KR101033353B1 - 이미지센서 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

실시예에 따른 이미지센서는 제1 기판에 형성된 리드아웃 회로(Readout Circuitry); 상기 리드아웃 회로와 전기적으로 연결되어 상기 제1 기판상에 형성된 배선; 상기 배선 상에 형성된 이미지감지부(Image Sensing Device); 및 상기 이미지감지부와 상기 배선이 전기적으로 연결되도록 픽셀경계에 형성된 비아플러그;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이미지센서, 포토다이오드, 리드아웃 회로

Description

이미지센서 및 그 제조방법{Image Sensor and Method for Manufacturing thereof}
실시예는 이미지센서 및 그 제조방법에 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 "3D 이미지센서"라고 칭함)가 이루어지고 있다. 포토다이오드와 리드아웃 서킷은 배선(Metal Line)을 통해 연결된다.
한편, 종래기술에 의하면 3D 이미지센서 제조시 칩(Chip) 상부에 위치한 Photodiode와 Si Sub에 형성되는 Readout Circuit부의 wafer-to-wafer Align이 어려운 문제가 있었으며, 리드아웃 회로의 배선과 포토다이오드의 접촉불량으로 오믹컨택을 얻기 어려운 문제가 있었다.
또한, 종래기술에 의하면 포토다이오드와 리드아웃 회로를 전기적으로 연결하는 비아플러그가 포토다이오드 내에 존재함으로써 필팩터를 감소시키는 문제가 있었다.
또한, 종래기술에 의하면 트랜스퍼트랜지스터 양단의 소스 및 드레인 모두 고농도 N형으로 도핑(Doping)되어 있으므로 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.
실시예는 상부의 이미지감지부와 리드아웃 회로의 연결을 위해 wafer-to-wafer Align이 필요 없고, 리드아웃 회로의 배선과 이미지감지부의 오믹컨택을 얻을 수 있는 이미지센서 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
또한, 이미지감지부와 리드아웃 회로를 전기적으로 연결하는 비아플러그를 픽셀경계에 형성함으로써 필팩터를 향상시킬 수 있는 이미지센서 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 필팩터를 높이면서 전하공유(Charge Sharing)현상이 발생하지 않을 수 있는 이미지센서 및 그 제조방법을 제공하고자 한다. 또한, 실시예는 이미지감지부와 리드아웃서킷 사이에 포토차지(Photo Charge)의 원활한 이동통로를 만들어 줌으로써 암전류소스를 최소화하고, 새츄레이션(Saturation) 및 감도의 하락을 방지할 수 있는 이미지센서 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 이미지센서는 제1 기판에 형성된 리드아웃 회로(Readout Circuitry); 상기 리드아웃 회로와 전기적으로 연결되어 상기 제1 기판상에 형성된 배선; 상기 배선 상에 형성된 이미지감지부(Image Sensing Device); 및 상기 이미지감지부와 상기 배선이 전기적으로 연결되도록 픽셀경계에 형성된 비아플러그;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법은 제1 기판에 리드아웃 회 로(Readout Circuitry)를 형성하는 단계; 상기 리드아웃 회로와 전기적으로 연결되도록 제1 기판상에 배선을 형성하는 단계; 상기 배선 상에 이미지감지부(Image Sensing Device)를 형성하는 단계; 상기 이미지감지부와 상기 배선이 전기적으로 연결되는 비아플러그를 픽셀경계에 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
실시예에 따른 이미지센서 및 그 제조방법에 의하면 상부의 이미지감지부와 리드아웃 회로의 연결을 위해 wafer-to-wafer Align이 필요 없이 효율적으로 공정이 진행되며, N+ 이온주입 후 배선과 연결되는 비아플러그 형성공정을 통해 이미지감지부에 전압이 인가되도록 설계되어 리드아웃 회로의 배선과 이미지감지부의 오믹컨택을 얻을 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 이미지감지부와 리드아웃 회로를 전기적으로 연결하는 비아플러그를 픽셀경계에 형성함으로써 필팩터를 향상시킬 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 트랜스터 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. 또한, 실시예에 의하면 포토다이오드와 리드아웃서킷 사이에 전하 연결영역을 형성하여 포토차지(Photo Charge)의 원할한 이동통로를 만들어 줌으로써 암전류소스를 최소화하고, 새츄레이션(Saturation) 및 감도의 하락을 방지할 수 있다.
