KR100997353B1 - Image Sensor and Method for Manufacturing thereof - Google Patents

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Abstract

실시예에 따른 이미지센서의 제조방법은, 리드아웃 회로를 포함하는 반도체 기판을 형성하는 단계; 상기 반도체 기판 상에 복수의 배선을 포함하는 층간절연막을 형성하는 단계; 상기 배선이 노출되도록 상기 층간절연막을 관통하는 비아홀을 형성하는 단계; 상기 비아홀이 갭필되도록 상기 층간절연막에 금속층을 형성하는 단계; 상기 금속층에 대한 CMP 공정을 진행하여 표면에 디싱영역이 형성된 비아컨택을 형성하는 단계; 상기 디싱영역이 형성된 비아컨택의 일부를 포함하는 상기 층간절연막을 수평방향으로 제거하여 편평한 표면을 갖는 층간절연층 및 메탈컨택을 형성하는 단계; 및 상기 메탈컨택을 포함하는 층간절연층 상에 이미지 감지부를 형성하는 단계를 포함한다. In another aspect, a method of manufacturing an image sensor includes: forming a semiconductor substrate including a readout circuit; Forming an interlayer insulating film including a plurality of wirings on the semiconductor substrate; Forming a via hole penetrating the interlayer insulating film to expose the interconnection; Forming a metal layer on the interlayer insulating layer so that the via holes are gap-filled; Performing a CMP process on the metal layer to form a via contact having a dishing region formed on a surface thereof; Removing the interlayer insulating film including a portion of the via contact in which the dishing region is formed, in a horizontal direction to form an interlayer insulating layer and a metal contact having a flat surface; And forming an image detector on the interlayer insulating layer including the metal contact.

이미지센서, 3차원 이미지센서, 포토다이오드 Image sensor, 3D image sensor, photodiode

Description

이미지센서 및 그 제조방법{Image Sensor and Method for Manufacturing thereof }Image sensor and method for manufacturing

실시예는 이미지센서에 관한 것이다. Embodiments relate to an image sensor.

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

종래의 기술에서는 기판에 포토다이오드(Photodiode)를 이온주입 방식으로 형성시킨다. 그런데, 칩사이즈(Chip Size) 증가 없이 픽셀(Pixel) 수 증가를 위한 목적으로 포토다이오드의 사이즈가 점점 감소함에 따라 수광부 면적 축소로 이미지 특성(Image Quality)이 감소하는 경향을 보이고 있다.In the prior art, a photodiode is formed on a substrate by ion implantation. However, as the size of the photodiode gradually decreases for the purpose of increasing the number of pixels without increasing the chip size, the image quality 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 회절현상으로 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 is also decreased due to diffraction of light called an airy disk.

이를 극복하기 위한 대안 중 하나로 포토다이오드를 비정질 실리콘(amorphous Si)으로 증착하거나, 웨이퍼 대 웨이퍼 본딩(Wafer-to-Wafer Bonding) 등의 방법으로 리드아웃 서킷(Readout Circuitry)은 실리콘 기판(Si Substrate)에 형성시키고, 포토다이오드는 리드아웃 서킷 상부에 형성시키는 시도(이하 "3차원 이미지센서"라고 칭함)가 이루어지고 있다. 포토다이오드와 리드아웃 서킷은 배선(Metal Line)을 통해 연결된다. One alternative to overcome this is to deposit photodiodes with amorphous Si, or read-out circuitry using wafer-to-wafer bonding such as silicon substrates. And photodiodes are formed on the lead-out circuit (hereinafter referred to as "three-dimensional image sensor"). The photodiode and lead-out circuit are connected via a metal line.

하지만 웨이퍼 대 웨이퍼 본딩의 경우 웨이퍼의 접합면이 균일하지 않으므로 본딩력이 저하될 수 있다. 이것은 상기 포토다이오드와 회로영역을 연결하기 위한 배선이 층간절연막 표면으로 노출되어 있기 때문에 상기 층간절연막이 불균일한 표면 프로파일을 가지므로 상기 층간절연막 상에 형성되는 포토다이오드와의 본딩력이 저하될 수 있다. 또한, 상기 포토다이오드와 상기 층간절연층은 서로 다른 물질로 형성되어 그 접합력이 떨어질 수 있다. However, in the case of wafer-to-wafer bonding, the bonding surface of the wafer is not uniform, and thus the bonding force may decrease. Since the wiring for connecting the photodiode and the circuit region is exposed to the surface of the interlayer insulating film, the interlayer insulating film has a nonuniform surface profile, and thus the bonding force with the photodiode formed on the interlayer insulating film may be reduced. . In addition, the photodiode and the interlayer insulating layer may be formed of different materials, and thus the bonding strength thereof may be degraded.

또한, 배선을 형성하기 위하여 층간절연막에 대한 CMP 공정시 배선영역에 디싱현상이 나타나게 되어 상기 배선과 상기 포토다이오드가 전기적으로 연결되지 않는 문제가 있다. In addition, dishing appears in the wiring region during the CMP process of the interlayer insulating layer to form the wiring, and thus the wiring and the photodiode are not electrically connected.

한편, 종래기술에 의하면 트랜스퍼 트랜지스터 양단의 소스 및 드레인 모두 고농도 N형으로 도핑(Doping)되어 있으므로 도 18에 도시된 바와 같이 전하공유(Charge Sharing)현상이 발생하게 되는 문제가 있다. 전하공유(Charge Sharing)현상이 발생하면 출력이미지의 감도를 낮추게 되며, 이미지 오류를 발생시킬 수도 있다. 또한, 종래기술에 의하면 포토다이오드와 리드아웃 서킷 사이에 포토차지(Photo Charge)가 원활히 이동하지 못해 암전류가 발생하거나, 새츄레이션(Saturation) 및 감도의 하락이 발생하고 있다.Meanwhile, according to the related art, since both the source and the drain of the transfer transistor are doped with a high concentration N type, charge sharing occurs as illustrated in FIG. 18. When charge sharing occurs, the sensitivity of the output image is lowered and image errors may occur. In addition, according to the related art, a dark current is generated between the photodiode and the lead-out circuit and the photocharge is not smoothly moved, and saturation and sensitivity are decreased.

실시예에서는 수직형의 포토다이오드를 채용하면서 포토다이오드와 리드아웃 회로가 형성된 기판과의 물리적, 전기적 접촉력이 우수한 이미지센서 및 그 제조방법을 제공한다.The embodiment provides an image sensor excellent in physical and electrical contact force between a photodiode and a substrate on which a readout circuit is formed while employing a vertical photodiode, and a method of manufacturing the same.

제1 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법은, 리드아웃 회로를 포함하는 반도체 기판을 형성하는 단계; 상기 반도체 기판 상에 복수의 배선을 포함하는 층간절연막을 형성하는 단계; 상기 배선이 노출되도록 상기 층간절연막을 관통하는 비아홀을 형성하는 단계; 상기 비아홀이 갭필되도록 상기 층간절연막에 금속층을 형성하는 단계; 상기 금속층에 대한 CMP 공정을 진행하여 표면에 디싱영역이 형성된 비아컨택을 형성하는 단계; 상기 디싱영역이 형성된 비아컨택의 일부를 포함하는 상기 층간절연막을 수평방향으로 제거하여 편평한 표면을 갖는 층간절연층 및 메탈컨택을 형성하는 단계; 및 상기 메탈컨택을 포함하는 층간절연층 상에 이미지 감지부를 형성하는 단계를 포함한다. A method of manufacturing an image sensor according to a first embodiment includes forming a semiconductor substrate including a readout circuit; Forming an interlayer insulating film including a plurality of wirings on the semiconductor substrate; Forming a via hole penetrating the interlayer insulating film to expose the interconnection; Forming a metal layer on the interlayer insulating layer so that the via holes are gap-filled; Performing a CMP process on the metal layer to form a via contact having a dishing region formed on a surface thereof; Removing the interlayer insulating film including a portion of the via contact in which the dishing region is formed, in a horizontal direction to form an interlayer insulating layer and a metal contact having a flat surface; And forming an image detector on the interlayer insulating layer including the metal contact.

