KR20100079399A - 이미지 센서 및 그 제조 방법 - Google Patents

이미지 센서 및 그 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20100079399A
KR20100079399A KR20080137871A KR20080137871A KR20100079399A KR 20100079399 A KR20100079399 A KR 20100079399A KR 20080137871 A KR20080137871 A KR 20080137871A KR 20080137871 A KR20080137871 A KR 20080137871A KR 20100079399 A KR20100079399 A KR 20100079399A
Authority
KR
Grant status
Application
Patent type
Prior art keywords
substrate
formed
photodiode
image sensor
method
Prior art date
Application number
KR20080137871A
Other languages
English (en)
Inventor
전승호
Original Assignee
주식회사 동부하이텍
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

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • 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 infra-red 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
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • 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 infra-red 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
    • H01L27/14632Wafer-level processed structures
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • 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 infra-red 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
    • H01L27/14643Photodiode arrays; MOS imagers

Abstract

실시예에 따른 이미지 센서는 픽셀부 및 주변부를 포함하는 제1 기판에 형성된 리드아웃 회로(Readout Circuitry); 상기 리드아웃 회로를 포함하는 상기 제1 기판 상에 형성된 배선 및 층간절연층; 상기 제1 기판에 형성된 상기 층간절연층 상의 픽셀부에 형성된 포토다이오드; 및 상기 포토다이오드와 연결되는 상부전극층을 포함하며, 상기 제1 기판은 화합물 반도체인 인듐안티모나이드(InSb)로 형성된 것을 포함한다.

Description

이미지 센서 및 그 제조 방법{Image Sensor and Method for Manufacturing Thereof}

실시예는 이미지 센서 및 그 제조 방법을 제공한다.

이미지 센서는 광학적 영상(Optical Image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 크게 전하결합소자(charge coupled device:CCD) 이미지 센서와 씨모스(Complementary Metal Oxide Silicon:CMOS) 이미지 센서(CIS)를 포함한다.

씨모스 이미지 센서는 단위 화소 내에 포토다이오드와 모스트랜지스터를 형성시킴으로써 스위칭 방식으로 각 단위 화소의 전기적 신호를 순차적으로 검출하여 영상을 구현한다.

씨모스 이미지 센서는 빛 신호를 받아서 전기신호로 바꾸어 주는 포토다이오드(Photo diode) 영역과 이 전기 신호를 처리하는 트랜지스터 영역이 수평으로 배치되는 구조이다.

수평형 씨모스 이미지 센서에 의하면 포토다이오드와 트랜지스터가 기판 상에 상호 수평으로 인접하여 형성된다.

이에 따라, 포토다이오드 형성을 위한 추가적인 영역이 요구되며, 이에 의해 필 팩터(fill factor) 영역을 감소시키고 레졀루션(Resolution)의 가능성을 제한한다.

실시예는 가시광선 및 적외선을 감지할 수 있는 이미지 센서 및 그 제조 방법을 제공한다.

실시예에 따른 이미지 센서는 픽셀부 및 주변부를 포함하는 제1 기판에 형성된 리드아웃 회로(Readout Circuitry); 상기 리드아웃 회로를 포함하는 상기 제1 기판 상에 형성된 배선 및 층간절연층; 상기 제1 기판에 형성된 상기 층간절연층 상의 픽셀부에 형성된 포토다이오드; 및 상기 포토다이오드와 연결되는 상부전극층을 포함하며, 상기 제1 기판은 화합물 반도체인 인듐안티모나이드(InSb)로 형성된 것을 포함한다.

실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법은 픽셀부 및 주변부를 포함하는 제1 기판 상에 리드아웃 회로(Readout Circuitry) 및 상기 리드아웃 회로와 전기적으로 연결된 배선을 포함하는 층간절연층을 형성하는 단계; 포토다이오드를 포함하는 제2 기판을 형성하는 단계; 상기 층간절연층과 상기 포토다이오드가 접하도록 상기 층간절연층 상에 상기 포토다이오드를 포함하는 제2 기판을 본딩하는 단계; 상기 층간절연층 상에 상기 포토다이오드가 남아있도록 상기 제2 기판을 제거하는 단계; 상기 포토다이오드 및 상기 주변부에 형성된 배선과 연결된 상부전극층을 형성하는 단계; 및 상기 상부전극층 상에 보호층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제1 기판은 화합물 반도체인 인듐안티모나이드(InSb)인 것을 포함한다.

