KR20110071712A - 투명한 연결배선을 구비한 이미지 센서 - Google Patents
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Abstract
투명한 연결배선을 구비한 이미지센서들에 관하여 개시된다. 개시된 이미지 센서는, 픽셀 어레이로서 각 픽셀은 포토 다이오드와, 상기 포토 다이오드에 연결되어 상기 포토 다이오드로부터 측정된 신호를 출력하는 회로를 구성하는 복수의 트랜지스터와, 상기 복수의 트랜지스터 및 상기 포토 다이오드에 연결되며, 상기 포토 다이오드 상에 형성된 투명한 물질로 된 콘택 플러그들과 연결배선들을 구비한다. 상기 연결배선 및 콘택플래그는 투명전도성 산화물층 및 투명금속층으로 이루어진 복수의 층으로 형성된다.
Description
투명한 연결배선을 구비한 이미지 센서에 관한 것이다.
이미지센서는 빛을 감지하여 전기적인 신호로 변환하는 광전 변환 소자이다. 이미지센서는 반도체 기판 상에 행렬로 배열되는 복수개의 단위 화소들을 구비한다. 각각의 단위 화소는 광을 감지하는 광센서와, 광센서로부터의 광신호를 출력하는 트랜지스터들을 구비한다.
광센서로는 포토 다이오드와 산화물 반도체 트랜지스터가 있다.
포토 다이오드를 포함하는 CMOS(상보성금속산화물반도체, Complimentary Metal Oxide Semiconductor) 이미지센서는 광 신호를 수신하여 저장할 수 있는 포토다이오드를 포함하고, 또한 광 신호를 제어 또는 처리할 수 있는 제어소자를 사용하여 이미지를 구현할 수 있다. 제어소자는 CMOS 제조 기술을 이용하여 제조할 수 있으므로, CMOS 이미지센서는 그 제조 공정이 단순하다는 장점을 갖고, 나아가 여러 신호 처리소자와 함께 하나의 칩(chip)으로 제조할 수 있다는 장점을 갖고 있다.
반면에, CMOS 이미지 센서는 하나의 칩 상에 포토 다이오드와 복수의 트랜지스터를 집적하기 때문에, 포토 다이오드 영역이 한정된다. 포토 다이오드 영역이 감소하면, 다이내믹 레인지가 감소하며, 따라서, 이미지 센서의 감도가 나빠질 수 있다. 트랜지스터를 투명한 재질로 하여 포토 다이오드 상에 배치하는 경우에도, 트랜지스터 및 트랜지스터들 사이의 연결배선 및 콘택트 플러그가 포토 다이오드로 입사되는 광의 양을 감소시킬 수 있다.
산화물 반도체 트랜지스터를 광센서로 사용할 경우, 주변회로를 구성하는 트랜지스터들을 광센서 하부에 형성할 수 있으나, 주변 트랜지스터와 광센서의 신호전달을 위한 연결배선 및 콘택플러그가 광센서로 입사되는 광을 감소시킬 수 있다.
일 실시예는 투명한 연결배선 및 콘택 플러그를 사용하여 포토다이오드 영역으로 입사되는 광량을 증가시킨 CMOS 이미지 센서를 제공한다.
다른 실시예는 투명한 연결배선 및 콘택 플러그를 사용하여 산화물 반도체 트랜지스터인 광센서로의 광량을 증가시킨 이미지 센서를 제공한다.
일 실시예에 따른 투명한 연결배선을 구비한 이미지 센서는:
픽셀 어레이로 구성된 이미지 센서이며, 각 픽셀은,
포토 다이오드;
상기 포토 다이오드에 연결되어 상기 포토 다이오드로부터 측정된 신호를 출 력하는 회로를 구성하는 복수의 트랜지스터; 및
상기 복수의 트랜지스터 및 상기 포토 다이오드에 연결되며, 상기 포토 다이오드 상에 형성된 투명한 물질로 된 콘택 플러그들과 연결배선들;을 구비한다.
