KR20070120456A - Pixel array preventing the cross talk between unit pixels and image sensor using the pixel - Google Patents

Pixel array preventing the cross talk between unit pixels and image sensor using the pixel Download PDF

Info

Publication number
KR20070120456A
KR20070120456A KR1020070059859A KR20070059859A KR20070120456A KR 20070120456 A KR20070120456 A KR 20070120456A KR 1020070059859 A KR1020070059859 A KR 1020070059859A KR 20070059859 A KR20070059859 A KR 20070059859A KR 20070120456 A KR20070120456 A KR 20070120456A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
wafer
pixel array
super contact
photodiode
photodiodes
Prior art date
Application number
KR1020070059859A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR100870109B1 (en
Inventor
임재영
오세중
Original Assignee
(주)실리콘화일
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)실리콘화일 filed Critical (주)실리콘화일
Publication of KR20070120456A publication Critical patent/KR20070120456A/en
Priority to US12/602,761 priority Critical patent/US20100176271A1/en
Priority to EP08766362A priority patent/EP2158607A1/en
Priority to CN200880020862A priority patent/CN101681917A/en
Priority to PCT/KR2008/003400 priority patent/WO2008156274A1/en
Priority to JP2010513101A priority patent/JP2010530633A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100870109B1 publication Critical patent/KR100870109B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/14634Assemblies, i.e. Hybrid structures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/1463Pixel isolation structures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/14636Interconnect structures

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

A pixel array having a three-dimensional structure for signal interference between unit pixels is provided to transfer a charge corresponding to an image signal detected by one wafer to another wafer without causing distortion by performing each optimum process on a first wafer for embodying a photodiode and a transfer transistor and a second wafer for embodying transistors for converting an image charge detected by the transfer transistor into an electric signal. A plurality of photodiodes(14) generate charges corresponding to incident image signals. A plurality of transfer transistors respectively transfer the charges generated by the plurality of photodiodes to a corresponding floating diffusion region(15). A plurality of STIs(shallow trench isolations) surround one of the plurality of photodiodes and a transfer transistor connected to the one photodiode. A first super contact(30) is extended from the lower part of the plurality of STIs to the lower surface of the substrate. A second super contact(16) penetrates a partial region of the plurality of STIs and the first super contact. A first wafer includes the abovementioned elements. The charges accumulated in the floating diffusion region are transferred to a second wafer through the second super contact. An insulation material can be filled in the first super contact, composed of a nitride layer or a dual layer of a nitride layer and an oxide layer.

Description

단위픽셀들 사이의 신호간섭을 방지하는 3차원 구조를 갖는 픽셀어레이 및 이를 구비하는 이미지센서{Pixel Array preventing the cross talk between unit pixels and Image sensor using the pixel} Pixel array preventing the cross talk between unit pixels and Image sensor using the pixel}

도 1은 종래의 이미지센서의 평면구조를 나타낸다. 1 shows a planar structure of a conventional image sensor.

도 2는 3차원 구조를 갖는 종래의 이미지센서를 나타낸다. 2 shows a conventional image sensor having a three-dimensional structure.

도 3은 3차원 구조를 갖는 픽셀어레이를 구성하는 픽셀회로를 나타낸다. 3 shows a pixel circuit constituting a pixel array having a three-dimensional structure.

도 4는 본 발명에 따른 3차원 구조를 갖는 픽셀어레이 중 포토다이오드 및 전달트랜지스터를 구현한 제1웨이퍼의 일부 단면을 나타낸다. 4 is a partial cross-sectional view of the first wafer implementing the photodiode and the transfer transistor in the pixel array having a three-dimensional structure according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 3차원 구조를 갖는 픽셀어레이 중 포토다이오드 및 전달트랜지스터를 제외한 나머지 소자들을 구현한 제2웨이퍼의 일부 단면을 나타낸다. FIG. 5 is a cross-sectional view of a portion of a second wafer that implements elements other than a photodiode and a transfer transistor in a pixel array having a three-dimensional structure according to the present invention.

도 6은 본 발명에 따른 3차원 구조를 갖는 픽셀어레이를 구비하는 이미지센서의 제조과정을 나타낸다. 6 shows a manufacturing process of an image sensor having a pixel array having a three-dimensional structure according to the present invention.

도 7은 도 4에 도시된 포토다이오드, 전달트랜지스터 및 STI의 평면도를 나타낸다. FIG. 7 shows a top view of the photodiode, transfer transistor and STI shown in FIG. 4.

도 8은 도 4에 도시된 포토다이오드 및 전달트랜지스터의 제조과정 중 수퍼 콘택이 생성되기 이전을 나타낸다. FIG. 8 illustrates before the super contact is generated during the manufacturing process of the photodiode and the transfer transistor shown in FIG. 4.

도 9는 도 8의 과정 후 수퍼 콘택이 생성된 직후를 나타낸다. FIG. 9 illustrates immediately after a super contact is created after the process of FIG. 8.

도 10은 본 발명에 따른 픽셀어레이가 단위픽셀들 사이의 신호간섭을 방지하는 기제(Mechanism)를 나타낸다. 10 illustrates a mechanism in which a pixel array according to the present invention prevents signal interference between unit pixels.

도 11은 본 발명에 따른 픽셀어레이를 사용하는 이미지센서의 단면도이다. 11 is a cross-sectional view of an image sensor using a pixel array according to the present invention.

도 12는 본 발명에 따른 3차원 구조를 갖는 픽셀어레이의 다른 일실시예이다. 12 is another embodiment of a pixel array having a three-dimensional structure according to the present invention.

본 발명은 픽셀어레이 및 이미지센서에 관한 것으로, 특히 3차원 구조를 갖는 픽셀어레이 및 상기 픽셀어레이를 구비하는 이미지센서에 관한 것이다. The present invention relates to a pixel array and an image sensor, and more particularly to a pixel array having a three-dimensional structure and an image sensor having the pixel array.

일반적으로 이미지센서는 제조 수율(yield)이 일반적인 타제품 등에 비해 현저히 낮은 제품으로 알려져 있다. 예를 들어 이미지센서의 성능을 나타내는 전기적 특성 중 어두운 곳에서 본래의 이미지를 재현해내는 특성인 암(dark) 특성을 보다 향상시키기 위해서는 최적의 회로뿐만 아니라 특수한 공정의 적용도 필요로 하는 등의 종합적인 기술의 접목이 요구된다. In general, an image sensor is known to have a significantly lower manufacturing yield than other products. For example, in order to further improve the dark characteristic, which is the characteristic of reproducing the original image in the dark, among the electrical characteristics representing the performance of the image sensor, not only the optimal circuit but also the application of a special process is required. Incorporation of technical skills is required.

이미지센서의 암 특성을 향상시키기 위하여 표준의 반도체 공정에 특수한 공정을 도입하는 경우, 이미지센서의 암 특성은 향상될 수 있지만 단위 부품 특히 트랜지스터의 전기적 특성을 변화시켜 오히려 이미지센서의 전체적인 성능은 열화 될 수 있는 단점으로 작용할 수도 있다. 따라서 특수한 공정을 표준 공정에 단순히 삽 입하는 것은 문제가 발생할 수 있다. When a special process is introduced to the standard semiconductor process to improve the dark characteristics of the image sensor, the dark characteristics of the image sensor may be improved, but the overall performance of the image sensor may be deteriorated by changing the electrical characteristics of the unit components, especially transistors. It can also act as a disadvantage. Therefore, simply inserting a special process into a standard process can be problematic.

도 1은 종래의 이미지센서의 평면구조를 나타낸다. 1 shows a planar structure of a conventional image sensor.

