
図１２Ａ～図１２Ｉは本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサの製造方法を概略的に示す断面図である。図１２Ａ～図１２Iは図３～図５Ｂのピクセル領域ＰＸを含むイメージセンサの製造方法を例示的に示す。
図１２Ａを参照すると、基板１０１内にストレージノード領域１０５、素子分離領域１０７、フォトダイオード１１０及び接続ビア１５０を形成し、基板１０１の下面上に配置される層間絶縁層１２０、ピクセル回路素子１３０、配線層１４０、配線ビア１４５及び第１コンタクトプラグ１６０を形成することができる。
素子分離領域１０７は、基板１０１の下面から延びるトレンチを形成し、これを絶縁物質で充填することにより形成することができる。ストレージノード領域１０５及びフォトダイオード１１０は、イオン注入工程を介して、基板１０１の下面から不純物を注入することにより形成することができる。例えば、ストレージノード領域１０５及びフォトダイオード１１０は、ｎ型不純物を注入して形成することができる。接続ビア１５０は、素子分離領域１０７の一部を貫通し、基板１０１を貫通するように延びるホールを形成し、上記ホール内に導電性物質を充填することにより形成することができる。上記ホールに上記導電性物質を充填する前に、上記ホールの内側面に絶縁性物質を蒸着することにより、ビア絶縁層１５５を最初に形成することができる。上記ホール内から導電性物質の一部をエッチバック工程により除去した後、埋め込み絶縁層１５７を充填することができる。図５Ｂのピクセル分離領域１７０も、本段階で接続ビア１５０と共に形成されることができる。
次に、基板１０１の下面上にピクセル回路素子１３０、配線層１４０及び配線ビア１４５を形成することができる。ピクセル回路素子１３０を形成した後、基板１０１の下面上に層間絶縁層１２０の少なくとも一部を形成することができる。第１コンタクトプラグ１６０は、層間絶縁層１２０の一部及び埋め込み絶縁層１５７を貫通し、接続ビア１５０に連結されるように形成されることができる。第１コンタクトプラグ１６０は、第１バリア層１６２を最初に形成し、第１導電層１６４を形成することにより形成されることができる。配線層１４０及び配線ビア１４５を形成する過程において、層間絶縁層１２０は一部分ずつ形成され、最終的には、基板１０１の下面上に形成された上記構成を覆うように形成されることができる。実施形態における層間絶縁層１２０の下面上には、工程中に基板１０１を支持するための支持構造層をさらに形成することができる。
次に、基板１０１の上面に対して、基板１０１の厚さを減少させる研磨工程または裏面研削（ｂａｃｋ ｇｒｉｎｄｉｎｇ）工程を行って、接続ビア１５０の一端を露出させることができる。
図１２Ｂを参照すると、基板１０１の上面上に反射防止層２０５、上部絶縁層２１０及び第２コンタクトプラグ２２０を形成することができる。
まず、反射防止層２０５及び上部絶縁層２１０を順次形成した後、反射防止層２０５及び上部絶縁層２１０を貫通して接続ビア１５０を露出させるホールを形成することができる。上記ホール内に第２バリア層２２２及び第２導電層２２４を順次形成することにより、第２コンタクトプラグ２２０を形成することができる。第２バリア層２２２は、第２導電層２２４の側面及び下面を覆うように形成されることができる。
図１２Ｃを参照すると、上部絶縁層２１０の一部を除去して開口部ＯＰを形成することができる。
開口部ＯＰは、後続工程においてカラーフィルタ２３０が配置される領域に対応するように形成されることができる。開口部ＯＰは、平面上においてフォトダイオード１１０が形成された領域と重なることができる。開口部ＯＰは、反射防止層２０５を露出させるように形成されることができる。
図１２Ｄを参照すると、開口部ＯＰに沿ってフィルタ絶縁層２１４を形成し、フィルタ絶縁層２１４と共に開口部ＯＰ内にカラーフィルタ２３０を形成することができる。
フィルタ絶縁層２１４は、上部絶縁層２１０及び反射防止層２０５をコンフォーマルに覆うライナ層として形成されることができる。フィルタ絶縁層２１４は、例えば、シリコン酸化物で形成することができる。開口部ＯＰ内において、フィルタ絶縁層２１４上には、開口部ＯＰを部分的に充填するカラーフィルタ２３０が形成されることができる。
