KR101025080B1 - 이미지센서의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른 이미지센서의 제조방법은, 반도체 기판에 리드아웃 회로를 형성하는 단계; 상기 리드아웃 회로와 연결되도록 상기 반도체 기판 상에 배선을 포함하는 층간절연층을 형성하는 단계; 결정형 구조의 캐리어 기판을 준비하는 단계; 상기 캐리어 기판으로 이온주입하여 이미지 감지부를 형성하는 단계; 상기 이미지 감지부와 상기 캐리어 기판의 경계면에 수소층을 형성하는 단계; 상기 캐리어 기판에 대한 어닐링 공정을 진행하는 단계; 상기 이미지 감지부와 상기 배선이 연결되도록 상기 층간절연층과 상기 캐리어 기판을 본딩하는 단계; 상기 이미지 감지부가 노출되도록 상기 캐리어 기판을 제거하는 단계를 포함한다.
이미지 센서, 3차원 이미지 센서, 포토다이오드
Description
실시예는 이미지센서에 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, 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.
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.
하지만 웨이퍼 대 웨이퍼 본딩의 경우 웨이퍼의 접합면이 균일하지 않으므로 본딩력이 저하될 수 있다. 상기 포토다이오드가 형성된 웨이퍼 표면은 이온주입 공정에 의하여 결정 구조가 불안정한 상태이므로, 웨이퍼 대 웨이퍼 본딩을 할때 본딩력이 저하되어 필링(pilling)현상이 발생될 수 있다.
한편, 종래기술에 의하면 트랜스퍼 트랜지스터 양단의 소스 및 드레인 모두 고농도 N형으로 도핑(Doping)되어 있으므로 도 10에 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.
실시예에서는 이미지 감지부가 형성된 캐리어 기판에 어닐링 공정을 진행함으로써 상기 이미지 감지부 표면의 거칠기(roughnes)를 감소시킬 수 있다. 따라서, 리드아웃 회로가 형성된 반도체 기판과 포토다이오드의 접합력을 향상시킬 수 있는 이미지센서 제조방법을 제공한다.
실시예에 따른 이미지센서의 제조방법은, 반도체 기판에 리드아웃 회로를 형성하는 단계; 상기 리드아웃 회로와 연결되도록 상기 반도체 기판 상에 배선을 포함하는 층간절연층을 형성하는 단계; 결정형 구조의 캐리어 기판을 준비하는 단계; 상기 캐리어 기판으로 이온주입하여 이미지 감지부를 형성하는 단계; 상기 이미지 감지부와 상기 캐리어 기판의 경계면에 수소층을 형성하는 단계; 상기 캐리어 기판에 대한 어닐링 공정을 진행하는 단계; 상기 이미지 감지부와 상기 배선이 연결되도록 상기 층간절연층과 상기 캐리어 기판을 본딩하는 단계; 상기 이미지 감지부가 노출되도록 상기 캐리어 기판을 제거하는 단계를 포함한다.
실시예에 따른 이미지센서 제조방법에 의하면, 리드아웃 회로와 이미지 감지부의 수집형집적을 이루어 필팩터를 향상시킬 수 있다.
또한, 수소이온주입에 의하여 불균일한 결정구조를 가지는 상기 이미지 감지부에 어닐링 공정을 실시함으로써 상기 이미지 감지부의 결정구조가 재배열되어 표 면 거칠기(roughness)를 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 이미지 감지부와 상기 반도체 기판의 전기전, 물리적 결합력을 향상시켜 필링현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
실시예에 따른 이미지센서 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
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.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
실시예는 씨모스 이미지센서에 한정되는 것이 아니며, CCD 이미지센서 등 포토다이오드가 필요한 모든 이미지센서에 적용이 가능하다.
이하, 도 1 내지 도 9를 참조하여 실시예에 따른 이미지센서 제조방법을 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 리드아웃 회로(120)를 포함하는 반도체 기판(100) 상에 배선(150) 및 층간절연층(160)이 형성된다.
