KR20230021300A - 후면조사 이미지센서에서의 spad 픽셀 구조 - Google Patents

후면조사 이미지센서에서의 spad 픽셀 구조 Download PDF

Info

Publication number
KR20230021300A
KR20230021300A KR1020210103009A KR20210103009A KR20230021300A KR 20230021300 A KR20230021300 A KR 20230021300A KR 1020210103009 A KR1020210103009 A KR 1020210103009A KR 20210103009 A KR20210103009 A KR 20210103009A KR 20230021300 A KR20230021300 A KR 20230021300A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substrate
doped region
image sensor
impurity
pixel structure
Prior art date
Application number
KR1020210103009A
Other languages
English (en)
Inventor
하만륜
Original Assignee
주식회사 디비하이텍
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 주식회사 디비하이텍 filed Critical 주식회사 디비하이텍
Priority to KR1020210103009A priority Critical patent/KR20230021300A/ko
Priority to US17/812,365 priority patent/US20230042681A1/en
Publication of KR20230021300A publication Critical patent/KR20230021300A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices 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
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/1461—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements characterised by the photosensitive area
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices 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
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1464—Back illuminated imager structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices 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
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices 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
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices 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
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14627—Microlenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices 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
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1463—Pixel isolation structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices 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
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14636—Interconnect structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices 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
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14649—Infrared imagers

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

본 발명은 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조(1)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판 내 에피택셜층 두께를 극대화함으로써 장파장 감도 개선을 도모하도록 하는 SPAD 픽셀 구조에 관한 것이다.

Description

후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조{SPAD PIXEL STRUCTURE OF BACKSIDE ILLUMINATED IMAGE SENSOR}
본 발명은 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조(1)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판 내 에피택셜층 두께를 극대화함으로써 장파장 감도 개선을 도모하도록 하는 SPAD 픽셀 구조에 관한 것이다.
일반적으로, 촬상 장치의 화소 광전 변환 소자로 SPAD라고 지칭되는 단일-광자 애벌런치 다이오드들이 활용되고 있다. 상기 SPAD는 입사 방사선을 검출하기 위해 PN 접합을 가지며, 가이거 모드(Geiger mode)에서 작동하며, 즉, 애벌런치 전압으로도 지칭되는, 단일-광자 애벌런치 다이오드의 항복 전압보다 훨씬 더 높은 전압으로 작동되는 모드이다. SPAD에는 항복전압을 초과하는 전압이 인가되어 있기 때문에, 광전변환에 의해 생성된 캐리어에 기인하는 electron avalanche가 발생하고, SPAD는 항복 상태가 된다. 이 결과, 광전변환에 의거한 캐리어의 증폭이 발생하고, 촬상 장치에서의 감도의 향상을 도모할 수 있다.
도 1은 일반적인 Double(Two) Ended SPAD 구조에 있어서의 단위픽셀 영역에 대한 단면도이다.
이하에서 첨부된 도면을 참고하여 일반적인 SPAD 구조에 대하여 설명하도록 한다.
일반적인 SPAD 구조는, Single Ended SPAD 타입과 Double Ended SPAD 타입으로 분류할 수 있다. 그 중 도 1을 참고하여 Double Ended SPAD 구조(9)에서, 다수의 단위픽셀영역(P1)이 어레이되는 픽셀영역(P) 내 개별 단위픽셀영역(P1)에 대하여 예시적으로 설명하면, 제1 도전형의 기판(901) 내에는 제2 도전형의 불순물 영역(910)이 형성되며, 상기 불순물 영역(910) 내 그리고 기판(901)의 표면 측에는 제1 도전형의 불순물 영역(920)이 형성된다. 따라서, 제2 도전형의 불순물 영역(910)과 제1 도전형의 불순물 영역(920)의 계면의 PN 접합 측에 애벌런치 증폭영역이 형성된다.
또한, 상기 제1 도전형의 불순물 영역(920)은 애노드 전극(930)과 전기적으로 연결되며, 상기 제2 도전형의 불순물 영역(910)은 캐소드 전극(940)과 전기적으로 연결된다. 상기 애노드 전극(930)과 캐소드 전극(940) 사이에 항복전압보다 높은 전압이 인가됨에 따라, 기판(901)의 일 측에서 흡수된 광이 광전변환을 통하여 전자를 발생시키며, 발생된 전자는 애벌런치 증폭영역까지 이동하여 애벌런치 증폭된다.
도 2는 파장대별 실리콘 내에서의 흡수 계수를 보여주는 그래프이다.
도 2를 참고하면, 일반적으로 ToF 센서(Time of Flight)는 900 ㎚ 대역으로 파장이 긴 NIR(Near INfrared)을 주로 사용하는데, NIR 영역의 광은 기판(901)에서의 흡수 계수(absorption coefficient)가 작아 상기 기판(901)의 깊은 곳까지 흡수 없이 도달한다. 이 때 Double Ended SPAD 구조(9)에서는 PN 접합 영역이 상하 방향으로 영역이 확장되지 못하도록 형성되므로, 촬상 장치에서의 감도가 저하될 수밖에 없는 문제가 있다. 따라서, 장파장 감도 개선 구현하도록 PN 접합 영역을 깊게 형성하기 위해서는 High Energy Implantation 공정을 수행하여야 하며 이는 공정 수행상 번거로움을 수반할 수밖에 없다.
