KR101550434B1 - 이미지 센서의 형성방법 - Google Patents
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Abstract
이미지 센서의 형성방법이 제공된다. 이 이미지 센서의 형성방법은 포토 다이오드를 포함하는 단결정 반도체층을 구비하는 기판을 준비하는 것, 상기 기판 상에 도펀트들을 포함하는 물질막을 형성하는 것, 및 상기 도펀트들을 포함하는 물질막의 도펀트들을 확산시켜, 상기 단결정 반도체층 내에 도펀트 확산층을 형성하는 것을 포함한다.
이미지 센서, 도펀트 확산층, 저조도
Description
본 발명은 이미지 센서의 형성방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 후면 조사형 이미지 센서의 형성방법에 관한 것이다.
이미지 센서는 광학 이미지(photo image)를 전기적 신호로 변환시키는 소자로써, 디지털 카메라, 카메라 내장형 휴대폰 등에 널리 사용되고 있다.
이미지 센서는 빛을 감지하는 광전 변환부와 감지된 빛을 전기적 신호로 변환하여 데이터화하는 로직 회로부분을 포함할 수 있다. 외부에서 제공되는 빛이 상기 광전 변환부에 도달되는 효율을 증가시키기 위해, 상기 광전 변환부와 인접한 곳에 마이크로 렌즈가 배치될 수 있다. 그러나, 상기 마이크로 렌즈와 광전 변환부 사이에 배치되는 배선 등에 의해 상기 마이크로 렌즈를 통해 집광된 빛이 광전 변환부에 효율적으로 도달하지 못하는 단점이 있다. 이를 개선하기 위해 컬러 필터 및 마이크로 렌즈를 기판의 후면에 형성하는 기술이 개발되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 기판 결함이 최소화된 이미지 센서의 형성방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 광감도 특성이 크게 향상된 이미지 센서의 형성방법을 제공하는 데에 있다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 이미지 센서의 형성방법을 제공한다.
본 발명의 실시예들은 포토 다이오드를 포함하는 단결정 반도체층을 구비하는 지지 기판을 준비하는 것, 상기 지지 기판 상에 도펀트들을 포함하는 물질막을 형성하는 것, 및 상기 물질막의 도펀트들을 확산시켜, 상기 단결정 반도체층 내에 도펀트 확산층을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 지지 기판 상의 절연층 및 상기 절연층 내의 적어도 하나의 배선을 더 포함하되, 상기 단결정 반도체층은 상기 절연층 상에 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 단결정 반도체층과 상기 물질층 사이에 확산 제어층을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다. 상기 확산 제어층은 상기 단결정 반도체층의 일부를 산화시키는 것을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 단결정 반도체층의 일부를 산화시키는 것은 습식 산화 공정을 수행하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 도펀트들을 확산시키는 것은 상기 도펀트들을 포함하는 물질막에 레이저를 조사하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 물질막은 비정질 상태의 반도체 원소를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 도펀트들은 p형일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 단결정 반도체층은 제1 도전형의 도펀트로 도핑되고, 상기 포토 다이오드는 제2 도전형의 도펀트로 도핑되며, 상기 도펀트 확산층 내 도펀트 농도는 상기 단결정 반도체층 내 도펀트 농도보다 높을 수 있다.
일 실시예에서, 상기 포토 다이오드는 상기 도펀트 확산층과 이격될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 단결정 반도체층 상에 도펀트들을 포함하는 물질막을 형성하고 상기 도펀트들을 상기 단결정 반도체층내로 확산시켜 도펀트 확산층을 형성할 수 있다. 상기 도펀트들은 확산에 의해 상기 단결정 반도체층 내로 주입되므로, 도펀트들의 주입시 상기 단결정 반도체층의 결함 발생이 최소화 될 수 있다. 이에 따라, 상기 단결정 반도체층의 결함에 의한 암전류 현상이 개선된 이미지 센서가 제공될 수 있다.