상기 반도체 기판(100)은 단결정 또는 다결정의 실리콘 기판이며, p형 불순물 또는 n형 불순물이 도핑된 기판일 수 있다. 상기 반도체 기판(100)에 소자분리 막(110)이 형성되어 액티브 영역이 정의된다. 그리고 상기 액티브 영역에 단위화소 별로 트랜지스터를 포함하는 리드아웃 회로(120)가 형성된다.
도 2는 도 1에 도시된 리드아웃 회로(120)의 상세도이다.
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.
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.
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.
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.
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.
이하, 실시예의 포토차지의 덤핑구조에 대해서 도 2 및 도 3을 참조하여 구체적으로 설명한다.
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.
구체적으로, 포토다이오드(205)에서 생성된 전자는 PNP 졍션(140)으로 이동하게 되며 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)(121) 온(On)시, FD(131) 노드로 전달되어 전압으로 변환된다.
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.
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.
따라서 종래의 기술에서 단순히 포토다이오드가 N+ Junction으로 연결된 경우와 달리, 실시예에 의하면 새츄레이션(Saturation) 저하 및 감도 하락 등의 문제를 피할 수 있다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
그 다음으로, 상기 반도체 기판(100) 상에 층간절연층(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.
도 5를 참조하여, 결정형의 캐리어 기판(crystalline semiconductor layer)(200)에 이미지 감지부(240)가 형성된다.
상기 캐리어 기판(200)은 단결졍 또는 다결정의 실리콘 기판이며, p형 불순물 또는 n형 불순물이 도핑된 기판일 수 있다.
상기 이미지 감지부(240)는 제1 불순물 영역(210) 및 제2 불순물 영역(220)으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 불순물 영역(210)은 상기 캐리어 기판(200)에 n형 불순물을 이온주입하여 형성될 수 있다. 그리고 제2 불순물 영역(220)은 상기 캐리어 기판(200)의 깊은 영역에 p형 불순물을 이온주입하여 상기 제1 불순물 영역(210)의 하부영역에 형성될 수 있다. 상기 제1 불순물 영역(210) 하부에 제2 불순물 영역(220)이 형성되어 상기 이미지 감지부(240)는 PN 접합의 구조를 가질 수 있다. 따라서, 상기 이미지 감지부(240)는 빛이 입사되면 광전하가 발생시키는 포토다이오드일 수 있다.
또한, 상기 제1 불순물 영역(N-)(210)의 두께가 상기 제2 불순물 영역(P+)(200)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.
추가적으로, 상기 제1 불순물 영역(210)의 상에 오믹 컨택층(230)이 추가적으로 형성될 수 있다. 상기 오믹 컨택층(230)은 고농도의 n형 불순물(N+)을 이온주입하여 형성될 수 있다. 상기 오믹 컨택층(230)은 상기 이미지 감지부(240)와 상기 배선(150)의 접촉저항을 낮출 수 있다. 한편, 상기 오믹컨택층(230)은 생략될 수 있다.
도 6을 참조하여, 상기 이미지 감지부(240)의 하부에 수소층(250)이 형성된다. 즉, 상기 수소층(250)은 상기 이미지 감지부(240)와 캐리어 기판(200)의 경계에 수소이온을 주입하여 형성될 수 있다.
한편, 상기 수소층(250)은 상기 이미지 감지부(240)가 형성되기 전에 상기 캐리어 기판(200) 내부에 수소이온을 주입하여 형성될 수도 있다.
