KR101016512B1 - 이미지 센서 및 이미지 센서의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법은 제1 기판에 제1 소자분리막, 리드아웃 회로가 형성되는 단계; 상기 리드아웃 회로와 연결되는 전기접합영역이 상기 제1 기판에 형성되는 단계; 상기 전기접합영역과 연결되는 제1 컨택 플러그를 포함하는 제1 층간절연막이 상기 제1 기판 위에 형성되는 단계; 및 상기 제1 컨택 플러그와 연결되는 제2 이온주입층, 상기 제2 이온주입층 위에 형성된 제1 이온주입층; 상기 제1 이온주입층의 상면 및 측면 일부에 형성된 제3 이온주입층으로 이루어지는 이미지감지부를 포함하는 제2 기판이 상기 제1 층간절연막 위에 형성되는 단계를 포함한다.
실시예에 의하면, 수직 구조를 가지는 포토다이오드의 공핍영역을 확장하여 큰 수치의 커패시턴스를 구현함으로써 전자생성율을 향상시킬 수 있다. 또한, 포토다이오드의 공핍영역이 확장되더라도 공핍영역과 소자분리막의 계면에서 발생되는 기생 전류를 최소화할 수 있으므로 포토다이오드의 다크 노이즈 특성을 개선할 수 있다.
이미지 센서, 수직 구조, 포토다이오드, 공핍영역, 커패시턴스

Description

이미지 센서 및 이미지 센서의 제조 방법{Image sensor and manufacturing method of image sensor}
실시예는 이미지 센서 및 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것이다.
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.
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.
또한, 포토다이오드의 커패시턴스를 증가시켜 전자 생성율을 증가시키는 방법이 고려되고 있으나, 커패시턴스를 증가시키기 위하여 포토다이오드의 공핍영역을 확장하는데 한계가 있으며, 포토다이오드의 후속 공정(back end process)에 의하여 형성되는 구조물에 의하여 광개구율이 저하된다.
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 상부의 다른 기판에 형성시키는 구조(참고로, "3차원 이미지센서", "PD-up CIS" 라고 지칭됨)가 시도되고 있다.
이러한 구조는, 소자분리막으로 정의된 상기 다른 기판의 포토 다이오드 영역에 n+ 영역, p-- 영역, p0 영역을 순서대로 형성함으로써 이루어진다.
이러한 구조에 의하면 광개구율을 향상시킬 수 있고, 포토다이오드의 공핍영역(p-- 영역)이 확장됨에 따라 큰 수치의 커패시턴스를 구현함으로써 높은 전자 생성율을 얻을 수 있는 장점을 갖는다.
그러나, 상기 공핍 영역(p-- 영역)이, 가령 SiO2 로 이루어진 상기 소자분리막과 넓은 계면을 이루게 되면, 기생 전류가 대량으로 발생되고 포토다이오드는 기생 전류 특성에 기인한 다크 노이즈(dark noise)에 민감해져 광감도가 저하되는 문제점이 있다.
실시예는 수직 구조의 3차원 이미지 센서에 관한 것으로서, 포토다이오드의 공핍영역과 소자분리막의 계면에서 발생되는 기생 전류를 최소화하고, 포토다이오드의 공핍영역을 확장하여 전자생성율을 향상시킬 수 있는 이미지 센서 및 이미지 센서의 제조 방법을 제공한다.
실시예에 따른 이미지 센서는 제1 소자분리막, 리드아웃 회로, 상기 리드아웃 회로와 전기적 연결된 전기접합영역이 형성된 제1 기판; 상기 전기접합영역과 전기적 연결되는 제1 컨택 플러그를 포함하고, 상기 제1 기판 위에 형성된 제1 층간절연막; 및 상기 제1 컨택 플러그와 전기적 연결되는 제2 이온주입층, 상기 제2 이온주입층 위에 형성된 제1 이온주입층; 상기 제1 이온주입층의 상면 및 측면 일부에 형성된 제3 이온주입층으로 이루어지는 이미지감지부를 포함하고, 상기 제1 층간절연막 위에 형성된 제2 기판을 포함한다.
