KR102562478B1 - Infrared array image sensor and manufacturing method thereof - Google Patents

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이상준
전지연
전병선
이창석
윤정원
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한국표준과학연구원
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Abstract

적외선 어레이 이미지 센서 및 이의 제조 방법이 제공된다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 적외선 어레이 이미지 센서의 제조 방법은 제1 기판 상에 에피택셜층을 형성하는 단계, 투명 웨이퍼 상에 광학 필터 어레이를 형성하는 단계, 상기 에피택셜층과 상기 광학 필터 어레이를 접합하는 단계, 상기 제1 기판과 상기 에피택셜층을 분리하는 단계, 상기 광학 필터 어레이에 대응되도록 상기 에피택셜층을 패터닝하여 활성층 어레이를 구성하는 단계 및 상기 활성층 어레이와 판독집적회로를 전기적으로 연결하는 단계를 포함한다.An infrared array image sensor and a manufacturing method thereof are provided. A manufacturing method of an infrared array image sensor according to some embodiments of the present invention includes forming an epitaxial layer on a first substrate, forming an optical filter array on a transparent wafer, the epitaxial layer and the optical filter array bonding, separating the first substrate and the epitaxial layer, forming an active layer array by patterning the epitaxial layer to correspond to the optical filter array, and electrically connecting the active layer array and the readout integrated circuit It includes connecting steps.

Description

적외선 어레이 이미지 센서 및 이의 제조 방법{Infrared array image sensor and manufacturing method thereof}Infrared array image sensor and manufacturing method thereof

본 발명은 다중밴드 또는 편광 광학 필터를 포함하는 적외선 어레이 이미지 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 III/V 족 화합물 반도체 기반의 다중밴드 또는 편광 광학 필터를 포함하는 적외선 어레이 이미지 센서를 경제적이면서 효율적으로 제조할 수 있는 제조 방법 및 이를 통해 제조된 적외선 어레이 이미지 센서에 관한 것이다.The present invention relates to an infrared array image sensor including a multi-band or polarization optical filter and a manufacturing method thereof. Specifically, the present invention relates to a manufacturing method capable of economically and efficiently manufacturing an infrared array image sensor including a group III/V compound semiconductor-based multi-band or polarization optical filter, and an infrared array image sensor manufactured through the same .

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The contents described in this part merely provide background information on the present embodiment and do not constitute prior art.

종래 적외선 이미지 센서는 적외선의 세기 분포를 영상으로 재현한 것으로, 야간 투시경 등 군사적 목적으로 이용되어 왔는데, 최근 영상기술의 발전에 따라 유방암 및 혈류 진단, 기상 및 우주관측, 산업설비 점검, 환경오염 감시 등 의료 및 산업에 그 활용 영역을 넓혀가고 있다. 이러한 적외선 이미지 센서는 III-V 반도체, II-VI 반도체 및 Ge와 같은 기능성 반도체로 디바이스가 제조되게 된다. Conventional infrared image sensors reproduce the intensity distribution of infrared rays as images, and have been used for military purposes such as night vision goggles. Recently, with the development of imaging technology, breast cancer and blood flow diagnosis, weather and space observation, inspection of industrial facilities, and environmental pollution monitoring It is expanding its application area to medical and industrial fields such as These infrared image sensors are made of III-V semiconductors, II-VI semiconductors, and functional semiconductors such as Ge.

기능성 반도체로 제작된 적외선 센서의 경우 신호 검출부인 검출 배열 소자와 영상신호처리부인 실리콘 판독집적회로와 플립칩 본딩된 구조를 가지게 되며 광의 입사부는 기능성 반도체의 기판 후면부가 된다.In the case of an infrared sensor made of a functional semiconductor, it has a structure in which a detection array element, which is a signal detector, and a silicon readout integrated circuit, which is an image signal processor, are bonded to a flip chip, and the light incident part becomes the rear surface of the functional semiconductor substrate.

또한, 다중밴드 또는 편광 적외선 이미지 센서의 제조는 플립칩 본딩된 하이브리드 적외선 센서의 적외선 검출 배열소자의 기판 후면부에 검출 영역에 따른 광학 필터 어레이를 형성하는 과정을 수행하게 된다. 하이브리드 적외선 센서에 광학 필터 어레이를 바로 형성하는 공정은 광학 필터 어레이를 생성하는 과정에서 검출 소자에 데미지가 발생하여 이미지 센서 제조 수율이 저하되는 문제점이 있었다. In addition, in the manufacture of the multi-band or polarization infrared image sensor, a process of forming an optical filter array according to the detection area is performed on the rear surface of the substrate of the infrared detection array element of the flip-chip bonded hybrid infrared sensor. The process of directly forming the optical filter array on the hybrid infrared sensor has a problem in that the manufacturing yield of the image sensor is reduced due to damage to the detection element in the process of generating the optical filter array.

또한, 검출 소자에 대응하여 외부에서 광학 필터 어레이를 패터닝하여 패터닝된 검출 소자와 광학 필터 어레이를 정렬하여 접합하는 공정은 패터닝된 검출 소자와 패터닝된 광학 필터 어레이를 정렬하는 과정에서 오정렬이 발생할 수 있어 이미지 센서 제조 수율이 저하되는 문제점이 있었다.In addition, in the process of externally patterning an optical filter array corresponding to the detection element and aligning and bonding the patterned detection element and the optical filter array, misalignment may occur in the process of aligning the patterned detection element and the patterned optical filter array. There was a problem in that the yield of manufacturing the image sensor is lowered.

이로 인해, 경제적이면서 효율적인 방법을 통해 에피택셜층을 성장시키고, 광학 필터 어레이의 제조 과정에서 종래 기술의 단점을 보완하여 높은 수율을 제공할 수 있는 적외선 이미지 센서의 제조 방법이 요구되고 있는 실정이다.For this reason, there is a demand for a method for manufacturing an infrared image sensor capable of providing a high yield by growing an epitaxial layer in an economical and efficient manner and supplementing the disadvantages of the prior art in the manufacturing process of an optical filter array.

본 발명의 목적은, 경제적이면서 효율적인 방법을 통해 다중밴드 또는 편광 광학필터 어레이가 포함하는 적외선 이미지 센서 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide an infrared image sensor including a multi-band or polarization optical filter array and a manufacturing method thereof through an economical and efficient method.

본 발명의 다른 목적은, 광학 필터 어레이의 제조 과정에서 종래 기술의 단점을 보완하여 높은 수율을 제공할 수 있는 적외선 이미지 센서 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an infrared image sensor and a manufacturing method thereof capable of providing a high yield by supplementing the disadvantages of the prior art in the manufacturing process of an optical filter array.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention not mentioned above can be understood by the following description and will be more clearly understood by the examples of the present invention. It will also be readily apparent that the objects and advantages of the present invention may be realized by means of the instrumentalities and combinations indicated in the claims.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 적외선 어레이 이미지 센서의 제조 방법은 제1 기판 상에 에피택셜층을 형성하는 단계, 투명 웨이퍼 상에 광학 필터 어레이를 형성하는 단계, 상기 에피택셜층과 상기 광학 필터 어레이를 접합하는 단계, 상기 제1 기판과 상기 에피택셜층을 분리하는 단계, 상기 광학 필터 어레이에 대응되도록 상기 에피택셜층을 패터닝하여 활성층 어레이를 구성하는 단계, 및 상기 활성층 어레이와 판독집적회로를 전기적으로 연결하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing an infrared array image sensor according to some embodiments of the present invention for achieving the above technical problem includes forming an epitaxial layer on a first substrate, forming an optical filter array on a transparent wafer, and the epitaxial layer. bonding the taxial layer and the optical filter array, separating the first substrate and the epitaxial layer, forming an active layer array by patterning the epitaxial layer to correspond to the optical filter array, and forming an active layer array; and and electrically connecting the array and the readout integrated circuit.

또한, 상기 에피택셜층은 III/V 족 화합물 반도체 물질로 구성되고, 상기 제1 기판은 상기 III/V 족 화합물 반도체 물질을 포함하며, 상기 투명 웨이퍼는 적외선을 투과하는 실리콘 웨이퍼 또는 사파이어 웨이퍼일 수 있다.In addition, the epitaxial layer may be made of a group III/V compound semiconductor material, the first substrate may include the group III/V compound semiconductor material, and the transparent wafer may be a silicon wafer or a sapphire wafer that transmits infrared rays. there is.

또한, 상기 에피택셜층과 상기 광학 필터 어레이를 접합하는 단계는, 상기 에피택셜층과 상기 광학 필터 어레이가 서로 마주보도록 상기 투명 웨이퍼 상에 상기 제1 기판을 배치하는 단계, 상기 에피택셜층과 상기 광학 필터 어레이 사이에 투명 접착층을 개재하는 단계, 상기 제1 기판 및 상기 투명 웨이퍼 중 적어도 하나를 이동하여 상기 투명 접착층을 통해 상기 에피택셜층과 상기 광학 필터 어레이를 접합하는 단계를 포함할 수 있다. The bonding of the epitaxial layer and the optical filter array may include disposing the first substrate on the transparent wafer such that the epitaxial layer and the optical filter array face each other; The method may include interposing a transparent adhesive layer between optical filter arrays, and bonding the epitaxial layer and the optical filter array through the transparent adhesive layer by moving at least one of the first substrate and the transparent wafer.

또한, 상기 광학 필터 어레이는 복수의 광학 필터를 포함하며, 상기 활성층 어레이는 상기 복수의 광학 필터 각각에 대응하는 복수의 활성층을 포함하고, 상기 복수의 광학 필터 각각은 대응되는 활성층에 서로 상이한 광학 특성을 가진 광이 전달되도록 구성될 수 있다.In addition, the optical filter array includes a plurality of optical filters, the active layer array includes a plurality of active layers corresponding to each of the plurality of optical filters, and each of the plurality of optical filters has optical characteristics different from each other in the corresponding active layer. It can be configured to transmit light with.

또한, 상기 광학 필터 어레이에 대응되도록 상기 에피택셜층을 패터닝하여 활성층 어레이를 구성하는 단계는, 상기 복수의 광학 필터를 기준으로 상기 복수의 활성층을 패터닝하는 것을 포함할 수 있다.The forming of the active layer array by patterning the epitaxial layer to correspond to the optical filter array may include patterning the plurality of active layers based on the plurality of optical filters.

또한, 상기 활성층 어레이와 판독집적회로를 전기적으로 연결하는 단계는, 상기 활성층 어레이와 접촉하는 제1 전극을 형성하는 단계, 상기 제1 전극에 범프를 형성하는 단계, 및 상기 범프를 제2 전극을 통해 판독 회로와 연결하는 단계를 포함할 수 있다. In addition, the step of electrically connecting the active layer array and the readout integrated circuit may include forming a first electrode in contact with the active layer array, forming a bump on the first electrode, and connecting the bump to a second electrode. It may include the step of connecting with the read circuit through.

