KR101715245B1 - X-ray detector or image sensor embodied with one chip based on CMOS and method of manufacturing the same - Google Patents

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KR101715245B1 KR1020140077993A KR20140077993A KR101715245B1 KR 101715245 B1 KR101715245 B1 KR 101715245B1 KR 1020140077993 A KR1020140077993 A KR 1020140077993A KR 20140077993 A KR20140077993 A KR 20140077993A KR 101715245 B1 KR101715245 B1 KR 101715245B1
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Abstract

본 발명은 고성능, 고 분해능, 대면적 및 대면적 확장이 가능한 CMOS기반의 단일칩으로 구현 가능한 X-선 검출기 또는 영상센서를 위하여, 반도체 기판, 상기 반도체 기판의 상면 상에 어레이 형태로 배치되며, 광 신호를 감지할 수 있는, 복수개의 픽셀블록(pixel block), 상기 반도체 기판의 하면 상에 각각의 픽셀블록에 대응되도록 배치되며, 아날로그-디지털 변환(ADC) 회로부와 픽셀단위 회로부를 포함하는, 하부대응 회로부 및 상기 반도체 기판을 관통하며, 상기 픽셀블록과 상기 하부대응 회로부를 전기적으로 연결할 수 있는, 도전성 패턴을 포함하는, CMOS기반의 단일칩으로 구현 가능한 X-선 검출기 또는 영상센서 및 그 제조방법을 제공한다.The present invention relates to an X-ray detector or an image sensor which can be implemented as a CMOS-based single chip capable of high performance, high resolution, large-area and large-area expansion, a semiconductor substrate, an array on the upper surface of the semiconductor substrate, A plurality of pixel blocks capable of sensing an optical signal; a plurality of pixel blocks arranged corresponding to the respective pixel blocks on a lower surface of the semiconductor substrate, the pixel blocks including an analog-digital conversion (ADC) An X-ray detector or an image sensor that can be implemented as a CMOS-based single chip and includes a conductive pattern that is capable of electrically connecting the pixel block and the lower corresponding circuit portion through the lower corresponding circuit portion and the semiconductor substrate, ≪ / RTI >

Description

CMOS기반의 단일칩으로 구현 가능한 X-선 검출기 또는 영상센서 및 그 제조방법{X-ray detector or image sensor embodied with one chip based on CMOS and method of manufacturing the same} [0001] The present invention relates to an X-ray detector or an image sensor and a manufacturing method thereof,

본 발명은 X-선 검출기 또는 영상센서 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 CMOS기반의 단일칩으로 구현 가능한 X-선 검출기 또는 영상센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an X-ray detector or an image sensor technology, and more particularly, to an X-ray detector or an image sensor which can be implemented as a CMOS-based single chip and a manufacturing method thereof.

인구증가와 노령화 및 소득 수준 향상으로 의료기기 산업이 빠르게 성장하고 있으며 치료기기 보다 진단기기의 수요가 더욱 증가하고 있다. 영상진단기기는 전자의료기기 중 시장 규모가 가장 큰 산업으로 의료영상은 다른 의료서비스에 비해 증가속도가 가장 빠르다. 한편, 현대의료 진단방법에서 X-선은 중요한 진단의 도구로 사용되고 있으나 사용하면 할수록 피폭 량이 증가하여 인체에 다른 발병의 원인이 될 수 있다. As the population grows, the aging and the income level increase, the medical device industry is growing rapidly, and the demand for diagnostic devices is higher than that of therapeutic devices. Imaging equipment is the largest market among electronic medical devices, and medical imaging has the fastest growth rate compared to other medical services. On the other hand, in the modern medical diagnosis method, X-ray is used as an important diagnostic tool, but the amount of exposure increases as the use thereof increases, which may cause other diseases in the human body.

따라서 종래의 x-ray 검출을 현재의 필름내지는 간접방식의 검출기보다 고성능의 감광도를 갖는 검출기를 사용하면 훨씬 더 적은 양의 x-ray 피폭(적어도 10배 이상 감소)을 받으면서 분해능, 감광도는 훨씬 더 좋은 X-선 검출기의 개발이 절실히 필요하다. Thus, using conventional x-ray detectors with detectors with higher performance than current film or indirect detectors, the resolution and sensitivity are much better, with a much lower x-ray exposure (at least 10-fold reduction) Development of a good X-ray detector is urgently needed.

그 뿐만 아니라, 고 분해능의 반도체 검출기를 사용하면 아주 빠른 반응속도에 의해 X-ray 노출시간을 줄일 수 있다. 동시에 x-ray 발생선원의 소형화가 가능하며, 이동형의 진단기기도 가능하다. 특히, 종래의 의료진단에서 연조직(soft tissue) 진단은 영상의 대조도가 낮아서 진단의 어려움이 많고 진단비용과 진단시간을 많이 소모하여 왔으며, 대부분의 인체장기 내 종양을 x-ray로 진단하여 초기단계의 미세종양을 찾아낼 수 없었다. In addition, the use of high-resolution semiconductor detectors can reduce X-ray exposure times with very fast reaction rates. At the same time, it is possible to miniaturize the source of x-ray generation, and it is also possible to use mobile diagnostic devices. In particular, in the conventional medical diagnosis, soft tissue diagnosis has been difficult to diagnose due to low contrast of images, and it has been costly diagnosis cost and diagnosis time, and most of the human tumors are diagnosed by x- Stage micro-tumors could not be found.

이러한 종래의 모든 문제에 대하여 대면적의 반도체 검출기는 훌륭한 대안이 되고 있다. 더욱이 x-ray 검출기는 산업용 및 항만과 공항의 검색대에서도 활용되며, 우주 x-선 분석과 우주선 및 입자 측정에서도 그 활용성이 높고 성능도 우수하여 우주과학과 입자물리와 같은 최첨단 기초학문의 발전에 대한 기여도도 아주 높은 기술이다. For all these conventional problems, large area semiconductor detectors have become an excellent alternative. Furthermore, x-ray detectors are used in industrial and harbor and airport search centers, and are highly versatile and perform well in space x-ray analysis, spacecraft and particle measurements, Its contribution to the technology is also very high.

그러나 반도체 검출기를 대면적으로 제작하려면 8인치 기판에 가능한 최대 크기로 한 개의 칩을 구현하여야 하며, 칩 내부에 구현되는 회로는 가급적 초 서브 마이크론(Deep submicron) 기술로 만들어져야 한다. 회로구현에 필요한 패터닝 크기가 커질수록 대면적 검출기의 성능이 크게 나빠진다. 전체센서 면적 중 차지하는 회로부분의 면적이 넓어져 필 팩터(fill factor)를 감소시켜 대면적 검출기의 성능이 크게 나빠지기 때문이다. 한편, 검출기의 크기(~12cm x 12cm)에 맞는 대면적 마스크에 가능한 미세패턴크기는 2㎛ 이상으로 얼라이너급 장비를 사용하여야 한다. 따라서, 앞서 설명한 미세회로 구현에서 필 팩터 감소와 성능악화를 방지하려면 초 서브 마이크론(Deep submicron) 크기를 구현할 수 있는 스테퍼(stepper) 또는 스캐너(scanner)급 이상의 분해능을 갖는 고급패터닝 기법을 사용하여야 한다. However, in order to fabricate semiconductor detectors with a large area, one chip should be implemented with the maximum size possible on an 8-inch substrate, and the circuit implemented in the chip should be made as deep submicron as possible. The larger the patterning size required for circuit implementation, the greater the performance of the large area detector. The area of the circuit area occupied by the entire sensor area is widened, thereby reducing the fill factor and greatly degrading the performance of the large area detector. On the other hand, the size of the detector (~ 12cm x 12cm) should be as small as possible for large-area masks and should be more than 2㎛. Therefore, in order to reduce the fill factor and deteriorate performance in the above-described micro circuit implementation, a stepper or a scanner-based advanced patterning technique capable of implementing a deep submicron size should be used .

또한, 대면적의 반도체 검출기의 신호처리속도를 높이려면, 아주 먼 거리(표준형은 12cm, 적어도 5cm 이상)를 지나 ROIC 에 도달되는 개개 픽셀의 신호처리속도를 높여주어야 동영상 구현이 가능하다. 한편, 신호처리속도는 각 픽셀의 아날로그신호가 대면적을 통과하여 검출기의 최하단에 있는 ROIC회로까지 도달하는데 있어서 가장 큰 시간을 소모하므로 ADC회로를 내장하여 디지털 상태에서 전송되어야 한다. In order to increase the signal processing speed of a large-area semiconductor detector, it is necessary to increase the signal processing speed of each pixel reaching the ROIC over a very long distance (12 cm for standard type, at least 5 cm or more) On the other hand, since the analog signal of each pixel passes through the large area and reaches the ROIC circuit at the bottom of the detector, the signal processing speed consumes the most time, so it must be transmitted in the digital state with the built-in ADC circuit.