도 1을 참조하면, 이미지 센서는 포토다이오드 및 포토다이오드에서 검출한 영상신호를 전기신호로 변환하는 영상신호 변환회로로 구성되는 픽셀 어레이(Pixel Array)를 비롯하여 각 다이오드의 위치를 인식하는 어드레싱(Addressing)부, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키는 ADC부, 그리고 미세 신호를 증폭시키는 증폭(AMP)부 등으로 구성되어 있다. Referring to FIG. 1, the image sensor includes a pixel array including a photodiode and a video signal conversion circuit for converting a video signal detected by the photodiode into an electrical signal. Unit), an ADC unit for converting an analog signal into a digital signal, and an amplifier (AMP) unit for amplifying a fine signal.

도 1을 참조하면 종래의 이미지센서는 하나의 웨이퍼에 표준 반도체 공정을 적용하여 제조하게 되는데, 이미지 센서의 특성을 형성하는 픽셀어레이와 그 외의 기능블록들(어드레싱부, ADC부, 증폭부 등)이 한 웨이퍼 상에 동시에 구현된다. 따라서, 상술한 바와 같이, 암 특성을 향상시키기 위하여 추가된 특수한 공정을 포함하는 표준 반도체 공정을 통해 생산한 이미지센서의 경우 각종 부품의 특성이 변하는 문제로 말미암아 수율이 낮아지는 단점이 있다. Referring to FIG. 1, a conventional image sensor is manufactured by applying a standard semiconductor process to a single wafer. The pixel array and other functional blocks (addressing unit, ADC unit, amplifying unit, etc.) forming the characteristics of the image sensor are manufactured. This is implemented simultaneously on one wafer. Therefore, as described above, the image sensor produced through a standard semiconductor process including a special process added to improve the cancer characteristics has a disadvantage in that the yield is lowered due to the problem that the characteristics of various components are changed.

이미지 센서의 암 특성에 영향을 주는 것으로 판단되고 있는 것은, 에칭(etching)시 플라즈마(plasma)에 의한 충격정도, 이 충격을 완화시키기 위한 충분한 열처리 여부, 그리고 공정 진행 중 발생 가능한 각종 금속성오염 등이다. 이러한 문제점의 개선을 위해 상기의 표준 반도체 제조 공정에 특수한 공정의 도입이 요구된다. It is believed that the influence of the cancer characteristics of the image sensor is the degree of impact caused by plasma during etching, whether or not sufficient heat treatment is used to alleviate the impact, and various metallic contaminations that may occur during the process. . In order to remedy this problem, introduction of a special process to the standard semiconductor manufacturing process is required.

도 2는 3차원 구조를 갖는 종래의 이미지센서를 나타낸다. 2 shows a conventional image sensor having a three-dimensional structure.

도 2를 참조하면, 3차원 구조를 갖는 이미지센서는 하나의 웨이퍼에 픽셀어 레이(Pixel Array)를 구현하고 다른 하나의 웨이퍼에 나머지 기능블록을 구현한다. 이들 2개의 서로 다른 웨이퍼에서 제조된 칩 들을 다이 소팅(Die Sorting)한 후 이들을 2층으로 결합하여 사용한다. Referring to FIG. 2, an image sensor having a three-dimensional structure implements a pixel array on one wafer and the other functional blocks on another wafer. Die sorting of chips fabricated on these two different wafers is used to combine them into two layers.

즉, 표준 반도체 공정을 사용하여도 될 기능블록이 형성될 웨이퍼와 암 특성의 향상을 위해 특수 공정을 추가로 사용하고자 하는 기능블록이 형성될 웨이퍼를 구별하여 제조함으로서, 종래와 같이 하나의 웨이퍼에 모든 기능블록을 형성시킬 때의 단점을 개선할 수 있다. That is, by distinguishing the wafer on which a functional block, which may be used using a standard semiconductor process, and the wafer on which a functional block, on which a special block is to be additionally used, are formed to improve the cancer characteristics, the wafer is formed on a single wafer as in the prior art. The disadvantages of forming all functional blocks can be improved.

도 2에는 도시하지 않았지만, 픽셀어레이는 복수 개의 단위픽셀들이 2차원 적으로 배열되어 있다. 상기 단위픽셀들 각각은 단위 포토다이오드 및 영상신호에 의해서 생성된 상기 포토다이오드에서 생성된 전하들을 전기신호로 변환하는 단위 영상신호 변환회로를 구비한다. 포토다이오드는 입사되는 영상신호에 대응되는 전하들을 생성하는데, 상기 포토다이오드의 면적이 넓으면 넓을수록 입사하는 영상신호에 대응하여 생성되는 전하들의 변화의 폭이 넓어지게 될 것이다. 따라서 포토다이오드의 면적이 넓으면 넓을수록 이미지센서의 영상신호에 전기신호 변환능력이 향상될 것이다. Although not shown in FIG. 2, in the pixel array, a plurality of unit pixels are two-dimensionally arranged. Each of the unit pixels includes a unit photodiode and a unit image signal conversion circuit for converting charges generated by the photodiode generated by the image signal into an electrical signal. The photodiode generates charges corresponding to the incident image signal. The larger the area of the photodiode, the wider the variation of the charges generated corresponding to the incident image signal will be. Therefore, the wider the area of the photodiode, the higher the electrical signal conversion capability of the image sensor image signal.

따라서 하나의 웨이퍼(wafer)에 구현된 픽셀어레이를 2장의 웨이퍼에 나누어 구현하는 방법이 제안되었다. Accordingly, a method of dividing a pixel array implemented in one wafer into two wafers has been proposed.

도 3은 3차원 구조를 갖는 픽셀어레이를 구성하는 픽셀회로를 나타낸다. 3 shows a pixel circuit constituting a pixel array having a three-dimensional structure.

도 3을 참조하면, 픽셀회로는 하나의 포토다이오드 및 상기 포토다이오드에서 검출한 영상신호를 전기신호로 변환하는 영상신호 변환회로를 구비한다. 상기 영상신호 변환회로는 전달트랜지스터(Tx), 리셋트랜지스터(Rx), 변환트랜지스터(Fx) 및 선택트랜지스터(Sx)를 구비한다. Referring to FIG. 3, a pixel circuit includes a photodiode and an image signal conversion circuit for converting an image signal detected by the photodiode into an electrical signal. The video signal conversion circuit includes a transfer transistor Tx, a reset transistor Rx, a conversion transistor Fx, and a selection transistor Sx.

3차원 구조를 갖는 픽셀어레이의 경우 하나의 웨이퍼에는 포토다이오드(PD) 및 전달트랜지스터(Tx)를 구현하고(점선의 왼쪽 부분), 나머지 3개의 트랜지스터(Rx, Fx, Sx)는 다른 하나의 웨이퍼에 구현한다(점선의 오른쪽 부분). 상기와 같이 하나의 웨이퍼에 구현된 포토다이오드에서 검출된 영상신호는 전달트랜지스터(Tx)를 거쳐 다른 하나의 웨이퍼에 구현된 리셋트랜지스터(Rx)의 일 단자 및 변환트랜지스터(Fx)의 게이트 단자에 전달되어야 한다. In the case of a pixel array having a three-dimensional structure, a photodiode (PD) and a transfer transistor (Tx) are implemented on one wafer (left portion of the dotted line), and the other three transistors (Rx, Fx, and Sx) are arranged on the other wafer. Implement in (the right part of the dashed line). As described above, the image signal detected by the photodiode implemented on one wafer is transferred to one terminal of the reset transistor Rx implemented on the other wafer and the gate terminal of the conversion transistor Fx via the transfer transistor Tx. Should be.

