KR20100062099A - 이미지 센서 및 그 제조 방법 - Google Patents

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KR20100062099A
KR20100062099A KR1020080120534A KR20080120534A KR20100062099A KR 20100062099 A KR20100062099 A KR 20100062099A KR 1020080120534 A KR1020080120534 A KR 1020080120534A KR 20080120534 A KR20080120534 A KR 20080120534A KR 20100062099 A KR20100062099 A KR 20100062099A
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박종은
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장동윤
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삼성전자주식회사
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Abstract

이미지 센서가 개시된다. 상기 이미지 센서는 다수의 포토다이오드들, 다수의 포토다이오드들을 사이를 절연하기 위한 다수의 웰들, 및 바이어스 전압에 응답하여 다수의 포토다이오드들의 표면 및 다수의 웰들에서 생성되는 암전류를 제거하기 위한 도전체층 또는 도전체 라인들을 포함한다.
이미지 센서, 포토다이오드, 암전류

Description

이미지 센서 및 그 제조 방법{IMAGE SENSOR AND MANUFACTURING METHODS THEREOF}
본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 포토다이오드 상부의 실리콘 표면 또는 웰 영역에서 발생하는 암전류(dark current)를 억제할 수 있는 이미지 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 사용되는 이미지 센서는 CCD(Charge Coupled Device)형 이미지 센서와 CMOS형 이미지 센서(CMOS Image Sensor; CIS)가 있다. 상기 이미지 센서는 2차원 매트릭스 형태로 배치된 다수의 픽셀들을 구비하고, 각각의 픽셀은 빛 에너지로부터 이미지 신호를 출력한다. 다수의 픽셀들 각각은 포토 다이오드를 통하여 입사된 빛의 량에 상응하는 광 전하를 축적하고 축적된 광전하에 기초하여 픽셀 신호를 출력한다.
이미지 센서에서 포톤(photon)에 의하여 생성되는 전자들은 픽셀 신호를 발생하지만, 그 외의 원인에 의하여 생성되는 전자는 픽셀 신호에 노이즈(noise)로 작용하여 이미지 센서로부터 발생되는 이미지의 화질을 왜곡시킨다. 예컨대, 저조도(low illumination)나 다크 이미지(dark image)에서도 노이즈에 의한 신호가 출 력되는데 그 원인은 포토다이오드 영역 또는 절연을 위한 웰(well) 영역(웰 영역 내에 형성되는 산화막 포함)에서 생성되는 전자들에 의한 암전류(dark current)이다.
이미지 센서는 포토다이오드 또는 웰에서 발생할 수 있는 암전류를 제거함으로써 더 선명한 이미지를 제공할 수 있다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 암전류 발생을 억제함으로써 선명한 이미지를 제공하기 위한 픽셀 신호를 발생할 수 있는 이미지 센서 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 일 실시예에 따른 이미지 센서는 다수의 포토다이오드들, 상기 다수의 포토다이오드들 사이를 절연하기 위한 다수의 웰들, 및 각각이 상기 다수의 포토다이오드들 중에서 상응하는 포토다이오드의 하부에 형성되며 바이어스 전압을 수신하는 다수의 메탈 층들을 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 다수의 포토다이오드들 각각의 하부에 형성되어 바이어스 전압을 수신하는 다수의 메탈 층들을 포함하는 이미지 센서의 제조 방법은 다수의 메탈 층들 및 배선용 메탈 라인들이 형성될 영역에 대한 제1 에칭 단계, 상기 다수의 메탈 층들이 형성될 영역에 대한 제2 에칭 단계, 및 상기 제1 에칭 및 제2 에칭이 수행된 영역에 상기 다수의 메탈 층들 및 배선용 메탈 라인들을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 다른 실시예에 따른 다수의 포토다이오드들 각각의 하부에 형성되어 바이어스 전압을 수신하는 다수의 메탈 층들을 포함하는 이미지 센서의 제조 방법은 상기 다수의 포토다이오드들의 영역에 상응하는 상기 다수의 메탈 층들을 형성하는 단계, 상기 다수의 메탈 층들에 전력을 공급하기 위한 컨택들을 형성하는 단계, 및 배선용 메탈 라인들을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 다른 실시예에 따른 이미지 센서는 다수의 포토다이오드들, 상기 다수의 포토다이오드들 사이를 절연하기 위한 다수의 웰들. 및 각각이 상기 다수의 포토다이오드들 중에서 상응하는 다이오드 및 상기 상응하는 포토다이오드에 인접한 웰의 상부에 형성되며 바이어스 전압을 수신하는 다수의 도전체 라인들을 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는 포토다이오드 및 절연을 위한 웰 영역에서 발생할 수 있는 암전류 발생을 제거함으로써 선명한 이미지 신호를 제공할 수 있는 효과가 있다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
본 명세서에 있어서는 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소로 데이터 또는 신호를 '전송'하는 경우에는 상기 구성요소는 상기 다른 구성요소로 직접 상기 데이터 또는 신호를 전송할 수 있고, 적어도 하나의 또 다른 구성요소를 통하여 상기 데이터 또는 신호를 상기 다른 구성요소로 전송할 수 있음을 의미한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이(10)의 단면도이다. 도 1에 도시된 이미지 센서는 포토다이오드들(1, 1a, 및 1b)의 하부에 광 반사용 메탈층들(4, 4a, 및 4c) 및 배선용 메탈 라인들(14)이 배치되는 BSI(Back-Side Illumination) 이미지 센서이다.
도 1을 참조하면, 픽셀 어레이(10)는 다수의 포토다이오드들(PhotoDiode, PD, 1, 1a, 및 1b), 다수의 산화막들(3 및 3a), 다수의 메탈 층들(4, 4a, 및 4c), 다수의 웰들(well, 5, 5a, 5b, 및 5c), 다수의 렌즈들(11), 다수의 컬러 필터들(12), 제1 P형 층(P-type layer, 13), 제2 P형 층(13'), 및 메탈 라인들(14)을 포함한다.
렌즈들(11)이 상응하는 포토다이오드(1, 1a, 및 1b)로 입사되는 빛을 집광하면 컬러 필터들(12)은 렌즈(11)를 통하여 입사되는 빛에 대하여 레드(R), 그린(G), 및 블루(B) 중에서 상응하는 컬러에 대한 필터링을 수행한다.