제2 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법은, 리드아웃 회로를 포함하는 반도체 기판을 형성하는 단계; 상기 반도체 기판 상에 복수의 배선을 포함하는 층간절연층을 형성하는 단계; 상기 층간절연막 상에 결정형 웨이퍼를 형성하는 단계; 상기 배선이 노출되도록 상기 층간절연층 및 결정형 웨이퍼에 비아홀 형성하는 단계; 상기 비아홀이 갭필되도록 상기 결정형 웨이퍼에 금속층을 형성하는 단계; 상 기 금속층에 대한 CMP 공정을 진행하여 표면에 디싱영역이 형성된 비아컨택을 형성하는 단계; 상기 디싱영역이 형성된 비아컨택의 일부를 포함하는 상기 결정형 웨이퍼를 수평방향으로 제거하여 편평한 표면을 갖는 결정형 반도체층 및 메탈컨택을 형성하는 단계; 및 상기 메탈컨택을 포함하는 결정형 반도체층 상에 이미지 감지부를 형성하는 단계를 포함한다. A method of manufacturing an image sensor according to a second embodiment includes forming a semiconductor substrate including a readout circuit; Forming an interlayer insulating layer including a plurality of wirings on the semiconductor substrate; Forming a crystalline wafer on the interlayer insulating film; Forming via holes in the interlayer insulating layer and the crystalline wafer to expose the interconnects; Forming a metal layer on the crystalline wafer such that the via holes are gapfilled; Performing a CMP process on the metal layer to form a via contact having a dishing region formed on a surface thereof; Removing the crystalline wafer including a portion of the via contact in which the dishing region is formed, in a horizontal direction to form a crystalline semiconductor layer and a metal contact having a flat surface; And forming an image detector on the crystalline semiconductor layer including the metal contact.

제2 실시예에 따른 이미지 센서는, 리드아웃 회로를 포함하는 반도체 기판; 상기 반도체 기판 상에 형성된 복수의 배선을 포함하는 층간절연층; 상기 층간절연막 상에 형성된 결정형 반도체층; 상기 배선이 노출되도록 상기 층간절연층 및 결정형 반도체층에 형성된 비아홀; 상기 비아홀 내부에 형성된 메탈컨택; 및 상기 메탈컨택을 포함하는 결정형 반도체층 상에 형성된 이미지 감지부를 포함한다. An image sensor according to a second embodiment includes a semiconductor substrate including a readout circuit; An interlayer insulating layer including a plurality of wirings formed on the semiconductor substrate; A crystalline semiconductor layer formed on the interlayer insulating film; A via hole formed in the interlayer insulating layer and the crystalline semiconductor layer to expose the wiring; A metal contact formed in the via hole; And an image detector formed on the crystalline semiconductor layer including the metal contact.

실시예에 따른 이미지 센서 및 그 제조방법에 의하면, 리드아웃 회로와 포토다이오드의 수집형 집적을 이루어 필팩터를 향상시킬 수 있다. According to the image sensor and the manufacturing method thereof according to the embodiment, the fill factor can be improved by collecting the readout circuit and the photodiode.

또한, CMP 공정에 의하여 배선이 형성된 층간절연막의 내부에 수소주입층이 형성되고 상기 수소주입층의 상부에 해당하는 층간절연막이 클리빙공정에 의하여 제거되므로 편평한 표면의 층간절연층이 형성될 수 있다. 따라서, 상기 층간절연층과 이미지 감지부가 면대면으로 연결되므로 전기적 특성이 향상되어 이미지센서의 수율(yield)을 증가시킬 수 있다.In addition, since the hydrogen injection layer is formed inside the interlayer insulating film formed by the CMP process and the interlayer insulating film corresponding to the upper portion of the hydrogen injection layer is removed by the cleaving process, a flat surface interlayer insulating layer may be formed. . Therefore, since the interlayer insulating layer and the image sensing unit are connected to the face-to-face, the electrical characteristics may be improved to increase the yield of the image sensor.

또한, 층간절연층 상에 형성되고 CMP 공정에 의하여 배선이 형성된 결정형 반도체층 내부에 수소주입층이 형성되고 상기 수소주입층의 상부에 해당하는 결정 형 반도체층이 클리빙 공정에 의하여 제거되므로 편평한 표면을 가지는 결정형 반도체층이 형성될 수 있다. 따라서, 상기 결정형 반도체층과 이미지 감지부가 면대면으로 연결되므로 전기적특성이 향상될 수 있다.  In addition, a hydrogen injection layer is formed inside the crystalline semiconductor layer formed on the interlayer insulating layer and wired by the CMP process, and the crystalline semiconductor layer corresponding to the upper portion of the hydrogen injection layer is removed by the cleaving process. A crystalline semiconductor layer may be formed. Therefore, since the crystalline semiconductor layer and the image sensing unit are connected face to face, electrical characteristics may be improved.

또한, 상기 결정형 반도체층 상에 이미지 감지부가 본딩공정에 의하여 형성되므로 그 접합면이 견고하므로 신뢰성을 향상시킬 수 있다. In addition, since the image sensing unit is formed on the crystalline semiconductor layer by a bonding process, the bonding surface is solid, thereby improving reliability.

실시예에 따른 이미지센서 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.An 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/위(on/over)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상/위(on/over)는 직접(directly)와 또는 다른 층을 개재하여(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. In the description of the embodiments, where described as being formed "on / over" of each layer, the on / over may be directly or through another layer ( indirectly) includes everything formed.

도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.In the drawings, the thickness or size of each layer is exaggerated, omitted, or schematically illustrated for convenience and clarity of description. In addition, the size of each component does not necessarily reflect the actual size.

실시예는 씨모스 이미지센서에 한정되는 것이 아니며, CCD 이미지센서 등 포토다이오드가 필요한 모든 이미지센서에 적용이 가능하다. The embodiment is not limited to the CMOS image sensor, and may be applied to all image sensors requiring a photodiode such as a CCD image sensor.

<제1 실시예><First Embodiment>

이하, 도 1 내지 도 10을 참조하여 제1 실시예에 따른 이미지센서 제조방법을 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing the image sensor according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 10.

도 1 및 도 2를 참조하여, 리드아웃 회로(120)를 포함하는 반도체 기판(100) 상에 배선(150) 및 층간절연막(160)이 형성된다.1 and 2, the wiring 150 and the interlayer insulating layer 160 are formed on the semiconductor substrate 100 including the readout circuit 120.

상기 반도체 기판(100)은 단결정 또는 다결정의 실리콘 기판이며, p형 불순물 또는 n형 불순물이 도핑된 기판일 수 있다. 상기 반도체 기판(100)에 소자분리막(110)이 형성되어 액티브 영역이 정의된다. 그리고 픽셀부에 해당하는 상기 액티브 영역에 단위화소 별로 트랜지스터를 포함하는 리드아웃 회로(120)가 형성된다.The semiconductor substrate 100 may be a single crystal or polycrystalline silicon substrate, and may be a substrate doped with p-type impurities or n-type impurities. An isolation layer 110 is formed on the semiconductor substrate 100 to define an active region. A readout circuit 120 including transistors for each unit pixel is formed in the active region corresponding to the pixel portion.

도 2는 도 1에 도시된 리드아웃 회로(120)의 상세도이다. FIG. 2 is a detailed view of the readout circuit 120 shown in FIG. 1.