상기와 같이 2개의 웨이퍼를 이용하여 픽셀회로를 구현한 경우, 하나의 웨이퍼에서 검출된 영상신호에 대응되는 전하가 왜곡됨이 없이 다른 하나의 웨이퍼에 전달되어야 하는 과제가 발생한다. When the pixel circuit is implemented using two wafers as described above, a problem arises that the charge corresponding to the image signal detected by one wafer must be transferred to the other wafer without being distorted.

또한 포토다이오드의 면적이 상대적으로 넓어짐에 따라 이웃하는 포토다이오드에 유입되어야 할 영상신호가 잘못 유입되는 경우 및 이웃 포토다이오드에서 검출된 영상신호에 대응되는 전하가 잘못 유입되는 경우가 발생하게 되는데, 이러한 단위픽셀들 사이의 신호간섭을 방지하여야 하는 과제도 발생하게 된다. In addition, as the area of the photodiode becomes relatively large, an image signal to be introduced into a neighboring photodiode may be incorrectly introduced, and a charge corresponding to the image signal detected from the neighboring photodiode may be incorrectly introduced. The problem of preventing signal interference between unit pixels also occurs.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 단위픽셀들 사이의 신호간섭을 방지하고 하나의 웨이퍼에서 생성된 전하들이 다른 하나의 웨이퍼로 왜곡됨이 전달될 수 있는 3차원 구조를 갖는 픽셀어레이를 제공하는데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a pixel array having a three-dimensional structure in which signal interference between unit pixels may be prevented, and charges generated in one wafer may be transferred to another wafer.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 단위픽셀들 사이의 신호간섭 을 방지하고 하나의 웨이퍼에서 생성된 전하들이 다른 하나의 웨이퍼로 왜곡됨이 전달될 수 있는 3차원 구조를 갖는 픽셀어레이를 구비하는 이미지센서를 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to provide a pixel array having a three-dimensional structure in which signal interference between unit pixels can be prevented and charges generated in one wafer can be transferred to another wafer. To provide a sensor.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 3차원 구조를 갖는 픽셀어레이는, 제1웨이퍼 및 제2웨이퍼에 포토다이오드, 전달트랜지스터, 리셋트랜지스터, 변환트랜지스터 및 선택트랜지스터를 각각 나누어 구현하고 상기 제1웨이퍼 및 상기 제2웨이퍼에 구현된 칩을 상하로 연결하여 사용하는 3차원 구조를 가진다. 상기 제1웨이퍼에는, 입사되는 영상신호에 대응하는 전하들을 생성시키는 복수 개의 포토다이오드들, 상기 복수 개의 포토다이오드들에서 생성된 전하들을 해당 플로팅 확산영역에 각각 전달하는 복수 개의 전달트랜지스터들, 상기 복수 개의 포토다이오드 중 하나의 포토다이오드 및 상기 하나의 포토다이오드와 연결된 하나의 전달트랜지스터를 각각 둘러싸는 복수 개의 STI, 상기 복수 개의 STI의 하부로부터 웨이퍼의 하부 면까지 이르는 제1수퍼콘택(a first super contact) 및 상기 복수 개의 STI 및 제1수퍼콘택의 일부영역을 관통하는 제2수퍼콘택(a second super contact)을 구비하며, 상기 플로팅 확산영역에 축적된 전하들은 상기 제2수퍼콘택을 통해 제2웨이퍼로 전달된다. The pixel array having a three-dimensional structure according to the present invention for achieving the above technical problem, is implemented by dividing the photodiode, transfer transistor, reset transistor, conversion transistor and the selection transistor to the first wafer and the second wafer, respectively, and the first wafer And a three-dimensional structure that connects the chip implemented in the second wafer up and down. The first wafer includes a plurality of photodiodes for generating charges corresponding to an incident image signal, a plurality of transfer transistors for transferring charges generated from the plurality of photodiodes to a corresponding floating diffusion region, and the plurality of photodiodes. A first super contact extending from the bottom of the plurality of STIs to a lower surface of the wafer, the plurality of STIs each surrounding one of the photodiodes and one transfer transistor connected to the one photodiode; ) And a second super contact penetrating through a plurality of STIs and partial regions of the first super contact, wherein charges accumulated in the floating diffusion region are transferred to the second wafer through the second super contact. Is delivered to.

상기 다른 기술적 과제는 이루기 위한 본 발명에 따른 이미지센서는, 픽셀어레이, 복수 개의 칼라필터들 및 복수 개의 마이크로 렌즈를 구비한다. According to another aspect of the present invention, an image sensor includes a pixel array, a plurality of color filters, and a plurality of micro lenses.

상기 픽셀어레이는, 제1웨이퍼 및 제2웨이퍼에 포토다이오드, 전달트랜지스 터, 리셋트랜지스터, 변환트랜지스터 및 선택트랜지스터를 각각 나누어 설치하고 상기 제1웨이퍼 및 상기 제2웨이퍼를 다이 소팅하여 얻은 칩을 상하로 연결하여 사용하는 3차원 구조를 갖는다. 상기 복수 개의 칼라필터들은 상기 픽셀어레이의 상부에 설치된다. 상기 복수 개의 마이크로 렌즈는 상기 복수 개의 칼라필터들의 상부에 설치된다. The pixel array may include a chip obtained by dividing a photodiode, a transfer transistor, a reset transistor, a conversion transistor, and a selection transistor on a first wafer and a second wafer, respectively, and die sorting the first wafer and the second wafer. It has a three-dimensional structure that is connected up and down. The plurality of color filters are installed on the pixel array. The plurality of micro lenses is installed on the plurality of color filters.

상기 제1웨이퍼는 입사되는 영상신호에 대응하는 전하를 생성시키는 복수 개의 포토다이오드들, 상기 복수 개의 포토다이오드들에서 생성된 전하들을 해당 플로팅 확산영역에 각각 전달하는 복수 개의 전달트랜지스터들, 상기 복수 개의 포토다이오드 중 하나의 포토다이오드 및 상기 하나의 포토다이오드와 연결된 하나의 전달트랜지스터를 각각 둘러싸는 복수 개의 STI, 상기 복수 개의 STI의 하부로부터 웨이퍼의 하부 면까지 이르는 제1수퍼콘택(a first super contact) 및 상기 복수 개의 STI환 및 제1수퍼콘택의 일부영역을 관통하는 제2수퍼콘택을 구비한다. 상기 제2웨이퍼는, 상기 제2수퍼콘택을 통해 전달된 전하들을 전기신호로 변환하는 복수 개의 상기 리셋트랜지스터, 복수 개의 상기 변환트랜지스터 및 복수 개의 상기 선택트랜지스터들을 구비한다. The first wafer includes a plurality of photodiodes for generating charges corresponding to an incident image signal, a plurality of transfer transistors for transferring charges generated from the plurality of photodiodes to a corresponding floating diffusion region, and the plurality of photodiodes. A plurality of STIs each surrounding one of the photodiodes and one transfer transistor connected to the one photodiode, a first super contact extending from the bottom of the plurality of STIs to the bottom surface of the wafer And a second super contact penetrating the plurality of STI rings and a partial region of the first super contact. The second wafer includes a plurality of reset transistors, a plurality of conversion transistors, and a plurality of selection transistors for converting charges transferred through the second super contact into an electrical signal.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명에 따른 3차원 구조를 갖는 픽셀어레이 중 포토다이오드 및 전달트랜지스터를 구현한 제1웨이퍼의 일부 단면을 나타낸다. 4 is a partial cross-sectional view of the first wafer implementing the photodiode and the transfer transistor in the pixel array having a three-dimensional structure according to the present invention.