이하, 참조된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서 및 이의 형성방법이 설명된다. 설명되는 실시예들은 본 발명의 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 한정되지 않는다. 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 다른 형태로 변형될 수 있다. 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다. 본 명세서에서 일 구성요소가 다른 구성요소 '상에' 위치한다는 것은 일 구성요소 상에 다른 구성요소가 직접 위치한다는 의미는 물론, 상기 일 구성요소 상에 제3 의 구성요소가 더 위치할 수 있다는 의미도 포함한다. 본 명세서 각 구성요소 또는 부분 등을 제1, 제2 등의 표현을 사용하여 지칭하였으나, 이는 명확한 설명을 위해 사용된 표현으로 이에 의해 한정되지 않는다. 도면에 표현된 구성요소들의 두께 및 상대적인 두께는 본 발명의 실시예들을 명확하게 표현하기 위해 과장된 것일 수 있다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.
도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 형성방법이 설명된다. 도 1을 참조하면, 단결정 반도체층(120)을 포함하는 반도체 기판(110, 이하 '기판'이라 함)을 준비한다. 상기 단결정 반도체층(120)은 상기 기판(100)을 시드층(seed layer)로 사용하는 에피택시얼 성장 공정에 의해 형성될 수 있다. 이와는 달리, 상기 단결정 반도체층(120)은 상기 기판(110)의 윗부분에 해당할 수도 있다. 상기 단결정 반도체층(120)은 제1 도전형의 도펀트로 도핑될 수 있다. 상기 단결정 반도체층(120)이 상기 에피택시얼 성장 공정으로 형성되는 경우에, 상기 단결정 반도체층(120)은 인 시츄(in-situ) 방식으로 도핑될 수 있다. 이와는 다르게, 상기 단결정 반도체층(120)이 상기 기판(110)의 윗부분에 해당하는 경우에, 상기 단결정 반도체층(120)은 이온주입법 또는 플라즈마 도핑법등으로 도핑될 수 있다. 상기 제1 도전형은 p형 또는 n형일 수 있다. 예를 들어, 상기 단결정 반도체층(120) 내에 포함된 도펀트들의 도전형은 p형일 수 있다. 상기 단결정 반도체층(120)은 상기 기판(110)과 인접한 제1 면(125) 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면(126)을 가질 수 있다.
상기 단결정 반도체층(120) 및 상기 기판(100) 사이에 분리층(미도시)이 형성될 수도 있다. 상기 분리층은 수소 주입층 또는 단결정 상태의 다공성 반도체층일 수 있다. 상기 수소 주입층은 수소 가스가 주입된 층일 수 있다. 상기 다공성 반도체층은 상기 단결정 반도체층(120)보다 낮은 밀도의 반도체층일 수 있다. 상기 다공성 반도체층은 상기 단결정 반도체층(120)에 대하여 식각선택비를 가질 수 있다.
상기 분리층이 상기 다공성 반도체층으로 형성되는 경우에, 상기 분리층은 상기 단결정 반도체층(120)을 형성하기 전에 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 기판(110)의 상부면에 다공화 공정을 수행하여 상기 기판(110) 상에 단결정 상태의 상기 다공성 반도체층을 형성하고, 상기 다공성 반도체층을 시드층으로 사용하는 에피택시얼 성장 공정을 수행하여 단결정 반도체층(120)을 형성할 수 있다.
상기 분리층이 상기 수소 주입층으로 형성되는 경우에, 상기 분리층은 상기 단결정 반도체층(120)을 형성하기 전 또는 상기 단결정 반도체층(120)을 형성한 후에 형성될 수 있다. 상기 수소 주입층은 수소 이온들을 주입하여 형성될 수 있다.
