JP2010530633A - 単位ピクセル間のクロストークを防止するピクセルアレイ及びこのピクセルを用いたイメージセンサー - Google Patents

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Abstract

本発明は、3次元構造を有するピクセルアレイ、及び該ピクセルアレイを有するイメージセンサーを提供する。前記3次元構造を有するピクセルアレイは、第1ウエハ及び第2ウエハの上に、フォトダイオード、伝達トランジスター、リセットトランジスター、変換トランジスター及び選択トランジスターが分割して形成され、前記第1ウエハ及び前記第2ウエハに形成されたチップが、ダイソーティング後に、上下方向に連結された3次元構造を有する。前記第1ウエハには、入射される映像信号に対応する電荷生成する複数のフォトダイオード、前記複数のフォトダイオードで生成した電荷をフローティング拡散領域に伝達する複数の伝達トランジスター、前記フォトダイオードの一つ及び前記一つのフォトダイオードと連結された一つの伝達トランジスターを取り囲む複数のSTI、前記複数のSTIの下部からウエハの下部面に至る第1スーパーコンタクト、及び前記複数のSTI及び第1スーパーコンタクトの一部を貫通する第2スーパーコンタクトを含む。前記フローティング拡散領域に蓄積された電荷は前記第2スーパーコンタクトを通じて第2ウエハに伝達する。

Description

本発明は、ピクセルアレイ及びイメージセンサーに関するものであり、特に、3次元構造を有するピクセルアレイ及びこのピクセルアレイを具備するイメージセンサーに関するものである。
一般に、イメージセンサーは製造収率(yield)が一般的な他の製品などに比べて顕著に低い製品として知られている。例えば、イメージセンサーの性能を示す電気的な特性のうちで暗い所で本来のイメージを再現する特性である暗(dark)特性をより向上させるためには、最適の回路だけではなく、特殊な工程の適用も要求される。
イメージセンサーの暗特性を向上させるために標準の半導体工程に特殊な工程を導入する場合、イメージセンサーの暗特性は向上されることができる。しかしながら、単位部品、特にトランジスターの電気的特性を変化させるため、むしろイメージセンサーの全体的な性能は劣化されることがある。したがって、特殊な工程を標準工程に単純に挿入することは問題が発生することがある。
図1は、従来のイメージセンサーの平面構造を示す。
図1を参照すると、イメージセンサーは、フォトダイオード及びフォトダイオードで検出した映像信号を電気信号に変換する映像信号変換回路で構成されるピクセルアレイ(Pixel Array)、フォトダイオードの位置を認識するアドレシング(Addressing)部、アナログ信号をデジタル信号に変換させるADC部、そして微細信号を増幅させるAMP(増幅)部を含む。
図1を参照すると、従来のイメージセンサーは、標準半導体工程を適用して製造され、イメージセンサーの特性を形成するピクセルアレイとその以外の機能ブロック(アドレシング部、ADC部、AMP部など)とが一つのウエハ上に形成される。よって、前述したように、暗特性を向上させるために加えられた特殊な工程を含む標準半導体工程を通じて生産したイメージセンサーの場合、各種部品の特性が変わることによって収率が低くなる。
イメージセンサーの暗特性に影響を与えるものとして判断されていることは、エッチング(etching)時のプラズマ(plasma)による衝撃の程度、この衝撃を緩和させるための十分な熱処理の存在、そして、工程進行中に発生可能な各種金属性汚染などである。このような問題点の改善のために、前記の標準半導体製造工程に特殊な工程の導入が要求される。
図2は、3次元構造を有する従来のイメージセンサーを示す。
図2を参照すると、3次元構造を有するイメージセンサーは、一つのウエハにピクセルアレイ(Pixel Array)が形成され、他の一つのウエハに残りの機能ブロックが形成される。これら2個のお互いに異なるウエハで製造されたチップをダイソーティング(Die Sorting)した後、これらを2層構造に結合して使用する。
すなわち、標準半導体工程を使っても良い機能ブロックが形成されるウエハと暗特性の向上のために特殊工程をさらに使おうとする機能ブロックが形成されるウエハを区別して製造することで、従来のように一つのウエハにすべての機能ブロックを形成させる時の短所を改善することができる。