図１２Ｅを参照すると、カラーフィルタ２３０上にキャップ絶縁層２４０を形成し、平坦化工程を行うことができる。
キャップ絶縁層２４０は、図１２Ｄの開口部ＯＰを充填するように形成されることができる。次に、第２コンタクトプラグ２２０の上端が露出するように平坦化工程を行うことができる。上記平坦化工程により、フィルタ絶縁層２１４は、開口部ＯＰの間で互いに分離されることができる。
図１２Ｆを参照すると、キャップ絶縁層２４０、上部絶縁層２１０、フィルタ絶縁層２１４及び第２コンタクトプラグ２２０上に予備電極絶縁層２６０Ｐを形成することができる。
予備電極絶縁層２６０Ｐは、例えば、化学気相成長（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＣＶＤ）法または原子層成長（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＡＬＤ）法によって形成されることができる。予備電極絶縁層２６０Ｐは、シリコン窒化物及び／またはシリコン酸化物を含むことができる。
図１２Ｇを参照すると、予備電極絶縁層２６０Ｐをパターニングして、リセス領域ＲＣを有する電極絶縁層２６０を形成することができる。
リセス領域ＲＣは、第２コンタクトプラグ２２０とキャップ絶縁層２４０を露出させるように形成されることができる。電極絶縁層２６０は、上部絶縁層２１０及びフィルタ絶縁層２１４上に配置されることができるが、これに限定されるものではない。例えば、実施形態における電極絶縁層２６０は、キャップ絶縁層２４０上に延びるように配置されることもできる。
図１２Ｈを参照すると、電極絶縁層２６０のリセス領域ＲＣ内に予備第１電極２７２Ｐを形成することができる。
予備第１電極２７２Ｐは、例えば、ＣＶＤ法またはスパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）法を用いて形成することができる。予備第１電極２７２Ｐは、図示のように、リセス領域ＲＣの下面と側面から互いに異なる方向に成長することができる。これにより、リセス領域ＲＣの下面から成長する第１領域Ｇ１とリセス領域ＲＣの側面から成長する第２領域Ｇ２のうちの一つとの間にシームＧＢが形成されることができる。
第１領域Ｇ１と第２領域Ｇ２はそれぞれ、多結晶相（ｐｈａｓｅ）、非晶質相またはそれらの組み合わせを含むことができる。特に、シームＧＢは、多結晶粒が互いに衝突する結晶粒界であることができる。例えば、第２領域Ｇ２は、リセス領域ＲＣの側面から成長し、第１領域Ｇ１は、リセス領域ＲＣの下面から成長することができる。この場合、第１領域Ｇ１が第２領域Ｇ２と衝突または接触して、予備第１電極２７２Ｐが形成される間にシームＧＢが形成されることができる。破線にて示したように、第１領域Ｇ１と一つの第２領域Ｇ２との間に衝突が発生する領域は、第１領域Ｇ１及び第２領域Ｇ２内のそれぞれの結晶粒界より弱い化学的結合及び低い密度を有するシームＧＢとなる。シームＧＢは、リセス領域ＲＣのうち一つの下面と、リセス領域ＲＣのうち該一つの下面から延びる二つの側面と、を含む三つの面から形成されることができる。本発明の例示的な実施形態におけるシームＧＢは、第１領域Ｇ１及び第２領域Ｇ２内のそれぞれの結晶粒界とは異なり、肉眼で見ることができるボイド（ｖｏｉｄ）であることができる。
図１２Ｉを参照すると、予備第１電極２７２Ｐに対して平坦化工程を行って、第１電極２７２を形成することができる。
上記平坦化工程は、化学的機械的研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ、ＣＭＰ）工程により行うことができる。上記平坦化工程により電極絶縁層２６０が露出することができる。
次に、図５Ａ及び図５Ｂを共に参照すると、第１電極２７２上に光電変換層２７４及び第２電極２７６を順次形成することで、有機フォトダイオード２７０を形成することができる。次に、有機フォトダイオード２７０上にカバー絶縁層２８５及びマイクロレンズ２９０を形成することで、図３～図５Ｂのピクセル領域ＰＸを有するイメージセンサを製造することができる。