상기 단결정 반도체층(120)에 제2 도전형의 도펀트들을 공급하여 포토 다이 오드(122)를 형성할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 제2 도전형은 n형일 수 있다. 상기 포토 다이오드(122)에 포함된 상기 제2 도전형의 도펀트들의 농도는 상기 단결정 반도체층(120)에 포함된 제1 도전형의 도펀트들의 농도보다 높을 수 있다. 상기 포토 다이오드(122)는 이미지 센서의 수광 소자로 작용할 수 있다. 상기 포토 다이오드(122)는 상기 수광 소자로 작용할 수 있는 다른 구조 또는 다른 방법에 의해서도 형성될 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 단결정 반도체층(120) 상에 적어도 하나의 배선(132)을 포함하는 절연층(130)이 형성될 수 있다. 상기 절연층(130)은 다층일 수 있다. 상기 배선들(132) 중 적어도 하나는 상기 포토 다이오드(122) 및/또는 상기 트랜지스터와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 단결정 반도체층(120) 상에 트랜지스터가 형성된 경우, 상기 절연층(130)은 상기 트랜지스터를 덮도록 형성될 수 있다.
상기 절연층(130) 및 배선(132)을 형성하는 것은 상기 단결정 반도체층(120) 상에 절연층(130)을 형성하는 것과, 상기 절연층(130) 상에 배선막을 형성하여 패터닝하는 것을 포함할 수 있다. 상기 절연층(130)을 형성하는 것과 상기 배선(132)을 형성하는 것은 반복적으로 수행될 수 있다. 이에 의해 상기 절연층(130)과 상기 배선(132)은 복수의 층으로 형성될 수 있다. 이 경우, 서로 분리된 절연층(130) 상에 형성되는 각 배선들(132)은, 상기 절연층(130)의 적어도 일부를 관통하는 콘택에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 절연층(130)의 형성 도중 및/또는 이후에, 상기 절연층(130)에 대한 평탄화 공정이 더 수행될 수 있다. 일 예로, 상기 절연층(130)은 최상부의 배선(132) 을 덮은 후, 평탄화될 수 있다. 상기 평탄화는 상기 배선이 노출되지 않을 때까지 수행될 수 있다. 상기 최상부의 배선(132) 상에 형성된 상기 절연층(130)은 패시베이션층(passivation layer)으로 작용할 수 있다. 상기 절연층(130)은 상기 단결정 반도체층(120)과 인접한 제1 면(126) 및 상기 제1 면(126)에 대향된 제2 면 (136)을 가질 수 있다. 상기 제1 면은(126)은 상기 반도체층(120)과의 접촉면일 수 있다.
상기 절연층(130) 및 배선(132)이 형성되기 전에, 상기 단결정 반도체층(120) 상에 적어도 하나의 트랜지스터가 더 형성될 수 있다. 상기 트랜지스터는 상기 단결정 반도체층(120) 상에 형성되되, 상기 절연층(130)에 의해 둘러싸일 수 있다. 상기 트랜지스터는 상기 포토 다이오드(122)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 포토 다이오드(122)는 상기 트랜지스터의 소오스 또는 드레인에 해당할 수 있다. 상기 트랜지스터는 상기 포토 다이오드(122)로부터 발생한 전기적 신호를 전달하기 위한 이송 트랜지스터일 수 있다.
상기 포토 다이오드(122) 및 상기 트랜지스터는 일련의 공정에 의해 함께 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 단결정 반도체층(120) 상에 게이트 구조물을 형성하고, 상기 게이트 구조물의 일측에 상기 제2 도전형의 도펀트들을 공급하여 상기 포토 다이오드(122)를 형성할 수 있다. 상기 포토 다이오드(122)에 대향된 상기 게이트 구조물의 타측에 부유 확산층을 형성할 수 있다. 상기 부유 확산층은 상기 제2 도전형의 도펀트들로 도핑될 수 있다. 상기 부유 확산층의 깊이는 상기 포토 다이오드(122)의 깊이보다 얕을 수 있다. 상기 게이트 구조물은 적층된 절연막 및 게 이트 전극을 포함할 수 있다. 상기 게이트 구조물의 양측벽에 게이트 스페이서가 배치될 수도 있다.