図2には示さなかったが、ピクセルアレイは複数の単位ピクセルが、2次元的に配列されている。それぞれの単位ピクセルは、単位フォトダイオード及び映像信号によって生成された前記フォトダイオードで生成された電荷を電気信号に変換する単位映像信号変換回路を具備する。フォトダイオードは、入射される映像信号に対応する電荷を生成するが、前記フォトダイオードの面積が広ければ広いほど、入射する映像信号に対応して生成される電荷の変化の幅が広くなるようになる。したがって、フォトダイオードの面積が広ければ広いほど、イメージセンサーの、映像信号を電気信号に変換する能力が向上する。
したがって、一つのウエハ(wafer)に具現されたピクセルアレイを2枚のウエハに分けて具現する方法が提案された。
図3は、3次元構造を有するピクセルアレイを構成するピクセル回路を示す。
図3を参照すると、ピクセル回路は、一つのフォトダイオード及び前記フォトダイオードで検出した映像信号を電気信号に変換する映像信号変換回路を具備する。前記映像信号変換回路は、伝達トランジスター(Tx)、リセットトランジスター(Rx)、変換トランジスター(Fx)、及び選択トランジスター(Sx)を具備する。
3次元構造を有するピクセルアレイの場合、一つのウエハにはフォトダイオード(PD)及び伝達トランジスター(Tx)が形成され(点線の左側部分)、残り3個のトランジスター(Rx、Fx、Sx)は他の一つのウエハに形成される(点線の右側部分)。前記のように一つのウエハに形成されたフォトダイオードで検出された映像信号は、伝達トランジスター(Tx)を経て他の一つのウエハに形成されたリセットトランジスター(Rx)の一端子及び変換トランジスター(Fx)のゲート端子に伝達される。
前記のように2個のウエハに分けてピクセル回路を形成した場合、一つのウエハで検出された映像信号に対応した電荷を、歪曲されることなしに他の一つのウエハに伝達しなければならない課題が発生する。
また、フォトダイオードの面積が相対的に広くなることによって、隣り合うフォトダイオードに流入されなければならない映像信号が誤って流入し、隣りのフォトダイオードで検出される映像信号に対応する電荷が誤って流入する場合がある。それゆえに、このような単位ピクセルの間のクロストーク(信号干渉:crosstalk)を防止しなければならない課題も発生する。
本発明は、単位ピクセルの間のクロストークと、一つのウエハから他のウエハに伝達される電荷の歪曲を防止できる3次元構造を有するピクセルアレイを提供する。
本発明は、また、単位ピクセルの間のクロストークと、一つのウエハから他のウエハに伝達される電荷の歪曲を防止できる3次元構造を有するピクセルアレイを含むイメージセンサーを提供する。
本発明の一の形態では、3次元構造を有するピクセルアレイは、フォトダイオード、伝達トランジスター、リセットトランジスター、変換トランジスター及び選択トランジスターを第1ウエハ及び第2ウエハに分割して形成して、前記第1ウエハ及び前記第2ウエハに形成されたチップを上下方向(垂直方向)に連結する。前記第1ウエハには、入射される映像信号に対応する電荷を生成させる複数のフォトダイオード、前記複数のフォトダイオードで生成された電荷をフローティング拡散領域にそれぞれ伝達する複数の伝達トランジスター、前記複数のフォトダイオードのうちで一つのフォトダイオード及び前記一つのフォトダイオードと連結された一つの伝達トランジスターを取り囲む複数のSTI、前記複数のSTIの下部からウエハの下部面に至る第1スーパーコンタクト(a first super contact)、及び前記複数のSTI及び第1スーパーコンタクトの一部領域を貫通する第2スーパーコンタクト(a second super contact)を具備して、前記フローティング拡散領域に蓄積された電荷は前記第2スーパーコンタクトを通って第2ウエハに伝達する。
本発明の他の形態では、イメージセンサーは、ピクセルアレイ、複数のカラーフィルター、及び複数のマイクロレンズを含む。
前記ピクセルアレイは、第1ウエハ及び第2ウエハにフォトダイオード、伝達トランジスター、リセットトランジスター、変換トランジスター及び選択トランジスターを分割して形成し、前記第1ウエハ及び前記第2ウエハをダイソーティングして得たチップを上下方向で連結して使用する3次元構造を有する。前記複数のカラーフィルターは、前記ピクセルアレイの上部に設置される。前記複数のマイクロレンズは前記複数のカラーフィルターの上部に設置される。