그러나 이 기술은 필 팩터 감소로 이어지므로 종래의 회로면적 내에 추가적으로 ADC를 추가하려면 60nm급의 CMOS 기술로 회로를 더욱 더 미세화 하여야 하는 문제점이 있다.
However, since this technique leads to reduction of the fill factor, there is a problem that the circuit must be further miniaturized by the 60 nm class CMOS technology in order to additionally add the ADC within the conventional circuit area.

<선행기술 문헌><Prior Art Literature>

1. 한국등록특허 제10-1107164호 (201.01.11)1. Korean Registered Patent No. 10-1107164 (Jan. 11, 201)

2. 한국공개특허 제2009-0028884호 (2007.09.17)2. Korean Patent Publication No. 2009-0028884 (2007.09.17)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 고성능, 고 분해능, 대면적 및 대면적 확장이 가능한 CMOS기반의 단일칩으로 구현 가능한 X-선 검출기 또는 영상센서 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide an X-ray detector or an image sensor and a manufacturing method thereof which can be realized as a single chip of CMOS based on high performance, high resolution, large area and large area expansion And to provide the above objects. However, these problems are exemplary and do not limit the scope of the present invention.

본 발명의 일 관점에 따르면, 반도체 기판, 상기 반도체 기판의 상면 상에 어레이 형태로 배치되며, 광 신호를 감지할 수 있는, 복수개의 픽셀블록(pixel block), 상기 반도체 기판의 하면 상에 각각의 픽셀블록에 대응되도록 배치되며, 아날로그-디지털 변환(ADC) 회로부와 픽셀단위 회로부를 포함하는, 하부대응 회로부 및 상기 반도체 기판을 관통하며, 상기 픽셀블록과 상기 하부대응 회로부를 전기적으로 연결할 수 있는, 도전성 패턴을 포함하는, CMOS기반의 단일칩으로 구현 가능한 X-선 검출기 또는 영상센서가 제공된다. According to an aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a semiconductor substrate; a plurality of pixel blocks arranged in an array on an upper surface of the semiconductor substrate and capable of sensing an optical signal; A pixel corresponding to a pixel block and including an analog-to-digital conversion (ADC) circuit portion and a pixel-by-pixel circuit portion, the pixel circuit portion being electrically connected to the pixel- An X-ray detector or image sensor capable of being implemented as a CMOS-based single chip, including a conductive pattern, is provided.

상기 CMOS기반의 단일칩으로 구현 가능한 X-선 검출기 또는 영상센서에 있어서, 상기 픽셀블록은 복수개의 광 다이오드를 포함하고, 상기 픽셀단위 회로부는 복수개의 트랜지스터를 포함할 수 있다.The pixel block may include a plurality of photodiodes, and the pixel unit circuit portion may include a plurality of transistors. In the X-ray detector or the image sensor,

상기 CMOS기반의 단일칩으로 구현 가능한 X-선 검출기 또는 영상센서에 있어서, 상기 반도체 기판의 상면 또는 하면 상에 배치된 ROIC(readout integrated circuits) 회로부를 더 포함할 수 있다.The X-ray detector or the image sensor, which can be implemented as a CMOS-based single chip, may further include a readout integrated circuits (ROIC) circuit portion disposed on an upper surface or a lower surface of the semiconductor substrate.

상기 CMOS기반의 단일칩으로 구현 가능한 X-선 검출기 또는 영상센서에 있어서, 상기 픽셀블록에서 발생한 아날로그 신호는 상기 아날로그-디지털 변환(ADC) 회로부에서 디지털 신호로 변환되고, 변환된 상기 디지털 신호는 상기 ROIC 회로부로 전송될 수 있다.In the X-ray detector or the image sensor which can be implemented as a CMOS-based single chip, an analog signal generated in the pixel block is converted into a digital signal by the ADC circuit, Can be transmitted to the ROIC circuit section.

상기 CMOS기반의 단일칩으로 구현 가능한 X-선 검출기 또는 영상센서에 있어서, 상기 반도체 기판의 하면 상에 배치된 타이밍 및 제어 로직(timing and control logic) 회로부를 더 포함할 수 있다.The X-ray detector or the image sensor, which can be implemented as a CMOS-based single chip, may further include a timing and control logic circuit portion disposed on a lower surface of the semiconductor substrate.

본 발명의 다른 관점에 따르면, 반도체 기판의 상면 상에, 복수개의 픽셀블록을 어레이 형태로 형성하는 단계, 상기 반도체 기판을 관통하는 도전성 패턴을 형성하는 단계 및 상기 반도체 기판의 하면 상에, 각각의 픽셀블록에 대응되도록 배치되며, 아날로그-디지털 변환(ADC) 회로부와 픽셀단위 회로부를 포함하는, 하부대응 회로부를 형성하는 단계를 포함하는, CMOS기반의 단일칩으로 구현 가능한 X-선 검출기 또는 영상센서의 제조방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming an array of a plurality of pixel blocks on an upper surface of a semiconductor substrate; forming a conductive pattern through the semiconductor substrate; A CMOS-based single chip implementable X-ray detector or image sensor, comprising a step of forming a lower corresponding circuit portion, which is arranged to correspond to a pixel block and includes an analog-to-digital conversion (ADC) Is provided.

상기 CMOS기반의 단일칩으로 구현 가능한 X-선 검출기 또는 영상센서의 제조방법에 있어서, 상기 복수개의 픽셀블록을 어레이 형태로 형성하는 단계, 상기 도전성 패턴을 형성하는 단계 및 상기 하부대응 회로부를 형성하는 단계로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나의 단계는, 상기 군에서 선택된 나머지 어느 하나의 단계를 수행한 이후에, 상기 반도체 기판을 적어도 한 번 이상 뒤집어 수행될 수 있다.The method of manufacturing an X-ray detector or an image sensor according to claim 1, wherein the plurality of pixel blocks are formed in an array form, the conductive pattern is formed, At least one step selected from the group consisting of steps of performing at least one step selected from the group may be performed by inverting the semiconductor substrate at least one time.