상기 수소층(250)은 이온주입공정에 의하여 수소이온을 상기 캐리어 기판(200)의 내부로 주입하여 형성되는데, 이때 이온주입 에너지와 상기 수소이온에 의하여 상기 캐리어 기판(200) 표면의 결정구조가 변하게 될 수 있다. 즉, 상기 수소이온에 의하여 실리콘으로 형성된 상기 캐리어 기판(200)의 격자구조가 깨지게 되어 상기 캐리어 기판(200)의 표면 거칠기(roughness)가 악화될 수 있다. 그러면 상기 이미지 감지부(240)를 상기 반도체 기판(100)에 본딩할 때 표면 본딩력이 약해지게 되어 이미지 센서의 특성이 저하될 수 있다.
실시예에서는 이를 개선하기 위하여 어닐링 공정을 진행할 수 있다.
도 7을 참조하여, 상기 이미지 감지부(240)를 포함하는 캐리어 기판(200)에 대한 어닐링(Annealing) 공정을 진행한다.
예를 들어, 상기 캐리어 기판(200)에 대한 어닐링 공정은 H2 가스를 공급하고, 700~1000℃ 온도에서 1~60분 동안 진행될 수 있다. 또한 H2 가스 대신 D2(중수소)를 공급할 수도 있다.
상기 이미지 감지부(240)를 포함하는 캐리어 기판(200)에 대한 어닐링 공정을 진행하면 상기 캐리어 기판(200)의 거칠기(roughness)가 개선될 수 있다. 그 이유는 높은 온도의 수소분위기에서 어닐링 공정을 진행하면 상기 캐리어 기판(200)을 이루는 실리콘 원자의 이동현상(Si migration phenomenon)이 발생된다. 즉, 고온에서 상기 캐리어 기판(200)에 대한 열처리 공정을 진행하면 실리콘 원자들이 이동하여 실리콘 결정구조가 재배열됨으로써 결정구조가 안정적으로 변할 수 있게 되는 것이다.
상기와 같이 고온에서의 어닐링에 의한 실리콘 원자의 이동으로 인하여 불안 정했던 캐리어 기판(200)의 거칠기가 개선되어 상기 캐리어 기판(200)의 표면인 오믹 컨택층(230)의 표면은 평탄화될 수 있게 되는 것이다.
도 8을 참조하여, 상기 이미지 감지부(240)가 형성된 캐리어 기판(200)과 상기 반도체 기판(100)을 본딩(bonding)한다.
상기 반도체 기판(100)과 상기 캐리어 기판(200)의 본딩은 상기 반도체 기판(100)의 층간절연층(160)과 상기 캐리어 기판(200)의 이미지 감지부(240)가 마주하도록 위치시킨 후 본딩을 진행할 수 있다. 즉, 상기 이미지 감지부(240)의 오믹컨택층(230)이 하부에 위치하도록 상기 캐리어 기판(200)을 180°회전시킨 후 상기 반도체 기판(100)과 본딩공정을 진행할 수 있다.
이때, 상기 캐리어 기판(200)의 본딩면인 상기 오믹컨택층(230)은 어닐링 공정에 의하여 거칠기가 개선되어 균일한 실리콘 격자구조를 가진 상태이다. 따라서, 상기 층간절연층(160) 표면과 상기 이미지 감지부(240)의 본딩면은 전기적, 물리적으로 결합력이 향상되어 본딩 불량 및 본딩 이후의 필링(Peeling) 현상을 방지할 수 있게 된다.
도 9를 참조하여, 상기 층간절연층(160) 상에 본딩된 상기 이미지 감지부(240)가 노출되도록 클리빙 공정(Cleaving) 공정에 의하여 캐리어 기판(200)을 제거한다. 즉, 상기 수소층(250)을 기준으로 상기 이미지 감지부(240)를 남기고 상기 캐리어 기판(200)을 블레이트 등을 이용하여 제거함으로써 상기 이미지 감지부(240)의 제2 불순물 영역(220)이 노출되도록 할 수 있다.
따라서, 상기 리드아웃 회로(120)가 형성된 반도체 기판(100) 상에 이미지 감지부(240)가 형성됨으로써 이미지 감지부(240)에서 생성된 광전하는 상기 배선(150)을 통해 리드아웃 회로(120)로 전달될 수 있게 된다.