본 발명의 몇몇 실시예에 따른 적외선 어레이 이미지 센서는 복수의 활성층을 포함하는 활성층 어레이, 상기 활성층 어레이와 전기적으로 연결된 판독집적회로, 상기 복수의 활성층과 대응되는 복수의 광학 필터를 포함하는 광학 필터 어레이, 상기 활성층 어레이와 상기 광학 필터 어레이 사이에 배치되어 상기 활성층 어레이와 상기 광학 필터 어레이를 연결하는 투명 접착층, 및 상기 광학 필터 어레이 상에 배치된 투명 웨이퍼를 포함한다.An infrared array image sensor according to some embodiments of the present invention includes an active layer array including a plurality of active layers, a readout integrated circuit electrically connected to the active layer array, and an optical filter array including a plurality of optical filters corresponding to the plurality of active layers. , a transparent adhesive layer disposed between the active layer array and the optical filter array to connect the active layer array and the optical filter array, and a transparent wafer disposed on the optical filter array.

또한, 상기 복수의 활성층은 III/V 족 화합물 반도체 물질로 구성되고, 상기 투명 웨이퍼는 적외선 광이 투과되는 실리콘 웨이퍼 또는 사파이어 웨이퍼일 수 있다.In addition, the plurality of active layers may be made of a group III/V compound semiconductor material, and the transparent wafer may be a silicon wafer or a sapphire wafer through which infrared light is transmitted.

또한, 상기 투명 웨이퍼는 상기 광학 필터 어레이 상에 바로 배치될 수 있다.Also, the transparent wafer may be directly disposed on the optical filter array.

또한, 상기 활성층 어레이 하부에 배치된 제1 전극, 상기 제1 전극과 전기적으로 연결된 범프, 및 상기 판독 회로와 상기 범프를 전기적으로 연결하는 제2 전극을 더 포함할 수 있다. The display device may further include a first electrode disposed under the active layer array, a bump electrically connected to the first electrode, and a second electrode electrically connecting the read circuit and the bump.

본 발명의 실시예에 따른 적외선 이미지 센서 및 이의 제조 방법은 에피택셜층의 패터닝 이전에 광학 필터를 형성하도록 구성되어 광학 필터의 패터닝에 따라 에피택셜층에 대한 데미지가 발생하는 것이 방지될 수 있다. An infrared image sensor and a method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention are configured to form an optical filter before patterning the epitaxial layer, so that damage to the epitaxial layer can be prevented according to the patterning of the optical filter.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 적외선 이미지 센서 및 이의 제조 방법은 기패터닝된 광학 필터에 대응하여 에피택셜층에 대한 패터닝을 수행하기에 이들 간의 오정렬이 발생하는 종래 기술의 문제점이 원천적으로 방지될 수 있다.In addition, since the infrared image sensor and its manufacturing method according to an embodiment of the present invention perform patterning on the epitaxial layer corresponding to the pre-patterned optical filter, the problem of misalignment between them in the prior art can be fundamentally prevented. can

또한, 본 발명의 실시예에 따른 적외선 이미지 센서 및 이의 제조 방법은 높은 가격의 비-Si 기판인 제1 기판을 시드 기판으로 활용하되, 제1 기판을 최종적인 이미지 센서에 포함시키지 않고 다시 사용할 수 있으므로 이미지 센서를 제작하는 전반적인 비용이 절감될 수 있게 된다.In addition, an infrared image sensor and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention utilize a first substrate, which is a high-priced non-Si substrate, as a seed substrate, but can reuse the first substrate without including it in the final image sensor. Therefore, the overall cost of manufacturing the image sensor can be reduced.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 적외선 이미지 센서 및 이의 제조 방법은 투명 웨이퍼가 적외선 어레이 이미지 센서의 제조 과정에서, 베이스 기판으로 제공되어 전체적인 공정이 안정적으로 수행되는 것을 지원할 수 있다. In addition, the infrared image sensor and method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention can support stably performing the entire process by providing a transparent wafer as a base substrate in the process of manufacturing the infrared array image sensor.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 적외선 이미지 센서 및 이의 제조 방법은 투명 웨이퍼가 적외선 어레이 이미지 센서의 제조가 완료된 이후에도 광이 전달되는 방향으로 배치되어 외부광을 광학 필터 어레이로 전달할 수 있으며, 적외선 어레이 이미지 센서의 주요 구성들을 외부로부터 보호하는 기능을 제공할 수 있다.In addition, in the infrared image sensor and method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention, the transparent wafer is arranged in a direction in which light is transmitted even after the manufacturing of the infrared array image sensor is completed, so that external light can be transmitted to the optical filter array, and the infrared array image sensor is disposed. A function of protecting major components of the image sensor from the outside may be provided.

상술한 내용과 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.In addition to the above description, specific effects of the present invention will be described together while explaining specific details for carrying out the present invention.

도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 적외선 어레이 이미지 센서의 제조 방법의 순서도이다.
도 2는 제1 기판 상에 에피택셜층을 형성하는 단계를 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 투명 웨이퍼 상에 광학 필터 어레이를 형성하는 단계를 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는 에피택셜층과 광학 필터 어레이를 접합하는 단계의 세부 단계를 나타내는 순서도이다.
도 5는 에피택셜층과 광학 필터 어레이를 접합하는 단계를 설명하기 위한 예시도이다.
도 6은 에피택셜층과 광학 필터 어레이를 접합하는 단계가 수행된 상태를 나타내는 예시도이다.
도 7은 제1 기판과 에피택셜층을 분리하는 단계를 설명하기 위한 예시도이다.
도 8은 광학 필터 어레이에 대응되도록 에피택셜층을 패터닝하여 활성층 어레이를 구성하는 단계를 설명하기 위한 예시도이다.
도 9는 활성층 어레이와 판독집적회로를 전기적으로 연결하는 단계의 세부 단계를 나타내는 순서도이다.
도 10은 활성층 어레이와 접촉하는 제1 전극을 형성하는 단계를 설명하기 위한 예시도이다.
도 11은 제1 전극에 범프를 형성하는 단계를 설명하기 위한 예시도이다.
도 12는 범프를 제2 전극을 통해 판독집적회로와 연결하는 단계를 설명하기 위한 예시도이다.
도 13은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 적외선 어레이 이미지 센서의 구성을 도시한다.1 is a flowchart of a manufacturing method of an infrared array image sensor according to some embodiments of the present invention.
2 is an exemplary diagram for explaining a step of forming an epitaxial layer on a first substrate.
3 is an exemplary diagram for explaining a step of forming an optical filter array on a transparent wafer.
4 is a flowchart illustrating detailed steps of bonding an epitaxial layer and an optical filter array.
5 is an exemplary diagram for explaining a step of bonding an epitaxial layer and an optical filter array.
6 is an exemplary diagram illustrating a state in which a step of bonding an epitaxial layer and an optical filter array is performed.
7 is an exemplary diagram for explaining a step of separating the first substrate and the epitaxial layer.
8 is an exemplary diagram for explaining a step of configuring an active layer array by patterning an epitaxial layer to correspond to an optical filter array.
9 is a flowchart illustrating detailed steps of electrically connecting an active layer array and a readout integrated circuit.
10 is an exemplary diagram for explaining a step of forming a first electrode in contact with an active layer array.
11 is an exemplary diagram for explaining a step of forming bumps on the first electrode.
12 is an exemplary diagram for explaining a step of connecting a bump to a readout integrated circuit through a second electrode.
13 shows a configuration of an infrared array image sensor according to some embodiments of the present invention.

본 명세서 및 특허청구범위에서 사용된 용어나 단어는 일반적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니된다. 발명자가 그 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어나 단어의 개념을 정의할 수 있다는 원칙에 따라, 본 발명의 기술적 사상과 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명이 실현되는 하나의 실시예에 불과하고, 본 발명의 기술적 사상을 전부 대변하는 것이 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 및 응용 가능한 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Terms or words used in this specification and claims should not be construed as being limited to a general or dictionary meaning. According to the principle that an inventor may define a term or a concept of a word in order to best describe his/her invention, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical spirit of the present invention. In addition, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only one embodiment in which the present invention is realized, and do not represent all of the technical spirit of the present invention, so they can be replaced at the time of the present application. It should be understood that there may be many equivalents and variations and applicable examples.

본 명세서 및 특허청구범위에서 사용된 제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. '및/또는' 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as first, second, A, and B used in this specification and claims may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. These terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first element may be termed a second element, and similarly, a second element may be termed a first element, without departing from the scope of the present invention. The term 'and/or' includes a combination of a plurality of related recited items or any one of a plurality of related recited items.

본 명세서 및 특허청구범위에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in this specification and claims are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. It should be understood that terms such as "include" or "having" in this application do not exclude in advance the possibility of existence or addition of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification. .

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in the present application, they should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning. don't

또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호 간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다. In addition, each configuration, process, process or method included in each embodiment of the present invention may be shared within a range that does not contradict each other technically.

이하에서, 도 1 내지 도 13을 참조하여 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 적외선 어레이 이미지 센서 및 이의의 제조 방법에 대해 설명하도록 한다. Hereinafter, an infrared array image sensor and a manufacturing method thereof according to some embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 13 .