제1 P형 층(13)은 포토다이오드들(1, 1a, 및 1b)의 상부 표면에서 발생하는 전자들에 의한 암전류를 억제할 수 있다. 포토다이오드들(1, 1a, 및 1b)은 제1 P형 층(13)과 제2 P형 층(13') 사이에 형성되는데, 제2 P형 층(13')의 농도에 따라서 제1 P형 층(13), 포토다이오드(1, 1a, 및 1b), 및 상기 제2 P형 층(13') 사이의, 특히, 포토다이오드(1, 1a, 및 1b)와 제2 P형 층(13') 사이의 포텐셜 장벽(potential barrier)의 기울기가 제어될 수 있다. 예컨대, 제2 P형 층(13')의 농 도가 높을 수록 포토다이오드(1)와 제2 P형 층(13') 사이의 포텐셜 장벽의 기울기가 커질 수 있다.
포토다이오드들(1, 1a, 및 1b) 각각은 렌즈(11)를 통하여 외부로부터 입사되는 빛에 응답하여 광전자를 생성한다. 다수의 웰들(5, 5a, 5b, 및 5c)은 다수의 포토다이오드들(1, 1a, 및 1b) 사이를 절연시킨다. 일반적으로 포토다이오드(1, 1a, 및 1b)는 N형 반도체로 웰들(5, 5a, 5b, 및 5c)은 P형 반도체로 구현되는데, 포토다이오드(1, 1a, 및 1b)에 비하여 높은 포텐셜 장벽을 가지는 웰 영역(5, 5a, 5b, 및 5c)이 포토다이오드(1, 1a, 및 1b)에서 발생된 전자들이 인접한 포토다이오드로 넘어가는 것을 차단하는 것이다.
웰들(5, 5a, 5b, 및 5c)의 하부에 형성되는 산화막(3 또는 3a)은 STI(Shallow Tranch Insulation) 공정에 의하여 형성될 수 있다. STI 공정은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 기술이므로 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
IMD(Inter Metal Dielectric) 영역에는 이미지 센서(10)의 동작에 필요한 전기 배선을 형성하는 다수의 메탈 라인들(14) 및 포토다이오드들(1, 1a, 및 1b)을 통과하여 입사되는 빛을 다시 포토다이오드들(1, 1a, 및 1b)로 반사하는 역할을 수행하는 다수의 메탈 층들(4, 4a, 및 4c)이 형성된다.
도 1에 도시되지는 않았으나 다수의 메탈 층(4)에 음의 바이어스 전압을 인가함으로써 포토다이오드들(1, 1a, 및 1b) 및 웰들(5, 5a, 5b, 및 5c)에서 발생하는 암전류가 제거될 수 있다. 그 과정은 이하 도 2 내지 도 7을 참조하여 상세히 살펴본다.
도 2는 도 1에 도시된 픽셀 어레이(10)의 단위 픽셀(15)의 레이아웃을 나타낸다. 도 3은 도 1에 도시된 단위 픽셀(15)의 단면도이다. 도 2는 단위 픽셀(15)을 아래에서 바라본 것이므로 도 2에는 포토다이오드(1), 트랜스퍼 트랜지스터(미도시)의 게이트(2), 웰(3), 메탈 층(4)만을 간략하게 도시되었다.
트랜스퍼 트랜지스터(미도시)는 게이트(2)에 인가되는 트랜스퍼 신호에 응답하여 포토다이오드(1)에 축적되는 전자들을 플로팅 디퓨전(floating diffusion, 미도시)으로 출력한다. 픽셀 어레이(10)의 단위 픽셀의 동작은 차후 도 9를 참조하여 상세히 설명한다.
메탈 층(4)은 포토다이오드(1)의 하부에 형성되며 바이어스 전압(V_BIAS)을 수신한다. 메탈 층(4)은 포토다이오드(1) 영역 및 포토다이오드(1)에 인접한 웰(5)의 일부 영역에 상응하는 넓이를 갖는다.
도 1을 참조하면, 왼쪽에서 첫 번째 메탈 층(4)의 넓이는 그 상부의 포토다이오드(1) 영역 및 포토다이오드(1)에 인접한 웰(5 및 5a)의 일부 영역에 상응하며, 왼쪽에서 두 번째 메탈 층(4a)의 넓이는 그 상부의 포토다이오드(1a) 영역 및 포토다이오드(1a)에 인접한 웰(5 및 5b)의 일부 영역에 상응하며, 왼쪽에서 세 번째 메탈 층(4b)의 넓이는 그 상부의 포토다이오드(1b) 영역 및 포토다이오드(1b)에 인접한 웰(5b 및 5c)의 일부 영역에 상응하는 것을 알 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이 산화막(3)이 웰(5) 내부에 형성된 경우에는 메탈 층(4)은 각각이 상기 다수의 웰들 중에서 상응하는 웰의 하부에 산화막들을 더 포 함하며, 메탈 층(4)은 포토다이오드(1) 영역, 및 웰(5)의 일부 영역, 및 산화막(3)의 일부 영역에 상응하는 넓이를 가질 수 있다.
메탈 층(4)에 인가되는 바이어스 전압(V_BIAS)은 접지 전압 또는 접지 전압 이하의 음의 전압일 수 있다. 메탈 층(4)에 음의 바이어스 전압(V_BIAS)이 인가되면 웰(5) 하부의 일부 영역 및 포토다이오드(1)의 하부에는 홀(hole)이 축적된다.
웰(5) 하부의 일부 영역 및 포토다이오드(1)의 하부에 축적된 홀은 암전류의 원인이 되는 프론트(front) 공정에서 발생한 데미지(damage)에 의하여 포토다이오드(1)의 표면에서 발생하는 전자 및 웰(5)에서 발생하는 전자들과 결합하여 소멸된다.
즉, 메탈 층(4)에 인가된 바이어스 전압(V_BIAS)에 의하여 암전류의 발생이 억제되며, 암전류 발생이 억제되면 픽셀 신호의 잡음이 감소되며, 결과적으로는 이미지 센서는 선명한 이미지를 제공하게 되는 것이다.
메탈 층(4)의 암전류 억제 능력은 메탈 층(4)의 넓이가 넓을수록, 포토다이오드(1)와 메탈 층(4)의 거리가 가까울수록, 그리고 바이어스 전압(V_BIAS)이 낮을수록 증가한다. 픽셀 어레이 설계 시 이러한 요소들의 값은 픽셀 어레이의 동작 특성, 동작 환경 등을 고려하여 결정되어야 할 것이다.
메탈 층(4)에 인가되는 바이어스 전압(V_BIAS)은 독립적으로 제공될 수도 있다. 그러나 포토다이오드(1)의 동작을 제어하는 다수의 트랜지스터들(미도시), 예컨대, 트랜스퍼 트랜지스터, 선택 트랜지스터 등, 중에서 어느 하나의 트랜지스터의 게이트에 인가되는 전압과 동일한 전압일 수 있다. 그러면 바이어스 전 압(V_BIAS)을 공급하기 위한 별도의 메탈 라인이 감소 또는 불필요하므로 이미지 센서 설계 및 제조 공정이 더 쉬워질 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 센서의 제조 과정을 나타내는 단면도이다. 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 센서의 제조 과정을 나타내는 순서도이다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 이미지 센서의 제조 공정에 있어서 포토다이오드(1), 산화막(5), 전력 공급을 위한 컨택들(16), 및 IMD 영역(17)이 형성된 이후 암전류 발생 억제를 위한 메탈 층들(4)의 형성 과정을 중점적으로 살펴본다.