前記第1ウエハは、入射される映像信号に対応する電荷を生成させる複数のフォトダイオード、前記複数のフォトダイオードで生成された電荷をフローティング拡散領域に伝達する複数の伝達トランジスター、前記複数のフォトダイオードのうちで一つのフォトダイオード及び前記一つのフォトダイオードと連結された一つの伝達トランジスターを取り囲む複数のSTI、前記複数のSTIの下部からウエハの下部面に至る第1スーパーコンタクト及び前記複数のSTI及び第1スーパーコンタクトの一部領域を貫通する第2スーパーコンタクトを具備する。前記第2ウエハは、前記第2スーパーコンタクトを通じて伝達した電荷を電気信号に変換する複数の前記リセットトランジスター、複数の前記変換トランジスター、及び複数の前記選択トランジスターを具備する。
従来のイメージセンサーの平面構造を示す。 3次元構造を有する従来のイメージセンサーを示す。 3次元構造を有するピクセルアレイを構成するピクセル回路を示す。 本発明にかかる3次元構造を有するピクセルアレイのうちでフォトダイオード及び伝達トランジスターを具現した第1ウエハの断面を示す。 本発明にかかる3次元構造を有するピクセルアレイのうちでフォトダイオード及び伝達トランジスターを除いた残りの素子を具現した第2ウエハの断面を示す。 本発明にかかる3次元構造を有するピクセルアレイを具備するイメージセンサーの製造過程を示す。 図4に示されたフォトダイオード、伝達トランジスター及びSTIの平面図を示す。 図4に示されたフォトダイオード及び伝達トランジスターの製造過程のうちでスーパーコンタクトが生成される以前を示す。 図8の過程後の、形成されたスーパーコンタクトを示す。 本発明にかかるピクセルアレイが単位ピクセルの間のクロストークを防止するメカニズム(Mechanism)を示す。 本発明にかかるピクセルアレイを使用するイメージセンサーの断面図である。 本発明にかかる3次元構造を有するピクセルアレイの他の具体例である。
以下では、本発明について、添付の図面を参照して詳しく説明する。
図4は、本発明にかかる3次元構造を有するピクセルアレイのうちでフォトダイオード及び伝達トランジスターを形成した第1ウエハの断面を示す。
図4を参照すると、フォトダイオード14及び伝達トランジスター(Tx)は、STI(Shallow Trench Insulator)で取り囲まれた領域の内部に設置される。STIの下側には第1スーパーコンタクト30が形成される。前記第1スーパーコンタクト30は、単位ピクセルの間のクロストークを防止するために設置される。STIと同様に、前記フォトダイオード14及び伝達トランジスター(Tx)が形成された領域を取り囲むようになるので、第1スーパーコンテック環30と呼ぶこともできる。前記第1スーパーコンタクト30は、前記STIから第1ウエハの下部まで貫通して絶縁材料で満たされる。場合によってはSTIと同一の絶縁材料で満たされることも可能である。前記第1スーパーコンタクト30の領域には、第2スーパーコンタクト1が形成される。前記第2スーパーコンタクト16は、フローティング拡散領域(FD)15に蓄積された電荷がメタルライン(M1)を経由して第2ウエハに伝達する電荷伝達通路16になる。前記第2スーパーコンタクト、言い換えれば、前記電荷伝達通路16は、第1ウエハの下面まで貫通する。前記電荷伝達通路16の端部には後述する第2ウエハと結合時に緩衝役割をするマイクロバンパー17が設置される。図4に示されたPNダイオードのN領域は接地(GND)されている。
図4に示されたフォトダイオード、伝達トランジスター、STI及びスーパーコンタクトについて、この後、さらに詳しく説明する。
図5は、本発明にかかる3次元構造を有するピクセルアレイのうちで、フォトダイオード及び伝達トランジスターを除いた残りの素子を形成した第2ウエハの断面を示す。
図5を参照すると、第2ウエハにはリセットトランジスター(Rx)、変換トランジスター(Fx)及び選択トランジスター(Sx)が設置される。図5の上部の導体18は、図4に示されたバンパー17に接合される。したがって、第1ウエハのフローティング拡散領域(FD)15に蓄積された電荷は、電荷伝達通路16、バンパー17及び導体18を経由してリセットトランジスター(Rx)の一端子及び変換トランジスター(Fx)のゲート端子にそれぞれ伝達する。
以下では、図4及び図5に示された2個のウエハを実際に作製する過程に対して説明する。一般に、イメージセンサーは、ピクセルアレイの上部にカラーフィルター及びマイクロレンズを積層させることで具現する。したがって、イメージセンサーを具現するためには先ずピクセルアレイを製造しなければならないであろう。以下では、2つのウエハとピクセルアレイを作製する方法について説明されている。