도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 적외선 어레이 이미지 센서의 제조 방법의 순서도이다. 도 2는 제1 기판 상에 에피택셜층을 형성하는 단계를 설명하기 위한 예시도이다. 도 3은 투명 웨이퍼 상에 광학 필터 어레이를 형성하는 단계를 설명하기 위한 예시도이다. 도 4는 에피택셜층과 광학 필터 어레이를 접합하는 단계의 세부 단계를 나타내는 순서도이다. 도 5는 에피택셜층과 광학 필터 어레이를 접합하는 단계를 설명하기 위한 예시도이다. 도 6은 에피택셜층과 광학 필터 어레이를 접합하는 단계가 수행된 상태를 나타내는 예시도이다. 도 7은 제1 기판과 에피택셜층을 분리하는 단계를 설명하기 위한 예시도이다. 도 8은 광학 필터 어레이에 대응되도록 에피택셜층을 패터닝하여 활성층 어레이를 구성하는 단계를 설명하기 위한 예시도이다. 도 9는 활성층 어레이와 판독집적회로를 전기적으로 연결하는 단계의 세부 단계를 나타내는 순서도이다. 도 10은 활성층 어레이와 접촉하는 제1 전극을 형성하는 단계를 설명하기 위한 예시도이다. 도 11은 제1 전극에 범프를 형성하는 단계를 설명하기 위한 예시도이다. 도 12는 범프를 제2 전극을 통해 판독집적회로와 연결하는 단계를 설명하기 위한 예시도이다. 도 13은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 적외선 어레이 이미지 센서의 구성을 도시한다. 1 is a flowchart of a manufacturing method of an infrared array image sensor according to some embodiments of the present invention. 2 is an exemplary diagram for explaining a step of forming an epitaxial layer on a first substrate. 3 is an exemplary diagram for explaining a step of forming an optical filter array on a transparent wafer. 4 is a flowchart illustrating detailed steps of bonding an epitaxial layer and an optical filter array. 5 is an exemplary diagram for explaining a step of bonding an epitaxial layer and an optical filter array. 6 is an exemplary diagram illustrating a state in which a step of bonding an epitaxial layer and an optical filter array is performed. 7 is an exemplary diagram for explaining a step of separating the first substrate and the epitaxial layer. 8 is an exemplary diagram for explaining a step of configuring an active layer array by patterning an epitaxial layer to correspond to an optical filter array. 9 is a flowchart illustrating detailed steps of electrically connecting an active layer array and a readout integrated circuit. 10 is an exemplary diagram for explaining a step of forming a first electrode in contact with an active layer array. 11 is an exemplary diagram for explaining a step of forming bumps on the first electrode. 12 is an exemplary diagram for explaining a step of connecting a bump to a readout integrated circuit through a second electrode. 13 shows a configuration of an infrared array image sensor according to some embodiments of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 적외선 어레이 이미지 센서의 제조 방법은 제1 기판 상에 에피택셜층을 형성하는 단계(S110), 투명 웨이퍼 상에 광학 필터 어레이를 형성하는 단계(S120), 에피택셜층과 광학 필터 어레이를 접합하는 단계(S130), 제1 기판과 에피택셜층을 분리하는 단계(S140), 광학 필터 어레이에 대응되도록 에피택셜층을 패터닝하여 활성층 어레이를 구성하는 단계(S150) 및 활성층 어레이와 판독집적회로를 전기적으로 연결하는 단계(S160)를 포함한다.Referring to FIG. 1 , a method of manufacturing an infrared array image sensor according to some embodiments of the present invention includes forming an epitaxial layer on a first substrate ( S110 ) and forming an optical filter array on a transparent wafer ( S110 ). S120), bonding the epitaxial layer and the optical filter array (S130), separating the first substrate and the epitaxial layer (S140), patterning the epitaxial layer to correspond to the optical filter array to form an active layer array A step S150 and a step S160 of electrically connecting the active layer array and the readout integrated circuit.

먼저, 제1 기판 상에 에피택셜층을 형성한다(S110).First, an epitaxial layer is formed on a first substrate (S110).

단계(S110)에서, 도 2와 같은 제1 기판(200)이 준비될 수 있다. 제1 기판(200)은 에피택셜층(110)을 성장시키기 위한 시드 기판 또는 호스트 기판일 수 있다. 제1 기판(200) 상에 에피택셜층(110)이 성장될 수 있다. In step S110, the first substrate 200 as shown in FIG. 2 may be prepared. The first substrate 200 may be a seed substrate or a host substrate for growing the epitaxial layer 110 . An epitaxial layer 110 may be grown on the first substrate 200 .

실시예에서, 제1 기판(200)은 에피택셜층(110)을 구성하는 재료에 대응하는 물질로 구성될 수 있다. In an embodiment, the first substrate 200 may be made of a material corresponding to the material constituting the epitaxial layer 110 .

에피택셜층(110)은 III/V 족 화합물 반도체 물질로 구성될 수 있으며, 제1 기판(200)도 III/V 족 화합물 반도체 물질로 형성된 기판일 수 있다. 에피택셜층(110)은 Ga, Al, In 등 III 족 물질과 As, P, Sb V족 물질을 결합시킨 III/V 족 화합물 반도체 물질로 구성될 수 있다. 에피택셜층(110)은 갈륨아세나이드(GaAs), 인듐갈륨아세나이드(InGaAs) 및 인듐포스페이트(InP) 인듐안티모나이드(InSb), 제2형 초격자(Type II superlattice) 중 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The epitaxial layer 110 may be made of a group III/V compound semiconductor material, and the first substrate 200 may also be a substrate made of a group III/V compound semiconductor material. The epitaxial layer 110 may be formed of a group III/V compound semiconductor material in which a group III material such as Ga, Al, or In is combined with a group V material such as As, P, Sb, or V material. The epitaxial layer 110 includes any one of gallium arsenide (GaAs), indium gallium arsenide (InGaAs), indium phosphate (InP), indium antimonide (InSb), and a Type II superlattice. It can be done, but is not limited thereto.

단계(S110)에서, 제1 기판(200) 상에 에피택셜층(110)을 성장시키는 공정은 분자 빔 에피택시(MBE: Molecular Beam Epitaxy), 금속 유기 화학 증착(MOCVD: Metal-Organic Chemical Vapor Deposition) 또는 하이드라이드 증기 상 에피택시(HVPE: Hydride Vapor Phase Epitaxy) 등과 같은 공지된 반도체 제조 기술을 통해 수행될 수 있다.In step S110, the process of growing the epitaxial layer 110 on the first substrate 200 includes Molecular Beam Epitaxy (MBE) and Metal-Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD). ) or hydride vapor phase epitaxy (HVPE).

실시예에서, 에피택셜층(110)은 제1 컨택층(111), 광흡수층(112), 제2 컨택층(113)을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 에피택셜층(110)의 광흡수층(112)은 Ga, Al, In과 As, P, Sb가 2종, 3종 또는 4종으로 조합된 화합물을 적층한 구조 또는 이에 기초하여 구성된 양자점, 양자우물, 초격자 구조일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제1 컨택층(112)은 실리콘 도핑된 GaAs층일 수 있다. 제2 컨택층(113)은 실리콘 도핑된 InGaAs 또는 InAs 층일 수 있으며, 광흡수층(112)은 InGaAs, InAs/GaSb T2SL(type II superlattice) 또는 InAs/InGaAs/GaAs DWELL(dot in a well)구조로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 실시예에서, 이러한 에피택셜층(110)은 헤테로에피택시(hetero epitaxy) 통해 제1 기판(200)으로부터 성장이 진행될 수 있다.In an embodiment, the epitaxial layer 110 may include a first contact layer 111 , a light absorption layer 112 , and a second contact layer 113 . In some embodiments, the light absorption layer 112 of the epitaxial layer 110 has a structure in which Ga, Al, In, and As, P, and Sb are combined in two, three, or four layers, or a structure based thereon. It may be composed of quantum dots, quantum wells, and superlattice structures. In an exemplary embodiment, the first contact layer 112 may be a silicon doped GaAs layer. The second contact layer 113 may be a silicon-doped InGaAs or InAs layer, and the light absorption layer 112 may have an InGaAs, InAs/GaSb T2SL (type II superlattice) or InAs/InGaAs/GaAs DWELL (dot in a well) structure. It may be configured, but is not limited thereto. In an embodiment, the epitaxial layer 110 may be grown from the first substrate 200 through heteroepitaxis.

에피택셜층(110)은 근단파장 적외선 영역뿐만 아니라, 3.0 μm 이상의 중장파장 적외선 대역을 검출할 수 있도록 구성될 수 있다. 에피택셜층(110)은 복수의 검출 영역이 정의될 수 있으며, 후술하는 공정들을 통해 복수의 검출 영역에 대응하는 복수의 검출 소자가 형성될 수 있다. 또한, 단계(S110)에서, 제1 기판(200)은 상부에 형성된 이탈층(미도시)을 포함할 수 있다. 에피택셜층(110)은 이러한 이탈층(미도시) 상에 형성될 수 있다. 이후 단계에서 에피택셜층(110)은 제1 기판(200)과 분리될 수 있으며, 이탈층은 에피택셜층(110)과 제1 기판(200)의 용이한 분리를 지원하는 레이어에 해당한다. 이탈층(미도시)은 에피택셜층(110)의 성장에 방해가 되지 않도록 다공성을 가지거나 얇은 두께로 구성될 수 있다.The epitaxial layer 110 may be configured to detect not only the near-short wavelength infrared region but also the mid-long wavelength infrared band of 3.0 μm or more. A plurality of detection regions may be defined in the epitaxial layer 110 , and a plurality of detection elements corresponding to the plurality of detection regions may be formed through processes described later. Also, in step S110, the first substrate 200 may include a release layer (not shown) formed thereon. The epitaxial layer 110 may be formed on the release layer (not shown). In a subsequent step, the epitaxial layer 110 may be separated from the first substrate 200 , and the release layer corresponds to a layer supporting easy separation of the epitaxial layer 110 and the first substrate 200 . The release layer (not shown) may have porosity or have a thin thickness so as not to interfere with the growth of the epitaxial layer 110 .

예시적인 실시예에서, 이탈층은 그래핀 층으로 형성될 수 있다. 그래핀은 결정질 막이며, 약한 반데르 발스 상호 작용을 가진 재료로 에피택셜층 성장을 위한 격자 미스 매칭 규칙을 실질적으로 완화할 수 있어, 잠재적으로 낮은 결함 밀도들을 가진 대부분의 반도체 막들의 성장을 허용할 수 있다. 그래핀은 에피택셜층(110)을 복수 층으로 성장시키는 데 적절한 레이어일 수 있다. In an exemplary embodiment, the release layer may be formed of a graphene layer. Graphene is a crystalline film, a material with weak van der Waals interactions that can substantially relax the lattice miss matching rule for epitaxial layer growth, potentially allowing the growth of most semiconductor films with low defect densities. can do. Graphene may be a suitable layer for growing the epitaxial layer 110 into multiple layers.

또한, 그래핀 층 상에서 성장된 에피택셜층(110)은 그래핀의 약한 반데르 발스 상호 작용으로 인해 기판으로부터 쉽고 정확하게 방출될 수 있다. 그래핀 층에 의해 에피택셜층(110)은 신속하게 기계적으로 방출될 수 있으며, 방출된 표면의 리컨디셔닝이 필요하지 않을 수 있다. 또한, 그래핀은 기계적 견고성을 가진 구조로 다수의 성장/방출 사이클에 대한 재사용이 가능하여 제1 기판(200)에 대한 재사용성을 증가시키거나 최대화할 수 있다.In addition, the epitaxial layer 110 grown on the graphene layer can be easily and accurately released from the substrate due to the weak van der Waals interaction of graphene. The epitaxial layer 110 may be rapidly mechanically released by the graphene layer, and reconditioning of the released surface may not be required. In addition, graphene is a structure with mechanical robustness and can be reused for multiple growth/release cycles, thereby increasing or maximizing the reusability of the first substrate 200 .

다음으로, 투명 웨이퍼 상에 광학 필터 어레이를 형성한다(S120).Next, an optical filter array is formed on the transparent wafer (S120).

단계(S120)에서, 투명 웨이퍼(100) 상에 광학 필터 어레이가 형성된다. 투명 웨이퍼(100)는 여러 파장의 빛이 투과될 수 있는 물질일 수 있다. 특히, 투명 웨이퍼(100)는 적외선 대역의 빛을 투과할 수 있는 물질로 구성될 수 있다. 또한, 투명 웨이퍼(100)는 상부에 배치되는 물질을 충분히 지지할 수 있도록 리기드(rigid)한 투명 물질로 구성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 투명 웨이퍼(100)는 실리콘(Si, silicon) 웨이퍼 또는 사파이어(Al2O3-) 웨이퍼일 수 있으나, 본 발명의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.In step S120, an optical filter array is formed on the transparent wafer 100. The transparent wafer 100 may be a material through which light of various wavelengths may be transmitted. In particular, the transparent wafer 100 may be made of a material capable of transmitting light in the infrared band. In addition, the transparent wafer 100 may be made of a rigid transparent material to sufficiently support a material placed thereon. In some embodiments, the transparent wafer 100 may be a silicon (Si, silicon) wafer or a sapphire (Al 2 O 3- ) wafer, but embodiments of the present invention are not limited thereto.

