WO2015005659A1 - 이미지센서 및 이의 제조방법 - Google Patents

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WO2015005659A1
WO2015005659A1 PCT/KR2014/006128 KR2014006128W WO2015005659A1 WO 2015005659 A1 WO2015005659 A1 WO 2015005659A1 KR 2014006128 W KR2014006128 W KR 2014006128W WO 2015005659 A1 WO2015005659 A1 WO 2015005659A1
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buffer layer
image sensor
substrate
layer
forming
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PCT/KR2014/006128
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김태우
이동진
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주식회사 레이언스
주식회사 바텍이우홀딩스
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    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof

Definitions

  • the present invention relates to an image sensor, and more particularly, to an image sensor having improved adhesion between the photoconductive layer and a substrate and a method of manufacturing the same.
  • the image sensor may be classified into an indirect conversion method and a direct conversion method.
  • Indirect conversion method converts X-rays into visible light using a phosphor (scintillator) and then converts visible light into an electrical signal.
  • the direct conversion method converts X-rays directly into an electrical signal using a photoconductive layer. This direct conversion method does not need to form a separate phosphor, and light spreading does not occur, and thus has characteristics suitable for high resolution systems.
  • the photoconductive layer used in the direct conversion method is formed by depositing on the surface of the CMOS substrate.
  • the photoconductive layer has poor adhesion with the protective film on the surface of the CMOS substrate.
  • a defect may occur in which the photoconductive layer is lifted off the surface of the substrate.
  • the present invention has a problem to provide a method that can improve the adhesion between the photoconductive layer and the substrate.
  • the present invention is a protective film formed on the surface of the substrate having a pad electrode; A buffer layer formed on the passivation layer and formed of a noble metal material or an oxide material; A photoconductive layer formed on the buffer layer; It provides an image sensor including an upper electrode formed on the photoconductive layer.
  • the passivation layer may include a pad hole exposing the pad electrode, and the buffer layer may be formed around the pad electrode and may be electrically disconnected from the pad electrode.
  • the precious metal material forming the buffer layer may be at least one of Ag, Au, Pt, and Pd.
  • the oxide material constituting the buffer layer may be at least one of Al 2 O 3 , TiO 2 , and ZrO 2 .
  • the area occupied by the buffer layer in the pixel area may be 10% to 90% of the area occupied by the pixel area.
  • the photoconductive layer may be made of at least one of CdTe, CdZnTe, PbO, PbI 2 , HgI 2 , GaAs, Se, TlBr, and BiI 3 .
  • the buffer layer may receive a voltage or have a floating state.
  • the substrate may be a CMOS substrate, a glass substrate, a graphite substrate, or a substrate on which ITO is stacked on an aluminum oxide base.
  • An intermediate layer made of Cr may be included between the passivation layer and the buffer layer.
  • the present invention comprises the steps of forming a protective film on the surface of the substrate having a pad electrode; Forming a buffer layer formed of a noble metal material or an oxide material on the protective film; Forming a photoconductive layer on the buffer layer; It provides an image sensor manufacturing method comprising the step of forming an upper electrode on the photoconductive layer.
  • a buffer layer having excellent adhesion between the substrate and the photoconductive layer is formed between the substrate and the photoconductive layer. Accordingly, the adhesion between the photoconductive layer and the substrate can be effectively improved. Moreover, the electric field can be concentrated by the buffer layer, so that the leakage current can be reduced.
  • 1 and 2 are a plan view and a cross-sectional view schematically showing an image sensor according to an embodiment of the present invention, respectively.
  • 3 to 5 are schematic plan views showing various examples of formation forms of a buffer layer according to an embodiment of the present invention.
  • 1 and 2 are a plan view and a cross-sectional view schematically showing an image sensor according to an embodiment of the present invention, respectively.
  • X-ray imaging apparatuses of various forms or uses may be used.
  • various X-ray imaging apparatuses such as a mammography apparatus or a CT apparatus may be used.
  • the image sensor 200 corresponds to a configuration for detecting X-rays passing through the subject and converting the same into an electrical signal.
  • the image sensor 200 may have a rectangular shape in plan, but is not limited thereto.
  • the image sensor 200 is a direct conversion X-ray detection element, and directly converts incident X-rays into an electrical signal.
  • a plurality of pixel areas P may be disposed along a row line and a column line in a matrix form.
  • a photoelectric conversion element PC for converting an X-ray into an electrical signal may be configured on the substrate 210.
  • the substrate 210 used in the image sensor 200 for example, a CMOS substrate, a glass substrate, a graphite substrate, a substrate in which ITO is laminated on an aluminum oxide (Al 2 O 3 ) base, or the like may be used. It may be, but is not limited to such. In the embodiment of the present invention, a case of using a CMOS substrate is taken as an example for convenience of explanation.
  • a protective film 215 is formed on the surface of the substrate 210.
  • the passivation layer 215 may be formed of, for example, silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (SiNx) as an inorganic insulating material.
  • a pad hole 217 may be formed in each pixel area P.
  • FIG. The pad electrode 220 may be configured in the pad hole 217.
  • the pad electrode 220 is one electrode constituting the photoelectric conversion element PC, and corresponds to, for example, the first electrode 220.
  • the buffer layer 230 is formed on the substrate 210 on which the pad electrode 220 is formed.
  • the buffer layer 230 may be made of a material having excellent adhesion to the passivation layer 215.
  • the buffer layer 230 may be formed of a conductive metal material, and among the precious metal material groups including silver (Ag), gold (Au), platinum (Pt), palladium (Pd), and the like. It is preferable to consist of at least one.
  • the buffer layer 230 may be formed of an oxide film, and particularly preferably made of at least one of an oxide group composed of Al 2 O 3 , TiO 2 , ZrO 2 .
  • the adhesion of the photoconductive layer 240 to the substrate 210 can be improved.
  • the photoconductive layer 240 has a better adhesion with the protective film 215 using silicon nitride, in which case the buffer layer 230 can play a more effective role in improving the adhesion.
  • the buffer layer 230 is preferably configured to have an electrically disconnected state from the pad electrode 220. That is, in each pixel area P, in a plan view, the buffer layer 230 may be formed on at least a portion of the periphery of the pad electrode 220 to be spaced apart from the edge of the pad electrode 220.
  • the buffer layer 230 when the buffer layer 230 is formed of an oxide film, the buffer layer 230 has an insulating property, it is not necessary to consider the electrical disconnection state with the pad electrode 220. Therefore, in the case of the buffer layer 230 made of an oxide film, unlike the buffer layer 230 made of a metal material, the buffer layer 230 may be formed to overlap at least part of the pad electrode 220. For example, the buffer layer 230 may have an opening that substantially matches the pad hole 217.
  • the buffer layer 230 may be configured to have an area of about 10% to 90% of the area of the pixel area P.
  • the buffer layer 230 may be formed to surround the pad electrode 220.
  • the buffer layer 230 may be configured as shown in FIGS. 3 to 5. That is, as shown in FIG. 3, the buffer layer 230 may be formed between the pad electrodes 220. As shown in FIG. 4, the buffer layer 230 may be formed to surround the plurality of pad electrodes 220. In addition, as illustrated in FIG. 5, the buffer layer 230 may be formed in a dot pattern between the pad electrodes 220.
  • the buffer layer 230 may be formed in various forms as described above, and the buffer layer 230 may be formed in other forms.
  • a photoconductive layer 240 may be formed for each pixel region P. Referring to FIG.
  • the photoconductive layer 240 generates electron-hole pairs when X-rays are incident.
  • a material that can have excellent charge transfer characteristics, high absorption coefficient, low dark current, and low electron-hole pair generating energy may be used.
  • at least one of a group of photoconductors such as CdTe, CdZnTe, PbO, PbI 2 , HgI 2 , GaAs, Se, TlBr, BiI 3 may be used.
  • the upper electrode 250 may be formed on the substrate 210 on which the photoconductive layer 240 is formed. A bias voltage may be applied to the upper electrode 250.
  • the upper electrode 250 is another electrode constituting the photoelectric conversion element PC, and corresponds to, for example, the second electrode 250.
  • the upper electrode 250 may be formed substantially over the entire surface of the substrate 210.
  • the buffer layer 230 not only improves the adhesion of the substrate of the photoconductive layer 240, but also when the buffer layer 230 is made of a metallic material, concentrates an electric field to leak current. It can also be used to reduce the function.
  • the buffer layer 230 is formed around the first electrode 220, so that the electric field E generated between the second electrode 250 and the first electrode 220 is formed by the buffer layer 230. It can be guided inward.
  • the buffer layer 230 may serve as a guard ring for forming the electric field E.
  • a voltage may be applied to the buffer layer 230 or may have a floating state.
  • an intermediate layer made of a metal material such as Cr may be further formed in terms of improving adhesion between the buffer layer 230 and the passivation layer 215.
  • a buffer layer having excellent adhesion between the substrate and the photoconductive layer is formed between the substrate and the photoconductive layer. Accordingly, the adhesion between the photoconductive layer and the substrate can be effectively improved. Further, when the buffer layer is made of a metal material, the electric field can be concentrated by the buffer layer, so that the leakage current can be reduced.

Abstract

본 발명은 광도전층과 기판의 접착력을 향상시킬 수 있는 방안을 제공하는 데 과제가 있다. 본 발명은 패드전극을 갖는 기판 표면에 형성된 보호막과; 상기 보호막 상에 형성되며, 귀금속물질이나 산화물질로 이루어진 버퍼층과; 상기 버퍼층 상에 형성된 광도전층과; 상기 광도전층 상에 형성된 상부전극을 포함하는 이미지센서를 제공한다.

Description

이미지센서 및 이의 제조방법
본 발명은 이미지센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 광도전층과 기판의 접착력을 향상시킨 이미지센서 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
기존에는, 의료나 공업용 X선 촬영에서 필름과 스크린을 이용한 방식이 사용되었다. 이와 같은 경우에는, 촬영된 필름의 현상 및 보관상의 문제 등에 기인하여 비용 및 시간 측면에서 비효율적이었다.
이를 개선하기 위해, 디지털 방식의 이미지센서가 현재 널리 사용되고 있다. 이미지센서는 간접변환 방식과 직접변환 방식으로 구분될 수 있다.
간접변환 방식은 형광체(scintillator)를 사용하여 X선을 가시광선으로 변환한 후 가시광선을 전기적신호로 변환하게 된다. 반면, 직접변환 방식은 광도전층을 이용하여 X선을 직접 전기적신호로 변환하게 된다. 이러한 직접변환 방식은, 별도의 형광체를 형성할 필요가 없고, 광의 퍼짐 현상 등이 발생하지 않아 고해상도 시스템에 적합한 특징을 갖는다.
직접변환 방식에 사용되는 광도전층은 CMOS 기판 표면 상에 증착되어 형성된다. 그런데, 광도전층은 CMOS 기판 표면의 보호막과 접착력이 좋지 않다. 따라서, 광도전층이 기판 표면으로부터 들뜨게 되는 결함이 발생할 수 있게 된다.
본 발명은 광도전층과 기판의 접착력을 향상시킬 수 있는 방안을 제공하는 데 과제가 있다.
전술한 바와 같은 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 패드전극을 갖는 기판 표면에 형성된 보호막과; 상기 보호막 상에 형성되며, 귀금속물질이나 산화물질로 이루어진 버퍼층과; 상기 버퍼층 상에 형성된 광도전층과; 상기 광도전층 상에 형성된 상부전극을 포함하는 이미지센서를 제공한다.
여기서, 상기 보호막은 상기 패드전극을 노출하는 패드홀을 포함하고, 상기 버퍼층은 상기 패드전극 주변에 형성되고, 상기 패드전극과 전기적으로 단선 상태를 가질 있다. 상기 버퍼층을 이루는 귀금속물질은, Ag, Au, Pt, Pd 중 적어도 하나일 수 있다. 상기 버퍼층을 이루는 산화물질은, Al2O3, TiO2, ZrO2 중 적어도 하나일 수 있다. 상기 버퍼층이 화소영역 내에서 차지하는 면적은, 상기 화소영역이 차지하는 면적의 10% 내지 90%일 수 있다. 상기 광도전층은, CdTe, CdZnTe, PbO, PbI2, HgI2,GaAs, Se, TlBr, BiI3 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 상기 버퍼층은 전압을 인가받거나 플로팅 상태를 가질 수 있다. 상기 기판은 CMOS 기판, 유리기판, 그라파이트 기판 또는 산화알루미늄 베이스에 ITO가 적층된 기판일 수 있다. 상기 보호막과 상기 버퍼층 사이에 Cr로 이루어진 중간층을 포함할 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명은 패드전극을 갖는 기판 표면에 보호막을 형성하는 단계와; 상기 보호막 상에, 귀금속물질이나 산화물질로 이루어진 버퍼층을 형성하는 단계와; 상기 버퍼층 상에 광도전층을 형성하는 단계와; 상기 광도전층 상에 상부전극을 형성하는 단계를 포함하는 이미지센서 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 기판과 광도전층 사이에 기판 및 광도전층과의 접착력이 우수한 버퍼층을 구성하게 된다. 이에 따라, 광도전층과 기판과의 접착력이 효과적으로 향상될 수 있게 된다. 더욱이, 버퍼층에 의해 전계가 집중될 수 있게 되어, 누설전류가 감소될 수 있게 된다.
도 1 및 2는 각각 본 발명의 실시예에 따른 이미지센서를 개략적으로 도시한 평면도 및 단면도.
도 3 내지 5는 본 발명의 실시예에 따른 버퍼층의 형성 형태의 여러 예들을 개략적으로 도시한 평면도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1 및 2는 각각 본 발명의 실시예에 따른 이미지센서를 개략적으로 도시한 평면도 및 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지센서(200)를 사용한 X선 영상장치로서는, 다양한 형태나 용도의 X선 영상장치가 사용될 수 있다. 예를 들면, 맘모그래피(mammography) 장치나, CT 장치 등 다양한 X선 영상장치가 사용될 수 있다.
이미지센서(200)는 피검체를 통과한 X선을 검출하여 이를 전기적 신호로 변환하는 구성에 해당된다. 이미지센서(200)는 평면적으로 사각 형상을 갖게 되는데, 이에 한정되지는 않는다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 이미지센서(200)는 직접변환 방식의 X선 검출소자로서, 입사된 X선을 전기적 신호로 직접 변환하게 된다.
도 1 및 2를 참조하면, 이미지센서(200)에는 매트릭스 형태로 다수의 화소영역(P)이 행라인과 열라인을 따라 배치될 수 있다.
각 화소영역(P)에는 X선을 전기적신호로 변환하는 광전변환소자(PC)가 기판(210) 상에 구성될 수 있다.
여기서, 이미지센서(200)에 사용되는 기판(210)으로서, 예를 들면, CMOS 기판, 유리기판, 그라파이트(graphite) 기판, 산화알루미늄(Al2O3) 베이스에 ITO를 적층한 기판 등이 사용될 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다. 본 발명의 실시예에서는, 설명의 편의를 위해, CMOS 기판을 사용하는 경우를 예로 든다.
기판(210)의 표면에는 보호막(215)이 형성되어 있다. 보호막(215)은 무기절연물질로서, 예를 들면, 산화실리콘(SiO2)이나 질화실리콘(SiNx)으로 형성될 수 있다.
보호막(215)에는, 각 화소영역(P) 마다 패드홀(217)이 형성될 수 있다. 이와 같은 패드홀(217)에는 패드전극(220)이 구성될 수 있다. 이와 같은 패드전극(220)은, 광전변환소자(PC)를 구성하는 일전극으로서, 예를 들면 제1전극(220)에 해당된다.
패드전극(220)이 형성된 기판(210) 상에는, 버퍼층(230)이 형성된다. 버퍼층(230)은 보호막(215)과의 밀착력이 우수한 물질로 이루어질 수 있다. 이와 관련하여 예를 들면, 버퍼층(230)은 도전성을 갖는 금속물질로 이루어질 수 있는데, 특히 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 등을 포함하는 귀금속물질 그룹 중 적어도 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 다른 예로서, 버퍼층(230)은 산화막으로 이루어질 수 있는데, 특히 Al2O3, TiO2, ZrO2으로 구성된 산화물질 그룹 중 적어도 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.
이처럼, 버퍼층(230)을, 보호막(215)과 후속 공정에서 형성되는 광도전층(240) 사이에 구성함으로써, 광도전층(240)의 기판(210)에 대한 접착력을 향상시킬 수 있게 된다.
특히, 광도전층(240)은 질화실리콘을 사용한 보호막(215)과의 접착력이 더욱 좋지 않은데, 이와 같은 경우에 버퍼층(230)은 접착력 향상에 더욱 효과적인 역할을 수행할 수 있게 된다.
버퍼층(230)이 귀금속물질로 이루어진 경우, 해당 버퍼층(230)은 패드전극(220)과 이격되어 전기적으로 단선된 상태를 갖도록 구성되는 것이 바람직하다. 즉, 각 화소영역(P)에 있어, 평면적으로 볼 때, 버퍼층(230)은 패드전극(220)의 가장자리와 이격되도록 패드전극(220) 주변의 적어도 일부에 형성될 수 있다.
한편, 버퍼층(230)이 산화막으로 형성되는 경우에, 해당 버퍼층(230)은 절연 특성을 갖게 되는바, 패드전극(220)과 전기적 단선 상태를 고려할 필요는 없다. 따라서, 산화막으로 이루어진 버퍼층(230)의 경우에는, 금속물질로 이루어진 버퍼층(230)의 경우와 달리, 패드전극(220)과 중첩되어 적어도 일부를 노출하도록 형성될 수도 있다. 일예로, 버퍼층(230)은 패드홀(217)과 실질적으로 일치하는 개구부를 가질 수 있다.
한편, 버퍼층(230)은, 화소영역(P)의 면적 대비 대략 10% 내지 90%의 면적을 갖도록 구성될 수 있다.
버퍼층(230)의 형성 형태와 관련하여 예를 들면, 도 1에 도시한 바와 같이, 패드전극(220)의 주변을 둘러싸도록 형성될 수 있다.
다른 예로서, 도 3 내지 5에 도시한 바와 같은 형태로 버퍼층(230)을 구성할 수도 있다. 즉, 도 3에 도시한 바와 같이, 패드전극(220) 사이에 버퍼층(230)을 형성할 수 있다. 그리고, 도 4에 도시한 바와 같이, 다수의 패드전극(220) 주변을 둘러싸도록 버퍼층(230)을 형성할 수 있다. 또한, 도 5에 도시한 바와 같이, 패드전극(220) 사이에 버퍼층(230)을 도트 패턴 형태로 형성할 수 있다.
전술한 바와 같은 여러 형태로 버퍼층(230)을 형성할 수 있는데, 그 외의 다른 형태로도 버퍼층(230)을 형성할 수도 있다.
버퍼층(230)이 형성된 기판(210) 상에는, 화소영역(P) 마다 광도전층(240)이 형성될 수 있다.
광도전층(240)은 X선이 입사되면 전자-정공 쌍을 발생시키게 된다. 광도전층(240)으로서는, 우수한 전하 이동 특성, 높은 흡수 계수, 낮은 암 전류, 낮은 전자-정공 쌍 발생 에너지의 특성을 가질 수 있는 물질이 사용될 수 있다. 예를 들면, CdTe, CdZnTe, PbO, PbI2, HgI2, GaAs, Se, TlBr, BiI3와 같은 광도전물질 그룹 중 적어도 하나가 사용될 수 있다.
광도전층(240)이 형성된 기판(210) 상에는, 상부전극(250)이 형성될 수 있다. 상부전극(250)에는 바이어스전압이 인가될 수 있다. 상부전극(250)은 광전변환소자(PC)를 구성하는 타전극으로서, 예를 들면 제2전극(250)에 해당된다. 이와 같은 상부전극(250)은 실질적으로 기판(210)의 전면에 걸쳐 형성될 수 있다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 이미지센서(200)에 있어, 버퍼층(230)은 광도전층(240)의 기판 접착 향상 기능뿐만 아니라, 버퍼층(230)이 금속물질로 이루어진 경우에는 전계를 집중시켜 누설전류를 감소시키는 기능 또한 발휘할 수 있게 된다.
이와 관련하여, 버퍼층(230)은 제1전극(220)의 주변에 형성됨으로써, 제2전극(250)과 제1전극(220) 사이에 발생된 전계(E)는, 버퍼층(230)에 의해 내측 방향으로 유도될 수 있게 된다. 이처럼, 버퍼층(230)은 전계(E) 형성에 대한 가드링(guard ring) 역할을 수행할 수 있게 된다.
한편, 이를 위해 버퍼층(230)에는 전압이 인가되거나 플로팅 상태를 가질 수 있다.
한편, 전술한 구성에 있어, 구체적으로 도시하지는 않았지만, 버퍼층(230)과 보호막(215) 사이의 접착력 향상을 위한 측면에서, Cr 등의 금속물질로 이루어진 중간층이 더욱 형성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 기판과 광도전층 사이에 기판 및 광도전층과의 접착력이 우수한 버퍼층을 구성하게 된다. 이에 따라, 광도전층과 기판과의 접착력이 효과적으로 향상될 수 있게 된다. 더욱이, 버퍼층이 금속물질로 이루어진 경우에는, 버퍼층에 의해 전계가 집중될 수 있게 되어, 누설전류가 감소될 수 있게 된다.

Claims (10)

  1. 패드전극을 갖는 기판 표면에 형성된 보호막과;
    상기 보호막 상에 형성되며, 귀금속물질이나 산화물질로 이루어진 버퍼층과;
    상기 버퍼층 상에 형성된 광도전층과;
    상기 광도전층 상에 형성된 상부전극
    을 포함하는 이미지센서.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 보호막은 상기 패드전극을 노출시키는 패드홀을 포함하고, 상기 버퍼층은 상기 패드전극 주변에 형성되고, 상기 패드전극과 전기적으로 단선 상태를 갖는 이미지센서.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 버퍼층을 이루는 귀금속물질은, Ag, Au, Pt, Pd 중 적어도 하나인 이미지센서.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 버퍼층을 이루는 산화물질은, Al2O3, TiO2, ZrO2 중 적어도 하나인 이미지센서.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 버퍼층이 화소영역 내에서 차지하는 면적은, 상기 화소영역이 차지하는 면적의 10% 내지 90%인 이미지센서.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 광도전층은, CdTe, CdZnTe, PbO, PbI2, HgI2, GaAs, Se, TlBr, BiI3중 적어도 하나로 이루어진 이미지센서.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 귀금속물질로 이루어진 버퍼층은 전압을 인가받거나 플로팅 상태를 갖는 이미지센서.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 기판은 CMOS 기판, 유리기판, 그라파이트 기판 또는 산화알루미늄 베이스에 ITO가 적층된 기판인 이미지센서.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 보호막과 상기 버퍼층 사이에 Cr로 이루어진 중간층을 포함하는 이미지센서.
  10. 패드전극을 갖는 기판 표면에 보호막을 형성하는 단계와;
    상기 보호막 상에, 귀금속물질이나 산화물질로 이루어진 버퍼층을 형성하는 단계와;
    상기 버퍼층 상에 광도전층을 형성하는 단계와;
    상기 광도전층 상에 상부전극을 형성하는 단계
    를 포함하는 이미지센서 제조방법.
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