図6は、本発明にかかる3次元構造を有するピクセルアレイを具備するイメージセンサーの製造過程を示す。
図6を参照すると、前記イメージセンサーの製造過程600は、
-フォトダイオード及び伝達トランジスターを有する第1ウエハを形成する工程(S110)、
-第1ウエハの裏面を研磨する工程(S120)、
-第1ウエハを貫通する第1スーパーコンタクトを形成する工程(S130)、
-第1スーパーコンタクトの片面にマイクロバンパーを形成する工程(S140)、
-ピクセル回路のうちでフォトダイオード及び伝達トランジスターを除いた残りのトランジスターを有する第2ウエハを形成する工程(S150)、
-前記第1ウエハと前記第2ウエハを上下に配置するウエハ配置工程(S160)、
-前記第1ウエハの電極と、前記第1ウエハの電極に対応する前記第2ウエハの電極とを結合させるウエハ接着工程(S170)、及び
-前記第1ウエハの上部にカラーフィルターを形成させる工程(S180)を具備する。
場合によっては、第1スーパーコンタクトを形成する工程(S130)と、マイクロバンパーを形成する工程(S140)との間に、第2スーパーコンタクトを形成する工程(S135)を追加することができる。また、第2ウエハを形成する工程(S150)と、ウエハ配列工程(S160)との間に、第2ウエハの裏面を研磨する工程(S155)を追加することができる。
前記の各工程をより具体的に説明する。
第1ウエハ形成工程(S110)では、半導体工程を使って第1ウエハの表面にフォトダイオード14、伝送トランジスター(Tx)、フローティング拡散領域(FD)及びメタルライン(M1)が形成される。
この時、第1ウエハに適用される工程は、センサーの暗特性及び感度を向上させ、使用者の要求を満たすための特定の工程が適用されても良い。
第1ウエハの裏面研磨工程(S120)では、研磨(Grinding)工程あるいはCMP(Chemical Mechanical Polishing、化学・機械的平坦化)工程を通じて第1ウエハの厚さが30μm以下になるように裏面(back side)を研磨した後、蝕刻(Etch)工程を利用して、研磨された表面を処理する。この時、特定用途や状況によって第1ウエハの表面に硝子や他のシリコンウエハを接合させて、第1ウエハ裏面研磨工程(S120)を進行することができる。
第1スーパーコンタクト形成工程(S130)では、ウエハ接着のために、埋め込みインタコネクション(Buried Interconnection)工程、あるいはスーパーコンタクト(Super Contact)工程が基本的に行われる。研磨された第1ウエハ裏面に、整列キー(Align Key)を利用して、写真蝕刻及びタングステンプラグ(W-PLUG)によって前記第1ウエハ裏面に第1スーパーコンタクトが形成される。
場合によっては、イメージセンサーの暗特性を向上させるために、第1スーパーコンタクト形成工程(S130)以後に、第1ウエハ裏面に窒化膜(SiN)を蒸着するか、または窒化膜と酸化膜(SiO)二重層を蒸着し、その後、フォトダイオードの周辺に沿ってCMP工程によって第2スーパーコンタクトが追加的に形成(S135)されることができる。
マイクロバンパー形成工程(S140)では、第1スーパーコンタクト形成工程(S130)で形成された第1スーパーコンタクト表面に、マイクロバンパー工程を通じてマイクロバンパーが形成される。
第2ウエハ形成工程(S150)では、半導体工程を利用して第2ウエハ表面にリセットトランジスター(Rx)、変換トランジスター(Fx)及び選択トランジスター(Sx)が形成される。場合によって、第2ウエハの裏面を研磨する工程(S155)を追加することもできる。
ウエハ配列工程(S160)では、前記第1ウエハのマイクロバンパー17部分と第2ウエハの導体18とがお互いに結合されるように、第1ウエハ及び第2ウエハが上下方向(垂直方向)に配置させる。第1ウエハ及び第2ウエハを上下方向に配置する方法は、赤外線(Infrared Ray)透過、蝕刻及びレーザーパンチング(laser punching)などを通じて第1ウエハの特定部位を貫通させて、光学的に上下方向に配置する。このうちで赤外線(IR)透過はウエハに穴を空けないで配置することができるし、蝕刻及びレーザーパンチング方法はウエハに穴を空けて光学的パターン認識を通じて上下方向に配置される。
ウエハ接着工程(S170)では、第1ウエハマイクロバンパー17部分と第2ウエハ導体18が接着される。
カラー形成工程(S180)では、第1ウエハ上にカラーフィルター及びマイクロレンズを順に積層させる。