도 2를 참조하여, 상기 리드아웃 회로(120) 및 배선(150)을 상세히 설명한다. 상기 리드아웃 회로(120)는 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)(121), 리셋 트랜지스터(Rx)(123), 드라이브 트랜지스터(Dx)(125), 셀렉 트랜지스터(Sx)(127)를 포함하여 형성할 수 있다. 이후, 플로팅디퓨젼영역(FD)(131), 상기 각 트랜지스터에 대한 소스/드레인영역(133, 135, 137)을 포함하는 이온주입영역(130)을 형성할 수 있다. 한편 상기 리드아웃 회로(120)은 3Tr, 4Tr 또는 5Tr 중 어느 하나일 수 있다. Referring to FIG. 2, the readout circuit 120 and the wiring 150 will be described in detail. The readout circuit 120 may include a transfer transistor (Tx) 121, a reset transistor (Rx) 123, a drive transistor (Dx) 125, and a select transistor (Sx) 127. . Thereafter, an ion implantation region 130 including a floating diffusion region (FD) 131 and source / drain regions 133, 135, and 137 for each transistor may be formed. Meanwhile, the readout circuit 120 may be any one of 3Tr, 4Tr, or 5Tr.

상기 반도체 기판(100)에 리드아웃 회로(120)를 형성하는 단계는 상기 반도체 기판(100)에 전기접합영역(140)을 형성하는 단계 및 상기 전기접합영역(140) 상부에 상기 배선(150)과 연결되는 제1 도전형 연결영역(147)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.The forming of the lead-out circuit 120 on the semiconductor substrate 100 may include forming an electrical junction region 140 on the semiconductor substrate 100 and the wiring 150 on the electrical junction region 140. The method may include forming a first conductivity type connection region 147 connected to the first conductive connection region 147.

예를 들어, 상기 전기접합영역(140)은 PN 졍션(junction)(140) 일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 전기접합영역(140)은 제2 도전형 웰(141) 또는 제2 도전형 에피층 상에 형성된 제1 도전형 이온주입층(143), 상기 제1 도전형 이온주입층(143) 상에 형성된 제2 도전형 이온주입층(145)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 PN 졍션(junction)(140)은 도 2와 같이 P0(145)/N-(143)/P-(141) Junction 일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 반도체 기판(100)은 제2 도전형으로 도전되어 있을 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.For example, the electrical junction region 140 may be a PN junction 140, but is not limited thereto. For example, the electrical junction region 140 may include a first conductive ion implantation layer 143 and a first conductive ion implantation layer (143) formed on the second conductive well 141 or the second conductive epitaxial layer. 143 may include a second conductivity type ion implantation layer 145. For example, the PN junction 140 may be a P0 145 / N- 143 / P-141 junction as shown in FIG. 2, but is not limited thereto. In addition, the semiconductor substrate 100 may be conductive in a second conductivity type, but is not limited thereto.

실시예에 의하면 트랜스퍼 트랜지스터(Tx) 양단의 소스/드레인 간에 전압차(Potential Difference)가 있도록 소자 설계하여 포토차지(Photo Charge)의 완전한 덤핑(Fully Dumping)이 가능해질 수 있다. 이에 따라, 포토다이오드에서 발생한 포토차지(Photo Charge)가 플로팅디퓨젼 영역으로 덤핑됨에 따라 출력이미지 감도를 높일 수 있다. According to the embodiment, the device can be designed such that there is a voltage difference between the source / drain across the transfer transistor Tx, thereby enabling full dumping of the photo charge. Accordingly, as the photo charge generated in the photodiode is dumped into the floating diffusion region, the output image sensitivity may be increased.

즉, 실시예는 도 2와 같이 리드아웃 회로(120)가 형성된 상기 반도체 기판(100)에 전기접합영역(140)을 형성시킴으로써 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)(121) 양단의 소스/드레인 간에 전압차가 있도록 하여 포토차지의 완전한 덤핑이 가능해질 수 있다. That is, in the embodiment, as shown in FIG. 2, an electrical junction region 140 is formed in the semiconductor substrate 100 on which the readout circuit 120 is formed such that there is a voltage difference between the source / drain across the transfer transistor (Tx) 121. This allows full dumping of the photocharge.

이하, 실시예의 포토차지의 덤핑구조에 대해서 도 2 및 도 3을 참조하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the dumping structure of the photocharge of the embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3.

실시예에서 N+ 졍션인 플로팅디퓨젼(FD)(131) 노드(Node)와 달리, 전기접합영역(140)인 P/N/P 졍션(140)은 인가전압이 모두 전달되지 않고 일정 전압에서 핀치오프(Pinch-off) 된다. 이 전압을 피닝볼티지(Pinning Voltage)이라 부르며 피닝볼티지(Pinning Voltage)는 P0(145) 및 N-(143) 도핑(Doping) 농도에 의존한다.Unlike the floating diffusion (FD) 131 node, which is an N + function in the embodiment, the P / N / P section 140, which is an electrical junction region 140, does not transmit all of the applied voltage and pinches at a constant voltage. It is off (Pinch-off). This voltage is called a pinning voltage and the pinning voltage depends on the P0 145 and N- (143) doping concentrations.

구체적으로, 포토다이오드(205)에서 생성된 전자는 PNP 졍션(140)으로 이동하게 되며 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)(121) 온(On)시, FD(131) 노드로 전달되어 전압 으로 변환된다.Specifically, the electrons generated in the photodiode 205 are moved to the PNP caption 140 and are transferred to the FD 131 node when the transfer transistor (Tx) 121 is turned on to be converted into a voltage.

P0/N-/P- 졍션(140)의 최대 전압값은 피닝볼티지가 되고 FD(131) Node 최대 전압값은 Vdd-Rx Vth이 되므로, 도 3에 도시된 바와 같이 Tx(131) 양단간 전위차로 인해 차지쉐어링(Charge Sharing) 없이 칩(Chip) 상부의 포토다이오드에서 발생한 전자가 FD(131) Node로 완전히 덤핑(Dumping) 될 수 있다.Since the maximum voltage value of the P0 / N- / P- caption 140 becomes pinning voltage and the maximum voltage value of the node FD 131 becomes Vdd-Rx Vth, as shown in FIG. Due to this, electrons generated from the photodiode on the chip may be completely dumped to the FD 131 node without charge sharing.

즉, 실시예에서 반도체 기판(100)인 실리콘 서브(Si-Sub)에 N+/Pwell Junction이 아닌 P0/N-/Pwell Junction을 형성시킨 이유는 4-Tr APS Reset 동작시 P0/N-/Pwell Junction에서 N-(143)에 + 전압이 인가되고 P0(145) 및 Pwell(141)에는 Ground 전압이 인가되므로 일정전압 이상에서는 P0/N-/Pwell Double Junction이 BJT 구조에서와 같이 Pinch-Off가 발생하게 된다. 이를 Pinning Voltage라고 부른다. 따라서 Tx(121) 양단의 Source/Drain에 전압차가 발생하게 되어 Tx On/Off 동작 시 포토차지가 N-well에서 Tx를 통해 FD로 완전히 덤핑되어 Charge Sharing 현상을 방지할 수 있다.That is, in the embodiment, the reason why the P0 / N- / Pwell junction is formed instead of the N + / Pwell junction in the silicon sub, which is the semiconductor substrate 100, is P0 / N- / Pwell during the 4-Tr APS Reset operation. In the junction, + voltage is applied to N- (143) and ground voltage is applied to P0 (145) and Pwell (141). Therefore, P0 / N- / Pwell double junction is more than Pinch-Off as in BJT structure. Will occur. This is called pinning voltage. Therefore, a voltage difference is generated in the source / drain at both ends of the Tx 121, and thus the photocharge is completely dumped from the N-well to the FD through the Tx at the Tx On / Off operation to prevent the charge sharing phenomenon.