상기 CMOS기반의 단일칩으로 구현 가능한 X-선 검출기 또는 영상센서의 제조방법에 있어서, 상기 복수개의 픽셀블록을 어레이 형태로 형성하는 단계를 수행한 이후에, 상기 도전성 패턴을 형성하는 단계 및 상기 하부대응 회로부를 형성하는 단계 이전에, 상기 반도체 기판을 한 번 뒤집는 단계를 더 포함할 수 있다.A method of manufacturing an X-ray detector or an image sensor, which can be implemented as a CMOS-based single chip, comprises: forming the plurality of pixel blocks in an array form; The method may further comprise reversing the semiconductor substrate once before forming the corresponding circuit portion.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 고성능, 고 분해능, 대면적 및 대면적 확장이 가능한 CMOS기반의 단일칩으로 구현 가능한 X-선 검출기 또는 영상센서 및 그 제조방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention as described above, an X-ray detector or an image sensor and a manufacturing method thereof can be realized which can be implemented as a single chip of CMOS based on which high performance, high resolution, large area and large area can be expanded . Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 CMOS기반의 단일칩으로 구현 가능한 X-선 검출기 또는 영상센서에서, 반도체 기판의 상면에 형성된 픽셀블록의 회로구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 CMOS기반의 단일칩으로 구현 가능한 X-선 검출기 또는 영상센서에서, 반도체 기판의 하면에 형성된 구성의 배치구조를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 X-선 검출기 또는 영상센서의 단일칩을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 4는 도 2의 I-I'절취선을 따른 X-선 검출기 또는 영상센서를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 CMOS기반의 단일칩으로 구현 가능한 X-선 검출기 또는 영상센서에서, 반도체 기판의 상면 및 하면에 형성된 회로구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 X-선 검출기 또는 영상센서의 제조방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 7은 본 발명의 비교예에 따른 X-선 검출기 또는 영상센서의 회로구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른 X-선 검출기 또는 영상센서의 상면 상에 구현되는, 회로구성의 제조방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 X-선 검출기 또는 영상센서의 하면 상에 구현되는, 회로구성의 제조방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 X-선 검출기 또는 영상센서의 상면 상에 구현되는 회로구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 X-선 검출기 또는 영상센서의 하면 상에 구현되는 회로구성을 개략적으로 도시한 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a diagram schematically showing a circuit configuration of a pixel block formed on a top surface of a semiconductor substrate in an X-ray detector or an image sensor which can be implemented as a CMOS-based single chip according to embodiments of the present invention.
FIG. 2 is a view schematically showing an arrangement structure of a structure formed on a lower surface of a semiconductor substrate in an X-ray detector or an image sensor which can be implemented as a CMOS-based single chip according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram of a single chip of an X-ray detector or image sensor according to embodiments of the present invention.
4 is a cross-sectional view schematically showing an X-ray detector or an image sensor along the I-I 'perforation line of FIG. 2;
5 is a diagram schematically showing a circuit configuration formed on the top and bottom surfaces of a semiconductor substrate in an X-ray detector or an image sensor which can be implemented as a CMOS-based single chip according to embodiments of the present invention.
6 is a flowchart schematically illustrating a method of manufacturing an X-ray detector or an image sensor according to an embodiment of the present invention.
7 is a schematic view showing a circuit configuration of an X-ray detector or an image sensor according to a comparative example of the present invention.
8A is a flowchart schematically illustrating a method of manufacturing a circuit structure, which is implemented on an upper surface of an X-ray detector or an image sensor according to an embodiment of the present invention.
8B is a flowchart schematically illustrating a method of manufacturing a circuit structure implemented on a bottom surface of an X-ray detector or an image sensor according to an embodiment of the present invention.
9 is a view schematically showing a circuit configuration implemented on an upper surface of an X-ray detector or an image sensor according to an embodiment of the present invention.
10 is a view schematically showing a circuit configuration implemented on a bottom surface of an X-ray detector or an image sensor according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, Is provided to fully inform the user. Also, for convenience of explanation, the components may be exaggerated or reduced in size.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 CMOS기반의 단일칩으로 구현 가능한 X-선 검출기 또는 영상센서에서, 반도체 기판의 상면에 형성된 픽셀블록의 회로구성을 개략적으로 도시하는 도면이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 CMOS기반의 단일칩으로 구현 가능한 X-선 검출기 또는 영상센서에서, 반도체 기판의 하면에 형성된 구성의 배치구조를 개략적으로 도시하는 도면이다.1 is a diagram schematically showing a circuit configuration of a pixel block formed on a top surface of a semiconductor substrate in an X-ray detector or an image sensor which can be implemented as a CMOS-based single chip according to embodiments of the present invention. 1 is a diagram schematically showing an arrangement structure of a configuration formed on a lower surface of a semiconductor substrate in an X-ray detector or an image sensor which can be implemented as a CMOS-based single chip according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 CMOS기반의 단일칩으로 구현 가능한 X-선 검출기 또는 영상센서는, 반도체 기판(10), 픽셀블록(20)(pixel block), 하부대응 회로부(30) 및 도전성 패턴(40)을 포함하여 구현될 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 2, an X-ray detector or an image sensor which can be implemented as a CMOS-based single chip according to embodiments of the present invention includes a semiconductor substrate 10, a pixel block 20, A lower corresponding circuit portion 30, and a conductive pattern 40, as shown in FIG.

예를 들어, 본 발명은, 반도체 기판(10)의 상면(10a) 상에 어레이 형태로 배치되며, 광 신호를 감지할 수 있는, 복수개의 픽셀블록(20) 포함할 수 있다. 반도체 기판(10)의 하면(10b) 상에는 각각의 픽셀블록(20)에 대응되도록 배치되며, 아날로그-디지털 변환(ADC, analog-digital converter) 회로부(32)와 픽셀단위 회로부(31)를 포함하는, 하부대응 회로부(30)를 포함할 수 있다.For example, the present invention may include a plurality of pixel blocks 20 arranged in an array on the upper surface 10a of the semiconductor substrate 10 and capable of sensing optical signals. A pixel circuit 20 is disposed on the lower surface 10b of the semiconductor substrate 10 to correspond to each pixel block 20 and includes an analog-to-digital converter (ADC) circuit unit 32 and a pixel unit circuit unit 31 And a lower corresponding circuit unit 30, as shown in FIG.

또한, 반도체 기판(10)을 관통하며, 픽셀블록(20)과 하부대응 회로부(30)를 전기적으로 연결할 수 있는, 도전성 패턴(40)을 포함할 수 있다.The conductive pattern 40 may also include a conductive pattern 40 that penetrates the semiconductor substrate 10 and is capable of electrically connecting the pixel block 20 and the lower corresponding circuit portion 30. [

반도체 기판(10)은, 예컨대, 단결정 실리콘 기판을 포함할 수 있다. 상기 단결정 실리콘 기판을 사용한 X-선 검출기의 경우, 빠른 빛 감응속도와 전자의 이동도로 인하여 엑스레이 노출시간을 줄일 수 있다. 그 뿐만 아니라, 엑스레이 발생선원의 소형화도 가능하여 이동형의 진단기기도 제작할 수 있다.The semiconductor substrate 10 may include, for example, a single crystal silicon substrate. In the case of the X-ray detector using the single crystal silicon substrate, the X-ray exposure time can be shortened due to the fast light-sensing speed and the movement of electrons. In addition, it is possible to miniaturize the source of the x-ray generation source, so that a mobile diagnostic device can be manufactured.

또한, 신호대 잡음비(signal to noise ratio)가 높아서, 영상대조도가 높아질 수 있다. 특히, 연조직의 대조도를 높이므로 지금까지 검출하지 못하였던 대부분의 인체장기 내부의 종양을 진단하여 초기단계의 미세종양을 찾아낼 수 있다.In addition, since the signal to noise ratio is high, image contrast can be enhanced. In particular, since the contrast of the soft tissue is increased, most of the tumors in the organs of the human body, which have not been detected so far, can be diagnosed and early stage micro-tumors can be detected.

도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 X-선 검출기 또는 영상센서의 단일칩을 개략적으로 도시하는 도면이다.3 is a schematic diagram of a single chip of an X-ray detector or image sensor according to embodiments of the present invention.

도 3을 참조하면, 픽셀블록(20)은, 예를 들어, 복수개의 광 다이오드를 포함할 수 있으며, 스티칭(stitching) 공정에 의하여 반도체 기판(10) 상에 배치될 수 있다. 구체적인 예를 들어, 픽셀블록(20)은 개별적으로 만들어지는 패터닝을 연속적으로 덧붙여 형성하는 스티칭(stitching) 공정에 의하여 반도체 기판(10) 상에 배치됨으로써, 예컨대, 8인치의 반도체 기판(10) 상에 대면적을 확보하여 형성되는 단일칩(100)을 구현할 수 있다. Referring to FIG. 3, the pixel block 20 may include, for example, a plurality of photodiodes and may be disposed on the semiconductor substrate 10 by a stitching process. For example, the pixel block 20 may be disposed on the semiconductor substrate 10 by a stitching process in which patterning is separately formed in succession to form, for example, an 8-inch semiconductor substrate 10 A single chip 100 having a large area can be realized.

구체적인 예를 들어, 픽셀(22) 및 로우 드라이버(21)를 포함하는 레티클을 이용하여, 반도체 기판(10)의 상면(10a) 상에, 상기 스티칭 공정에 의하여 복수의 샷(shot)으로 노광할 수 있다. 이때, 로우 드라이버(21)는 상기 레티클의 테두리 중에서 하나의 테두리에만 배치되게 형성될 수 있다. For example, a reticle including a pixel 22 and a row driver 21 is used to expose a plurality of shots on the upper surface 10a of the semiconductor substrate 10 by the stitching process . At this time, the row driver 21 may be formed to be disposed on only one of the rims of the reticle.

반도체 기판(10)의 상면(10a) 상에 노광되어 전사된 패턴들은, 픽셀(22) 및 로우 드라이버(21)를 포함하는 복수의 픽셀블록(20)으로 구현될 수 있다. 이때, 로우 드라이버(21)는 가로 및 세로 방향 중 어느 하나의 방향으로만 연결되어 신장 배치될 수 있다. The patterns exposed and transferred onto the upper surface 10a of the semiconductor substrate 10 may be embodied as a plurality of pixel blocks 20 including a pixel 22 and a row driver 21. [ At this time, the row drivers 21 can be extended and connected only in one of the horizontal and vertical directions.

가로 및 세로 방향 중 어느 하나의 방향으로만 연결되어 신장 배치되는 로우 드라이버(21)는, 로우 드라이버(21)가 가로 방향과 세로 방향으로 각각 연결되어 신장 배치되는 경우의 X-선 검출기 또는 영상센서 보다 데드라인(dead line)을 최소화 할 수 있다. The row driver 21, which is connected and extended in only one of the horizontal and vertical directions, is connected to an X-ray detector or an image sensor in the case where the row drivers 21 are connected to each other in the horizontal direction and the vertical direction, The dead line can be minimized.