도 4를 참조하면, 포토다이오드(14) 및 전달트랜지스터(Tx)는 STI(Shallow Trench Insulator)로 둘러싸인 공간(circled area)의 내부에 설치되며, STI의 아래쪽에는 제1수퍼 콘택(30)이 형성된다. 상기 제1수퍼 콘택(30)은 단위픽셀들 사이의 신호간섭을 방지하기 위하여 설치되는 것으로 STI와 마찬가지로 상기 포토다이오드(14) 및 전달트랜지스터(Tx)가 형성된 공간을 둘러싸게 되므로, 제1수퍼 콘택환(30)이라고 부를 수도 있다. 상기 제1수퍼 콘택(30)은 상기 STI로부터 제1웨이퍼의 하부 까지 관통하며 절연물질을 채운다. 경우에 따라서는 STI와 동일한 절연물질로 채워지는 것도 가능하다. 상기 제1수퍼 콘택(30)의 일부영역에는 제2수퍼 콘택(1)이 형성된다. 상기 제2 수퍼 콘택(16)은 플로팅 확산영역(15, FD)에 축적된 전하들이 메탈 라인(M1)을 경유하여 제2웨이퍼로 전달될 전하전달통로(16)가되며, 상기 제2 수퍼 콘택 다시 말하면 상기 전하전달통로(16)는 제1웨이퍼의 아래 면까지 관통한다. 상기 전하전달통로(16)의 끝 부분에는 후술할 제2웨이퍼와 결합 시 완충역할을 하는 마이크로 범퍼(17)가 설치된다. Referring to FIG. 4, the photodiode 14 and the transfer transistor Tx are installed in a circled area surrounded by a shallow trench insulator (STI), and a first super contact 30 is formed below the STI. do. The first super contact 30 is installed to prevent signal interference between unit pixels. Like the STI, the first super contact 30 surrounds a space in which the photodiode 14 and the transfer transistor Tx are formed. It may also be called the ring 30. The first super contact 30 penetrates from the STI to the bottom of the first wafer and fills the insulating material. In some cases, it is possible to be filled with the same insulating material as the STI. A second super contact 1 is formed in a portion of the first super contact 30. The second super contact 16 is a charge transfer path 16 through which the charges accumulated in the floating diffusion regions 15 and FD are transferred to the second wafer via the metal line M1, and the second super contact. In other words, the charge transfer path 16 penetrates to the bottom surface of the first wafer. At the end of the charge transfer passage 16, a micro bumper 17, which serves as a buffer when combined with a second wafer to be described later, is installed.

도 4에 도시된 제1웨이퍼에 구현된 포토다이오드, 전달트랜지스터, STI 및 수퍼 콘택에 대해서는 이 후에 보다 자세하게 설명한다. A photodiode, a transfer transistor, an STI, and a super contact implemented in the first wafer illustrated in FIG. 4 will be described later in more detail.

도 5는 본 발명에 따른 3차원 구조를 갖는 픽셀어레이 중 포토다이오드 및 전달트랜지스터를 제외한 나머지 소자들을 구현한 제2웨이퍼의 일부 단면을 나타낸다. FIG. 5 is a cross-sectional view of a portion of a second wafer that implements elements other than a photodiode and a transfer transistor in a pixel array having a three-dimensional structure according to the present invention.

도 5를 참조하면, 제2웨이퍼에는 리셋트랜지스터(Rx), 변환트랜지스터(Fx) 및 선택트랜지스터(Sx)가 설치된다. 도면의 상부의 도체(18)는 도 4에 도시된 범퍼(17)에 접합된다. 따라서 제1웨이퍼의 플로팅 확산영역(15, FD)에 축적된 전하들 은 전하전달통로(16), 범퍼(17) 및 도체(18)를 경유하여 리셋트랜지스터(Rx)의 일 단자 및 변환트랜지스터(Fx)의 게이트 단자에 각각 전달된다. Referring to FIG. 5, the second wafer is provided with a reset transistor Rx, a conversion transistor Fx, and a selection transistor Sx. The conductor 18 at the top of the figure is joined to the bumper 17 shown in FIG. 4. Accordingly, the charges accumulated in the floating diffusion regions 15 and FD of the first wafer are transferred to the one terminal of the reset transistor Rx and the conversion transistor via the charge transfer path 16, the bumper 17, and the conductor 18. Are delivered to the gate terminals of Fx).

이하에서는 도 4 및 도 5에 도시된 2개의 웨이퍼를 실제로 구현하는 과정에 대하여 설명한다. 일반적으로 이미지센서는 픽셀어레이의 상부에 칼라필터 및 마이크로 렌즈를 적층시킴으로서 구현한다. 따라서 이미지센서를 구현하기 위해서는 먼저 픽셀어레이를 제조하여야 할 것이다. 이하에서는 상기의 내용이 혼합되어 설명되어 있다. Hereinafter, a process of actually implementing the two wafers shown in FIGS. 4 and 5 will be described. In general, an image sensor is implemented by stacking a color filter and a micro lens on top of a pixel array. Therefore, in order to implement an image sensor, a pixel array must be manufactured first. In the following, the above contents are mixed and explained.

도 6은 본 발명에 따른 3차원 구조를 갖는 픽셀어레이를 구비하는 이미지센서의 제조과정을 나타낸다. 6 shows a manufacturing process of an image sensor having a pixel array having a three-dimensional structure according to the present invention.

도 6을 참조하면, 상기 이미지센서의 제조과정(600)은, Referring to Figure 6, the manufacturing process 600 of the image sensor,

- 포토다이오드 및 전달트랜지스터를 구비하는 제1웨이퍼 형성하는 단계(S110), Forming a first wafer having a photodiode and a transfer transistor (S110);

- 제1웨이퍼 후면을 연마하는 단계(S120), -Polishing the first wafer back surface (S120),

- 제1웨이퍼를 관통하는 제1수퍼 콘택을 형성하는 단계(S130), Forming a first super contact penetrating the first wafer (S130),

- 제1수퍼 콘택의 한 면에 마이크로 범퍼를 형성하는 단계(S140), Forming a micro bumper on one side of the first super contact (S140),

- 픽셀회로 중 포토다이오드 및 전달트랜지스터를 제외한 나머지 트랜지스터들을 구비하는 제2웨이퍼를 형성하는 단계(S150), Forming a second wafer including the remaining transistors other than the photodiode and the transfer transistor in the pixel circuit (S150);

- 상기 제1웨이퍼와 상기 제2웨이퍼를 상하로 배열시키는 웨이퍼 배열 단계(S160), A wafer arrangement step (S160) of arranging the first wafer and the second wafer up and down;

- 상기 제1웨이퍼의 전극 및 상기 제1웨이퍼의 전극에 대응되는 상기 제2웨 이퍼의 전극을 서로 결합시키는 웨이퍼 접착 단계(S170) 및 -Bonding the electrodes of the first wafer and the electrodes of the second wafer corresponding to the electrodes of the first wafer (S170) and

- 상기 제1웨이퍼의 상부에 칼라필터를 형성시키는 단계(S180)를 구비한다. Forming a color filter on the first wafer (S180);

경우에 따라서는 제1수퍼 콘택을 형성하는 단계(S130) 후 마이크로 범퍼를 형성하는 단계(S140) 이전에 제2수퍼 콘택을 형성하는 단계(S135)를 추가할 수 있다. 또한 제2웨이퍼를 형성하는 단계(S150) 및 웨이퍼 배열 단계(S160)의 사이에 제2웨이퍼의 후면을 연마하는 단계(S155)를 추가할 수 있다. In some cases, after forming the first super contact (S130) and before forming the micro bumper (S140), a step of forming a second super contact (S135) may be added. In addition, a step (S155) of grinding the back surface of the second wafer may be added between the forming of the second wafer (S150) and the wafer arranging step (S160).