전술한 문제점을 해결하고자, 본 발명의 발명자는 제작 과정에서 High Energy Implantation 공정을 요하지 않으면서도 장파장 감도 개선이 가능한 신규의 SPAD 픽셀 구조에 대하여 제시하고자 한다.
국내공개특허 제10-2019-0049598호 'SPAD 이미지 센서 및 관련 제조 방법'
본 발명은 제1 불순물 도핑 영역 및 제2 불순물 도핑 영역이 서로 감싸는 측을 가지지 않고, 각각 기판의 전면 및 배면 측에 형성되도록 함으로써, 상기 기판 내 에피택셜층 두께를 극대화여 장파장 감도 개선을 도모하도록 하는 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은, 전술한 바와 같이, 제1 불순물 도핑 영역 및 제2 불순물 도핑 영역이 각각 기판의 전면 및 배면 측에 형성되도록 함으로써 그 제작 과정에서 High Energy Implantation 공정을 필요로 하지 않도록 하는 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 제1 메탈배선은 기판의 전면 상에, 제2 메탈배선은 기판의 배면 상에 배치함으로써 마이크로 렌즈층으로 입사되는 광 효율 하락 및 왜곡 발생을 방지하도록 하는 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 단위픽셀영역의 경계 측에 DTI 구조인 아이솔레이션막을 형성함으로써 인접한 단위픽셀영역 간 전기적/물리적 아이솔레이션이 가능하도록 하는 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 제2-1 메탈 컨택영역 및 제2 메탈배선이 기판의 전면 상에 형성되도록 구성함으로써 광 검출기 출력 회로부와 Vop를 동일 칩 상에 구현하도록 하는 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조는 전면과 배면을 가지는 기판; 상기 기판의 배면 상의 마이크로 렌즈층; 상기 기판의 전면 측의 제1 도전형 또는 제2 도전형 불순물 도핑 영역인 제1 불순물 도핑 영역; 상기 제1 불순물 도핑 영역 내 그리고 상기 기판 전면 측의 제1 컨택영역; 상기 기판의 배면 측의, 상기 제1 불순물 도핑 영역과 상이한 도전형 불순물 도핑 영역인 제2 불순물 도핑 영역; 및 상기 기판의 배면 측 그리고 상기 제2 불순물 도핑 영역 상의 제2 컨택영역;을 포함하며, 상기 제1 컨택영역은 상기 제1 불순물 도핑 영역과 동일 도전형 불순물 고농도 도핑 영역이며, 상기 제2 컨택영역은 상기 제2 불순물 도핑 영역과 동일 도전형 불순물 고농도 도핑 영역인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조는 인접한 단위픽셀영역의 경계 측의 아이솔레이션막;을 추가로 포함하고, 상기 아이솔레이션막은 상기 기판의 배면으로부터 전면을 향하여 연장되며, 측부의 보호막;을 포함하는 것을 특징으로한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조에서의 상기 보호막은 상기 제1 컨택영역과 동일 도전형 불순물 고농도 도핑 영역인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조는 상기 기판의 전면 상의 제1 메탈 컨택영역; 상기 메탈 컨택영역 및 광검출기 출력 회로부와 전기적으로 연결되는 제1 메탈배선; 및 상기 기판의 배면 상의 제2 메탈 컨택영역;을 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조에서의 상기 제2 메탈 컨택영역은 격자형으로 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조에서의 상기 제2 메탈 컨택영역은 상기 제2 컨택영역과 오믹접촉되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조에서의 상기 메탈배선은 애노드 전극으로 기능하며, 상기 제2 메탈 컨택영역은 캐소드 전극으로 기능하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조는 전면과 배면을 가지는 기판; 상기 기판의 전면 측의 제1 도전형 또는 제2 도전형 불순물 도핑 영역인 제1 불순물 도핑 영역; 상기 제1 불순물 도핑 영역 내 그리고 상기 기판 전면 측의 제1 컨택영역; 상기 기판의 배면 측의, 상기 제1 불순물 도핑 영역과 상이한 도전형 불순물 도핑 영역인 제2 불순물 도핑 영역; 및 상기 기판의 배면 측 그리고 상기 제2 불순물 도핑 영역 상의 제2 컨택영역;을 포함하며, 상기 기판 배면 상의 애노드 전극; 상기 기판 전면 상의 캐소드 전극; 상기 제1 불순물 도핑 영역 및 제2 불순물 도핑 영역이 상기 기판의 측방향을 따라 중첩되지 않도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조는 인접한 단위픽셀영역의 경계 측의 아이솔레이션막;을 추가로 포함하고, 상기 캐소드 전극은 상기 기판의 배면 상 그리고 아이솔레이션막 상에서 격자형으로 구성되며, 상기 제2 컨택영역과 접촉하는 측을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조에서의 상기 아이솔레이션막은 DTI 구조인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조에서의 상기 캐소드 전극은 상기 제2 컨택영역과 오믹접촉되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조는 전면과 배면을 가지는 기판; 상기 기판의 전면 측의 제1 도전형 또는 제2 도전형 불순물 도핑 영역인 제1 불순물 도핑 영역; 상기 제1 불순물 도핑 영역 내 그리고 상기 기판 