예를 들어, 본 발명의 CMOS기반의 단일칩을 이용한 X-선 검출기 또는 영상센서는, 상기 데드라인으로 한 방향으로 신장되는 약 5㎛의 로우 드라이버(21)만을 포함하고 있어, 약 125㎛ 이상의 넓고, 많은 데드라인을 포함하고 있는 기존의 X-선 검출기 또는 영상센서보다 미세 암세포 조직 등을 더 잘 발견할 수 있다.For example, an X-ray detector or an image sensor using a CMOS-based single chip of the present invention includes only a row driver 21 of about 5 탆 extending in one direction to the dead line, It is better to detect micro cancer cell tissues and the like than a conventional X-ray detector or image sensor that includes a large, large number of deadlines.

픽셀블록(20)에서 발생한 아날로그 신호는 아날로그-디지털 변환 회로부(32)에서 디지털 신호로 변환될 수 있다. 변환된 상기 디지털 신호는 ROIC(readout integrated circuits) 회로부(50)로 전송될 수 있다.The analog signal generated in the pixel block 20 can be converted into a digital signal in the analog-to-digital conversion circuit portion 32. The converted digital signal may be transmitted to a readout integrated circuits (ROIC) circuit unit 50.

또한, 픽셀단위 회로부(31)는 복수개의 트랜지스터(예를 들어, 3개의 nMOS 타입의 트랜지스터)를 포함할 수 있으며, 픽셀단위 회로부(31) 및 아날로그-디지털 변환 회로부(32)는, 반도체 기판(10)의 상면(10a) 상에 배치는 픽셀블록(20)의 면적과 대응되는, 반도체 기판(10)의 하면(10b) 상의 면적에 배치될 수 있다. The pixel-unit circuit section 31 and the analog-digital conversion circuit section 32 may include a plurality of transistors (for example, three nMOS type transistors) 10 may be arranged in the area on the lower surface 10b of the semiconductor substrate 10 corresponding to the area of the pixel block 20.

구체적인 예를 들어, 반도체 기판(10)의 상면(10a)에 배치된 픽셀블록(도 1의 PB(1,1))의 면적과 대응되는 반도체 기판(10)의 하면(10b) 상의 면적에, 픽셀단위 회로부(31) 및 아날로그-디지털 변환 회로부(도 2의 ADC(1.1))가 배치될 수 있다.For example, in the area on the lower surface 10b of the semiconductor substrate 10 corresponding to the area of the pixel block (PB (1, 1) in FIG. 1) disposed on the upper surface 10a of the semiconductor substrate 10, The pixel-unit circuit section 31 and the analog-to-digital conversion circuit section (ADC 1.1 in Fig. 2) can be arranged.

또 다른 예를 들어, 반도체 기판(10)의 상면(10a)에 배치된 픽셀블록(도 1의 PB(1,N))의 면적과 대응되는 반도체 기판(10)의 하면(10b) 상의 면적에, 픽셀단위 회로부(31) 및 아날로그-디지털 변환 회로부(도 2의 ADC(1.N))가 배치될 수 있다.For example, the area on the lower surface 10b of the semiconductor substrate 10 corresponding to the area of the pixel block (PB (1, N) in FIG. 1) disposed on the upper surface 10a of the semiconductor substrate 10 A pixel-unit circuit section 31, and an analog-digital conversion circuit section (ADC 1.N in Fig. 2).

상술한 바와 같이, 본 발명은, 픽셀단위 회로부(31) 및 아날로그-디지털 변환 회로부(32)를 포함하는 하부대응 회로부(30)가 반도체 기판(10)의 하면(10b)에 배치됨으로써, 반도체 기판(10)의 상면(10a)에는 픽셀블록(20)만 배치되어 픽셀의 픽 팰터를 높여줄 수 있다. As described above, according to the present invention, since the lower corresponding circuit portion 30 including the pixel unit circuit portion 31 and the analog-digital conversion circuit portion 32 is disposed on the lower surface 10b of the semiconductor substrate 10, Only the pixel block 20 is disposed on the upper surface 10a of the substrate 10 so that the peak of the pixel can be increased.

또한, 반도체 기판(10)의 상기 상면(10a) 상에 배치는 각각의 픽셀블록(20)의 면적과, 대응되는 반도체 기판(10)의 하면(10b) 상의 면적에 픽셀단위 회로부(31) 및 아날로그-디지털 변환 회로부(32)가 배치됨으로써, 신호처리 속도를 고속화 할 수 있다. 즉, 픽셀블록(20)에서 감지된 광 신호를 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환하는, 신호처리 속도를 고속화 할 수 있다.The arrangement on the upper surface 10a of the semiconductor substrate 10 is such that the area of each pixel block 20 and the area on the lower surface 10b of the corresponding semiconductor substrate 10 are aligned with the pixel unit circuit portion 31, By arranging the analog-to-digital conversion circuit portion 32, the signal processing speed can be increased. That is, it is possible to speed up the signal processing speed of converting the optical signal sensed by the pixel block 20 from an analog signal to a digital signal.

도 4는 도 2의 I-I'절취선을 따른 X-선 검출기 또는 영상센서를 개략적으로 도시하는 단면도이다.4 is a cross-sectional view schematically showing an X-ray detector or an image sensor along the I-I 'perforation line of FIG. 2;

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 X-선 검출기 또는 영상센서는, 반도체 기판(10)의 상면(10a) 상에 픽셀블록(20)(PB(1,1), PB(1,2), PB(1,N))이 배치되고, 픽셀블록(20)의 면적과 대응되는 반도체 기판(10)의 하면(10b) 상의 면적에, 아날로그-디지털 변환 회로부(32)(ADC(1,1), ADC(1,2), ADC(1,N))가 배치될 수 있다.4, an X-ray detector or an image sensor according to the present invention includes a pixel block 20 (PB (1, 1), PB (1, 2)) on an upper surface 10a of a semiconductor substrate 10, Digital conversion circuit portion 32 (ADC (1, 1), 1 (N)) is disposed on an area on the lower surface 10b of the semiconductor substrate 10 corresponding to the area of the pixel block 20 ), ADC (1, 2), ADC (1, N)).

또한, 픽셀블록(20)에서 생성된 광 전하는, 반도체 기판(10)의 상면(10a) 및 하면(10b)을 관통하여 형성된 도전성 패턴(40)을 통하여, 반도체 기판(10)의 하면(10b)에 배치되는 하부대응 회로부(30)에 연결될 수 있다.The light generated in the pixel block 20 is incident on the lower surface 10b of the semiconductor substrate 10 through the conductive pattern 40 formed through the upper surface 10a and the lower surface 10b of the semiconductor substrate 10. [ To the lower corresponding circuitry 30,

도전성 패턴(40)은, 예를 들어, 실리콘 관통 전극 공정(TSV, through silicon via)에 의하여 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 실리콘 관통 전극 공정에 의하여 반도체 기판(10)의 상면(10a) 및 하면(10b)에 수직으로 관통하도록 형성된 비아(via)에 전기 전도성을 갖도록 도전성 물질을 채워줌으로써, 콘택(contact) 패턴을 형성할 수 있다. 상기 도전성 물질은, 구리, 텅스텐, 폴리실리콘 등을 포함할 수 있다.The conductive pattern 40 may be formed by, for example, a through silicon via (TSV) process. For example, a via formed vertically through the upper surface 10a and the lower surface 10b of the semiconductor substrate 10 by the silicon penetration electrode process is filled with a conductive material so as to have electrical conductivity, Can be formed. The conductive material may include copper, tungsten, polysilicon, and the like.

상기 실리콘 관통 전극 공정에 의하여 형성된 도전성 패턴(40)은 본딩용 전극이 필요 없다. 즉, 도전성 패턴(40)의 형성에 상기 실리콘 관통 전극 공정을 적용함으로써, 3차원 적층에 의한 고밀도화와 바닥면적의 축소로 인한 패키지의 소형화가 동시에 실현될 수 있다. 또한, 고주파 신호의 전송, 데이터 전송 속도의 향상 및 소비전력을 저감할 수 있다.The conductive pattern 40 formed by the silicon through electrode process does not need an electrode for bonding. That is, by applying the silicon through-hole electrode process to the formation of the conductive pattern 40, it is possible to simultaneously achieve high density by three-dimensional stacking and miniaturization of the package due to reduction of the floor area. In addition, it is possible to transmit high-frequency signals, improve data transmission speed, and reduce power consumption.