컨택들(16)이 형성된 이후 반사용 메탈 층들(4) 및 배선용 메탈 라인들(14)이 형성될 영역에 대한 제1 에칭이 수행된다(S50). 도 4a를 참조하면, 반사용 메탈 층들(4)이 형성될 영역과 배선용 메탈 라인들(14)이 형성될 영역에 대한 에칭 깊이는 서로 동일함을 알 수 있다.
1차 에칭이 수행된 후 반사용 메탈 층들(4)이 형성될 영역에 대한 제2 에칭이 수행된다(S51). 도 4b를 참조하면, 메탈 층들(4)이 형성될 영역의 에칭 깊이가 배선용 메탈 라인들(14)이 형성될 에칭 깊이보다 더 깊은 것을 알 수 있다. 이는 메탈 층(4)을 포토다이오드(1)에 가깝게 형성시킴으로써 메탈 층(4)의 암전류 억제 능력을 증가시키기 위함이다.
제1 에칭 및 제2 에칭이 수행된 다음 에칭이 수행된 영역에 메탈 층들(4) 및 배선용 메탈 라인들(14)이 형성된다(S52). 메탈 층들(4)에 음의 바이어스 전압이 인가되었다는 가정 하에서 도 4c를 참조하면, 메탈 층들(4) 상부의 포토다이오 드(1)의 하부 영역 및 그 인접 영역에 홀이 축적되는 것을 알 수 있다. 메탈 층들(4) 상부의 포토다이오드(1)의 하부 영역 및 그 인접 영역에 축적된 홀은 암전류의 원인이 되는 전자와 결합하여 소멸하게 된다.
상술한 이미지 센서 제조 과정(S50 단계 내지 S52 단계)는 Cu(Cupper) 공정에서 이용되는 듀얼 다마신(dual damascene) 공정을 이용하여 수행될 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 듀얼 다마신(dual damascene) 공정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 널리 알려진 바 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 과정을 나타내는 단면도이다. 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 과정을 나타내는 순서도이다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 공정에 있어서 포토다이오드(1), 산화막(5), 및 일부 IMD 영역(17)이 형성된 이후 암전류 발생 억제를 위한 메탈 층(4) 형성 과정을 중점적으로 살펴본다.
일부 IMD 영역(17)이 형성된 후 포토다이오드들(1)의 영역에 상응하는 메탈 층들(4)이 형성된다(S60, 도 6a 참조). 메탈 층들(4)이 형성된 이후 메탈 층들(4) 위로 일부의 IMD 영역(17')이 형성된 다음 메탈 층들(4)에 전력(즉, 바이어스 전압)을 공급하기 위한 컨택들(16')을 포함한 다수의 컨택들(16 및 16')이 형성된다(S61, 도 6b 참조).
컨택들(16 및 16')이 형성된 이후 배선용 메탈 라인들(14)이 형성된다(S62). 도 5c를 참조하면, 메탈 층들(4)은 배선용 메탈 라인들(14)보다 포토다이오드(1)에 더 가까이 형성되는 것을 알 수 있다. 이는 메탈 층(4)을 포토다이오드(1)에 가깝게 형성시킴으로써 메탈 층(4)의 암전류 억제 능력을 증가시키기 위함이다.
메탈 층들(4)에 음의 바이어스 전압이 인가되었다는 가정 하에서 도 5c를 참조하면, 메탈 층들(4) 상부의 포토다이오드(1)의 하부 영역 및 그 인접 영역에 홀이 축적되는 것을 알 수 있다. 메탈 층들(4) 상부의 포토다이오드(1)의 하부 영역 및 그 인접 영역에 축적된 홀은 암전류의 원인이 되는 전자와 결합하여 소멸하게 된다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이의 단위 픽셀(15')의 레이아웃을 나타낸다. 도 9는 도 8에 도시된 단위 픽셀(15')의 단면도의 일부이다. 도 8은 단위 픽셀(15')을 위에서 바라본 것이므로 도 8에는 포토다이오드(1'), 트랜스퍼 트랜지스터(미도시)의 게이트(2'), 웰(3'), 메탈 층(4')만을 간략하게 도시되었다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서는 다수의 포토다이오드들(1'), 다수의 포토다이오드들(1') 사이를 절연하기 위한 다수의 웰들(3') 및 다수의 도전체 라인들(4')을 포함한다.
도전체 라인(4')은 포토다이오드(1') 및 포토다이오드(1')에 인접한 웰(3')의 상부에 형성되며 바이어스 전압(V_BIAS)을 수신한다. 도전체 라인(4')은 포토다이오드(1')로 빛이 모이도록 가이딩(guiding)하며 도전체 라인(4')은 인가되는 바이어스 전압(V_BIAS)에 응답하여 암전류를 억제한다. 도전체 라인(4')은 메탈 라 인, 게이트 폴리(Gpoly) 라인 등일 수 있으나 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
도전체 라인(4')은 포토다이오드(1')의 상부에 형성되며 바이어스 전압(V_BIAS)을 수신한다. 도전체 라인(4')은 포토다이오드(1') 영역 및 포토다이오드에 인접한 웰(5')의 일부 영역에 상응하는 넓이를 갖는다. 도 9에 도시된 바와 같이 산화막(3')이 웰(5') 내부에 형성된 경우에는 도전체 라인(4')은 포토다이오드(1')의 일부 영역, 및 웰(5')의 일부 영역, 및 산화막(3')의 일부 영역에 상응하는 넓이를 가질 수 있다.
도전체 라인(4')에 인가되는 바이어스 전압(V_BIAS)은 접지 전압 또는 접지 전압 이하의 음의 전압일 수 있다. 도전체 라인(4')에 음의 바이어스 전압(V_BIAS)이 인가되면 웰(5') 상부의 일부 영역 및 포토다이오드(1')의 상부의 일부 영역에는 홀(hole)이 축적된다.
웰(5') 상부의 일부 영역 및 포토다이오드(1')의 상부의 일부 영역에 축적된 홀은 암전류의 원인이 전자들과 결합하여 소멸된다. 즉, 도전체 라인(4')에 인가된 바이어스 전압(V_BIAS)에 의하여 암전류의 발생이 억제되며, 암전류 발생이 억제되면 픽셀 신호의 잡음이 감소되며, 결과적으로는 이미지 센서는 선명한 이미지를 제공할 수 있다.