광학 필터 어레이(120)는 투명 웨이퍼(100) 상에 형성될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 제조 방법에서, 광학 필터 어레이(120)는 투명 웨이퍼(100) 상에 미리 형성될 수 있다. 광학 필터 어레이(120)는 투명 웨이퍼(100) 상부에 바로 배치되도록 형성될 수 있다. 광학 필터 어레이(120)는 나노 구조를 형성하기 위한 종래의 제조 공정을 통해 형성될 수 있다. 예시적으로, 광학 필터 어레이(120)는 나노 임프린트(nano-imprint) 또는 나노 리소그래피(nano-lithography) 공정을 통해 투명 웨이퍼(100) 상에 형성될 수 있다. The optical filter array 120 may be formed on the transparent wafer 100 . In the manufacturing method according to the embodiment of the present invention, the optical filter array 120 may be pre-formed on the transparent wafer 100 . The optical filter array 120 may be formed to be directly disposed on the transparent wafer 100 . The optical filter array 120 may be formed through a conventional manufacturing process for forming a nanostructure. For example, the optical filter array 120 may be formed on the transparent wafer 100 through a nano-imprint or nano-lithography process.

광학 필터 어레이(120)는 복수의 광학 필터를 포함할 수 있다. 복수의 광학 필터는 일정 면적을 가지도록 구성되며, 일정 간격을 가지도록 이격되어 투명 웨이퍼(100) 상에 형성될 수 있다. 여기서, 광학 필터의 면적은 후술하는 검출 영역의 면적과 대응될 수 있으며, 광학 필터 사이의 간격은 검출 영역 사이의 간격에 해당할 수 있다. 실시예에서, 검출 영역은 후술하는 단계를 통해 구성되는 검출 소자가 형성되는 영역을 의미하며, 검출 소자에 의해 센싱이 수행되는 공간을 의미할 수 있다.The optical filter array 120 may include a plurality of optical filters. The plurality of optical filters may have a certain area and may be formed on the transparent wafer 100 while being spaced apart from each other at a certain interval. Here, the area of the optical filter may correspond to the area of the detection area described later, and the distance between the optical filters may correspond to the distance between the detection areas. In an embodiment, the detection area means an area in which a detection element configured through the steps described below is formed, and may mean a space in which sensing is performed by the detection element.

복수의 광학 필터는 적외선 어레이 이미지 센서에서 미리 정의되는 검출 영역의 구조, 형태에 따라 투명 웨이퍼(100) 상에 형성될 수 있으며, 광학 필터 어레이(120)를 구성할 수 있다. 예시적으로, 검출 영역은 매트릭스 형태로 배열될 수 있으며, 복수의 광학 필터도 이에 대응하여 매트릭스 형태로 투명 웨이퍼(100) 상에 형성되어 광학 필터 어레이(120)을 구성할 수 있다.A plurality of optical filters may be formed on the transparent wafer 100 according to the structure and shape of a detection area predefined in the infrared array image sensor, and may constitute the optical filter array 120 . Illustratively, the detection regions may be arranged in a matrix form, and a plurality of optical filters may be correspondingly formed on the transparent wafer 100 in a matrix form to form the optical filter array 120 .

몇몇 실시예에서, 복수의 광학 필터 각각은 대응되는 검출 영역, 즉, 검출 소자의 활성층에 서로 상이한 광학 특성을 가진 광이 전달되도록 구성될 수 있다. 복수의 광학 필터는 편광 필터로 구성될 수 있으며, 복수의 광학 필터는 서로 편광 필터의 각도가 상이하도록 구성되어, 대응되는 검출 영역, 검출 소자의 활성층에 상이한 각도의 편광을 제공하도록 구성될 수 있다. 도 3a는 이러한 상이한 각도로 구성된 편광 필터로 구성된 제1 내지 제4 광학 필터(120A, 120B, 120C, 120D)를 예시적으로 도시한다. 제1 내지 제4 광학 필터(120A, 120B, 120C, 120D)를 통과하는 각각의 광은 서로 다른 편광을 가지도록 조정될 수 있다. In some embodiments, each of the plurality of optical filters may be configured to transmit light having different optical characteristics to a corresponding detection region, that is, an active layer of the detection element. The plurality of optical filters may be configured as polarization filters, and the plurality of optical filters may be configured to have different angles of the polarization filters to provide polarization of different angles to corresponding detection areas and active layers of the detection element. . FIG. 3A exemplarily shows first to fourth optical filters 120A, 120B, 120C, and 120D composed of polarization filters having different angles. Each light passing through the first to fourth optical filters 120A, 120B, 120C, and 120D may be adjusted to have different polarizations.

또한, 복수의 광학 필터는 파장 조정 가능 협대역 필터(wavelength tunable narrow band filter)로 구성될 수 있으며, 복수의 광학 필터는 대응되는 검출 영역에 서로 상이한 파장 대역의 광이 전달되도록 구성될 수 있다. 도 3b와 같이, 제1 내지 제4 광학 필터(120A, 120B, 120C, 120D)는 서로 상이한 높이로 구성될 수 있으며, 두께와 대응하는 파장만을 선택적으로 투과시키고 다른 파장을 반사시킬 수 있다. 예시적으로, 광학 필터의 두께가 증가됨에 따라 필터의 투과 파장이 증가될 수 있으며, 광학 필터의 두께가 감소됨에 따라 필터의 투과 파장이 감소될 수 있다.In addition, the plurality of optical filters may be configured as wavelength tunable narrow band filters, and the plurality of optical filters may be configured to transmit light of different wavelength bands to corresponding detection regions. As shown in FIG. 3B , the first to fourth optical filters 120A, 120B, 120C, and 120D may have different heights, and may selectively transmit only wavelengths corresponding to thicknesses and reflect other wavelengths. For example, as the thickness of the optical filter increases, the transmission wavelength of the filter may increase, and as the thickness of the optical filter decreases, the transmission wavelength of the filter may decrease.

단계(S120)에서, 상술한 광학 특성을 가지는 광학 필터 어레이(120)는 투명 웨이퍼(100) 상에 형성될 수 있으며, 광학 필터 어레이(120)가 형성된 투명 웨이퍼(100)는 후속하는 단계(S130)를 통해 에피택셜층(110)이 형성된 제1 기판(200)과 접합되게 된다. In step S120, the optical filter array 120 having the above-described optical characteristics may be formed on the transparent wafer 100, and the transparent wafer 100 having the optical filter array 120 is formed in the subsequent step S130. ) to be bonded to the first substrate 200 on which the epitaxial layer 110 is formed.

다음으로, 에피택셜층과 광학 필터 어레이를 접합하는 단계(S130)가 수행된다.Next, a step of bonding the epitaxial layer and the optical filter array (S130) is performed.

도 4를 참조하면, 단계(S130)는 에피택셜층과 광학 필터 어레이가 서로 마주보도록 투명 웨이퍼 상에 제1 기판을 배치하는 단계(S132), 에피택셜층과 광학 필터 어레이 사이에 투명 접착층을 개재하는 단계(S134), 및 제1 기판 및 투명 웨이퍼 중 적어도 하나를 이동하여 투명 접착층을 통해 에피택셜층과 광학 필터 어레이를 접합하는 단계(S136)를 포함한다.Referring to FIG. 4 , in step S130, a first substrate is disposed on a transparent wafer so that the epitaxial layer and the optical filter array face each other (S132), and a transparent adhesive layer is interposed between the epitaxial layer and the optical filter array. and bonding the epitaxial layer and the optical filter array through the transparent adhesive layer by moving at least one of the first substrate and the transparent wafer (S136).

단계(S132)에서, 제1 기판(200)은 에피택셜층(110)과 광학 필터 어레이(120)가 서로 마주보도록 투명 웨이퍼(100) 상에 배치된다. 구체적으로, 에피택셜층(110)의 제2 컨택층(113)과 광학 필터 어레이(120)이 서로 마주보도록 제1 기판(200)과 투명 웨이퍼(100)은 배치될 수 있다. In step S132 , the first substrate 200 is disposed on the transparent wafer 100 such that the epitaxial layer 110 and the optical filter array 120 face each other. Specifically, the first substrate 200 and the transparent wafer 100 may be disposed such that the second contact layer 113 of the epitaxial layer 110 and the optical filter array 120 face each other.

투명 웨이퍼(100)는 공정이 수행되는 챔버에 배치될 수 있다. 투명 웨이퍼(100)에서 광학 필터 어레이(120)가 형성된 면을 투명 웨이퍼(100)의 일면이라고 정의할 때, 투명 웨이퍼(100)는 타면이 챔버와 접촉하도록 챔버 상에 구비된 평탄화된 베이스에 배치될 수 있다. 투명 웨이퍼(100)는 이후 단계들이 안정적으로 진행되도록 하며, 이후 단계들을 통해 구성되는 적외선 어레이 이미지 센서의 구성들을 지지하는 베이스 기판으로 역할을 수행할 수 있다. The transparent wafer 100 may be placed in a chamber in which a process is performed. When the surface of the transparent wafer 100 on which the optical filter array 120 is formed is defined as one surface of the transparent wafer 100, the transparent wafer 100 is placed on a flattened base provided on the chamber so that the other surface contacts the chamber. It can be. The transparent wafer 100 allows subsequent steps to be stably performed and may serve as a base substrate for supporting components of an infrared array image sensor constructed through subsequent steps.

단계(S132)에서, 투명 웨이퍼(100)가 상부에 제1 기판(200)은 정렬되게 된다. 도 5에 예시적으로 도시된 바와 같이, 제1 기판(200)은 투명 웨이퍼(100)와 수직 방향을 따라 오버랩되도록 제1 기판(200)의 상부에 위치하게 된다. 제1 기판(200)은 에피택셜층(110)의 제2 컨택층(113)과 광학 필터 어레이(120)가 서로 마주보도록 투명 웨이퍼(110) 상에 배치될 수 있다. In step S132, the first substrate 200 is aligned on top of the transparent wafer 100. As exemplarily shown in FIG. 5 , the first substrate 200 is positioned above the first substrate 200 to overlap the transparent wafer 100 in the vertical direction. The first substrate 200 may be disposed on the transparent wafer 110 such that the second contact layer 113 of the epitaxial layer 110 and the optical filter array 120 face each other.