하부대응 회로부(30)는 픽셀단위 회로부(31)에서 나온 아날로그 신호를 아날로그-디지털 변환 회로부(32)를 통하여 디지털 신호로 바로 변환할 수 있다. 변환된 상기 디지털 신호는 ROIC 회로부(50)에 빠른 속도로 전송될 수 있다.The lower corresponding circuit section 30 can directly convert the analog signal output from the pixel unit circuit section 31 into a digital signal through the analog-to-digital conversion circuit section 32. [ The converted digital signal can be transmitted to the ROIC circuit section 50 at a high speed.

ROIC 회로부(50)는 반도체 기판(10)의 상면(10a) 또는 하면(10b) 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, ROIC 회로부(50)는 복수개의 픽셀블록(20)이 배치된 반도체 기판(10)의, 상면(10a)의 최하단에 배치될 수 있다. The ROIC circuit portion 50 may be disposed on the upper surface 10a or the lower surface 10b of the semiconductor substrate 10. [ For example, the ROIC circuit portion 50 may be disposed at the bottom of the upper surface 10a of the semiconductor substrate 10 on which the plurality of pixel blocks 20 are disposed.

또한, 다른 예를 들어, ROIC 회로부(50)는 아날로그-디지털 변환 회로부(32) 및 픽셀단위 회로부(31)를 포함하는 하부대응 회로부(30)가 배치될 수 있는, 반도체 기판(10)의, 하면(10b)의 최하단에 배치될 수 있다For example, the ROIC circuit portion 50 may be provided on the semiconductor substrate 10, on which the lower corresponding circuit portion 30 including the analog-to-digital conversion circuit portion 32 and the pixel unit circuit portion 31 may be disposed, And may be disposed at the lowermost end of the lower surface 10b

또한, 본 발명의 반도체 기판(10)의 하면(10b) 상에는, 아날로그-디지털 변환 회로부(32) 및 픽셀단위 회로부(31)를 포함하는 하부대응 회로부(30), 및 ROIC 회로부(50) 외에도, 타이밍 및 제어 로직(timing and control logic) 회로부(60)를 더 포함할 수 있다.In addition to the lower corresponding circuit portion 30 including the analog-to-digital conversion circuit portion 32 and the pixel unit circuit portion 31 and the ROIC circuit portion 50 on the lower surface 10b of the semiconductor substrate 10 of the present invention, Timing and control logic circuitry 60. The timing and control logic &lt; RTI ID = 0.0 &gt; 60 &lt; / RTI &gt;

하부대응 회로부(30), ROIC 회로부(50) 및 타이밍 및 제어 로직 회로부(60)는 반도체 기판(10)의 하면(10b) 상에 스티칭 공정에 의하여 배치될 수 있다.The lower corresponding circuit portion 30, the ROIC circuit portion 50 and the timing and control logic circuit portion 60 may be disposed on the lower surface 10b of the semiconductor substrate 10 by a stitching process.

일반적으로 엑스레이 검출장치는 엑스레이 발생장치에 의해서 촬영된 피사체의 엑스레이 이미지를 검출하여 디스플레이 장치로 제공하는 장치이다. 현재, 필름을 사용하지 않는 디지털 방사선(Digital Radiography) 방식을 이용하는 플랫 패널(flat panel) 방식의 엑스레이 검출장치가 널리 이용되고 있다. 이러한 방식을 이용하는 플랫 패널 엑스레이 검출장치는 플랫 패널 내에 엑스레이를 감지하기 위한 다수의 광감지 픽셀을 구비한다. 각 광감지 픽셀은 엑스레이 발생장치로부터 발생된 엑스레이를 감지하여 전기적 신호를 출력한다. 전기적 신호는 판독 집적회로(Readout integrated circuits, ROIC)에 의해 플랫 패널로부터 행 단위로 판독된다. 판독 집적회로에서 출력되는 신호는 신호 처리과정을 거쳐 영상 신호로 변환되어 엑스레이 이미지를 표시하기 위한 디스플레이 장치로 전송된다. In general, an X-ray detecting apparatus detects an X-ray image of a subject photographed by an X-ray generating apparatus and provides the detected X-ray image to a display device. At present, a flat panel type X-ray detecting apparatus using a digital radiography method which does not use a film is widely used. A flat panel x-ray detector using this method has a plurality of light-sensing pixels for sensing x-rays in a flat panel. Each photo-sensing pixel senses x-rays generated from the x-ray generator and outputs an electrical signal. The electrical signals are read out row by row from the flat panel by readout integrated circuits (ROIC). The signal output from the readout integrated circuit is converted into a video signal through a signal processing process and transmitted to a display device for displaying an x-ray image.

한편, 현대의료 진단방법에서 엑스레이는 중요한 진단의 도구로 사용되고 있으나 사용하면 할수록 피폭 량이 증가하여 인체에 다른 발병의 원인이 될 수 있다. 또한, 의료진단에서 연조직 진단은 영상의 대조도가 낮아서 진단의 어려움이 많고 진단비용과 진단시간을 많이 소모하여 왔으며, 대부분의 인체장기 내 종양을 엑스레이로 진단하여 초기단계의 미세종양을 찾아낼 수 없었다.On the other hand, in modern medical diagnosis methods, X-rays are used as an important diagnostic tool, but the use of X-rays increases the exposure dose and may cause other diseases in the human body. In the medical diagnosis, the soft tissue diagnosis has been difficult because of the low contrast of the images, and the diagnostic cost and diagnosis time have been consumed. In most of the human organs, x-rays are used to diagnose early stage micro- There was no.

또한, CMOS로 제작된 검출기는 그 크기가 작아 실제 크기를 축소시켜 검출한 후 이미지를 확대하여야 한다는 문제점 등이 있었다.In addition, there is a problem that a detector made in CMOS has a small size, so that the image must be enlarged after detecting the actual size.

그러나 본 발명에 따르는 X-선 검출기 또는 영상센서는 상술한 문제점 등을 해결 할 수 있다. 예를 들어, 각각의 픽셀블록(20)에서 얻어지는 아날로그 신호를 ROIC 회로부(50)에 전송하는데 필요한 시간을 최소화 할 수 있다. 또한, 신호처리 속도를 높이기 위하여 각각의 픽셀블록(20)마다 아날로그-디지털 변환 회로부(32)를 개별적으로 적용하고, 신호 전송을 디지털 상태에서 진행하여 대면적 X-선 검출기의 프레임 레이트(frame rate)를 고속화한 실시간 동영상을 구현할 수 있다.However, the X-ray detector or the image sensor according to the present invention can solve the above-mentioned problems. For example, it is possible to minimize the time required to transmit the analog signal obtained in each pixel block 20 to the ROIC circuit portion 50. [ Also, in order to increase the signal processing speed, the analog-to-digital conversion circuit unit 32 is applied to each pixel block 20 individually, and the signal transmission is performed in a digital state to obtain a frame rate ) Can be realized in real time.

도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 CMOS기반의 단일칩으로 구현 가능한 X-선 검출기 또는 영상센서에서, 반도체 기판의 상면 및 하면에 형성된 회로구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.5 is a diagram schematically showing a circuit configuration formed on the top and bottom surfaces of a semiconductor substrate in an X-ray detector or an image sensor which can be implemented as a CMOS-based single chip according to embodiments of the present invention.

도 5를 참조하면, 구체적인 예를 들어, 신호처리 회로와 픽셀블록이 동일한 평면 내에 존재함으로써 발생하는 필 팩터 감소 또는 데드라인을 없애기 위하여, 신호처리에 관련된 회로와 단위 픽셀마다 가지고 있는 픽셀단위 회로부(31)를 반도체 기판(10)의 하면(10b)에 배치할 수 있다. 또한, 광 신호를 감지하는 픽셀블록(20)은 반도체 기판(10)의 상면(10a)에 분리하여 제작할 수 있다. 각각의 픽셀블록(20)마다 적용되는 아날로그-디지털 변환 회로부(32)는 반도체 기판(10)의 상면(10a) 상에 배치되는 각각의 픽셀블록(20)이 갖게 되는 면적과 대응되는, 반도체 기판(10)의 하면(10b) 상의 면적에 구현될 수 있다. 따라서, 각각의 픽셀블록(20)의 출력신호는 디지털 신호가 되며, 배선을 통하여 ROIC 회로부(50)에 아주 빠른 속도로 전송될 수 있다.5, for example, in order to eliminate a fill factor reduction or a dead line caused by the presence of the signal processing circuit and the pixel block in the same plane, a pixel circuit unit 31 can be disposed on the lower surface 10b of the semiconductor substrate 10. [ In addition, the pixel block 20 for sensing an optical signal can be separately manufactured on the upper surface 10a of the semiconductor substrate 10. [ The analog-to-digital conversion circuit portion 32 applied to each pixel block 20 includes a plurality of pixel blocks 20 corresponding to an area of each pixel block 20 disposed on the upper surface 10a of the semiconductor substrate 10. [ Can be realized in the area on the lower surface 10b of the base 10. Therefore, the output signal of each pixel block 20 becomes a digital signal, and can be transmitted to the ROIC circuit portion 50 through the wiring at a very high speed.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 X-선 검출기 또는 영상센서의 제조방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.6 is a flowchart schematically illustrating a method of manufacturing an X-ray detector or an image sensor according to an embodiment of the present invention.

상술한 본 발명의 실시예들에 따른 X-선 검출기 또는 영상센서의 제조방법은, 반도체 기판(10)의 상면(10a) 상에, 복수개의 픽셀블록(20)을 어레이 형태로 형성하는 단계(S10), 반도체 기판(10)을 관통하는 도전성 패턴(40)을 형성하는 단계(S20), 반도체 기판(10)의 하면(10b) 상에, 각각의 픽셀블록(20)에 대응되도록 배치되며, 아날로그-디지털 변환 회로부(32) 회로부와 픽셀단위 회로부(31)를 포함하는, 하부대응 회로부(30)를 형성하는 단계(S30) 및 ROIC 회로부(50)와 타이밍 및 제어 로직 회로부(60)를 형성하는 단계(S40)를 포함할 수 있다. The method of manufacturing an X-ray detector or an image sensor according to embodiments of the present invention includes forming an array of a plurality of pixel blocks 20 on an upper surface 10a of a semiconductor substrate 10 A step S20 of forming a conductive pattern 40 penetrating the semiconductor substrate 10 and a step of forming a conductive pattern 40 on the lower surface 10b of the semiconductor substrate 10 so as to correspond to the respective pixel blocks 20, A step S30 of forming the lower corresponding circuit portion 30 including the circuit portion of the analog-to-digital conversion circuit portion 32 and the pixel unit circuit portion 31 and the step S30 of forming the ROIC circuit portion 50 and the timing and control logic circuit portion 60 (Step S40).

또한, 복수개의 픽셀블록(20)을 어레이 형태로 형성하는 단계(S10), 도전성 패턴(40)을 형성하는 단계(S20) 및 하부대응 회로부(30)를 형성하는 단계(S30)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나의 단계는, 상기 군에서 선택된 나머지 어느 하나의 단계를 수행한 이후에, 상기 반도체 기판을 적어도 한 번 이상 뒤집어 수행될 수 있다. The step of forming the plurality of pixel blocks 20 in the form of an array (S10), the step of forming the conductive pattern 40 (S20), and the step of forming the lower corresponding circuit portion 30 (S30) At least one selected step may be performed after at least one turn of the semiconductor substrate after performing any one of the remaining steps selected in the group.

예를 들어, 복수개의 픽셀블록(20)을 어레이 형태로 형성하는 단계(S10)를 수행한 이후에, 도전성 패턴(40)을 형성하는 단계(S20) 및 하부대응 회로부(30)를 형성하는 단계(S30) 이전에, 반도체 기판(10)을 한 번 뒤집는 단계를 더 포함할 수 있다.For example, after the step of forming the plurality of pixel blocks 20 in an array form (S10), the step of forming the conductive pattern 40 (S20) and the step of forming the lower corresponding circuit portion 30 (S30), it may further include once reversing the semiconductor substrate 10.

또한, 상기 단계(S10), 단계(S20), 단계(S30) 및 단계(S40)가 수행되는 순서는 임의의 조합으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 단계(S20)는 상기 단계(S10) 및/또는 상기 단계(S30) 이전에 수행될 수도 있다. In addition, the order in which the steps (S10), (S20), (S30), and (S40) are performed may be configured in any combination. For example, the step S20 may be performed before the step S10 and / or the step S30.

본 발명의 일 실시예에 따른 X-선 검출기 또는 영상센서는, 단결정 실리콘 기판(10)의 상면(10a) 상에, 스티칭 공정에 의하여, 복수의 픽셀블록(20)을 배치할 수 있다. In the X-ray detector or the image sensor according to the embodiment of the present invention, a plurality of pixel blocks 20 can be arranged on the upper surface 10a of the single crystal silicon substrate 10 by the stitching process.

구체적인 예를 들어, 픽셀(도 3의 22) 및 로우 드라이버(도 3의 21)를 포함하는 레티클을 이용하여, 단결정 실리콘 기판(10)의 상면(10a) 상에, 상기 스티칭 공정에 의하여 복수의 샷으로 노광할 수 있다. For example, on the upper surface 10a of the monocrystalline silicon substrate 10, a plurality of (for example, two or more) silicon wafers are formed by the stitching process using a reticle including a pixel (22 in FIG. 3) It can be exposed with a shot.

단결정 실리콘 기판(10)의 상면(10a) 상에 노광되어 전사된 패턴들은, 픽셀(도 3의 22) 및 로우 드라이버(도 3의 21)를 포함하는 복수의 픽셀블록(20)으로 구현될 수 있다. 이때, 로우 드라이버(도 3의 21)는 가로 및 세로 방향 중 어느 하나의 방향으로만 연결되어 신장 배치될 수 있다. The patterns exposed and transferred onto the upper surface 10a of the single crystal silicon substrate 10 can be embodied as a plurality of pixel blocks 20 including pixels (22 in FIG. 3) and row drivers (21 in FIG. 3) have. At this time, the row driver (21 in FIG. 3) can be extended and arranged only in a direction of either the horizontal or vertical direction.

그런 다음에, 단결정 실리콘 기판(10)의 상면(10a) 및 하면(10b)이 수직으로 관통되도록, 복수의 픽셀블록(20)이 배치된 면적 내에, 실리콘 관통 전극 공정을 수행하여, 복수의 도전성 패턴(40)을 형성할 수 있다. Then, a silicon through electrode process is performed in an area in which the plurality of pixel blocks 20 are arranged so that the upper surface 10a and the lower surface 10b of the single crystal silicon substrate 10 pass vertically, The pattern 40 can be formed.

그런 다음에, 단결정 실리콘 기판(10)을 상하 방향으로 뒤집어, 단결정 실리콘 기판(10)의 상면(10a) 상에 배치는 픽셀블록(20)의 면적과 대응되는, 단결정 실리콘 기판(10)의 하면(10b) 상의 면적에, 픽셀단위 회로부(31) 및 아날로그-디지털 변환 회로부(32)를 배치할 수 있다.Subsequently, the single crystal silicon substrate 10 is turned upside down so that it is disposed on the upper surface 10a of the single crystal silicon substrate 10. The lower surface of the single crystal silicon substrate 10, corresponding to the area of the pixel block 20, The pixel-unit circuit section 31 and the analog-digital conversion circuit section 32 can be arranged on the area of the pixel circuit section 10b.

그런 다음에, 단결정 실리콘 기판(10)의 하면(10b) 상의, 픽셀단위 회로부(31) 및 아날로그-디지털 변환 회로부(32)가 배치되지 않은 영역에, ROIC 회로부(50) 및 타이밍 및 제어 로직 회로부(60)를 배치할 수 있다.The ROIC circuit portion 50 and the timing and control logic circuit portion 32 are provided on the lower surface 10b of the single crystal silicon substrate 10 in the region where the pixel unit circuit portion 31 and the analog- (60) can be disposed.

또한, 반도체 기판(10)의 상면(10a)에 픽셀블록(20)을 배치하는 단계(S10) 이후에, 필요한 배선과 패시베이션(passivation)을 진행할 수 있다.In addition, after step (S10) of arranging the pixel block 20 on the upper surface 10a of the semiconductor substrate 10, necessary wiring and passivation can be performed.

더 구체적인 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 실시예들에 따른 X-선 검출기 또는 영상센서는, 도 8a 및 도 9를 참조하면, 먼저 반도체 기판(10)의 상면(10a) 상에, STI 공정(S110), Pwell 공정(S210), PDN 공정(S130), NSD 공정(S140), PSD 공정(S150), 콘택(contact) 공정(S160), 배선 공정(S170) 및 패시베이션(passivation) 공정(S180)을 순서대로 수행할 수 있다. For example, referring to FIGS. 8A and 9, an X-ray detector or an image sensor according to an embodiment of the present invention according to an embodiment of the present invention includes an upper surface 10a (Step S110), the Pwell step S210, the PDN step S130, the NSD step S140, the PSD step S150, the contact step S160, the wiring step S170, and the passivation (passivation) process (S180).