상기의 각 단계를 보다 구체적으로 설명한다. Each of the above steps will be described in more detail.

제1 웨이퍼 형성 단계(S110)에서는 반도체 공정을 사용하여 제1웨이퍼의 전면에 포토다이오드(14), 전송트랜지스터(Tx), 플로팅 확산영역(FD) 및 메탈라인(M1)이 형성된다. In the first wafer forming step S110, a photodiode 14, a transfer transistor Tx, a floating diffusion region FD, and a metal line M1 are formed on the front surface of the first wafer using a semiconductor process.

이때, 제1웨이퍼에 적용되는 공정은 암 특성 및 감도 등 센서 고유특성을 향상시키는 목적 및 더 나아가 주문자의 특수한 특성 요구를 충족시키기 위한 특화된 공정의 적용이 가능하다. In this case, the process applied to the first wafer can be applied to the purpose of improving the sensor unique characteristics such as cancer characteristics and sensitivity, and furthermore, to apply a specialized process to meet the special characteristics requirements of the orderer.

제1웨이퍼 후면 연마 단계(S120)에서는 연마(Grinding) 공정 혹은 CMP(Chemical Mechanical Polishing, 화학??기계적 평탄화)공정을 통하여 제1웨이퍼의 두께가 30㎛ 이하로 되도록 후면(back side)을 연마하고, 식각(Etch) 공정을 이용하여 연마된 표면을 처리한다. 이때 특정 용도나 상황에 따라 제1웨이퍼의 전면에 유리나 다른 실리콘 웨이퍼를 접합시켜 제1웨이퍼 후면 연마 단계(S120)를 진행할 수 있다. In the first wafer rear surface polishing step S120, the back side is polished to have a thickness of 30 μm or less through a grinding process or a chemical mechanical polishing (CMP) process. The polished surface is treated using an etching process. In this case, the first wafer back surface polishing step S120 may be performed by bonding glass or another silicon wafer to the front surface of the first wafer according to a specific use or situation.

제1 수퍼 콘택 형성 단계(S130)에서는 웨이퍼 접착을 위한 기본 공정으로 베 리드 인터커넥션(Buried Interconnection) 공정 혹은 수퍼 콘택(Super Contact) 공정이 이루어지는데, 연마된 제1웨이퍼 후면에 정렬키(Align Key)를 이용하여 사진 식각 및 텅스텐 플러그(W-PLUG)에 의해 상기 제1웨이퍼 후면에 제1 수퍼 콘택이 형성된다. In the first super contact forming step (S130), a buried interconnection process or a super contact process is performed as a basic process for bonding the wafer, and an alignment key is formed on the back surface of the polished first wafer. The first super contact is formed on the rear surface of the first wafer by photo etching and tungsten plug (W-PLUG).

경우에 따라서는 이미지센서의 암 특성을 향상시키기 위하여 제1수퍼 콘택 형성 단계(S130) 이후에 제1웨이퍼 후면에 질화막(SiN)을 증착하거나 또는 질화막과 산화막(SiO2) 이중층을 증착한 후, 단일 포토다이오드의 주변을 따라서 CMP 공정에 의하여 제2 수퍼 콘택이 추가적으로 형성(S135)될 수 있다. In some cases, after the first super contact forming step (S130), a nitride film (SiN) is deposited on the back surface of the first wafer or a nitride layer and a silicon oxide (SiO 2) bilayer are deposited in order to improve the cancer characteristics of the image sensor. A second super contact may be additionally formed along the periphery of the photodiode by the CMP process (S135).

마이크로 범퍼 형성 단계(S140)에서는 제1수퍼 콘택 형성 단계(S130)에서 형성된 제1수퍼 콘택 표면에 마이크로 범퍼 공정을 통하여 마이크로 범퍼가 형성된다. In the micro bumper forming step S140, the micro bumper is formed on the surface of the first super contact formed in the first super contact forming step S130 through a micro bumper process.

제2웨이퍼 형성 단계(S150)에서는 반도체 공정을 이용하여 제2웨이퍼 전면에 리셋트랜지스터(Rx), 변환트랜지스터(Fx) 및 선택트랜지스터(Sx)가 설치된다. 경우에 따라 제2웨이퍼의 뒷면을 연마하는 공정(S155)을 추가할 수도 있다. In the second wafer forming step S150, a reset transistor Rx, a conversion transistor Fx, and a selection transistor Sx are installed on the entire surface of the second wafer using a semiconductor process. In some cases, a step (S155) of grinding the back surface of the second wafer may be added.

웨이퍼 배열 단계(S160)에서는 상기 제1웨이퍼의 마이크로 범퍼(17) 부분과 제2웨이퍼의 도체(18)가 서로 결합되도록 제1웨이퍼 및 제2웨이퍼를 상하로 배열시킨다. 제1웨이퍼 및 제2웨이퍼를 상하로 배열하는 방법은 적외선(Infrared Ray) 투과, 식각 및 레이저 펀칭(laser punching) 등을 통하여 제1웨이퍼의 특정부위를 관통시켜 광학적으로 상하 배열한다. 이중에서 적외선(IR) 투과는 웨이퍼에 구멍을 뚫지 않고 배열할 수 있으며, 식각 및 레이저 펀칭 방법은 웨이퍼에 구멍을 뚫어서 광학적 패턴인식을 통해 상하 배열된다. In the wafer arranging step S160, the first wafer and the second wafer are arranged up and down so that the micro bumper 17 portion of the first wafer and the conductor 18 of the second wafer are coupled to each other. In the method of arranging the first wafer and the second wafer up and down, the first wafer and the second wafer are arranged vertically by penetrating a specific portion of the first wafer through infrared ray transmission, etching, and laser punching. Infrared (IR) transmission can be arranged without a hole in the wafer, and the etching and laser punching method is arranged up and down through the optical pattern recognition by drilling a hole in the wafer.

웨이퍼 접착 단계(S170)에서는 제1웨이퍼의 마이크로 범퍼(17) 부분과 제2웨이퍼의 도체(18)가 접착된다.In the wafer bonding step S170, the micro bumper 17 portion of the first wafer and the conductor 18 of the second wafer are bonded.

칼라형성단계(S180)에서는 제1웨이퍼 상에 칼라필터 및 마이크로렌즈를 순서대로 적층시킨다. In the color forming step (S180), the color filter and the microlens are stacked in order on the first wafer.

제1웨이퍼 형성 단계(S110)에서는 에피택셜 방식으로 성장시킨(epitaxially grown) 웨이퍼에 0.18㎛ 또는 90nm 공정 기술을 사용할 수 있으며, 제2웨이퍼 형성 단계(S150)에서는 실리콘 웨이퍼에 0.25㎛ 또는 0.35㎛ 공정 기술을 사용할 수 있다. In the first wafer forming step S110, 0.18 μm or 90 nm process technology may be used for the epitaxially grown wafer, and in the second wafer forming step S150, 0.25 μm or 0.35 μm process is performed for the silicon wafer. Technology can be used.

여기서 본 발명에서 제안하는 특수한 공정은 바로 제1수퍼 콘택 및 제2수퍼 콘택 공정이다. 이하에서는 상기 제1수퍼 콘택 및 제2수퍼 콘택이 어떻게 사용되는 가에 대하여 설명한다. The special process proposed in the present invention is the first super contact and the second super contact process. Hereinafter, how the first super contact and the second super contact are used will be described.