상기 복수의 트랜지스터 중 적어도 하나는 상기 포토 다이오드 상에 형성된 투명한 트랜지스터이며, 상기 투명한 트랜지스터는,
상기 포토다이오드를 덮는 제1절연층 상의 소스 전극 및 드레인 전극;
상기 제1절연층 상에서 상기 소스 전극 및 드레인 전극을 덮는 산화물 반도체층;
상기 산화물 반도체층을 덮는 제2절연층; 및
상기 제2절연층 상에서 상기 소스 전극 및 드레인 전극 사이에 형성된 게이트 전극;을 구비하며, 상기 산화물 반도체층은, ZnO, SnO, InO로 이루어진 산화물 중 어느 하나로 이루어지며,
상기 소스전극, 드레인 전극 및 게이트 전극은 각각 투명한 물질로 형성된 형성된다.
상기 연결배선 및 콘택플래그와, 상기 전극들은 투명전도성 산화물층 및 투명금속층으로 복수층으로 형성된다.
상기 연결배선 및 콘택 플러그와 상기 전극들은,
금속층/투명 전도성 산화물층, 투명 전도성 산화물층/금속층, 투명 전도성 산화물층/금속층/투명 전도성 산화물층, 금속층/투명 전도성 산화물층/금속층으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나 이상으로 형성된다.
상기 금속층은 Au, Ag, Cu, Al 중 선택된 어느 하나의 물질일 수 있다.
상기 투명 전도성 산화물층은 InO, SnO, GaO, CdO, ZnO, CaO, ZnO, NiO를 포함하는 투명 전도성 산화물 또는 이들을 포함하는 합금 중 선택된 어느 하나의 물질일 수 있다.
상기 연결배선은, 투명 전도성 산화물층 및 메탈도트층이 교번적으로 적층될 수 있다.
다른 실시예에 따른 투명한 연결배선을 구비한 이미지 센서는,
픽셀 어레이로 구성된 이미지 센서로서, 각 픽셀은,
입사광의 에너지에 따라 전압-전류 특성이 변화하고, 상기 입사광의 에너지에 의해 결정되는 감지 전류를 생성하는 광센서;
상기 광센서와 연결되어서 상기 광센서로부터의 상기 감지전류를 출력하는 회로를 구성하는 복수의 트랜지스터; 및
상기 복수의 트랜지스터 및 상기 광센서에 연결되며, 투명한 물질로 된 콘택 플러그들과 연결배선들;을 구비한 투명한 연결배선을 구비한다.
상기 광센서는 상기 입사광의 광량 또는 파장에 따라 전압-전류 특성이 변화하는 산화물 트랜지스터 또는 산화물 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 산화물 트랜지스터 또는 상기 산화물 다이오드는 ZnO 또는 TiO2 금속 산화물로 이루어질 수 있다.
상기 산화물 트랜지스터는,
기판 상의 게이트 전극와 상기 게이트 전극 상방의 활성층; 및
상기 활성층의 양단 상에 형성된 소스 전극 및 드레인 전극; 을 구비하며,
상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극은 투명전도성 산화물층 및 투명금속층으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는 수광영역 상의 전극, 연결배선 및 콘택 플러그의 투명도가 향상되며, 또한 수광영역이 증가되어서 이미지 센서의 감도가 향상된다.
또한, 연결배선 및 콘택 플러그의 저항감소로 이미지 센서의 소요 전력이 감소된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 투명한 연결배선을 구비한 CMOS 이미지 센서(100)의 평면도이다.
CMOS 이미지 센서는 2차원적으로 배열된 픽셀 어레이를 구비한다. 각 픽셀(또는 단위화소)에는 광을 하부의 포토 다이오드에 많이 보내주기 위한 집광렌즈와, 각 포토 다이오드에 일정한 파장의 광을 전달하고 다른 파장의 광은 차단하는 컬러 필터가 배치된다. 이하에서는 단위 픽셀에 대해서 설명하며, 도면에서 집광렌즈 및 컬러필터의 구성을 생략하였다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 이미지 센서(100)는 포토다이오드(PD)와 4개의 게이트를 포함한다. 4개의 게이트 전극은 트랜스퍼 게이트(TG), 리셋 게이트(RG), 드라이브 게이트(DG), 선택 게이트(SG)이며, 이들은 각각 트랜스퍼 트랜지스터(transfer transistor, Tx), 리셋 트랜지스터(reset transistor, Rx), 드라이브 트랜지스터(drive transistor, Dx), 및 선택 트랜지스터(selection transistor, Sx)에 포함된다.