따라서 종래의 기술에서 단순히 포토다이오드가 N+ Junction으로 연결된 경우와 달리, 실시예에 의하면 새츄레이션(Saturation) 저하 및 감도 하락 등의 문제를 피할 수 있다.Therefore, unlike the case where the photodiode is simply connected with N + junction in the related art, according to the embodiment, problems such as degradation of saturation and degradation of sensitivity can be avoided.

다음으로, 실시예에 의하면 포토다이오드와 리드아웃 회로(120) 사이에 제1 도전형 연결영역(147)을 형성하여 포토차지(Photo Charge)의 원할한 이동통로를 만들어 줌으로써 암전류소스를 최소화하고, 새츄레이션(Saturation) 저하 및 감도의 하락을 방지할 수 있다.Next, according to the embodiment, the first conductive connection region 147 is formed between the photodiode and the lead-out circuit 120 to minimize the dark current source by creating a smooth movement path of the photo charge. Deterioration of saturation and degradation of sensitivity can be prevented.

이를 위해, 실시예는 P0/N-/P- 졍션(140)의 표면에 오믹컨택(Ohmic Contact)을 위한 제1 도전형 연결영역(147)으로서 N+ 도핑영역을 형성할 수 있다. 상기 N+ 영역(147)은 상기 P0(145)를 관통하여 N-(143)에 접촉하도록 형성할 수 있다.To this end, the embodiment may form an N + doped region as the first conductive connection region 147 for ohmic contact on the surface of the P0 / N− / P− junction 140. The N + region 147 may be formed to contact the N− 143 through the P0 145.

한편, 이러한 제1 도전형 연결영역(147)이 리키지 소스(Leakage Source)가 되는 것을 최소화하기 위해 제1 도전형 연결영역(147)의 폭을 최소화할 수 있다. Meanwhile, in order to minimize the first conductive connection region 147 from becoming a leakage source, the width of the first conductive connection region 147 may be minimized.

이를 위해, 실시예는 제2 메탈컨택(151a) 에치(Etch) 후 플러그 임플란트(Plug Implant)를 진행할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 이온주입패턴(미도시)을 형성하고 이를 이온주입마스크로 하여 제1 도전형 연결영역(147)을 형성할 수도 있다. To this end, the embodiment may proceed with a plug implant after etching the second metal contact 151a, but is not limited thereto. For example, the first conductive connection region 147 may be formed by forming an ion implantation pattern (not shown) and using the ion implantation mask as an ion implantation mask.

즉, 실시예와 같이 컨택(Contact) 형성 부에만 국부적으로 N+ Doping을 한 이유는 다크시그널(Dark Signal)을 최소화하면서 오믹컨택(Ohmic Contact) 형성을 원활히 해 주기 위함이다. 종래기술과 같이, Tx Source 부 전체를 N+ Doping 할 경우 기판표면 댕글링본드(Si Surface Dangling Bond)에 의해 Dark Signal이 증가할 수 있다.That is, the reason for N + doping locally only in the contact forming part as in the embodiment is to facilitate the formation of ohmic contact while minimizing the dark signal. As in the prior art, when N + Doping the entire Tx Source part, the dark signal may increase due to the substrate surface dangling bond.

도 4는 리드아웃 회로에 대한 다른 구조를 도시한 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 전기접합영역(140)의 일측에 제1 도전형 연결영역(148)이 형성될 수 있다. 4 shows another structure for the readout circuit. As shown in FIG. 4, a first conductive connection region 148 may be formed on one side of the electrical junction region 140.

도 4를 참조하여, P0/N-/P- Junction(140)에 Ohmic Contact을 위한 N+ 연결영역(148)을 형성할 수 있는데, 이때 N+ 연결영역(148) 및 M1C Contact(151a) 형성공정은 리키지 소스(Leakage Source)가 될 수 있다. 왜냐하면, P0/N-/P- Junction(140)에 Reverse Bias가 인가된 채로 동작하므로 기판 표면(Si Surface)에 전기장(EF)이 발생할 수 있다. 이러한 전기장 내부에서 Contact 형성 공정 중에 발생하는 결정결함은 리키지 소스가 된다.Referring to FIG. 4, an N + connection region 148 for ohmic contacts may be formed in the P0 / N− / P− junction 140, wherein the process of forming the N + connection region 148 and the M1C contact 151a is performed. It can be a Leakage Source. This is because the electric field EF may be generated on the Si surface of the substrate because the reverse bias is applied to the P0 / N− / P− junction 140. Crystal defects that occur during the contact formation process inside these electric fields become a source of liquidity.

또한, N+ 연결영역(148)을 P0/N-/P- Junction(140) 표면에 형성시킬 경우 N+/P0 Junction(148/145)에 의한 E-Field가 추가되므로 이 역시 리키지 소스(Leakage Source)가 될 수 있다.In addition, when the N + connection region 148 is formed on the surface of the P0 / N- / P- junction 140, an E-Field by the N + / P0 junction 148/145 is added, which is also a leakage source. Can be

즉, P0 층으로 도핑(Doping)되지 않고 N+ 연결영역(148)으로 이루어진 Active 영역에 제1 컨택플러그(151a)를 형성하고, 이를 N- Junction(143)과 연결시키는 Layout을 제시한다.That is, the first contact plug 151a is formed in an active region formed of the N + connection region 148 without being doped with the P0 layer, and a layout for connecting the first contact plug 151a with the N-junction 143 is presented.

그러면 상기 반도체 기판(100) 표면의 E-Field가 발생하지 않게 되고 이는 3차원 집적(3-D Integrated) CIS의 암전류(Dark Current) 감소에 기여할 수 있다.Then, the E-Field of the surface of the semiconductor substrate 100 does not occur, which may contribute to the reduction of dark current of the 3-D integrated CIS.

그 다음으로, 상기 반도체 기판(100) 상에 층간절연막(160)을 형성하고, 배선(150)을 형성할 수 있다. 상기 배선(150)은 제2 메탈컨택(151a), 제1 메탈(151), 제2 메탈(152), 제3 메탈(153), 제4 메탈컨택(154a)을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.Next, an interlayer insulating layer 160 may be formed on the semiconductor substrate 100, and the wiring 150 may be formed. The wiring 150 may include a second metal contact 151a, a first metal 151, a second metal 152, a third metal 153, and a fourth metal contact 154a, but is not limited thereto. It is not.

다시 도 1을 참조하여, 상기 제3 메탈(153) 형성 후 제4 메탈컨택(154a)을 형성하는 방법을 설명한다. 우선, 상기 제3 메탈(153)이 형성된 층간절연막(160)에 상기 제3 메탈(153)이 노출되도록 비아홀을 형성한 후 상기 비아홀이 갭필되도록 텅스텐과 같은 금속층(15)을 상기 층간절연막(160) 상에 증착한다. Referring to FIG. 1 again, a method of forming the fourth metal contact 154a after forming the third metal 153 will be described. First, a via hole is formed in the interlayer insulating layer 160 on which the third metal 153 is formed so that the third metal 153 is exposed, and then a metal layer 15 such as tungsten is formed in the interlayer insulating layer 160 so that the via hole is gap-filled. Evaporate).

그리고 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 금속층(15)에 대한 CMP 공정을 진행 하여 상기 비아홀 내부에 상기 제3 메탈(153)과 전기적으로 연결되는 비아컨택(154)을 형성할 수 있다. 특히, 상기 비아컨택(154) 형성하기 위한 CMP 공정 시 상기 비아컨택(154)에 디싱(Dishing)영역(155)이 형성될 수 있다. As shown in FIG. 5, the CMP process may be performed on the metal layer 15 to form a via contact 154 electrically connected to the third metal 153 in the via hole. In particular, a dishing region 155 may be formed in the via contact 154 during the CMP process for forming the via contact 154.

