KR20110072517A - 후면 수광 이미지센서 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

실시예에 따른 후면 수광 이미지 센서는 제2기판 상에 배치되며, 배선을 포함하는 층간절연층; 상기 층간절연층 상에 배치되는 제1기판; 및 상기 제1기판 내부에 배치된 수직형 포토다이오드를 포함한다.
실시예에 따른 후면 수광 이미지 센서의 제조 방법은 제1기판의 전면(Front Side)에 수직형 포토다이오드를 형성하는 단계; 상기 수직형 포토다이오드를 포함하는 상기 제1기판의 전면 상에 배선을 포함하는 층간절연층을 형성하는 단계; 및 상기 층간절연층이 형성된 상기 제1기판의 전면과 제2기판을 본딩하고, 상기 제1기판의 후면을 제거하는 단계를 포함한다.
후면 수광 이미지 센서, 수직형 포토다이오드

Description

후면 수광 이미지센서 및 그 제조방법{Back Side Illumination Image Sensor and Method for Manufacturing the same}
실시예는 후면 수광 이미지센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
이미지센서(Image sensor)는 광학적 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체소자로서, 전하결합소자(Charge Coupled Device: CCD) 이미지센서와 씨모스(CMOS) 이미지센서(Image Sensor)(CIS)로 구분된다.
종래의 기술에서는 기판에 포토다이오드(Photodiode)를 이온주입 방식으로 형성시킨다. 칩사이즈(Chip Size) 증가 없이 픽셀(Pixel) 수 증가를 위한 목적으로 포토다이오드의 사이즈가 점점 감소함에 따라 수광부 면적 축소로 이미지 특성(Image Quality)이 감소하는 경향을 보이고 있다.
또한, 수광부 면적 축소만큼의 적층높이(Stack Height)의 감소가 이루어지지 못하여 에어리 디스크(Airy Disk)라 불리는 빛의 회절 현상으로 수광부에 입사되는 포톤(Photon)의 수 역시 감소하는 경향을 보이고 있다.
이를 극복하기 위한 대안 중 하나로 웨이퍼 백사이드(Wafer Back Side)를 통해 빛을 받아들여 수광부 상부의 단차를 최소화하고 메탈 라우팅(Metal Routing)에 의한 빛의 간섭 현상을 없애는 시도(후면 수광 이미지센서)가 이루어지고 있다.
실시예는 수직형 포토다이오드를 적용한 후면 수광 이미지센서 및 그 제조방법을 제공한다.
실시예에 따른 후면 수광 이미지 센서는 제2기판 상에 배치되며, 배선을 포함하는 층간절연층; 상기 층간절연층 상에 배치되는 제1기판; 및 상기 제1기판 내부에 배치된 수직형 포토다이오드를 포함한다.
실시예에 따른 후면 수광 이미지 센서의 제조 방법은 제1기판의 전면(Front Side)에 수직형 포토다이오드를 형성하는 단계; 상기 수직형 포토다이오드를 포함하는 상기 제1기판의 전면 상에 배선을 포함하는 층간절연층을 형성하는 단계; 및 상기 층간절연층이 형성된 상기 제1기판의 전면과 제2기판을 본딩하고, 상기 제1기판의 후면을 제거하는 단계를 포함한다.
실시예에 따른 후면 수광 이미지센서 및 그 제조방법은 수직형 포토다이오드를 적용한 후면 수광 이미지 센서로 컬러필터 및 마이크로렌즈 없이 이미지 센서의 감도를 향상시킬 수 있다.
또한, 컬러필터와 마이크로렌즈를 형성하는 공정이 없어, 공정이 단순화 될 수 있으며, 층간절연층에 형성되는 배선도 자유롭게 설계될 수 있다.
이하, 실시예에 따른 후면 수광 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.
본 발명은 씨모스 이미지센서에 한정되는 것이 아니며, CCD 이미지센서 등 모든 이미지센서에 적용이 가능하다.
도 4는 실시예에 따른 후면 수광 이미지 센서를 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 후면 수광 이미지 센서는 제2기판(300), 층간절연층(150), 제1기판(100) 및 포토다이오드(200)를 포함한다.
상기 제1기판(100)은 소자분리막(110)이 배치될 수 있으며, 상기 포토다이오드(200)는 수직형 포토다이오드(vertical photodiode)로 형성될 수 있다.
이때, 상기 제1기판(100)의 노출된 면을 제1면, 상기 층간절연층(150)과 접한 면을 제2면이라 했을 경우, 상기 포토다이오드(200)는 상기 제1면부터 제2면 방향으로 청색(Blue) 포토다이오드(230), 녹색(Green) 포토다이오드(220), 적색(Red) 포토다이오드(210)의 순으로 배치된다.
또한, 상기 제1기판(100)의 제1면은 수광부가 된다.
상기 층간절연층(150)은 제1배선(M1) 및 제2배선(M2)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 제1배선(M1) 및 제2배선(M2)이 상기 포토다이오드(200)의 위치를 고려해 배치되지 않는다.
즉, 본 실시예에서는 상기 제1기판(100)의 노출된 면인 제1면으로 수광하기 때문에 상기 제1배선(M1) 및 제2배선(M2)의 레이아웃은 자율적으로 형성될 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 이미지 센서는 상기 제1기판(100)의 후면에 컬러필터와 마이크로렌즈가 필요치 않다.
