KR100860141B1 - 이미지센서 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법은 하부배선을 포함하는 회로가 형성된 제1기판을 준비하는 단계; 상기 제1기판 상에 결정질 영역에 형성된 포토다이오드를 형성하는 단계; 및 상기 포토다이오드를 관통하여 상기 하부배선과 연결되는 콘택을 형성하는 단계를 포함한다.
실시예에 따른 이미지 센서는 하부배선을 포함하는 회로가 형성된 반도체 기판; 상기 반도체 기판 상에 형성되고, 결정질 영역에 형성된 포토다이오드; 및 상기 포토다이오드를 관통하여 상기 하부배선과 연결된 콘택을 포함한다.
이미지 센서, 포토다이오드
Description
실시예는 이미지센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지 센서(Image sensor)는 광학적 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로써, 크게 전하결합소자(charge coupled device: CCD)와 씨모스(CMOS; Complementary Metal Oxide Silicon) 이미지 센서(Image Sensor)(CIS)로 구분된다.
씨모스 이미지 센서는 단위 화소 내에 포토 다이오드와 모스 트랜지스터를 형성시킴으로써 스위칭 방식으로 각 단위 화소의 전기적 신호를 순차적으로 검출하여 영상을 구현한다.
한편, 종래기술에 따른 씨모스 이미지센서는 포토다이오드가 트랜지스터와 수평으로 배치되는 구조이다.
물론, 종래기술에 의한 수평형의 씨모스 이미지센서에 의해 CCD 이미지센서의 단점이 해결되기는 하였으나, 종래기술에 의한 수평형의 씨모스 이미지센서에는 여전히 문제점들이 있다.
즉, 종래기술에 의한 수평형의 씨모스 이미지센서에 의하면 포토다이오드와 트랜지스터가 기판상에 상호 수평으로 인접하여 제조된다. 이에 따라, 포토다이오드를 위한 추가적인 영역이 요구되며, 이에 의해 필팩터(fill factor) 영역을 감소시키고 또한 레졀류션(Resolution)의 가능성을 제한하는 문제가 있다.
또한, 종래기술에 의한 수평형의 씨모스 이미지센서에 의하면 포토다이오드와 트랜지스터를 동시에 제조하는 공정에 대한 최적화를 달성하는 점이 매우 어려운 문제가 있다. 즉, 신속한 트랜지스터 공정에서는 작은 면저항(low sheet resistance)을 위해 샐로우 졍션(shallow junction)이 요구되나, 포토다이오드에는 이러한 샐로우 졍션(shallow junction)이 적절하지 않을 수 있다.
또한, 종래기술에 의한 수평형의 씨모스 이미지센서에 의하면 추가적인 온칩(on-chip) 기능들이 이미지센서에 부가되면서 단위화소의 크기가 이미지센서의 센서티버티(sensitivity)를 유지하기 위해 증가되거나 또는 포토다이오드를 위한 면적이 픽셀사이즈를 유지하기 위해 감소되야한다. 그런데, 픽셀사이즈가 증가되면 이미지센서의 레졀류션(Resolution)이 감소하게되며, 또한, 포토다이오드의 면적이 감소되면 이미지센서의 센서티버티(sensitivity)가 감소하는 문제가 발생한다.
실시예는 하부배선을 포함하는 회로가 형성된 제1기판에 결정질 영역에 형성된 포토다이오드를 접합하여 다크(dark) 특성을 개선하고, 이미지 센서의 감도를 향상시킬 수 있는 이미지센서 및 그 제조방법을 제공한다.
실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법은 하부배선을 포함하는 회로가 형성된 제1기판을 준비하는 단계; 상기 제1기판 상에 결정질 영역에 형성된 포토다이오드를 형성하는 단계; 및 상기 포토다이오드를 관통하여 상기 하부배선과 연결되는 콘택을 형성하는 단계를 포함한다.
실시예에 따른 이미지 센서는 하부배선을 포함하는 회로가 형성된 반도체 기판; 상기 반도체 기판 상에 형성되고, 결정질 영역에 형성된 포토다이오드; 및 상기 포토다이오드를 관통하여 상기 하부배선과 연결된 콘택을 포함한다.