실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법은 제1 기판에 제1 소자분리막, 리드아웃 회로가 형성되는 단계; 상기 리드아웃 회로와 전기적 연결되는 전기접합영역이 상기 제1 기판에 형성되는 단계; 상기 전기접합영역과 전기적 연결되는 제1 컨택 플러그를 포함하는 제1 층간절연막이 상기 제1 기판 위에 형성되는 단계; 및 상기 제1 컨택 플러그와 전기적 연결되는 제2 이온주입층, 상기 제2 이온주입층 위에 형성된 제1 이온주입층; 상기 제1 이온주입층의 상면 및 측면 일부에 형성된 제3 이온주입층으로 이루어지는 이미지감지부를 포함하는 제2 기판이 상기 제1 층간절연막 위에 형성되는 단계를 포함한다.
실시예에 의하면, 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 수직 구조를 가지는 포토다이오드의 공핍영역을 확장하여 큰 수치의 커패시턴스를 구현함으로써 전자생성율을 향상시킬 수 있다.
둘재, 포토다이오드의 공핍영역이 확장되더라도 공핍영역과 소자분리막의 계면에서 발생되는 기생 전류를 최소화할 수 있으므로 포토다이오드의 다크 노이즈 특성을 개선할 수 있다.
셋째, 소자분리막과의 계면에서 기생 전류가 발생되는 것을 억제하기 위하여 포토다이오드의 공핍영역에 이온주입영역을 형성함에 있어서, 수소 이온주입으로 인하여 붕소 이온을 전기적으로 충분히 활성화할 수 있다. 따라서 추가적인 고온 열처리 공정을 생략할 수 있고 기존 공정에의 적용이 수월한 효과가 있다.
넷째, 붕소 이온의 확산 효과로 인하여 포토다이오드에 적절한 농도를 가지는 P형 영역을 형성할 수 있고, 기생전류의 영향없이 전자 생성율을 최대화할 수 있으며, 이미지 센서의 광감도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
첨부된 도면을 참조하여, 실시예에 따른 이미지 센서 및 이미지 센서의 제조 방법에 관하여 상세히 설명한다.
이하, 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적 인 설명은 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되므로 본 발명의 기술적 사상과 직접적인 관련이 있는 핵심적인 구성부만을 언급하기로 한다.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
본 발명은 씨모스 이미지 센서에 한정되는 것이 아니며, 포토다이오드가 필요한 이미지 센서에 적용 가능하다.
이하, 실시예를 설명함에 있어서 사용되는 도핑 기호는 다음의 표와 같다.
도핑 기호 n++/p++ n+/p+ n0/p0 n-/p- n--/p--
도핑 레벨(개수/cm3) 119 초과 119 118 117 117 미만
도 1은 제1 실시예에 따른 이미지 센서의 구조를 도시한 측단면도이다.
도 1을 참조하면, 제1 실시예에 따른 이미지 센서는 게이트 전극(122), 게이트 절연막(124), 부유확산층(110), 전기접합영역(130), 제1 소자분리막(140)이 형성된 제1 기판(100), 제1 컨택 플러그(210)가 형성된 제1 층간절연막(200), 상기 제1 층간절연막(200) 위에 형성된 제2 이온주입층(310a), 상기 제2 이온주입층(310a) 위에 형성된 제1 이온주입층(320a), 상기 제1 이온주입층(320a) 상에 형성된 제3 이온주입층(320b), 제2 층간절연막(400a), 제2 컨택 플러그(500)를 포함하여 이루어진다.
상기 제1 이온주입층(320a), 상기 제2 이온주입층(310a), 상기 제3 이온주입층(320b)은 활성 실리콘 기판인 제2 기판(도 2 참조; 300)에 형성된 것으로서, 이미지감지부를 이룬다.
상기 제2 기판(300)은 상기 제1 층간절연막(200) 위에 본딩됨으로써 도 1과 같은 형태를 이룬다.
이하, 상기 제1 이온주입층(320a), 상기 제2 이온주입층(310a) 및 상기 제3 이온주입층(320b)은 경우에 따라 "이미지감지부"라 칭하기로 한다.
상기 이미지감지부는 포토다이오드일 수 있으나 이에 한정되는 것이 아니며, 포토게이트, 포토다이오드와 포토게이트의 결합 형태 등이 될 수 있다.
