KR101571353B1 - 이미지 센서 및 그의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
이미지 센서 및 그 제조 방법이 제공된다. 이미지 센서는 기판, 상기 기판의 전면(frontside)에 형성된 제1 금속 배선을 포함하는 절연 구조체, 상기 기판을 관통하여 상기 제1 금속 배선을 노출시키는 콘택홀, 상기 콘택홀의 측벽에 상기 제1 금속 배선과 연결되어 형성된 도전 스페이서 및 상기 기판의 후면(backside)에 형성되어 상기 제1 금속 배선과 전기적으로 연결된 패드를 포함한다.
반도체 소자, 이미지 센서
Description
본 발명은 이미지 센서 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 생산성이 향상된 이미지 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
이미지 센서(image sensor)는 광학 영상을 전기 신호로 변환시키는 소자이다. 최근 들어, 컴퓨터 산업과 통신 산업의 발달에 따라 디지털 카메라, 캠코더, PCS(Personal Communication System), 게임 기기, 경비용 카메라, 의료용 마이크로 카메라, 로보트 등 다양한 분야에서 성능이 향상된 이미지 센서의 수요가 증대되고 있다.
이미지 센서에서는 다층의 배선층 위에 형성된 렌즈로부터 배선층 사이를 통해 광전 변환부로 빛이 입사한다. 이러한 구조에서는 다층의 배선층의 레이아웃에 의해 장해(障害)를 받아 광전 변환부에 실제 도달하는 빛의 양은 충분하지 않다. 즉, 다층 배선층에 의해 광전 변환부에 대한 개구율이 작아져서 광전 변환부에 입사되는 빛의 양이 현저히 줄어들어, 감도가 저하될 수 있다.
이를 해결하기 위하여 타면 조사형의 이미지 센서를 구현한다. 타면 조사형 의 이미지 센서는 반도체 기판의 타면측(배선부와 반대측)으로부터 광을 조사하여 광전 변환부에서 수광을 하는 구조로서, 다층 배선층의 레이아웃에 의해 장해를 받지 않고 실효 개구율을 높이고 감도를 향상시킬 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 생산성이 향상된 이미지 센서를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 생산성이 향상된 이미지 센서의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 이미지 센서의 일 태양은 기판, 상기 기판의 전면(frontside)에 형성된 제1 금속 배선을 포함하는 절연 구조체, 상기 기판을 관통하여 상기 제1 금속 배선을 노출시키는 콘택홀, 상기 콘택홀의 측벽에 상기 제1 금속 배선과 연결되어 형성된 도전 스페이서 및 상기 기판의 후면(backside)에 형성되어 상기 제1 금속 배선과 전기적으로 연결된 패드를 포함한다.
상기 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명의 이미지 센서의 제조 방법의 일 태양은 기판 내에 복수개의 소자 분리 영역에 의해 구분되는 복수개의 광전 변환부를 형성하고, 상기 기판 상에 순차적으로 적층된 금속 배선들을 포함하는 절연 구조체를 형성하고, 상기 기판의 전면(frontside)에 지지 기판을 본딩하고, 상기 기 판의 후면(backside)을 식각하고, 상기 기판을 관통하여 상기 금속 배선의 일부를 노출하는 콘택홀을 형성하고, 상기 콘택홀의 측벽에 상기 금속 배선의 하나와 연결되는 도전 스페이서를 형성하고, 상기 기판의 후면에 상기 금속 배선과 전기적으로 연결되는 패드를 형성하는 것을 포함한다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 따르면, 패드가 전기적으로 연결되는 콘택홀 내에 도전 스페이서를 형성한다. 이 때, 도전 스페이서는 콘택홀 내에 컨포멀하게, 또는 상부로 갈수록 그 폭이 작아지도록 형성된다. 따라서, 좁은 콘택홀 내에 보다 컨포멀하게 도전 스페이서를 형성함으로써, 내부의 금속 배선과 상부에 형성될 패드와의 전기적 연결이 보다 안정적일 수 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 공정 단계들, 잘 알려진 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.