상기 디싱영역(155)은 CMP 공정 시 물질간의 경도에 따라 폴리싱(Polishing)되는 비율이 달라서 상기 비아컨택(154)이 상기 층간절연막(160)보다 더 낮은 높이를 가지게 되는 것이다. 상기 비아컨택(154)에 디싱영역(155)이 형성되면 이후 형성되는 포토다이오드와 전기적인 연결이 끊길 수 있으므로 상기 디싱영역(155)은 제거해야만 한다. The dishing area 155 may have a lower height than the interlayer insulating layer 160 because the via contact 154 has a different polishing rate according to the hardness between materials during the CMP process. When the dishing region 155 is formed in the via contact 154, the dishing region 155 may be electrically disconnected from the photodiode formed later.

도 6을 참조하여, 상기 층간절연막(160)에 대한 이온주입공정이 진행된다. 상기 이온주입공정은 수소이온(H2)을 이용하여 상기 층간절연막(160) 전체에 대하여 진행될 수 있다. 상기 이온주입공정 시 이온주입 에너지를 컨트롤하여 상기 수소이온(H2)은 상기 디싱영역(155)의 하부에 해당하는 상기 층간절연막(160) 내부에 주입될 수 있다. Referring to FIG. 6, an ion implantation process is performed on the interlayer insulating layer 160. The ion implantation process may be performed on the entire interlayer insulating layer 160 using hydrogen ions (H 2 ). By controlling ion implantation energy during the ion implantation process, the hydrogen ions H 2 may be implanted into the interlayer insulating layer 160 corresponding to the lower portion of the dishing region 155.

도 7을 참조하여, 상기 디싱영역(155)의 하부에 해당하는 상기 층간절연막(160) 내부에 수소주입층(180)이 형성된다. 추가적으로, 열처리 공정을 진행하여 상기 수소주입층(180)을 수소기체층으로 변하게 할 수도 있다.Referring to FIG. 7, a hydrogen injection layer 180 is formed inside the interlayer insulating layer 160 corresponding to the lower portion of the dishing region 155. In addition, a heat treatment process may be performed to change the hydrogen injection layer 180 into a hydrogen gas layer.

상기 수소주입층(180)은 상기 디싱영역(155)과 상기 제3 메탈(153) 사이에 해당하는 상기 층간절연막(160) 내부에 수평방향으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 수소주입층(180)은 상기 디싱영역(155) 하부의 비아컨택(154)에도 형성될 수 있다. The hydrogen injection layer 180 may be formed in a horizontal direction in the interlayer insulating layer 160 between the dishing region 155 and the third metal 153. In addition, the hydrogen injection layer 180 may be formed in the via contact 154 under the dishing region 155.

예를 들어, 상기 수소주입층(180)을 기준으로 상기 수소주입층(180) 상부에 해당하는 층간절연막(160) 및 비아컨택(154)을 더미 절연층(60) 및 더미컨택(54)이라고 칭한다. 상기 수소주입층(180)은 기포형태로 형성되므로 상기 수소주입층(180)을 기준으로 상기 더미컨택(54)을 포함하는 더미 절연층(60)과 상기 비아컨택(154)을 포함하는 층간절연막(160)은 용이하게 분리될 수 있는 상태가 된다. For example, the interlayer insulating layer 160 and the via contact 154 corresponding to the hydrogen injection layer 180 on the basis of the hydrogen injection layer 180 are referred to as the dummy insulating layer 60 and the dummy contact 54. It is called. Since the hydrogen injection layer 180 is formed in a bubble shape, an interlayer insulating layer including the dummy contact layer 60 including the dummy contact 54 and the via contact 154 based on the hydrogen injection layer 180. 160 is in a state that can be easily separated.

도 8을 참조하여, 상기 더미컨택(54)을 포함하는 더미 절연층(60)이 제거되어 상기 층간절연층(160a)에 제4 메탈컨택(154a)이 형성된다. 예를 들어, 상기 더미 절연층(60)은 상기 수소주입층(180)에 대한 클리빙(Cleaving)공정을 진행하여 제거될 수 있다. 즉, 상기 수소주입층(180)을 기준으로 상기 층간절연층(160a)을 남기고 상기 더미 절연층(60)을 블레이드등을 이용하여 제거할 수 있다. Referring to FIG. 8, the dummy insulating layer 60 including the dummy contact 54 is removed to form a fourth metal contact 154a on the interlayer insulating layer 160a. For example, the dummy insulating layer 60 may be removed by performing a cleaving process on the hydrogen injection layer 180. That is, the dummy insulating layer 60 may be removed using a blade or the like while leaving the interlayer insulating layer 160a on the basis of the hydrogen injection layer 180.

상기 클리빙 공정에 의하여 물리적으로 상기 수소주입층(180) 및 더미 절연층(60)이 제거되면 상기 층간절연층(160a) 및 제4 메탈컨택(154a)의 표면은 편평한 면을 가질 수 있게 된다. 특히, 상기 디싱영역(155)이 형성된 더미컨택(54)은 상기 더미 절연층(60)에 포함되므로, 상기 더미 절연층(60)이 제거되면 상기 제4 메탈컨택(154a)의 표면은 편평한 형태(flat type)로 형성될 수 있게 된다. When the hydrogen injection layer 180 and the dummy insulating layer 60 are physically removed by the cleaving process, the surfaces of the interlayer insulating layer 160a and the fourth metal contact 154a may have a flat surface. . In particular, since the dummy contact 54 having the dishing area 155 is included in the dummy insulating layer 60, when the dummy insulating layer 60 is removed, the surface of the fourth metal contact 154a is flat. (flat type) can be formed.

도 9를 참조하여, 상기 층간절연층(160a) 상에 이미지 감지부(200)가 형성된다. 상기 이미지 감지부(200)는 상기 층간절연층(160a)과 본딩공정에 의하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 이미지 감지부(200)는 제1 불순물 영역(N-) 및 제2 불순물 영역(P+)으로 이루어져 PN접합의 포토다이오드 구조를 가질 수 있다. 또한, 상기 제1 불순물 영역(N-)의 하부에는 이온주입영역(N+)이 형성될 수 있다. 상기 이온 주입영역(N+)은 오믹컨택의 역할을 할 수 있다. 9, an image detector 200 is formed on the interlayer insulating layer 160a. The image sensing unit 200 may be formed by a bonding process with the interlayer insulating layer 160a. In addition, the image detector 200 may include a first impurity region N− and a second impurity region P + to have a photodiode structure of a PN junction. In addition, an ion implantation region N + may be formed under the first impurity region N−. The ion implantation region N + may serve as an ohmic contact.

예를 들어, 상기 이미지 감지부(200)는 결정형 구조의 p형 캐리어 기판(미도시) 내부에 N형 불순물(N-) 및 P형 불순물(P+)을 차례로 이온주입하여 제1 불순물 영역(N-) 및 제2 불순물 영역(P+)을 형성한다. 추가적으로 상기 제1 불순물 영역(N-)의 하부로 고농도의 n형 불순물(N+)을 이온주입하여 이온주입영역(N+)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 불순물 영역은 1.0~2.0㎛의 정션뎁스(junction depth)로 형성되고, 상기 제2 불순물 영역은 0.5㎛ 이내의 정션뎁스(junction depth)로 형성될 수 있다. For example, the image detecting unit 200 ion-implants N-type impurities (N−) and P-type impurities (P +) in order in the p-type carrier substrate (not shown) having a crystalline structure, and thus the first impurity region (N). -) And the second impurity region P + are formed. In addition, an ion implantation region N + may be formed by ion implanting a high concentration of n-type impurities N + under the first impurity region N−. For example, the first impurity region may be formed with a junction depth of 1.0 μm to 2.0 μm, and the second impurity region may be formed with a junction depth of 0.5 μm or less.