또한, 실시예는 상기 이미지감지부가 결정형 반도체기판에 형성된 것으로 하였으나 이에 한정되는 것이 아니며 비정질 반도체기판에 형성된 것을 포함한다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 제1 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법에 대하여 설명한다.
우선, 도 1을 참조하면, 제1 도전형 제1 기판(100)에 제1 소자분리막(140)을 형성하여 액티브 영역을 정의하고, 상기 액티브 영역에 리드아웃 회로를 형성한다.
상기 제1 도전형 제1 기판(100)으로는 p형 실리콘 기판이 사용될 수 있다.
예를 들어, 상기 리드아웃 회로는 트랜스퍼(Tx) 트랜지스터, 리셋(Rx) 트랜지스터, 드라이브(Dx) 트랜지스터, 셀렉트(Sx) 트랜지스터를 포함하여 형성될 수 있다.
실시예에서는, 리드아웃 회로 중 트랜스퍼 트랜지스터 영역만을 예로 들어 설명한다.
상기 제1 기판(100)의 리드아웃 회로 영역에 트랜스퍼 트랜지스터를 위한 게이트 절연막(124), 게이트 전극(122)을 순서대로 형성하고, 리셋 트랜지스터의 게이트 전극(미도시됨)과 상기 게이트 전극(122) 사이의 상기 제1 기판(100) 영역에 부유확산(FD; Floating Diffusion)층(110)을 형성한다.
이 단계에서, 각 트랜지스터의 소스/드레인 영역(미도시됨)을 형성할 수 있으며, 노이즈 제거회로(미도시됨)를 추가하여 이미지 센서의 감도를 향상시킬 수 있다.
이어서, 상기 게이트 전극(122)과 상기 제1 소자분리막(140) 사이의 상기 제1 기판(100) 영역에 상기 전기접합영역(130)을 형성한다.
상기 전기접합영역(130)은 상기 게이트 전극(122) 양단의 소스/드레인 간에 전압차(Potential Difference)를 발생시키고, 포토 차지(Photo Charge)의 덤핑(Dumping)이 가능하게 함으로써 출력이미지의 감도를 높인다.
가령, 상기 전기접합영역(130)은 중간 농도의 n형 불순물 이온(n0)이 도핑됨으로써 형성될 수 있다.
상기 전기접합영역(130)이 형성되면, 상기 제1 기판(100) 위에 제1 층간절연막(200)을 형성하고, 비아홀 공정 및 금속 매립 공정을 진행하여 상기 전기접합영역(130)과 상기 제1 층간절연막(200)의 상부 구조물을 전기적으로 접속시키는 제1 컨택 플러그(210)를 형성한다.
도 1에는, 단일층 구조의 상기 제1 층간절연막(200) 및 상기 제1 컨택 플러그(210)만이 도시되었으나, 이는 다수의 적층 구조를 가질 수 있다.
다음으로, 제1 도전형 제2 기판을 이용하여 상기 이미지감지부를 형성한다.
도 2는 제1 실시예에 따른 제2 기판(300)의 구조를 도시한 측단면도이다.
상기 제2 기판(300)은 웨이퍼 상태의 활성 실리콘 기판일 수 있으며, 상기 제2 기판(300)에 제1 불순물 이온을 주입하여 제1 이온주입층(320)을 형성한다. 상기 제2 기판(300)은 p형 기판이고, 상기 제1 불순물 이온은 저농도의 p형 불순물 이온(p--)으로서 고에너지로 주입될 수 있다.
이어서, 상기 제2 기판(300)에 제2 불순물 이온을 주입하여 제2 이온주입층(310)을 형성한다. 상기 제2 불순물 이온은 고농도의 n형 불순물 이온(n+)으로서 저에너지로 주입될 수 있다.
이렇게 이온 주입 에너지가 차별화되므로, 상기 제1 이온주입층(320)은 상기 제2 이온주입층(310)보다 깊은 깊이를 가질 수 있다.
상기 제1 이온주입층(320)과 상기 제2 이온주입층(310)이 이미지감지부를 이룬다.
이후, 상기 제1 이온주입층(320)과 상기 제2 이온주입층(310)의 전기적 활성화를 위하여 RTP(Rapid Thermal Processing)와 같은 열처리 공정을 진행한다.
