KR20090125964A - 이미지센서의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른 이미지센서의 제조방법은 제1 기판에 이온주입에 의해 제1 포토다이오드를 형성하는 단계; 상기 제1 기판의 제1 포토다이오드 상에 제2 기판을 본딩하는 단계; 상기 제2 기판의 상측을 제거하고 잔존하는 제2 기판에 제2 포토다이오드를 형성하는 단계; 상기 제2 기판의 제2 포토다이오드 상에 제3 기판을 형성하는 단계; 및 상기 제3 기판의 상측을 제거하고 잔존하는 제3 기판에 제3 포토다이오드를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이미지센서, 포토다이오드, 이온주입
Description
실시예는 이미지센서의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지 센서(Image sensor)는 광학적 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로써, 크게 전하결합소자(charge coupled device: CCD)와 씨모스(CMOS; Complementary Metal Oxide Silicon) 이미지 센서(Image Sensor)(CIS)로 구분된다.
씨모스 이미지 센서는 단위 화소 내에 포토 다이오드와 모스 트랜지스터를 형성시킴으로써 스위칭 방식으로 각 단위 화소의 전기적 신호를 순차적으로 검출하여 영상을 구현한다.
종래기술에 의한 CIS소자는 빛 신호를 받아서 전기 신호로 바꾸어 주는 포토다이오드(Photo Diode) 영역과, 이 전기 신호를 처리하는 트랜지스터 영역으로 구분할 수 있다.
한편, 이미지센서 중 컬러필터(Color Filter)를 필요로 하지 않는 적층형 포토다이오드(Stacked Photodiode) 구조의 CIS를 형성하기 위한 기존방법은 먼저 적색광(Red Light)을 수광하기 위한 레드 포토다이오드를 형성한 뒤, 에피실리 콘(Epi-Si) 성장하여 실리콘 웨이퍼와 같은 결정층을 형성한다.
이후, 초록색광(Green Light)을 수광하기 위한 포토다이오드(Photodiode)를 형성한 뒤, 다시 위의 방법을 반복하여 청색광(Blue Light)을 수광하기 위한 포토다이오드를 적층하여 만든다.
그런데, 종래기술에 의하면 에피실리콘층(Epi-Si layer)을 사용하기 때문에, 실리콘 기판 웨이퍼에 비하여 기공(Vacancy)과 같은 더욱 많은 결함이 있다. 이러한 결함은 빛에 의하여 생성되는 전자-홀(electron-hole)의 생성을 저해하여 CIS의 감도를 떨어뜨리는 요인이 된다.
실시예는 컬러필터(Color Filter)를 사용하지 않는 적층포토다이오드(Stacked Photodiode) 구조의 CIS를 형성하는 데 있어, 에피실리콘(Epi-Si) 층을 성장시키는 대신, 기판 실리콘 웨이퍼와 같이 결정 결함이 거의 없는 층을 형성하여 CIS의 감도를 향상시킬 수 있는 이미지센서의 제조방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 이미지센서의 제조방법은 제1 기판에 이온주입에 의해 제1 포토다이오드를 형성하는 단계; 상기 제1 기판의 제1 포토다이오드 상에 제2 기판을 본딩하는 단계; 상기 제2 기판의 상측을 제거하고 잔존하는 제2 기판에 제2 포토다이오드를 형성하는 단계; 상기 제2 기판의 제2 포토다이오드 상에 제3 기판을 형성하는 단계; 및 상기 제3 기판의 상측을 제거하고 잔존하는 제3 기판에 제3 포토다이오드를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
실시예에 따른 이미지센서의 제조방법에 의하면, 레드 포토다이오드(Red photodiode)를 형성한 단계에서 스마트 컷(Smart Cut) 방법에 의하여, 수소이온주입(Hydrogen Implant)하여 만든 도너웨이퍼(Donor Wafer)를 접합하여 붙인 뒤 일부를 떼어내고, 녹색광(Green Light)을 수광하기 위한 그린 포토다이오드(Green Photodiode)를 형성한 뒤, 다시 위와 같은 방법을 반복하여 청색광(Blue Light)을 수광하기 위한 블루 포토다이오드(Blue Photodiode)를 형성하여 적층형 포토다이오 드(Stacked Photodiode)를 형성함으로써 기판 실리콘 웨이퍼와 같이 결정결함이 거의 없는 층을 형성하여 CIS의 감도를 향상시킬 수 있다.