실시예에 따른 이미지센서 및 그 제조방법은 하부배선을 포함하는 회로가 형성된 제1기판에 결정질 영역에 형성된 포토다이오드를 접합하여 다크 특성을 개선하고, 이미지 센서의 감도를 향상시킬 수 있다.
실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법은 하부배선을 포함하는 회로가 형성된 제1기판을 준비하는 단계; 상기 제1기판 상에 결정질 영역에 형성된 포토다이오 드를 형성하는 단계; 및 상기 포토다이오드를 관통하여 상기 하부배선과 연결되는 콘택을 형성하는 단계를 포함한다.
실시예에 따른 이미지 센서는 하부배선을 포함하는 회로가 형성된 반도체 기판; 상기 반도체 기판 상에 형성되고, 결정질 영역에 형성된 포토다이오드; 및 상기 포토다이오드를 관통하여 상기 하부배선과 연결된 콘택을 포함한다.
이하, 실시예에 따른 이미지센서 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
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.
실시예의 설명에 있어서 씨모스 이미지 센서(CIS)에 대한 구조의 도면을 이용하여 설명하나, 본 발명은 씨모스 이미지 센서에 한정되는 것이 아니며, CCD 이미지센서 등 모든 이미지센서에 적용이 가능하다.
도 1 내지 도 5는 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법의 공정단면도이다.
우선, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1기판(10)에 회로층(20) 및 금속배선층(30)을 형성시킨다.
상기 회로층(20)은 트랜지스터를 포함하는 회로가 형성되어 있으며, 상기 금속배선층(30)은 상기 회로와 연결된 배선(35)을 포함하여 형성된다.
이어서, 도 2에 도시된 바와 같이, 제2기판(50)에 제1불순물 영역(71)을 형성한다.
상기 제2기판(50)은 저농도의 n형 불순물로 도핑된 n형 결정질 실리콘으로 형성될 수 있으며, 상기 제2기판(50) 상에 산화막이 더 형성될 수도 있다.
상기 제1불순물 영역(71)은 상기 제2기판(50) 상에 제1포토레지스트 패턴(61)을 형성하고, p형 불순물을 제1이온주입 공정을 진행하여 형성한다.
이어서, 상기 제1포토레지스트 패턴(61)을 제거하고, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제2기판(50) 상에 제2포토레지스트 패턴(62)을 형성하고, 제2이온주입 공정을 진행하여 상기 제2기판(50)에 제2불순물 영역(72)을 형성한다.
상기 제2불순물 영역(72)은 고농도의 n형 불순물을 주입하여 형성될 수 있다.
이때, 상기 제2기판(50)은 n형 결정질 실리콘이므로, 상기 제1불순물 영역(71)과 제2불순물 영역(72) 사이에는 저농도의 n형 불순물이 주입된 제3불순물 영역(73)이 배치되어, 포토다이오드(70)를 형성할 수 있다.
이때, 상기 제2불순물 영역(72)은 오믹 컨택(ohmic contact)을 위해 형성될 수 있다.
그리고, 상기 제1, 제2 및 제3불순물 영역(71, 72, 73)의 활성화를 위해 열처리 공정을 진행할 수 있다.
본 실시예에서는 상기 제2기판(50)이 n형 결정질 실리콘으로 형성되었지만, 이에 한정하지 않고, 상기 제2기판(50)은 p형 결정질 실리콘으로 형성될 수 있다.
본 실시예에서처럼 상기 제2기판(50)이 n형 기판일 경우엔, 상기 제1불순물 영역(71) 및 제2불순물 영역(72)을 이온주입 공정으로 형성하였지만, 상기 제2기판(50)이 p형 기판일 경우엔, 저농도의 n형 불순물이 주입된 제3불순물 영역(73) 및 고농도의 n형 불순물이 주입된 제2불순물 영역(72)을 형성하여, 상기 포토다이오드(70)를 형성할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 상기 포토다이오드(70)가 p형 불순물이 주입된 상기 제1불순물 영역(71), 저농도의 n형 불순물이 주입된 제3불순물 영역(73) 및 고농도의 n형 불순물이 주입된 제2불순물 영역(72)으로 형성되지만, 이에 한정하지 않고, 상기 포토다이오드(70)는 상기 제1불순물 영역(71) 및 제3불순물 영역(73)으로만으로도 형성될 수 있다.