열처리 공정이 진행된 후, 상기 제1 이온주입층(320) 밑의 상기 제2 기판(300) 영역 중 상부 영역에 제3 불순물 이온을 주입하여 이미지감지부의 분할영역(PD cleavage)(332)을 형성하고, 상기 분할 영역(332)을 기준으로 상기 제1 이온주입층(320) 밑의 상기 제2 기판(300)의 나머지 부분(330)을 블레이드 등을 이용하여 분리한다.
상기 제3 불순물 이온으로는 수소 이온이 이용될 수 있다.
또한, 상기 제1 불순물 이온, 상기 제2 불순물 이온, 상기 제3 불순물 이온은 마스크 없이 상기 제2 기판(300) 전면에 블랭킷(blanket) 방식으로 이온주입될 수 있다.
이후, 밑부분이 제거된 상기 제2 기판(300)을 뒤집어 상기 제1 기판(100)위의 상기 제1 층간절연막(200)에 결합한다.
이로써, 상기 이미지감지부가 리드아웃 회로의 상측에 위치되는 수직형 3차원 구조의 이미지 센서를 이룰 수 있다. 따라서, 실시예에 의하면 상기 이미지감지부의 필팩터를 높이고 포토다이오드의 후속 공정(back end process)에 의하여 형성되는 구조물에 의하여 광개구율이 저하되는 현상을 방지할 수 있다.
도 3은 제1 실시예에 따른 제1 기판(100)과 제2 기판(300)이 결합된 형태를 도시한 측단면도이다.
상기 제2 이온주입층(310)은 상기 제1 컨택 플러그(210)와 접촉되며, 상기 제1 기판(100)과 상기 제2 기판(300)이 본딩되기 전에 플라즈마에 의한 액티베이션을 진행하여 본딩면의 표면에너지를 높임으로써 두 기판(100, 300)의 본딩을 진행할 수 있다. 또한, 상기 두 기판(100, 300)의 본딩력을 향상시키기 위하여 본딩 계면에 절연층, 금속층 등을 개제하여 본딩을 진행할 수도 있다.
상기 제1 기판(100)과 상기 제2 기판(300)이 결합된 후, 상기 제1 이온주입층(320) 위에 산화막 및 질화막(미도시됨)을 순서대로 증착하고, 제2 소자분리막을 정의하는 포토레지스트 패턴을 형성한다.
이후, 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여 제1 식각 공정을 처리함으로써 상기 제2 소자분리막이 형성될 영역을 노출시키도록 상기 산화막과 상기 질화막을 식각한다.
도 4는 제1 실시예에 따른 제2 기판(300)에 제3 이온주입층(320b)이 형성된 후의 형태를 도시한 측단면도이다.
이어서, 상기 식각된 산화막 및 질화막을 식각 마스크로 이용하여 상기 제1 이온주입층(320)과 상기 제2 이온주입층(310)의 제2 식각 공정을 처리함으로써 상기 제2 소자분리막이 형성될 트랜치(400)를 형성한다.
이로써, 도 4에 도시된 것과 같이, 마름모꼴의 이미지감지부 형태를 갖춘 상기 제1 이온주입층(320a)과 상기 제2 이온주입층(310a)이 형성된다.
상기 트랜치(400)가 형성되면, 상기 포토레지스트 패턴, 상기 산화막 및 상기 질화막을 제거한다.
이후, 상기 트랜치(400) 측벽을 통하여 노출된 상기 제1 이온주입층(320a)의 측면과 상기 제1 이온주입층(320a)의 상면에 제4 불순물 이온과 제5 불순물 이온을 함께 도핑시킨다.
상기 제4 불순물 이온과 상기 제5 불순물 이온이 도핑됨으로써 상기 제1 이온주입층(320a)의 상면 및 측면 일부에 소정 두께를 가지는 제3 이온주입층(320b)이 형성될 수 있다.
실시예에서, 상기 제4 불순물 이온과 상기 제5 불순물 이온은 상기 제1 불순물 이온과 상기 제2 불순물 이온의 중간 정도의 농도를 가지는 p형 불순물 이온(p0)으로 주입될 수 있다.
또한, 상기 제4 불순물 이온은 붕소 이온이고, 상기 제5 불순물 이온은 수소 이온일 수 있다.