이하, 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
실시예의 설명에 있어서, 각 층의 "상/아래(on/under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상/아래는 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.
본 발명은 씨모스이미지센서에 한정되는 것이 아니며, CCD 이미지센서 등 모든 이미지센서에 적용이 가능하다.
(실시예)
실시예에 따른 이미지센서의 제조방법을 도 1 내지 도 5를 참조하여 상세히 설명한다. 실시예에서 제1 포토다이오는 레드 포토다이오드, 제2 포토다이오드는 그린 포토다이오드 및 제3 포토다이오드는 블루 포토다이오드를 예로 하여 설명하나 이에 한정되는 것은 아니다.
우선, 도 1과 같이, 제1 기판(110)에 이온주입에 의해 제1 포토다이오드(114)를 형성한다. 예를 들어, 적층형 포토다이오드(Stacked Photodiode)의 적색광(Red Light)을 수광하기 위한 레드 포토다이오드(Red Photodiode)(114)를 형성하기 위하여 P형의 제1 기판(110)에 N형 이온주입(implantation)공정을 수행하고 어닐링공정을 진행할 수 있다. 상기 어닐링은 급속열처리(Rapid Thermal Processing: RTP)에 의할 수 있다.
이때, 상기 제1 포토다이오드(114) 형성 전에 상기 기판(110) 상측에 픽셀분리를 위한 제1 P형 이온주입층(112)이 형성될 수 있다.
다음으로, 도 2와 같이 상기 제1 기판(110)의 제1 포토다이오드(114) 상에 제2 기판(120)을 본딩한다.
실시예는 상기 제1 기판(110) 상에 제2 기판(120)을 본딩하는 단계 전에, 상기 제2 기판(120)에 수소이온주입을 진행할 수 있다. 상기 수소이온주입에 의해 수소이온주입된 계면(122)을 형성함으로써 본딩 후 제2 기판(120)의 상측을 용이하게 제거할 수 있다.
실시예는 상기 제1 기판(110) 상에 제2 기판(120)을 본딩한 후 1000~1100 ℃에서 10~30초 동안 어닐링하는 단계를 진행함으로써 본딩부분을 강화시킬 수 있다.
다음으로, 도 3과 같이 상기 제2 기판(120)의 상측을 제거하고 잔존하는 제2 기판(120)에 제2 포토다이오드(124)를 형성한다.
실시예에서 상기 제2 기판(120)의 상측을 제거하는 단계는 상기 수소이온주입된 계면(122)을 기준으로 제2 기판(120)의 상측을 제거할 수 있다. 예를 들어, 상기 본딩된 제1 기판(110)과 제2 기판(120)을 열처리하면 상기 수소이온이 수소분자가 되고 이에 따라 제2 기판(120)의 상측에 수소기체에 의한 취성부분이 생기며 이 취성부분을 기준으로 클리빙(cleaving)를 진행하여 제2 기판(120)의 상측을 제거할 수 있다.
이후, 잔존하는 제2 기판(120)에 이온주입에 의해 배리어(Barrier)층(122)을 형성할 수 있다. 예를 들어, P형의 제2 기판(120)에 P형의 이온주입에 의해 제1 포토다이오드(114)와 제2 포토다이오드(124)가 형성될 영역의 경계에 제1 배리어층(122b)를 형성할 수 있다.
이후, 상기 제2 기판(120) 상측에 픽셀분리를 위한 제2 배리어층(122a)이 형성될 수 있다.