실시예에 따른 이미지 센서 및 그 제조 방법은 층간절연층 상에는 결정형 실리콘에 형성되어 가시광선을 감지할 수 있는 포토다이오드가 형성되며, 하부회로가 형성되는 제1 기판을 화합물 반도체인 인듐안티모나이드(InSb)로 형성하여, 가시광선 및 적외선을 감지할 수 있어, 야간에도 물체의 형상을 이미지화 할 수 있다.

또한, 트랜지스터 회로(circuitry)와 포토다이오드의 수직형 집적을 제공할 수 있다.

또한, 트랜스퍼 트랜지스터(Tx) 양단의 소스/드레인 간에 전압차(Potential Difference)가 있도록 소자 설계하여 포토차지(Photo Charge)의 완전한 덤핑(Fully Dumping)이 가능해질 수 있다.

또한, 실시예에 의하면 포토다이오드와 리드아웃서킷 사이에 전하 연결영역을 형성하여 포토차지(Photo Charge)의 원할한 이동통로를 만들어 줌으로써 암전류소스를 최소화하고, 새츄레이션(Saturation) 및 감도의 하락을 방지할 수 있다.

실시예에 따른 이미지 센서 및 그 제조 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

실시예의 설명에 있어서, 각 층의 "상/위(on/over)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상/위(on/over)는 직접(directly)와 또는 다른 층을 개재하여(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.

도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.

실시예는 씨모스 이미지 센서에 한정되는 것이 아니며, CCD 이미지 센서 등 포토다이오드가 필요한 모든 이미지 센서에 적용이 가능하다.

도 15는 실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 단면도이다.

도 15에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 이미지 센서는 픽셀부(A) 및 주변부(B)를 포함하는 제1 기판(100)에 배치된 배선(150) 및 층간절연층(160); 상기 제1 기판(100)의 픽셀부(A) 상에 배치된 포토다이오드(200); 및 상기 포토다이오드(200)와 연결되는 상부전극층(260)을 포함하며, 상기 제1 기판(100)은 화합물 반도체인 인듐안티모나이드(InSb)로 형성된 것을 포함한다.

이하, 도 1 내지 도 15를 참조하여 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명한다.

도 1은 배선(150)이 형성된 제1기판(100)의 개략도이며, 도 2는 이에 대한 상세도로서 도 2를 기준으로 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 픽셀부(A) 및 주변부(B)가 정의되고, 리드아웃 회로(120)를 포함하는 제1기판(100) 상에 배선(150), 층간절연층(160) 및 금속층(210)이 형성된다.

상기 제1기판(100)은 화합물 반도체인 인듐안티모나이드(InSb)로 형성될 수 있으며, p형 불순물 또는 n형 불순물이 도핑된 기판일 수 있다.

상기 제1기판(100)이 화합물 반도체인 인듐안티모나이드(InSb)로 형성되어, 파장이 0.78~1000 μm까지의 빛을 감지할 수 있는 적외선 센서를 제작할 수 있다.

즉, 야간에도 이미지를 구현할 수 있는 센서를 제작할 수 있다.

상기 제1기판(100)에 소자분리막(110)을 형성하여 액티브영역을 정의하고, 상기 액티브영역에 트랜지스터를 포함하는 리드아웃 회로(120)를 형성한다.

예를 들어, 리드아웃 회로(120)는 트랜스퍼트랜지스터(Tx)(121), 리셋트랜지스터(Rx)(123), 드라이브트랜지스터(Dx)(125), 셀렉트트랜지스터(Sx)(127)를 포함하여 형성할 수 있다.

이후, 플로팅디퓨젼영역(FD)(131) 및 상기 각 트랜지스터에 대한 소스/드레인영역(133, 135, 137)을 포함하는 이온주입영역(130)을 형성할 수 있다.

한편 상기 리드아웃 회로(120)은 3Tr 또는 5Tr 구조에도 적용가능하다.

상기 제1기판(100)에 리드아웃 회로(120)를 형성하는 단계는 상기 제1기판(100)에 전기접합영역(140)을 형성하는 단계 및 상기 전기접합영역(140) 상부에 상기 배선(150)과 연결되는 제1 도전형 연결영역(147)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 전기접합영역(140)은 PN 졍션(junction)(140) 일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

예를 들어, 상기 전기접합영역(140)은 제2 도전형 웰(141) 또는 제2 도전형 에피층 상에 형성된 제1 도전형 이온주입층(143), 상기 제1 도전형 이온주입층(143) 상에 형성된 제2 도전형 이온주입층(145)을 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 PN 졍션(junction)(140)은 도 2와 같이 P0(145)/N-(143)/P- (141) Junction 일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예에 의하면 트랜스퍼 트랜지스터(Tx) 양단의 소스/드레인 간에 전압차(Potential Difference)가 있도록 소자 설계하여 포토차지(Photo Charge)의 완전한 덤핑(Fully Dumping)이 가능해질 수 있다.