예컨대, 상술한 각각의 공정을 반도체 기판(10)의 상면(10a) 상에 순서대로 수행하게 되면, 도 9와 같이, 반도체 기판(10)의 상면(10a) 상에는, 복수의 콘택(C), 복수의 콘택(C)과 연결되는 복수의 배선(M1)을 형성할 수 있다. 또한, 복수의 콘택(C)과 복수의 배선(M1) 사이를 절연시켜주는 절연층(PMD) 및 복수의 배선(M1) 상에 형성되는 패시베이션을 구현할 수 있다.9, on the upper surface 10a of the semiconductor substrate 10, a plurality of contacts C, for example, are formed on the upper surface 10a of the semiconductor substrate 10, A plurality of wirings M1 connected to the plurality of contacts C can be formed. In addition, an insulating layer (PMD) for insulating a plurality of contacts (C) from a plurality of wirings (M1) and a passivation formed on a plurality of wirings (M1) can be realized.

그런 다음에, 예를 들어, 반도체 기판(10)을 상하 방향으로 1회 회전하여, 도 8b와 같이, 반도체 기판(10)의 하면(10b) 상에, CMOS 공정(S210), PMD 공정(S220), 콘택 공정(S230), TSV 공정(S240), 배선 공정(S250), 패시베이션 공정(S260) 및 PAD 공정(S270)을 순서대로 수행할 수 있다. 8B, a CMOS process (S210), a PMD process (S220), and the like are performed on the lower surface 10b of the semiconductor substrate 10 by rotating the semiconductor substrate 10 once, for example, ), A contact process S230, a TSV process S240, a wiring process S250, a passivation process S260, and a PAD process S270.

예를 들어, 도 10을 참조하면, 복수의 콘택(C)과 연결되는 복수의 배선(M1), 절연층(PMD) 및 패시베이션이 구현된 반도체 기판(10)의 상면(10a)을, 상하 방향으로 1회 회전하여, 반도체 기판(10)의 하면(10b) 상에, 콘택(C), 복수의 배선(M1, M2, M3), 콘택(C)과 복수의 배선(M1) 사이에 절연층(PMD)을 형성할 수 있다.10, the upper surface 10a of the semiconductor substrate 10 on which the plurality of wirings M1, the insulating layer PMD, and the passivation are formed is connected to the plurality of contacts C, The contact C and the plurality of wirings M1 and M2 and the contact C and the plurality of wirings M1 are formed on the lower surface 10b of the semiconductor substrate 10, (PMD) can be formed.

또한, TSV 공정(S240)에 의하여, 반도체 기판(10)의 상면(10a)과 하면(10b)을 관통하여, 상면(10a)의 배선(M1)과 하면(10b)의 배선(M1)을 연결하는 도전성 패턴(40)을 형성할 수 있다. The wiring M1 of the upper surface 10a and the wiring M1 of the lower surface 10b are connected to each other by passing through the upper surface 10a and the lower surface 10b of the semiconductor substrate 10 by the TSV process (S240) The conductive pattern 40 can be formed.

또한, 배선(M1)과 배선(M2) 사이에 절연층(IMD1)을 형성할 수 있으며, 배선(M3) 상에, 패시베이션 및 PAD를 구현할 수 있다.Further, the insulating layer IMD1 can be formed between the wiring M1 and the wiring M2, and passivation and PAD can be realized on the wiring M3.

한편, 상기 공정(S240) 및 공정(S230)이 수행되는 순서는 임의의 조합으로 구성될 수 있다. 예컨대, 상기 공정(S240)은 상기 공정(S230) 이전에 수행될 수도 있다.Meanwhile, the order in which the processes (S240) and (S230) are performed may be configured in any combination. For example, the step S240 may be performed before the step S230.

상술한 방법을 통하여 제조된 본 발명의 실시예들에 따른 X-선 검출기 또는 영상센서는 대면적 검출기 제작에 있어서, 아날로그-디지털 변환 회로부, ROIC 회로부, 그리고 신호처리(signal processing)에 해당하는 칩을 추가로 본딩하여 시스템을 완성하던 방법에서 벗어날 수 있다. The X-ray detector or the image sensor according to the embodiments of the present invention manufactured through the above-described method can be applied to an analog-digital conversion circuit part, a ROIC circuit part, and a chip corresponding to signal processing Can be escaped from the method of completing the system.

도 7은 본 발명의 비교예에 따른 X-선 검출기 또는 영상센서의 회로구성을 개략적으로 도시한 도면이다.7 is a schematic view showing a circuit configuration of an X-ray detector or an image sensor according to a comparative example of the present invention.

도 7을 참조하면, 본 발명의 비교예는, 반도체 기판(10)의 상면(10a) 상에 픽셀블록(20), 픽셀단위 회로부(31) 및 타이밍 및 제어 로직 회로부(60)가 배치하고, 칩의 외부에 ROIC 회로부(50) 및 아날로그-디지털 변환 회로부(32)가 배치되는 구성을 개시하고 있다. 이러한 구성은 픽셀블록(20)에서 검출된 광 신호를 아날로그 신호 상태로, 칩의 외부에 배치된 ROIC 회로부(50)에 전송한 후, 아날로그-디지털 변환 회로부(32)에서 디지털 신호로 변환하고, 신호처리를 할 수 있다. 상기 비교예의 구성은 필 팩터를 낮아지게 할 뿐만 아니라, 신호전송 속도가 느려 X-선의 노출되는 시간이 길어지게 된다.7, a pixel block 20, a pixel unit circuit portion 31, and a timing and control logic circuit portion 60 are disposed on an upper surface 10a of a semiconductor substrate 10, And the ROIC circuit portion 50 and the analog-to-digital conversion circuit portion 32 are disposed outside the chip. In this configuration, the optical signal detected by the pixel block 20 is transferred to the ROIC circuit portion 50 disposed outside the chip in the form of an analog signal, and then converted into a digital signal by the analog-digital conversion circuit portion 32, Signal processing can be performed. The configuration of the comparative example not only lowers the fill factor but also slows down the signal transmission speed and lengthens the exposure time of the X-ray.

그러나 본 발명의 실시예들에 따른 X-선 검출기 또는 영상센서는, 아날로그-디지털 변환 회로부(32), ROIC 회로부(50)를 구동회로와 함께 동일한 칩의 내부에 내장함으로써, 별도로 제작되던 칩이 한꺼번에 제작되어 원가를 절감할 수 있고, 접합공정의 단축에 따른 생산성 및 가격경쟁력에 기여할 수 있다. 이로써 상기 실시간 동영상 구현이 가능한 대면적의 X-선 검출기는 한 장의 단결정 실리콘으로 만들어지며, 대면적 X-선 검출기와 후속의 신호처리 칩까지 하나의 칩으로 제작하여 신호처리속도가 빨라지고 필 팩터도 높아질 수 있다. However, in the X-ray detector or the image sensor according to the embodiments of the present invention, the analog-to-digital conversion circuit portion 32 and the ROIC circuit portion 50 are built in the same chip together with the driving circuit, It can be manufactured at once and cost can be saved, and productivity and cost competitiveness can be contributed by shortening the bonding process. As a result, the large-area X-ray detector capable of realizing the real-time moving image is made of a single crystal silicon, and the large-area X-ray detector and the subsequent signal processing chip are fabricated into a single chip, Can be increased.

또한, 접합공정도 단순해져 감광성과 분해능, 신호처리속도를 높일 수 있는 칩을 만들 수 있다. 따라서 연조직의 대조도가 높고 실시간 동영상 처리가 가능한 X-선 검출기 또는 검사장치 및 시스템을 하나의 칩으로 구성할 수 있다.In addition, the bonding process is simplified, and a chip can be formed that can increase photosensitivity, resolution, and signal processing speed. Therefore, an X-ray detector or inspection apparatus and system capable of real-time moving image processing with high contrast of the soft tissue can be constituted by one chip.

또한, 빠른 신호전송으로 인하여 X-선 노출시간을 훨씬 짧게 단축시킬 수 있으며, X-선 발생선원 소형화도 가능하다.Also, due to the fast signal transmission, the X-ray exposure time can be shortened much shorter and the X-ray generation source can be miniaturized.

또한, 타이밍 및 제어 로직 회로부(60)와 아날로그-디지털 변환 회로부(32)를, 예컨대, 한 장의 8인치 기판의 하면에 제작하고, 그 상면에 대면적의 고분해능 픽셀블록(20)을 제작하여, 필 팩터가 낮아짐을 방지할 수 있다. 그 뿐만 아니라, 추가의 회로를 하나의 칩으로 단일칩화하여 신호처리속도도 초고속화 할 수 있다.The timing and control logic circuit portion 60 and the analog-to-digital conversion circuit portion 32 are formed on the lower surface of a single 8-inch substrate and a large-resolution high-resolution pixel block 20 is formed on the upper surface thereof, It is possible to prevent the fill factor from being lowered. In addition to that, the additional circuit can be made into a single chip with a single chip, and the signal processing speed can also be increased.