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.
본 발명은 씨모스 이미지센서에 한정되는 것이 아니며, 포토다이오드가 필요한 이미지센서에 적용이 가능하다.
(제1 실시예)
도 1은 제1 실시예에 따른 이미지센서의 단면도이다.
제1 실시예에 따른 이미지센서는 제1 기판(100)에 형성된 리드아웃 회로(Readout Circuitry)(120); 상기 리드아웃 회로(120)와 전기적으로 연결되어 상기 제1 기판(100)상에 형성된 배선(150); 상기 배선(150) 상에 형성된 이미지감지부(Image Sensing Device)(210); 및 상기 이미지감지부(210)와 상기 배선(150)이 전기적으로 연결되도록 픽셀경계에 형성된 비아플러그(250);를 포함할 수 있다.
상기 이미지감지부(210)는 포토다이오드(210)일 수 있으나 이에 한정되는 것이 아니고 포토게이트, 포토다이오드와 포토게이트의 결합형태 등이 될 수 있다. 한편, 실시예는 이미지감지부(210)가 결정형 반도체층에 형성된 예를 들고 있으나 이에 한정되는 것이 아니며 비정질 반도체층에 형성된 것을 포함한다.
도 1의 도면 부호 중 미설명 도면 부호는 이하 제조방법에서 설명하기로 한다.
이하, 도 2 내지 도 10을 참조하여 1 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법을 설명한다.
우선, 도 2와 같이 제2 기판(200)에 이미지감지부(Image Sensing Device)(210)를 형성한다. 예를 들어, 결정형 반도체층에 이온주입에 의해 고농도 P형 전도층(216)과 저농도 N형 전도층(214)를 포함하는 포토다이오드(210)를 형성할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 도 3a와 같이 배선(150)과 리드아웃 회로(Circuitry)(120)가 형성된 제1 기판(100)을 준비한다. 도 3b는 배선(150)과 리드아웃 회로(Circuitry)(120)가 형성된 제1 기판(100)의 상세도로서 이하 도 3b를 상세히 설명한다.
도 3b와 같이 배선(150)과 리드아웃 회로(Circuitry)(120)가 형성된 제1 기판(100)을 준비한다. 예를 들어, 제2 도전형 제1 기판(100)에 소자분리막(110)을 형성하여 액티브영역을 정의하고, 상기 액티브영역에 트랜지스터를 포함하는 리드아웃 회로(120)를 형성한다. 예를 들어, 리드아웃 회로(120)는 트랜스퍼트랜지스터(Tx)(121), 리셋트랜지스터(Rx)(123), 드라이브트랜지스터(Dx)(125), 실렉트랜지스터(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.
상기 제1 기판(100)에 리드아웃 회로(120)를 형성하는 단계는 상기 제1 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. 상기 제1 기판(100)은 제2 도전형으로 도전되어 있을 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 의하면 트랜스터 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 3b와 같이 리드아웃 회로(120)가 형성된 제1 기판(100)에 전기접합영역(140)을 형성시킴으로써 트랜스터 트랜지스터(Tx)(121) 양단의 소스/드레인 간에 전압차가 있도록 하여 포토차지의 완전한 덤핑이 가능해질 수 있다.
이하, 실시예의 포토차지의 덤핑구조에 대해서 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 핀 치오프(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(210)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, Tx(131) 양단간 전위차로 인해 차지쉐어링(Charge Sharing) 없이 칩(Chip) 상부의 포토다이오드(210)에서 발생한 전자가 FD(131) Node로 완전히 덤핑(Dumping) 될 수 있다.