이어서, 상기 제2포토레지스트 패턴(62)을 제거하고, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1기판(10)에 상기 포토다이오드(70)를 포함하는 상기 제2기판(50)을 본딩(bonding)시킨다.
따라서, 상기 금속배선층(30) 상에 상기 포토다이오드(70)가 형성된다.
본 실시예에서는 상기 제2기판(50) 전체에 상기 포토다이오드(70)가 형성되지만, 상기 제2기판(50)의 일부분에만 상기 포토다이오드(70)가 형성된 경우, 상기 제2기판(50)의 포토다이오드(70)를 제외한 영역을 제거할 수 있다.
그리고, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 포토다이오드(70)를 관통하여 상기 배선(35)과 연결되는 제1콘택(81) 및 제2콘택(82)을 형성한다.
상기 제1 및 제2콘택(81, 82)은 식각공정을 진행하여 상기 포토다이오드(70) 를 관통하는 비아홀을 형성한 후, 상기 비아홀을 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 티타늄 나이트라이드(TiN) 또는 알루미늄(Al) 등의 금속물질로 매립하여 형성할 수 있다.
상기 제1콘택(81)은 상기 제1불순물 영역(71)을 관통하여 형성되며, 상기 제2콘택(82)은 상기 제2불순물 영역(72)을 관통하여 형성된다.
이때, 상기 제1 및 제2콘택(81, 82) 사이에 상기 포토다이오드(70)가 배치되며, 상기 제1 및 제2콘택(81, 82) 사이에 형성된 상기 포토다이오드(70)와 이웃하는 포토다이오드는 대칭적으로 형성될 수 있다.
상기 제1불순물 영역(71)과 접하는 상기 제2콘택(82)은 상기 제1불순물 영역(71)에 존재하는 홀(hole)을 제거시킬 수 있으며, 상기 제2불순물 영역(72)과 접하는 상기 제1콘택(81)은 상기 포토다이오드(70)에서 발생된 신호를 회로영역으로 전송시킬 수 있다.
이어서, 도시되지 않았지만, 상기 포토다이오드(70)의 상부에 전극, 컬러필터 어레이 및 마이크로렌즈를 형성할 수 있다.
도 5는 실시예에 따른 이미지 센서의 단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 이미지 센서는 제1기판(10)에 회로층(20), 금속배선층(30), 포토다이오드(70) 및 제1 및 제2콘택(81, 82)이 형성된다.
상기 회로층(20)은 트랜지스터를 포함하는 회로가 형성되며, 상기 금속배선층(30)은 상기 회로와 연결된 배선(35)을 포함한다.
상기 포토다이오드(70)는 결정질 기판에 형성되며, 제1, 제2 및 제3 불순물 영역(71, 72, 73)으로 형성될 수 있다.
상기 제1불순물 영역(71)은 p형 불순물에 의해 형성되고, 상기 제2불순물 영역(72)은 고농도의 n형 불순물에 의해 형성되며, 상기 제3불순물 영역(73)은 저농도의 n형 불순물에 의해 형성된다.
이때, 상기 제2불순물 영역(72)은 오믹 콘택(ohmic contact)을 위해 형성될 수 있다.
본 실시예에서는 상기 포토다이오드(70)가 상기 제1, 제2 및 제3 불순물 영역(71, 72, 73)으로 형성되었지만, 이에 한정되지 않고, 상기 포토다이오드(70)는 상기 제1불순물 영역(71) 및 상기 제2불순물 영역(72)만으로 형성될 수 있다.