도 7은 도 4에 도시된 포토다이오드, 전달트랜지스터 및 STI의 평면도를 나타낸다. FIG. 7 shows a top view of the photodiode, transfer transistor and STI shown in FIG. 4.

도 7을 참조하면, 사각형의 포토다이오드(Photo Diode)의 한 쪽 모퉁이 에는 전달트랜지스터(Tx)가 형성되며 플로팅 확산영역(FD, 미도시)의 상부에는 메탈라인(M1)의 형성된다. 포토다이오드 및 전달트랜지스터는 STI로 둘러싸여 있다. 도면에는 STI가 상기 단위 픽셀영역의 사면을 모두 둘러싸고 있는 것처럼 도시되어 있으나, 일부의 면 또는 면들이 개방될 수 도 있다. Referring to FIG. 7, a transfer transistor Tx is formed at one corner of a rectangular photo diode, and a metal line M1 is formed on the floating diffusion region FD (not shown). The photodiode and transfer transistor are surrounded by STIs. In the drawing, the STI is shown as surrounding all the slopes of the unit pixel region, but some surfaces or surfaces may be opened.

도 8은 도 4에 도시된 포토다이오드 및 전달트랜지스터의 제조과정 중 수퍼 콘택이 생성되기 이전을 나타낸다. FIG. 8 illustrates before the super contact is generated during the manufacturing process of the photodiode and the transfer transistor shown in FIG. 4.

도 8은 도 7에 도시된 A-B라인을 따라 포토다이오드 및 전달트랜지스터의 단면을 나타내며, STI에 수퍼 콘택이 아직 형성되기 이전의 상태이다. 도 8을 참조하면, 영상신호에 의해 STI로 둘러싸인 임의의 단위 픽셀에서 생성된 전하(e)가 상기 STI를 넘어 이웃하는 단위 픽셀에 전달될 수가 있다. 이 경우 단위픽셀들 사이의 신호간섭이 발생하게 된다. 이러한 단위픽셀들 사이의 신호간섭을 방지하기 위하여 제1수퍼 콘택을 형성시키는 것이 본 발명의 핵심아이디어 중의 하나이다. FIG. 8 is a cross-sectional view of the photodiode and the transfer transistor along the A-B line shown in FIG. 7, before the super contact is still formed in the STI. Referring to FIG. 8, a charge e generated in an arbitrary unit pixel surrounded by an STI by an image signal may be transferred to a neighboring unit pixel beyond the STI. In this case, signal interference between unit pixels occurs. One of the core ideas of the present invention is to form a first super contact to prevent signal interference between such unit pixels.

도 9는 도 8의 과정 후 수퍼 콘택이 생성된 직후를 나타낸다. FIG. 9 illustrates immediately after a super contact is created after the process of FIG. 8.

제1수퍼 콘택(30)은 도 8에 도시된 STI의 하부 쪽으로 웨이퍼의 끝부분 까지 형성되는데, 도 9는 도 8에 도시된 웨이퍼의 상하를 반대로 한 것이다. 이 때 제1수퍼 콘택의 일정부분 즉 플로팅 확산영역의 상부에 형성시킨 메탈(M1)과 중첩되는 일정부분에는 제2 수퍼 콘택(16)이 형성되며 상기 제2 수퍼 콘택(16)에는 상기 메탈(M1)과 동일한 도체 물질이거나 전도성이 있는 도체물질로 채워진다. 상기 제2 수퍼 콘택(16)은 전하전달통로(16)로 사용된다. The first super contact 30 is formed to the end of the wafer toward the bottom of the STI shown in FIG. 8, and FIG. 9 reverses the top and bottom of the wafer shown in FIG. 8. In this case, a second super contact 16 is formed at a predetermined portion of the first super contact, that is, overlapping with the metal M1 formed on the floating diffusion region, and the second super contact 16 is formed of the metal ( It is filled with the same conductive material or conductive material as M1). The second super contact 16 is used as the charge transfer path 16.

종래의 경우 전하전달통로(16)로서 포토다이오드의 일부 영역에 설치된 비아 콘택(Via Contact)을 형성시켜 사용하였기 때문에 포토다이오드의 면적을 감소시키는 이유가 되었다. 그러나 본 발명에 따른 픽셀어레이의 경우 상기 제1 수퍼 콘택(30)의 일부 영역에 설치함에 따라 포토다이오드의 면적이 상대적으로 증가하게 된다. 따라서 포토다이오드의 면적이 증가한 픽셀어레이를 사용하는 이미지센서의 경우 암 특성이 향상되게 될 것은 분명하다. In the conventional case, the via contact formed in a portion of the photodiode is used as the charge transfer path 16, which is a reason for reducing the area of the photodiode. However, in the pixel array according to the present invention, the area of the photodiode is relatively increased as the pixel array is installed in a portion of the first super contact 30. Therefore, it is clear that an image sensor using a pixel array having an increased area of the photodiode will have improved dark characteristics.

도 9를 참조하면, 제2 수퍼 콘택(16)이 형성되는 곳은 B로 표시되어 있으며 도 8을 참조하면 이는 전달트랜지스터(Tx)에 인접한 플로팅 확산영역의 근처라는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 9, where the second super contact 16 is formed is indicated by B. Referring to FIG. 8, it can be seen that it is near the floating diffusion region adjacent to the transfer transistor Tx.

도 10은 본 발명에 따른 픽셀어레이의 단면도이다. 10 is a cross-sectional view of a pixel array according to the present invention.

도 10을 참조하면, 픽셀어레이는, 포토다이오드 및 전달트랜지스터가 구현된 제1웨이퍼로부터 소팅한 칩을 영상신호 변환회로 중 전달트랜지스터를 제외한 다른 트랜지스터들을 구현한 제2웨이퍼로부터 소팅한 칩의 상부에 적층시킴으로서 구현할 수 있다. 이 때 2개의 칩이 도체전극을 통해 전기적으로 서로 연결된다. Referring to FIG. 10, a pixel array is arranged on top of a chip sorted from a first wafer on which a photodiode and a transfer transistor are implemented, from a second wafer including transistors other than a transfer transistor in an image signal conversion circuit. It can implement by laminating | stacking. At this time, the two chips are electrically connected to each other through the conductor electrode.

도 11은 본 발명에 따른 픽셀어레이를 사용하는 이미지센서의 단면도이다. 11 is a cross-sectional view of an image sensor using a pixel array according to the present invention.

도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 이미지센서는 도 10에 도시한 본 발명에 따른 픽셀어레이의 상부 즉 제1웨이퍼를 다이 소팅하여 얻은 칩의 상부에 칼라필터 및 마이크로 렌즈를 적층시킴으로서 구현된다. Referring to FIG. 11, an image sensor according to the present invention is implemented by stacking a color filter and a micro lens on an upper portion of a pixel array according to the present invention illustrated in FIG. 10, ie, on a chip obtained by die sorting a first wafer.