이에 따라, 포토다이오드에서 발생한 포토차지(Photo Charge)가 플로팅디퓨젼 영역으로 덤핑됨에 따라 출력이미지 감도를 높일 수 있다.

즉, 상기 리드아웃 회로(120)가 형성된 상기 제1기판(100)에 전기접합영역(140)을 형성시킴으로써 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)(121) 양단의 소스/드레인 간에 전압차가 있도록 하여 포토차지의 완전한 덤핑이 가능해질 수 있다.

이하, 실시예의 포토차지의 덤핑구조에 대해서 도 2 및 도 3을 참조하여 구체적으로 설명한다.

실시예에서 N+ 졍션인 플로팅디퓨젼(FD)(131) 노드(Node)와 달리, 전기접합영역(140)인 P/N/P 졍션(140)은 인가전압이 모두 전달되지 않고 일정 전압에서 핀치오프(Pinch-off) 된다. 이 전압을 피닝볼티지(Pinning Voltage)이라 부르며 피닝볼티지(Pinning Voltage)는 P0(145) 및 N-(143) 도핑(Doping) 농도에 의존한다.

구체적으로, 포토다이오드(205)에서 생성된 전자는 PNP 졍션(140)으로 이동하게 되며 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)(121) 온(On)시, FD(131) 노드로 전달되어 전압으로 변환된다.

P0/N-/P- 졍션(140)의 최대 전압값은 피닝볼티지가 되고 FD(131) Node 최대 전압값은 Vdd-Rx Vth이 되므로, 도 3에 도시된 바와 같이 Tx(131) 양단간 전위차로 인해 차지쉐어링(Charge Sharing) 없이 칩(Chip) 상부의 포토다이오드에서 발생한 전자가 FD(131) Node로 완전히 덤핑(Dumping) 될 수 있다.

즉, 실시예에서 제1기판(100)인 인듐안티모나이드(InSb) 기판에 N+/Pwell Junction이 아닌 P0/N-/Pwell Junction을 형성시킨 이유는 4-Tr APS Reset 동작시 P0/N-/Pwell Junction에서 N-(143)에 + 전압이 인가되고 P0(145) 및 Pwell(141)에는 Ground 전압이 인가되므로 일정전압 이상에서는 P0/N-/Pwell Double Junction이 BJT 구조에서와 같이 Pinch-Off가 발생하게 된다.

이를 Pinning Voltage라고 부른다. 따라서 Tx(121) 양단의 Source/Drain에 전압차가 발생하게 되어 Tx On/Off 동작 시 포토차지가 N-well에서 Tx를 통해 FD로 완전히 덤핑되어 Charge Sharing 현상을 방지할 수 있다.

따라서 일반적인 이미지 센서의 기술에서 단순히 포토다이오드가 N+ Junction으로 연결된 경우와 달리, 실시예에 의하면 새츄레이션(Saturation) 저하 및 감도 하락 등의 문제를 피할 수 있다.

다음으로, 실시예에 의하면 포토다이오드와 리드아웃 회로(120) 사이에 제1 도전형 연결영역(147)을 형성하여 포토차지(Photo Charge)의 원할한 이동통로를 만들어 줌으로써 암전류소스를 최소화하고, 새츄레이션(Saturation) 저하 및 감도의 하락을 방지할 수 있다.

이를 위해, 실시예는 P0/N-/P- 졍션(140)의 표면에 오믹컨택(Ohmic Contact)을 위한 제1 도전형 연결영역(147)으로서 N+ 도핑영역을 형성할 수 있다. 상기 N+ 영역(147)은 상기 P0(145)를 관통하여 N-(143)에 접촉하도록 형성할 수 있다.

한편, 이러한 제1 도전형 연결영역(147)이 리키지 소스(Leakage Source)가 되는 것을 최소화하기 위해 제1 도전형 연결영역(147)의 폭을 최소화할 수 있다.