도 3을 참조하면, 상기 절연층(130)의 상기 제2 면(136)과 지지 기판(150)을 본딩시킬 수 있다. 이에 따라, 본딩 구조물이 형성된다. 상기 본딩 구조물은 형성 이후, 반전될 수 있다. 이에 따라, 상기 절연층(130)의 제1 면(126)과 상기 제2 면(136)의 위치가 바뀔 수 있다.
상기 본딩 구조물로부터 상기 기판(110)을 제거하여 상기 단결정 반도체층(120)의 제1 면(125)을 노출시킬 수 있다. 상기 기판(110)은 그라인딩(grinding) 및/또는 평탄화 공정에 의하여 제거될 수 있다. 상기 기판(110)과 단결정 반도체층(120) 사이에 분리층으로 사용되는 상기 다공성 반도체층이 형성된 경우에, 상기 다공성 반도체층은 식각 정지층으로 작용될 수 있다. 상기 기판(110)을 제거한 후에, 상기 다공성 반도체층을 제거하는 것이 바람직하다.
이와는 다르게, 상기 분리층이 존재하는 경우에, 상기 본딩 구조물에 열 공정을 수행하여 상기 분리층을 기준으로 상기 기판(110)을 상기 본딩 구조물로부터 분리시킬 수도 있다. 상기 분리층이 상기 수소 주입층으로 형성되는 경우에, 상기 열공정에 의하여 상기 수소 주입층 내의 기포들이 서로 연결되어 상기 기판(110)이 상기 본딩 구조물로부터 분리될 수 있다. 상기 분리층이 상기 다공성 반도체층인 경우에도, 상기 열 공정에 의하여 상기 다공성 반도체층을 기준으로 상기 기판(110)이 상기 본딩 구조물로부터 분리될 수 있다.
상기 기판(110)의 제거 이후, 상기 단결정 반도체층(120)에 대한 식각 공정 이 더 수행될 수 있다. 상기 식각 공정은 상기 단결정 반도체층(120)의 두께를 감소시키기 위해 수행될 수 있다. 상기 단결정 반도체층(120)의 두께가 감소함에 다라, 상기 단결정 반도체층(120)을 통하여 상기 포토 다이오드(122)에 도달하는 빛의 경로가 단축될 수 있다. 또한, 상기 기판(110)의 제거시 발생할 수 있는 상기 단결정 반도체층(120)의 제1 면(125)의 표면의 손상이 제거될 수 있다. 상기 식각 공정은 습식 식각 공정을 수행하는 것을 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 단결정 반도체층(120) 상에 확산 제어층(141)이 형성될 수 있다. 상기 확산 제어층(141)은 상기 단결정 반도체층(120)과 다른 물질로 형성될 수 있다. 또는, 상기 확산 제어층(141)은 상기 단결정 반도체층(120)과 다른 결정 구조를 갖는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 단결정 반도체층(120)이 4A족에 포함된 반도체 원소로 형성되는 경우, 상기 확산 제어층(141)은 상기 4A족에 포함된 반도체 원소의 산화물을 포함할 수 있다.
상기 확산 제어층(141)은 다양한 형성방법에 의해 형성될 수 있으나, 본 실시예에서는 산화 공정에 의한 형성방법이 설명된다. 구체적으로, 상기 확산 제어층(141)을 형성하는 것은, 상기 단결정 반도체층(120) 표면의 반도체 원소를 습식 산화 시키는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 단결정 반도체층(120) 표면에 산화 용액을 제공하여, 상기 단결정 반도체층(120)의 일부를 산화시킬 수 있다. 보다 상세하게는 염산, 과산화수소 및 암모니아수 중 선택된 적어도 하나를 물에 희석시킨 용액으로 상기 단결정 반도체층(120)을 처리하는 것에 의해, 상기 확산 제어층(141)이 형성될 수 있다. 또는, 초순수(Deionized water)에 오존을 용해시킨 용액을 상기 단결정 반도체층(120)에 제공하는 것에 의하여, 상기 확산 제어층(141)이 형성될 수 있다.