단계(S134)에서, 에피택셜층(110)과 광학 필터 어레이(120) 사이에 투명 접착층(130)이 개재된다. 도 5를 참조하면, 광학 필터 어레이(120) 상부에 투명 접착층(130)이 형성될 수 있으나, 본 발명의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 투명 접착층(130)은 에피택셜층(110)에도 형성될 수도 있다. In step S134 , a transparent adhesive layer 130 is interposed between the epitaxial layer 110 and the optical filter array 120 . Referring to FIG. 5 , a transparent adhesive layer 130 may be formed on the optical filter array 120, but the embodiment of the present invention is not limited thereto. The transparent adhesive layer 130 may also be formed on the epitaxial layer 110 .

투명 접착층(130)은 광학 필터 어레이(120) 및 에피택셜층(110)을 전체적으로 커버하도록 도포될 수 있다. 도 5에 예시적으로 도시된 바와 같이, 투명 접착층(130)은 투명 웨이퍼(100)의 상부 및 광학 필터 어레이(120)를 전체적으로 커버하도록 도포될 수 있다.The transparent adhesive layer 130 may be applied to entirely cover the optical filter array 120 and the epitaxial layer 110 . As exemplarily shown in FIG. 5 , the transparent adhesive layer 130 may be applied to entirely cover the top of the transparent wafer 100 and the optical filter array 120 .

투명 접착층(130)은 광학 필터 어레이(120)를 투과한 광을 반사하지 않고 검출 소자로 전달할 수 있는 투명한 물질로 구성될 수 있다. 예시적으로, 투명 접착층(130)은 투명한 에폭시 계열의 접착 물질로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The transparent adhesive layer 130 may be made of a transparent material capable of transmitting the light passing through the optical filter array 120 to the detection element without reflecting it. Illustratively, the transparent adhesive layer 130 may be composed of a transparent epoxy-based adhesive material, but is not limited thereto.

단계(S136)에서, 제1 기판(200)과 투명 웨이퍼(100) 사이의 거리가 가까워지도록 제1 기판(200)과 투명 웨이퍼(100) 중 적어도 하나가 이동될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 기판(200)은 투명 웨이퍼(100)를 향해 하부 방향으로 수직 이동할 수 있으나, 본 발명의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 몇몇 실시예에서, 투명 웨이퍼(100)가 제1 기판(200)을 향해 상부 방향으로 수직 이동하거나, 투명 웨이퍼(100)와 제1 기판(200) 모두가 수직 이동됨에 따라 투명 웨이퍼(100)와 제1 기판(200) 사이의 거리는 가까워질 수 있다.In step S136 , at least one of the first substrate 200 and the transparent wafer 100 may be moved so that the distance between the first substrate 200 and the transparent wafer 100 becomes closer. In an exemplary embodiment, as shown in FIG. 5 , the first substrate 200 may vertically move downward toward the transparent wafer 100, but the embodiment of the present invention is not limited thereto. In some embodiments, the transparent wafer 100 is vertically moved upward toward the first substrate 200, or both the transparent wafer 100 and the first substrate 200 are vertically moved, thereby moving the transparent wafer 100 and the first substrate 200 vertically. The distance between the first substrates 200 may be reduced.

단계(S136)에서, 제1 기판(200) 및 투명 웨이퍼(100) 중 적어도 하나는 에피택셜층(110)과 광학 필터 어레이(120)가 투명 접착층(130)에 모두 접촉되는 위치까지 이동될 수 있다. 예시적으로, 제1 기판(200)은 에피택셜층(110)이 투명 접착층(130)과 접촉할 때까지 하부 방향으로 이동될 수 있다. 도 6을 참조하면, 접착층(130)은 에피택셜층(110)과 광학 필터 어레이(120)와 모두 접촉된 상태인 것을 알 수 있다. 에피택셜층(110)과 광학 필터 어레이(120)는 이러한 투명 접착층(130)을 통해 접합되게 된다. In step S136, at least one of the first substrate 200 and the transparent wafer 100 may be moved to a position where both the epitaxial layer 110 and the optical filter array 120 contact the transparent adhesive layer 130. there is. Illustratively, the first substrate 200 may be moved downward until the epitaxial layer 110 contacts the transparent adhesive layer 130 . Referring to FIG. 6 , it can be seen that the adhesive layer 130 is in contact with both the epitaxial layer 110 and the optical filter array 120 . The epitaxial layer 110 and the optical filter array 120 are bonded through the transparent adhesive layer 130 .

몇몇 실시예에서, 에피택셜층(110)과 광학 필터 어레이(120)와 모두 접촉된 상태에서 에피택셜층(110)과 광학 필터 어레이(120)가 투명 접착층(130)을 통해 접합되는 접합 상태를 고정하기 위해, 투명 접착층(130)에 대한 상태 변화를 유도하는 공정이 더 수행될 수 있다. 예시적으로, 투명 접착층(130)에 대한 상태 변화는 투명 접착층(130)을 경화시키는 것일 수 있다. 단계(S136)는 에피택셜층(110)과 광학 필터 어레이(120)와 모두 접촉한 투명 접착층(130)을 경화하기 위해 특정 파장의 광을 조사하거나, 온도를 제공하는 과정을 더 포함할 수 있다.In some embodiments, a bonding state in which the epitaxial layer 110 and the optical filter array 120 are bonded through the transparent adhesive layer 130 while being in contact with both the epitaxial layer 110 and the optical filter array 120 To fix, a process of inducing a change in state of the transparent adhesive layer 130 may be further performed. Illustratively, the state change of the transparent adhesive layer 130 may be curing the transparent adhesive layer 130 . Step S136 may further include irradiating light of a specific wavelength or providing a temperature in order to cure the transparent adhesive layer 130 in contact with both the epitaxial layer 110 and the optical filter array 120. .

상술한 단계(S130)가 수행됨에 따라, 에피택셜층(110)과 광학 필터 어레이(120)는 투명 접착층(130)을 통해 접합되며, 에피택셜층(110)이 형성된 제1 기판(200)과 광학 필터 어레이(120)가 형성된 투명 웨이퍼(100)도 결합된 상태가 될 수 있다. 즉, 에피택셜층(110)과 광학 필터 어레이(120)는 투명 접착층(130)을 통해 접합됨에 따라, 제1 기판(200)과 투명 웨이퍼(100)는 하나의 구조체를 이루게 된다.As the above-described step S130 is performed, the epitaxial layer 110 and the optical filter array 120 are bonded through the transparent adhesive layer 130, and the first substrate 200 on which the epitaxial layer 110 is formed and The transparent wafer 100 on which the optical filter array 120 is formed may also be in a coupled state. That is, as the epitaxial layer 110 and the optical filter array 120 are bonded through the transparent adhesive layer 130, the first substrate 200 and the transparent wafer 100 form a single structure.

다음으로, 제1 기판과 에피택셜층을 분리한다(S140).Next, the first substrate and the epitaxial layer are separated (S140).

에피택셜층(110)은 투명 접착층(130)을 통해 광학 필터 어레이(120)와 접합, 결합된 상태에 해당한다. 단계(S140)에서, 에피택셜층(110)과 광학 필터 어레이(120) 사이의 접합, 결합 상태를 유지하면서, 에피택셜층(110)과 제1 기판(200) 사이의 연결을 해제하여, 제1 기판(200)을 에피택셜층(110)으로부터 분리하는 공정이 수행되게 된다. The epitaxial layer 110 corresponds to a state in which it is bonded and coupled to the optical filter array 120 through the transparent adhesive layer 130 . In step S140, the connection between the epitaxial layer 110 and the first substrate 200 is disconnected while maintaining the bonding and bonding state between the epitaxial layer 110 and the optical filter array 120, 1 A process of separating the substrate 200 from the epitaxial layer 110 is performed.

몇몇 실시예에서, 제1 기판(200)은 물리적인 외력 또는 화학적인 공정 등에 의해 에피택셜층(110)과 결합이 해제될 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 기판(200)은 상술한 공정을 통해 결합된 구조체들로부터 분리될 수 있다. 에피택셜층(110)은 계속 접합된 상태를 유지하며, 제1 가판(200)만이 구조체로부터 이탈되게 된다. 이러한, 제1 기판(200)이 이탈된 이후 에피택셜층(110)에 대한 추가적인 공정이 수행되게 된다.In some embodiments, the first substrate 200 may be separated from the epitaxial layer 110 by a physical external force or a chemical process. As shown in FIG. 7 , the first substrate 200 may be separated from the combined structures through the above process. The epitaxial layer 110 continues to maintain a bonded state, and only the first plate 200 is separated from the structure. After the first substrate 200 is separated, an additional process for the epitaxial layer 110 is performed.

몇몇 실시예에서, 제1 기판(200)과 에피택셜층(110)은 이탈층을 사이에 두고 연결된 상태로, 이탈층에 의해 에피택셜층(110)과 제1 기판(200)의 연결은 용이하게 해제될 수 있다. 예시적으로, 이탈층이 그래핀 층인 경우, 그래핀 층의 약한 반데르 발스 상호 작용으로 인해 제1 기판(200)은 에피택셜층(110)으로부터 용이하게 이탈될 수 있다. In some embodiments, the first substrate 200 and the epitaxial layer 110 are connected with the release layer therebetween, and the epitaxial layer 110 and the first substrate 200 are easily connected by the release layer. can be unlocked For example, when the release layer is a graphene layer, the first substrate 200 may be easily separated from the epitaxial layer 110 due to a weak van der Waals interaction of the graphene layer.

이러한, 제1 기판(200)은 에피택셜층(110)으로부터 이탈된 이후 재사용될 수 있다. 높은 가격의 비-Si 기판인 제1 기판(200)을 시드 기판으로 활용하되, 제1 기판(200)을 최종적인 이미지 센서에 포함시키지 않고 시드 기판으로 다시 사용할 수 있으므로 이미지 센서를 제작하는 전반적인 비용이 절감될 수 있게 된다.The first substrate 200 may be reused after being separated from the epitaxial layer 110 . Although the first substrate 200, which is a high-priced non-Si substrate, is used as a seed substrate, the first substrate 200 can be reused as a seed substrate without being included in the final image sensor, so the overall cost of manufacturing the image sensor. this savings can be made.

다음으로, 광학 필터 어레이에 대응되도록 에피택셜층을 패터닝하여 활성층 어레이를 구성한다(S150).Next, an active layer array is formed by patterning the epitaxial layer to correspond to the optical filter array (S150).

단계(S150)에서, 에피택셜층(110)은 이러한 광학 필터 어레이(120)에 대응되도록 패터닝되어 활성층 어레이(110')를 구성할 수 있다. 실시예에서, 광학 필터 어레이(120)는 검출 영역에 대응하여 형성된 복수의 광학 필터를 포함할 수 있으며, 에피택셜층(110)은 이러한 복수의 광학 필터에 대응되도록 패터닝될 수 있다.In step S150, the epitaxial layer 110 may be patterned to correspond to the optical filter array 120 to form the active layer array 110'. In an embodiment, the optical filter array 120 may include a plurality of optical filters formed to correspond to the detection region, and the epitaxial layer 110 may be patterned to correspond to the plurality of optical filters.

