KR101045731B1 - 이미지센서 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른 이미지센서는 제1 기판에 배선을 포함하여 형성된 리드아웃 회로; 상기 배선 상에 제1 도전형 전도층과 제2 도전형 전도층을 포함하여 형성된 이미지감지부; 및 상기 이미지감지부의 측벽과 연결되어 형성된 컨택플러그;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이미지센서, 포토다이오드, 그라운드 라인
Description
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 "3차원 이미지센서"라고 칭함)가 이루어지고 있다. 포토다이오드와 리드아웃 서킷은 배선(Metal Line)을 통해 연결된다.
한편, 종래기술에 의하면 2개의 wafer를 결합한 후 상부의 포토다이오드(Photo Diode)가 형성된 웨이퍼(wafer)의 시그널 라인(Signal line) 형성공정이 필요하다. 이때 메탈라인에 의한 빛의 반사로 인하여 3D 소자를 구현함에도 불구하고 광손실을 겪는 부분이 존재하는 문제가 있다.
즉, 종래기술에 의하면 포토다이오드 상부에 그라운드 콘택을 포토다이오드 상부의 일정영역에 형성하여는데 상기 그라운드 콘택을 연결하기 위하여는 다시 메탈라인이 필요한데, 메탈은 빛을 반사하기 때문에 광손실을 유발하는 문제가 있다.
또한, 종래기술에 의하면 상부 웨이퍼(wafer)의 포토다이오드(Photo Diode) 영역에 대한 시그널 컨택 및 픽셀간 분리를 위해 실리콘 에칭(Si Etching)이 PD 영역의 중간지역과 픽셀간의 분리막 지역에서 2번 발생하는 문제가 있다. 이는 포토다이오드에 대한 손상을 주어 이미지성능의 저하를 유발하게 된다.
또한, 종래기술에 의하면 시그널 라인(Signal Line)을 연결하는 콘택이 포토다이오드 중앙에 1개만 형성되어 있는데 저항이 높을 경우 이미지센서의 감도에 큰 영향을 주게된다. 즉, 종래의 구조에서 높은 저항에 기인된 감도 감소가 문제가 되고 있다.
실시예는 광손실을 최소화 하기 위하여 시그널 라인(Signal Line)의 형성을 최적화할 수 있는 이미지센서 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 3차원 이미지센서에 있어서 포토다이오드와 연결되는 시그날라인의 저항을 감소시킬수 있으며 이로써 감도 향상을 가져올 수 있는 이미지센서 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 포토다이도드가 손상되는 영역을 줄일 수 있어 암전류 특성을 향상 시킬수 있는 이미지센서 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 이미지센서는 제1 기판에 배선을 포함하여 형성된 리드아웃 회로; 상기 배선 상에 제1 도전형 전도층과 제2 도전형 전도층을 포함하여 형성된 이미지감지부; 및 상기 이미지감지부의 측벽과 연결되어 형성된 컨택플러그;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법은 제1 기판에 배선을 포함하는 리드아웃 회로를 형성하는 단계; 상기 배선 상에 제1 도전형 전도층과 제2 도전형 전도층을 포함하는 이미지감지부를 형성하는 단계; 및 상기 이미지감지부의 측벽과 연결되는 컨택플러그를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
실시예에 따른 이미지센서 및 그 제조방법에 의하면 포토다이오드의 상부 그 라운드 연결을 위한 콘택형성을 포토다이오드 상부에 위치시키는 종래의 방법을 개선하여 픽셀분리 영역의 측벽에 형성함으로써 그라운드 컨택에 의한 광손실을 최소화하여 시그널 라인(Signal Line)의 형성을 최적화할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 종래의 실리콘 에칭(Si Etching)되는 부분이 2개 인것을 1개로 구현하여 광손실과 암전류 특성을 개선할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 상부 포토다이오드의 시그널 컨택을 픽셀 중앙부가 아닌 픽셀간의 분리막 하부를 전체를 감싸 접촉면적을 증가시킴으로써 저항을 감소시켜 이미지센서의 감도를 향상 시킬수 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.
(실시예)
도 1은 실시예에 따른 이미지센서의 평면도이며, 도 2는 도 1의 AA선을 따른 단면도이며, 도 3은 도1의 BB선을 따른 단면도이다.
실시예에 따른 이미지센서는 제1 기판(미도시)에 배선(150)을 포함하여 형성 된 리드아웃 회로(미도시); 상기 배선(150) 상에 제1 도전형 전도층(214)과 제2 도전형 전도층(216)을 포함하여 형성된 이미지감지부(210); 및 상기 이미지감지부(210)의 측벽과 연결되어 형성된 컨택플러그(230);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 실시예는 상기 이미지감지부(210)의 픽셀분리영역(250) 상에 형성된 그라운드 컨택(273)을 더 포함할 수 있다.
실시예에 따른 이미지센서에 의하면 포토다이오드의 상부 그라운드 연결을 위한 콘택형성을 포토다이오드 상부에 위치시키는 종래의 방법을 개선하여 픽셀분리 영역의 측벽에 형성함으로써 그라운드 컨택에 의한 광손실을 최소화하여 시그널 라인(Signal Line)의 형성을 최적화할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 종래의 실리콘 에칭(Si Etching)되는 부분이 2개 인것을 1개로 구현하여 광손실과 암전류 특성을 개선할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 상부 포토다이오드의 시그널 컨택을 픽셀 중앙부가 아닌 픽셀간의 분리막 하부를 전체를 감싸 접촉면적을 증가시킴으로써 저항을 감소시켜 이미지센서의 감도를 향상 시킬수 있다.
도 4 내지 도 12를 참조하여 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법을 설명한다. 이하에서는 도 3의 단면도와 같은 구성을 제조하기 위한 공정을 위주로 설명한다. 상기 도 1 내지 도 3에서 미설명된 도면부호는 이하 제조방법에서 설명한다.
우선, 도 4를 참조하여 배선(150) 상에 이미지감지부(210)을 형성하는 단계를 설명한다.
제1 기판(미도시)에 배선(150)을 포함하는 리드아웃 회로(미도시)를 형성한다. 상기 리드아웃 회로는 트랜스퍼 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 드라이브 트랜지스터 및 실렉트 트랜지스터를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 기판 상에 제1 층간절연층(160)을 형성하고, 상기 리드아웃 회로와 전기적으로 연결하는 배선(150)을 상기 제1 층간절연층(160)에 형성하고, 상기 배선(150) 상에 제2 층간절연층(162)을 형성할 수 있다.
이후, 제2 기판(미도시)에 결정형 반도체층을 형성하고, 이온주입에 의해 제1 도전형 전도층(214), 제2 도전형 전도층(216)을 형성할 수 있다. 실시예는 상기 제1 도전형 전도층(214) 하측에 고농도 제1 도전형 전도층(212)을 형성하여 오믹컨택층 기능을 할 수 있다.
이후, 상기 제1 기판과 제2 기판을 본딩하되, 배선(150)과 이미지감지부(210)가 대응하도록 본딩할 수 있다. 이후, 상기 이미지감지부(210)를 남기고 상기 제2 기판을 제거할 수 있다.
이후 상기 이미지감지부(210) 상에 제1 절연층(260)을 형성할 수 있다.
다음으로, 도 5와 같이 상기 이미지감지부(210)의 픽셀경계를 일부 제거하여 상기 배선(150)을 노출하는 제1 트렌치(T1)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 제1 감광막 패턴(310) 식각 마스크로 하여 상기 이미지감지부(210)의 픽셀경계를 일부 제거하여 상기 배선(150)을 노출하는 제1 트렌치(T1)를 형성할 수 있다.
한편, 실시예의 배선(150)의 수평폭이 상기 이미지감지부(210)의 수평폭 보다 넓게 형성됨으로써 상기 제1 트렌치(T1) 공정에 의해 상기 배선(150)이 일부 노 출될 수 있으며, 후속 공정에서 이미지감지부의 측벽에 형성되는 컨택플러그(230)가 상기 배선(150)과 접촉하여 형성될 수 있다.
다음으로, 도 6과 같이 상기 제1 트렌치(T1)를 메우는 금속층(230a)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 노출된 이미지감지부(210)의 측벽에 접촉하도록 금속층(230a)을 형성할 수 있다. 상기 금속층(230a)은 텅스텐과 같은 도전형 금속층일 수 있으나 텅스텐에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 도 7과 같이 상기 금속층(230a)을 일부 식각하여 상기 이미지감지부(210)의 측벽에 컨택플러그(230)를 형성할 수 있다.
예를 들어, 상기 금속층(230a)에 대해 에치백을 진행하여 상기 이미지감지부(210)의 측벽에 컨택플러그(230)를 형성할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서 상기 컨택플러그(230)를 형성하는 단계는 상기 이미지감지부(210)의 고농도 제1 도전형 전도층(212)과 연결되도록 형성될 수 있으며, 상기 제1 도전형 전도층(214)까지 접하도록 형성될 수도 있다. 다만, 상기 컨택플러그(230)은 숏트 방지를 위해 상기 제2 도전형 전도층(216)과는 접촉될 수 없다.
실시예에서 상기 컨택플러그(230)는 상기 이미지감지부(210)의 양측벽과 연결되도록 형성될 수 있다.
실시예에 따른 이미지센서 및 그 제조방법에 의하면 종래의 실리콘 에칭(Si Etching)되는 부분이 2개 인것을 1개로 구현하여 광손실과 암전류 특성을 개선할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 상부 포토다이오드의 시그널 컨택을 픽셀 중앙부가 아닌 픽셀간의 분리막 하부를 전체를 감싸 접촉면적을 증가시킴으로써 저항을 감소시켜 이미지센서의 감도를 향상 시킬수 있다.
다음으로, 도 8과 같이 상기 픽셀경계에 절연층을 메워서 픽셀분리영역(250)을 형성할 수 있다. 이후, 도 2와 같이 상기 픽셀분리영역(250) 상측에 금속층으로 그라운드 라인(271)을 형성할 수 있다.
다음으로, 도 9와 같이 제2 감광막(320)을 식각마스크로 상기 픽셀분리영역(250)의 일부를 제거하여 상기 이미지감지부(210)의 제2 도전형 전도층(216)의 측면을 노출시키는 제2 트렌치(T2)를 형성한다. 이때, 상기 제2 트렌치(T2)는 제2 도전형 전도층(216)의 측면을 노출시키면 되며, 숏트 방지를 위해 제1 도전형 전도층(214)은 노출시키지 않도록 한다.
다음으로, 도 10과 같이 상기 제2 감광막(320)을 제거하고, 상기 제2 트렌치(T2)에 전도성이 있는 그라운드 컨택용 금속층(273a)을 형성한다.
다음으로, 도 11과 같이 상기 픽셀분리영역(250) 상의 그라운드 컨택용 금속층(273a)을 노출하지 않는 제3 감광막(330)을 형성한다. 이후, 상기 제3 감광막(330)을 식각마스크로 상기 노출된 그라운드 컨택용 금속층(273a)을 식각하여 상기 노출된 제2 도전형 전도층(216)의 측면과 접촉하는 그라운드 컨택(273)을 형성할 수 있다.
다음으로, 도 12와 같이 상기 제3 감광막(320)을 제거하여 도 3에 도시된 픽셀경계에 형성된 그라운드 컨택(273)을 완성할 수 있다.
실시예에 따른 이미지센서 및 그 제조방법에 의하면 포토다이오드의 상부 그라운드 연결을 위한 그라운드 콘택을 포토다이오드 상부에 위치시키는 종래의 방법을 개선하여 픽셀분리 영역의 측벽에 형성함으로써 그라운드 컨택에 의한 광손실을 최소화하여 시그널 라인(Signal Line)의 형성을 최적화할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 종래의 실리콘 에칭(Si Etching)되는 부분이 2개 인것을 1개로 구현하여 광손실과 암전류 특성을 개선할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 상부 포토다이오드의 시그널 컨택을 픽셀 중앙부가 아닌 픽셀간의 분리막 하부를 전체를 감싸 접촉면적을 증가시킴으로써 저항을 감소시켜 이미지센서의 감도를 향상 시킬수 있다.
본 발명은 기재된 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 청구항의 권리범위에 속하는 범위 안에서 다양한 다른 실시예가 가능하다.
도 1은 실시예에 따른 이미지센서의 평면도.
도 2는 실시예에 따른 이미지센서의 AA선을 따른 단면도.
도 3은 실시예에 따른 이미지센서의 BB선을 따른 단면도.
도 4 내지 도 12는 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법의 공정단면도.
Claims (15)
- 제1 기판에 배선을 포함하여 형성된 리드아웃 회로;제1 도전형 전도층 및 상기 제1 도전형 전도층 상에 형성된 제2 도전형 전도층을 포함하여 상기 배선 상에 형성된 이미지감지부;상기 이미지감지부의 측벽과 연결되어 형성된 컨택플러그; 및상기 이미지감지부의 픽셀분리영역 상에 형성된 그라운드 컨택;을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서.
- 제1 항에 있어서,상기 컨택플러그는,상기 이미지감지부의 양측벽과 연결되어 형성된 것을 특징으로 하는 이미지센서.
- 제1 항에 있어서,상기 컨택플러그는,상기 이미지감지부의 제1 도전형 전도층과 연결되어 형성된 것을 특징으로 하는 이미지센서.
- 제1 항에 있어서,상기 배선의 수평폭이 상기 이미지감지부의 수평폭 보다 넓게 형성된 것을 특징으로 하는 이미지센서.
- 삭제
- 제1 항에 있어서,상기 그라운드 컨택은,상기 이미지감지부의 제2 도전형 전도층의 측면과 접촉하는 것을 특징으로 하는 이미지센서.
- 제1 기판에 배선을 포함하는 리드아웃 회로를 형성하는 단계;제1 도전형 전도층 및 상기 제1 도전형 전도층 상에 형성된 제2 도전형 전도층을 포함하는 이미지감지부를 상기 배선 상에 형성하는 단계;상기 이미지감지부의 측벽과 연결되는 컨택플러그를 형성하는 단계; 및상기 이미지감지부의 픽셀분리영역 상에 그라운드 컨택을 형성하는 단;계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
- 제7 항에 있어서,상기 이미지감지부의 측벽과 연결되는 컨택플러그를 형성하는 단계는,상기 이미지감지부의 양측벽과 연결되는 컨택플러그를 형성하는 것을 특징으 로 하는 이미지센서의 제조방법.
- 제7 항에 있어서,상기 이미지감지부의 측벽과 연결되는 컨택플러그를 형성하는 단계는,상기 이미지감지부의 제1 도전형 전도층과 연결되는 컨택플러그를 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
- 제7 항에 있어서,상기 이미지감지부의 측벽과 연결되는 컨택플러그를 형성하는 단계는,상기 이미지감지부의 픽셀경계를 일부 제거하여 상기 배선을 노출하는 제1 트렌치를 형성하는 단계;상기 제1 트렌치를 메우는 금속층을 형성하는 단계; 및상기 금속층을 일부 식각하여 상기 이미지감지부의 측벽에 컨택플러그를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
- 제10 항에 있어서,상기 금속층을 일부 식각하여 상기 이미지감지부의 측벽에 컨택플러그를 형성하는 단계는,상기 금속층에 대해 에치백을 진행하여 상기 이미지감지부의 측벽에 컨택플러그를 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
- 제7 항에 있어서,상기 배선의 수평폭이 상기 이미지감지부의 수평폭 보다 넓게 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
- 삭제
- 제7 항에 있어서,상기 그라운드 컨택을 형성하는 단계는,상기 픽셀분리영역의 일부를 제거하여 상기 이미지감지부의 제2 도전형 전도층의 측면을 노출시키는 단계; 및상기 노출된 제2 도전형 전도층의 측면과 접촉하는 그라운드 컨택을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
- 제7 항에 있어서,상기 그라운드 컨택을 형성하는 단계는,상기 픽셀분리영역의 일부를 제거하여 상기 이미지감지부의 제2 도전형 전도층의 측면을 노출시키는 제2 트렌치를 형성하는 단계; 및상기 제2 트렌치에 금속층을 형성하여 상기 노출된 제2 도전형 전도층의 측면과 접촉하는 그라운드 컨택을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
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Citations (1)
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| KR20100042049A (ko) * | 2008-10-15 | 2010-04-23 | 주식회사 동부하이텍 | 이미지센서 및 그 제조방법 |
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Patent Citations (1)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170037054A1 (en) * | 2014-12-31 | 2017-02-09 | Shenzhen Salubris Pharmaceuticals Co., Ltd | Method For Preparing Spherical Clopidogrel Hydrogen Sulfate Polymorph I |
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