즉, 상기 포토다이오드(200)가 수직형 포토다이오드로 형성되며, 기판의 일부가 제거된 상기 제1기판(100)의 제1면이 수광부이므로, 상기 포토다이오드(200)로 빛을 집광시키는 마이크로렌즈도 필요치 않다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 실시예에 따른 후면 수광 이미지 센서의 제조 방법을 더 자세히 설명한다.
우선, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1기판(100)에 소자분리막(110)을 형성하고, 포토다이오드(200)를 형성한다.
상기 포토다이오드(200)는 수직형 포토다이오드(vertical photodiode)로 형성될 수 있다.
이때, 상기 포토다이오드(200)는 상기 제1기판의 전면부터 후면방향으로 적색(Red) 포토다이오드(210), 녹색(Green) 포토다이오드(220), 청색(Blue) 포토다이오드(230)의 순으로 형성된다.
이어서, 도면에는 도시되지 않았지만, 상기 제1기판(100)에는 리드아웃 서킷을 더 형성할 수 있다.
상기 리드아웃 서킷은 트랜스퍼 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 드라이브 트랜지스터, 실렉트 트랜지스터 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1기판(100) 상에 배선을 포함하는 층간절연층(150)을 형성한다.
상기 배선은 제1배선(M1) 및 제2배선(M2)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 제1배선(M1) 및 제2배선(M2)이 상기 포토다이오드(200)로 입사되는 빛을 가리지 않도록 레이아웃되어 형성되지는 않는다.
즉, 본 실시예에서는 상기 제1기판(100)의 상기 제1배선(M1) 및 제2배선(M2)이 형성된 전면(front side)이 아니라, 상기 제1기판(100)의 후면으로 수광하기 때문에 상기 제1배선(M1) 및 제2배선(M2)의 레이아웃은 자율적으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1기판(100)의 후면으로 수광하기 때문에 상기 배선은 여러층으로 형성될 수 있으며, 상기 층간절연층(150)도 두껍게 형성될 수 있다.
즉, 상기 제1기판(100)의 후면으로 수광하기 때문에 상기 층간절연층(150)에 의한 빛의 손실(Loss)은 없다.
이어서, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 층간절연층(150) 상에 제2기판(300)을 본딩하고, 상기 제1기판(100)의 후면을 제거할 수 있다.
예를 들어, 상기 제2기판(300)을 상기 제1기판(100)의 상기 층간절연층(150) 측과 대응하도록 본딩할 수 있다.
도면에는 도시하지 않았지만, 상기 제1기판(100)과 제2기판(300)의 본딩력을 향상시키기 위해, 상기 제2기판(300) 상에 산화막을 형성시킬 수도 있다.
즉, 상기 제2기판(300) 상에 산화막을 형성하고, 상기 산화막과 상기 제1기판(100)의 층간절연층(150)에 대해 본딩을 실시하여, 상기 제1기판(100)과 제2기판(300)의 결합력을 증대시킬 수도 있다.
또한, 상기 제1기판(100)에 대해 백사이드 박막화공정(Backside Thinning)을 위해 백 그라인딩(Back Grinding) 또는 에치백(Etch-Back)이 진행될 수 있다.
상기 제1기판(100)의 후면에 백 그라인딩 또는 에치백 공정을 진행하면, 도 4에 도시된 바와 같이 형성될 수 있다.
즉, 상기 제1기판(100)의 후면이 수광부가 될 수 있다.
이때, 상기 제1기판(100)의 후면부터 전면방향인, 상기 제1기판(100)의 노출된 면부터 층간절연층(150)과 접한 면 방향으로 청색(Blue) 포토다이오드(230), 녹색(Green) 포토다이오드(220), 적색(Red) 포토다이오드(210)의 순서로 형성될 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 이미지 센서는 상기 제1기판(100)의 후면에 컬러필터와 마이크로렌즈가 필요치 않다.
즉, 상기 포토다이오드(200)가 수직형 포토다이오드로 형성되며, 백 그라인딩된 상기 제1기판(100)의 후면이 수광부이므로, 상기 포토다이오드(200)로 빛을 집광시키는 마이크로렌즈도 필요치 않다.
또한, 백 그라인딩된 상기 제1기판(100)의 후면에 상기 포토다이오드(200)가 배치되므로, 이미지 센서의 감도를 향상시킬 수 있다.
또한, 컬러필터와 마이크로렌즈를 형성하는 공정이 없어, 공정이 단순화 될 수 있으며, 층간절연층(150)에 형성되는 배선도 자유롭게 설계될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 실시예에 따른 후면 수광 이미지센서 및 그 제조방법은 수직형 포토다이오드를 적용한 후면 수광 이미지 센서로 컬러필터 및 마이크로렌즈 없이 이미지 센서의 감도를 향상시킬 수 있다.
또한, 컬러필터와 마이크로렌즈를 형성하는 공정이 없어, 공정이 단순화 될 수 있으며, 층간절연층에 형성되는 배선도 자유롭게 설계될 수 있다.
이상에서 설명한 실시예는 전술한 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 실시예의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
도 1 내지 도 4는 실시예에 따른 후면 수광 이미지 센서의 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다.