트랜스퍼 트랜지스터(Tx) 및 리셋 트랜지스터(reset transistor)는 포토다이오(PD)의 측면에 형성되어 있다. 포토 다이오드(PD)의 일부분 상에 산화물 반도체층(OS)이 형성되어 있으며, 드라이브 트랜지스터(Dx) 및 선택 트랜지스터(Sx)는 산화물 반도체층(OS) 상에 형성된다.
포토 다이오드(PD)는 광을 받아서 전자 및 정공을 생성하는 영역이다. 본 발명에서의 포토 다이오드(PD)는 드라이브 트랜지스터(Dx) 및 선택 트랜지스터(Sx) 영역에도 형성되어 그 영역이 확장되어 있다.
제1콘택플러그(CT1) 및 제2콘택플러그(CT2)는 미도시된 도선에 의해 전기적으로 연결된다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선단면도이다.
도 2를 참조하면, 반도체 기판, 예컨대, p형 Si 기판(110)에 n형 우물영역(N-well)(111)이 형성되어 있으며, n형 우물영역(111)의 표면에는 p형 불순물 영역(112)이 형성되어 있다. p형 불순물 영역(112)은 n형 우물영역(111)에 포 위되게 형성된다. 상기 n형 우물영역(111) 및 p형 불순물 영역(112)은 포토 다이오드(PD)를 구성한다.
포토 다이오드(PD)의 일측에는 n형 불순물로 도핑된 플로팅 확산영역(floating diffusion region)(113)과, 리셋확산영역(reset diffusion region)(114)이 형성되어 있다. 플로팅 확산영역(floating diffusion region)(113)과, 리셋확산영역(reset diffusion region)(114)은 포토 다이오드(PD) 영역 보다 낮은 포텐셜을 가지도록 도핑될 수 있다.
기판(110) 상에는 제1절연층(120)이 형성되어 있다. 제1절연층(120)에서 n형 우물영역(111) 및 플로팅 확산영역(113) 사이에는 트랜스퍼 게이트(121)가 형성되어 있으며, 플로팅 확산영역(113) 및 리셋 확산영역(114) 사이에는 리셋게이트(122)가 형성되어 있다. 트랜스퍼 게이트(121)는 콘택플러그(123) 및 연결배선(124)에 의해서 로우 드라이버에 연결될 수 있다. 로우 드라이버는 트랜스퍼 게이트(121) 및 후술하는 리셋 트랜지스터(122)에 제어신호를 입력한다.
포토다이오드(PD)의 n형 우물영역(111), 플로팅 확산영역(113), 및 트랜스퍼 게이트(121)는 트랜스퍼 트랜지스터를 형성한다. 플로팅 확산영역(113), 리셋 확산영역(114), 및 리셋 게이트(122)는 리셋 트랜지스터를 형성한다. 리셋 게이트(122)는 콘택플러그(125, 127) 및 연결배선(125, 128)에 의해서 로우 드라이버에 연결될 수 있다.
제1절연층(120) 상에는 제2절연층(130)이 형성되어 있다. 제1절연층(120) 및 제2절연층(130)은 각각 실리콘 옥사이드로 형성될 수 있다. 플로팅 확산영역(113) 에는 제1절연층(120) 및 제2절연층(130)을 관통하는 제1콘택플러그(131)이 형성되어 있다. 제1콘택플러그(131)과 연결된 배선(132)는 후술하는 선택 트랜지스터의 선택 게이트에 연결된 제2콘택플러그(133)와의 연결을 위한 것이다.
도 2에서 연결배선들(128, 132)은 편의상 동일한 평면에 도시되었지만, 실제는 미도시된 중간 절연층을 더 형성하여 서로 겹치지 않게 배치된다.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 선단면도이다.