도 1을 참조하면, 점선 표시 영역의 내부 영역이 공핍 영역으로서, 공핍 영역이 확장됨과 동시에, 이후 상기 트랜치에 형성될 제2 소자분리막과의 계면이 상기 제3 이온주입층(320b)에 의하여 분리됨으로써 전자생성률을 증가시키는 커패시턴스를 높이고, 상기 계면 상에서 발생되는 기생 전류를 제거할 수 있다.
이와 같이, 기생 전류의 발생이 억제됨으로써 다크 노이즈 현상이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 붕소 이온과 상기 수소 이온이 함께 주입됨으로써 붕소 이온의 전기적 활성화가 수소 이온에 의하여 자연스럽게 이루어진다. 따라서, 붕소 이온의 활성화를 위한 별도의 고온 열처리 공정이 필요치 않으며, 전처리(Front-End) 공정에서 형성된 반도체 구조물에 영향이 가해지는 현상을 방지할 수 있다.
참고로, 상기 제3 이온주입층(320b)은 450℃ 이하의 저온에서 형성될 수 있다.
또한, 상기 수소 이온은 붕소 이온의 확산을 야기시킴으로써, 상기 제3 이온주입층(320b)이 상기 이미지감지부의 공핍영역과 상기 제2 소자분리막 사이에 최적의 농도 및 두께를 가지도록 하여 형성될 수 있도록 한다.
도 1을 참조하여 계속 설명하면, 상기 트랜치(400)가 매립되도록 하여 상기 제3 이온주입층(320b)를 포함하는 상기 제1 층간절연막(200) 위에 절연층을 형성하고, 절연층의 표면을 CMP(Chemical Mechanical Polishing)와 같은 연마 공정을 통하여 평탄화한다.
상기 트랜치에 매립된 절연층은 제2 소자분리막으로 기능되고, 상기 제3 이온주입층 위에 형성된 절연층은 제2 층간절연막(400a)으로 기능된다.
또한, 상기 절연층은 상기 제3 이온주입층으로 입사되는 광을 차단하지 않도록 옥사이드와 같은 투명한 재질로 이루어질 수 있다.
최종적으로, 비아홀 공정 및 금속 매립 공정을 진행하여 상기 제3 이온주입층(320b)과 연결되는 제2 컨택 플러그(500)를 상기 제2 층간절연막(400a)에 형성한다.
이하, 제2 실시예에 따른 이미지 센서에 대하여 설명한다.
도 5는 제2 실시예에 따른 제2 기판(800)의 구조를 도시한 측단면도이고, 도 6은 제2 실시예에 따른 이미지 센서의 구조를 도시한 측단면도이다.
도 6을 참조하면, 제2 실시예에 따른 이미지 센서는 게이트 전극(622), 게이트 절연막(624), 부유확산층(610), 전기접합영역(630), 제1 소자분리막(640)이 형성된 제1 기판(600), 제1 컨택 플러그(710)가 형성된 제1 층간절연막(700), 상기 제1 층간절연막(700) 위에 형성된 제2 이온주입층(810a), 상기 제2 이온주입층(810a) 위에 형성된 제1 이온주입층(820a), 상기 제1 이온주입층(820a) 상에 형성된 제3 이온주입층(820b), 제2 층간절연막(900), 제2 컨택 플러그(910)를 포함하여 이루어진다.
상기 제1 이온주입층(820a), 상기 제2 이온주입층(810a), 상기 제3 이온주입층(820b)은 활성 실리콘 기판인 제2 기판(800)에 형성된 것으로서, 이미지감지부를 이룬다.
제2 실시예에 따른 상기 제1 기판(600) 내지 제1 층간절연막(700) 까지의 구조는 전술한 제1 실시예와 유사하므로 반복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 5를 참조하면, 상기 제2 기판(800)에 제1 불순물 이온을 주입하여 제1 이온주입층(820)을 형성한다. 상기 제2 기판(800)은 P형 기판이고, 상기 제1 불순물 이온은 저농도의 n형 불순물 이온(n--)으로서 고에너지로 주입될 수 있다.
이어서, 상기 제2 기판(300)에 제2 불순물 이온을 주입하여 제2 이온주입층(810)을 형성한다. 상기 제2 불순물 이온은 고농도의 n형 불순물 이온(n+)으로서 저에너지로 주입될 수 있다.