한편, 상기 이미지 감지부(200)는 n형 비정질 실리콘층(n-type amorphous silicon), 진성 비정질 실리콘층(intrinsic amorphous silicon) 및 p형 비정질 실리콘층(p-type amorphous silicon)으로 이루어지는 PIN 다이오드로 형성될 수도 있다. The image sensing unit 200 may be a PIN diode including an n-type amorphous silicon, an intrinsic amorphous silicon, and a p-type amorphous silicon. It may be formed.

다음으로, 상기 층간절연층(160a)의 상부로 상기 캐리어 기판의 상기 이온주입영역(N+)이 마주되도록 위치시킨 후 본딩공정을 진행하여 상기 반도체 기판(100)과 상기 캐리어 기판을 결합시킨다. 이후, 상기 층간절연층(160) 상에 본딩된 상기 이미지 감지부(200)가 노출되도록 클리빙 공정(Cleaving) 공정에 의하여 캐리어 기판을 제거한다. Next, the ion implantation region N + of the carrier substrate is positioned to face the interlayer insulating layer 160a, and a bonding process is performed to bond the semiconductor substrate 100 and the carrier substrate. Thereafter, the carrier substrate is removed by a cleaving process so that the image sensing unit 200 bonded on the interlayer insulating layer 160 is exposed.

실시예에 의하면, 상기 이미지 감지부(200)가 리드아웃 회로(120) 상측에 위치하는 3차원 이미지센서를 채용하여 필팩터를 높이면서, 이미지 감지부(200)의 디펙트를 방지할 수 있다.According to an embodiment, the image sensing unit 200 may employ a three-dimensional image sensor positioned above the readout circuit 120 to increase the fill factor and prevent defects of the image sensing unit 200. .

또한, 상기 제1 불순물 영역(N-)의 두께가 상기 제2 불순물 영역(P+)의 두께보다 두껍게 형성됨으로써 차지 스토링 캐패시티를 증가시킬 수 있다. 즉, N-층을 더 두껍게 형성하여 면적을 확장시킴으로써 광전자를 함유할 수 있는 캐패시티(capacity)를 향상시킬 수 있다. In addition, since the thickness of the first impurity region N− is greater than the thickness of the second impurity region P +, the charge storage capacity may be increased. That is, by forming the N-layer thicker to expand the area, it is possible to improve the capacity (capacity) that may contain the optoelectronic.

또한, 디싱영역(155)이 제거된 제4 메탈컨택(154a)을 포함하는 층간절연층(160a) 상에 이미지 감지부(200)가 형성되므로 상기 이미지 감지부(200)와 상기 제4 메탈컨택(154a)이 전기적 접속이 효과적으로 이루어질 수 있다.In addition, since the image sensing unit 200 is formed on the interlayer insulating layer 160a including the fourth metal contact 154a from which the dishing region 155 is removed, the image sensing unit 200 and the fourth metal contact are formed. This electrical connection can be effectively made 154a.

도 10을 참조하여, 상기 이미지 감지부(200)가 픽셀 영역에만 형성되도록 식각공정이 진행될 수 있다. 따라서 주변 영역에 해당하는 배선(150) 및 층간절연층(160a)이 노출될 수 있다. Referring to FIG. 10, an etching process may be performed such that the image sensing unit 200 is formed only in the pixel area. Therefore, the wiring 150 and the interlayer insulating layer 160a corresponding to the peripheral area may be exposed.

도시되지는 않았지만, 추가적으로 상기 이미지 감지부(200)에 소자분리 영역을 성한 다음 상부전극, 컬러필터 및 마이크로 렌즈 형성공정이 진행될 수 있다. Although not shown, the device isolation region may be additionally formed in the image sensing unit 200, and then an upper electrode, a color filter, and a micro lens forming process may be performed.

<제2 실시예>Second Embodiment

도 17은 제2 실시예에 따른 이미지센서를 나타내는 도면이다.17 is a diagram illustrating an image sensor according to a second embodiment.

제2 실시예에 따른 이미지센서는, 리드아웃 회로(120)를 포함하는 반도체 기판(100); 상기 반도체 기판(100) 상에 형성된 복수의 배선(150)을 포함하는 층간절연층(160); 상기 층간절연층(160) 상에 형성된 결정형 반도체층(300a); 상기 배선(150)이 노출되도록 상기 층간절연층(160) 및 결정형 반도체층(300a)에 형성된 비아홀(310); 상기 비아홀(310) 내부에 형성된 메탈컨택(354a); 및 상기 메탈컨 택(354a)을 포함하는 결정형 반도체층(300) 상에 형성된 이미지 감지부(200)를 포함한다. The image sensor according to the second embodiment includes a semiconductor substrate 100 including a readout circuit 120; An interlayer insulating layer 160 including a plurality of wirings 150 formed on the semiconductor substrate 100; A crystalline semiconductor layer 300a formed on the interlayer insulating layer 160; A via hole 310 formed in the interlayer insulating layer 160 and the crystalline semiconductor layer 300a to expose the wiring 150; A metal contact 354a formed in the via hole 310; And an image detector 200 formed on the crystalline semiconductor layer 300 including the metal contact 354a.

상기 결정형 반도체층(300a) 및 이미지 감지부(200)는 결정형 구조의 실리콘층으로 형성되어 상기 결정형 반도체층(300a)과 이미지 감지부(200)의 접합면은 견고할 수 있다.The crystalline semiconductor layer 300a and the image sensing unit 200 may be formed of a silicon layer having a crystalline structure, and thus the junction surface of the crystalline semiconductor layer 300a and the image sensing unit 200 may be firm.

도 17의 도면 부호 중 미설명 도면부호는 이하 제조방법에서 설명하기로 한다 Unexplained reference numerals among the reference numerals of FIG. 17 will be described in the following manufacturing method.

이하, 도 11 내지 도 17을 참조하여 제2 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법을 설명한다 제2 실시예의 설명에 있어서 제1 실시예와 동일한 구성요소는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한, 제1 실시예와 동일한 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다. Hereinafter, a method of manufacturing the image sensor according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 11 to 17. In the description of the second embodiment, the same reference numerals are used for the same components as those of the first embodiment. In addition, the description of the same components as in the first embodiment will be omitted.

도 11을 참조하여, 리드아웃 회로(120)가 형성된 반도체 기판(100) 상에 배선(150) 및 층간절연층(160)이 형성된다. 상기 반도체 기판(100)에 형성된 리드아웃 회로(120)와 제1 메탈컨택(151a), 제1 메탈(151), 제2 메탈(152), 제3 메탈(153) 형성은 제1 실시예와 동일하므로 이에 대한 설명을 생략하기로 한다. Referring to FIG. 11, a wiring 150 and an interlayer insulating layer 160 are formed on the semiconductor substrate 100 on which the readout circuit 120 is formed. The formation of the lead-out circuit 120, the first metal contact 151a, the first metal 151, the second metal 152, and the third metal 153 formed on the semiconductor substrate 100 may be different from those of the first embodiment. Since it is the same, a description thereof will be omitted.

따라서, 도 10에 도시된 바와 같이 상기 반도체 기판(100) 상에 형성된 상기 배선(150)은 제3 메탈(153)까지 형성된 상태이다. Therefore, as shown in FIG. 10, the wiring 150 formed on the semiconductor substrate 100 is formed to the third metal 153.