도 3을 참조하면, 제1절연층(120) 상에 소스 전극(141), 공통 전극(common electrode)(142), 및 드레인 전극(143)이 형성되어 있다. 제1절연층(120) 상에는 이들 전극들(141~143)을 덮는 산화물 반도체층(140)과 제3절연층(150)이 형성되어 있다. 제3절연층(150)은 제1절연층(120) 및 제2절연층(130)과 동일한 물질로 형성될 수 있다. 그리고, 드레인 전극(141) 및 공통 전극(142) 사이에서 제3절연층(150) 상에는 드라이브 게이트(144)가 형성되어 있으며, 공통 전극(142) 및 소스 전극(143) 사이에서 제3절연층(150) 상에는 선택 게이트(145)가 형성되어 있다. 드레인 전극(141), 공통 전극(142) 및 드라이브 게이트(144)는 드라이브 트랜지스터를 형성한다. 드라이브 게이트(144)는 콘택 플러그(146) 및 연결배선(147)에 의해 입력전압(도 9의 Vdd)에 연결될 수 있다.
공통 전극(142), 드레인 전극(143) 및 선택 게이트(145)는 선택 트랜지스터를 형성한다. 선택 게이트(143)은 콘택 플러그(148) 및 연결배선(149)에 의해 측정 전류가 출력된다.
상기 드라이브 게이트(144) 상에는 배선(132)와 연결되는 제2 콘택플러그(133) 및 배선(134)이 형성되어 있다.
도 3에서 연결배선들(147, 134, 149)은 편의상 동일한 평면에 도시되었지만, 실제는 미도시된 중간 절연층을 형성하여 서로 겹치지 않게 배치된다.
상기 산화물 반도체층(140)은 트랜지스터의 전극들 사이의 전하이동채널을 형성하며, 바람직하게는 투명한 물질로 형성된다. 산화물 반도체층(140)은 ZnO, SnO, InO와 이들 산화물에 Ta, Hf, In, Ga, Sr이 포함된 산화물 등으로 형성될 수 있다.
상기 전극들(141~145)과 콘택플러그들(146, 133, 148), 연결배선들(147, 134, 149)은 투명전도성 산화물층(transparent conducting oxide: TCO) 및 투명금속층(transparent metal: TM)으로 이루어진 복수의 층이다. 구체적으로, 투명금속층/투명 전도성 산화물층 (TM/TCO), 투명 전도성 산화물층/투명금속층 (TCO/TM), 투명 전도성 산화물 층/투명금속층/투명 전도성 산화물 층 (TCO/TM/TCO), 투명금속층/투명 전도성 산화물 층/투명금속층 (TM/TCO/TM), 또는 이들의 조합으로 이루어진다. 투명금속층/투명 전도성 산화물층 (TM/TCO)은 투명 전도성 산화물층(TCO) 상에 투명금속층(TM)이 형성된 것을 의미한다.
투명금속층은 Au, Ag, Cu, Al 중 선택된 어느 하나의 물질로 형성될 수 있다.
상기 투명 전도성 산화물층은 InO, SnO, GaO, CdO, ZnO, CaO, ZnO, NiO를 포함하는 투명 전도성 산화물 또는 이들을 포함하는 합금으로 형성될 수 있다.
도 4a는 연결배선 및 콘택플러그의 일 예를 도시한 예시적 도면이다. 도 4a 를 참조하면, 제1연결배선(10) 상에 콘택플러그(20)가 형성되며, 콘택플러그(20) 상에 제2연결배선(30)이 연결된다. 제1연결배선(10), 제2연결배선(30) 및 콘택플러그(20)는 각각 투명금속층 및 투명전도성 산화물층의 2층 구조이다. 예컨대, 하부층(11, 21, 31)은 투명금속층으로 형성되며, 상부층(12, 22, 32)는 투명전도성 산화물층으로 형성된다.