상술한 실시예에서, 상기 확산 제어층(141)은 상기 단결정 반도체층(120)의 적어도 일부를 소모시키면서 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 확산 제어층(141)의 형성공정의 수행 시 상기 단결정 반도체층(120) 상에 형성된 표면 결함이 제거될 수 있다. 상기 단결정 반도체층(120)의 표면 결함은 전술한 상기 기판(110)의 제조 공정 시 발생할 수 있다. 상기 표면 결함이 발생하는 원인은 여러가지일 수 있다. 일 예로, 상기 단결정 반도체층(120)이 실리콘으로 구성된 경우, 상기 표면 결함은 상기 실리콘의 댕글링 본딩(dangling), 에칭 스트레스(etching stress) 등에 의해 기인할 수 있다.
상기 표면 결함에 의해 이를 포함하는 이미지 센서의 암전류(dark current) 현상이 발생할 수 있다. 구체적으로, 상기 단결정 반도체층(120)을 통해 빛이 입사되는 경우, 상기 단결정 반도체층(120)의 표면 결함에 의해 상기 단결정 반도체층(120) 내에 원치 않은 전자 또는 정공이 발생할 수 있다. 이에 의해 상기 단결정 반도체층(120) 내에 암전류(dark current)가 발생할 수 있다.
그러나, 본 발명의 일 실시예에 따라, 산화공정에 의해 상기 확산 제어층(141)을 형성하는 경우, 상기 확산 제어층(141)의 형성 공정에서 상기 표면 결함이 상당 부분 제거될 수 있다. 따라서, 이를 포함하는 이미지 센서의 암전류 현상이 개선될 수 있다.
상기 단결정 반도체층(120) 상에 도펀트들을 포함하는 물질막(143)이 형성될 수 있다. 상기 확산 제어층(141)이 상기 단결정 반도체층(120) 상에 형성된 경우, 상기 도펀트들을 포함하는 물질막(143)은 상기 확산 제어층(141) 상에 형성될 수 있다.
상기 도펀트들을 포함하는 물질막(143)은 제1 도전형의 도펀트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 도전형의 도펀트들은 전술한 단결정 반도체층(120) 내에 포함된 도펀트들과 동일한 도전형을 가질 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 제1 도전형의 도펀트들은 붕소(B)를 포함할 수 있다. 상기 도펀트들을 포함하는 물질막(143)의 도펀트 농도는 상기 단결정 반도체층(120)의 도펀트 농도보다 높을 수 있다.
상기 도펀트들을 포함하는 물질막(143)은 비정질 상태(amorphous state)의 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 도펀트들을 포함하는 물질막(143)은 비정질 상태의 4A족 원소를 포함할 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 도펀트들을 포함하는 물질막(143)에 대해 어닐링 공정이 수행될 수 있다. 상기 어닐링 공정은 상기 도펀트들을 포함하는 물질막(143)에 대해 레이저를 조사하는 것을 포함할 수 있다. 상기 레이저는 가시광선 영역(Visible region)의 파장을 가질 수 있다.
상기 어닐링 공정에 의해 상기 도펀트들을 포함하는 물질막(143)의 도펀트들이 상기 단결정 반도체층(120) 내로 이동하여, 상기 단결정 반도체층(120) 내에 도펀트 확산층(124)이 형성될 수 있다. 상기 도펀트 확산층(124)은 상기 단결정 반도체층(120)의 후면(back) 방향의 상부에 형성될 수 있다. 상기 도펀트 확산층(124) 은 상기 단결정 반도체층(120)에 의해 상기 포토 다이오드(122)와 이격될 수 있다. 즉, 상기 도펀트들(124)의 다수는, 상기 단결정 반도체층(120) 내의 상기 포토 다이오드(122)가 형성된 영역까지 확산되지 않을 수 있다.