第1ウエハ形成工程(S110)では、エピタキシャル方式で成長させた(epitaxially grown)ウエハに、0.18μmまたは90nmプロセス技術を適用できるし、第2ウエハ形成工程(S150)ではシリコンウエハに0.25μmまたは0.35μmプロセス技術を適用できる。
ここで本発明で提案する特殊な工程は、まさに第1スーパーコンタクト及び第2スーパーコンタクト工程である。以下では、前記第1スーパーコンタクト及び第2スーパーコンタクトがどのように使われるかに対して説明する。
図7は、図4に示されたフォトダイオード、伝達トランジスター及びSTIの平面図を示す。
図7を参照すると、四角形のフォトダイオード(Photo Diode)の一つの角には伝達トランジスター(Tx)が形成されて、フローティング拡散領域(FD、図示せず)の上部にはメタルライン(M1)が形成される。フォトダイオード及び伝達トランジスターは、STIで取り囲まれている。図7にはSTIが前記単位ピクセル領域の四面をすべて取り囲んでいるように示されているが、表面の一部または全部が開放されることもできる。
図8は、図4に示されたフォトダイオード及び伝達トランジスターの製造過程のうちでスーパーコンタクトが生成される以前を示す。
図8は、図7に示されたA-Bラインに沿ったフォトダイオード及び伝達トランジスターの断面を示して、STIにスーパーコンタクトがまだ形成される以前の状態である。図8を参照すると、映像信号によってSTIで取り囲まれた任意の単位ピクセルで生成された電荷(e)が、前記STIを越して隣り合う単位ピクセルに伝達することができる。この場合、単位ピクセル間のクロストークが発生するようになる。このような単位ピクセルの間のクロストークを防止するために、第1スーパーコンタクトを形成させることが本発明の核心アイディアのうちの一つである。PNダイオードのN領域は接地(GND)されている。
図9は、図8の過程後の、スーパーコンタクトが生成された直後を示す。
第1スーパーコンタクト30は、図8に示されたSTIの下部側にウエハの端の部分まで形成される。図9は図8に示されたウエハの上下を反対にしたものである。この時、第1スーパーコンタクトの一定部分、すなわちフローティング拡散領域の上部に形成させたメタル(M1)と重畳される一定部分には、第2スーパーコンタクト16が形成されて、前記第2スーパーコンタクト16には前記メタル(M1)と同一な導電性材料であるか、または他の導電性材料で満たされる。前記第2スーパーコンタクト16は、電荷伝達通路16として使われる。
従来の場合、電荷伝達通路16として、フォトダイオードの一部領域に設置されたビアコンタクト(Via Contact)を形成させて使ったために、フォトダイオードの面積を減少させる理由になった。しかし、本発明にかかるピクセルアレイの場合、前記第1スーパーコンタクト30の一部領域に設置することによって、フォトダイオードの面積が相対的に増加するようになる。したがって、フォトダイオードの面積が増加したピクセルアレイを使用するイメージセンサーの場合、暗特性が向上することは明らかである。
図9を参照すると、第2スーパーコンタクト16が形成される所はBで表示されているし、図8を参照するとこれは伝達トランジスター(Tx)に隣接したフローティング拡散領域の辺りということを分かる。
図10は、本発明にかかるピクセルアレイの断面図である。
図10を参照すると、ピクセルアレイは、フォトダイオード及び伝達トランジスターが具現された第1ウエハソーティングしたチップを、映像信号変換回路のうちで伝達トランジスターを除いた他のトランジスターを具現した第2ウエハソーティングしたチップの上部に積層させることで具現することができる。この時、2個のチップが導体電極を通じて電気的にお互いに連結される。
図11は、本発明にかかるピクセルアレイを使用するイメージセンサーの断面図である。
図11を参照すると、本発明によるイメージセンサーは図10に示した本発明によるピクセルアレイの上部、すなわち、第1ウエハダイソーティングして得たチップの上部にカラーフィルター及びマイクロレンズを積層させることで具現される。
前記の説明は、第1ウエハに具現された単位フォトダイオード及び伝達トランジスターと、第2ウエハに具現されたこれに対応されるリセットトランジスター、変換トランジスター及び選択トランジスターに対して説明した。しかし、本発明にかかる3次元構造を有するピクセルアレイ及びイメージセンサーは、第2ウエハに具現されたリセットトランジスター、変換トランジスター及び選択トランジスターが、第1ウエハに具現された少なくとも2個のフォトダイオード及びこれに対応される2個の伝達トランジスターを共有して使用する構造の場合にも適用できる。