전면 측의 제1 컨택영역; 상기 기판의 배면 측의, 상기 제1 불순물 도핑 영역과 상이한 도전형 불순물 도핑 영역인 제2 불순물 도핑 영역; 상기 기판의 배면 측 그리고 상기 제2 불순물 도핑 영역 상의 제2 컨택영역; 상기 기판의 전면 상의 제1 메탈 컨택영역; 상기 제1 메탈 컨택영역 및 광검출기 출력 회로부와 전기적으로 연결되는 제1 메탈배선; 및 상기 기판의 전면 상의 제2-1 메탈 컨택영역; 및 상기 제2-1 메탈 컨택영역과 전기적으로 연결되는 제2 메탈배선;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조에서의 상기 제1 메탈배선 및 제2 메탈배선은 상기 기판의 전면 상에 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조는 인접한 단위픽셀영역의 경계 측에서, 상기 기판의 전면으로부터 배면까지 연장되는 아이솔레이션막;을 추가로 포함하고, 상기 아이솔레이션막은 절연체가 전도성 플러그를 감싸는 형태로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조에서의 상기 제2 메탈배선은 상기 아이솔레이션막의 전면 상에서, 상기 아이솔레이션막과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조는 상기 기판의 배면 상의 제2-2 메탈 컨택영역;을 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조에서의 상기 제2-2 메탈 컨택영역은 상기 기판의 배면 상에서 격자형으로 형성되며, 상기 아이솔레이션막과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조에서의 상기 제2-2 메탈 컨택영역은 상기 제2 컨택영역과 오믹접촉하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조에서의 상기 아이솔레이션막은 상기 제1 컨택영역과 동일 도전형 불순물 고농도 도핑 영역인 보호막;을 포함하고, 상기 보호막은 플라즈마 도핑을 통하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 제1 불순물 도핑 영역 및 제2 불순물 도핑 영역이 서로 감싸는 측을 가지지 않고, 각각 기판의 전면 및 배면 측에 형성되도록 함으로써, 상기 기판 내 에피택셜층 두께를 극대화여 장파장 감도 개선을 도모하도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 전술한 바와 같이, 제1 불순물 도핑 영역 및 제2 불순물 도핑 영역이 각각 기판의 전면 및 배면 측에 형성되도록 함으로써 그 제작 과정에서 High Energy Implantation 공정을 필요로 하지 않도록 하는 효과를 가진다.
또한, 본 발명은 제1 메탈배선은 기판의 전면 상에, 제2 메탈배선은 기판의 배면 상에 배치함으로써 마이크로 렌즈층으로 입사되는 광 효율 하락 및 왜곡 발생을 방지하도록 하는 효과가 도출된다.
또한, 본 발명은 단위픽셀영역의 경계 측에 DTI 구조인 아이솔레이션막을 형성함으로써 인접한 단위픽셀영역 간 전기적/물리적 아이솔레이션이 가능하도록 하는 효과를 보인다.
또한, 본 발명은 제2-1 메탈 컨택영역 및 제2 메탈배선이 기판의 전면 상에 형성되도록 구성함으로써 광 검출기 출력 회로부와 Vop를 동일 칩 상에 구현하도록 하는 효과를 나타낸다.
도 1은 일반적인 Double(Two) Ended SPAD 구조에 있어서 단위픽셀 영역에 대한 단면도이고;
도 2는 파장대별 실리콘 내에서의 흡수 계수를 보여주는 그래프이고;
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 후면조사 이미지센서에서의 SPAD(Single Photon Avalanche Diode) 픽셀 구조에 대한 평면도이고;
도 4는 도 3에 따른 SPAD 픽셀 구조의 단위픽셀영역에 대한 단면도이고;
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조에 대한 단면도이고;
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조에 대한 단면도이고;
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조에 대한 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예는 다양한 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 되며 청구범위에 기재된 사항을 기준으로 해석되어야 한다. 또한, 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 참고적으로 제공되는 것일 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하에서는, 일 구성요소(또는 층)가 타 구성요소(또는 층) 상에 배치되는 것으로 설명되는 경우, 일 구성요소가 타 구성요소 위에 직접적으로 배치되는 것일 수도, 또는 해당 구성요소들 사이에 다른 구성 요소(들) 또는 층(들)이 사이에 위치할 수도 있음에 유의하여야 한다. 또한, 일 구성요소가 타 구성요소 상 또는 위에 직접적으로 배치되는 것으로 표현되는 경우, 해당 구성요소들 사이에 타 구성 요소(들)이 위치하지 않는다. 또한, 일 구성요소의 '상', '상부', '하부', '상측', '하측' 또는 '일 측', '측면'에 위치한다는 것은 상대적인 위치 관계를 의미하는 것이다.
그리고, 다양한 요소들, 영역들 및/또는 부분들과 같은 다양한 항목을 설명하기 위하여 제1, 제2 등의 용어가 사용될 수 있으나, 상기 제2의 구성이 제1의 구성을 전제하는 것은 아니다.