상기 제1콘택(81)은 상기 제1불순물 영역(71)을 관통하며, 상기 제2콘택(82)은 상기 제2불순물 영역(72)을 관통한다.
이때, 상기 제1 및 제2콘택(81, 82) 사이에 상기 포토다이오드(70)가 배치되며, 상기 제1 및 제2콘택(81, 82) 사이에 형성된 상기 포토다이오드(70)와 이웃하는 포토다이오드는 대칭적으로 형성될 수 있다.
상기 제1불순물 영역(71)과 접하는 상기 제2콘택(82)은 상기 제1불순물 영역(71)에 존재하는 홀(hole)을 제거시킬 수 있으며, 상기 제2불순물 영역(72)과 접하는 상기 제1콘택(81)은 상기 포토다이오드(70)에서 발생된 신호를 회로영역으로 전송시킬 수 있다.
그리고, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 포토다이오드(70) 상에 컬러필터 어레이 및 마이크로렌즈가 더 형성될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법은 하부배선을 포함하는 회로가 형성된 제1기판에 포토다이오드가 형성된 결정질 제2기판을 접합하여 다크(dark) 특성을 개선하고, 이미지 센서의 감도를 향상시킬 수 있다.
도 1 내지 도 5는 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법의 공정 단면도.
Claims (9)
- 하부배선을 포함하는 회로가 형성된 제1기판을 준비하는 단계;상기 제1기판 상에 결정질 영역에 제1불순물 영역과 제2불순물 영역을 포함하여 형성된 포토다이오드를 형성하는 단계; 및상기 포토다이오드를 관통하여 상기 하부배선과 연결되며, 서로 이격되어 형성된 복수개의 제1콘택 및 제2콘택을 형성하는 단계를 포함하며,상기 제1콘택은 상기 제1불순물 영역과 접하고, 상기 제2콘택은 상기 제2불순물 영역과 접하는 것을 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 제1기판 상에 결정질 영역에 형성된 포토다이오드를 형성하는 단계는,결정질인 제2기판에 포토다이오드를 형성하는 단계; 및상기 제1기판 상에 상기 포토다이오드를 본딩(bonding)하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 포토다이오드는 상기 제1불순물 영역과 제2불순물 영역의 사이에 형성된 제3불순물 영역을 포함하며, 상기 제3불순물 영역은 저농도의 n형 불순물이 주입되어 형성된 것을 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 포토다이오드에 형성된 상기 제1불순물 영역 및 제2불순물 영역은 인접한 픽셀에 대해 서로 대칭적으로 형성된 것을 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 하부배선을 포함하는 회로가 형성된 반도체 기판;상기 반도체 기판 상에 형성되고, 결정질 영역에 제1불순물 영역과 제2불순물 영역을 포함하여 형성된 포토다이오드; 및상기 포토다이오드를 관통하여 상기 하부배선과 연결되며, 서로 이격되어 형성된 복수개의 제1콘택 및 제2콘택을 포함하며,상기 제1콘택은 상기 제1불순물 영역과 접하고, 상기 제2콘택은 상기 제2불순물 영역과 접하는 것을 포함하는 이미지 센서.
- 제 5항에 있어서,하부배선을 포함하는 회로가 형성된 상기 반도체 기판과 상기 포토다이오드 사이에 형성된 산화막을 더 포함하는 이미지 센서.
- 제 5항에 있어서,상기 제1불순물 영역은 p형 불순물이 주입되어 형성되고, 상기 제2불순물 영역은 n형 불순물이 주입되어 형성된 이미지 센서.
- 제 5항에 있어서,상기 포토다이오드에 형성된 상기 제1불순물 영역 및 제2불순물 영역은 인접한 픽셀에 대해 서로 대칭적으로 형성된 것을 포함하는 이미지 센서.
- 제 5항에 있어서,상기 포토다이오드는 상기 제1불순물 영역과 제2불순물 영역의 사이에 형성된 제3불순물 영역을 포함하며, 상기 제3불순물 영역은 저농도의 n형 불순물이 주입되어 형성된 것을 포함하는 이미지 센서.
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