도 4b는 연결배선 및 투명전극의 구조를 예시적으로 도시한 단면도이다. 도 4b를 참조하면,
상기 연결배선들(147, 134, 149)과 상기 전극들(141~145)은 도 4b에 도시된 것처럼, 투명전도성 산화물층(41)과 메탈도트층(42)이 교번적으로 적층되어 형성될 수 있다. 메탈도트층(42)은 대략 나노크기의 메탈도트가 모여서 형성된 층이며, 상술한 투명금속층(TM)과 같은 물질로 형성될 수 있으며, 투명전도성 산화물층(41)은 상술한 투명전도성 산화물층(TCO)로 형성될 수 있으며, 상세한 설명은 생략한다.
도 5는 연결배선을 ITO/Ag/ITO 층으로 한 경우의 광투과도와 저항을 측정한 그래프이다. Ag 양측의 ITO 두께는 각각 40 nm 이다. 도 5를 참조하면, Ag의 두께에 따라서 광투과도 및 저항이 변하는 것을 볼 수 있다. 도 5의 광투과도는 550 nm 파장을 가진 광에 대한 것이다.
도 6은 연결배선을 ITO 80 nm 두께로 형성시 파장에 따른 광투과도이다.
도 6을 참조하면, 파장 550 nm 광에 대해서 ITO 단일층의 광투과도는 대략 78%이다. 이는 도 5에서 Ag의 두께가 "0"일 때와 같은 광투과도이다. 연결배선을 복수의 층으로 함에 따라 광투과도가 증가하는 것을 보여준다.
투명 전도성 산화물은 투명 금속에 비해서 대략 저항이 1~2 오더(order) 크다. 도 5에서처럼 투명 전도성 산화물을 투명금속층과 함께 적층함으로써 저항이 1~2 오더 감소되는 것을 알 수 있다.
도 7은 소스 전극 및 드레인 전극을 ITO/Ag/ITO 층으로 한 경우의 I-V 특성곡선이며, 도 8은 소스 전극 및 드레인 전극을 ITO 로만 형성하였을 때의 I-V 특성곡선이다.
도 7 및 도 8의 실험을 위해서, 활성층은 GIZO를 사용하였으며, 게이트 옥사이드는 1000 Å 두께의 SiO2를 사용하였다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 소스전극 및 드레인 사이의 전류가 전극 및 드레인 전극을 ITO/Ag/ITO 층으로 한 경우가 약 1 오더 더 높게 나타나는 것을 알 수 있다. 이는 이러한 전극물질을 채용한 광센서의 다이나믹 레인지가 증가되는 것을 보여준다.
이미지 센서(100)는 선택 트랜지스터 및 드라이브 트랜지스터가 형성되는 영역 하부를 포토다이오드(PD) 영역으로 활용함으로써, 이들 트랜지스터가 포토다이오드(PD) 영역의 일측에 형성되는 것 보다, 대략 40% 면적이 증가된다. 이러한 면적 증가는 포토다이오드(PD)에서 형성되는 전자를 수용하는 능력을 증가시키며 따라서 다이내믹 레인지가 향상된다.
또한, 선택 트랜지스터 및 드라이브 트랜지스터를 투명한 물질로 형성함으로써 광이 조사되는 영역이 증가되어 이미지 센서의 감도가 향상될 수 있다.
또한, 연결배선 및 콘택 플러그의 저항이 감소되므로, 소요되는 전력이 감소 될 수 있다.
도 9는 도 1~도 3에 도시된 이미지 센서(100)의 등가 회로도이다. 도 9를 참조하면, CMOS 이미지 센서는 포토 다이오드(PD), 트랜스퍼 트랜지스터(transfer transistor, Tx), 리셋 트랜지스터(reset transistor, Rx), 드라이브 트랜지스터(drive transistor, Dx), 및 선택 트랜지스터(selection transistor, Sx)를 포함한다.