상기 도펀트들을 포함하는 물질막(143)이 비정질 상태인 경우, 상기 레이저에 의한 어닐링 공정이 더욱 효율적으로 진행될 수 있다. 구체적으로, 상기 도펀트들을 포함하는 물질막(143)이 비정질 상태의 실리콘을 포함하는 경우, 상기 도펀트들을 포함하는 물질막(143)의 상기 레이저에 대한 흡광 계수가 높을 수 있다. 따라서, 상기 도펀트들을 포함하는 물질막(143)에 대한 상기 레이저의 흡수율이 향상되어, 상기 어닐링이 효율적으로 수행될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따라 상기 도펀트들을 포함하는 물질막(143)의 도펀트들의 확산에 의해 상기 도펀트 확산층(124)이 형성되는 경우, 상기 단결정 반도체층(120)의 제1 면(125) 방향에서 발생할 수 있는 결함이 더욱 감소될 수 있다. 구체적으로, 단결정 반도체층에 직접 도펀트들을 주입하고 이를 어닐링하는 경우, 상기 도펀트들의 주입 과정에서 상기 단결정 반도체 층의 후면 쪽에 결함이 발생할 수 있다. 상술한 바와 같이, 이미지 센서의 외부로부터 제공되는 빛은 단결정 반도체 층의 후면 쪽에서 입사되므로, 상기 단결정 반도체 층의 후면의 결함은 이미지 센서의 성능을 저하시킬 수 있다. 이와 달리, 본 발명의 일 실시예에 따라 상기 단결정 반도체 층(120)과 분리된 별도의 층에 도펀트들을 주입한 후, 상기 도펀트 들을 상기 단결정 반도체 층(120) 내로 이동시키는 경우, 상기 단결정 반도체 층(120)에 대한 직접적인 이온 주입 공정이 필수적이지 않으므로, 상기 단결정 반 도체 층(120)의 결함이 최소화될 수 있다. 이에 따라, 상기 단결정 반도체 층(120) 및 상기 도펀트 확산층(124)을 포함하는 암전류 현상이 개선될 수 있다.
이에 더하여, 상기 단결정 반도체 층(120) 상에 확산 제어층(141)이 더 형성되는 경우, 상기 확산 제어층(141)에 의해 상기 도펀트들의 확산이 제어될 수 있다. 따라서, 상기 도펀트 확산층(124)의 형성 시 상기 단결정 반도체 층(120) 후면의 결함이 더욱 감소될 수 있다. 일 예로, 상기 확산 제어층(141)은 상기 단결정 반도체 층(120)의 산화물로, 상기 도펀트를 포함하는 물질층(143)은 비정질 실리콘층으로 각각 형성될 수 있다. 즉, 상기 확산 제어층(141), 단결정 반도체 층(120) 및 도펀트를 포함하는 물질층(143)은 서로 다른 결정 구조를 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 도펀트를 포함하는 물질층(143)으로부터 상기 도펀트들이 이동하는 경우, 상기 결정 구조의 차이에 기인하여 상기 도펀트들의 이동 속도가 감소될 수 있다. 따라서, 상기 도펀트들의 이동에 의한 상기 단결정 반도체 층(120)의 결함 발생이 감소될 수 있다.
상기 도펀트 확산층(124)은 상기 단결정 반도체 층(120) 내의 도펀트 농도보다 높은 도펀트 농도를 가질 수 있다. 상기 도펀트 농도는 어닐링 시간, 어닐링 온도 및/또는 조사되는 레이저의 파장 등을 조절하는 것에 의해 조절될 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 확산 제어층(141)이 제거될 수 있다. 상기 확산 제어층(141)은 포함하는 물질에 따라 다른 방법에 의해 제거될 수 있다. 예를 들어, 상기 확산 제어층(141)이 실리콘산화물을 포함하는 경우, 상기 확산 제어층(141)은 불산(HF)을 포함하는 용액을 사용하여 제거될 수 있다. 상기 확산 제어층(141)의 제거에 의해 상기 단결정 반도체 층(120)이 노출될 수 있다.