즉, 실시예에서 제1 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-Off 발생하게 된다. 이를 Pinning Voltage라고 부른다. 따라서 Tx(121) 양단의 Source/Drain에 전압차가 발생하게 되어 Tx On/Off 동작 시 Charge Sharing 현상을 방지할 수 있다.
따라서 종래기술과 같이 단순히 포토다이오드가 N+ Junction으로 연결된 경우와 달리, 실시예에 의하면 새츄레이션(Saturation) 저하 및 감도 하락 등의 문제를 피할 수 있다.
다음으로, 실시예에 의하면 포토다이오드와 리드아웃서킷 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, 제1 실시예는 P0/N-/P- 졍션(140)의 표면에 오미컨택(Ohmic Contact)을 위한 제1 도전형 연결영역(147)을 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 소소스(Leakage Source)가 되는 것을 최소화하기 위해 제1 도전형 연결영역(147)의 폭을 최소화할 수 있다. 이를 위해, 실시예는 제1 메탈컨택(151a) 에치(Etch) 후 플러그 임플란트(Plug Implant)를 진행할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 다른 예로 이온주입패턴(미도시)을 형성하고 이를 이온주입마스크로 하여 제1 도전형 연결영역(147)을 형성할 수도 있다.
즉, 제1 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.
그 다음으로, 상기 제1 기판(100) 상에 층간절연층(160)을 형성하고, 배선(150)을 형성할 수 있다. 상기 배선(150)은 제1 메탈컨택(151a), 제1 메탈(151), 제2 메탈(152), 제3 메탈(153)을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 도 4와 같이 상기 배선(150) 상에 이미지감지부(Image Sensing Device)(210)가 형성된 제2 기판(200)을 본딩하고, 이후, 도 5와 같이 이미지감지부(210)를 남기로 제2 기판(200)을 제거한다.
다음으로, 도 6과 같이 노출된 이미지감지부(210) 상측에 제2 도전형 이온주입영역(231)을 형성한다. 예를 들어, Chip 상부의 Photodiode 표면(Surface)에 P0 Implant를 진행할 수 있다. 상기 제2 도전형 이온주입영역(231)은 소자분리 및 바이어스층의 역할을 할 수 있다.
다음으로, 도 7과 같이 상기 이미지감지부(210)의 픽셀경계에 제2 도전형 이온주입 소자분리영역(233)을 형성한다. 예를 들어, Photo 공정 및 이온주입 공정을 이용하여 Pixel-to-Pixel Isolation을 목적으로 P0부(233)를 형성할 수 있다. 상기 제2 도전형 이온주입영역(231)과 제2 도전형 이온주입 소자분리영역(233)은 소주분리영역(230)으로서 역할을 할 수 있다.
다음으로, 도 8과 같이 상기 제2 도전형 이온주입 소자분리영역(233) 내에 제1 도전형 제1 이온주입 영역(241)을 형성한다. 예를 들어, Photo 공정 및 이온 주입 공정을 이용하여 Chip 상부의 Photodiode(210)와 Si-Sub의 Read-out Circuit부(120)를 연결하기 위한 목적으로 제1 N+ Implant(241)를 진행할 수 있다.
이후, 도 9와 같이 상기 이미지감지부(210)와 상기 제1 도전형 제1 이온주입영역(241)을 전기적으로 연결하는 제1 도전형 제2 이온주입영역(243)을 형성한다. 예를 들어, Photo 공정 및 이온 주입 공정을 이용하여 Chip 상부의 Photodiode(210)와 Si-Sub의 Read-out Circuit부(120)를 연결하기 위한 목적으로 상기 제1 도전형 제1 이온주입영역(241)과 이미지감지부(210)를 전기적으로 연결하는 제2 N+ Implant(243)를 진행할 수 있다. 상기 제1 도전형 제1 이온주입영역(241)과 제1 도전형 제2 이온주입영역(243)은 제1 도전형 비아연결영역(240)이 될 수 있다.
이후 Laser Annealing 등의 열처리를 통해 Bonding 이후에 이온 주입시킨 Layer들 Activation시켜 준다.