몇몇 실시예에서, 단계(S150)는 플라즈마 식각을 통해 수행될 수 있으나, 본 발명의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서 이웃하는 검출 영역 사이의 간섭을 차단하고, 각 채널이 독립적으로 동작하는 것을 보장하기 위한 MESA 구조로 활성층이 형성될 수 있다.In some embodiments, step S150 may be performed through plasma etching, but embodiments of the present invention are not limited thereto. In the present invention, the active layer may be formed with a MESA structure to block interference between neighboring detection regions and ensure that each channel operates independently.

구체적으로, 에피택셜층(110)은 제1 컨택층(111) 및 광흡수층(112)이 광학 필터에 대응되도록 패터닝될 수 있다. 에피택셜층(110)의 제2 컨택층(113)은 패터닝된 광흡수층(112)이 공통적으로 연결되는 구조로 잔존할 수 있다. 실시예에서, 제2 컨택층(113)은 패터닝된 광흡수층(112)을 공통적으로 연결하는 공통 전극으로 기능할 수 있다. Specifically, the epitaxial layer 110 may be patterned such that the first contact layer 111 and the light absorption layer 112 correspond to the optical filter. The second contact layer 113 of the epitaxial layer 110 may remain in a structure in which the patterned light absorption layer 112 is commonly connected. In an embodiment, the second contact layer 113 may function as a common electrode that commonly connects the patterned light absorption layer 112 .

본 발명의 실시예에서, 패터닝된 에피택셜층(110)을 활성층 어레이(110')라 정의하며, 광학 필터 각각에 대응하여 독립적으로 동작하게 되는 각각의 제2 컨택층(113)-광흡수층(112)-제1 컨택층(111)을 활성층이라 정의한다. 활성층은 검출 소자에서 광학 신호에 따른 검출 작용이 수행되는 레이어를 의미할 수 있으며, 또한, 활성층은 광 검출이 실질적으로 수행되는 검출 영역에 해당한다. 활성층 어레이(110')는 패터닝된 복수의 제1 컨택층, 패터닝된 복수의 광흡수층 및 패터닝된 광흡수층을 연결하는 제2 컨택층을 포함할 수 있다. 활성층 어레이(110')의 복수의 활성층 각각과 광학 필터 어레이(120)의 복수의 광학 필터 각각은 대응되는 관계를 가질 수 있다.In an embodiment of the present invention, the patterned epitaxial layer 110 is defined as an active layer array 110 ', and each second contact layer 113-light absorption layer ( 112)-The first contact layer 111 is defined as an active layer. The active layer may refer to a layer in which a detection operation according to an optical signal is performed in a detection element, and also corresponds to a detection area in which light detection is actually performed. The active layer array 110' may include a plurality of patterned first contact layers, a plurality of patterned light absorption layers, and a second contact layer connecting the patterned light absorption layers. Each of the plurality of active layers of the active layer array 110 ′ and each of the plurality of optical filters of the optical filter array 120 may have a corresponding relationship.

도 8은 단계(S150)를 수행하여 제1 내지 제4 활성층(110A, 110B, 110C, 110D)가 형성되어 활성층 어레이(110')를 구성하는 상태를 예시적으로 도시한다. 도 8을 참조하면, 제1 내지 제4 활성층(110A, 110B, 110C, 110D)은 제1 내지 제4 광학 필터(120A, 120B, 120C, 120D)에 대응되도록 형성된 것을 알 수 있다. 예시적으로, 제1 활성층(110A)과 제1 광학 필터(120A)은 제1 검출 소자를 구성할 수 있으며, 제1 검출 소자에 의해 광 센싱이 수행되는 영역을 제1 검출 영역(d1)으로 정의할 수 있다. 마찬가지로, 제2 활성층(110B)과 제2 광학 필터(120B)는 제2 검출 소자를 구성하고, 제2 검출 영역(d2)을 정의할 수 있으며, 제3 활성층(110C)과 제3 광학 필터(120C)는 제3 검출 소자를 구성하고, 제3 검출 영역(d3)을 정의할 수 있으며, 제4 활성층(110D)과 제4 광학 필터(120D)는 제4 검출 소자를 구성하고, 제4 검출 영역(d4)를 정의할 수 있다. 제1 내지 제4 검출 소자에서, 제1 내지 제4 광학 필터(120A, 120B, 120C, 120D)를 통과하는 광은 제1 내지 제4 활성층(110A, 110B, 110C, 110D)에 전달될 수 있다. 제1 내지 제4 활성층(110A, 110B, 110C, 110D)은 전달된 광에 따른 특성에 대응하는 전기, 화학적 변화를 각각 출력하게 된다. FIG. 8 illustratively illustrates a state in which the first to fourth active layers 110A, 110B, 110C, and 110D are formed by performing step S150 to form the active layer array 110'. Referring to FIG. 8 , it can be seen that the first to fourth active layers 110A, 110B, 110C, and 110D are formed to correspond to the first to fourth optical filters 120A, 120B, 120C, and 120D. Illustratively, the first active layer 110A and the first optical filter 120A may constitute a first detection element, and a region where light sensing is performed by the first detection element is defined as a first detection region d1. can be defined Similarly, the second active layer 110B and the second optical filter 120B constitute a second detection element, may define a second detection region d2, and the third active layer 110C and the third optical filter ( 120C) constitutes a third detection element, may define a third detection region d3, the fourth active layer 110D and the fourth optical filter 120D constitute a fourth detection element, and the fourth detection region 110D and the fourth optical filter 120D constitute a fourth detection element. A region d4 can be defined. In the first to fourth detection devices, light passing through the first to fourth optical filters 120A, 120B, 120C, and 120D may be transmitted to the first to fourth active layers 110A, 110B, 110C, and 110D. . The first to fourth active layers 110A, 110B, 110C, and 110D each output electrical and chemical changes corresponding to characteristics according to transmitted light.

본 발명의 실시예에 따른 적외선 이미지 센서의 제조 방법은 에피택셜층(110)의 패터닝 이전에 광학 필터 어레이(120)를 형성하도록 구성되어 광학 필터의 패터닝에 따라 에피택셜층에 대한 데미지가 발생하는 것이 방지될 수 있다.In the manufacturing method of an infrared image sensor according to an embodiment of the present invention, the optical filter array 120 is formed before patterning of the epitaxial layer 110, and damage to the epitaxial layer occurs according to the patterning of the optical filter. that can be prevented.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 적외선 이미지 센서의 제조 방법은 기패터닝된 광학 필터 어레이(120)에 대응하여 에피택셜층(110)에 대한 패터닝을 수행하기에 이들 간의 오정렬이 발생하는 종래 기술의 문제점이 최소화될 수 있다. In addition, the manufacturing method of the infrared image sensor according to the embodiment of the present invention performs patterning on the epitaxial layer 110 corresponding to the pre-patterned optical filter array 120, so misalignment between them occurs in the prior art. Problems can be minimized.

예시적인 실시예에서, 광학 필터 어레이(120)를 통해 에피택셜층(110)에 대한 패터닝을 진행하기 위한 정렬 라인이 제공될 수 있다. 즉 광학 필터 어레이(120)를 기준으로 에피택셜층(100)에 대한 패터닝을 위한 정렬 라인이 제공되고, 이를 기준으로 패터닝을 수행함에 따라, 활성층과 필터 어레이를 각각 제조하여 접합하는 공정에서 발생하는 정렬 오차를 방지할 수 있게 되며, 더욱 높음 품질의 적외선 어레이 이미지 센서를 제조할 수 있게 된다. In an exemplary embodiment, an alignment line for patterning the epitaxial layer 110 through the optical filter array 120 may be provided. That is, an alignment line for patterning the epitaxial layer 100 is provided based on the optical filter array 120, and patterning is performed based on this, resulting in a process of manufacturing and bonding the active layer and the filter array, respectively. Alignment errors can be prevented, and a higher quality infrared array image sensor can be manufactured.

다시 도 8을 참조하면, 제2 컨택층(113)은 검출 영역의 바깥에 해당하는 외부 영역(E)까지 연장된 상태인 것을 알 수 있다. 단계(S150)에서, 제1 컨택층(111) 및 광흡수층(112)은 검출 영역에 대응하도록 패터닝되었으나, 제2 컨택층(113)은 외부 영역(E)에 잔존하도록 패터닝이 수행되게 된다. 이러한, 외부 영역(E)까지 연장된 제2 컨택층(113)을 통해 판독집적회로와의 전기적인 연결이 수행되게 된다. Referring back to FIG. 8 , it can be seen that the second contact layer 113 extends to the outer region E corresponding to the outside of the detection region. In step S150, the first contact layer 111 and the light absorption layer 112 are patterned to correspond to the detection area, but the patterning is performed so that the second contact layer 113 remains in the outer area E. Electrical connection with the readout integrated circuit is performed through the second contact layer 113 extending to the outer region E.

다음으로, 활성층 어레이와 판독집적회로를 전기적으로 연결한다(S160).Next, the active layer array and the read integrated circuit are electrically connected (S160).

활성층 어레이(110')의 각 활성층은 대응되는 광학 필터를 통해 전달되는 광에 따른 전기적 신호를 출력할 수 있으며, 판독집적회로(170)는 이러한 전기적 신호를 판독하는 신호처리 회로일 수 있다. 단계(S160)는 활성층 어레이(110')와 판독집적회로(170)를 플립칩 본딩을 통해 전기적으로 연결하는 과정일 수 있다. 후술하는 설명에서 연결은 전기적 및 물리적으로 연결된 상태를 의미할 수 있다.Each active layer of the active layer array 110' may output an electrical signal according to light transmitted through a corresponding optical filter, and the readout integrated circuit 170 may be a signal processing circuit that reads the electrical signal. Step S160 may be a process of electrically connecting the active layer array 110' and the readout integrated circuit 170 through flip chip bonding. In the description to be described later, connection may mean an electrically and physically connected state.

도 9를 참조하면, 단계(S160)는 활성층 어레이와 접촉하는 제1 전극을 형성하는 단계(S162), 제1 전극에 범프를 형성하는 단계(S164) 및 범프를 제2 전극을 통해 판독집적회로와 연결하는 단계(S166)를 포함한다. Referring to FIG. 9, step S160 includes forming a first electrode in contact with the active layer array (S162), forming a bump on the first electrode (S164), and a readout integrated circuit through the bump to the second electrode. and connecting with (S166).

단계(S162)에서, 활성층 어레이(110') 상부에 제1 전극(140)이 증착될 수 있다. 실시예에서, 제1 전극(140)은 활성층 어레이(110')의 각각의 제1 컨택층(111)과 전기적으로 연결되는 제1 상부 전극(141)과 제2 컨택층(113)과 전기적으로 연결되는 제1 하부 전극(142)을 포함할 수 있다. In step S162, a first electrode 140 may be deposited on the active layer array 110'. In an embodiment, the first electrode 140 is electrically connected to the first upper electrode 141 and the second contact layer 113 electrically connected to each of the first contact layers 111 of the active layer array 110'. It may include a first lower electrode 142 connected thereto.