포토다이오드(PD)는 광 에너지를 제공받고 그에 따라 전하를 생성한다. 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)는 생성된 전하의 플로팅 확산 영역(floating diffusion region, FD)로의 운송을 트랜스퍼 게이트 라인(TG)에 의해 제어할 수 있다. 리셋 트랜지스터(Rx)는 입력 전원(Vdd)을 리셋 게이트 라인(RG)에 의해 제어하여 플로팅 확산영역(FD)의 전위를 리셋시킬 수 있다. 드라이브 트랜지스터(Dx)는 소스 팔로우어(source follower) 증폭기 역할을 수행할 수 있다. 선택 트랜지스터(Sx)는 선택 게이트 라인(SG)에 의해 단위 픽셀을 선택할 수 있는 스위칭 소자이다. 입력 전원(Vdd)은 드라이브 트랜지스터(Dx)와 선택 트랜지스터(Sx)를 거쳐서 출력 라인(OUT)으로 출력될 수 있다. 트랜스퍼 트랜지스터(Tx), 리셋 트랜지스터(Rx)와, 선택 트랜지스터(Sx)의 제어신호는 로우 드라이버로부터 출력된다.
상기 실시예에서는 4개의 트랜지스터를 구비한 픽셀에 대해서 기술하였으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 하나의 포토 다이오드에 3개의 트랜지스터(리셋 트랜지스터(reset transistor, Rx), 드라이브 트랜지스터(drive transistor, Dx), 및 선택 트랜지스터(selection transistor, Sx))가 구비된 픽셀도 구현할 수 있으며, 이는 당업계에서 잘 알려진 구조이므로 상세한 설명은 생략한다.
도 10은 다른 실시예에 따른 투명한 연결배선을 구비한 이미지 센서(200)의 일부 단면도이다.
도 10을 참조하면, 이미지 센서(200)는 입사광의 에너지에 따라 전압-전류 특성이 변화하고, 상기 입사광의 에너지에 의해 결정되는 감지 전류를 생성하는 광센서(210)와 주변 연결회로를 형성하는 복수의 트랜지스터(241-244)와, 광센서(210) 및 트랜지스터들(241-244)의 전극들(미도시)과 연결되는 콘택플러그, 연결배선 등을 구비한다. 참조번호 251 및 252는 각각 중간 절연층이다.
광센서(210)는 산화물 반도체 트랜지스터일 수 있다. 광센서(210)는 기판(202) 상에 형성된 게이트 전극(212), 게이트 전극(212) 상의 게이트 옥사이드(213), 게이트 옥사이드(213) 상의 활성층(214), 활성층(214) 양단 상의 소스 전극(215) 및 드레인 전극(216)을 구비한다. 광센서(210)는 산화물 다이오드로 구현될 수도 있다.
게이트 전극(212)에 문턱전압이 인가되면 소스 전극(215) 및 드레인 전극(216) 사이의 활성층(214)에 전류가 흐른다.
광센서(210)는 입사광의 에너지에 따라 전압-전류 특성이 변화할 수 있다. 예를 들어, 활성층(214)은, 입사광의 에너지에 따라 전압-전류 특성이 변화하는 물질을 포함한다. 이러한 물질은 예를 들어, ZnO, TiO2 등과 같은 금속 산화물일 수 있다. 활성층(214)은 입사광의 에너지와 광파장에 따라서 전압-전류 특성이 변화하며, 이 변화를 측정하면 활성층으로 입사된 광의 파장과 광량을 알 수 있게 된다. 따라서, 광센서(210)는 컬러필터를 구성요소로 포함하지 않아도 작동할 수 있다.
광센서(210)의 소스전극(215)은 콘택플러그(261) 및 연결배선(262)에 의해 미도시된 전원전압에 연결된다. 드레인(216)은 연결배선(264)에 의해 트랜지스터(243)과 연결된다. 트랜지스터(243)은 트랜스퍼 트랜지스터일 수 있다. 게이트전극(212)은 콘택 플러그 및 연결배선(271-274)에 의해 미도시된 로우 드라이버에 연결될 수 있다.
트랜지스터들(241-244)은 콘택플러그들(263, 265, 267) 및 연결배선(264, 266, 268)에 의해서 외부 전원 및 다른 트랜지스터와 연결된다. 도 10에서는 편의상 연결배선들이 일부 겹쳐지게 도시되었지만, 실제는 미도시된 중간 절연층을 사용하여 서로 겹치지 않게 배치된다.