다음으로, 도 10과 같이 상기 제1 도전형 제1 이온주입영역(241)을 관통하여 상기 배선(150)과 전기적으로 연결되는 비아플러그(250)를 형성한다. 예를 들어, Photodiode(210)에 전압을 인가하고 Photo-charge를 Si-Sub의 리드아웃 회로(120)로 넘겨주기 위해 Chip 상부의 Photodiode(210)에 Hole을 파고 비아플러그(250)를 형성한다.
도 11은 제1 실시예에 따른 이미지센서의 평면도이다.
실시예에 따른 이미지센서 및 그 제조방법에 의하면 상부의 이미지감지부와 리드아웃 회로의 연결을 위해 wafer-to-wafer Align이 필요 없이 효율적으로 공정이 진행되며, N+ 이온주입(240) 후 배선과 연결되는 비아플러그 형성공정을 통해 이미지감지부에 전압이 인가되도록 설계되어 리드아웃 회로의 배선과 이미지감지부의 오믹컨택을 얻을 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 이미지감지부와 리드아웃 회로를 전기적으로 연결하는 비아플러그를 픽셀경계에 형성함으로써 필팩터를 향상시킬 수 있다.
(제2 실시예)
도 12는 제2 실시예에 따른 이미지센서의 단면도로서, 배선(150)이 형성된 제1 기판에 대한 상세도이다.
제2 실시예에 따른 이미지센서는 제1 기판(100)에 형성된 리드아웃 회로(Readout Circuitry)(120); 상기 리드아웃 회로(120)와 전기적으로 연결되어 상기 제1 기판(100)상에 형성된 배선(150); 상기 배선(150) 상에 형성된 이미지감지부(Image Sensing Device)(210); 및 상기 이미지감지부(210)와 상기 배선(150)이 전기적으로 연결되도록 픽셀경계에 형성된 비아플러그(250);를 포함할 수 있다.
제2 실시예는 상기 제1 실시예의 기술적인 특징을 채용할 수 있다.
예를 들어, 제2 실시예에 의하면 상부의 이미지감지부와 리드아웃 회로의 연결을 위해 wafer-to-wafer Align이 필요 없이 효율적으로 공정이 진행되며, N+ 이온주입 후 배선과 연결되는 비아플러그 형성공정을 통해 이미지감지부에 전압이 인가되도록 설계되어 리드아웃 회로의 배선과 이미지감지부의 오믹컨택을 얻을 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 이미지감지부와 리드아웃 회로를 전기적으로 연결하는 비아플러그를 픽셀경계에 형성함으로써 필팩터를 향상시킬 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 트랜스터 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. 또한, 실시예에 의하면 포토다이오드와 리드아웃서킷 사이에 전하 연결영역을 형성하여 포토차지(Photo Charge)의 원할한 이동통로를 만들어 줌으로써 암전류소스를 최소화하고, 새츄레이 션(Saturation) 및 감도의 하락을 방지할 수 있다.
한편, 제2 실시예는 제1 실시예와 달리 전기접합영역(140)의 일측에 제1 도전형 연결영역(148)이 형성된 예이다.
실시예에 의하면 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 리키지소스(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 리키지소스가 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 Leakage Source가 될 수 있다.
따라서, 제2 실시예는 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.
제2 실시예에 의하면 Si 표면의 E-Field가 발생하지 않게 되고 이는 3차원 집적(3-D Integrated) CIS의 암전류(Dark Current) 감소에 기여할 수 있다.
본 발명은 기재된 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 청구항의 권리범위에 속하는 범위 안에서 다양한 다른 실시예가 가능하다.
도 1은 제1 실시예에 따른 이미지센서의 단면도.
도 2 내지 도 10은 제1 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법의 공정단면도.
도 11은 제1 실시예에 따른 이미지센서의 평면도.
도 12는 제2 실시예에 따른 이미지센서의 단면도.