도전체 라인(4')의 암전류 억제 능력은 도전체 라인(4')의 넓이가 넓을수록, 포토다이오드(1')와 도전체 라인(4')의 거리가 가까울수록, 그리고 바이어스 전압(V_BIAS)이 낮을수록 증가한다. 픽셀 어레이 설계 시 이러한 요소들의 값은 픽셀 어레이의 동작 특성, 동작 환경 등을 고려하여 결정되어야 할 것이다.
도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이 도전체 라인(4')에 인가되는 바이어스 전압(V_BIAS)은 독립적으로 제공될 수도 있고, 포토다이오드(1)의 동작을 제어하는 다수의 트랜지스터들(미도시), 예컨대, 트랜스퍼 트랜지스터, 선택 트랜지스터 등, 중에서 어느 하나의 트랜지스터의 게이트에 인가되는 전압과 동일한 전압일 수 있 수도 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함된 픽셀(20)의 회로도를 나타낸다. 도 10에 도시된 픽셀은 4T(Transistors) 형의 픽셀이다. 도 3을 참조하면, 상기 단위 픽셀(20)은 포토 다이오드(16), 플로팅 디퓨전(floating diffusion) 영역(18), 및 다수의 트랜지스터들(17, 19, 21, 및 22)을 포함한다.
상기 포토 다이오드(16)는 외부로부터 입사되는 빛에 응답하여 광전자를 생성한다. 트랜스퍼 트랜지스터(17)는 전송 신호(TG)에 응답하여 상기 포토 다이오드(16)에서 생성된 상기 광전자를 상기 플로팅 디퓨전 영역(18)으로 전송한다. 리셋 트랜지스터(19)는 리셋 신호(RG)에 응답하여 상기 플로팅 디퓨전 영역(18)을 소정의 전압(VDD)으로 리셋시킨다.
드라이브 트랜지스터(21)는 상기 플로팅 디퓨전 영역(21)의 전압 레벨에 응답하여 가변되는 전압을 수직 신호 라인(23)을 통하여 출력한다. 선택 트랜지스터(22)는 선택 신호(SEL)에 응답하여 픽셀 신호를 출력할 단위 픽셀을 선택한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)의 블락도를 나타낸다.도 11을 참조하면, 이미지 센서(100)는 광전변환부(110)와 이미지 프로세 서(130)를 포함할 수 있다. 이때, 광전변환부(110)와 이미지 프로세서(130) 각각은 별도의 칩(chip) 또는 모듈(moudule) 단위로 구현될 수 있다.
상기 광전변환부(110)는 입사되는 빛에 기초하여 피사체에 대한 이미지 신호를 생성할 수 있다. 상기 광전변환부(110)는 픽셀 어레이(active pixel array, 111), 로우 디코더(row decoder, 112), 로우 드라이버(row driver, 113), 상관 이중 샘플링(Correlated Double Sampling(CDS)) 블럭(114), 출력버퍼(output buffer, 115), 컬럼 드라이버(column driver, 116), 컬럼 디코더(column decoder, 117), 타이밍 생성기(Timing Generator(TG), 118), 컨트롤 레지스터 블록(control register bolck, 119), 및 램프 신호 생성기(120)를 포함할 수 있다.
픽셀 어레이(111)는 각각이 다수의 로우(row) 라인들(미도시) 및 다수의 컬럼(column) 라인들(미도시)과 접속되는 2차원 메트릭스 형태의 다수의 픽셀들을 포함할 수 있다.
다수의 픽셀들 각각은 레드(red) 스펙트럼 영역의 빛을 전기 신호로 변환하기 위한 레드 픽셀, 그린(green) 스펙트럼 영역의 빛을 전기 신호로 변환하기 위한 그린 픽셀, 및 블루(blue) 스펙트럼 영역의 빛을 전기 신호로 변환하기 위한 블루 픽셀을 포함할 수 있다.
또한, 픽셀 어레이(111)를 구성하는 다수의 픽셀들 각각의 상부에는 도 1에 도시된 바와 같이 특정 스펙트럼 영역의 빛을 투과시키기 위한 각각의 컬러 필터가 배치된다.
로우 디코더(112)는 타이밍 생성기(118)에서 발생된 로우 제어신호(예컨대, 어드레스 신호)를 디코딩하고, 로우 드라이버(113)는 디코딩된 로우 제어신호에 응답하여 픽셀 어레이(111)를 구성하는 로우 라인들(미도시) 중에서 적어도 어느 하나의 로우 라인을 선택할 수 있다.
상관 이중 샘플링 블럭(114)은 픽셀 어레이(111)를 구성하는 컬럼 라인들(미도시) 중에서 어느 하나의 컬럼라인에 접속된 단위 픽셀로부터 출력되는 픽셀 신호에 대해 상관 이중 샘플링을 수행할 수 있다.
보다 상세하게는, 상관 이중 샘플링 블럭(114)은 픽셀 어레이(111)를 구성하는 컬럼 라인들(미도시) 중에서 어느 하나의 컬럼 라인에 접속된 단위 픽셀로부터 출력되는 픽셀 신호에 대해 상관 이중 샘플링을 수행하여 샘플링 신호(미도시)를 생성하고, 샘플링 신호와 램프 신호(Vramp)를 비교하여 비교 결과에 따른 디지털 신호를 생성할 수 있다.
출력버퍼(115)는 컬럼 드라이버(116)에서 출력되는 컬럼 제어신호(예컨대, 어드레스 신호)에 응답하여 상관 이중 샘플링 블럭(114)에서 출력되는 신호들을 버퍼링하여 출력할 수 있다.
컬럼 드라이버(116)는 컬럼 디코더(117)에서 출력되는 디코딩된 제어신호(예컨대, 어드레스 신호)에 응답하여 픽셀 어레이(111)의 컬럼 라인들(미도시) 중에서 적어도 어느 하나의 칼럼 라인을 선택적으로 활성화시킬 수 있다. 컬럼 디코더(117)는 타이밍 생성기(118)에서 발생된 컬럼 제어신호(예컨대, 어드레스 신호)를 디코딩할 수 있다.
타이밍 생성기(118)는 컨트롤 레지스터 블록(119)에서 출력된 명령에 기초하 여 픽셀 어레이(111), 로우 디코더112), 출력 버퍼(115), 컬럼 디코더(117), 및 램프 신호 생성기(120) 중에서 적어도 하나의 동작을 제어하기 위한 적어도 하나의 제어 신호를 생성할 수 있다.