本発明の例示的な実施形態における第１電極２７２はそれぞれ、第１領域Ｇ１と、第２領域Ｇ２と、第１領域Ｇ１と第２領域Ｇ２のうちの一つとを分割するシームＧＢと、を含むことができる。第１領域Ｇ１は、光電変換層２７４に向かって幅が減少することができ、第２領域Ｇ２のうちの一つは、光電変換層２７４に向かって幅が増加することができる。
図１３Ａ～図１３Ｃは本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサの製造方法を概略的に示す断面図である。図１３Ａ～図１３Ｃは図９のピクセル領域ＰＸａを含むイメージセンサの製造方法を例示的に示す。
図１３Ａを参照すると、図１２Ａ～図１２Ｆを参照して上述した工程が同様に行われる。
次に、図１２Ｆの予備電極絶縁層２６０Ｐをパターニングして、リセス領域ＲＣを有する電極絶縁層２６０ａを形成することができる。電極絶縁層２６０ａは、予備電極絶縁層２６０Ｐを上部から所定の厚さだけ除去することで形成することができる。したがって、電極絶縁層２６０ａは、分離部２６２と、分離部２６２と共にリセス領域ＲＣを囲んで下部に配置されるベース部２６４と、を含むように形成されることができる。電極絶縁層２６０ａは、上部絶縁層２１０、フィルタ絶縁層２１４、第２コンタクトプラグ２２０及びキャップ絶縁層２４０を覆う単一層として形成されることができる。
図１３Ｂを参照すると、ベース部２６４を貫通する電極コンタクト２５０を形成することができる。
電極コンタクト２５０は、電極絶縁層２６０ａのベース部２６４を貫通し、第２コンタクトプラグ２２０を露出させるホールを形成した後、上記ホールに導電性物質を充填することにより形成することができる。
図１３Ｃを参照すると、電極絶縁層２６０ａのリセス領域ＲＣ内に予備第１電極２７２Ｐを形成することができる。
予備第１電極２７２Ｐは、図１２Ｈを参照して上述したように、第１及び第２領域Ｇ１、Ｇ２を含むように形成されることができる。予備第１電極２７２Ｐは、リセス領域ＲＣ内において電極コンタクト２５０と接触することができる。実施形態における電極コンタクト２５０は、予備第１電極２７２Ｐと共に形成されることもでき、この場合、同一の物質からなることができる。
次に、図１２Ｉを参照して上述したように、後続工程を行って、図９のピクセル領域ＰＸａを有するイメージセンサを製造することができる。
図１４Ａ～図１４Ｅは本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサの製造方法を概略的に示す断面図である。図１４Ａ～図１４Ｅは図１０のピクセル領域ＰＸｂを含むイメージセンサの製造方法を例示的に示す。
図１４Ａを参照すると、図１２Ａを参照して上述した工程が同一に行われる。次に、基板１０１の上面上に反射防止層２０５及び上部絶縁層２１０を形成することができる。
図１４Ｂを参照すると、図１２Ｃ～図１２Ｆを参照して上述した内容と同様に、上部絶縁層２１０の一部を除去して開口部ＯＰを形成し、開口部ＯＰに沿ってフィルタ絶縁層２１４を形成した後、カラーフィルタ２３０を形成することができる。カラーフィルタ２３０上にキャップ絶縁層２４０を形成し、予備電極絶縁層２６０Ｐを形成することができる。
次に、予備電極絶縁層２６０Ｐをパターニングして、リセス領域ＲＣを有する電極絶縁層２６０ａを形成することができる。電極絶縁層２６０ａは、予備電極絶縁層２６０Ｐを上部から所定の厚さだけ除去することで形成することができる。電極絶縁層２６０ａは、分離部２６２と、ベース部２６４と、を含み、分離部２６２及びベース部２６４は、リセス領域ＲＣを定義することができる。
図１４Ｃを参照すると、ベース部２６４、上部絶縁層２１０及び反射防止層２０５を貫通して接続ビア１５０を露出させるコンタクトホールＣＨを形成することができる。
図１４Ｄを参照すると、コンタクトホールＣＨ内に導電性物質を充填することで、第２バリア層２２２ａ及び第２導電層２２４ａを順次形成することができる。第２バリア層２２２ａ及び第２導電層２２４ａは、第２コンタクトプラグ２２０ａを構成することができる。
図１４Ｅを参照すると、電極絶縁層２６０ａのリセス領域ＲＣ内に予備第１電極２７２Ｐを形成することができる。
予備第１電極２７２Ｐは、図１２Ｈを参照して上述したように、第１及び第２領域Ｇ１、Ｇ２を含むように形成されることができる。予備第１電極２７２Ｐは、リセス領域ＲＣ内において第２コンタクトプラグ２２０ａと接触することができる。
次に、図１２Iを参照して上述したように、後続工程を行って、図１０のピクセル領域ＰＸｂを有するイメージセンサを製造することができる。
図１５Ａ～図１５Ｃは本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサの概略的なレイアウトを示す図である。
図１５Ａを参照すると、イメージセンサ１０Ｂは、垂直方向に積層された第１基板ＳＵＢ１と、第２基板ＳＵＢ２と、を含む積層型イメージセンサであることができる。第１基板ＳＵＢ１は、センサアレイ領域ＳＡと、第１パッド領域ＰＡ１と、を含み、第２基板ＳＵＢ２は、回路領域ＣＡと、第２パッド領域ＰＡ２と、を含むことができる。
センサアレイ領域ＳＡは、図２を参照して上述したように、アクティブピクセルセンサ領域ＡＰＳと、オプティカルブラックセンサ領域ＯＢＳと、ダミーピクセルセンサ領域ＤＭＳと、を含むことができる。第１パッド領域ＰＡ１の複数の第１パッドＰＡＤ１は、外部装置などと電気的信号を送受信するように構成されることができる。
回路領域ＣＡは、ロジック回路ブロックＬＣを含むことができ、図２を参照して上述したように、複数のＣＭＯＳトランジスタを含むことができる。回路領域ＣＡは、センサアレイ領域ＳＡの各ピクセル領域ＰＸに一定の信号を提供したり、各ピクセル領域ＰＸから出力される信号を制御することができる。
第１パッド領域ＰＡ１内の第１パッドＰＡＤ１は、第２パッド領域ＰＡ２内の第２パッドＰＡＤ２と接続連結部ＣＶによって電気的に連結されることができる。但し、接続連結部ＣＶの配置は、これに限定されず、実施形態に応じて様々に変更されることができる。
図１５Ｂを参照すると、イメージセンサ１０Ｃの第２基板ＳＵＢ２は、記憶領域ＳＴＡをさらに含むことができる。記憶領域ＳＴＡは、メモリブロックＭＥを含むことができる。メモリブロックＭＥは、ロジック回路ブロックＬＣと電気的に連結されて、イメージデータを送受信することができる。メモリブロックＭＥは、ＤＲＡＭ（ｄｙｎａｍｉｃ ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）素子、ＳＲＡＭ（ｓｔａｔｉｃ ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）素子、ＳＴＴ－ＭＲＡＭ（ｓｐｉｎ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｔｏｒｑｕｅ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）素子及びフラッシュ（ｆｌａｓｈ）メモリ素子のようなメモリ素子を含むことができる。
図１５Ｃを参照すると、イメージセンサ１０Ｄは、垂直方向に積層された第１基板ＳＵＢ１と、第２基板ＳＵＢ２と、第３基板ＳＵＢ３と、を含む積層型イメージセンサであることができる。本実施形態のイメージセンサ１０Ｄは、図１５Ａ及び図１５Ｂに示されたイメージセンサ１０Ｂ、１０Ｃとは異なり、第３基板ＳＵＢ３をさらに含むことができる。
第１及び第２基板ＳＵＢ１、ＳＵＢ２は、図１５Ａを参照して上述したものと同様であることができ、第３基板ＳＵＢ３は、記憶領域ＳＴＡと、第３パッド領域ＰＡ３と、を含むことができる。記憶領域ＳＴＡは、メモリブロックＭＥを含むことができ、メモリブロックＭＥは、図１５Ｂを参照して上述したように、メモリ素子を含むことができる。実施形態における第１基板、第２基板及び第３基板ＳＵＢ１、ＳＵＢ２、ＳＵＢ３は、半導体ウェハをベースにした構造物であることができる。または、実施形態における第１及び第２基板ＳＵＢ１、ＳＵＢ２は、半導体ウェハをベースにした構造物であり、第３基板ＳＵＢ３は、半導体チップを含む構造物であることができる。
第１パッド領域ＰＡ１内の第１パッドＰＡＤ１は、第１接続連結部ＣＶによって第２パッド領域ＰＡ２内の第２パッドＰＡＤ２と電気的に連結されることができ、第３パッド領域ＰＡ３内の第３パッドＰＡＤ３は、第２接続連結部ＣＶ２によって第２パッド領域ＰＡ２内の第２パッドＰＡＤ２と電気的に連結されることができる。但し、第１及び第２接続連結部ＣＶ１、ＣＶ２の配置は、例示的なものであるため、これに限定されず、実施形態に応じて様々に変更されることができる。例えば、実施形態における第１及び第２接続連結部ＣＶ１、ＣＶ２は、それぞれ垂直方向に互いに異なる領域に配置されることができる。
図１６は本発明の例示的な実施形態によるイメージセンサを含むシステムを示すブロック図である。図１６を参照すると、システム２０００は、イメージデータを必要とするコンピューティングシステム、カメラシステム、スキャナ、車両ナビゲーション、ビデオフォン、警備システムまたは動き検出システムのいずれかであることができる。
システム２０００は、プロセッサ２０１０と、入出力装置２０２０と、メモリ装置２０３０と、イメージセンサ２０４０と、パワーサプライ２０５０と、を含むことができる。また、システム２０００は、ビデオカード、サウンドカード、メモリカード、ＵＳＢ装置、または他の電子機器と通信可能なポート（ｐｏｒｔ）をさらに含むことができる。
プロセッサ２０１０は、特定の計算またはタスク（ｔａｓｋ）を行うことができる。実施形態におけるプロセッサ２０１０は、マイクロプロセッサ（ｍｉｃｒｏ－ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、中央処理装置（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ；ＣＰＵ）であることができる。プロセッサ２０１０は、バス２０６０を介して入出力装置２０２０、メモリ装置２０３０及びイメージセンサ２０４０と通信を行うことができる。実施形態に応じて、プロセッサ２０１０はペリフェラル・コンポーネント・インターコネクト（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ；ＰＣＩ）バスのような拡張バスにも連結されることができる。
イメージセンサ２０４０は、図１～図１５Ｃを参照して上述した実施形態により実現されることができる。入出力装置２０２０は、キーボード、キーパッド、マウスなどのような入力手段と、プリンタ、ディスプレイなどのような出力手段と、を含むことができる。メモリ装置２０３０は、システム２０００の動作に必要なデータを記憶することができる。例えば、メモリ装置２０３０は、ＤＲＡＭ、モバイルＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＰＲＡＭ、ＦＲＡＭ（登録商標）、ＲＲＡＭ（登録商標）及び／またはＭＲＡＭとして実現されることができる。その他にも、システム２０００は、ソリッドステートドライブ（ｓｏｌｉｄ ｓｔａｔｅ ｄｒｉｖｅ）、ハードディスクドライブ（ｈａｒｄ ｄｉｓｋ ｄｒｉｖｅ）、ＣＤ－ＲＯＭなどの記憶装置をさらに含むことができる。パワーサプライ２０５０は、システム２０００の動作に必要な動作電圧を供給することができる。
１０ イメージセンサ
１０１ 基板
１０５ ストレージノード領域
１０７ 素子分離領域
１１０ フォトダイオード
１２０ 層間絶縁層
１３０ ピクセル回路素子
１３２ 回路絶縁層
１３４ スペーサ層
１３５ 回路電極層
１４０ 配線層
１４５ 配線ビア
１５０ 接続ビア
１５５ ビア絶縁層
１５７ 埋め込み絶縁層
１６０ 第１コンタクトプラグ
１６２ 第１バリア層
１６４ 第１導電層
１７０ ピクセル分離領域
１７２ ピクセル分離絶縁層
２０５ 反射防止層
２１０ 上部絶縁層
２１４ フィルタ絶縁層
２２０ 第２コンタクトプラグ
２２２ 第２バリア層
２２４ 第２導電層
２３０ カラーフィルタ
２４０ キャップ絶縁層
２５０ 電極コンタクト
２６０ 電極絶縁層
２６２ 分離部
２６４ ベース部
２７０ 有機フォトダイオード
２７２ 第１電極
２７４ 光電変換層
２７６ 第２電極
２８５ カバー絶縁層
２９０ マイクロレンズ

Claims (18)

  1. 基板上のカラーフィルタと、
    前記カラーフィルタ上に配置された有機フォトダイオードと、を含み、
    前記有機フォトダイオードは、
    前記基板上にリセス領域を有する電極絶縁層と、
    前記カラーフィルタ上に前記電極絶縁層の前記リセス領域を充填する第１電極と、