이를 위해, 실시예는 제2 메탈컨택(151a) 에치(Etch) 후 플러그 임플란트(Plug Implant)를 진행할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 이온주입패턴(미도시)을 형성하고 이를 이온주입마스크로 하여 제1 도전형 연결영역(147)을 형성할 수도 있다.

즉, 실시예와 같이 컨택(Contact) 형성 부에만 국부적으로 N+ Doping을 한 이유는 다크시그널(Dark Signal)을 최소화하면서 오믹컨택(Ohmic Contact) 형성을 원활히 해 주기 위함이다. 종래기술과 같이, Tx Source 부 전체를 N+ Doping 할 경우 기판표면 댕글링본드(Si Surface Dangling Bond)에 의해 Dark Signal이 증가할 수 있다.

도 4는 리드아웃 회로에 대한 다른 구조를 도시한 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 전기접합영역(140)의 일측에 제1 도전형 연결영역(148)이 형성될 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, P0/N-/P- Junction(140)에 Ohmic Contact을 위한 N+ 연결영역(148)을 형성할 수 있는데, 이때 N+ 연결영역(148) 및 M1C Contact(151a) 형성공정은 리키지 소스(Leakage Source)가 될 수 있다.

왜냐하면, P0/N-/P- Junction(140)에 Reverse Bias가 인가된 채로 동작하므로 기판 표면(Si Surface)에 전기장(EF)이 발생할 수 있다. 이러한 전기장 내부에서 Contact 형성 공정 중에 발생하는 결정결함은 리키지 소스가 된다.

또한, N+ 연결영역(148)을 P0/N-/P- Junction(140) 표면에 형성시킬 경우 N+/P0 Junction(148/145)에 의한 E-Field가 추가되므로 이 역시 리키지 소스(Leakage Source)가 될 수 있다.

즉, P0 층으로 도핑(Doping)되지 않고 N+ 연결영역(148)으로 이루어진 Active 영역에 제1 컨택 플러그(151a)를 형성하고, 이를 N- Junction(143)과 연결시키는 Layout을 제시한다.

그러면 상기 제1기판(100) 표면의 E-Field가 발생하지 않게 되고 이는 3차원 집적(3-D Integrated) CIS의 암전류(Dark Current) 감소에 기여할 수 있다.

다시 도 2를 참조하여, 상기 배선(150)은 제2 메탈컨택(151a), 제1 메탈(M1)(151), 제2 메탈(M2)(152), 제3 메탈(M3)(153)을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 배선(150)의 제3 메탈(M3)(153) 형성시 상기 주변부(B)에는 패드(155)가 형성될 수 있다.

상기 금속층(210)은 Ti(100Å)-TiN(220Å)-Al(100~6000Å)을 순서대로 증착하여 형성할 수 있다.

상기 금속층(210)은 이후 본딩될 포토다이오드와의 결합력을 향상시키기 위해 형성되며, 상기 제1기판(100)과 포토다이오드의 결합력을 증대시킬 수 있는 물질로 형성될 수 있다.

상기 금속층(210)은 상기의 물질에 한정되지 않고, Al, Ti, TiN, W, Ta, TaN, Cu, Cr, Mn, Zn, Pb, Sn,Ge 등의 금속물질 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 금속층(210) 대신 산화막이 형성될 수도 있다.

그리고, 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 기판(20)에 포토다이오드(200)를 형성한다.

상기 제2 기판(20)은 단결정 또는 다결정의 실리콘 기판이며, p형 불순물 또는 n형 불순물이 도핑된 기판일 수 있다. 실시예에서 상기 제2 기판(20)은 p형 기판일 수 있다. 또한, 상기 제1 기판(100)과 제2 기판(20)은 동일한 크기로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2 기판(20)에 에피층이 형성될 수도 있다.

상기 제2 기판(20)의 내부에는 포토다이오드(200)가 형성된다. 상기 포토다이오드(200)는 n형 불순물 영역 및 p형 불순물 영역을 포함할 수 있다. 상기 n형 불순물과 p형 불순물 영역은 상호 접하도록 형성되어 PN 접합을 가지는 포토다이오드(200)가 형성된다.

도시되지는 않았지만, 상기 제2 기판(20)과 포토다이오드(200) 사이에 수소이온층이 형성될 수 있다. 상기 수소이온층은 상기 제2 기판(20)과 상기 포토다이오드(200)를 분리하기 위한 것으로 수소이온을 이온주입하여 형성될 수 있다.