이렇게 이온 주입 에너지가 차별화되므로, 상기 제1 이온주입층(820)은 상기 제2 이온주입층(810)보다 깊은 깊이를 가질 수 있다.
상기 제1 이온주입층(820)과 상기 제2 이온주입층(810)이 이미지감지부를 이룬다.
이후, 상기 제1 이온주입층(320)과 상기 제2 이온주입층(310)의 전기적 활성화를 위하여 RTP(Rapid Thermal Processing)와 같은 열처리 공정을 진행한다.
열처리 공정이 진행된 후, 상기 제1 이온주입층(820) 밑의 상기 제2 기판(800) 영역 중 상부 영역에 제3 불순물 이온을 주입하여 이미지감지부의 분할영역(PD cleavage)(832)을 형성하고, 상기 분할 영역(332)을 기준으로 상기 제1 이온주입층(820) 밑의 상기 제2 기판(800)의 나머지 부분을 블레이드 등을 이용하여 분리한다.
상기 제3 불순물 이온으로는 수소 이온이 이용될 수 있다.
또한, 상기 제1 불순물 이온, 상기 제2 불순물 이온, 상기 제3 불순물 이온은 마스크 없이 상기 제2 기판(800) 전면에 블랭킷(blanket) 방식으로 이온주입될 수 있다.
다음으로, 밑부분이 제거된 상기 제2 기판(800)을 뒤집어 상기 제1 기판(600)위의 상기 제1 층간절연막(700)에 결합한다.
이후, 제2 소자분리막을 위한 트랜치를 형성하는 단계를 전술한 제1 실시예와 같이 진행하고, 마름모꼴의 상기 제1 이온주입층(820a)과 상기 제2 이온주입층(810a)이 형성되면 상기 제3 이온주입층(820b)을 형성한다.
제2 실시예에 따른 상기 제3 이온주입층(820b)의 형성 과정, 상기 제2 층간절연막(900)의 형성과정, 상기 제2 컨택 플러그(910)의 형성 과정은 전술한 제1 실시예와 유사하므로 반복되는 설명은 생략하기로 한다.
이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 제1 실시예에 따른 이미지 센서의 구조를 도시한 측단면도.
도 2는 제1 실시예에 따른 제2 기판의 구조를 도시한 측단면도.
도 3은 제1 실시예에 따른 제1 기판과 제2 기판이 결합된 형태를 도시한 측단면도.
도 4는 제1 실시예에 따른 제2 기판에 제3 이온주입층이 형성된 후의 형태를 도시한 측단면도.
도 5는 제2 실시예에 따른 제2 기판의 구조를 도시한 측단면도.
도 6은 제2 실시예에 따른 이미지 센서의 구조를 도시한 측단면도.

Claims (19)

  1. 제1 기판에 제1 소자분리막, 리드아웃 회로가 형성되는 단계;
    상기 리드아웃 회로와 전기적 연결되는 전기접합영역이 상기 제1 기판에 형성되는 단계;
    상기 전기접합영역과 전기적 연결되는 제1 컨택 플러그를 포함하는 제1 층간절연막이 상기 제1 기판 위에 형성되는 단계; 및
    상기 제1 컨택 플러그와 전기적 연결되는 제2 이온주입층, 상기 제2 이온주입층 위에 형성된 제1 이온주입층; 상기 제1 이온주입층의 상면 및 측면 일부에 형성된 제3 이온주입층으로 이루어지는 이미지감지부를 포함하는 제2 기판이 상기 제1 층간절연막 위에 형성되는 단계;를 포함하고,
    상기 제2 기판이 형성되는 단계는
    상기 제2 기판의 상측으로부터 제1 불순물 이온을 주입하여 상기 제1 이온주입층을 형성하는 단계;
    상기 제2 기판의 상측으로부터 제2 불순물 이온을 주입하여 상기 제1 이온주입층보다 얕은 깊이의 제2 이온주입층을 형성하는 단계;
    상기 제2 기판이 뒤집혀 상기 제1 층간절연막 위에 결합되는 단계;
    상기 제1 이온주입층 및 상기 제2 이온주입층의 일부가 식각되어 제2 소자분리막 영역을 정의하는 트랜치가 형성되는 단계;
    상기 제1 이온주입층의 측면 및 상면에 제4 불순물 이온 및 제5 불순물 이온이 주입되어 상기 제3 이온주입층이 형성되는 단계;를 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 리드아웃 회로가 형성되는 단계는
    트랜스퍼 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 드라이브 트랜지스터, 셀렉트 트랜지스터 중 하나 이상의 트랜지스터의 게이트 절연막이 형성되는 단계;