상기의 설명은 제1웨이퍼에 구현된 단위 포토다이오드 및 전달트랜지스터와 제2웨이퍼에 구현된 이에 대응되는 리셋트랜지스터, 변환트랜지스터 및 선택트랜지스터에 대하여 설명하였다. 그러나 본 발명에 따른 3차원 구조를 가지는 픽셀어레이 및 이미지센서는 제2웨이퍼에 구현된 리셋트랜지스터, 변환트랜지스터 및 선택트랜지스터가 제1웨이퍼에 구현된 적어도 2개의 포토다이오드 및 이에 대응되는 2개의 전달트랜지스터들을 공유하여 사용하는 구조의 경우에도 적용될 수 있다. In the above description, the unit photodiode and the transfer transistor implemented in the first wafer and the reset transistor, the conversion transistor, and the selection transistor corresponding to those implemented in the second wafer have been described. However, a pixel array and an image sensor having a three-dimensional structure according to the present invention include at least two photodiodes in which a reset transistor, a conversion transistor, and a selection transistor implemented in a second wafer are implemented in a first wafer, and two transfer transistors corresponding thereto. The same may be applied to a structure in which they are shared.

도 12는 본 발명에 따른 3차원 구조를 갖는 픽셀어레이의 다른 일실시예이다. 12 is another embodiment of a pixel array having a three-dimensional structure according to the present invention.

도 12를 참조하면, 제1웨이퍼에 구현된 2개의 포토다이오드(PD0, PD1)와 이들에 각각 연결된 2개의 전달트랜지스터들(Tx0, Tx1)이 제2웨이퍼에 구현된 하나의 리셋트랜지스터(Rx), 하나의 변환트랜지스터(Fx) 및 하나의 선택트랜지스터(Sx)를 공통으로 사용하는 경우를 나타낸다. Referring to FIG. 12, two photodiodes PD0 and PD1 implemented in the first wafer and two transfer transistors Tx0 and Tx1 connected to the first wafer are respectively configured in one reset transistor Rx implemented in the second wafer. In this case, one conversion transistor Fx and one selection transistor Sx are commonly used.

이 경우 제2웨이퍼에 구현하여야 하는 트랜지스터들의 개수가 감소하기 때문에, 제2웨이퍼에는 다른 기능 블록을 추가로 설치할 수 있는 여력이 생기게 되는 장점이 있다. In this case, since the number of transistors to be implemented in the second wafer is reduced, there is an advantage in that the second wafer has room to additionally install other functional blocks.

상술한 바와 같이 본 발명에 의한 3차원 구조를 갖는 픽셀어레이 및 상기 픽셀어레이를 구비하는 이미지센서는, 수요자의 다양한 기능 추가에 대한 요구를 전체 칩 면적의 증가 없이 대응이 가능하고, 이미지 센서의 암 특성을 향상시킬 수 있는 특화 공정 접목의 용이성으로 인해 고성능의 제품 제조가 수월한 장점이 있다. 또한, 포토다이오드 및 전달트랜지스터를 구현하고자 하는 제1웨이퍼와 상기 전달트랜지스터를 통해 검출된 영상전하를 전기신호로 변환하는 트랜지스터들을 구현하고자 하는 제2웨이퍼에 각각 최적의 공정을 적용시킬 수 있다는 장점이 있다. As described above, the pixel array having the three-dimensional structure and the image sensor including the pixel array according to the present invention can cope with the demand for adding various functions of the consumer without increasing the total chip area, Due to the ease of incorporation of specialized processes that can improve the properties, it is easy to manufacture high-performance products. In addition, an optimal process can be applied to the first wafer to implement the photodiode and the transfer transistor and the second wafer to implement the transistors to convert the image charges detected through the transfer transistor into electrical signals. have.

Claims (7)

제1웨이퍼 및 제2웨이퍼에 포토다이오드, 전달트랜지스터, 리셋트랜지스터, 변환트랜지스터 및 선택트랜지스터를 각각 나누어 구현하고 상기 제1웨이퍼 및 상기 제2웨이퍼에 구현된 칩을 상하로 연결하여 사용하는 3차원 구조를 갖는 픽셀어레이에 있어서, A three-dimensional structure using photodiodes, transfer transistors, reset transistors, conversion transistors, and selection transistors divided into a first wafer and a second wafer, respectively, and connecting chips implemented in the first wafer and the second wafer up and down. In a pixel array having 상기 제1웨이퍼에는, In the first wafer, 입사되는 영상신호에 대응하는 전하들을 생성시키는 복수 개의 포토다이오드들; A plurality of photodiodes for generating charges corresponding to an incident image signal; 상기 복수 개의 포토다이오드들에서 생성된 전하들을 해당 플로팅 확산영역에 각각 전달하는 복수 개의 전달트랜지스터들; A plurality of transfer transistors respectively transferring charges generated by the plurality of photodiodes to a corresponding floating diffusion region; 상기 복수 개의 포토다이오드 중 하나의 포토다이오드 및 상기 하나의 포토다이오드와 연결된 하나의 전달트랜지스터를 각각 둘러싸는 복수 개의 STI; A plurality of STIs each surrounding one photodiode of the plurality of photodiodes and one transfer transistor connected to the one photodiode; 상기 복수 개의 STI의 하부로부터 웨이퍼의 하부 면까지 이르는 제1수퍼콘택(a first super contact); 및 A first super contact extending from a bottom of the plurality of STIs to a bottom surface of a wafer; And 상기 복수 개의 STI 및 제1수퍼콘택의 일부영역을 관통하는 제2수퍼콘택(a second super contact)을 구비하며, A second super contact penetrating a plurality of regions of the STI and the first super contact; 상기 플로팅 확산영역에 축적된 전하들은 상기 제2수퍼콘택을 통해 제2웨이퍼로 전달되는 것을 특징으로 하는 3차원 구조를 갖는 픽셀어레이. The charges accumulated in the floating diffusion region are transferred to the second wafer through the second super contact, the pixel array having a three-dimensional structure. 제1항에 있어서, 상기 제1수퍼콘택에는, The method of claim 1, wherein the first super contact, 절연물질이 채워지는 것을 특징으로 하는 3차원 구조를 갖는 픽셀어레이. Pixel array having a three-dimensional structure characterized in that the insulating material is filled. 제2항에 있어서, 상기 절연물질은, The method of claim 2, wherein the insulating material, 상기 STI를 구성하는 절연물질과 동일한 것을 특징으로 하는 3차원 구조를 갖는 픽셀어레이. The pixel array having a three-dimensional structure, characterized in that the same as the insulating material constituting the STI. 제2항에 있어서, 상기 절연물질은, The method of claim 2, wherein the insulating material, 질화막이나 질화막 및 산화막의 이중층인 것을 특징으로 하는 3차원 구조를 갖는 픽셀어레이. A pixel array having a three-dimensional structure, which is a double layer of a nitride film, a nitride film, and an oxide film. 제1항에 있어서, 상기 제2수퍼콘택에는, The method of claim 1, wherein the second super contact, 전도물질이 채워지는 것을 특징으로 하는 3차원 구조를 갖는 픽셀어레이. Pixel array having a three-dimensional structure characterized in that the conductive material is filled. 제5항에 있어서, 상기 전도물질은, The method of claim 5, wherein the conductive material, 상기 플로팅 확산영역에 형성된 메탈라인과 동일한 물질인 것을 특징으로 하는 3차원 구조를 갖는 픽셀어레이. The pixel array having a three-dimensional structure, characterized in that the same material as the metal line formed in the floating diffusion region. 제1웨이퍼 및 제2웨이퍼에 포토다이오드, 전달트랜지스터, 리셋트랜지스터, 변환트랜지스터 및 선택트랜지스터를 각각 나누어 설치하고 상기 제1웨이퍼 및 상 기 제2웨이퍼를 다이 소팅하여 얻은 칩을 상하로 연결하여 사용하는 3차원 구조를 갖는 픽셀어레이; A photodiode, a transfer transistor, a reset transistor, a conversion transistor, and a selection transistor are separately installed on the first wafer and the second wafer, and the chips obtained by die sorting the first wafer and the second wafer are connected up and down. A pixel array having a three-dimensional structure; 상기 픽셀어레이의 상부에 설치된 복수 개의 칼라필터들; 및 A plurality of color filters installed on the pixel array; And 상기 복수 개의 칼라필터들의 상부에 설치된 마이크로 렌즈를 구비하며, It has a micro lens installed on the plurality of color filters, 상기 제1웨이퍼는, The first wafer, 입사되는 영상신호에 대응하는 전하를 생성시키는 복수 개의 포토다이오드들; A plurality of photodiodes for generating charges corresponding to incident image signals; 상기 복수 개의 포토다이오드들에서 생성된 전하들을 해당 플로팅 확산영역에 각각 전달하는 복수 개의 전달트랜지스터들; A plurality of transfer transistors respectively transferring charges generated by the plurality of photodiodes to a corresponding floating diffusion region; 상기 복수 개의 포토다이오드 중 하나의 포토다이오드 및 상기 하나의 포토다이오드와 연결된 하나의 전달트랜지스터를 각각 둘러싸는 복수 개의 STI; A plurality of STIs each surrounding one photodiode of the plurality of photodiodes and one transfer transistor connected to the one photodiode; 상기 복수 개의 STI의 하부로부터 웨이퍼의 하부 면까지 이르는 제1수퍼콘택(a first super contact); 및 A first super contact extending from a bottom of the plurality of STIs to a bottom surface of a wafer; And 상기 복수 개의 STI환 및 제1수퍼콘택의 일부영역을 관통하는 제2수퍼콘택을 구비하며, A second super contact penetrating the plurality of STI rings and a partial region of the first super contact; 상기 제2웨이퍼는, The second wafer, 상기 제2수퍼콘택을 통해 전달된 전하들을 전기신호로 변환하는 복수 개의 상기 리셋트랜지스터, 복수 개의 상기 변환트랜지스터 및 복수 개의 상기 선택트랜지스터들을 구비하는 것을 특징으로 하는 이미지센서. And a plurality of reset transistors, a plurality of conversion transistors, and a plurality of selection transistors for converting charges transferred through the second super contact into an electrical signal.
KR1020070059859A 2006-06-19 2007-06-19 Pixel Array preventing the cross talk between unit pixels and Image sensor using the pixel KR100870109B1 (en)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/602,761 US20100176271A1 (en) 2007-06-19 2008-06-17 Pixel array preventing the cross talk between unit pixels and image sensor using the pixel
EP08766362A EP2158607A1 (en) 2007-06-19 2008-06-17 Pixel array preventing the cross talk between unit pixels and image sensor using the pixel
CN200880020862A CN101681917A (en) 2007-06-19 2008-06-17 Pixel array preventing the cross talk between unit pixels and image sensor using the pixel
PCT/KR2008/003400 WO2008156274A1 (en) 2007-06-19 2008-06-17 Pixel array preventing the cross talk between unit pixels and image sensor using the pixel
JP2010513101A JP2010530633A (en) 2007-06-19 2008-06-17 Pixel array for preventing crosstalk between unit pixels and image sensor using the pixel