또한, 도시되지는 않았지만, 상기 포토다이오드(200) 상에 금속층을 추가로 형성할 수 있으며, 상기 포토다이오드(200) 상에 형성되는 금속층은 이후 상기 제1기판(100)과의 본딩력을 향상키기 위해 형성된다.

상기 포토다이오드(200) 상에 형성되는 금속층은 TiN(220Å)-Al(100~6000Å)을 차례로 증착하여 형성될 수 있다.

그리고, 상기 제1기판(100)과 본딩력을 향상시키기 위한 층은 금속층으로만 한정되는 것은 아니며, 상기 포토다이오드(200) 상에는 절연층이 형성되어 상기 제1기판(100)과의 본딩력을 향상시킬 수도 있다.

이어서, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제1 기판(100)과 상기 포토다이오드(200)를 포함하는 제2 기판(20)이 결합된다. 상기 제1 기판(100)과 제2 기판(20)은 본딩공정에 의하여 결합될 수 있다.

구체적으로, 상기 제1 기판(100)의 표면인 금속층(210) 상부로 상기 제2 기판(20)에 형성된 상기 포토다이오드(200)의 표면을 위치시킨 후 상호 접합되도록 본딩하여 상기 제1 기판(100)과 제2 기판(20)을 결합시킬 수 있다.

상기 제1 기판(100)과 제2 기판(20)이 결합되면 상기 금속층(210)과 상기 포토다이오드(20)가 전기적으로 연결된 상태가 된다.

그리고, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제1 기판(100) 상에 상기 포토다이오드(200)가 남아있도록 상기 제2 기판(20)이 제거된다. 상기 제2 기판(20)이 제거되면 상기 제1 기판(100) 상에는 포토다이오드(200)가 남아있게 된다.

따라서, 상기 제1 기판(100) 상에는 금속층(210) 및 포토다이오드(200)가 남아있게 되므로 상기 제1 기판(100)과 포토다이오드(200)는 수직형 집적을 이루게 된다.

상기 제2 기판(20)과 상기 포토다이오드(200) 사이에는 수소이온층이 형성되기 때문에, 상기 수소이온층이 형성된 부분을 따라 상기 제2 기판(20)과 상기 포토다이오드(200)가 분리된다.

상기 제1기판(100)이 화합물 반도체인 인듐안티모나이드(InSb)로 형성되고, 상기 제1기판(100) 상에는 상기 포토다이오드(200)가 형성되어, 상기 포토다이오드(200)는 가시광선을 감지하고, 상기 제1기판(100)은 적외선을 감지할 수 있다.

또한, 상기 제1기판(100)과 포토다이오드(200)가 결합되지만, 상기 포토다이오드(200)와 연결되는 회로부와 상기 제1기판(100)에서 적외선을 인식하여 신호를 발생할 수 있는 회로를 따로 형성하여 사용하거나, 또는 하나의 회로를 함께 사용할 수도 있다.

이어서, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 포토다이오드(200) 상에 소자분리 패턴(240)이 형성된다. 상기 소자분리 패턴(240)은 상기 포토다이오드(200) 상에 산화막과 같은 절연층으로 형성된다.

그리고, 상기 절연층이 단위픽셀 별로 분리되도록 패터닝하여 상기 포토다이오드(200)를 선택적으로 노출시키는 소자분리 패턴(240)을 형성한다. 또한, 상기 소자분리 패턴(240)은 상기 주변부(B) 상의 상기 포토다이오드(200)를 노출시킬 수 있다.

상기 소자분리 패턴(240)은 3000Å의 두께로 형성될 수 있다.

그리고, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 포토다이오드(200)에 소자분리 트렌치(235)가 형성된다. 상기 소자분리 트렌치(235)는 상기 소자분리 패턴(240)을 식각 마스크로 사용하여 상기 포토다이오드(200)를 식각함으로써 형성될 수 있다.

그러면, 상기 픽셀부(A) 상의 상기 포토다이오드(200)는 상기 소자분리 트렌치(235)에 의하여 분리되어 단위픽셀 별로 분리된 상기 배선(150)과 각각 연결될 수 있다.

또한, 상기 주변부(B)의 포토다이오드(200) 및 금속층(210)은 제거된다.

이어서, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 소자분리 트렌치(235)를 포함하는 제1 기판(100) 상에 소자분리층(250)이 형성된다.