또한, 각각의 픽셀블록(20)마다 아날로그-디지털 변환 회로부(32)를 탑재하여 빠른 신호전송으로 실시간 동영상 구현이 가능한 고분해능, 대면적 X-선 검출기를 만들 수 있다. 또한, 연조직으로 이루어진 장기를 실시간으로 동영상 촬영이 가능하여, 장기를 실시간으로 모니터링 할 수 있다.In addition, a high-resolution, large-area X-ray detector capable of realizing real-time moving images by mounting the analog-to-digital conversion circuit unit 32 for each pixel block 20 with high signal transmission can be made. In addition, it is possible to record a moving body organ in real time, and organ can be monitored in real time.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

10: 반도체 기판
10a: 상면
10b: 하면
20: 픽셀블록
21: 로우 드라이버
22: 픽셀
30: 하부대응 회로부
31: 픽셀단위 회로부
32: 아날로그-디지털 변환 회로부
40: 도전성 패턴
50: ROIC 회로부
60: 타이밍 및 제어 로직 회로부
100: 단일칩10: semiconductor substrate
10a: upper surface
10b: when
20: Pixel block
21: Low driver
22: Pixel
30: Lower corresponding circuit part
31:
32: analog-to-digital conversion circuit section
40: conductive pattern
50: ROIC circuit part
60: Timing and control logic circuitry
100: Single chip

Claims (8)

CMOS기반의 단일칩으로 구현 가능한 X-선 검출기 또는 영상센서로서,
상면과 상기 상면과 반대에 위치하는 하면을 포함하는 반도체 기판;
상기 반도체 기판의 상기 상면 상에 어레이 형태로 배치되며, 광 신호를 감지할 수 있는, 복수개의 픽셀블록(pixel block);
상기 반도체 기판의 상기 하면 상에 각각의 픽셀블록에 대응되도록 배치되며, 아날로그-디지털 변환(ADC) 회로부와 픽셀단위 회로부를 포함하는, 하부대응 회로부;
상기 반도체 기판을 관통하며, 상기 픽셀블록과 상기 하부대응 회로부를 전기적으로 연결할 수 있는, 관통형 도전성 패턴; 및
상기 반도체 기판의 상기 하면 상에 배치된 ROIC 회로부;
을 포함하며,
각각의 상기 픽셀블록마다 발생한 아날로그 신호는 상기 관통형 도전성 패턴을 통하여 상기 아날로그-디지털 변환 회로부에서 개별적으로 디지털 신호로 변환되고, 변환된 상기 디지털 신호가 상기 ROIC 회로부로 전송됨으로써, 픽셀블록에서 검출된 광 신호를 아날로그 신호 상태로 ROIC 회로부에 전송한 후 아날로그-디지털 변환 회로부에서 디지털 신호로 변환하는 경우 보다, 신호 전송 속도를 더 빠르게 구현할 수 있는 것을 특징으로 하는,
CMOS기반의 단일칩으로 구현 가능한 X-선 검출기 또는 영상센서.As an X-ray detector or image sensor which can be implemented as a CMOS-based single chip,
A semiconductor substrate including an upper surface and a lower surface opposite to the upper surface;
A plurality of pixel blocks arranged in an array on the upper surface of the semiconductor substrate and capable of sensing optical signals;
A lower corresponding circuit portion corresponding to each pixel block on the lower surface of the semiconductor substrate, the lower corresponding circuit portion including an analog-to-digital conversion (ADC) circuit portion and a pixel unit circuit portion;
A through-hole type conductive pattern penetrating the semiconductor substrate and capable of electrically connecting the pixel block and the lower corresponding circuit portion; And
A ROIC circuit portion disposed on the lower surface of the semiconductor substrate;
/ RTI &gt;
The analog signals generated in each of the pixel blocks are individually converted into digital signals in the analog-digital conversion circuit portion through the through-type conductive patterns, and the converted digital signals are transmitted to the ROIC circuit portion, Wherein the signal transmission rate can be realized faster than when the optical signal is transmitted to the ROIC circuit section in an analog signal state and then converted into a digital signal in the analog-
An X-ray detector or image sensor that can be implemented in a CMOS-based single chip. 제 1 항에 있어서,
상기 픽셀블록은 복수개의 광 다이오드를 포함하고, 상기 픽셀단위 회로부는 복수개의 트랜지스터를 포함하는, CMOS기반의 단일칩으로 구현 가능한 X-선 검출기 또는 영상센서.The method according to claim 1,
Wherein the pixel block includes a plurality of photodiodes, and the pixel-unit circuit portion includes a plurality of transistors. 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 반도체 기판의 상기 하면 상에 배치된 타이밍 및 제어 로직(timing and control logic) 회로부를 더 포함하는, CMOS기반의 단일칩으로 구현 가능한 X-선 검출기 또는 영상센서.The method according to claim 1,
Further comprising a timing and control logic circuitry disposed on the lower surface of the semiconductor substrate. The X-ray detector or image sensor may be implemented as a CMOS-based single chip. 상면과 상기 상면과 반대에 위치하는 하면을 포함하는 반도체 기판을 제공하는 단계;
상기 반도체 기판의 상기 상면 상에, 복수개의 픽셀블록을 어레이 형태로 형성하는 단계;
상기 반도체 기판의 상기 하면 상에, 각각의 픽셀블록에 대응되도록 배치되며, 아날로그-디지털 변환(ADC) 회로부와 픽셀단위 회로부를 포함하는, 하부대응 회로부를 형성하는 단계;
상기 반도체 기판을 관통하며, 상기 픽셀블록과 상기 하부대응 회로부가 전기적으로 연결될 수 있는, 관통형 도전성 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 반도체 기판의 상기 하면 상에 ROIC 회로부를 형성하는 단계;
를 포함하며,
각각의 상기 픽셀블록마다 발생한 아날로그 신호는 상기 관통형 도전성 패턴을 통하여 상기 아날로그-디지털 변환 회로부에서 개별적으로 디지털 신호로 변환되고, 변환된 상기 디지털 신호가 상기 ROIC 회로부로 전송됨으로써, 픽셀블록에서 검출된 광 신호를 아날로그 신호 상태로 ROIC 회로부에 전송한 후 아날로그-디지털 변환 회로부에서 디지털 신호로 변환하는 경우 보다, 신호 전송 속도를 더 빠르게 구현할 수 있는 것을 특징으로 하는,
CMOS기반의 단일칩으로 구현 가능한 X-선 검출기 또는 영상센서의 제조방법.Providing a semiconductor substrate comprising a top surface and a bottom surface opposite the top surface;
Forming an array of a plurality of pixel blocks on the upper surface of the semiconductor substrate;
Forming a lower corresponding circuit portion on the lower surface of the semiconductor substrate, the lower corresponding circuit portion being disposed to correspond to each pixel block and including an analog-to-digital conversion (ADC) circuit portion and a pixel unit circuit portion;
Forming a through conductive pattern through the semiconductor substrate, wherein the pixel block and the lower corresponding circuit portion can be electrically connected; And
Forming a ROIC circuit portion on the lower surface of the semiconductor substrate;
/ RTI &gt;
The analog signals generated in each of the pixel blocks are individually converted into digital signals in the analog-digital conversion circuit portion through the through-type conductive patterns, and the converted digital signals are transmitted to the ROIC circuit portion, Wherein the signal transmission rate can be realized faster than when the optical signal is transmitted to the ROIC circuit section in an analog signal state and then converted into a digital signal in the analog-digital conversion circuit section.
A method of manufacturing an X-ray detector or an image sensor that can be implemented as a CMOS-based single chip. 제 6 항에 있어서,
상기 복수개의 픽셀블록을 어레이 형태로 형성하는 단계; 상기 관통형 도전성 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 하부대응 회로부를 형성하는 단계;로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나의 단계는,
상기 군에서 선택된 나머지 어느 하나의 단계를 수행한 이후에, 상기 반도체 기판을 적어도 한 번 이상 뒤집어 수행될 수 있는,
CMOS기반의 단일칩으로 구현 가능한 X-선 검출기 또는 영상센서의 제조방법.
The method according to claim 6,
Forming the plurality of pixel blocks in an array form; Forming the through type conductive pattern; And forming the lower corresponding circuit portion,
After performing any one of the remaining steps selected from the group, the semiconductor substrate can be carried out at least one turn,
A method of manufacturing an X-ray detector or an image sensor that can be implemented as a CMOS-based single chip.
삭제delete
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