한편, 다른 실시예에서는 상기 배리어층(122)을 제2 기판(120)과 제1 기판(110)의 본딩 전에 진행할 수 있다. 예를 들어, P형의 제2 기판(120)의 표면에 제1 포토다이오드(114)와 제2 포토다이오드(124)가 형성될 영역의 경계에 제1 배리어층(122b)만을 형성함으로써 배리어층 형성공정을 단축할 수 있고, 표면 이온주입에 의해 배리어층을 형성할 수 있어 제조공정 시간 및 비용을 절약할 수 있다.
이후, 상기 잔존하는 제2 기판(120)에 이온주입에 의해 제2 포토다이오드(124)를 형성한다. 예를 들어, P형의 제2 기판(120)에 N형 이온주입에 의해 그린 포토다이오드(124)를 형성할 수 있다.
이후, 상기 제1 포토다이오드(114)와 전기적으로 연결되는 제1 플러그(116) 이온주입단계를 진행할 수 있다. 예를 들어, 레드 포토다이오드(114)와 전기적으로 연결되는 제1 플러그(116)를 N형 이온주입에 의해 형성할 수 있다. 상기 제1 플러그(116)는 복수의 이온주입에 의해 형성될 수 있다.
실시예에 따른 이미지센서의 제조방법에 의하면, 레드 포토다이오드(Red photodiode)를 형성한 단계에서 스마트 컷(Smart Cut) 방법에 의하여, 수소이온주입(Hydrogen Implant)하여 만든 도너 웨이퍼(Donor Wafer)를 접합하여 붙인 뒤 일 부를 떼어내고, 녹색광(Green Light)을 수광하기 위한 그린 포토다이오드(Green Photodiode)를 형성함으로써 실리콘 웨이퍼와 같이 결정결함이 거의 없는 층을 형성하여 CIS의 감도를 향상시킬 수 있다.
다음으로, 도 4와 같이, 상기 제2 기판(120)의 제2 포토다이오드(124) 상에 제3 기판(130)을 본딩한다.
실시예는 상기 제2 기판(120) 상에 제3 기판(130)을 본딩하는 단계 전에, 상기 제3 기판(130)에 수소이온주입을 진행할 수 있다. 상기 수소이온주입에 의해 수소이온주입된 계면(122)을 형성함으로써 본딩 후 제3 기판(130)의 상측을 용이하게 제거할 수 있다.
실시예는 상기 제2 기판(120) 상에 제3 기판(130)을 본딩한 후 1000~1100 ℃에서 10~30초 동안 어닐링하는 단계를 진행함으로써 본딩부분을 강화시킬 수 있다.
다음으로, 도 5와 같이 상기 제3 기판(130)의 상측을 제거하고 잔존하는 제3 기판(130)에 제3 포토다이오드(134)를 형성한다.
실시예에서 상기 제3 기판(130)의 상측을 제거하는 단계는 상기 수소이온주입된 계면(134)을 기준으로 제3 기판(130)의 상측을 제거할 수 있다.
이후, 상기 잔존하는 제3 기판(130)에 소자분리 영역(140)을 형성한다. 예를 들어, STI에 의해 소자분리 영역(140)을 형성할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이후, 상기 잔존하는 제3 기판(130)에 이온주입에 의해 제3 포토다이오드(134)를 형성한다. 예를 들어, P형의 제3 기판(130)에 N형 이온주입에 의해 블루 포토다이오드(134)를 형성할 수 있다.
이후, 상기 제1 플러그(116)와 전기적으로 연결되는 제2 플러그(118) 이온주입단계를 진행할 수 있다. 상기 제2 플러그(118)는 복수의 이온주입에 의해 형성될 수 있다.
실시예는 상기 제2 플러그(118) 이온주입단계에서 상기 제2 포토다이오드(124)와 전기적으로 연결되는 제3 플러그(126) 이온주입단계와 함께 진행할 수 있다. 이후, 어닐링을 진행할 수 있다.