상기 소자분리층(250)은 상기 제1 기판(100) 상에 산화막과 같은 절연층을 증착함으로써 형성될 수 있으며, 약 4000Å의 두께로 형성될 수 있다.

상기 소자분리층(250)은 상기 소자분리 트렌치(235)의 내부를 채우면서 상기 제1 기판(100) 상에 형성됨으로써 상기 포토다이오드(200)는 단위픽셀 별로 분리될 수 있다.

또한, 상기 소자분리층(250)은 상기 제1 기판(100)의 상부 전체면에 형성됨으로써, 상기 포토다이오드(200)의 표면 및 상기 주변부(B)의 층간절연층(160) 상에 형성되어 소자를 보호할 수 있다.

그리고, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 소자분리층(250)에 제1 및 제2 비아홀(255,257)이 형성된다.

즉, 상기 제1 비아홀(255)은 상기 포토다이오드(200)의 일부 표면을 노출시키고 상기 제2 비아홀(257)은 상기 주변부(B)의 배선(150)과 연결된 플러그를 노출시키도록 형성된다.

이어서, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 제1 및 제2 비아홀(255,257)를 포함하는 소자분리층(250) 상에 상부전극층(260)이 형성된다.

상기 상부전극층(260)은 상기 제1 및 제2 비아홀(255,257)를 포함하는 소자 분리층(250) 상에 도전성물질을 증착한 후, 패터닝함으로써 형성될 수 있다.

예를 들어, 상기 상부전극층(260)은 티타늄, 알루미늄, 구리, 코발트 및 텅스텐과 같은 도전성 물질로 형성될 수 있으며, 약 1000Å의 두께로 형성될 수 있다.

상기 상부전극층(260)은 상기 제1 비아홀(255)를 통해 상기 포토다이오드(200)와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 상기 상부전극층(260)은 상기 제2 비아홀(257)을 통해 상기 주변부(B)의 배선(150)과 전기적으로 연결될 수 있다.

도 13은 상기 상부전극층(260)이 형성된 이미지 센서의 평면도로, 상기 상부전극층(260)은 상기 포토다이오드(200)의 주변을 둘러싸도록 매쉬(mash) 형상으로 형성될 수 있다.

그리고, 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 상부전극층(260)을 포함하는 제1 기판(100) 상으로 제1 보호층(270) 및 제2 보호층(280)이 형성된다.

상기 제1 보호층(270)은 상기 소자분리층(250)과 접할 수 있다. 예를 들어 상기 제1 보호층(280)은 산화막 또는 질화막으로 형성될 수 있으며, 약 1000Å이 두께로 형성될 수 있다.

상기 제1 보호층(270)을 포함하는 제1 기판(100) 상으로 제2 보호층(280)이 형성된다. 예를 들어, 상기 제2 보호층(280)은 질화막 또는 산화막으로 형성될 수 있으며, 약 1000Å이 두께로 형성될 수 있다.

이어서, 도 15에 도시된 바와 같이, 상기 패드홀(285)을 포함하는 제1 기판(100) 상에 패드 보호층(290)이 형성되고, 상기 주변부(B) 상의 패드(155)를 노 출시키는 패드홀(285)이 형성된다.

상기 패드홀(285)은 상기 패드(155) 상부의 층간절연층(160), 소자분리층(250), 제1 보호층(270) 및 제2 보호층(280)을 제거함으로써 상기 패드(155)를 노출시킬 수 있다.

또한, 상기 패드홀(285)을 포함하는 상기 제1기판(100) 상에 패드 보호층(290)을 형성한 후, 상기 픽셀부(A)의 상기 패드 보호층(290) 상에는 컬러필터(300)가 형성될 수 있다.

상기 컬러필터(300)는 단위 픽셀마다 하나씩 형성되어 입사되는 빛으로부터 색을 분리하며, 적색(red), 녹색(green) 및 청색(blue)의 3가지 색으로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 컬러필터(300)를 형성한 후, 상기 패드홀(285) 상에 형성된 상기 패드 보호층(290)도 제거하여 상기 패드(155)를 노출시킬 수 있다.

상기 패드 보호층(290)은 후속으로 이루어지는 상기 컬러필터(300) 및 마이크로 렌즈(미도시) 형성 공정시 상기 패드(155)가 오염되는 것을 방지하기 위한 것이며, 마이크로 렌즈가 형성된 후, 상기 패드(155)를 노출시킬 수도 있다.