트랜지스터들은 상기 실시예에서 설명한 4개의 트랜지스터일 수 있으며, 그 연결구조는 도 9에서 포토다이오드를 광센서(210)로 바꾼 구조로부터 알 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
트랜지스터들(241-244)은 광센서(210) 하부에 배치됨으로써 활성층(214)의 면적을 넓힐 수 있다. 광센서(210)의 소스 전극(215) 및 드레인 전극(216)과, 연결배선들 및 콘택플러그들은 활성층(214)으로 입사되는 광을 차단할 수 있으므로, 이를 방지하기 위해서, 연결배선 및 콘택플러그, 광센서(210)의 소스전극(215), 드레인 전극(216)은 투명한 물질로 형성된다.
상기 전극들(215, 216)과 콘택플러그들, 연결배선들은 투명전도성 산화물층(transparent conducting oxide: TCO) 및 투명금속층(transparent metal: TM)으로 이루어진 복수의 층이다. 구체적으로, 투명금속층/투명 전도성 산화물층 (TM/TCO), 투명 전도성 산화물층/투명금속층 (TCO/TM), 투명 전도성 산화물 층/투명금속층/투명 전도성 산화물 층 (TCO/TM/TCO), 투명금속층/투명 전도성 산화물 층/투명금속층 (TM/TCO/TM), 또는 이들의 조합으로 이루어진다. 투명금속층/투명 전도성 산화물층 (TM/TCO)은 투명 전도성 산화물층(TCO) 상에 투명금속층(TM)이 형성된 것을 의미한다.
투명금속층은 Au, Ag, Cu, Al 중 선택된 어느 하나의 물질로 형성될 수 있다.
상기 투명 전도성 산화물층은 InO, SnO, GaO, CdO, ZnO, CaO, ZnO, NiO를 포함하는 투명 전도성 산화물 또는 이들을 포함하는 합금으로 형성될 수 있다.
트랜지스터(241-244)는 도 10에서는 광센서(210)의 하부에 배치되어 있지만, 본 발명의 실시예는 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 일부 트랜지스터만 광센서의 하부에 형성되고, 나머지 일부는 광센서(210)의 측면 또는 그 상부에 형성될 수도 있다.
이미지 센서(200)는 광센서의 활성층 상의 전극, 연결배선 및 콘택 플러그의 투광도를 향상되고, 따라서, 수광영역이 증가되어서 감도가 향상된다. 또한, 연결배서 및 콘택 플러그의 저항이 감소되므로 소요 전력이 감소된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 투명한 연결배선을 구비한 CMOS 이미지 센서(100)의 평면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선단면도이다.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 선단면도이다.
도 4a 및 4b는 연결배선 및 투명전극의 구조를 예시적으로 도시한 단면도이다.
도 5는 연결배선을 ITO/Ag/ITO 층으로 한 경우의 광투과도와 저항을 측정한 그래프이다.
도 6은 연결배선을 ITO 80 nm 두께로 형성시 파장에 따른 광투과도이다.
도 7은 소스 전극 및 드레인 전극을 ITO/Ag/ITO 층으로 한 경우의 I-V 특성곡선이며, 도 8은 소스 전극 및 드레인 전극을 ITO 로만 형성하였을 때의 I-V 특성곡선이다.
도 9는 도 1에 도시된 이미지 센서(100)의 등가 회로도이다.
도 10은 다른 실시예에 따른 투명한 연결배선을 구비한 이미지 센서(200)의 일부 단면도이다.