다음으로, 상기 층간절연층(160) 상에 결정형 웨이퍼(300)가 형성된다. 예를 들어, 상기 결정형 웨이퍼(300)는 단결정 또는 다결정의 실리콘층일 수 있다. Next, the crystalline wafer 300 is formed on the interlayer insulating layer 160. For example, the crystalline wafer 300 may be a single crystal or polycrystalline silicon layer.

상기 결정형 웨이퍼(300)는 상기 층간절연층(160)과 본딩공정에 의하여 결합 될 수 있다. 한편, 상기 결정형 웨이퍼(300)와 상기 층간절연층(160)을 본딩하기 전에 플라즈마 액티베이션에 의해 본딩되는 면의 표면에너지를 높임으로써 본딩을 진행할 수 있다. The crystalline wafer 300 may be combined with the interlayer insulating layer 160 by a bonding process. Meanwhile, before bonding the crystalline wafer 300 and the interlayer insulating layer 160, the bonding may be performed by increasing the surface energy of the surface bonded by plasma activation.

한편, 본딩력을 향상시키기 위해 본딩 계면에 절연층, 금속층 등을 게재하여 본딩을 진행할 수도 있다. Meanwhile, in order to improve the bonding force, bonding may be performed by placing an insulating layer, a metal layer, or the like on the bonding interface.

도 12를 참조하여, 상기 제3 메탈(153)을 노출시키도록 상기 결정형 웨이퍼(300) 및 층간절연층(160)에 비아홀(310)이 형성된다. 상기 비아홀(310)은 선택적 식각공정에 의하여 상기 결정형 웨이퍼(300) 및 층간절연층(160)의 일부를 제거함으로써 형성될 수 있다. 따라서, 상기 비아홀(310)에 의하여 상기 제3 메탈(153)이 선택적으로 노출될 수 있다. 12, a via hole 310 is formed in the crystalline wafer 300 and the interlayer insulating layer 160 to expose the third metal 153. The via hole 310 may be formed by removing a portion of the crystalline wafer 300 and the interlayer insulating layer 160 by a selective etching process. Therefore, the third metal 153 may be selectively exposed by the via hole 310.

도 13을 참조하여, 상기 제3 메탈(153)과 전기적으로 연결되도록 상기 비아홀(310) 내부에 비아컨택(354)이 형성된다. 상기 비아컨택(354)은 상기 비아홀(310)이 갭필되도록 상기 결정형 웨이퍼(300) 상에 텅스텐과 같은 금속층(미도시)을 증착한 후 평탄화 공정을 진행하여 형성할 수 있다. Referring to FIG. 13, a via contact 354 is formed in the via hole 310 to be electrically connected to the third metal 153. The via contact 354 may be formed by depositing a metal layer such as tungsten (not shown) on the crystalline wafer 300 so as to gap fill the via hole 310 and then planarizing the same.

이때, 상기 비아컨택(354)에 대한 평탄화 공정은 CMP 공정이 사용되는데, CMP 공정 시 상기 비아컨택(354)에 디싱(Dishing)영역(355)이 형성된다. 즉, CMP 공정 시 물질간의 경도에 따라 폴리싱(Polishing)되는 비율이 달라지게 되므로 상기 비아컨택(354) 상에 움푹 파인 형태의 디싱영역(355)이 형성되는 것이다. In this case, the planarization process for the via contact 354 is a CMP process, and a dishing region 355 is formed in the via contact 354 during the CMP process. That is, since the polishing rate varies according to the hardness between materials during the CMP process, a dishing area 355 having a recessed shape is formed on the via contact 354.

상기와 같이 비아컨택(354)에 디싱영역(355)이 형성되면 상기 비아컨택(354) 상에 형성되는 이미지 감지부(200)와의 전기적 접촉이 이루어지지 않게되어 소자에 에러가 발생될 수 있으므로 상기 디싱영역(355)에 대한 제거공정이 요구된다. As described above, when the dishing region 355 is formed in the via contact 354, electrical contact with the image sensing unit 200 formed on the via contact 354 may not be performed, and an error may occur in the device. The removal process for the dishing area 355 is required.

도 14 및 도 15를 참조하여, 상기 결정형 웨이퍼(300)에 대한 이온주입공정을 진행하여 상기 결정형 웨이퍼(300) 내부에 수소주입층(380)이 형성된다. 14 and 15, a hydrogen injection layer 380 is formed inside the crystalline wafer 300 by performing an ion implantation process on the crystalline wafer 300.

상기 수소주입층(380)은 상기 디싱영역(355) 하부에 해당하는 결정형 웨이퍼(300) 내부에 전체적으로 형성될 수 있다. 상기 수소주입층(380)은 수소이온(H2)을 사용하여 이온주입공정을 실행함으로써 원하는 영역에 형성될 수 있다. 즉, 이온주입공정 시 이온주입 에너지를 컨트롤하여 상기 수소이온(H2)은 상기 디싱영역(355)의 하부에 해당하는 결정형 웨이퍼(300) 내부에 수평방향으로 형성될 수 있다. 추가적으로, 열처리 공정을 진행하여 상기 수소주입층(380)을 수소기체층으로 변하게 할 수도 있다.The hydrogen injection layer 380 may be entirely formed in the crystalline wafer 300 corresponding to the lower portion of the dishing region 355. The hydrogen injection layer 380 may be formed in a desired region by performing an ion implantation process using hydrogen ions (H 2 ). That is, by controlling the ion implantation energy during the ion implantation process, the hydrogen ions (H 2 ) may be formed in the horizontal direction inside the crystalline wafer 300 corresponding to the lower portion of the dishing region 355. In addition, a heat treatment process may be performed to change the hydrogen injection layer 380 into a hydrogen gas layer.

따라서, 상기 수소주입층(380)은 상기 디싱영역(355)과 상기 제3 메탈(153) 사이에 해당하는 상기 결정형 웨이퍼(300) 내부에 형성되므로 상기 비아컨택(354)도 상기 수소주입층(380)에 의하여 구분할 수 있게 된다. 예를 들어, 상기 수소주입층(380)을 기준으로 상기 수소주입층(380) 상부에 해당하는 결정형 웨이퍼(300) 및 비아컨택(354)을 더미층(30) 및 더미컨택(355)이라고 칭한다. 즉, 상기 더미층(35)은 디싱영역(355)이 형성된 더미컨택(355)을 포함할 수 있다. Therefore, since the hydrogen injection layer 380 is formed inside the crystalline wafer 300 corresponding to the dishing region 355 and the third metal 153, the via contact 354 also includes the hydrogen injection layer ( 380). For example, the crystalline wafer 300 and the via contact 354 corresponding to the hydrogen injection layer 380 on the basis of the hydrogen injection layer 380 are referred to as a dummy layer 30 and a dummy contact 355. . That is, the dummy layer 35 may include a dummy contact 355 having a dishing area 355 formed therein.

따라서, 상기 수소주입층(380)은 기포형태로 형성되므로 상기 수소주입층(380)을 기준으로 상기 더미층(30)과 결정형 웨이퍼(300)를 용이하게 분리될 수 있는 상태가 된다. Therefore, since the hydrogen injection layer 380 is formed in a bubble shape, the dummy layer 30 and the crystalline wafer 300 may be easily separated based on the hydrogen injection layer 380.

도 16을 참조하여, 상기 더미컨택(355)을 포함하는 더미층(30)이 제거되어 상기 결정형 반도체층(300a)에 제4 메탈컨택(354a)이 형성된다. 예를 들어, 상기 더미층(35)은 상기 수소주입층(380)에 대한 클리빙(Cleaving)공정을 진행하여 제거될 수 있다. 즉, 상기 수소주입층(380)을 기준으로 상기 결정형 반도체층(300a)을 남기도록 상기 더미층(30)을 블레이드 등을 이용하여 제거할 수 있다. Referring to FIG. 16, the dummy layer 30 including the dummy contact 355 is removed to form a fourth metal contact 354a on the crystalline semiconductor layer 300a. For example, the dummy layer 35 may be removed by performing a cleaving process on the hydrogen injection layer 380. That is, the dummy layer 30 may be removed using a blade or the like so as to leave the crystalline semiconductor layer 300a based on the hydrogen injection layer 380.