하나의 소자(elements)가 다른 소자와 "접속된(connected to)" 또는 "커플링된(coupled to)" 이라고 지칭되는 것은, 다른 소자와 직접 연결 또는 커플링된 경우 또는 중간에 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 소자가 다른 소자와 "직접 접속된(directly connected to)" 또는 "직접 커플링된(directly coupled to)"으로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자를 개재하지 않은 것을 나타낸다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 그리고, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또, 이하 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 상세히 설명한다.
본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서는 CCD(Charge Coupled Device)와 CMOS 이미지 센서를 포함한다. 여기서, CCD는 CMOS 이미지 센서에 비해 잡음(noise)이 적고 화질이 우수하지만, 고전압을 요구하며 공정 단가가 비싸다. CMOS 이미지 센서는 구동 방식이 간편하고 다양한 스캐닝(scanning) 방식으로 구현 가능하다. 또한, 신호 처리 회로를 단일칩에 집적할 수 있어 제품의 소형화가 가능하며, CMOS 공정 기술을 호환하여 사용할 수 있어 제조 단가를 낮출 수 있다. 전력 소모 또한 매우 낮아 배터리 용량이 제한적인 제품에 적용이 용이하다. 따라서, 이하에서는 본 발명의 이미지 센서로 CMOS 이미지 센서를 예시하여 설명한다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상은 그대로 CCD에도 적용될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 단면도이다. 도 1에는 APS 어레이가 형성되는 센싱 영역(I), 옵티컬 블랙 영역인 OB 영역(II) 및 패드가 형성되는 패드 영역(Ⅲ)을 도시하였다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서는 APS 어레이가 형성되는 센싱 영역(I), 옵티컬 블랙((optical black) 영역인 OB 영역(II) 및 패드(100)가 형성되는 패드 영역(Ⅲ)을 포함한다. 여기서, 옵티컬 블랙 영역은 빛의 유입을 차단하여 액티브 픽셀 영역에 블랙 신호의 기준을 제공하는 영역이다. 따라서, 센싱 영역(I)과 동일한 구조로 형성되나, 빛의 유입이 차단되도록 형성된다.
센싱 영역(I) 및 OB 영역(II)의 기판(110) 내에는 광전 변환 소자, 예를 들어 포토 다이오드(PD)가 형성되어 있고, 기판(110) 상에는 다수의 게이트(123)가 배치될 수 있다. 이러한 게이트(123)는 예를 들어, 전하 전송 소자의 게이트, 리셋 소자의 게이트, 드라이브 소자의 게이트 등일 수 있다. 또한, 여러가지 종류의 기판(110)이 사용 가능하나, 예를 들어, P형 또는 N형 벌크 기판을 사용하거나, P형 벌크 기판에 P형 또는 N형 에피층을 성장시켜 사용하거나, N형 벌크 기판에 P형 또 는 N형 에피층을 성장시켜 사용할 수도 있다. 또한, 반도체 기판 이외에도 유기(organic) 플라스틱 기판과 같은 기판도 사용할 수 있다. 도 1에서 도시된 기판(110)은 연마 공정(도 5를 통해서 후술함)을 통해서 벌크 기판이 모두 제거되고 에피층만 남은 경우를 도시한 것이나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니다. 즉, 필요에 따라서는 벌크 기판의 일부를 남길 수도 있다.
기판(110)의 전면(FRONT SIDE)에는 절연 구조체(122, 124a~124c, 126)가 배치된다. 절연 구조체(122, 124a~124c, 126)는 층간 절연막(122)과, 센싱 영역(I) 및 OB 영역(II) 상에 형성되고 순차적으로 적층된 다수의 배선(124a~124c)과, 패드 영역(Ⅲ) 상에 형성된 제1 금속 배선(126)을 포함한다. 여기서, 제1 금속 배선(126)은 다수의 배선(124a~124c) 중 가장 낮은 레벨의 배선(124a)과 동일한 레벨일 수 있다. 필요에 따라서 제1 금속 배선(126)은 다수의 배선(124a~124c) 중 두번째 또는 세번째로 높은 레벨의 배선(124b 또는 124c)과 동일한 레벨일 수도 있다. 제1 금속 배선(126)은 동일한 레벨을 갖는 배선(도 4c에서는 124a에 해당함)와 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 여기서, 다수의 배선(124a~124c)의 레벨은 기판(110)을 기준으로 측정한 것이다.