도 10을 참조하면, 제1 상부 전극(141)은 각 검출 영역에 대응되도록 형성될 수 있다. 외부 영역(E)에 위치한 제2 컨택층(113)에 대응하여 제1 하부 전극(142)은 형성될 수 있다. Referring to FIG. 10 , the first upper electrode 141 may be formed to correspond to each detection area. The first lower electrode 142 may be formed to correspond to the second contact layer 113 located in the outer region E.

몇몇 실시예에서, 단계(S162)는 제1 전극(140)의 형성 전에 활성층을 보호하기 위한 표면 보호막을 증착하는 과정을 더 포함할 수 있으며, 제1 전극(140)은 표면 보호막을 관통하는 컨택홀을 통해 활성층과 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한, 제1 전극(140)은 검출 영역에 대응하여 구성될 수 있다. 즉, 복수의 활성층에 대응하는 복수의 제1 전극(140)이 형성되게 된다. In some embodiments, step S162 may further include depositing a surface passivation film to protect the active layer before forming the first electrode 140, and the first electrode 140 is a contact penetrating the surface passivation film. It may be electrically connected to the active layer through the hole. The first electrode 140 may be configured to correspond to the detection area. That is, a plurality of first electrodes 140 corresponding to a plurality of active layers are formed.

단계(S164)에서, 범프(150)가 제1 전극(140)의 상부에 배치될 수 있다. 단계(S164)는 제1 전극(140)의 상부에 UBM　(Under Bump Metallurgy)을 형성하는 과정과, UBM 상에 미세 숄더 범프(150)를 배치하는 과정을 포함할 수 있다. 범프(150)는 제1 전극(140)과 대응하여 구성될 수 있다. 범프(151)는 제1 상부 전극(141)과 대응되는 제1 범프(151) 및 제1 하부 전극(142)과 대응되는 제2 범프(152)를 포함할 수 있다. 복수의 제1 상부 전극(141)에 대응되도록 복수의 제1 범프(151)에 배치될 수 있으며, 제1 하부 전극(142)에 대응되도록 제2 범프(152)가 배치될 수 있다. 제1 범프(151)와 제2 범프(152)가 각각 제1 상부 전극(141)과 제1 하부 전극(142)과 배치되었을 때, 최종적이 높이가 동일하도록 제2 범프(152)는 광흡수층(112) 및 제1 컨택층(111)의 높이를 고려하여 구성될 수 있다. In operation S164 , the bump 150 may be disposed on the first electrode 140 . Step S164 may include forming an under bump metallurgy (UBM) on the first electrode 140 and disposing the fine shoulder bumps 150 on the UBM. The bump 150 may correspond to the first electrode 140 . The bump 151 may include a first bump 151 corresponding to the first upper electrode 141 and a second bump 152 corresponding to the first lower electrode 142 . The plurality of first bumps 151 may be disposed to correspond to the plurality of first upper electrodes 141 , and the second bumps 152 may be disposed to correspond to the first lower electrodes 142 . When the first bump 151 and the second bump 152 are disposed with the first upper electrode 141 and the first lower electrode 142, respectively, the second bump 152 is the light absorbing layer so that the final height is the same. 112 and the height of the first contact layer 111.

도 11을 참조하면, 복수의 제1 범프(151)와 제2 범프(152)가 각각 제1 상부 전극(141)과 제1 하부 전극(142)과 배치되는 것을 알 수 있으며, 배치된 제1 범프(151)와 제2 범프(152)는 높이가 동일하도록 구성된 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 11 , it can be seen that a plurality of first bumps 151 and a plurality of second bumps 152 are disposed with the first upper electrode 141 and the first lower electrode 142, respectively. It can be seen that the bump 151 and the second bump 152 are configured to have the same height.

여기서, 판독집적회로(170)는 범프(150)와의 전기적 연결을 위한 제2 전극(160)이 패터닝된 상태일 수 있다. 즉, 판독집적회로(170)는 복수의 제1 전극(140) 및 복수의 범프(150)에 대응되는 복수의 제2 전극(160)을 판독집적회로(170)는 포함할 수 있다. Here, the readout integrated circuit 170 may be in a state in which the second electrode 160 for electrical connection with the bump 150 is patterned. That is, the readout integrated circuit 170 may include a plurality of first electrodes 140 and a plurality of second electrodes 160 corresponding to the plurality of bumps 150 .

구체적으로, 제2 전극(160)은 제1 범프(151)와 접촉하는 제2 상부 전극(161) 및 제2 범프(152)와 접촉하는 제2 하부 전극(162)을 포함할 수 있다. 단계(S166)에서, 도 12와 같이, 제2 전극(160)과 범프(150)를 전기적 및 물리적으로 연결하는 공정이 수행되어 판독집적회로(170)와 활성층 어레이(110')가 전기적으로 연결되게 된다. 즉, 판독집적회로(170)는 각 검출 소자의 빛에 따라 나타내는 전기적 변화를 제2 상부 전극(161) 및 제2 하부 전극(162) 사이의 전위 차이를 통해 검출, 판독하게 된다. Specifically, the second electrode 160 may include a second upper electrode 161 contacting the first bump 151 and a second lower electrode 162 contacting the second bump 152 . In step S166, as shown in FIG. 12, a process of electrically and physically connecting the second electrode 160 and the bump 150 is performed so that the readout integrated circuit 170 and the active layer array 110' are electrically connected. It becomes. That is, the readout integrated circuit 170 detects and reads electrical changes indicated by light from each detection element through a potential difference between the second upper electrode 161 and the second lower electrode 162 .

상술한, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 적외선 어레이 이미지 센서의 제조 방법은 투명 웨이퍼(100)가 베이스 기판으로 제공되어 전체적인 공정이 수행되게 된다. 적외선 어레이 이미지 센서의 제조가 완료된 이후에도 투명 웨이퍼(100)는 적외선 어레이 이미지 센서에 계속 잔존하게 된다. 적외선 어레이 이미지 센서(10)가 동작하는 상태에서, 투명 웨이퍼(100)는 광학 필터 어레이의 상부에 위치할 수 있다. In the method of manufacturing the infrared array image sensor according to some embodiments of the present invention described above, the entire process is performed by providing the transparent wafer 100 as a base substrate. Even after manufacturing of the infrared array image sensor is completed, the transparent wafer 100 continues to remain in the infrared array image sensor. In a state where the infrared array image sensor 10 is operating, the transparent wafer 100 may be positioned above the optical filter array.

도 13은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 적외선 어레이 이미지 센서(10)가 동작하는 상태를 기준으로 주요 구성을 설명하기 위한 예시도이다. 13 is an exemplary view for explaining a main configuration based on an operating state of the infrared array image sensor 10 according to some embodiments of the present invention.

도 13을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 적외선 어레이 이미지 센서(10)는 복수의 활성층을 포함하는 활성층 어레이(110'), 활성층 어레이(110')와 전기적으로 연결된 판독집적회로(170), 복수의 활성층과 대응되는 복수의 광학 필터를 포함하는 광학 필터 어레이(120), 활성층 어레이(110')와 광학 필터 어레이 사이에 배치되어 활성층 어레이(110')와 광학 필터 어레이(120)를 연결하는 투명 접착층(130) 및 광학 필터 어레이(120) 상에 배치된 투명 웨이퍼(110)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 13 , an infrared array image sensor 10 according to some embodiments of the present invention includes an active layer array 110' including a plurality of active layers, and a readout integrated circuit 170 electrically connected to the active layer array 110'. ), an optical filter array 120 including a plurality of optical filters corresponding to a plurality of active layers, and disposed between the active layer array 110' and the optical filter array to form the active layer array 110' and the optical filter array 120. It may include a transparent adhesive layer 130 and a transparent wafer 110 disposed on the optical filter array 120 to connect.

또한, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 적외선 어레이 이미지 센서(10)는 활성층 어레이(110') 하부에 배치된 제1 전극(140), 제1 전극(140)과 전기적으로 연결된 범프(150) 및 판독집적회로(170)와 범프(150)를 전기적으로 연결하는 제2 전극(160)을 더 포함할 수 있다. In addition, the infrared array image sensor 10 according to some embodiments of the present invention includes a first electrode 140 disposed under the active layer array 110', a bump 150 electrically connected to the first electrode 140, and A second electrode 160 electrically connecting the readout integrated circuit 170 and the bump 150 may be further included.

몇몇 실시예에서, 활성층 어레이(110')의 복수의 활성층은 III/V 족 화합물 반도체 물질로 구성되고, 투명 웨이퍼(110)는 실리콘 웨이퍼 또는 사파이어 웨이퍼일 수 있다.In some embodiments, the plurality of active layers of the active layer array 110' are composed of group III/V compound semiconductor materials, and the transparent wafer 110 may be a silicon wafer or a sapphire wafer.

본 발명의 몇몇 실시예에 따른 적외선 어레이 이미지 센서(10)는 투명 웨이퍼(100)가 외부에서 광(Light)이 제공되는 방향을 향해 위치할 수 있다. 도 12의 제조하는 상태의 예시와 달리, 투명 웨이퍼(100)가 적외선 어레이 이미지 센서(10)의 하부에 위치하지 않고, 판독집적회로(170)가 적외선 어레이 이미지 센서(10)의 하부에 위치하게 된다. In the infrared array image sensor 10 according to some embodiments of the present invention, the transparent wafer 100 may be positioned toward a direction in which light is provided from the outside. Unlike the example of the manufacturing state of FIG. 12, the transparent wafer 100 is not located under the infrared array image sensor 10, and the readout integrated circuit 170 is located under the infrared array image sensor 10. do.

판독집적회로의 상부에는 제2 전극(160)이 위치할 수 있으며, 제2 전극(160)은 범프(150)를 통해 제1 전극(140)과 전기적, 물리적으로 연결될 수 있다. A second electrode 160 may be positioned above the readout integrated circuit, and the second electrode 160 may be electrically and physically connected to the first electrode 140 through the bump 150 .