컨트롤 레지스터 블록(119)은 광전 변환부(110)를 구성하는 구성요소들을 제어하기 위한 각종 명령을 발생할 수 있다. 램프 신호 생성기(120)는 컨트롤 레지스터 블록(119)으로부터 발생된 명령에 응답하여 상관 이중 샘플링 블럭(114)에 램프 신호(Vramp)를 출력할 수 있다. ISP(26)는 광전 변환부(110)로부터 출력되는 픽셀 신호들에 기초하여 피사체에 대한 이미지를 생성할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)를 포함하는 전자 시스템(200)의 블락도를 나타낸다. 도 12를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전자 시스템(1)은 시스템 버스(system bus, 220)에 접속된 이미지 센서(100), 메모리 장치(210)와 프로세서(processor, 230)를 포함할 수 있다.
전자 시스템(200)은 디지털 카메라, 디지털 카메라가 부착된 이동 전화기, 카메라가 부착된 인공 위성 시스템(satellite system) 등일 수 있으나 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
프로세서(130)는 이미지 센서(10) 및 메모리 장치(110)의 동작을 제어하기 위한 제어 신호들을 생성할 수 있다. 이미지 센서(100)는 피사체에 대한 이미지를 생성할 수 있고, 메모리 장치(210)는 상기 이미지를 저장할 수 있다.
실시예에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 전자 시스템(200)이 휴대용 어플리케이션(portalble application)으로 구현되는 경우에, 본 발명의 실시예에 따른 전 자 시스템(200)은 이미지 센서(100), 메모리 장치(210), 및 프로세서(230)에 동작 전원을 공급하기 위한 배터리(battery, 260)를 더 포함할 수 있다.
이때, 휴대용 어플리케이션은, 휴대용 컴퓨터(portable computer), 디지털 카메라(digital camera), PDA(personal digital assistance), 휴대 전화기(cellular telephone), MP3 플레이어, PMP(portable multimedia player), 차량자동항법장치(automotive navigation system), 메모리 카드(memory card), 또는 전자 사전을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전자 시스템(200)은 외부의 데이터 처리 장치와 데이터를 주고 받을 수 있도록 하는 인터페이스, 예컨대 입/출력 장치들(240)를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전자 시스템(200)이 무선 시스템인 경우, 본 발명의 실시예에 따른 전자 시스템(200)은 무선 인터페이스(250)를 더 포함할 수 있다.
상기 무선 시스템은 PDA, 휴대용 컴퓨터, 무선 전화기, 페이저(pager), 디지털 카메라와 같은 무선 장치, RFID 리더, 또는 RFID 시스템일 수 있다. 또한, 상기 무선 시스템은 WLAN(Wireless Local Area Network) 시스템 또는 WPAN(Wireless Personal Area Network) 시스템일 수 있다. 또한, 상기 무선 시스템은 이동 전화 네트워크(Cellular Network)일 수 있다.
발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
금속, 폴리 실리콘, 실리콘 등으로 구현될 수 있다.
에 인접한 웰(5)의 일부 영역에 상응하는 넓이를 갖는다.
도 1을 참조하면, 왼쪽에서 첫 번째 메탈 층(4)의 넓이는 그 상부의 포토다이오드(1) 영역 및 포토다이오드(1)에 인접한 웰(5 및 5a)의 일부 영역에 상응하며, 왼쪽에서 두 번째 메탈 층(4a)의 넓이는 그 상부의 포토다이오드(1a) 영역 및 포토다이오드(1a)에 인접한 웰(5 및 5b)의 일부 영역에 상응하며, 왼쪽에서 세 번째 메탈 층(4b)의 넓이는 그 상부의 포토다이오드(1b) 영역 및 포토다이오드(1b)에 인접한 웰(5b 및 5c)의 일부 영역에 상응하는 것을 알 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이 산화막(3)이 웰(5) 내부에 형성된 경우에는 메탈 층(4)은 각각이 상기 다수의 웰들 중에서 상응하는 웰의 하부에 산화막들을 더 포함하며, 메탈 층(4)은 포토다이오드(1) 영역, 및 웰(5)의 일부 영역, 및 산화막(3)의 일부 영역에 상응하는 넓이를 가질 수 있다.
메탈 층(4)에 인가되는 바이어스 전압(V_BIAS)은 접지 전압 또는 접지 전압 이하의 음의 전압일 수 있다. 메탈 층(4)에 음의 바이어스 전압(V_BIAS)이 인가되면 웰(5) 하부의 일부 영역 및 포토다이오드(1)의 하부에는 홀(hole)이 축적된다.
웰(5) 하부의 일부 영역 및 포토다이오드(1)의 하부에 축적된 홀은 암전류의 원인이 되는 프론트(front) 공정에서 발생한 데미지(damage)에 의하여 포토다이오 드(1)의 표면에서 발생하는 전자 및 웰(5)에서 발생하는 전자들과 결합하여 소멸된다.
즉, 메탈 층(4)에 인가된 바이어스 전압(V_BIAS)에 의하여 암전류의 발생이 억제되며, 암전류 발생이 억제되면 픽셀 신호의 잡음이 감소되며, 결과적으로는 이미지 센서는 선명한 이미지를 제공하게 되는 것이다.
메탈 층(4)의 암전류 억제 능력은 메탈 층(4)의 넓이가 넓을수록, 포토다이오드(1)와 메탈 층(4)의 거리가 가까울수록, 그리고 바이어스 전압(V_BIAS)이 낮을수록 증가한다. 픽셀 어레이 설계 시 이러한 요소들의 값은 픽셀 어레이의 동작 특성, 동작 환경 등을 고려하여 결정되어야 할 것이다.
메탈 층(4)에 인가되는 바이어스 전압(V_BIAS)은 독립적으로 제공될 수도 있다. 그러나 포토다이오드(1)의 동작을 제어하는 다수의 트랜지스터들(미도시), 예컨대, 트랜스퍼 트랜지스터, 선택 트랜지스터 등, 중에서 어느 하나의 트랜지스터의 게이트에 인가되는 전압과 동일한 전압일 수 있다. 그러면 바이어스 전압(V_BIAS)을 공급하기 위한 별도의 메탈 라인이 감소 또는 불필요하므로 이미지 센서 설계 및 제조 공정이 더 쉬워질 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 센서의 제조 과정을 나타내는 단면도이다. 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 센서의 제조 과정을 나타내는 순서도이다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 이미지 센서의 제조 공정에 있어서 포토다이오드(1), 산화막(5), 전력 공급을 위한 컨택들(16), 및 IMD 영역(17)이 형성된 이후 암전류 발생 억제를 위한 메탈 층들(4)의 형성 과정을 중점적으로 살펴본다.