추가로, 구성 요소들의 도전형 또는 도핑 영역은 주된 캐리어 특성에 따라 'P형' 또는 'N형'으로 규정할 수 있으나, 이는 단지 설명의 편의를 위한 것으로, 본 발명의 기술적 사상이 예시된 바에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 이하에서 'P형' 또는 'N형'은 더욱 일반적인 용어인 '제1 도전형' 또는 '제2 도전형'으로 사용될 것이며, 여기서 제1 도전형은 P형을, 제2 도전형은 N형을 의미한다.
또한, 불순물 영역의 도핑 농도를 표현하는 '고농도' 및 '저농도'는 일 구성요소와 타 구성요소의 상대적인 도핑 농도를 의미하는 것으로 이해하여야 한다.
본 명세서에 있어서, 개별 구성들은 필요에 따라 일체로 이루어질 수도 또는 독립적으로 형성될 수도 있고 이에 별도의 제한이 없음에 유의하여야 한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 후면조사 이미지센서에서의 SPAD(Single Photon Avalanche Diode) 픽셀 구조에 대한 평면도이고; 도 4는 도 3에 따른 SPAD 픽셀 구조의 단위픽셀영역에 대한 단면도이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 후면조사 이미지센서에서의 SPAD(Single Photon Avalanche Diode) 픽셀 구조(1)에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 본 발명은 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조(1)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판 내 에피택셜층 두께를 극대화함으로써 장파장 감도 개선을 도모하도록 하는 SPAD 픽셀 구조에 관한 것이며 상세한 내용은 후술하도록 한다. 본 발명은 Single Ended SPAD 픽셀 구조 및 Double(Two) Ended SPAD 픽셀 구조 중 임의의 구조에 적용될 수 있고 그 제한이 있는 것은 아님에 유의하여야 한다. 또한, 이하에서 설명하는 제1 실시예에 따른 구조(1)는 Single Ended SPAD 픽셀 구조에 적용되는 것으로 이해한다.
먼저, 본 발명의 제1 실시예에 따른 구조(1)에는 전면(113)과 배면(111)을 가지는 기판(110)이 형성된다. 상기 기판(110)은 제1 도전형 불순물 또는 제2 도전형 불순물의 저농도 도핑영역으로, 에피택셜 성장에 의하여 형성될 수 있다. 상기 기판이 제1 도전형 불순물 도핑된 경우, 후술할 제2 도전형 도핑 영역인 제1 불순물 도핑 영역(120)과의 PN 접합영역 측이 애벌런시 증폭 영역이 되며, 제2 도전형 불순물 도핑된 경우, 후술할 제2 불순물 도핑 영역(140)과의 PN 접합영역 측이 애벌런시 증폭 영역이 될 수 있다.
상기 기판(110)의 전면(113) 측에는 제1 불순물 도핑 영역(120)이 형성되며, 상기 제1 불순물 도핑 영역(120)은 기판(110) 표면 내에 형성될 수 있다. 상기 제1 불순물 도핑 영역(120)은 제2 도전형 불순물 도핑 영역일 수 있다. 또한, 상기 제1 불순물 도핑 영역(120) 내에는 제1 컨택영역(130)이 형성될 수 있다. 상기 제1 컨택영역(130)은 제1 불순물 도핑 영역(120)에 의하여 둘러싸이도록 형성될 수 있으나 이에 제한이 있는 것은 아니다. 상기 제1 컨택영역(130)은 제2 도전형 불순물 도핑 영역으로, 상기 제2 도전형 불순물 도핑 영역(120)보다 고농도 도핑되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제1 컨택영역(130)은 그 하측의 제1 메탈 컨택영역(170)과 전기적으로 연결되어 애노드로써 기능할 수 있다.
상기 기판(110)의 배면(111) 측에는 제2 불순물 도핑 영역(140)이 형성되며, 상기 영역(140)은 제1 도전형 불순물 도핑 영역일 수 있다. 또한, 상기 제2 불순물 도핑 영역(140) 상에는 제2 컨택영역(150)이 형성되며, 상기 제2 컨택영역(150)은 제2 불순물 도핑 영역(140)보다 고농도 도핑된 제1 도전형 불순물 영역일 수 있다. 그리고, 상기 제2 컨택영역(150)은 그 저면 전체가 상기 제2 불순물 도핑 영역(140) 상에 위치할 수 있다. 즉, 상기 제2 불순물 도핑 영역(140)과 제2 컨택영역(150)은 그 단면형상이 서로 적층되는 것과 같이 형성될 수 있다. 따라서, 제2 컨택영역(150)의 상면(기판(110)의 배면(111) 방향 측)은 그 전면이 기판(110)의 배면(113) 표면 측에 위치하도록 할 수 있다. 이러한 제2 컨택영역(150)은 단위픽셀영역(P1) 내에서 후술할 격자형의 제2 메탈 컨택영역(190)의 일 측과 컨택되도록 할 수 있다.