절연 구조체(122, 124a~124c, 126) 상에는 지지 기판(132)이 접착, 고정되어 있다. 지지 기판(132)은 연마 공정을 통해서 얇아진 기판(110)의 강도를 확보하기 위한 것이다. 지지 기판(132)은 반도체 기판뿐만 아니라, 기계적 강도가 유지할 수 있는 물질로 이루어진 것이라면 어떤 것이라도 사용할 수 있다. 예를 들어, 유리 기판을 사용할 수 있다.
지지 기판(132)과 절연 구조체(122, 124a~124c, 126)를 접착하기 위해서, 지지 기판(132)과 절연 구조체(122, 124a~124c, 126) 사이에는 접착막(134a, 134b)이 개재될 수 있다. 지지 기판(132)이 실리콘 기판일 경우에 접착막(134a, 134b)은 예를 들어, 실리콘 산화막일 수 있다.
한편, 기판(110)의 후면(BACKSIDE)에는 반사 방지막(142)가 배치될 수 있다. 반사 방지막(142)은 포토 공정에서 사용하는 광의 파장에 따라, 물질/두께가 달라질 수 있다. 예를 들어, 반사 방지막(142)으로 약 50-200Å 두께의 실리콘 산화막과, 약 300-500Å 두께의 실리콘 질화막을 적층하여 사용할 수 있다.
반사 방지막(142) 상에는 버퍼막(144)가 배치된다. 버퍼막(144)은 패드(100)를 형성하기 위한 패터닝 공정에서 기판(110)이 손상되는 것을 방지하기 위한 것이다. 버퍼막(144)으로는 예를 들어, 약 3000-8000Å 두께의 실리콘 산화막을 사용할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 패드 영역(Ⅲ)은 버퍼막(144), 반사 방지막(142), 기판(110)을 관통하여 제1 금속 배선(126)을 노출하는 콘택홀(160)을 포함한다.
콘택홀(160)의 측벽에는 절연 스페이서(170) 및 도전 스페이서(180)가 형성될 수 있다. 절연 스페이서(170)는 콘택홀(160)의 측벽에 형성되며, 콘택홀(160)의 상부로 갈수록 그 폭이 좁아지도록 형성될 수 있다. 절연 스페이서(170)는 예를 들어, 실리콘 산화막 등의 산화막으로 형성될 수 있다.
도전 스페이서(180)는 절연 스페이서(170) 상에 형성되어, 제1 금속 배 선(126)과 전기적으로 연결된다. 도전 스페이서(180)는 콘택홀(160)의 상부로 갈수록 그 폭이 좁아지도록 형성될 수 있으나, 콘택홀(160)의 상부로 갈수록 그 폭이 같을 수도 있다. 즉, 도전 스페이서(180)는 콘택홀(160) 내부에 컨포멀하게 형성될 수도 있다. 도전 스페이서(180)는 도전물질로 형성될 수 있는데, 예를 들어, W을 포함할 수 있다. 또한, Ti/TiN으로 형성된 배리어막을 포함할 수도 있다. 도전 스페이서(180)는 CVD막일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 도 1에는 절연 스페이서(170) 상에 형성되어 콘택홀(160)의 하면을 노출하도록 도전 스페이서(180)가 형성되어 있으나, 이에 제한되지 않으며, 도전 스페이서(180)는 콘택홀(160)의 하면에까지 연장되어 형성될 수도 있다. 즉, 콘택홀(160)의 양 측벽에 형성된 도전 스페이서(180)가 콘택홀(160)의 하면에서 연결될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 따르면, 도전 스페이서(180)는 콘택홀(160) 내에 컨포멀하게, 또는 상부로 갈수록 그 폭이 작아지도록 형성된다. 따라서, 좁은 콘택홀(160) 내에 보다 컨포멀하게 도전 스페이서(180)를 형성함으로써, 제1 금속 배선(126)과 상부에 형성될 콘택(192)과의 전기적 연결이 보다 안정적일 수 있다.
