KR100890869B1 - 이미지센서 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

실시예에 따른 이미지센서는 하부배선을 포함하는 회로(circuitry)가 형성된 기판; 상기 기판의 일측에 와이어 본딩을 위해 형성된 메탈패드; 상기 하부배선과 전기적으로 연결되도록 상기 회로 상측의 기판상에 형성된 포토다이오드; 상기 포토다이오드와 상기 메탈패드 상에 형성된 투명전극; 및 상기 메탈패드 상에 형성된 리드프레임;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이미지센서, 포토다이오드, 전도층, 본딩

Description

이미지센서 및 그 제조방법{Image Sensor and Method for Manufacturing thereof}
실시예는 이미지센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지 센서(Image sensor)는 광학적 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로써, 크게 전하결합소자(charge coupled device: CCD)와 씨모스(CMOS; Complementary Metal Oxide Silicon) 이미지 센서(Image Sensor)(CIS)로 구분된다.
씨모스 이미지 센서는 단위 화소 내에 포토 다이오드와 모스 트랜지스터를 형성시킴으로써 스위칭 방식으로 각 단위 화소의 전기적 신호를 순차적으로 검출하여 영상을 구현한다.
종래기술에 의한 씨모스 이미지센서는 빛 신호를 받아서 전기 신호로 바꾸어 주는 포토다이오드(Photo Diode) 영역(미도시)과, 이 전기 신호를 처리하는 트랜지스터 영역(미도시)으로 구분할 수 있다.
그런데, 종래기술에 따른 씨모스 이미지센서는 포토다이오드가 트랜지스터와 수평으로 배치되는 구조이다.
물론, 종래기술에 의한 수평형의 씨모스 이미지센서에 의해 CCD 이미지센서의 단점이 해결되기는 하였으나, 종래기술에 의한 수평형의 씨모스 이미지센서에는 여전히 문제점들이 있다.
즉, 종래기술에 의한 수평형의 씨모스 이미지센서에 의하면 포토다이오드와 트랜지스터가 기판상에 상호 수평으로 인접하여 제조된다. 이에 따라, 포토다이오드를 위한 추가적인 영역이 요구되며, 이에 의해 필팩터(fill factor) 영역을 감소시키고 또한 레졀류션(Resolution)의 가능성을 제한하는 문제가 있다.
또한, 종래기술에 의하면 포토다이오드에 대한 전극에 리드프레임(lead frame)이 직접 연결됨으로써 리드프레임과 전극의 접착력이 떨어져서 본딩페일이 발생하는 경우가 있었다.
또한, 종래기술에 의한 수평형의 씨모스 이미지센서에 의하면 포토다이오드와 트랜지스터를 동시에 제조하는 공정에 대한 최적화를 달성하는 점이 매우 어려운 문제가 있다. 즉, 신속한 트랜지스터 공정에서는 작은 면저항(low sheet resistance)을 위해 샐로우 졍션(shallow junction)이 요구되나, 포토다이오드에는 이러한 샐로우 졍션(shallow junction)이 적절하지 않을 수 있다.
또한, 종래기술에 의한 수평형의 씨모스 이미지센서에 의하면 추가적인 온칩(on-chip) 기능들이 이미지센서에 부가되면서 단위 화소의 크기가 이미지센서의 센서티버티(sensitivity)를 유지하기 위해 증가되거나 또는 포토다이오드를 위한 면적이 픽셀사이즈를 유지하기 위해 감소돼야한다. 그런데, 픽셀사이즈가 증가하면 이미지센서의 레졀류션(Resolution)이 감소하게 되며, 또한, 포토다이오드의 면적 이 감소하면 이미지센서의 센서티버티(sensitivity)가 감소하는 문제가 발생한다.
실시예는 회로(circuitry)와 포토다이오드의 새로운 집적을 제공할 수 있는 이미지센서 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 레졀류션(Resolution)과 센서티버티(sensitivity)가 함께 개선될 수 있는 이미지센서 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 포토다이오드에 대한 전극과 리드프레임(lead frame)의 접착력을 높일 수 있는 이미지센서 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 수직형의 포토다이오드를 채용하면서 포토다이오드 내에 디펙트를 방지할 수 있는 이미지센서 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 이미지센서는 하부배선을 포함하는 회로(circuitry)가 형성된 기판; 상기 기판의 일측에 와이어 본딩을 위해 형성된 메탈패드; 상기 하부배선과 전기적으로 연결되도록 상기 회로 상측의 기판상에 형성된 포토다이오드; 상기 포토다이오드와 상기 메탈패드 상에 형성된 투명전극; 및 상기 메탈패드 상에 형성된 리드프레임;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법은 하부배선을 포함하는 회로(circuitry)를 기판상에 형성하는 단계; 상기 기판의 일측에 와이어 본딩을 위한 메탈패드를 형성하는 단계; 상기 하부배선과 전기적으로 연결되도록 상기 회로 상측의 기판상에 포토다이오드를 형성하는 단계; 상기 메탈패드를 노출시키는 단계; 상기 포토다이오드와 상기 노출된 메탈패드 상에 투명전극을 형성하는 단계; 및 상기 메탈패드 상에 리드프레임을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
실시예에 따른 이미지센서 및 그 제조방법에 의하면, 회로(circuitry)와 포토다이오드의 수직형 집적을 제공할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 트랜지스터 회로(circuitry)와 포토다이오드의 수직형 집적에 의해 필팩터(fill factor)를 100%에 근접시킬 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 포토다이오드에 대한 투명전극을 리드프레임(lead frame)에 직접연결시키지 않고, 메탈패드를 매개로 하여 투명전극이 메탈패드에 접하고, 리드프레임이 메탈패드에 접함으로써 리드프레임과 투명전극간의 본딩페일을 방지할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 종래기술보다 수직형 집적에 의해 같은 픽셀 사이즈에서 높은 센서티버티(sensitivity)를 제공할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 종래기술보다 같은 레졀류션(Resolution)을 위해 공정비용을 감축할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 각 단위 픽셀은 센서티버티(sensitivity)의 감소없이 보다 복잡한 회로(circuitry)를 구현할 수 있다.
또한, 실시예에 의해 집적될 수 있는 추가적인 온칩 회로(on-chip circuitry)는 이미지센서의 퍼포먼스(performance)를 증가시키고, 나아가 소자의 소형화 및 제조비용을 절감을 획득할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 수직형의 포토다이오드를 채용하면서 포토다이오드 내에 디펙트를 방지할 수 있다.
이하, 실시예에 따른 이미지센서 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
실시예의 설명에 있어서, 각 층의 "상/아래(on/under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상/아래는 직접(directly)와 또는 다른 층을 개재하여(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.
실시예의 설명에 있어서 씨모스이미지센서(CIS)에 대한 구조의 도면을 이용하여 설명하나, 본 발명은 씨모스이미지센서에 한정되는 것이 아니며, CCD 이미지센서 등 모든 이미지센서에 적용이 가능하다.
(제1 실시예)
도 1은 제1 실시예에 따른 이미지센서의 단면도이다.
제1 실시예에 따른 이미지센서는 하부배선(120)을 포함하는 회로(circuitry)(미도시)가 형성된 기판(미도시); 상기 기판의 일측에 와이어 본딩을 위해 형성된 메탈패드(160); 상기 하부배선(120)과 전기적으로 연결되도록 상기 회로 상측의 기판상에 형성된 포토다이오드(140); 상기 포토다이오드(140)와 상기 메탈패드(160) 상에 형성된 투명전극(150); 및 상기 메탈패드(160) 상에 형성된 리드프레임(170);을 포함할 수 있다.
실시예에 따른 이미지센서에 의하면, 회로(circuitry)와 포토다이오드의 수 직형 집적을 제공할 수 있고, 이에 따라 필팩터(fill factor)를 100%에 근접시킬 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 포토다이오드에 대한 투명전극(150)을 리드프레임(lead frame)(170)에 직접연결시키지 않고, 메탈패드(160)를 매개로 하여 투명전극(150)이 메탈패드(160)에 접하고, 리드프레임(170)이 메탈패드(160)에 접함으로써 리드프레임(170)과 투명전극(150)간의 본딩페일을 방지할 수 있다.
이하, 도 1을 참조하여 제1 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법을 설명한다.
우선, 하부배선(120)을 포함하는 회로(circuitry)(미도시)를 기판(미도시)상에 형성한다.
예를 들어, 기판상에 게이트 절연막(미도시)과 게이트 전극(미도시)를 포함하는 트랜지스터(미도시)를 형성한다. 실시예에 따른 이미지센서는 트랜지스터의 개수가 1개, 2개, 3개, 4개, 5개 또는 1.5개(공유하는 경우) 등 다양할 수 있다.
이후, 상기 트랜지스터가 형성된 기판상에 층간절연층(110)을 형성하고, 하부배선(120)을 형성한다. 상기 하부배선(120)은 하부메탈(미도시)과 플러그(미도시)를 포함할 수 있다. 하부메탈은 M1, M2, M3 등과 같이 복수로 형성될 수 있다. 상기 하부배선(120) 상에는 텅스텐, 타이타늄, 탄탈륨 또는 이들의 질화물 등으로 형성된 배리어메탈(미도시)이 형성될 수 있다.
다음으로, 상기 기판의 일측에 와이어 본딩을 위한 메탈패드(160)를 형성한다. 예를 들어, 상기 메탈패드(160)는 Al 등으로 형성될 수 있다.
그 다음으로, 상기 하부배선(120)과 전기적으로 연결되도록 상기 회로 상측의 기판상에 포토다이오드(140)를 형성한다.
예를 들어, 상기 포토다이오드(140)는 비정질 실리콘의 증착에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, N형으로 도핑된 비정질 실리콘(n-doped amorphous silicon)을 증착하여 N형 전도층(141)을 형성한다. 이후, 상기 N형 전도층(141) 상에 비정질 실리콘(n-doped amorphous silicon)을 증착하여 진성층(intrinsic layer)(142)을 형성한다. 이후, 상기 진성층(142) 상에 P형으로 도핑된 비정질 실리콘(p-doped amorphous silicon)을 증착하여 P형 전도층(143)을 형성함으로써 PIN 타입 포토다이오드(140)를 형성할 수 있다.
이때, 실시예에서는 상기 포토다이오드(140) 하측에 하부전극(130)을 더 형성할 수 있으나 하부배선이 하부전극의 역할을 할 수 있으므로 필수적인 공정은 아니다.
다음으로, 상기 메탈패드(160)가 노출되도록 포토다이오드(140) 일부와 층간절연층(110)을 식각한다.
다음으로, 상기 포토다이오드(140) 상에 투명전극(미도시)을 ITO 등으로 형성할 수 있다. 이때, 상기 투명전극(150)은 상기 메탈패드(160)의 상부에 접하여 형성될 수 있다.
이후, 상기 메탈패드(160) 상에 리드프레임(170)을 형성한다.
실시예에 따른 이미지센서 및 그 제조방법에 의하면 포토다이오드에 대한 투명전극(150)을 리드프레임(lead frame)(170)에 직접연결시키지 않고, 메탈패 드(160)를 매개로 하여 투명전극(150)이 메탈패드(160)에 접하고, 리드프레임(170)이 메탈패드(160)에 접함으로써 리드프레임(170)과 투명전극(150)간의 본딩페일을 방지할 수 있다.
(제2 실시예)
도 2는 제2 실시예에 따른 이미지센서의 단면도이다.
제2 실시예는 제1 실시예의 기술적인 특징을 채용할 수 있다.
제2 실시예는 제1 실시예와 달리 투명전극(155)과 메탈패드(160)의 접촉면적을 넓힘으로써 전기적인 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 제2 실시예는 제1 실시예와 달리 투명전극(155)이 메탈패드(160)의 상부뿐만 아니라 측면도 함께 접촉하여 형성됨으로써 투명전극(155)과 메탈패드(160)의 접촉면적을 넓힘으로써 전기적인 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 2에서는 투명전극(155)이 메탈패드(160)의 상부 및 일측면에 접하는 것으로 도시하고 있으나 이에 한정되는 것이 아니다. 예를 들어, 투명전극(155)이 메탈패드(160)의 상부 및 양 측면에 접할 수도 있다.
본 발명은 기재된 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 청구항의 권리범위에 속하는 범위 안에서 다양한 다른 실시예가 가능하다.
도 1은 제1 실시예에 따른 이미지센서의 단면도.
도 2는 제2 실시예에 따른 이미지센서의 단면도.

Claims (8)

  1. 하부배선을 포함하는 회로(circuitry)가 형성된 기판;
    상기 기판의 일측에 와이어 본딩을 위해 형성된 메탈패드;
    상기 하부배선과 전기적으로 연결되도록 상기 회로 상측의 기판상에 형성된 포토다이오드;
    상기 포토다이오드와 상기 메탈패드 상에 형성된 투명전극; 및
    상기 메탈패드와 연결되는 리드프레임;을 포함하며,
    상기 투명전극과 상기 리드프레임은 상기 메탈패드를 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 이미지센서.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 투명전극은 상기 메탈패드 상부에 접촉하여 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지센서.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 투명전극은 상기 메탈패드 상부와 측면을 접촉하여 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지센서.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 투명전극은
    상기 리드프레임에 직접 접촉하지 않는 것을 특징으로 하는 이미지센서.
  5. 하부배선을 포함하는 회로(circuitry)를 기판상에 형성하는 단계;
    상기 기판의 일측에 와이어 본딩을 위한 메탈패드를 형성하는 단계;
    상기 하부배선과 전기적으로 연결되도록 상기 회로 상측의 기판상에 포토다이오드를 형성하는 단계;
    상기 메탈패드를 노출시키는 단계;
    상기 포토다이오드와 상기 노출된 메탈패드 상에 투명전극을 형성하는 단계; 및
    상기 메탈패드와 연결되도록 리드프레임을 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 투명전극과 상기 리드프레임은 상기 메탈패드를 통해 연결되는 것을특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 투명전극은 상기 노출된 메탈패드 상부에 접촉하여 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 투명전극은 상기 노출된 메탈패드 상부와 측면을 접촉하여 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
  8. 제5 항 내지 제7 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 투명전극은
    상기 리드프레임에 직접 접촉하지 않는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2000156488A (ja) * 1998-11-18 2000-06-06 Agilent Technol Inc 高性能画像センサアレイ
KR20050117674A (ko) * 2004-06-11 2005-12-15 이상윤 3차원 구조의 영상센서와 그 제작방법
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