구체적으로, 제2 전극(160)은 검출 영역에 대응하여 배치되는 복수의 제2 상부 전극(161) 및 검출 영역의 외부에 배치된 제2 하부 전극(162)을 포함한다. 범프는 제2 상부 전극(161)에 대응하도록 연결된 제1 범프(151) 및 제2 하부 전극(162)에 대응하도록 연결된 제2 범프(152)를 포함할 수 있다. 외부 영역에는 광흡수층(112) 및 제1 컨택층(111)이 구성되지 않은 상태로 제2 범프(152)은 광흡수층(112) 및 제1 컨택층(111)의 두께만큼 제1 범프(151)보다 높은 높이를 가질 수 있다. Specifically, the second electrode 160 includes a plurality of second upper electrodes 161 disposed corresponding to the detection area and a second lower electrode 162 disposed outside the detection area. The bump may include a first bump 151 connected to correspond to the second upper electrode 161 and a second bump 152 connected to correspond to the second lower electrode 162 . In a state where the light absorption layer 112 and the first contact layer 111 are not formed in the outer region, the second bump 152 is formed on the first bump 151 by the thickness of the light absorption layer 112 and the first contact layer 111. ) can have a height higher than

제1 전극(140)은 검출 영역에 배치되고 제1 범프(151)와 연결되는 복수의 제1 상부 전극(141) 및 검출 영역의 외부에 배치되고 제2 범프(152)와 연결되는 제1 하부 전극(142)을 포함한다. 활성층 어레이(110')는 패터닝된 복수의 제1 컨택층(111), 패터닝된 복수의 광흡수층(112) 및 패터닝된 광흡수층을 연결하는 제2 컨택층(113)을 포함한다. 복수의 제1 상부 전극(141) 각각은 검출 영역에 대응하도록 패터닝된 제1 컨택층(111)와 대응되도록 연결된다. 제1 하부 전극(142)은 검출 영역의 외부까지 연장된 제2 컨택층(113)과 연결될 수 있다. The first electrode 140 includes a plurality of first upper electrodes 141 disposed in the detection area and connected to the first bump 151 and a first lower electrode disposed outside the detection area and connected to the second bump 152. electrode 142. The active layer array 110' includes a plurality of patterned first contact layers 111, a plurality of patterned light absorption layers 112, and a second contact layer 113 connecting the patterned light absorption layers. Each of the plurality of first upper electrodes 141 is connected to correspond to the first contact layer 111 patterned to correspond to the detection region. The first lower electrode 142 may be connected to the second contact layer 113 extending to the outside of the detection area.

활성층 어레이(110') 상부에는 복수의 광학 필터(120)가 위치할 수 있다. 이러한 광학 필터와 활성층 사이에는 투명 접착층(130)이 개재될 수 있으며, 투명 접착층(130)을 통해 복수의 활성층과 광학 필터(120)은 연결될 수 있다.A plurality of optical filters 120 may be positioned above the active layer array 110'. A transparent adhesive layer 130 may be interposed between the optical filter and the active layer, and the plurality of active layers and the optical filter 120 may be connected through the transparent adhesive layer 130 .

복수의 광학 필터(120)의 상에는 투명 웨이퍼(100)가 위치할 수 있다. 상술한 제조 방법에서, 투명 웨이퍼(100) 상에 복수의 광학 필터(120)가 증착된 상태로, 도 13에 도시된 적외선 어레이 이미지 센서(10)의 구조에서, 투명 웨이퍼(100)는 광학 필터 어레이(120) 상에 바로(directly) 배치될 수 있다. A transparent wafer 100 may be positioned on the plurality of optical filters 120 . In the above-described manufacturing method, in a state in which a plurality of optical filters 120 are deposited on the transparent wafer 100, in the structure of the infrared array image sensor 10 shown in FIG. 13, the transparent wafer 100 is an optical filter It can be placed directly on the array 120 .

투명 웨이퍼(100)는 적외선 어레이 이미지 센서의 제조 과정에서, 베이스 기판으로 제공되어 전체적인 공정이 안정적으로 수행되는 것을 지원할 수 있다. 또한, 투명 웨이퍼(100)는 적외선 어레이 이미지 센서의 제조가 완료된 이후에도 광이 전달되는 방향으로 배치되어 외부광을 광학 필터 어레이(120)로 전달할 수 있으며, 적외선 어레이 이미지 센서(10)의 주요 구성들을 외부로부터 보호하는 기능을 제공할 수 있다.The transparent wafer 100 may be provided as a base substrate during the manufacturing process of the infrared array image sensor to support stably performing the entire process. In addition, the transparent wafer 100 may be disposed in a direction in which light passes even after manufacturing of the infrared array image sensor is completed to transmit external light to the optical filter array 120, and the main components of the infrared array image sensor 10 It can provide protection from the outside.

이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an example of the technical idea of the present embodiment, and various modifications and variations can be made to those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present embodiment. Therefore, the present embodiments are not intended to limit the technical idea of the present embodiment, but to explain, and the scope of the technical idea of the present embodiment is not limited by these embodiments. The scope of protection of this embodiment should be construed according to the claims below, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of rights of this embodiment.

Claims (10)

제1 기판 상에 에피택셜층을 형성하는 단계;
투명 웨이퍼 상에 광학 필터 어레이를 형성하는 단계;
상기 에피택셜층과 상기 광학 필터 어레이를 접합하는 단계;
상기 제1 기판과 상기 에피택셜층을 분리하는 단계;
상기 광학 필터 어레이에 대응되도록 상기 에피택셜층을 패터닝하여 활성층 어레이를 구성하는 단계; 및
상기 활성층 어레이와 판독집적회로를 전기적으로 연결하는 단계를 포함하는,
적외선 어레이 이미지 센서의 제조 방법.
forming an epitaxial layer on the first substrate;
forming an optical filter array on a transparent wafer;
bonding the epitaxial layer and the optical filter array;
separating the first substrate and the epitaxial layer;
forming an active layer array by patterning the epitaxial layer to correspond to the optical filter array; and
Including the step of electrically connecting the active layer array and the readout integrated circuit,
Manufacturing method of infrared array image sensor.
 제1 항에 있어서,
상기 에피택셜층은 III/V 족 화합물 반도체 물질로 구성되고,
상기 제1 기판은 상기 III/V 족 화합물 반도체 물질을 포함하며,
상기 투명 웨이퍼는 적외선을 투과하는 실리콘 웨이퍼 또는 사파이어 웨이퍼인,
적외선 어레이 이미지 센서의 제조 방법.
According to claim 1,
The epitaxial layer is composed of a III/V group compound semiconductor material,
The first substrate includes the III/V group compound semiconductor material,
The transparent wafer is a silicon wafer or a sapphire wafer that transmits infrared rays,
Manufacturing method of infrared array image sensor.
 제1 항에 있어서,
상기 에피택셜층과 상기 광학 필터 어레이를 접합하는 단계는,
상기 에피택셜층과 상기 광학 필터 어레이가 서로 마주보도록 상기 투명 웨이퍼 상에 상기 제1 기판을 배치하는 단계;
상기 에피택셜층과 상기 광학 필터 어레이 사이에 투명 접착층을 개재하는 단계; 및
상기 제1 기판 및 상기 투명 웨이퍼 중 적어도 하나를 이동하여 상기 투명 접착층을 통해 상기 에피택셜층과 상기 광학 필터 어레이를 접합하는 단계를 포함하는
적외선 어레이 이미지 센서의 제조 방법.
According to claim 1,
Bonding the epitaxial layer and the optical filter array,
disposing the first substrate on the transparent wafer such that the epitaxial layer and the optical filter array face each other;
interposing a transparent adhesive layer between the epitaxial layer and the optical filter array; and
Moving at least one of the first substrate and the transparent wafer to bond the epitaxial layer and the optical filter array through the transparent bonding layer.
Manufacturing method of infrared array image sensor.
 제1 항에 있어서,
상기 광학 필터 어레이는 복수의 광학 필터를 포함하며,
상기 활성층 어레이는 상기 복수의 광학 필터 각각에 대응하는 복수의 활성층을 포함하고,
상기 복수의 광학 필터 각각은 대응되는 활성층에 서로 상이한 광학 특성을 가진 광이 전달되도록 구성되는,
적외선 어레이 이미지 센서의 제조 방법.
According to claim 1,
The optical filter array includes a plurality of optical filters,
The active layer array includes a plurality of active layers corresponding to each of the plurality of optical filters;
Each of the plurality of optical filters is configured to transmit light having different optical characteristics to a corresponding active layer.
Manufacturing method of infrared array image sensor.
 제4 항에 있어서,
상기 광학 필터 어레이에 대응되도록 상기 에피택셜층을 패터닝하여 활성층 어레이를 구성하는 단계는,
상기 복수의 광학 필터를 기준으로 상기 복수의 활성층을 패터닝하는 것을 포함하는,
적외선 어레이 이미지 센서의 제조 방법.
According to claim 4,
The step of configuring the active layer array by patterning the epitaxial layer to correspond to the optical filter array,
Including patterning the plurality of active layers based on the plurality of optical filters,
Manufacturing method of infrared array image sensor.
 제1 항에 있어서,
상기 활성층 어레이와 판독집적회로를 전기적으로 연결하는 단계는,
상기 활성층 어레이와 접촉하는 제1 전극을 형성하는 단계;
상기 제1 전극에 범프를 형성하는 단계; 및
상기 범프를 제2 전극을 통해 판독집적회로와 연결하는 단계를 포함하는
적외선 어레이 이미지 센서의 제조 방법.
According to claim 1,
The step of electrically connecting the active layer array and the readout integrated circuit,
forming a first electrode in contact with the active layer array;
forming bumps on the first electrode; and
Connecting the bump to a readout integrated circuit through a second electrode.
Manufacturing method of infrared array image sensor.
 복수의 활성층을 포함하는 활성층 어레이;
상기 활성층 어레이와 전기적으로 연결된 판독집적회로;
상기 복수의 활성층과 대응되는 복수의 광학 필터를 포함하는 광학 필터 어레이;
상기 활성층 어레이와 상기 광학 필터 어레이 사이에 배치되어 상기 활성층 어레이와 상기 광학 필터 어레이를 연결하는 투명 접착층;
상기 광학 필터 어레이 상에 배치된 투명 웨이퍼;
상기 활성층 어레이 하부에 배치된 제1 전극;
상기 제1 전극과 전기적으로 연결된 범프; 및
상기 판독집적회로와 상기 범프를 전기적으로 연결하는 제2 전극을 포함하는,
적외선 어레이 이미지 센서.
an active layer array including a plurality of active layers;
a readout integrated circuit electrically connected to the active layer array;
an optical filter array including a plurality of optical filters corresponding to the plurality of active layers;
a transparent adhesive layer disposed between the active layer array and the optical filter array to connect the active layer array and the optical filter array;
a transparent wafer disposed on the optical filter array;
a first electrode disposed below the active layer array;
a bump electrically connected to the first electrode; and
Including a second electrode electrically connecting the readout integrated circuit and the bump,
Infrared array image sensor.
 제7 항에 있어서,
상기 복수의 활성층은 III/V 족 화합물 반도체 물질로 구성되고,
상기 투명 웨이퍼는 적외선 광이 투과되는 실리콘 웨이퍼 또는 사파이어 웨이퍼인
적외선 어레이 이미지 센서.
According to claim 7,
The plurality of active layers are composed of a group III / V compound semiconductor material,
The transparent wafer is a silicon wafer or a sapphire wafer through which infrared light is transmitted.
Infrared array image sensor.
 제7 항에 있어서,
상기 투명 웨이퍼는 상기 광학 필터 어레이 상에 바로 배치되는
적외선 어레이 이미지 센서.
According to claim 7,
The transparent wafer is placed directly on the optical filter array.
Infrared array image sensor.
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