한편, 실시예는 제2 포토다이오드(124)와 제3 포토다이오드(134)의 경계에 제3 배리어층(132)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제3 배리어층(132)은 P형의 이온주입에 의할 수 있다. 한편, P형으로 도전된 제3 기판(130)을 이용하는 경우 별도의 이온주입 없이 제3 배리어층(132)이 형성될 수도 있다.
실시예에 따른 이미지센서의 제조방법에 의하면, 레드 포토다이오드(Red photodiode)를 형성한 단계에서 스마트 컷(Smart Cut) 방법에 의하여, 수소이온주입(Hydrogen Implant)하여 만든 도너 웨이퍼(Donor Wafer)를 접합하여 붙인 뒤 일부를 떼어내고, 녹색광(Green Light)을 수광하기 위한 그린 포토다이오드(Green Photodiode)를 형성한 뒤, 다시 위와 같은 방법을 반복하여 청색광(Blue Light)을 수광하기 위한 블루 포토다이오드(Blue Photodiode)를 형성하여 적층형 포토다이오드(Stacked Photodiode)를 형성함으로써 기판 실리콘 웨이퍼와 같이 결정결함이 거의 없는 층을 형성하여 CIS의 감도를 향상시킬 수 있다.
본 발명은 기재된 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 청구항의 권리범위에 속하는 범위 안에서 다양한 다른 실시예가 가능하다.
도 1 내지 도 5는 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법의 공정단면도.
Claims (8)
- 제1 기판에 이온주입에 의해 제1 포토다이오드를 형성하는 단계;상기 제1 기판의 제1 포토다이오드 상에 제2 기판을 본딩하는 단계;상기 제2 기판의 상측을 제거하고 잔존하는 제2 기판에 제2 포토다이오드를 형성하는 단계;상기 제2 기판의 제2 포토다이오드 상에 제3 기판을 형성하는 단계; 및상기 제3 기판의 상측을 제거하고 잔존하는 제3 기판에 제3 포토다이오드를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
- 제1 항에 있어서,상기 제1 기판의 제1 포토다이오드 상에 제2 기판을 본딩하는 단계 전에,상기 제2 기판에 수소이온주입을 진행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
- 제2 항에 있어서,상기 제2 기판의 상측을 제거하는 단계는,상기 수소이온주입된 계면을 기준으로 제2 기판의 상측을 제거하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
- 제1 항에 있어서,상기 제1 기판의 제1 포토다이오드 상에 제2 기판을 본딩하는 단계는,1000~1100 ℃에서 10~30초 동안 어닐링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
- 제1 항에 있어서,상기 제2 기판의 상측을 제거하고 잔존하는 제2 기판에 제2 포토다이오드를 형성하는 단계는,이온주입에 의해 상기 제1 포토다이오드와 제2 포토다이오드가 형성될 영역 사이에 배리어(Barrier)층을 형성하는 단계;상기 잔존하는 제2 기판에 제2 포토다이오드를 형성하는 단계; 및상기 제1 포토다이오드와 전기적으로 연결되는 제1 플러그 이온주입단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
- 제1 항에 있어서,상기 제3 기판의 상측을 제거하고 잔존하는 제3 기판에 제3 포토다이오드를 형성하는 단계는,소자분리 영역을 형성하는 단계;상기 잔존하는 제3 기판에 제3 포토다이오드를 형성하는 단계; 및상기 제1 플러그와 전기적으로 연결되는 제2 플러그 이온주입단계;를 포함하 는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
- 제6 항에 있어서,상기 제2 플러그 이온주입단계는,상기 제2 포토다이오드와 전기적으로 연결되는 제3 플러그 이온주입단계와 함께 진행되는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
- 제1 항에 있어서,상기 제1 기판의 제1 포토다이오드 상에 제2 기판을 본딩하는 단계 전에,상기 제2 기판에 이온주입에 의해 상기 제1 포토다이오드와 제2 포토다이오드가 형성될 영역 사이에 배리어(Barrier)층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |