WO2015005660A1 - 이미지센서와 그 제조방법 - Google Patents

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buffer layer
electrode
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photoconductive layer
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김태우
이동진
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주식회사 레이언스
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Definitions

  • the present invention relates to an image sensor, and more particularly, to an image sensor and a method of manufacturing the same, which improve the bonding force of a photoconductive layer to a front electrode.
  • 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.
  • a photoconductive layer using a semiconductor material having a high atomic weight such as CdTe, CdZnTe, PbO, PbI 2 , HgI 2 , GaAs, Se, TlBr, BiI 3, etc. It has been proposed to form.
  • these photoconductive layers do not have good adhesive properties with aluminum, copper (Cu), etc., which are used as the front electrodes, and thus have a problem that the photoconductive layer is lifted up.
  • the present invention has a problem to provide a method for improving the bonding force of the front electrode made of a photoconductive layer and aluminum.
  • the present invention comprises a first electrode made of aluminum, copper or aluminum-copper alloy on the substrate; A buffer layer formed on the first electrode; A photoconductive layer formed on the buffer layer; It includes a second electrode formed on the photoconductive layer, the buffer layer, provides an image sensor made of a material having a superior bonding force with the first electrode than the photoconductive layer.
  • the buffer layer may be made of CdS or ZnTe
  • the photoconductive layer may be made of CdTe, CdZnTe, PbO, PbI 2 , HgI 2 , GaAs, Se, TlBr, or BiI 3 .
  • the buffer layer may have a thickness of about 1um to about 5um.
  • the buffer layer may be formed in at least a portion of the plurality of pixel areas configured in the image sensor.
  • the image sensor may be an image sensor for detecting X-rays.
  • the present invention provides a method for forming a semiconductor device comprising: forming a first electrode of aluminum, copper, or an aluminum-copper alloy on a substrate; Forming a buffer layer on the first electrode; Forming a photoconductive layer on the buffer layer; And forming a second electrode on the photoconductive layer, wherein the buffer layer is formed of a material having a superior bonding force with the first electrode than the photoconductive layer.
  • the buffer layer may be made of CdS or ZnTe
  • the photoconductive layer may be made of CdTe, CdZnTe, PbO, PbI 2 , HgI 2 , GaAs, Se, TlBr, or BiI 3 .
  • the buffer layer may have a thickness of about 1um to about 5um.
  • the buffer layer may be formed in at least a portion of the plurality of pixel areas configured in the image sensor.
  • the image sensor may be an image sensor for detecting X-rays.
  • a buffer layer having a better bonding force with the front electrode than the photoconductor is formed between the photoconductive layer and the front electrode made of aluminum. Accordingly, the bonding force between the photoconductor and the front electrode can be improved.
  • 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.
  • FIG. 3 is a perspective view of region A of FIG. 2;
  • FIG. 1 and 2 are a plan view and a cross-sectional view schematically illustrating an image sensor according to an embodiment of the present invention, respectively, and FIG. 3 is a perspective view showing region A of FIG. 2.
  • 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, a glass substrate, a graphite substrate (graphite) or a substrate in which ITO is laminated on an aluminum oxide (Al 2 O 3 ) base may be used. It is not limited to this.
  • 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.
  • holes 217 may be formed in each pixel region P.
  • the front electrode 220 may be configured in the hole 217.
  • the front electrode 220 may be made of, for example, aluminum (Al), copper (Cu), or an aluminum-copper alloy.
  • the front electrode 220 is one electrode constituting the photoelectric conversion element PC, and corresponds to, for example, a first electrode.
  • the buffer layer 230 is formed on the substrate 210 on which the front electrode 220 is formed.
  • the buffer layer 230 may be made of, for example, CdS or ZnTe.
  • the buffer layer 230 is preferably formed to have a thickness of about 1um to 5um.
  • the buffer layer 230 may be formed in units of pixel areas P, and may be formed in at least some of the plurality of pixel areas P constituting the image sensor 200, but is not limited thereto. .
  • the buffer layer 230 may be deposited by various methods.
  • the buffer layer 230 may be formed by a method such as vacuum deposition, sputtering, chemical vapor deposition, pyrolysis, or chemical bath deposition (CBD).
  • the buffer layer 230 is interposed between the photoconductive layer 240 and the front electrode 220 thereon, and serves to improve the bonding force between the photoelectric layer 240 and the front electrode 220.
  • a photoconductive layer 240 such as Cd (Zn) Te
  • the buffer layer 230 having excellent bonding strength with the front electrode 220 is formed between the photoconductive layer 240 and the front electrode 220, thereby improving adhesion to the front electrode 220 of the photoconductive layer 240. You can do it.
  • the photoconductive layer 240 may be formed by depositing a semiconductor material having a high atomic weight as described above on the buffer layer 230. When X-rays are incident on the photoconductive layer 240, electron-hole pairs are generated, and thus an electrical signal can be generated.
  • the photoconductive layer 240 may be deposited by various methods, for example, sputtering, vacuum deposition, electroplating, spraying, screen printing, MOCVD, near-sublimation, VTD (Vapor Transport Deposition), and the like. It can be formed through the method.
  • a back electrode 250 functioning as a second electrode of the photoelectric conversion element PC may be formed on the photoconductive layer 240.
  • the back electrode 250 may be formed of a metal material, for example, gold (Au), but is not limited thereto.
  • the rear electrode 250 may be configured in the form of a layer or dot electrode on the front surface, but is not limited thereto.
  • the bonding force with the front electrode is superior to the photoconductor between the photoconductive layer made of a semiconductor material having a high atomic weight such as Cd (Zn) Te and the front electrode made of aluminum or the like.
  • the buffer layer is formed. Accordingly, the bonding force between the photoconductor and the front electrode can be improved.
  • the image sensor having the buffer layer is mainly described, but the structure may be applied to other photoelectric conversion devices such as solar cells.

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Abstract

본 발명은 광도전층과 알루미늄 등으로 이루어진 전면전극의 접합력을 개선할 수 있는 방안을 제공하는 데 과제가 있다. 본 발명은 기판 상에 알루미늄, 구리 또는 알루미늄-구리 합금으로 이루어진 제1전극과; 상기 제1전극 상에 형성된 버퍼층과; 상기 버퍼층 상에 형성된 광도전층과; 상기 광도전층 상에 형성된 제2전극을 포함하고, 상기 버퍼층은, 상기 광도전층에 비해, 상기 제1전극과의 접합력이 보다 좋은 물질로 이루어진 이미지센서를 제공한다.

Description

이미지센서와 그 제조방법
본 발명은 이미지센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 전면전극에 대한 광도전층의 접합력을 향상시킨 이미지센서와 그 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 광도전층으로서 여러 물질이 사용되는데, 최근에는 CdTe, CdZnTe, PbO, PbI2, HgI2, GaAs, Se, TlBr, BiI3 등의 높은 원자량을 갖는 반도체 물질을 사용하여 광도전층을 형성하는 것이 제안되었다. 그런데, 이들 광도전층은 전면전극으로 사용되는 알루미늄이나 구리(Cu) 등과의 접착 특성이 좋지 않아, 광도전층이 들뜨게 되는 문제를 갖게 된다.
본 발명은 광도전층과 알루미늄 등으로 이루어진 전면전극의 접합력을 개선할 수 있는 방안을 제공하는 데 과제가 있다.
전술한 바와 같은 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 기판 상에 알루미늄, 구리 또는 알루미늄-구리 합금으로 이루어진 제1전극과; 상기 제1전극 상에 형성된 버퍼층과; 상기 버퍼층 상에 형성된 광도전층과; 상기 광도전층 상에 형성된 제2전극을 포함하고, 상기 버퍼층은, 상기 광도전층에 비해, 상기 제1전극과의 접합력이 우수한 물질로 이루어진 이미지센서를 제공한다.
여기서, 상기 버퍼층은 CdS나 ZnTe로 이루어지고, 상기 광도전층은 CdTe, CdZnTe, PbO, PbI2, HgI2, GaAs, Se, TlBr 또는 BiI3로 이루어질 수 있다. 상기 버퍼층은 1um 내지 5um의 두께를 가질 수 있다. 상기 버퍼층은, 상기 이미지센서에 구성된 다수의 화소영역 중 적어도 일부에 형성될 수 있다. 상기 이미지센서는 X선 검출용 이미지센서일 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명은 기판 상에 알루미늄, 구리 또는 알루미늄-구리 합금으로 이루어진 제1전극을 형성하는 단계와; 상기 제1전극 상에 버퍼층을 형성하는 단계와; 상기 버퍼층 상에 광도전층을 형성하는 단계와; 상기 광도전층 상에 제2전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 버퍼층은, 상기 광도전층에 비해, 상기 제1전극과의 접합력이 우수한 물질로 이루어진 이미지센서 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 버퍼층은 CdS나 ZnTe로 이루어지고, 상기 광도전층은 CdTe, CdZnTe, PbO, PbI2, HgI2, GaAs, Se, TlBr 또는 BiI3로 이루어질 수 있다. 상기 버퍼층은 1um 내지 5um의 두께를 가질 수 있다. 상기 버퍼층은, 상기 이미지센서에 구성된 다수의 화소영역 중 적어도 일부에 형성될 수 있다. 상기 이미지센서는 X선 검출용 이미지센서일 수 있다.
본 발명에 따르면, 광도전층과 알루미늄 등으로 이루어진 전면전극 사이에, 전면전극과의 접합력이 광도전체보다 우수한 버퍼층을 형성하게 된다. 이에 따라, 광도전체와 전면전극의 접합력이 개선될 수 있게 된다.
도 1 및 2는 각각 본 발명의 실시예에 따른 이미지센서를 개략적으로 도시한 평면도 및 단면도.
도 3은 도 2의 A 영역을 도시한 사시도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1 및 2는 각각 본 발명의 실시예에 따른 이미지센서를 개략적으로 도시한 평면도 및 단면도이고, 도 3은 도 2의 A 영역을 도시한 사시도이다.
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 내지 3을 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, 유리기판, 그라파이트(graphite) 기판 또는 산화알루미늄(Al2O3) 베이스에 ITO가 적층된 기판이 사용될 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다.
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 홀(217)이 형성될 수 있다. 이와 같은 홀(217)에는 전면전극(220)이 구성될 수 있다. 전면전극(220)은, 예를 들면, 알루미늄(Al), 구리(Cu) 또는 알루미늄-구리 합금으로 이루어질 수 있다.
전면전극(220)은 광전변환소자(PC)를 구성하는 일전극으로서 예를 들면 제1전극에 해당된다.
전면전극(220)이 형성된 기판(210) 상에는 버퍼층(230)이 형성된다. 버퍼층(230)은, 예를 들면, CdS나 ZnTe로 이루어질 수 있다. 버퍼층(230)은 대략 1um 내지 5um의 두께를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 버퍼층(230)은 화소영역(P) 단위로 개별적으로 형성될 수 있으며, 이미지센서(200)를 구성하는 다수의 화소영역(P) 중 적어도 일부에 형성될 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다.
이와 같은 버퍼층(230)은 여러 가지 방법으로 증착될 수 있는데, 예를 들면, 진공증착법, 스퍼터링법, 화학기상증착법, 열분해법, CBD(Chemical Bath Deposition)법과 같은 방법을 통해 형성될 수 있다.
버퍼층(230)은, 그 상부의 광도전층(240)과 전면전극(220) 사이에 개재되어, 광전층(240)과 전면전극(220) 사이의 접합력을 향상시키는 기능을 하게 된다.
즉, CdTe, CdZnTe, PbO, PbI2, HgI2, GaAs, Se, TlBr, BiI3 등의 높은 원자량을 갖는 반도체 물질로 이루어진 광도전층(240), 특히 Cd(Zn)Te 등의 광도전층(240)은 알루미늄 등으로 이루어진 전면전극(220)과의 접합력이 좋지 않다. 이에 따라, 전면전극(220)과 접합력이 우수한 버퍼층(230)을, 광도전층(240)과 전면전극(220) 사이에 구성함으로써, 광도전층(240)의 전면전극(220)에 대한 밀착력을 향상시킬 수 있게 된다.
광도전층(240)은, 버퍼층(230) 상에 전술한 바와 같은 높은 원자량을 갖는 반도체 물질을 증착함으로써 형성될 수 있다. 광도전층(240)에 X선이 입사되면 전자-정공 쌍이 발생하여, 전기적신호가 생성될 수 있게 된다.
광도전층(240)은 여러 가지 방법으로 증착될 수 있는데, 예를 들면, 스퍼터링법, 진공증착법, 전기도금법, 스프레이법, 스크린 프린팅법, MOCVD법, 근접승화법, VTD(Vapor Transport Deposition)법과 같은 방법을 통해 형성될 수 있다.
광도전층(240) 상에는 광전변환소자(PC)의 제2전극으로서 기능하는 후면전극(250)이 형성될 수 있다. 후면전극(250)은 금속물질로서, 예를 들면, 금(Au)으로 이루어질 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다. 이와 같은 후면전극(250)은 전면의 레이어(layer) 또는 도트(dot) 전극 형태로 구성될 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, Cd(Zn)Te 등의 높은 원자량을 갖는 반도체 물질로 이루어진 광도전층과 알루미늄 등으로 이루어진 전면전극 사이에, 전면전극과의 접합력이 광도전체보다 우수한 버퍼층을 형성하게 된다. 이에 따라, 광도전체와 전면전극의 접합력이 개선될 수 있게 된다.
한편, 전술한 바에서는 버퍼층을 구비한 이미지센서에 대해 주로 설명하였으나, 해당 구조는 태양전지 등과 같은 여타의 광전변화장치에 적용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 기판 상에 알루미늄, 구리 또는 알루미늄-구리 합금으로 이루어진 제1전극과;
    상기 제1전극 상에 형성된 버퍼층과;
    상기 버퍼층 상에 형성된 광도전층과;
    상기 광도전층 상에 형성된 제2전극을 포함하고,
    상기 버퍼층은, 상기 광도전층에 비해, 상기 제1전극과의 접합력이 보다 좋은 물질로 이루어진
    이미지센서.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 버퍼층은 CdS나 ZnTe로 이루어지고, 상기 광도전층은 CdTe, CdZnTe, PbO, PbI2, HgI2, GaAs, Se, TlBr 또는 BiI3로 이루어진 이미지센서.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 버퍼층은 1um 내지 5um의 두께를 갖는 이미지센서.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 버퍼층은, 상기 이미지센서에 구성된 다수의 화소영역 중 적어도 일부에 형성되는 이미지센서.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 이미지센서는 X선 검출용 이미지센서인 이미지센서.
  6. 기판 상에 알루미늄, 구리 또는 알루미늄-구리 합금으로 이루어진 제1전극을 형성하는 단계와;
    상기 제1전극 상에 버퍼층을 형성하는 단계와;
    상기 버퍼층 상에 광도전층을 형성하는 단계와;
    상기 광도전층 상에 제2전극을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 버퍼층은, 상기 광도전층에 비해, 상기 제1전극과의 접합력이 보다 좋은 물질로 이루어진
    이미지센서 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 버퍼층은 CdS나 ZnTe로 이루어지고, 상기 광도전층은 CdTe, CdZnTe, PbO, PbI2, HgI2, GaAs, Se, TlBr 또는 BiI3로 이루어진 이미지센서 제조방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 버퍼층은 1um 내지 5um의 두께를 갖는 이미지센서 제조방법.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 버퍼층은, 상기 이미지센서에 구성된 다수의 화소영역 중 적어도 일부에 형성되는 이미지센서 제조방법.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 이미지센서는 X선 검출용 이미지센서인 이미지센서 제조방법.
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