또한, 상기 마이크로 렌즈를 형성하기 전, 상기 컬러필터(300) 상에 평탄화층을 추가로 형성한 뒤 상기 마이크로 렌즈를 형성할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 실시예에 따른 이미지 센서 및 그 제조 방법은 층간절연층 상에는 결정형 실리콘에 형성되어 가시광선을 감지할 수 있는 포토다이오드가 형성되며, 하부회로가 형성되는 제1 기판을 화합물 반도체인 인듐안티모나 이드(InSb)로 형성하여, 가시광선 및 적외선을 감지할 수 있어, 야간에도 물체의 형상을 이미지화 할 수 있다.

또한, 트랜지스터 회로(circuitry)와 포토다이오드의 수직형 집적을 제공할 수 있다.

또한, 트랜스퍼 트랜지스터(Tx) 양단의 소스/드레인 간에 전압차(Potential Difference)가 있도록 소자 설계하여 포토차지(Photo Charge)의 완전한 덤핑(Fully Dumping)이 가능해질 수 있다.

또한, 실시예에 의하면 포토다이오드와 리드아웃서킷 사이에 전하 연결영역을 형성하여 포토차지(Photo Charge)의 원할한 이동통로를 만들어 줌으로써 암전류소스를 최소화하고, 새츄레이션(Saturation) 및 감도의 하락을 방지할 수 있다.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1 내지 도 15는 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 도시한 측단면도 및 평면도이다.

Claims (13)

  1. 픽셀부 및 주변부를 포함하는 제1 기판에 형성된 리드아웃 회로(Readout Circuitry);
    상기 리드아웃 회로를 포함하는 상기 제1 기판 상에 형성된 배선 및 층간절연층;
    상기 제1 기판에 형성된 상기 층간절연층 상의 픽셀부에 형성된 포토다이오드; 및
    상기 포토다이오드와 연결되는 상부전극층을 포함하며,
    상기 제1 기판은 화합물 반도체인 인듐안티모나이드(InSb)로 형성된 것을 포함하는 이미지 센서.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 포토다이오드는 결정형 실리콘 기판에 p형 불순물 또는 n형 불순물이 도핑된 것을 포함하는 이미지 센서.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 포토다이오드는 단위픽셀 별로 분리되도록 상기 포토다이오드에 배치된 소자분리층을 포함하는 이미지 센서.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 반도체 기판에 상기 리드아웃 회로와 전기적으로 연결되어 형성된 전기접합영역을 더 포함하는 이미지 센서.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 리드아웃 회로는 트랜지스터 양측의 소스 및 드레인의 전압차(Potential Difference)가 있는 것을 포함하는 이미지 센서.
  6. 픽셀부 및 주변부를 포함하는 제1 기판 상에 리드아웃 회로(Readout Circuitry) 및 상기 리드아웃 회로와 전기적으로 연결된 배선을 포함하는 층간절연층을 형성하는 단계;
    포토다이오드를 포함하는 제2 기판을 형성하는 단계;
    상기 층간절연층과 상기 포토다이오드가 접하도록 상기 층간절연층 상에 상기 포토다이오드를 포함하는 제2 기판을 본딩하는 단계;
    상기 층간절연층 상에 상기 포토다이오드가 남아있도록 상기 제2 기판을 제거하는 단계;
    상기 포토다이오드 및 상기 주변부에 형성된 배선과 연결된 상부전극층을 형성하는 단계; 및
    상기 상부전극층 상에 보호층을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 제1 기판은 화합물 반도체인 인듐안티모나이드(InSb)인 것을 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 층간절연층 상에 상기 포토다이오드를 본딩하기 전,
    상기 층간절연층 상에 금속막 또는 산화막을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 제2 기판을 상기 층간절연층 상에 본딩할 때, 상기 금속막 또는 산화막이 상기 층간절연층과 상기 제2 기판 사이에 배치되는 것을 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 제2 기판은 단결정 또는 다결정의 실리콘 기판인 것을 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 포토다이오드가 단위픽셀 별로 분리되도록 상기 포토다이오드에 소자분리층을 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 소자분리층은 상기 포토다이오드에 소자분리 트렌치를 형성한 후, 상기 소자분리 트렌치 및 포토다이오드 상부로 절연층을 증착하여 형성되는 이미지 센서 의 제조 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 소자분리 트렌치를 형성할 때, 상기 주변부 상의 포토다이오드는 제거되어 상기 주변부의 배선이 노출되는 이미지 센서의 제조 방법.
  12. 제 6항에 있어서,
    상기 반도체 기판에 상기 리드아웃 회로와 전기적으로 연결되어 형성된 전기접합영역을 더 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 리드아웃 회로는 트랜지스터 양측의 소스 및 드레인의 전압차(Potential Difference)가 있는 것을 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
KR20080137871A 2008-12-31 2008-12-31 이미지 센서 및 그 제조 방법 KR20100079399A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20080137871A KR20100079399A (ko) 2008-12-31 2008-12-31 이미지 센서 및 그 제조 방법