Claims (7)

  1. 제2기판 상에 배치되며, 배선을 포함하는 층간절연층;
    상기 층간절연층 상에 배치되는 제1기판; 및
    상기 제1기판 내부에 배치된 수직형 포토다이오드를 포함하는 후면 수광 이미지 센서.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1기판의 노출된 면이 제1면이고, 상기 층간절연층과 접하는 면이 제2면일 때, 상기 수직형 포토다이오드는 상기 제1기판의 제1면부터 제2면 방향으로 청색(Blue) 포토다이오드, 녹색(Green) 포토다이오드, 적색(Red) 포토다이오드의 순으로 형성된 것을 포함하는 후면 수광 이미지 센서.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제1기판의 제1면이 수광부인 것을 포함하는 후면 수광 이미지 센서.
  4. 제1기판의 전면(Front Side)에 수직형 포토다이오드를 형성하는 단계;
    상기 수직형 포토다이오드를 포함하는 상기 제1기판의 전면 상에 배선을 포함하는 층간절연층을 형성하는 단계; 및
    상기 층간절연층이 형성된 상기 제1기판의 전면과 제2기판을 본딩하고, 상기 제1기판의 후면을 제거하는 단계를 포함하는 후면 수광 이미지 센서의 제조 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 수직형 포토다이오드는 상기 제1기판의 전면부터 후면방향으로 적색(Red) 포토다이오드, 녹색(Green) 포토다이오드, 청색(Blue) 포토다이오드의 순으로 형성되는 것을 포함하는 후면 수광 이미지 센서의 제조 방법.
  6. 제 4항에 있어서,
    일부가 제거된 상기 제1기판의 후면이 수광부인 것을 포함하는 후면 수광 이미지 센서의 제조 방법.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 제1기판의 후면을 제거하는 단계는,
    상기 제1기판의 후면에 백 그라인딩(Back Grinding) 또는 에치백(Etch-Back) 공정을 진행하는 것을 포함하는 후면 수광 이미지 센서의 제조 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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