Claims (14)
- 픽셀 어레이로 구성된 이미지 센서에서, 각 픽셀은,포토 다이오드;상기 포토 다이오드에 연결되어 상기 포토 다이오드로부터 측정된 신호를 출력하는 회로를 구성하는 복수의 트랜지스터; 및상기 복수의 트랜지스터 및 상기 포토 다이오드에 연결되며, 상기 포토 다이오드 상에 형성된 투명한 물질로 된 연결배선들;을 구비하며,상기 투명한 연결배선은 투명전도성 산화물층 및 투명금속층으로 이루어진 복수의 층인 투명한 연결배선을 구비한 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서,상기 복수의 트랜지스터 중 적어도 하나는 상기 포토 다이오드 상에 형성된 투명한 트랜지스터이며, 상기 투명한 트랜지스터는,상기 포토다이오드를 덮는 제1절연층 상의 소스 전극 및 드레인 전극;상기 제1절연층 상에서 상기 소스 전극 및 드레인 전극을 덮는 산화물 반도체층;상기 산화물 반도체층을 덮는 제2절연층; 및상기 제2절연층 상에서 상기 소스 전극 및 드레인 전극 사이에 형성된 게이트 전극;을 구비하며, 상기 산화물 반도체층은, ZnO, SnO, InO로 이루어진 산화물 중 어느 하나로 이루어지며,상기 소스전극, 드레인 전극 및 게이트 전극은 각각 투명한 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서,상기 연결배선은,금속층/투명 전도성 산화물층, 투명 전도성 산화물층/금속층, 투명 전도성 산화물층/금속층/투명 전도성 산화물층, 금속층/투명 전도성 산화물층/금속층으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나 이상으로 이루어진 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서,상기 금속층은 Au, Ag, Cu, Al 중 선택된 어느 하나의 물질인 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서,상기 투명 전도성 산화물층은 InO, SnO, GaO, CdO, ZnO, CaO, ZnO, NiO를 포함하는 투명 전도성 산화물 또는 이들을 포함하는 합금 중 선택된 어느 하나의 물질로 이루어진 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서,상기 투명금속층은 메탈도트층이며,상기 연결배선은, 상기 투명한 투명전도성 산화물층 및 메탈도트층이 교번적으로 적층된 이미지 센서.
- 픽셀 어레이로 구성된 이미지 센서에서, 각 픽셀은,입사광의 에너지에 따라 전압-전류 특성이 변화하고, 상기 입사광의 에너지에 의해 결정되는 감지 전류를 생성하는 광센서;상기 광센서와 연결되어서 상기 광센서로부터의 상기 감지전류를 출력하는 회로를 구성하는 복수의 트랜지스터;상기 복수의 트랜지스터 및 상기 광센서에 연결되며, 투명한 물질로 된 연결배선들;을 구비하며,상기 연결배선은 투명전도성 산화물층 및 투명금속층으로 이루어진 복수의 층인 투명한 연결배선을 구비한 이미지 센서.
- 제 7 항에 있어서,상기 연결배선은,금속층/투명 전도성 산화물층, 투명 전도성 산화물층/금속층, 투명 전도성 산화물층/금속층/투명 전도성 산화물층, 금속층/투명 전도성 산화물층/금속층으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나 이상으로 이루어진 이미지 센서.
- 제 7 항에 있어서,상기 금속층은 Au, Ag, Cu, Al 중 선택된 어느 하나의 물질인 이미지 센서.
- 제 7 항에 있어서,상기 투명 전도성 산화물층은 InO, SnO, GaO, CdO, ZnO, CaO, ZnO, NiO를 포함하는 투명 전도성 산화물 또는 이들을 포함하는 합금 중 선택된 어느 하나의 물질로 이루어진 이미지 센서.
- 제 7 항에 있어서,상기 투명금속층은 메탈도트층이며,상기 연결배선은, 상기 투명한 투명전도성 산화물층 및 메탈도트층이 교번적으로 적층된 이미지 센서.
- 제 7 항에 있어서,상기 광센서는 상기 입사광의 광량 또는 파장에 따라 전압-전류 특성이 변화하는 산화물 트랜지스터 또는 산화물 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 12 항에 있어서,상기 산화물 트랜지스터 또는 상기 산화물 다이오드는 ZnO 또는 TiO2 금속 산화물로 이루어진 이미지 센서.
- 제 12 항에 있어서,상기 산화물 트랜지스터는,기판 상의 게이트 전극와 상기 게이트 전극 상방의 활성층; 및상기 활성층의 양단 상에 형성된 소스 전극 및 드레인 전극; 을 구비하며,상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극은 투명전도성 산화물층 및 투명금속층으로 이루어진 복수의 층인 이미지 센서.
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