Claims (20)

  1. 제1 기판에 형성된 리드아웃 회로(Readout Circuitry);
    상기 리드아웃 회로와 전기적으로 연결되어 상기 제1 기판상에 형성된 배선;
    상기 배선 상에 형성된 이미지감지부(Image Sensing Device);
    상기 이미지감지부와 상기 배선이 전기적으로 연결되도록 픽셀경계에 형성된 비아플러그; 및
    상기 이미지감지부의 픽셀경계에 형성된 제2 도전형 이온주입 소자분리영역;을 포함하고,
    상기 비아플러그는 상기 제2 도전형 이온주입 소자분리영역을 관통하여 상기 배선과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 이미지센서.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 이온주입 소자분리영역 내에 형성된 제1 도전형 제1 이온주입 영역; 및
    상기 이미지감지부와 상기 제1 도전형 제1 이온주입영역을 전기적으로 연결하는 제1 도전형 제2 이온주입영역;을 더 포함하고,
    상기 비아플러그는 상기 제1 도전형 제1 이온주입영역을 관통하여 상기 배선과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 이미지센서.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 리드아웃 회로와 전기적으로 연결되도록 상기 제1 기판에 형성된 전기접합영역을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서.
  5. 제1 기판에 형성된 리드아웃 회로(Readout Circuitry);
    상기 리드아웃 회로와 전기적으로 연결되도록 상기 제1 기판에 형성된 전기접합영역;
    상기 전기접합영역과 전기적으로 연결되어 상기 제1 기판상에 형성된 배선;
    상기 전기접합영역과 상기 배선 사이에 형성된 제1 도전형 연결영역;
    상기 배선 상에 형성된 이미지감지부(Image Sensing Device); 및
    상기 이미지감지부와 상기 배선이 전기적으로 연결되도록 픽셀경계에 형성된 비아플러그;을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 전기접합영역은
    상기 제1 기판에 형성된 제1 도전형 이온주입영역; 및
    상기 제1 도전형 이온주입영역 상에 형성된 제2 도전형 이온주입영역;을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 도전형 연결영역은
    상기 전기접합영역 상부에 상기 배선과 전기적으로 연결되어 형성된 제1 도전형 연결영역인 것을 특징으로 하는 이미지센서.
  8. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 도전형 연결영역은
    상기 전기접합영역 일측에 상기 배선과 전기적으로 연결되어 형성된 제1 도전형 연결영역인 것을 특징으로 하는 이미지센서.
  9. 제4 항에 있어서,
    상기 리드아웃회로는 트랜지스터를 포함하며,
    상기 트랜지스터 양측의 소스 및 드레인의 전압차(Potential Difference)가 있는 것을 특징으로 하는 이미지센서.
  10. 제4 항에 있어서,
    상기 전기접합영역은
    PN 졍션(junction)인 것을 특징으로 하는 이미지센서.
  11. 제1 기판에 리드아웃 회로(Readout Circuitry)를 형성하는 단계;
    상기 리드아웃 회로와 전기적으로 연결되도록 제1 기판상에 배선을 형성하는 단계;
    상기 배선 상에 이미지감지부(Image Sensing Device)를 형성하는 단계;
    상기 이미지감지부와 상기 배선이 전기적으로 연결되는 비아플러그를 픽셀경계에 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 비아플러그를 픽셀경계에 형성하는 단계는,
    상기 이미지감지부의 픽셀경계에 제2 도전형 이온주입 소자분리영역을 형성하는 단계; 및
    상기 제2 도전형 이온주입 소자분리영역을 관통하여 상기 배선과 전기적으로 연결되는 비아플러그를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
  12. 삭제
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 비아플러그를 픽셀경계에 형성하는 단계는,
    상기 제2 도전형 이온주입 소자분리영역 내에 제1 도전형 제1 이온주입 영역을 형성하는 단계;
    상기 이미지감지부와 상기 제1 도전형 제1 이온주입영역을 전기적으로 연결하는 제1 도전형 제2 이온주입영역을 형성하는 단계; 및
    상기 제1 도전형 제1 이온주입영역을 관통하여 상기 배선과 전기적으로 연결되는 비아플러그를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 리드아웃 회로와 전기적으로 연결되도록 상기 제1 기판에 전기접합영역을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
  15. 제1 기판에 리드아웃 회로(Readout Circuitry)를 형성하는 단계;