    상기 게이트 절연막 위에 게이트 전극이 형성되는 단계; 및
    소스 영역 및 드레인 영역이 형성되는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 중 적어도 하나는
    p형 실리콘 기판인 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 컨택 플러그 및 상기 제1 층간절연막은
    다수의 적층 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2 기판이 상기 제1 층간절연막에 결합되는 단계는
    상기 제1 이온주입층 밑의 상기 제2 기판의 상부에 제3 불순물 이온을 주입하여 분할영역을 형성하는 단계; 및
    상기 분할영역을 기준으로 불순물 이온이 주입되지 않은 밑부분의 상기 제2 기판을 제거하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제3 불순물 이온은
    수소 이온을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 불순물 이온, 상기 제4 불순물 이온, 상기 제5 불순물 이온은 p형 불순물 이온이고, 상기 제2 불순물 이온은 n형 불순물 이온이며, 상기 전기접합영역은 n형 불순물 이온이 도핑되고,
    상기 제1 불순물 이온은 상기 전기접합영역보다 낮은 도핑 농도를 가지고, 상기 제2 불순물 이온은 상기 전기접합영역보다 높은 도핑 농도를 가지며, 상기 제4 불순물 이온과 상기 제5 불순물 이온은 상기 전기접합영역과 동일한 레벨의 도핑 농도를 가지는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제4 불순물 이온, 상기 제5 불순물 이온은 p형 불순물 이온이고, 상기 제1 불순물 이온, 상기 제2 불순물 이온은 n형 불순물 이온이며, 상기 전기접합영역은 n형 불순물 이온이 도핑되고,
    상기 제1 불순물 이온은 상기 전기접합영역보다 낮은 도핑 농도를 가지고, 상기 제2 불순물 이온은 상기 전기접합영역보다 높은 도핑 농도를 가지며, 상기 제4 불순물 이온과 상기 제5 불순물 이온은 상기 전기접합영역과 동일한 레벨의 도핑 농도를 가지는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제4 불순물 이온은 붕소 이온을 포함하고, 상기 제5 불순물 이온은 수소 이온을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 트랜치가 매립되도록 하여 상기 제3 이온주입층 위에 제2 층간절연막이 형성되는 단계;
    상기 제3 이온주입층과 전기적 연결되는 제2 컨택 플러그가 상기 제2 층간절연막에 형성되는 단계를 더 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
  12. 제1 소자분리막, 리드아웃 회로, 상기 리드아웃 회로와 전기적 연결된 전기접합영역이 형성된 제1 기판;
    상기 전기접합영역과 전기적 연결되는 제1 컨택 플러그를 포함하고, 상기 제1 기판 위에 형성된 제1 층간절연막; 및
    상기 제1 컨택 플러그와 전기적 연결되는 제2 이온주입층, 상기 제2 이온주입층 위에 형성된 제1 이온주입층; 상기 제1 이온주입층의 상면 및 측면 일부에 형성된 제3 이온주입층으로 이루어지는 이미지감지부를 포함하고, 상기 제1 층간절연막 위에 형성된 제2 기판;을 포함하며,
    상기 제1 이온주입층, 상기 제3 이온주입층은 p형 불순물 이온이 도핑되고, 상기 제2 이온주입층, 상기 전기접합영역은 n형 불순물 이온이 도핑되며,
    상기 제1 이온주입층은 상기 전기접합영역보다 낮은 도핑 농도를 가지고, 상기 제2 이온주입층은 상기 전기접합영역보다 높은 도핑 농도를 가지며, 상기 제3 이온주입층은 상기 전기접합영역과 동일한 레벨의 도핑 농도를 가지는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 중 적어도 하나는
    p형 실리콘 기판인 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  14. 제12항에 있어서, 상기 제1 컨택 플러그 및 상기 제1 층간절연막은