이와 같이, 기판(110)의 전면(113) 측에는 제2 도전형 불순물 도핑 영역인 제1 불순물 도핑 영역(120)이, 배면(111) 측에는 제1 도전형 불순물 도핑 영역인 제2 불순물 도핑 영역(140)이 형성됨으로써, 어느 일 구성이 타 구성을 상하 방향으로 감싸는 형태로 제작되지 않으므로 기판(110) 내 에피택셜층의 두께가 줄어드는 것을 방지하여 NIR 영역의 광과 같은 900 ㎚ 대역의 장파장에 대한 우수한 광자 검출 확률(Photon Detection Probability; PDP)을 달성할 수 있다. 또한, 특히 Double Ended SPAD 픽셀 구조에서와 같이 기판 내 깊은 영역에 애벌런시 증폭 영역을 형성하기 위하여 High Energy Implantation 공정을 필요로 하지 않는 것에 그 이점이 있으며, 이는 제2 실시예에서 설명하도록 한다.
그리고, 각 단위픽셀영역(P1)의 경계 측에는 아이솔레이션막(160)이 형성될 수 있다. 상기 아이솔레이션막(160)은 단위픽셀영역(P1)의 전면(113)으로부터 배면(111)까지 연장될 수도 또는 배면(111)으로부터 전면(113)까지 연결되지는 않는 길이로 연장될 수도 있고 이에 제한이 있는 것은 아니다. 상기 아이솔레이션막(160)은 깊은 트렌치 격리구조인 DTI(Deep Trench Isolation) 구조로 형성될 수 있고, 예를 들어 DRIE(Deep Reactive Ion Etching) 공정을 통하여 깊은 트렌치를 형성한 이후, 상기 트렌치의 측면 상에 산화물 라이너를 형성한 후 도핑되지 않은 폴리실리콘을 갭필함으로써 형성될 수 있으나 이에 별도의 제한이 있는 것은 아니다.
또한, 상기 아이솔레이션막(160)의 측부에는 보호막(161)이 형성될 수 있다. 상기 보호막(161)은 아이솔레이션막(160)을 위한 트렌치가 형성된 기판(110) 측에 불순물을 주입하여 형성되며, 상기 불순물은 예를 들어 제2 도전형 불순물일 수 있다. 또한, 상기 불순물 주입은 플라즈마 도핑(PLasma Assisted Doping; PLAD)을 통하여 이루어질 수 있다. 상기 보호막(161)은 예를 들어 제1 불순물 도핑 영역(120)보다 고농도 도핑될 수 있다. 따라서, 상기 제1 불순물 도핑 영역(120) 내 불순물이 상기 아이솔레이션막(160) 측으로 이동하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 상기 기판(110)의 전면(113) 하측에는 제1 메탈 컨택영역(170)과 메탈배선(180)이 형성될 수 있다. 상기 제1 메탈 컨택영역(170) 및 메탈배선(180)은 모두 절연층 내에 형성될 수 있고, 상하 방향을 따라 반복적으로 다수 적층될 수 있다. 제1 메탈 컨택영역(170)은 제1 컨택영역(130)과 전기적으로 연결되어, 애노드로 기능할 수 있다. 또한, 메탈배선(180)은 기판(101)의 전면(113)과 연결되는 또 다른 기판(S) 상의 광검출기 출력 회로부(ReadOut Integrated Circuit;ROIC)에 커플링될 수 있다.
계속하여 설명하면, 기판(110)의 배면(111) 상에는 제2 메탈 컨택영역(190)이 형성되며, 상기 제2 메탈 컨택영역(190)은 배면(111) 상에서 격자형으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 제2 메탈 컨택영역(190)은 적어도 부분적으로 아이솔레이션막(160) 상에 위치할 수 있다. 또한, 상기 제2 메탈 컨택영역(190)은 제2 컨택영역(150)과 오믹접촉(Ohmic Contact)되도록 구성될 수 있다. 상기 제2 메탈 컨택영역(190)은 캐소드로서 기능할 수 있다. 따라서, 상기 제2 메탈 컨택영역(190)은 Vop 포트로 이용될 수 있다. 이러한, 제2 메탈 컨택영역(190)은 예를 들어 티타늄(Ti) 및/또는 질화티타늄(TiN) 막을 증착시킨 이후, 텅스텐(W) 막을 증착하고 식각 공정을 통하여 형성될 수 있다. 이와 같이 격자형의 제2 메탈 컨택영역(190)이 Vop 포트로 이용됨으로써, 별도의 애노드 또는 캐소드 연결 메탈배선 라인으로 인한 마이크로 렌즈층(ML)으로 입사되는 광 효율 하락 및 왜곡 발생을 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조에 대한 단면도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조(2)에 대하여 상세히 설명하도록 한다. 제2 실시예에 따른 구조(2)는 Double Ended SPAD 픽셀 구조에 적용되는 것으로 이해한다. 제2 실시예에 따른 구조(2) 중 제1 실시예에 따른 구조(1)와 동일한 구성에 대한 상세한 내용은 생략하도록 한다.
도 5를 참고하면, 먼저 전면(213)과 배면(211)을 가지는 기판(210)이 형성되며, 상기 기판(210) 역시 제1 도전형 불순물 또는 제2 도전형의 불순물 저농도 도핑영역으로, 에피택셜 성장에 의하여 형성될 수 있다. 상기 기판(210)의 불순물 도핑에 따라 PN 접합영역의 위치가 상이해질 수 있음은 물론이다.