한편, 패드 영역(Ⅲ)에는 콘택홀(160) 내의 도전 스페이서(180)와 전기적으로 연결되는 패드(100)가 형성된다. 패드(100)는 콘택(192)을 통해 도전 스페이서(180)와 전기적으로 연결됨으로써, 제1 금속 배선(126)과 전기적으로 연결될 수 있다. 또는, 도 1에 도시된 바와 같이, 콘택홀(160)의 하면에서 제1 금속 배 선(126)과 콘택(192)이 직접 접할 수도 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 따르면, 패드(100)가 제1 금속 배선(126)뿐 아니라, 도전 스페이서(180)와 접하는 것 만으로도, 제1 금속 배선(126)과 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 보다 안정적으로 제1 금속 배선(126)과 패드(100)와의 전기적 연결이 가능하다.
한편, OB 영역(II)에는 블로킹막(194)이 형성될 수 있다. 블로킹막(194)은 OB 영역(II) 상부 전면을 블로킹함으로써, OB 영역(II)으로 유입되는 빛을 차단할 수 있다. 이 때, 블로킹막(194)은 패드(100)를 형성하는 도전막과 동일한 공정 및/또는 물질로 형성될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
패드(100) 및 블로킹막(194)은 도전 물질일 수 있으며, 예를 들어, Al을 포함할 수 있다. 또한, 패드(100) 및 블로킹막(194)은 Ti/TiN 등의 배리어막 및/또는 Ti/TiN 등의 캡핑막을 포함할 수 있다. 구체적으로, 예를 들어, Ti/TiN, Al, Ti/TiN이 순차적으로 적층되어 형성될 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 10을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 2 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명한 단면도이다.
우선, 도 2를 참조하면, 기판(110)에 STI(Shallow Trench Isolation), DTI(Deep Trench Isolation) 등과 같은 소자 분리 영역(미도시)을 형성하여, 기판(110)에 센싱 영역(I), OB 영역(II) 및 패드 영역(Ⅲ)을 정의한다.
이어서, 센싱 영역(I) 및 OB 영역(II) 내에 다수의 픽셀을 형성한다. 구체적 으로, 센싱 영역(I) 및 OB 영역(II) 내에 광전 변환 소자, 예를 들어, 포토 다이오드(PD)를 형성하고, 다수의 게이트(123)를 형성한다. 이러한 게이트(123)는 예를 들어, 전하 전송 소자의 게이트, 리셋 소자의 게이트, 드라이브 소자의 게이트 등일 수 있다.
이어서, 기판(110)의 전면(FRONT SIDE)에 절연 구조체(122, 124a~124c, 126)를 형성한다. 구체적으로, 절연 구조체(122, 124a~124c, 126)는 층간 절연막(122)과, 센싱 영역(I) 및 OB 영역(II) 상에 형성되고 순차적으로 적층된 다수의 배선(124a~124c)과, 패드 영역(I) 상에 형성된 제1 금속 배선(126)을 포함한다. 여기서, 제1 금속 배선(126)은 다수의 배선(124a~124c) 중 가장 낮은 레벨의 배선(124a)과 동일한 레벨일 수 있다.
도 3을 참조하면, 절연 구조체(122, 124a~124c, 126) 상에 지지 기판(132)을 접착한다.
구체적으로, 절연 구조체(122, 124a~124c, 126) 상에 접착막(134a)을 형성하여 표면을 평탄화한다. 지지 기판(132) 상에 접착막(134b)을 형성한다. 그 후, 접착막(134a, 134b)끼리 서로 대향하도록 하여, 기판(110)과 지지 기판(132)을 접착시킨다.
도 4를 참조하면, 기판(110)의 상하를 반전시킨다.
도 5를 참조하면, 기판(110)의 후면(BACKSIDE)을 연마한다. 구체적으로, CMP(Chemical Mechanical Polishing), BGR(Back Grinding), 반응성 이온 에칭 혹은 이들의 조합을 이용하여 기판(110)의 후면을 연마한다. 연마되고 남은 기판(110)의 두께는 예를 들어, 약 3-5㎛있으나, 이에 제한되지 않음은 물론이다.
도 6을 참조하면, 기판(110)의 후면에 반사 방지막(142)을 형성한다. 예를 들어, CVD(Chemical Vapor Deposition) 방법을 이용해서, 약 50-200Å 두께의 실리콘 산화막과, 약 300-500Å 두께의 실리콘 질화막을 적층하여 형성할 수 있다.
이어서, 반사 방지막(142) 상에 버퍼막(144)을 형성한다. 예를 들어, CVD 방법을 이용해서, 약 3000-8000Å 두께의 실리콘 산화막을 적층하여 형성할 수 있다.
이어서, 버퍼막(144) 상에 하드 마스크막(150)을 형성한다. 하드 마스크막(150)은 예를 들어, 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화막, 또는 이들의 조합일 수 있다.
도 7를 참조하면, 패드 영역(Ⅲ)에 콘택홀(160)을 형성한다. 구체적으로, 하드 마스크막(150) 상에 포토 레지스트 패턴(미도시)을 형성하고, 포토 레지스트 패턴을 이용하여 하드 마스크막(150)을 패터닝한다. 이어서, 포토 레지스트 패턴을 제거한 후, 패터닝된 하드 마스크막(150)을 이용하여 버퍼막(144), 반사 방지막(142) 및 기판(110)을 관통하고 제1 금속 배선(126)을 노출하는 콘택홀(160)을 형성한다. 콘택홀(160)을 형성할 때에는 예를 들어, 이방성 에칭을 사용할 수 있다.
도 8을 참조하면, 하드 마스크막(150)을 제거한 후, 콘택홀(160) 내에 절연 물질을 증착하고, 일부 식각하여 절연 스페이서(170)를 형성한다.
예를 들어 설명하면, CVD 등을 이용하여 콘택홀(160) 내에 절연 물질을 증착하고, 제1 금속 배선(120)이 노출되도록 절연 물질을 에치백하여, 절연 스페이 서(170)를 형성한다.
도 9를 참조하면, 절연 스페이서(170)가 형성된 기판(110) 상에 도전층(180a)을 형성한다. 도전층(180a)은 콘택홀(160) 내부에 도전층이 컨포멀하게 형성되도록 형성할 수 있다. 도전층(180a)은 예를 들어, CVD 방법으로 형성할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 다만, 도전층(180a)을 형성하는 것은 증착되는 물질이 보다 컨포멀하게 형성되는 방법으로 형성할 수 있다. CVD 증착 방법은 증착되는 물질이 보다 컨포멀하게 형성되는 증착 방법의 하나이다.
도전층(180a)은 W을 포함할 수 있으며, Ti/TiN으로 형성된 배리어막을 포함할 수도 있다. 즉, 예를 들면, 도전층(180a)은 Ti/TiN 및 W을 순차적으로 증착하여 형성할 수 있다.
도 10을 참조하면, 도전층(도 9의 180a)을 일부 식각하여 콘택홀(160) 측벽에 도전 스페이서(180)를 형성한다.
이 때, 도전층(180a)을 일부 식각하는 것은, 에치백 공정으로 진행할 수 있다. 즉, 기판 전면을 에치백하여, 콘택홀(160)의 측벽에만 도전층(180a)을 일부 잔류하도록 하여 도전 스페이서(180)를 형성할 수 있다.
또는, 도전층(180a)을 일부 식각하는 것은, CMP 공정으로 진행할 수 있다. 즉, 기판 전면을 CMP하여, 버퍼막(144) 상부의 도전층(180a)을 모두 식각하고 콘택홀(160) 내부의 도전층(180a)만을 잔류하도록 하여, 도전 스페이서(180)를 형성할 수 있다.
또는, 에치백 공정 및 CMP 공정을 모두 진행하여 도전층(180a)을 일부 식각 할 수 있다. 여기서, 에치백을 진행한 후, CMP 공정을 진행할 수도 있고, CMP 공정을 진행한 후, 에치백 공정을 진행할 수도 있다.
그러나, 상기 내용에 제한되지 않으며, 도전층(180a)을 일부 식각하고, 콘택홀(160) 내부에만 도전 스페이서(180)를 형성할 수 있는, 당업자에게 자명한 모든 공정을 포함할 수 있음은 물론이다.
도전 스페이서(180)는 절연 스페이서(170) 상에 형성되어, 제1 금속 배선(126)과 전기적으로 연결된다. 도전 스페이서(180)는 콘택홀(160)의 상부로 갈수록 그 폭이 좁아지도록 형성될 수 있으나, 콘택홀(160)의 상부로 갈수록 그 폭이 같을 수도 있다. 즉, 도전 스페이서(180)는 콘택홀(160) 내부에 컨포멀하게 형성될 수도 있다. 한편, 도전 스페이서(180)는 절연 스페이서(170) 상에 형성되어 콘택홀(160)의 하면을 노출하도록 형성될 수도 있으나, 이에 제한되지 않으며, 도전 스페이서(180)는 콘택홀(160)의 하면에까지 연장되어 형성될 수도 있다. 즉, 콘택홀(160)의 양 측벽에 형성된 도전 스페이서(180)가 콘택홀(160)의 하면에서 연결될 수도 있다.
다시, 도 1을 참조하면, 패드 영역(Ⅲ)에는 콘택홀(160) 내의 도전 스페이서(180)와 전기적으로 연결되는 콘택(192) 및 패드(100)를 형성하고, OB 영역(II)에는 빛을 차단하는 블로킹막(194)을 형성한다.
구체적으로, 버퍼막(144)과 도전 스페이서(180)를 따라 도전 물질(미도시)을 컨포말하게 형성하고, 도전 물질을 패터닝한다. 이와 같이 함으로써, 콘택(192), 패드(100) 및 블로킹막(194)이 동시에 형성된다. 한편, 여기서는 콘택(192)과 패 드(100)가 동시에 형성되는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 필요에 따라서는, 별도 공정을 이용하여 제1 금속 배선(126) 또는 도전 스페이서(180)와 전기적으로 연결된 콘택을 먼저 형성하고, 이어서 콘택과 전기적으로 연결된 패드(100)를 형성할 수도 있다.
이하에서는, 도 11 내지 도 14를 이용하여 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 이용한 장치를 설명한다. 도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 구현한 칩을 설명하기 위한 도면이고, 도 12 내지 도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 포함하는 프로세서 기반 장치를 설명하기 위한 도면들이다. 도 12는 컴퓨터 장치를 나타내고, 도 13a, 도 13b는 카메라 장치를 나타내고, 도 14는 휴대폰 장치를 나타낸 것이다. 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서는 전술한 장치 이외에 다른 장치(예를 들어, 스캐너, 기계화된 시계 장치, 네비게이션 장치, 비디오폰, 감독 장치, 자동 포커스 장치, 추적 장치, 동작 감시 장치, 이미지 안정화 장치 등)에도 사용될 수 있음은 자명하다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 구현한 칩(200)은 광센싱 소자를 포함하는 픽셀들이 이차원적으로 배열되어 이루어진 센서 어레이(210), 타이밍 발생기(timing generator)(220), 로우 디코더(row decoder)(230), 로우 드라이버(row driver)(240), 상관 이중 샘플러(Correlated Double Sampler, CDS)(250), 아날로그 디지털 컨버터(Analog to Digital Converter, ADC)(260), 래치부(latch)(270), 컬럼 디코더(column decoder)(280) 등을 포함한다.
센서 어레이(210)는 2차원적으로 배열된 다수의 단위 픽셀들을 포함한다. 다수의 단위 픽셀들은 광학 영상을 전기적인 출력 신호로 변환하는 역할을 한다. 센서 어레이(210)는 로우 드라이버(240)로부터 행 선택 신호, 리셋 신호, 전하 전송 신호 등 다수의 구동 신호를 수신하여 구동된다. 또한, 변환된 전기적인 출력 신호는 수직 신호 라인을 통해서 상관 이중 샘플러(250)에 제공된다.
타이밍 발생기(220)는 로우 디코더(230) 및 컬럼 디코더(280)에 타이밍(timing) 신호 및 제어 신호를 제공한다.
로우 드라이버(240)는 로우 디코더(230)에서 디코딩된 결과에 따라 다수의 단위 픽셀들을 구동하기 위한 다수의 구동 신호를 액티브 픽셀 센서 어레이(210)에 제공한다. 일반적으로 행렬 형태로 단위 픽셀이 배열된 경우에는 각 행별로 구동 신호를 제공한다.
상관 이중 샘플러(250)는 액티브 픽셀 센서 어레이(210)에 형성된 출력 신호를 수직 신호 라인을 통해 수신하여 유지(hold) 및 샘플링한다. 즉, 특정한 잡음 레벨(noise level)과, 상기 출력 신호에 의한 신호 레벨을 이중으로 샘플링하여, 잡음 레벨과 신호 레벨의 차이에 해당하는 차이 레벨을 출력한다.
아날로그 디지털 컨버터(260)는 차이 레벨에 해당하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다.
래치부(270)는 디지털 신호를 래치(latch)하고, 래치된 신호는 컬럼 디코더(280)에서 디코딩 결과에 따라 순차적으로 영상 신호 처리부(도면 미도시)로 출력된다.
도 11에 도시된 모든 기능 블록들은 원칩(one chip)으로 구성되어 있을 수도 있고, 여러 개의 칩으로 구성되어 있을 수도 있다. 예를 들어, 타이밍 발생기(220)는 별도의 하나의 칩으로 구성되고, 나머지 칩은 하나의 칩으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 설명된 칩들은 패키지 형태로 구현될 수 있다.
도 12를 참조하면, 컴퓨터 장치(300)은 버스(305)를 통해 입출력(I/O) 소자(330)와 커뮤니케이션할 수 있는 마이크로프로세서 등과 같은 중앙 정보 처리 장치(CPU)(320)를 포함한다. 이미지 센서(310)는 버스(305) 또는 다른 통신 링크를 통해서 장치와 커뮤니케이션할 수 있다. 또, 프로세서 기반 장치(300)은 버스(305)를 통해 CPU(320)와 커뮤니케이션할 수 있는 RAM(340) 및/또는 포트(360)을 더 포함할 수 있다. 포트(360)는 비디오 카드, 사운드 카드, 메모리 카드, USB 소자 등을 커플링하거나, 또 다른 장치와 데이터를 통신할 수 있는 포트일 수 있다. 이미지 센서(310)는 CPU, 디지털 신호 처리 장치(DSP) 또는 마이크로프로세서 등과 함께 집적될 수 있다. 또, 메모리가 함께 집적될 수도 있다. 물론 경우에 따라서는 프로세서와 별개의 칩에 집적될 수도 있다.
도 13a를 참조하면, 카메라 장치(400)은 이미지 센서(413)가 회로 기판(411) 상에 본딩 와이어를 통하여 실장되어 있는 이미지 센서 패키지(410)을 포함한다. 또한, 회로 기판(411) 상에는 하우징(420)이 부착되고, 하우징(420)은 회로 기판(411) 및 이미지 센서(413)를 외부 환경으로부터 보호한다.
하우징(420)에는 촬영하고자 하는 영상이 통과하는 경통부(421)가 형성되고, 경통부(421)의 외부를 향하는 외측 단부에는 보호 커버(422)가 설치되고, 경통 부(421)의 내측 단부에는 적외선 차단 및 반사 방지 필터(423)가 장착될 수 있다. 또한, 경통부(421)의 내부에는 렌즈(424)가 장착되고, 경통부(421)의 나사산을 따라서 렌즈(424)가 이동될 수 있다.
도 13b를 참조하면, 카메라 장치(500)는 관통 비아(through via)(572)를 이용한 이미지 센서 패키지(501)를 사용한다. 관통 비아(572)를 이용하면, 와이어 본딩을 이용하지 않고도 이미지 센서(570)와 회로 기판(560)이 전기적으로 접속할 수 있다. 여기서 설명되지 않은 부호인 520은 제1 렌즈이고, 540은 제2 렌즈이고, 526, 527은 렌즈 컴포넌트(lens component)이다. 또한, 505는 지지부(support member), 545는 어퍼쳐(aperture), 510, 530은 투명 기판, 550은 유리이다.
도 14을 참조하면, 핸드폰 시스템(450)의 소정 위치에 이미지 센서(452)가 부착되어 있다. 도 14에 도시된 위치와 다른 부분에 이미지 센서(452)가 부착될 수도 있음은 당업자에게 자명하다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 나타낸 단면도이다.
도 2 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 구현한 칩을 설명하기 위한 도면이다.
도 12 내지 도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 포함하는 프로세서 기반 장치를 설명하기 위한 도면들이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
1: 이미지 센서 100 : 패드
126 : 제1 금속 배선 132 : 지지 기판
142 : 반사 방지막 144 : 버퍼막
160 : 콘택홀 170 : 절연 스페이서
180 : 도전 스페이서
Claims (10)
- 기판;상기 기판의 전면(frontside)에 형성된 제1 금속 배선을 포함하는 절연 구조체;상기 기판을 관통하여 상기 제1 금속 배선을 노출시키는 콘택홀;상기 콘택홀의 측벽에 상기 제1 금속 배선과 연결되어 형성된 도전 스페이서; 및상기 기판의 후면(backside)에 형성되어 상기 제1 금속 배선과 전기적으로 연결된 패드를 포함하고,상기 패드는 상기 콘택홀의 하면에서 상기 제1 금속 배선과 직접 접하는 콘택을 포함하는 이미지 센서.
- 제 1항에 있어서,상기 콘택홀과 상기 도전 스페이서 사이에 형성된 절연 스페이서를 더 포함하는 이미지 센서.
- 제 1항에 있어서,상기 도전 스페이서는 W을 포함하는 이미지 센서.
- 제 1항에 있어서,상기 도전 스페이서는 CVD막인 이미지 센서.
- 제 1항에 있어서,상기 패드는 Al를 포함하는 이미지 센서.
- 기판 내에 복수개의 소자 분리 영역에 의해 구분되는 복수개의 광전 변환부를 형성하고,상기 기판 상에 순차적으로 적층된 금속 배선들을 포함하는 절연 구조체를 형성하고,상기 기판의 전면(frontside)에 지지 기판을 본딩하고,상기 기판의 후면(backside)을 식각하고,상기 기판을 관통하여 상기 금속 배선의 일부를 노출하는 콘택홀을 형성하고,상기 콘택홀의 측벽에 상기 금속 배선의 하나와 연결되는 도전 스페이서를 형성하고,상기 기판의 후면에 상기 금속 배선과 전기적으로 연결되는 패드를 형성하는 것을 포함하고,상기 패드는 상기 콘택홀의 하면에서 상기 금속 배선과 직접 접하는 콘택을 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 6항에 있어서,상기 도전 스페이서를 형성하는 것은,상기 기판 상에 도전층을 형성하고,상기 도전층을 일부 식각하여 상기 도전 스페이서를 형성하는 것을 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 7항에 있어서,상기 도전층을 형성하는 것은,CVD 공정으로 진행하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 7항에 있어서,상기 도전층을 일부 식각하는 것은 에치백 공정 또는 CMP 공정으로 진행하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 6항에 있어서,상기 도전 스페이서를 형성하기 전에, 상기 콘택홀의 측벽에 절연 스페이서를 형성하는 것을 더 포함하고,상기 도전 스페이서는 상기 절연 스페이서 상에 형성되는 이미지 센서의 제조 방법.
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