    상기 리드아웃 회로와 전기적으로 연결되도록 상기 제1 기판에 전기접합영역을 형성하는 단계;
    상기 전기접합영역 상에 제1 도전형 연결영역을 형성하는 단계;
    상기 제1 도전형 연결영역 상에 배선을 형성하는 단계;
    상기 배선 상에 이미지감지부(Image Sensing Device)를 형성하는 단계;
    상기 이미지감지부와 상기 배선이 전기적으로 연결되는 비아플러그를 픽셀경계에 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
  16. 제14 항에 있어서,
    상기 전기접합영역을 형성하는 단계는
    상기 제1 기판에 제1 도전형 이온주입영역을 형성하는 단계; 및
    상기 제1 도전형 이온주입영역 상에 제2 도전형 이온주입영역을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 제1 도전형 연결영역은
    상기 전기접합영역 상부에 상기 배선과 전기적으로 연결되어 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 제1 도전형 연결영역을 형성하는 단계는,
    상기 배선에 대한 컨택에치 후에 진행되는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
  19. 제15 항에 있어서,
    상기 제1 도전형 연결영역은
    상기 전기접합영역 일측에 상기 배선과 전기적으로 연결되어 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
  20. 제14 항에 있어서,
    상기 리드아웃회로는 트랜지스터를 포함하며,
    상기 트랜지스터 일측의 상기 제1 기판에 상기 전기접합영역이 형성되며,
    상기 트랜지스터 타측의 상기 제1 기판에 플로팅디퓨젼 영역을 형성하는 단계를 더 포함하며,
    상기 전기접합영역의 이온주입농도가 상기 플로팅디퓨젼 영역의 이온주입농도보다 낮은 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6055598B2 (ja) 2012-02-17 2016-12-27 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置およびその製造方法
WO2017010311A1 (ja) * 2015-07-16 2017-01-19 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子、製造方法、および電子機器
US20170250211A1 (en) * 2016-02-25 2017-08-31 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Semiconductor image sensor device and manufacturing method of the same

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050117674A (ko) * 2004-06-11 2005-12-15 이상윤 3차원 구조의 영상센서와 그 제작방법
KR20060077082A (ko) * 2004-12-30 2006-07-05 매그나칩 반도체 유한회사 광 경로가 단축된 이미지센서 및 그 제조 방법
KR100660275B1 (ko) * 2004-12-29 2006-12-20 동부일렉트로닉스 주식회사 씨모스 이미지 센서 화소의 전달 트랜지스터 및 그 제조방법

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61193479A (ja) * 1985-02-22 1986-08-27 Fuji Photo Film Co Ltd 固体カラ−撮像デバイス
US6791130B2 (en) * 2002-08-27 2004-09-14 E-Phocus, Inc. Photoconductor-on-active-pixel (POAP) sensor utilizing a multi-layered radiation absorbing structure
EP1719179B1 (en) * 2004-02-25 2018-10-03 Sony Semiconductor Solutions Corporation Photodetecting device
US7268369B2 (en) * 2004-07-06 2007-09-11 Fujifilm Corporation Functional device and method for producing the same
JP2009065161A (ja) * 2007-09-07 2009-03-26 Dongbu Hitek Co Ltd イメージセンサ及びその製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050117674A (ko) * 2004-06-11 2005-12-15 이상윤 3차원 구조의 영상센서와 그 제작방법
KR100660275B1 (ko) * 2004-12-29 2006-12-20 동부일렉트로닉스 주식회사 씨모스 이미지 센서 화소의 전달 트랜지스터 및 그 제조방법
KR20060077082A (ko) * 2004-12-30 2006-07-05 매그나칩 반도체 유한회사 광 경로가 단축된 이미지센서 및 그 제조 방법

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