제2 실시예에 따른 구조(2)에서는, 제1 실시예와 마찬가지로, 상기 기판(210)의 전면(213) 측에 제1 불순물 도핑 영역(220)이 그리고 상기 제1 불순물 도핑 영역(220) 내 제1 컨택영역(230)이 형성될 수 있다. 상기 제1 불순물 도핑 영역(220)은 제1 도전형 불순물 도핑 영역이며, 상기 제1 컨택영역(230)은 상기 제1 불순물 도핑 영역(220)보다 고농도 도핑된 제1 불순물 영역일 수 있다.
또한, 기판(210)의 배면(211) 측에 제2 불순물 도핑 영역(240)이, 상기 제2 불순물 도핑 영역(240)의 상측 그리고 배면(213) 표면 측에 제2 컨택영역(250)이 형성되며, 양 구성 모두 제2 도전형 불순물 도핑 영역으로, 제2 컨택영역(250)이 상대적으로 고농도 도핑 영역일 수 있다.
그리고, 각 단위픽셀영역(P1)의 경계 측에는 아이솔레이션막(260)이 형성되고, 그 측부에 제1 도전형 불순물 주입 영역인 보호막(261)이 형성될 수 있다. 상기 보호막(261)은 플라즈마 도핑을 통하여 불순물 주입된 영역으로, 예를 들어 붕소(B)와 같은 제1 도전형 불순물 주입으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 보호막(261)은 제1 불순물 도핑 영역(220)보다 고농도 도핑된 영역인 것이 바람직하다.
이어서 설명하면, 제2 실시예에 따른 구조(2)에서는, 제1 실시예의 대응 구성과 마찬가지로, 제1 메탈 컨택영역(270)과 메탈배선(280) 그리고 제2 메탈 컨택영역(290)이 형성될 수 있다. 상기 제2 메탈 컨택영역(290)은 배면(211) 상에서 격자형으로 형성되어 제2 컨택영역(250)과 오믹접촉되도록 구성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 일반적으로 ToF 센서(Time of Flight)는 900 ㎚ 대역으로 파장이 긴 NIR(Near INfrared)을 주로 사용하는데, NIR 영역의 광은 기판에서의 흡수 계수(absorption coefficient)가 작아 상기 기판의 깊은 곳까지 흡수 없이 도달한다. 이에 따라, 전술한 바와 같이, 종래의 Double Ended SPAD 구조에서는 PN 접합영역을 최대한 깊은 영역까지 확장되도록 형성하기 위하여 High Energy Implantation 공정을 수행하여야 한다. 다만, 본 발명의 제2 실시예에 따른 구조(2)에서는 제1 불순물 도핑 영역(220)을 기판(210)의 배면(213)에, 제2 불순물 도핑 영역(240)을 전면(213)에 형성함으로써 에피택셜층의 유효 두께를 상대적으로 크게 형성함으로써 High Energy Implantation 공정 없이 장파장 감도 개선이 가능한 것에 이점이 있다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조에 대한 단면도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조(3)에 대하여 상세히 설명하도록 한다. 제3 실시예에 따른 구조(3)는 Double Ended SPAD 픽셀 구조에 적용되는 것으로, 제2 실시예에 따른 구조(2)와 상이한 구성에 대해서만 상세히 설명하도록 한다.
도 6을 참고하면, 제3 실시예에 따른 구조(3)에서는, 제2 메탈배선(390)이 기판(310)의 전면(313) 상에 형성될 수 있다. 상기 제2 메탈배선(390)은 상기 기판(310) 전면(311) 상의 제2-1 메탈 컨택영역(391)에 의하여 아이솔레이션막(360)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이 때 메탈배선(380)은 제1 메탈배선(380)으로 지칭한다. 또한, 아이솔레이션막(360)은 최외곽 측부에는 보호막(361)이 형성되며, 그 내측으로는 절연체들이 전도성 플러그를 감싸는 형태로 구성될 수 있다. 상기 전도성 플러그는 제2 메탈배선(390) 및 제2 메탈 컨택영역(391)을 통하여 전기적으로 접속될 수 있다. 상기 전도성 플러그는 예를 들어 텅스텐으로 구현될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며 전기전도성을 가지는 임의의 금속물질로 이루어질 수 있다. 또한, 제2 컨택영역(330)과 전기적으로 연결되며, 제1 실시예에서의 제2 메탈 컨택영역(190)과 동일 구조인 제2-2 메탈 컨택영역(393)이 형성된다.
이와 같이 구성함으로써, 제1 실시예에 따른 구조(1)는 그대로 유지하되, 광검출기 출력 회로부(ReadOut Integrated Circuit;ROIC)와 Vop를 같은 동일 칩(Chip) 상에 구현할 수 있는 이점이 있다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조에 대한 단면도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 제4 실시예에 따른 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조(4)에 대하여 상세히 설명하도록 한다. 제4 실시예에 따른 구조(4)는 Single Ended SPAD 픽셀 구조에 적용되는 것으로, 제1 실시예에 따른 구조(1)에서, 제3 실시예에 따른 구조(3)를 조합한 것이다.