컨택들(16)이 형성된 이후 반사용 메탈 층들(4) 및 배선용 메탈 라인들(14)이 형성될 영역에 대한 제1 에칭이 수행된다(S50). 도 4a를 참조하면, 반사용 메탈 층들(4)이 형성될 영역과 배선용 메탈 라인들(14)이 형성될 영역에 대한 에칭 깊이는 서로 동일함을 알 수 있다.
1차 에칭이 수행된 후 반사용 메탈 층들(4)이 형성될 영역에 대한 제2 에칭이 수행된다(S51). 도 4b를 참조하면, 메탈 층들(4)이 형성될 영역의 에칭 깊이가 배선용 메탈 라인들(14)이 형성될 에칭 깊이보다 더 깊은 것을 알 수 있다. 이는 메탈 층(4)을 포토다이오드(1)에 가깝게 형성시킴으로써 메탈 층(4)의 암전류 억제 능력을 증가시키기 위함이다.
제1 에칭 및 제2 에칭이 수행된 다음 에칭이 수행된 영역에 메탈 층들(4) 및 배선용 메탈 라인들(14)이 형성된다(S52). 메탈 층들(4)에 음의 바이어스 전압이 인가되었다는 가정 하에서 도 4c를 참조하면, 메탈 층들(4) 상부의 포토다이오드(1)의 하부 영역 및 그 인접 영역에 홀이 축적되는 것을 알 수 있다. 메탈 층들(4) 상부의 포토다이오드(1)의 하부 영역 및 그 인접 영역에 축적된 홀은 암전류의 원인이 되는 전자와 결합하여 소멸하게 된다.
상술한 이미지 센서 제조 과정(S50 단계 내지 S52 단계)는 Cu(Cupper) 공정에서 이용되는 듀얼 다마신(dual damascene) 공정을 이용하여 수행될 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 듀얼 다마신(dual damascene) 공정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 널리 알려진 바 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 과정을 나타내는 단면도이다. 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 과정을 나타내는 순서도이다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 공정에 있어서 포토다이오드(1), 산화막(5), 및 일부 IMD 영역(17)이 형성된 이후 암전류 발생 억제를 위한 메탈 층(4) 형성 과정을 중점적으로 살펴본다.
일부 IMD 영역(17)이 형성된 후 포토다이오드들(1)의 영역에 상응하는 메탈 층들(4)이 형성된다(S60, 도 6a 참조). 메탈 층들(4)이 형성된 이후 메탈 층들(4) 위로 일부의 IMD 영역(17')이 형성된 다음 메탈 층들(4)에 전력(즉, 바이어스 전압)을 공급하기 위한 컨택들(16')을 포함한 다수의 컨택들(16 및 16')이 형성된다(S61, 도 6b 참조).
컨택들(16 및 16')이 형성된 이후 배선용 메탈 라인들(14)이 형성된다(S62). 도 5c를 참조하면, 메탈 층들(4)은 배선용 메탈 라인들(14)보다 포토다이오드(1)에 더 가까이 형성되는 것을 알 수 있다. 이는 메탈 층(4)을 포토다이오드(1)에 가깝게 형성시킴으로써 메탈 층(4)의 암전류 억제 능력을 증가시키기 위함이다.
메탈 층들(4)에 음의 바이어스 전압이 인가되었다는 가정 하에서 도 5c를 참조하면, 메탈 층들(4) 상부의 포토다이오드(1)의 하부 영역 및 그 인접 영역에 홀이 축적되는 것을 알 수 있다. 메탈 층들(4) 상부의 포토다이오드(1)의 하부 영역 및 그 인접 영역에 축적된 홀은 암전류의 원인이 되는 전자와 결합하여 소멸하게 된다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이의 단위 픽셀(15')의 레이아웃을 나타낸다. 도 9는 도 8에 도시된 단위 픽셀(15')의 단면도의 일부이다. 도 8은 단위 픽셀(15')을 위에서 바라본 것이므로 도 8에는 포토다이오드(1'), 트랜스퍼 트랜지스터(미도시)의 게이트(2'), 웰(3'), 메탈 층(4')만을 간략하게 도시되었다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서는 다수의 포토다이오드들(1'), 다수의 포토다이오드들(1') 사이를 절연하기 위한 다수의 웰들(3') 및 다수의 도전체 라인들(4')을 포함한다.
도전체 라인(4')은 포토다이오드(1') 및 포토다이오드(1')에 인접한 웰(3')의 상부에 형성되며 바이어스 전압(V_BIAS)을 수신한다. 도전체 라인(4')은 포토다이오드(1')로 빛이 모이도록 가이딩(guiding)하며 도전체 라인(4')은 인가되는 바이어스 전압(V_BIAS)에 응답하여 암전류를 억제한다. 도전체 라인(4')은 메탈 라인, 게이트 폴리(Gpoly) 라인 등일 수 있으나 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
도전체 라인(4')은 포토다이오드(1')의 상부에 형성되며 바이어스 전압(V_BIAS)을 수신한다. 도전체 라인(4')은 포토다이오드(1') 영역 및 포토다이오드에 인접한 웰(5')의 일부 영역에 상응하는 넓이를 갖는다. 도 9에 도시된 바와 같이 산화막(3')이 웰(5') 내부에 형성된 경우에는 도전체 라인(4')은 포토다이오드(1')의 일부 영역, 및 웰(5')의 일부 영역, 및 산화막(3')의 일부 영역에 상응하 는 넓이를 가질 수 있다.
도전체 라인(4')에 인가되는 바이어스 전압(V_BIAS)은 접지 전압 또는 접지 전압 이하의 음의 전압일 수 있다. 도전체 라인(4')에 음의 바이어스 전압(V_BIAS)이 인가되면 웰(5') 상부의 일부 영역 및 포토다이오드(1')의 상부의 일부 영역에는 홀(hole)이 축적된다.
웰(5') 상부의 일부 영역 및 포토다이오드(1')의 상부의 일부 영역에 축적된 홀은 암전류의 원인이 전자들과 결합하여 소멸된다. 즉, 도전체 라인(4')에 인가된 바이어스 전압(V_BIAS)에 의하여 암전류의 발생이 억제되며, 암전류 발생이 억제되면 픽셀 신호의 잡음이 감소되며, 결과적으로는 이미지 센서는 선명한 이미지를 제공할 수 있다.
도전체 라인(4')의 암전류 억제 능력은 도전체 라인(4')의 넓이가 넓을수록, 포토다이오드(1')와 도전체 라인(4')의 거리가 가까울수록, 그리고 바이어스 전압(V_BIAS)이 낮을수록 증가한다. 픽셀 어레이 설계 시 이러한 요소들의 값은 픽셀 어레이의 동작 특성, 동작 환경 등을 고려하여 결정되어야 할 것이다.