상기 단결정 반도체 층(120) 상에 컬러 필터(163)가 형성될 수 있다. 하나의 컬러 필터(163)는 하나의 포토 다이오드(122)에 대응되도록 형성될 수 있다. 상기 컬러 필터(163)가 특정 색의 빛을 투과시켜 포토 다이오드(122)에 전달시킬 수 있다. 상기 컬러 필터(163)는 예를 들어, 염색된 포토 레지스트로 형성될 수 있다. 인접한 컬러 필터(163)는 서로 다른 색의 빛을 투과시킬 수 있다. 상기 컬러 필터(163)는 염색법, 안료 분산법 및 인쇄법을 포함하는 다양한 형성 방법에 의해 형성될 수 있다.
상기 컬러 필터(163) 상에 마이크로 렌즈(165)가 형성될 수 있다. 상기 렌즈(165)는 상기 포토 다이오드(122) 및/또는 상기 컬러 필터(163)에 대응되도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 하나의 포토 다이오드(122), 컬러 필터(163) 및 렌즈(165)가 서로 짝을 이루어 하나의 픽셀(pixel)을 구성할 수 있다.
상기 마이크로 렌즈(165)는 상기 컬러 필터(163) 상에 광투과성 절연물질층을 형성한 후, 리플로우 시켜 형성될 수 있다. 상기 마이크로 렌즈(165)는 이미지 센서 외부에서 제공되는 빛을 집광하여 상기 컬러 필터(163) 및/또는 상기 포토 다이오드(122)에 전달할 수 있다. 상기 마이크로 렌즈(165)와 상기 컬러 필터(163) 사이에는 절연막이 더 형성될 수 있다. 상기 절연막은 광투과성이 우수한 폴리머를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 절연막은 폴리이미드 계열 또는 폴리아크릴계열의 화합물을 포함할 수 있다.
다시 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서가 설명된다. 지지 기판(150) 상에 적어도 하나의 배선(132)을 포함하는 절연층(130)이 배치된다. 본 명세서에서, 상기 절연층(130)은 상기 지지 기판(150)과 인접한 제2 면(136) 및 상기 제2 면(136)에 대향된 제1 면(126)을 포함할 수 있다.
상기 배선(132)과 이를 포함하는 절연층(130)은 복수의 층으로 배치될 수 있다. 이 경우, 각 절연층(130)의 배선들(132)은 콘택에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 배선들(132) 중 최상부의 배선(132)은 절연층(130)에 의해 덮일 수 있다.
상기 절연층(130) 상에 단결정 반도체 층(120)이 배치될 수 있다. 상기 단결정 반도체 층(120)은 단결정 상태의 반도체 원소를 포함할 수 있다. 상기 단결정 반도체 층(120)은 제1 도전형의 도펀트들을 포함할 수 있다. 상기 단결정 반도체 층(120)은 포토 다이오드(122)를 포함할 수 있다. 상기 포토 다이오드(122)는 서로 다른 도전형을 갖는 복수개의 도펀트 영역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 포토 다이오드(122)는 제1 도전형의 도펀트를 포함하는 제1 도펀트 영역과 제2 도전형의 도펀트를 포함하는 제2 도펀트 영역을 포함할 수 있다. 상기 포토 다이오드(122)를 구성하는 복수개의 도펀트 영역들의 도펀트 농도는 상기 단결정 반도체 층(120)에 포함된 제1 도전형의 도펀트들의 농도보다 높을 수 있다.