즉, 도 7을 참고하면, 아이솔레이션막(460)에는 측부에는 보호막(461)이, 그 내측에는 절연체와 전도성 플러그가 형성되며, 제2 메탈배선(490) 및 제2 메탈 컨택영역(491)이 기판(410)의 전면(413) 상에 형성될 수 있다. 그 외의 구성에 대해서는 제1 실시예에 따른 구조(1)와 동일 형태를 가진다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한, 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다.
1 : 제1 실시예에 따른 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조
110 : 기판
111 : 배면 113 : 전면
120 : 제1 불순물 도핑 영역
130 : 제1 컨택영역
140 : 제2 불순물 도핑 영역
150 : 제2 컨택영역
160 : 아이솔레이션막 161 : 보호막
170 : 제1 메탈 컨택영역
180 : 메탈배선
190 : 제2 메탈 컨택영역
2 : 제2 실시예에 따른 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조
3 : 제3 실시예에 따른 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조
370 : 제1 메탈 컨택영역 390 : 제2 메탈배선
391 : 제2-1 메탈 컨택영역 393 : 제2-2 메탈 컨택영역
4 : 제4 실시예에 따른 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조
P1 : 단위픽셀영역
ML : 마이크로 렌즈
S : 기판

Claims (19)

  1. 전면과 배면을 가지는 기판;
    상기 기판의 배면 상의 마이크로 렌즈층;
    상기 기판의 전면 측의 제1 도전형 또는 제2 도전형 불순물 도핑 영역인 제1 불순물 도핑 영역;
    상기 제1 불순물 도핑 영역 내 그리고 상기 기판 전면 측의 제1 컨택영역;
    상기 기판의 배면 측의, 상기 제1 불순물 도핑 영역과 상이한 도전형 불순물 도핑 영역인 제2 불순물 도핑 영역; 및
    상기 기판의 배면 측 그리고 상기 제2 불순물 도핑 영역 상의 제2 컨택영역;을 포함하며,
    상기 제1 컨택영역은
    상기 제1 불순물 도핑 영역과 동일 도전형 불순물 고농도 도핑 영역이며,
    상기 제2 컨택영역은
    상기 제2 불순물 도핑 영역과 동일 도전형 불순물 고농도 도핑 영역인 것을 특징으로 하는 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    인접한 단위픽셀영역의 경계 측의 아이솔레이션막;을 추가로 포함하고,
    상기 아이솔레이션막은
    상기 기판의 배면으로부터 전면을 향하여 연장되며, 측부의 보호막;을 포함하는 것을 특징으로 하는 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조.
  3. 제2항에 있어서, 상기 보호막은
    상기 제1 컨택영역과 동일 도전형 불순물 고농도 도핑 영역인 것을 특징으로 하는 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 기판의 전면 상의 제1 메탈 컨택영역;
    상기 제1 메탈 컨택영역 및 광검출기 출력 회로부와 전기적으로 연결되는 메탈배선; 및
    상기 기판의 배면 상의 제2 메탈 컨택영역;을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제2 메탈 컨택영역은
    격자형으로 배치되는 것을 특징으로 하는 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제2 메탈 컨택영역은
    상기 제2 컨택영역과 오믹접촉되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조.
  7. 제6항에 있어서, 상기 메탈배선은
    애노드 전극으로 기능하며,
    상기 제2 메탈 컨택영역은
    캐소드 전극으로 기능하는 것을 특징으로 하는 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조.
  8. 전면과 배면을 가지는 기판;
    상기 기판의 전면 측의 제1 도전형 또는 제2 도전형 불순물 도핑 영역인 제1 불순물 도핑 영역;
    상기 제1 불순물 도핑 영역 내 그리고 상기 기판 전면 측의 제1 컨택영역;
    상기 기판의 배면 측의, 상기 제1 불순물 도핑 영역과 상이한 도전형 불순물 도핑 영역인 제2 불순물 도핑 영역; 및
    상기 기판의 배면 측 그리고 상기 제2 불순물 도핑 영역 상의 제2 컨택영역;을 포함하며,
    상기 기판 배면 상의 애노드 전극;
    상기 기판 전면 상의 캐소드 전극;
    상기 제1 불순물 도핑 영역 및 제2 불순물 도핑 영역이 상기 기판의 측방향을 따라 중첩되지 않도록 구성되는 것을 특징으로 하는 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조.
  9. 제8항에 있어서,
    인접한 단위픽셀영역의 경계 측의 아이솔레이션막;을 추가로 포함하고,
    상기 캐소드 전극은
    상기 기판의 배면 상 그리고 아이솔레이션막 상에서 격자형으로 구성되며, 상기 제2 컨택영역과 접촉하는 측을 가지는 것을 특징으로 하는 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조.
  10. 제9항에 있어서, 상기 아이솔레이션막은
    DTI 구조인 것을 특징으로 하는 후면조사 이미지 센서에서의 SPAD 픽셀 구조.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 캐소드 전극은
    상기 제2 컨택영역과 오믹접촉되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조.