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20060054766 2006-06-19
KR1020060054766 2006-06-19

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20070120456A true KR20070120456A (en) 2007-12-24
KR100870109B1 KR100870109B1 (en) 2008-11-25

Family

ID=39138255

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070059859A KR100870109B1 (en) 2006-06-19 2007-06-19 Pixel Array preventing the cross talk between unit pixels and Image sensor using the pixel

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100870109B1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101033355B1 (en) * 2008-09-30 2011-05-09 주식회사 동부하이텍 Image sensor and method of fabricating the same
US8570409B2 (en) 2009-10-22 2013-10-29 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensors and methods of manufacturing image sensors
WO2014051306A1 (en) * 2012-09-26 2014-04-03 (주)실리콘화일 Separation type unit pixel of image sensor having three-dimensional structure
US9799695B2 (en) 2009-03-19 2017-10-24 Sony Corporation Semiconductor device and method of manufacturing the same, and electronic apparatus

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6486522B1 (en) * 1999-09-28 2002-11-26 Pictos Technologies, Inc. Light sensing system with high pixel fill factor
KR100889365B1 (en) * 2004-06-11 2009-03-19 이상윤 3-dimensional solid-state image sensor and method of making the same

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101033355B1 (en) * 2008-09-30 2011-05-09 주식회사 동부하이텍 Image sensor and method of fabricating the same
US9799695B2 (en) 2009-03-19 2017-10-24 Sony Corporation Semiconductor device and method of manufacturing the same, and electronic apparatus
KR20180009054A (en) * 2009-03-19 2018-01-25 소니 주식회사 Semiconductor device and electronic apparatus
KR20190010689A (en) * 2009-03-19 2019-01-30 소니 주식회사 Semiconductor device and electronic apparatus
US20210091133A1 (en) 2009-03-19 2021-03-25 Sony Corporation Semiconductor device and method of manufacturing the same, and electronic apparatus
US11764243B2 (en) 2009-03-19 2023-09-19 Sony Corporation Semiconductor device and method of manufacturing the same, and electronic apparatus
US8570409B2 (en) 2009-10-22 2013-10-29 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensors and methods of manufacturing image sensors
US8958002B2 (en) 2009-10-22 2015-02-17 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensors
WO2014051306A1 (en) * 2012-09-26 2014-04-03 (주)실리콘화일 Separation type unit pixel of image sensor having three-dimensional structure
KR101402750B1 (en) * 2012-09-26 2014-06-11 (주)실리콘화일 Separation type unit pixel of image sensor having 3 dimension structure
US9887230B2 (en) 2012-09-26 2018-02-06 SK Hynix Inc. Separation type unit pixel of image sensor having three-dimensional structure

Also Published As

Publication number Publication date
KR100870109B1 (en) 2008-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11942501B2 (en) Solid-state image pickup apparatus and image pickup system
US20100176271A1 (en) Pixel array preventing the cross talk between unit pixels and image sensor using the pixel
US11424285B2 (en) Image sensor with conductive pixel separation structure and method of manufacturing the same
US10763287B2 (en) Image sensor comprising a light shielding pattern with plural portions spaced apart on pixels of a sensor array area
US9754994B2 (en) Image sensors including conductive pixel separation structures and methods of fabricating the same
KR100610481B1 (en) Image sensor with enlarged photo detecting area and method for fabrication thereof
CN102790058B (en) With semiconductor device and the manufacture method thereof of bond pad
US8779539B2 (en) Image sensor and method for fabricating the same
KR20110043867A (en) Image sensor and method of manufacturing the same
CN111048539A (en) Image sensor with a plurality of pixels
KR20110091372A (en) Back-side illumination cmos image sensor including photo diode that the surface shape of receiving light has a curvature and the generating method for the cmos image sensor
KR100870109B1 (en) Pixel Array preventing the cross talk between unit pixels and Image sensor using the pixel
US8178381B2 (en) Back side illumination image sensor and method for manufacturing the same
US20020153478A1 (en) Method of preventing cross talk
US7985613B2 (en) Method for manufacturing back side illumination image sensor
CN115995475A (en) Image sensor
KR20230041427A (en) Image sensor
KR102109952B1 (en) Image sensor and method of forming the same
US20240055463A1 (en) Image sensor structure for reduced pixel pitch and methods thereof
US20220336514A1 (en) Image sensor
KR20240139499A (en) Image sensor and manufacturing method thereof
TW202312473A (en) Image sensor

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20121115

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131031

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150921

Year of fee payment: 8

LAPS Lapse due to unpaid annual fee