    前記第１電極上の第２電極と、
    前記第１電極と前記第２電極との間に介在する有機光電変換層と、を含み、
    前記第１電極は、前記電極絶縁層の前記リセス領域の側面から第１角度に延びるシーム（ｓｅａｍ）を含む、イメージセンサ。
  2. 前記第１電極は、前記シームを挟んで不連続的である、請求項１に記載のイメージセンサ。
  3. 前記基板は、
    前記カラーフィルタの下部に配置されるフォトダイオードと、
    前記フォトダイオードと電気的に連結されるストレージノード領域と、を含む、請求項１または２に記載のイメージセンサ。
  4. 前記カラーフィルタの側面を囲む上部絶縁層と、
    前記第１電極と接触するように前記上部絶縁層を貫通する上部コンタクトプラグと、をさらに含む、請求項３に記載のイメージセンサ。
  5. 前記上部コンタクトプラグと接触するように前記基板を貫通するコンタクトビアと、
    前記コンタクトビア内に突出する下部コンタクトプラグと、をさらに含む、請求項４に記載のイメージセンサ。
  6. 配線層を有する層間絶縁層をさらに含み、
    前記下部コンタクトプラグは、前記層間絶縁層の少なくとも一部を貫通して前記コンタクトビア内に突出するとともに、前記ストレージノード領域に電気的に連結される、請求項５に記載のイメージセンサ。
  7. 前記第１電極の前記シームは、前記電極絶縁層の前記リセス領域のコーナーから前記第１電極の上面に向かって延びる、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のイメージセンサ。
  8. 前記シームは、前記第１電極の上面に連結される、請求項７に記載のイメージセンサ。
  9. 前記シームは、前記電極絶縁層の前記リセス領域の前記コーナーに連結される、請求項７に記載のイメージセンサ。
  10. 前記第１電極は、前記シームによって分割される第１領域と、第２領域と、をさらに含み、
    前記第１領域は、前記シームと前記電極絶縁層の前記リセス領域の下面との間に配置され、
    前記第２領域は、前記シームと前記電極絶縁層の前記リセス領域の側面との間に配置される、請求項１に記載のイメージセンサ。
  11. 前記第１領域と前記第２領域は、同一の物質で形成される、請求項１０に記載のイメージセンサ。
  12. 前記第１領域は、多結晶相を含む、請求項１１に記載のイメージセンサ。
  13. 前記第１領域は、非晶質相をさらに含む、請求項１２に記載のイメージセンサ。
  14. 前記第１電極は、前記シームによって分割される第１領域と、第２領域と、をさらに含み、
    前記第１領域は、前記有機光電変換層に向かって減少する幅を有し、
    前記第２領域は、前記有機光電変換層に向かって増加する幅を有する、請求項１に記載のイメージセンサ。
  15. 前記カラーフィルタと前記第１電極との間に介在するキャップ絶縁層をさらに含む、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載のイメージセンサ。
  16. 前記電極絶縁層の前記リセス領域は、前記キャップ絶縁層を露出させる、請求項１５に記載のイメージセンサ。
  17. 基板上の第１電極と、
    前記第１電極の側面を囲む電極絶縁層と、
    前記第１電極上の第２電極と、
    前記第１電極と前記第２電極との間に介在する有機光電変換層と、を含み、
    前記第１電極は、第１領域と、第２領域と、前記第１電極を前記第１領域と前記第２領域に分割するシームと、を含み、
    前記第１領域と前記第２領域は、前記シームを挟んで不連続的であり、
    前記第１領域は、前記有機光電変換層に向かって減少する幅を有し、
    前記第２領域は、前記有機光電変換層に向かって増加する幅を有する、イメージセンサ。
  18. 前記第１電極は、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、ＴｉＯ２、ＺＩＴＯ、ＩＺＯ、ＧＩＯ、ＺＴＯ、ＦＴＯ、ＡＺＯまたはＧＺＯを含む、請求項１７に記載のイメージセンサ。
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