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20080137871A KR20100079399A (ko) 2008-12-31 2008-12-31 이미지 센서 및 그 제조 방법
US12633607 US20100163932A1 (en) 2008-12-31 2009-12-08 Image sensor and method for manufacturing thereof
CN 200910266071 CN101794795A (zh) 2008-12-31 2009-12-31 图像传感器及其制造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20100079399A true true KR20100079399A (ko) 2010-07-08

Family

ID=42283774

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR20080137871A KR20100079399A (ko) 2008-12-31 2008-12-31 이미지 센서 및 그 제조 방법

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20100163932A1 (ko)
KR (1) KR20100079399A (ko)
CN (1) CN101794795A (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5489705B2 (ja) * 2009-12-26 2014-05-14 キヤノン株式会社 固体撮像装置および撮像システム
US8890273B2 (en) * 2012-01-31 2014-11-18 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Methods and apparatus for an improved reflectivity optical grid for image sensors
US9041140B2 (en) 2012-03-15 2015-05-26 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Grids in backside illumination image sensor chips and methods for forming the same
US8872301B2 (en) * 2012-04-24 2014-10-28 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Dual profile shallow trench isolation apparatus and system

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000065376A1 (en) * 1999-04-26 2000-11-02 Simage Oy Device for imaging radiation
US7551059B2 (en) * 2005-01-06 2009-06-23 Goodrich Corporation Hybrid infrared detector array and CMOS readout integrated circuit with improved dynamic range
JP4686201B2 (ja) * 2005-01-27 2011-05-25 パナソニック株式会社 固体撮像装置及びその製造方法
US20080079102A1 (en) * 2006-09-28 2008-04-03 Powerchip Semiconductor Corp. Image sensor structure and method of fabricating the same

Also Published As

Publication number Publication date Type
US20100163932A1 (en) 2010-07-01 application
CN101794795A (zh) 2010-08-04 application

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6921934B2 (en) Double pinned photodiode for CMOS APS and method of formation
US20060146233A1 (en) Image sensor with enlarged photo detection area and method for fabricating the same
US20090194836A1 (en) Image sensor and method for manufacturing the same
US20110049336A1 (en) Solid-state imaging device, manufacturing method therefor, and electronic device
US20100059802A1 (en) Image sensor with raised photosensitive elements
US6908839B2 (en) Method of producing an imaging device
US20100163941A1 (en) Image sensor and method for manufacturing the same
US20140077323A1 (en) Imaging systems with backside illuminated near infrared imaging pixels
US20080157150A1 (en) CMOS image sensor and method for manufacturing the same
US20090298220A1 (en) Imagers having electrically active optical elements
US20100096677A1 (en) Backside-illuminated solid-state image pickup device
US20060138470A1 (en) CMOS image sensor and method for fabricating the same
US20110062540A1 (en) Solid-state image sensor and method of manufacturing the same
US20090065828A1 (en) Image Sensor and Manufacturing Method Thereof
US20090065826A1 (en) Image Sensor and Method for Manufacturing the Same
US20090065823A1 (en) Image Sensor and Method for Manufacturing an Image Sensor
US20090065824A1 (en) Image Sensor and Manufacturing Method Thereof
JP2008300614A (ja) 撮像素子、撮像素子の製造方法、及び、撮像素子用の半導体基板
US8629524B2 (en) Apparatus for vertically integrated backside illuminated image sensors
CN1231516A (zh) 互补型金属氧化物半导体图像传感器及其制造方法
US20080157141A1 (en) Cmos device and method of manufacturing the same
US20130001730A1 (en) Solid-state imaging device, method for manufacturing the same, and electronic apparatus
US20090065827A1 (en) Image Sensor and Manufacturing Method Thereof
US20090065829A1 (en) Image Sensor and Method for Manufacturing the Same
US20080303071A1 (en) Image Sensor and Method for Manufacturing the Same

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Withdrawal due to no request for examination