  12. 전면과 배면을 가지는 기판;
    상기 기판의 전면 측의 제1 도전형 또는 제2 도전형 불순물 도핑 영역인 제1 불순물 도핑 영역;
    상기 제1 불순물 도핑 영역 내 그리고 상기 기판 전면 측의 제1 컨택영역;
    상기 기판의 배면 측의, 상기 제1 불순물 도핑 영역과 상이한 도전형 불순물 도핑 영역인 제2 불순물 도핑 영역;
    상기 기판의 배면 측 그리고 상기 제2 불순물 도핑 영역 상의 제2 컨택영역;
    상기 기판의 전면 상의 제1 메탈 컨택영역;
    상기 제1 메탈 컨택영역 및 광검출기 출력 회로부와 전기적으로 연결되는 제1 메탈배선;
    상기 기판의 전면 상의 제2-1 메탈 컨택영역; 및
    상기 제2-1 메탈 컨택영역과 전기적으로 연결되는 제2 메탈배선;을 포함하는 것을 특징으로 하는 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제1 메탈배선 및 제2 메탈배선은
    상기 기판의 전면 상에 있는 것을 특징으로 하는 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조.
  14. 제13항에 있어서,
    인접한 단위픽셀영역의 경계 측에서, 상기 기판의 전면으로부터 배면까지 연장되는 아이솔레이션막;을 추가로 포함하고,
    상기 아이솔레이션막은
    절연체가 전도성 플러그를 감싸는 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제2 메탈배선은
    상기 아이솔레이션막의 전면 상에서, 상기 아이솔레이션막과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 기판의 배면 상의 제2-2 메탈 컨택영역;을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제2-2 메탈 컨택영역은
    상기 기판의 배면 상에서 격자형으로 형성되며, 상기 아이솔레이션막과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제2-2 메탈 컨택영역은
    상기 제2 컨택영역과 오믹접촉하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조.
  19. 제14항에 있어서, 상기 아이솔레이션막은
    상기 제1 컨택영역과 동일 도전형 불순물 고농도 도핑 영역인 보호막;을 포함하고,
    상기 보호막은
    플라즈마 도핑을 통하여 형성되는 것을 특징으로 하는 후면조사 이미지센서에서의 SPAD 픽셀 구조.
KR1020210103009A 2021-08-05 2021-08-05 후면조사 이미지센서에서의 spad 픽셀 구조 KR20230021300A (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210103009A KR20230021300A (ko) 2021-08-05 2021-08-05 후면조사 이미지센서에서의 spad 픽셀 구조
US17/812,365 US20230042681A1 (en) 2021-08-05 2022-07-13 Spad pixel for a backside illuminated image sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210103009A KR20230021300A (ko) 2021-08-05 2021-08-05 후면조사 이미지센서에서의 spad 픽셀 구조

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230021300A true KR20230021300A (ko) 2023-02-14

Family

ID=85151832

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210103009A KR20230021300A (ko) 2021-08-05 2021-08-05 후면조사 이미지센서에서의 spad 픽셀 구조

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20230042681A1 (ko)
KR (1) KR20230021300A (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190049598A (ko) 2017-10-31 2019-05-09 타이완 세미콘덕터 매뉴팩쳐링 컴퍼니 리미티드 Spad 이미지 센서 및 관련 제조 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190049598A (ko) 2017-10-31 2019-05-09 타이완 세미콘덕터 매뉴팩쳐링 컴퍼니 리미티드 Spad 이미지 센서 및 관련 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
US20230042681A1 (en) 2023-02-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7242527B2 (ja) 光検出素子およびその製造方法
US9806121B2 (en) Solid-state imaging device
US9293626B2 (en) Lateral avalanche photodiode device and method of production
US20100301442A1 (en) Optical semiconductor device
US20190051772A1 (en) Lateral single-photon avalanche diode and method of producing a lateral single-photon avalanche diode
KR100670828B1 (ko) 적외선 레이저 레이다의 영상 신호를 검출하기 위한 광검출기 및 그 제조방법
EP3477710B1 (en) Avalanche photodiode and method of manufacturing the avalanche photodiode
US20230178677A1 (en) Single-photon avalanche photodiode
US8212327B2 (en) High fill-factor laser-treated semiconductor device on bulk material with single side contact scheme
US7928533B2 (en) Nano-multiplication region avalanche photodiodes and arrays
CN111628034A (zh) 光电探测装置的制造方法
CN114975657A (zh) Spad器件结构、spad探测器及spad器件结构制备方法
US20210296377A1 (en) Spad pixel circuits and methods thereof for direct time of flight sensors
US20230066769A1 (en) Spad structure
US20220271183A1 (en) Spad pixel structure and method of manufacturing same
US11664473B2 (en) SPAD pixel structure and method of manufacturing same
CN116207179A (zh) 一种垂直型单光子雪崩二极管器件及其制备方法
KR20230021300A (ko) 후면조사 이미지센서에서의 spad 픽셀 구조
CN114843353A (zh) 光栅-结型复合雪崩单光子检测器及其制作方法
KR20210047008A (ko) 이미지 센서
US20240097052A1 (en) Systems and methods for stacked sensors with electrical insulation
CN111446269B (zh) 一种cmos图像传感器结构及制造方法
US11217718B2 (en) Photodetector with a buried layer
KR20110070075A (ko) 이미지 센서 및 그 제조방법
WO2009111748A2 (en) High fill-factor laser-treated semiconductor device on bulk material with single side contact scheme