図12は、本発明にかかる3次元構造を有するピクセルアレイの他の具体例である。
図12を参照すると、第1ウエハに具現された2個のフォトダイオード(PD0、PD1)とこれらにそれぞれ連結された2個の伝達トランジスター(Tx0、Tx1)が、第2ウエハに具現された一つのリセットトランジスター(Rx)、一つの変換トランジスター(Fx)及び一つの選択トランジスター(Sx)を共通で使用する場合を示す。
この場合、第2ウエハに具現しなければならないトランジスターの個数が減少するために、第2ウエハには他の機能ブロックを追加で設置することができる余力が生ずるようになる長所がある。
本発明では、3次元構造を有するピクセルアレイ及び前記ピクセルアレイを具備するイメージセンサーは、多様な消費者の要求に対して全体チップ面積の増加なしに対応が可能であり、イメージセンサーの暗特性を向上させることができる特別な工程に、容易に適用できることにより、高性能な製品の製造が容易に製造できる。また、本発明では、フォトダイオード及び伝達トランジスターを具現しようとする第1ウエハと、前記伝達トランジスターを通じて検出された映像電荷を電気信号に変換するトランジスターを具現しようとする第2ウエハにそれぞれ最適の工程を適用させることができる。

Claims (7)

  1. 第1ウエハ及び第2ウエハの上に、フォトダイオード、伝達トランジスター、リセットトランジスター、変換トランジスター、及び選択トランジスターを分割して形成し、前記第1ウエハ及び前記第2ウエハの上のチップを上下方向に連結した3次元構造を有するピクセルアレイにおいて、
    前記第1ウエハは、
    入射される映像信号に対応して電荷を生成する複数のフォトダイオードと、
    前記複数のフォトダイオードで生成された電荷をフローティング拡散領域に伝達する複数の伝達トランジスターと、
    前記フォトダイオードの一つ及び前記一つのフォトダイオードと連結された一つの伝達トランジスターを取り囲む複数のSTIと、
    前記複数のSTIの下部からウエハの下部面に至る第1スーパーコンタクトと、
    前記複数のSTI及び第1スーパーコンタクトの一部を貫通する第2スーパーコンタクトとを含み、
    前記フローティング拡散領域に蓄積された電荷は、前記第2スーパーコンタクトを通って第2ウエハに伝達されることを特徴とする3次元構造を有するピクセルアレイ。
  2. 前記第1スーパーコンタクトは、絶縁材料で満たされることを特徴とする請求項1に記載のピクセルアレイ。
  3. 前記絶縁材料は、前記STIを構成する絶縁材料と同一であることを特徴とする請求項2に記載のピクセルアレイ。
  4. 前記絶縁材料は、SiN膜、またはSiN膜とSiO膜との二重膜であることを特徴とする請求項2に記載のピクセルアレイ。
  5. 前記第2スーパーコンタクトは、導電性材料で満たされることを特徴とする請求項1に記載のピクセルアレイ。
  6. 前記導電性材料は、前記フローティング拡散領域に形成されたメタルラインと同じ材料であることを特徴とする請求項5に記載のピクセルアレイ。
  7. 第1ウエハ及び第2ウエハの上にフォトダイオード、伝達トランジスター、リセットトランジスター、変換トランジスター及び選択トランジスターが分割して形成され、前記第1ウエハ及び前記第2ウエハの上のチップを、ダイソーティングした後に、上下方向に連結した3次元構造を有するピクセルアレイと、
    前記ピクセルアレイの上に形成された複数のカラーフィルターと、
    前記複数のカラーフィルターの上部に形成されたマイクロレンズを含み、
    前記第1ウエハは、
    入射される映像信号に対応して電荷を生成する複数のフォトダイオードと、
    前記フォトダイオードで生成した電荷をフローティング拡散領域に伝達する複数の伝達トランジスターと、
    前記フォトダイオードの一つと、前記一つのフォトダイオードと連結された一つの伝達トランジスターとを取り囲む複数のSTIと、
    前記複数のSTIの下部からウエハの下部面に至る第1スーパーコンタクトと、
    前記複数のSTI及び第1スーパーコンタクトの一部を貫通する第2スーパーコンタクトを含み、
    前記第2ウエハは、
    前記第2スーパーコンタクトを通る電荷を電気信号に変換する複数の前記リセットトランジスターと、
    複数の前記変換トランジスターと、
    複数の前記選択トランジスターとを含むことを特徴とするイメージセンサー。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012042782A1 (en) * 2010-09-30 2012-04-05 Canon Kabushiki Kaisha Solid-state imaging device
JP2013070364A (ja) * 2011-09-21 2013-04-18 Aptina Imaging Corp 汎用性相互接続性能を有するイメージセンサ
US8890047B2 (en) 2011-09-21 2014-11-18 Aptina Imaging Corporation Stacked-chip imaging systems
US9185307B2 (en) 2012-02-21 2015-11-10 Semiconductor Components Industries, Llc Detecting transient signals using stacked-chip imaging systems
JP2015534273A (ja) * 2012-09-26 2015-11-26 シリコンファイル テクノロジーズ インコーポレイテッドSiliconFile Technologies Inc. 3次元構造を有するイメージセンサの分離型単位画素
US10229948B2 (en) 2012-09-28 2019-03-12 Canon Kabushiki Kaisha Semiconductor apparatus
US20210091133A1 (en) 2009-03-19 2021-03-25 Sony Corporation Semiconductor device and method of manufacturing the same, and electronic apparatus
JP2022036098A (ja) * 2009-03-19 2022-03-04 ソニーグループ株式会社 半導体装置、及び、電子機器

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101584664B1 (ko) * 2009-05-08 2016-01-13 삼성전자주식회사 씨모스 이미지 센서
JP5489681B2 (ja) 2009-12-02 2014-05-14 キヤノン株式会社 固体撮像装置
EP2518768B1 (en) * 2009-12-26 2019-03-20 Canon Kabushiki Kaisha Solid-state imaging device and imaging system
CN105023930B (zh) * 2009-12-26 2018-04-06 佳能株式会社 固态图像拾取装置和图像拾取***
NO20093601A1 (no) 2009-12-29 2011-06-30 Idex Asa Overflatesensor
US20110156197A1 (en) * 2009-12-31 2011-06-30 Tivarus Cristian A Interwafer interconnects for stacked CMOS image sensors
JP2012015274A (ja) 2010-06-30 2012-01-19 Canon Inc 固体撮像装置、及び固体撮像装置の製造方法。
JP5709418B2 (ja) * 2010-06-30 2015-04-30 キヤノン株式会社 固体撮像装置
JP5785398B2 (ja) * 2011-02-17 2015-09-30 キヤノン株式会社 撮像装置及び画像信号処理装置
US9740343B2 (en) 2012-04-13 2017-08-22 Apple Inc. Capacitive sensing array modulation
US9030440B2 (en) 2012-05-18 2015-05-12 Apple Inc. Capacitive sensor packaging
NO20131423A1 (no) 2013-02-22 2014-08-25 Idex Asa Integrert fingeravtrykksensor
NL2012891B1 (en) 2013-06-05 2016-06-21 Apple Inc Biometric sensor chip having distributed sensor and control circuitry.