도시되지는 않았지만, 상기 이미지 감지부(240)를 단위픽셀 별로 형성된 상기 리드아웃 회로(120)에 의하여 픽셀별로 분리되도록 상기 이미지 감지부(240)에 소자분리 영역이 형성될 수 있다. 그리고, 상부배선, 컬러필터 및 마이크로 렌즈가 형성될 수 있다.
실시예에 의하면, 상기 이미지 감지부(240)가 리드아웃 회로(120) 상측에 위치하는 3차원 이미지센서를 채용하여 필팩터를 높이면서, 이미지 감지부(240)의 디펙트를 방지할 수 있다.
또한, 상기 이미지 감지부의 본딩면이 균일한 표면 격자구조를 가지므로 리드아웃 회로가 형성된 반도체 기판과의 물리적, 전기적 접합력이 향상될 수 있다. 이로 인하여 상기 이미지 감지부의 필링현상을 방지하여 소자의 특성을 향상시킬 수 있다.
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.
도 1 내지 도 9는 실시예에 따른 이미지센서의 제조공정을 나타내는 단면도이다.
도 10은 종래의 기술에 따른 포토차지의 덤핑구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
Claims (5)
- 반도체 기판에 리드아웃 회로를 형성하는 단계;상기 리드아웃 회로와 연결되도록 상기 반도체 기판 상에 배선을 포함하는 층간절연층을 형성하는 단계;결정형 구조의 캐리어 기판을 준비하는 단계;상기 캐리어 기판으로 이온주입하여 이미지 감지부를 형성하는 단계;상기 이미지 감지부와 상기 캐리어 기판의 경계면에 수소층을 형성하는 단계;상기 캐리어 기판에 대하여, 700~1000℃ 온도에서 수소가스를 주입하여 1~60분 동안 어닐링 공정을 진행하는 단계;상기 이미지 감지부와 상기 배선이 연결되도록 상기 층간절연층과 상기 캐리어 기판을 본딩하는 단계;상기 이미지 감지부가 노출되도록 상기 캐리어 기판을 제거하는 단계를 포함하는 이미지센서의 제조방법.
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- 제1항에 있어서,상기 수소층은 수소이온을 이온주입하여 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 이미지 감지부를 형성하는 단계는,상기 캐리어 기판의 깊은 영역에 N형 불순물을 이온주입하여 제1 불술물 영역을 형성하는 단계;상기 캐리어 기판의 얕은 영역에 P형 불순물을 이온주입하여 상기 제1 불순물 영역과 접합하는 제2 불순물 영역을 형성하는 단계; 및상기 제1 불순물 영역의 하부에 N+형 불순물을 이온주입하여 오믹컨택층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
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| KR100529742B1 (ko) * | 2000-08-01 | 2005-11-17 | 존 울프 인터내셔날 인코포레이티드 | 기판상의 박막 제조 방법 |
| KR20050117674A (ko) * | 2004-06-11 | 2005-12-15 | 이상윤 | 3차원 구조의 영상센서와 그 제작방법 |
| KR20060067872A (ko) * | 2004-12-15 | 2006-06-20 | 소니 가부시끼 가이샤 | 이면 입사형 고체 촬상 장치 및 그 제조 방법 |
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2008
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Patent Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| KR100529742B1 (ko) * | 2000-08-01 | 2005-11-17 | 존 울프 인터내셔날 인코포레이티드 | 기판상의 박막 제조 방법 |
| KR20050117674A (ko) * | 2004-06-11 | 2005-12-15 | 이상윤 | 3차원 구조의 영상센서와 그 제작방법 |
| KR20060067872A (ko) * | 2004-12-15 | 2006-06-20 | 소니 가부시끼 가이샤 | 이면 입사형 고체 촬상 장치 및 그 제조 방법 |
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