    다수의 적층 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  15. 삭제
  16. 제1 소자분리막, 리드아웃 회로, 상기 리드아웃 회로와 전기적 연결된 전기접합영역이 형성된 제1 기판;
    상기 전기접합영역과 전기적 연결되는 제1 컨택 플러그를 포함하고, 상기 제1 기판 위에 형성된 제1 층간절연막; 및
    상기 제1 컨택 플러그와 전기적 연결되는 제2 이온주입층, 상기 제2 이온주입층 위에 형성된 제1 이온주입층; 상기 제1 이온주입층의 상면 및 측면 일부에 형성된 제3 이온주입층으로 이루어지는 이미지감지부를 포함하고, 상기 제1 층간절연막 위에 형성된 제2 기판;을 포함하며,
    상기 제3 이온주입층은 p형 불순물 이온이 도핑되고, 상기 제1 이온주입층, 상기 제2 이온주입층, 상기 전기접합영역은 n형 불순물 이온이 도핑되며,
    상기 제1 이온주입층은 상기 전기접합영역보다 낮은 도핑 농도를 가지고, 상기 제2 이온주입층은 상기 전기접합영역보다 높은 도핑 농도를 가지며, 상기 제3 이온주입층은 상기 전기접합영역과 동일한 레벨의 도핑 농도를 가지는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  17. 제1 소자분리막, 리드아웃 회로, 상기 리드아웃 회로와 전기적 연결된 전기접합영역이 형성된 제1 기판;
    상기 전기접합영역과 전기적 연결되는 제1 컨택 플러그를 포함하고, 상기 제1 기판 위에 형성된 제1 층간절연막; 및
    상기 제1 컨택 플러그와 전기적 연결되는 제2 이온주입층, 상기 제2 이온주입층 위에 형성된 제1 이온주입층; 상기 제1 이온주입층의 상면 및 측면 일부에 형성된 제3 이온주입층으로 이루어지는 이미지감지부를 포함하고, 상기 제1 층간절연막 위에 형성된 제2 기판;을 포함하며,
    상기 제3 이온주입층은
    2개 이상의 p형 불순물 이온이 함께 도핑된 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  18. 제1 소자분리막, 리드아웃 회로, 상기 리드아웃 회로와 전기적 연결된 전기접합영역이 형성된 제1 기판;
    상기 전기접합영역과 전기적 연결되는 제1 컨택 플러그를 포함하고, 상기 제1 기판 위에 형성된 제1 층간절연막; 및
    상기 제1 컨택 플러그와 전기적 연결되는 제2 이온주입층, 상기 제2 이온주입층 위에 형성된 제1 이온주입층; 상기 제1 이온주입층의 상면 및 측면 일부에 형성된 제3 이온주입층으로 이루어지는 이미지감지부를 포함하고, 상기 제1 층간절연막 위에 형성된 제2 기판;을 포함하며,
    상기 제3 이온주입층은
    붕소 이온과 수소 이온이 함께 도핑된 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  19. 제1 소자분리막, 리드아웃 회로, 상기 리드아웃 회로와 전기적 연결된 전기접합영역이 형성된 제1 기판;
    상기 전기접합영역과 전기적 연결되는 제1 컨택 플러그를 포함하고, 상기 제1 기판 위에 형성된 제1 층간절연막; 및
    상기 제1 컨택 플러그와 전기적 연결되는 제2 이온주입층, 상기 제2 이온주입층 위에 형성된 제1 이온주입층; 상기 제1 이온주입층의 상면 및 측면 일부에 형성된 제3 이온주입층으로 이루어지는 이미지감지부를 포함하고, 상기 제1 층간절연막 위에 형성된 제2 기판;
    상기 제3 이온주입층 양측면에 형성된 트랜치;
    상기 트랜치를 매립하도록 하여 상기 제2 기판 위에 형성된 제2 층간절연막; 및
    상기 제3 이온주입층과 전기적 연결되고, 상기 제2 층간절연막 상에 형성된 제2 컨택 플러그를 포함하는 이미지 센서.
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KR100610481B1 (ko) * 2004-12-30 2006-08-08 매그나칩 반도체 유한회사 수광영역을 넓힌 이미지센서 및 그 제조 방법

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