US9883822B2 (en) 2013-06-05 2018-02-06 Apple Inc. Biometric sensor chip having distributed sensor and control circuitry
US9984270B2 (en) 2013-08-05 2018-05-29 Apple Inc. Fingerprint sensor in an electronic device
US10296773B2 (en) 2013-09-09 2019-05-21 Apple Inc. Capacitive sensing array having electrical isolation
US9460332B1 (en) 2013-09-09 2016-10-04 Apple Inc. Capacitive fingerprint sensor including an electrostatic lens
US9697409B2 (en) 2013-09-10 2017-07-04 Apple Inc. Biometric sensor stack structure
KR102255740B1 (ko) 2014-02-21 2021-05-26 이덱스 바이오메트릭스 아사 중첩된 그리드 라인을 이용하는 센서 및 그리드 라인으로부터 감지면을 확장하기 위한 전도성 프로브
US9425233B2 (en) * 2014-12-22 2016-08-23 Google Inc. RGBZ pixel cell unit for an RGBZ image sensor
JP6700811B2 (ja) * 2016-01-26 2020-05-27 キヤノン株式会社 半導体装置および半導体装置の製造方法
KR102622057B1 (ko) 2016-12-29 2024-01-05 삼성전자주식회사 이미지 센서
US10431614B2 (en) * 2017-02-01 2019-10-01 Semiconductor Components Industries, Llc Edge seals for semiconductor packages
US11843020B2 (en) 2017-10-30 2023-12-12 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensor
KR102542614B1 (ko) 2017-10-30 2023-06-15 삼성전자주식회사 이미지 센서
CN109786399B (zh) * 2017-11-13 2022-04-05 睿生光电股份有限公司 检测装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6486522B1 (en) * 1999-09-28 2002-11-26 Pictos Technologies, Inc. Light sensing system with high pixel fill factor
KR100782463B1 (ko) * 2005-04-13 2007-12-05 (주)실리콘화일 3차원 구조를 갖는 이미지 센서의 분리형 단위화소 및 그제조방법
US8049256B2 (en) * 2006-10-05 2011-11-01 Omnivision Technologies, Inc. Active pixel sensor having a sensor wafer connected to a support circuit wafer

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11764243B2 (en) 2009-03-19 2023-09-19 Sony Corporation Semiconductor device and method of manufacturing the same, and electronic apparatus
JP2022036098A (ja) * 2009-03-19 2022-03-04 ソニーグループ株式会社 半導体装置、及び、電子機器
US20210091133A1 (en) 2009-03-19 2021-03-25 Sony Corporation Semiconductor device and method of manufacturing the same, and electronic apparatus
WO2012042782A1 (en) * 2010-09-30 2012-04-05 Canon Kabushiki Kaisha Solid-state imaging device
JP2012079861A (ja) * 2010-09-30 2012-04-19 Canon Inc 固体撮像装置
US11948952B2 (en) 2010-09-30 2024-04-02 Canon Kabushiki Kaisha Solid-state imaging device having projection regions from light shielding and photoelectric conversion
CN103140926A (zh) * 2010-09-30 2013-06-05 佳能株式会社 固态成像装置
US8963271B2 (en) 2010-09-30 2015-02-24 Canon Kabushiki Kaisha Solid-state imaging device
US10811451B2 (en) 2010-09-30 2020-10-20 Canon Kabushiki Kaisha Solid-state imaging device having light shielding member to reduce transmitted light
US9666621B2 (en) 2010-09-30 2017-05-30 Canon Kabushiki Kaisha Solid-state imaging device
US9641776B2 (en) 2011-09-21 2017-05-02 Semiconductor Components Industries, Llc Image sensor with flexible interconnect capabilities
US9231011B2 (en) 2011-09-21 2016-01-05 Semiconductor Components Industries, Llc Stacked-chip imaging systems
US10122945B2 (en) 2011-09-21 2018-11-06 Semiconductor Components Industries, Llc Image sensor with flexible interconnect capabilities
US9013615B2 (en) 2011-09-21 2015-04-21 Semiconductor Components Industries, Llc Image sensor with flexible interconnect capabilities
US8890047B2 (en) 2011-09-21 2014-11-18 Aptina Imaging Corporation Stacked-chip imaging systems
JP2013070364A (ja) * 2011-09-21 2013-04-18 Aptina Imaging Corp 汎用性相互接続性能を有するイメージセンサ
US9712723B2 (en) 2012-02-21 2017-07-18 Semiconductor Components Industries, Llc Detecting transient signals using stacked-chip imaging systems
US9185307B2 (en) 2012-02-21 2015-11-10 Semiconductor Components Industries, Llc Detecting transient signals using stacked-chip imaging systems
US9887230B2 (en) 2012-09-26 2018-02-06 SK Hynix Inc. Separation type unit pixel of image sensor having three-dimensional structure
JP2015534273A (ja) * 2012-09-26 2015-11-26 シリコンファイル テクノロジーズ インコーポレイテッドSiliconFile Technologies Inc. 3次元構造を有するイメージセンサの分離型単位画素
US10229948B2 (en) 2012-09-28 2019-03-12 Canon Kabushiki Kaisha Semiconductor apparatus

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CN101681917A (zh) 2010-03-24
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