상기 클리빙 공정에 의하여 물리적으로 상기 수소주입층(380) 및 더미층(30)이 제거되면 상기 결정형 반도체층(300a) 및 제4 메탈컨택(354a)의 표면은 편평한 면을 가질 수 있게 된다. 특히, 상기 디싱영역(355)이 형성된 더미컨택(355)은 상기 더미층(30)에 포함되므로, 상기 더미층(30)이 제거되면 상기 제4 메탈컨택(354a)의 표면은 편평한 형태(flat type)로 형성될 수 있게 된다. When the hydrogen injection layer 380 and the dummy layer 30 are physically removed by the cleaving process, the surfaces of the crystalline semiconductor layer 300a and the fourth metal contact 354a may have a flat surface. In particular, since the dummy contact 355 having the dishing area 355 is included in the dummy layer 30, when the dummy layer 30 is removed, the surface of the fourth metal contact 354a is flat. type).

도 17을 참조하여, 상기 결정형 반도체층(300a) 상에 이미지 감지부(200)가 형성된다. 상기 이미지 감지부(200)는 상기 결정형 반도체층(300a)과 본딩공정에 의하여 결합될 수 있다. Referring to FIG. 17, an image detector 200 is formed on the crystalline semiconductor layer 300a. The image sensing unit 200 may be coupled to the crystalline semiconductor layer 300a by a bonding process.

상기 이미지 감지부(200)는 결정형의 웨이퍼에 불순물을 이온주입하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 이미지 감지부(200)는 제1 불순물 영역(N-) 및 제2 불순물 영역(P+)으로 이루어져 PN접합의 포토다이오드 구조를 가질 수 있다. 또한, 상기 제1 불순물 영역(N-)의 하부에는 이온주입영역(N+)이 형성될 수 있다. 상기 이온주입영역(N+)은 오믹컨택의 역할을 할 수 있다.The image detector 200 may be formed by ion implanting impurities into a crystalline wafer. For example, the image detector 200 may be formed of a first impurity region N− and a second impurity region P + to have a photodiode structure of a PN junction. In addition, an ion implantation region N + may be formed under the first impurity region N−. The ion implantation region N + may serve as an ohmic contact.

상기와 같이 형성된 이미지 감지부(200)는 상기 결정형 반도체층(300a)에 본딩공정에 의하여 결합된다. 특히, 상기 이미지 감지부(200)와 상기 결정형 반도체 층(300a)은 동일한 물질로 형성되므로 그 본딩력은 견고할 수 있다. The image sensing unit 200 formed as described above is coupled to the crystalline semiconductor layer 300a by a bonding process. In particular, since the image sensing unit 200 and the crystalline semiconductor layer 300a are formed of the same material, the bonding force may be strong.

또한, 디싱영역(155)이 제거된 제4 메탈콘택(354a)을 포함하는 결정형 반도체층(300a) 상에 이미지 감지부(200)가 형성되므로 상기 이미지 감지부(200)와 상기 제4 메탈컨택(354a)이 전기적 접속이 효과적으로 이루어질 수 있다. In addition, since the image sensing unit 200 is formed on the crystalline semiconductor layer 300a including the fourth metal contact 354a from which the dishing region 155 is removed, the image sensing unit 200 and the fourth metal contact. This electrical connection can be effectively made 354a.

이상에서 설명한 실시예는 전술한 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 실시예의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. The above-described embodiments are not limited to the above-described embodiments and drawings, and it is common in the technical field to which the present embodiments belong that various changes, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the present embodiments. It will be apparent to those who have

도 1 내지 도 9는 제1 실시예에 따른 이미지센서의 제조공정을 나타내는 단면도이다.1 to 9 are sectional views showing the manufacturing process of the image sensor according to the first embodiment.

도 10 내지 도 16은 제2 실시예에 따른 이미지센서의 제조공정을 나타내는 단면도이다. 10 to 16 are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of an image sensor according to a second embodiment.

도 17은 종래의 기술에 따른 포토차지의 덤핑구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 17 is a view schematically showing a dumping structure of a photocharge according to the prior art.

Claims (11)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 리드아웃 회로를 포함하는 반도체 기판을 형성하는 단계;Forming a semiconductor substrate comprising a readout circuit; 상기 반도체 기판 상에 복수의 배선을 포함하는 층간절연층을 형성하는 단계;Forming an interlayer insulating layer including a plurality of wirings on the semiconductor substrate; 상기 층간절연층 상에 결정형 웨이퍼를 형성하는 단계;Forming a crystalline wafer on the interlayer insulating layer; 상기 배선 중 최상부 배선이 노출되도록 상기 층간절연층 및 결정형 웨이퍼에 비아홀을 형성하는 단계;Forming a via hole in the interlayer insulating layer and the crystalline wafer to expose a topmost wiring of the wirings; 상기 비아홀이 갭필되도록 상기 결정형 웨이퍼에 금속층을 형성하는 단계;Forming a metal layer on the crystalline wafer such that the via holes are gapfilled; 상기 금속층에 대한 CMP 공정을 진행하여 표면에 디싱영역이 형성된 비아컨택을 형성하는 단계;Performing a CMP process on the metal layer to form a via contact having a dishing region formed on a surface thereof; 상기 디싱영역이 형성된 비아컨택의 일부를 포함하는 상기 결정형 웨이퍼를 수평방향으로 제거하여 편평한 표면을 갖는 결정형 반도체층 및 메탈컨택을 형성하는 단계; 및Removing the crystalline wafer including a portion of the via contact in which the dishing region is formed, in a horizontal direction to form a crystalline semiconductor layer and a metal contact having a flat surface; And 상기 메탈컨택을 포함하는 결정형 반도체층 상에 이미지 감지부를 형성하는 단계;를 포함하는 이미지센서 제조방법.And forming an image sensing unit on the crystalline semiconductor layer including the metal contact. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 결정형 웨이퍼는 상기 층간절연층에 본딩공정에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조방법.And the crystalline wafer is formed by a bonding process on the interlayer dielectric layer. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 결정형 반도체층 및 메탈컨택을 형성하는 단계는, Forming the crystalline semiconductor layer and the metal contact, 상기 결정형 웨이퍼 및 비아컨택의 내부로 수소이온을 주입하여 디싱영역의 하부에 해당하는 상기 결정형 웨이퍼 및 비아컨택에 수소주입층을 형성하는 단계; 및Implanting hydrogen ions into the crystalline wafer and the via contact to form a hydrogen injection layer on the crystalline wafer and the via contact corresponding to the lower portion of the dishing region; And 상기 수소주입층과 함께 상기 수소주입층의 상부영역에 해당하는 상기 결정형 웨이퍼 및 비아컨택을 제거하는 단계를 포함하는 이미지센서 제조방법. And removing the crystalline wafer and the via contact corresponding to the upper region of the hydrogen injection layer together with the hydrogen injection layer. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 디싱영역이 형성된 비아컨택의 일부를 포함하는 상기 결정형 웨이퍼는 클리빙 공정에 의하여 수평방향으로 제거되는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조방법.And the crystalline wafer including a portion of the via contact in which the dishing region is formed is removed in a horizontal direction by a cleaving process. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 이미지 감지부는 본딩공정에 의하여 상기 결정형 반도체층 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조방법.And the image sensing unit is formed on the crystalline semiconductor layer by a bonding process. 삭제delete 삭제delete
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