상기 단결정 반도체 층(120) 상에 게이트가 더 포함될 수 있다. 상기 게이트는 상기 단결정 반도체 층(120)의 일부 도펀트 영역과 함께 트랜지스터를 구성할 수 있다. 상기 트랜지스터는 상기 포토 다이오드(122)에 전기적 신호를 전달하는 이송 소자 중 하나일 수 있다. 따라서, 상기 트랜지스터와 상기 포토 다이오드(122)는 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 단결정 반도체 층(120) 상에 도펀트 확산층(124)이 위치할 수 있다. 상기 도펀트 확산층(124)은 상기 단결정 반도체 층(120)에 의해 상기 포토 다이오드(122)와 이격되도록 형성될 수 있다. 상기 도펀트 확산층(124)은 제1 도전형의 도펀트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 도펀트 확산층(124)은 상기 단결정 반도체 층(120)에 포함된 도펀트들과 동일한 도전형의 도펀트를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 도펀트 확산층(124)의 도펀트 농도가, 상기 단결정 반도체 층(120)에 포함된 도펀트들의 농도보다 높을 수 있다.
상기 도펀트 확산층(124) 상에 적어도 하나의 컬러 필터(163)가 배치될 수 있다. 하나의 컬러 필턴(163)는 하나의 포토 다이오드(122)에 각각 대응되도록 배치될 수 있다. 바로 인접한 컬러 필터(163)들은 서로 다른 색을 필터링할 수 있다.
상기 컬러 필터(163) 상에 렌즈(165)가 배치될 수 있다. 상기 렌즈(165)는 이미지 센서의 외부로부터 제공되는 빛을 집광하여 포토 다이오드(122)를 포함하는 수광 수자에 전달할 수 있다. 하나의 렌즈(165)는 하나의 포토 다이오드(122) 및/또는 상기 컬러 필터(163)에 대응될 수 있다. 이에 따라, 하나의 포토 다이오드(122), 컬러 필터(163) 및 렌즈(165)는 하나의 짝을 이루어 하나의 픽셀을 구성할 수 있다.
도 1 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예를 설명하기 위한 도면들이다.
Claims (10)
- 지지 기판 상에, 포토 다이오드를 포함하는 단결정 반도체 층을 제공하는 것;상기 단결정 반도체층 상에 도펀트들을 포함하는 물질막을 형성하되, 상기 물질막은 비정질 상태의 반도체 원소를 포함하는 것; 및상기 물질막의 상기 도펀트들을 확산시켜, 상기 단결정 반도체 층내에 도펀트 확산층을 형성하는 것을 포함하는 이미지 센서의 형성방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 지지 기판 상의 절연층 및 상기 절연층 내의 적어도 하나의 배선을 더 포함하되,상기 단결정 반도체 층은 상기 절연층 상에 형성되는 이미지 센서의 형성방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 단결정 반도체 층과 상기 물질막 사이에 확산 제어층을 형성하는 것을 더 포함하는 이미지 센서의 형성방법.
- 청구항 3에 있어서,상기 확산 제어층을 형성하는 것은, 상기 단결정 반도체 층의 일부를 산화시 키는 것을 포함하는 이미지 센서의 형성방법.
- 청구항 4에 있어서,상기 단결정 반도체 층의 일부를 산화시키는 것은 습식 산화 공정을 수행하는 것을 포함하는 이미지 센서의 형성방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 도펀트들을 확산시키는 것은 상기 물질막에 레이저를 조사하는 것을 포함하는 이미지 센서의 형성방법.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,상기 도펀트들은 p형인 이미지 센서의 형성방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 단결정 반도체층은 제1 도전형의 제1 도펀트로 도핑되고, 상기 포토 다이오드는 제2 도전형의 제2 도펀트로 도핑되며, 상기 도펀트 확산층 내의 상기 도펀트들의 농도는 상기 단결정 반도체층 내의 상기 제1 도펀트의 농도보다 높은 이미지 센서의 형성방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 포토 다이오드는 상기 도펀트 확산층과 이격되는 이미지 센서의 형성방법.
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