도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이 도전체 라인(4')에 인가되는 바이어스 전압(V_BIAS)은 독립적으로 제공될 수도 있고, 포토다이오드(1)의 동작을 제어하는 다수의 트랜지스터들(미도시), 예컨대, 트랜스퍼 트랜지스터, 선택 트랜지스터 등, 중에서 어느 하나의 트랜지스터의 게이트에 인가되는 전압과 동일한 전압일 수 있 수도 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함된 픽셀(20)의 회로 도를 나타낸다. 도 10에 도시된 픽셀은 4T(Transistors) 형의 픽셀이다. 도 3을 참조하면, 상기 단위 픽셀(20)은 포토 다이오드(16), 플로팅 디퓨전(floating diffusion) 영역(18), 및 다수의 트랜지스터들(17, 19, 21, 및 22)을 포함한다.
상기 포토 다이오드(16)는 외부로부터 입사되는 빛에 응답하여 광전자를 생성한다. 트랜스퍼 트랜지스터(17)는 전송 신호(TG)에 응답하여 상기 포토 다이오드(16)에서 생성된 상기 광전자를 상기 플로팅 디퓨전 영역(18)으로 전송한다. 리셋 트랜지스터(19)는 리셋 신호(RG)에 응답하여 상기 플로팅 디퓨전 영역(18)을 소정의 전압(VDD)으로 리셋시킨다.
드라이브 트랜지스터(21)는 상기 플로팅 디퓨전 영역(21)의 전압 레벨에 응답하여 가변되는 전압을 수직 신호 라인(23)을 통하여 출력한다. 선택 트랜지스터(22)는 선택 신호(SEL)에 응답하여 픽셀 신호를 출력할 단위 픽셀을 선택한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)의 블락도를 나타낸다.도 11을 참조하면, 이미지 센서(100)는 광전변환부(110)와 이미지 프로세서(130)를 포함할 수 있다. 이때, 광전변환부(110)와 이미지 프로세서(130) 각각은 별도의 칩(chip) 또는 모듈(moudule) 단위로 구현될 수 있다.
상기 광전변환부(110)는 입사되는 빛에 기초하여 피사체에 대한 이미지 신호를 생성할 수 있다. 상기 광전변환부(110)는 픽셀 어레이(active pixel array, 111), 로우 디코더(row decoder, 112), 로우 드라이버(row driver, 113), 상관 이중 샘플링(Correlated Double Sampling(CDS)) 블럭(114), 출력버퍼(output buffer, 115), 컬럼 드라이버(column driver, 116), 컬럼 디코더(column decoder, 117), 타 이밍 생성기(Timing Generator(TG), 118), 컨트롤 레지스터 블록(control register bolck, 119), 및 램프 신호 생성기(120)를 포함할 수 있다.
픽셀 어레이(111)는 각각이 다수의 로우(row) 라인들(미도시) 및 다수의 컬럼(column) 라인들(미도시)과 접속되는 2차원 메트릭스 형태의 다수의 픽셀들을 포함할 수 있다.
다수의 픽셀들 각각은 레드(red) 스펙트럼 영역의 빛을 전기 신호로 변환하기 위한 레드 픽셀, 그린(green) 스펙트럼 영역의 빛을 전기 신호로 변환하기 위한 그린 픽셀, 및 블루(blue) 스펙트럼 영역의 빛을 전기 신호로 변환하기 위한 블루 픽셀을 포함할 수 있다.
또한, 픽셀 어레이(111)를 구성하는 다수의 픽셀들 각각의 상부에는 도 1에 도시된 바와 같이 특정 스펙트럼 영역의 빛을 투과시키기 위한 각각의 컬러 필터가 배치된다.
로우 디코더(112)는 타이밍 생성기(118)에서 발생된 로우 제어신호(예컨대, 어드레스 신호)를 디코딩하고, 로우 드라이버(113)는 디코딩된 로우 제어신호에 응답하여 픽셀 어레이(111)를 구성하는 로우 라인들(미도시) 중에서 적어도 어느 하나의 로우 라인을 선택할 수 있다.
상관 이중 샘플링 블럭(114)은 픽셀 어레이(111)를 구성하는 컬럼 라인들(미도시) 중에서 어느 하나의 컬럼라인에 접속된 단위 픽셀로부터 출력되는 픽셀 신호에 대해 상관 이중 샘플링을 수행할 수 있다.
보다 상세하게는, 상관 이중 샘플링 블럭(114)은 픽셀 어레이(111)를 구성하 는 컬럼 라인들(미도시) 중에서 어느 하나의 컬럼 라인에 접속된 단위 픽셀로부터 출력되는 픽셀 신호에 대해 상관 이중 샘플링을 수행하여 샘플링 신호(미도시)를 생성하고, 샘플링 신호와 램프 신호(Vramp)를 비교하여 비교 결과에 따른 디지털 신호를 생성할 수 있다.
출력버퍼(115)는 컬럼 드라이버(116)에서 출력되는 컬럼 제어신호(예컨대, 어드레스 신호)에 응답하여 상관 이중 샘플링 블럭(114)에서 출력되는 신호들을 버퍼링하여 출력할 수 있다.
컬럼 드라이버(116)는 컬럼 디코더(117)에서 출력되는 디코딩된 제어신호(예컨대, 어드레스 신호)에 응답하여 픽셀 어레이(111)의 컬럼 라인들(미도시) 중에서 적어도 어느 하나의 칼럼 라인을 선택적으로 활성화시킬 수 있다. 컬럼 디코더(117)는 타이밍 생성기(118)에서 발생된 컬럼 제어신호(예컨대, 어드레스 신호)를 디코딩할 수 있다.
타이밍 생성기(118)는 컨트롤 레지스터 블록(119)에서 출력된 명령에 기초하여 픽셀 어레이(111), 로우 디코더112), 출력 버퍼(115), 컬럼 디코더(117), 및 램프 신호 생성기(120) 중에서 적어도 하나의 동작을 제어하기 위한 적어도 하나의 제어 신호를 생성할 수 있다.
컨트롤 레지스터 블록(119)은 광전 변환부(110)를 구성하는 구성요소들을 제어하기 위한 각종 명령을 발생할 수 있다. 램프 신호 생성기(120)는 컨트롤 레지스터 블록(119)으로부터 발생된 명령에 응답하여 상관 이중 샘플링 블럭(114)에 램프 신호(Vramp)를 출력할 수 있다. ISP(26)는 광전 변환부(110)로부터 출력되는 픽셀 신호들에 기초하여 피사체에 대한 이미지를 생성할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)를 포함하는 전자 시스템(200)의 블락도를 나타낸다. 도 12를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전자 시스템(1)은 시스템 버스(system bus, 220)에 접속된 이미지 센서(100), 메모리 장치(210)와 프로세서(processor, 230)를 포함할 수 있다.
전자 시스템(200)은 디지털 카메라, 디지털 카메라가 부착된 이동 전화기, 카메라가 부착된 인공 위성 시스템(satellite system) 등일 수 있으나 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
프로세서(130)는 이미지 센서(10) 및 메모리 장치(110)의 동작을 제어하기 위한 제어 신호들을 생성할 수 있다. 이미지 센서(100)는 피사체에 대한 이미지를 생성할 수 있고, 메모리 장치(210)는 상기 이미지를 저장할 수 있다.
실시예에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 전자 시스템(200)이 휴대용 어플리케이션(portalble application)으로 구현되는 경우에, 본 발명의 실시예에 따른 전자 시스템(200)은 이미지 센서(100), 메모리 장치(210), 및 프로세서(230)에 동작 전원을 공급하기 위한 배터리(battery, 260)를 더 포함할 수 있다.
이때, 휴대용 어플리케이션은, 휴대용 컴퓨터(portable computer), 디지털 카메라(digital camera), PDA(personal digital assistance), 휴대 전화기(cellular telephone), MP3 플레이어, PMP(portable multimedia player), 차량자동항법장치(automotive navigation system), 메모리 카드(memory card), 또는 전자 사전을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전자 시스템(200)은 외부의 데이터 처리 장치와 데이터를 주고 받을 수 있도록 하는 인터페이스, 예컨대 입/출력 장치들(240)를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전자 시스템(200)이 무선 시스템인 경우, 본 발명의 실시예에 따른 전자 시스템(200)은 무선 인터페이스(250)를 더 포함할 수 있다.
상기 무선 시스템은 PDA, 휴대용 컴퓨터, 무선 전화기, 페이저(pager), 디지털 카메라와 같은 무선 장치, RFID 리더, 또는 RFID 시스템일 수 있다. 또한, 상기 무선 시스템은 WLAN(Wireless Local Area Network) 시스템 또는 WPAN(Wireless Personal Area Network) 시스템일 수 있다. 또한, 상기 무선 시스템은 이동 전화 네트워크(Cellular Network)일 수 있다.
발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이의 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 픽셀 어레이의 단위 픽셀의 레이아웃을 나타낸다.
도 3은 도 2에 도시된 단위 픽셀의 단면도의 일부이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 센서의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 과정을 나타내는 순서도이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 과정을 나타내는 순서도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이의 단위 픽셀의 레이아웃을 나타낸다.
도 9는 도 8에 도시된 단위 픽셀의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함된 단위 픽셀의 회로도를 나타낸다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 블락도를 나타낸다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 포함하는 전자 시스템의 블락도를 나타낸다.

Claims (10)

  1. 다수의 포토다이오드들;
    상기 다수의 포토다이오드들 사이를 절연하기 위한 다수의 웰들; 및
    각각이 상기 다수의 포토다이오드들 중에서 상응하는 포토다이오드의 하부에 형성되며 바이어스 전압을 수신하는 다수의 메탈 층들을 포함하는 이미지 센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 다수의 메탈 층들 각각은
    상기 상응하는 포토다이오드 영역 및 상기 상응하는 포토다이오드에 인접한 웰의 일부 영역에 상응하는 넓이를 갖는 이미지 센서.
  3. 제2항에 있어서, 상기 이미지 센서는
    각각이 상기 다수의 웰들 중에서 상응하는 웰의 하부에 STI(Shallow Tranch Insulation) 공정에 의하여 형성되는 산화막들을 더 포함하며,
    상기 다수의 메탈 층들 각각은
    상기 상응하는 포토다이오드 영역 및 상기 상응하는 포토다이오드에 인접한 산화막의 일부 영역에 상응하는 넓이를 갖는 이미지 센서.
  4. 제2항에 있어서, 상기 바이어스 전압은
    상기 상응하는 포토다이오드의 동작을 제어하는 다수의 트랜지스터들 중에서 어느 하나의 트랜지스터의 게이트에 인가되는 전압과 동일한 이미지 센서.
  5. 이미지 센서의 제조 방법에 있어서,
    다수의 메탈 층들 및 배선용 메탈 라인들이 형성될 영역에 대한 제1 에칭 단계;
    상기 다수의 메탈 층들이 형성될 영역에 대한 제2 에칭 단계; 및
    상기 제1 에칭 및 제2 에칭이 수행된 영역에 상기 다수의 메탈 층들 및 배선용 메탈 라인들을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 다수의 메탈 층들 각각은 다수의 포토다이오드 중에서 상응하는 포토다이오드 각각의 하부에 형성되어 바이어스 전압을 수신하는 이미지 센서 제조 방법.
  6. 이미지 센서의 제조 방법에 있어서,
    상기 다수의 포토다이오드들의 영역에 상응하는 상기 다수의 메탈 층들을 형성하는 단계;
    상기 다수의 메탈 층들에 전력을 공급하기 위한 다수의 컨택들을 형성하는 단계; 및
    배선용 메탈 라인들을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 다수의 메탈 층들 각각은 다수의 포토다이오드 중에서 상응하는 포토다이오드 각각의 하부에 형성되어 바이어스 전압을 수신하는 이미지 센서 제조 방법.
  7. 다수의 포토다이오드들;
    상기 다수의 포토다이오드들 사이를 절연하기 위한 다수의 웰들; 및
    각각이 상기 다수의 포토다이오드들 중에서 상응하는 다이오드 및 상기 상응하는 포토다이오드에 인접한 웰의 상부에 형성되며 바이어스 전압을 수신하는 다수의 도전체 라인들을 포함하는 이미지 센서.
  8. 제1항에 있어서, 상기 이미지 센서는
    각각이 상기 다수의 웰들 중에서 상응하는 웰의 상부에 STI 공정에 의하여 형성되는 산화막들을 더 포함하며,
    상기 다수의 도전체 라인들 각각은
    상기 상응하는 포토다이오드의 일부 영역 및 상기 상응하는 포토다이오드에 인접한 산화막의 일부 영역에 상응하는 넓이를 갖는 이미지 센서.
  9. 제8항에 있어서, 상기 바이어스 전압은
    상기 상응하는 포토다이오드의 동작을 제어하는 다수의 트랜지스터들 중에서 어느 하나의 트랜지스터의 게이트에 인가되는 전압과 동일한 이미지 센서.
  10. 제1항 또는 제7항에 기재된 이미지 센서를 포함하는 전자 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110223995A (zh) * 2019-06-14 2019-09-10 芯盟科技有限公司 一种图像传感器的形成方法、图像传感器及电子设备

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