(57)【要約】【課題】ＣＭＯＳイメージセンサ、およびＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を提供するものである。【解決手段】ＣＭＯＳイメージセンサの製造方法は、第１基板１０、第２基板２０、第１基板１０と第２基板２０との間に窒素を含む屈折率整合膜２４および酸化膜２２を含む基板構造体を形成し、第２基板２０内に少なくとも一つの光センサ素子１２１を形成し、基板構造体を形成した後、第１基板１０と対向しない前記第２基板２０の第１表面上に金属配線構造体を形成することを含む。少なくとも一つの光センサ素子１２１は、金属配線構造体と酸化膜２２および屈折率整合膜２４の間にある。また、金属配線構造体は、少なくとも一つの光センサ素子１２１と電気的に接続される。【選択図】図３
2010016382.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板、第２基板、前記第１基板と前記第２基板との間に窒素を含む屈折率整合膜、および酸化膜を含む基板構造体を形成し、
前記第２基板内に少なくとも一つの光センサ素子を形成し、
前記基板構造体を形成した後、前記第１基板と対向しない前記第２基板の第１表面上に金属配線構造体を形成することを含み、
前記少なくとも一つの光センサ素子は、前記金属配線構造体と前記酸化膜および前記屈折率整合膜の間にあり、
前記金属配線構造体は、前記少なくとも一つの光センサ素子と電気的に接続されることを特徴とするＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
【請求項２】
前記酸化膜は、第１表面に対向する前記第２基板の第２表面の熱酸化工程によって形成され、
前記酸化膜は、前記屈折率整合膜と前記第２基板との間にあることを特徴とする請求項１に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
【請求項３】
前記第２基板内にシャローインプラント膜を形成することをさらに含み、
前記シャローインプラント膜は、前記第２基板のバルクと前記酸化膜との間にあることを特徴とする請求項２に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
【請求項４】
前記シャローインプラント膜を形成することは、前記第２基板内にｐ−タイプドーパントのイオンを注入し、前記注入されたイオンを熱的に活性化させることを含むことを特徴とする請求項３に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
【請求項５】
前記金属配線構造体を形成した後、前記第１基板の厚さを５０％以上減少させることをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
【請求項６】
第２表面に熱酸化膜を有する基板と、
前記基板内に設けられる少なくとも一つの光センサ素子と、
前記第２表面と対向する前記基板の第１表面上の金属配線構造体と、
を含み、
前記少なくとも一つの光センサ素子は、前記金属配線構造体と前記熱酸化膜との間にあり、
前記金属配線構造体は、前記少なくとも一つの光センサ素子と電気的に接続されることを特徴とするＣＭＯＳイメージセンサ。
【請求項７】
基板の第２表面に熱酸化膜を形成し、
前記基板内に少なくとも一つの光センサ素子を形成し、
前記第２表面と対向する前記基板の第１表面上に金属配線構造体を形成することを含み、
前記少なくとも一つの光センサ素子は、前記金属配線構造体と前記熱酸化膜との間にあり、
前記金属配線構造体は、前記少なくとも一つの光センサ素子と電気的に接続されることを特徴とするＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イメージセンサ、イメージセンサ製造用基板、イメージセンサを含むイメージセンサ装置（ｉｍａａｇｅ  ｓｅｎｓｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅ）およびこれらの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
イメージセンサは、基板内に多数のフォトダイオードを含む「フロントサイド」（ｆｒｏｎｔ  ｓｉｄｅ）ＣＭＯＳイメージセンサで形成することができる。フォトダイオードを形成した後、金属配線パターンがフォトダイオードの上に形成される。金属配線は、フォトダイオードが外部光を受けることができる開口（ａｐｅｒｔｕｒｅ）が提供されるように形成することができる。しかし、傾いて開口に入射する光は、金属配線パターンによって反射される。また、金属配線パターンを囲む層間の誘電膜が入射光を吸収することもできる。したがって、開口を通過してフォトダイオードに到達する光の量が減少し、その結果、素子の光感度が低下する。また、イメージセンサ内で反射された光は隣接するフォトダイオードに衝突してフォトダイオードの間にクロス−トーク（ｃｒｏｓｓ−ｔａｌｋ）をもたらすこともある。フロントサイドイメージセンサの代案は、バックサイド（ｂａｃｋ  ｓｉｄｅ）イメージセンサである。しかし、現在のバックサイドイメージセンサのデザインおよび製造工程は、暗電流、光感度の低下、すなわち低い量子効率のような短所がある。また、製造工程あいだ熱敏感性（ｈｅａｔ  ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ）構造体を保護する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７−１９４３９７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、前述した問題点を克服できるイメージセンサ、イメージセンサ製造用基板、イメージセンサを含むイメージセンサ装置およびこれらの製造方法に関するものである。
【０００５】
本発明は、暗電流が減少するイメージセンサ、イメージセンサ製造用基板、前記イメージセンサを含むイメージセンサ装置およびこれらの製造方法を提供する。
【０００６】
本発明は、光感度が改善されたイメージセンサ、イメージセンサ製造用基板、前記イメージセンサを含むイメージセンサ装置およびこれらの製造方法を提供する。
【０００７】
高い熱処理工程後に熱敏感性構造体の予防または耐熱性構造体の形成を提供するイメージセンサ、イメージセンサ製造用基板、前記イメージセンサを含むイメージセンサ装置およびこれらの製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記技術的課題を達成するための本発明の請求項１に対応する解決手段１のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法は、第１基板、第２基板、前記第１基板と前記第２基板との間に窒素を含む屈折率整合膜および酸化膜を含む基板構造体を形成し、前記第２基板内に少なくとも一つの光センサ素子（ｌｉｇｈｔ−ｓｅｎｓｉｎｇ）を形成し、前記基板構造体を形成した後、前記第１基板と対向しない前記第２基板の第１表面上に金属配線構造体を形成することを含む。前記少なくとも一つの光センサ素子は、前記金属配線構造体と前記酸化膜および前記屈折率整合膜の間にあり、前記金属配線構造体は、前記少なくとも一つの光センサ素子と電気的に接続されることを含む。
【０００９】
請求項２に対応する解決手段２では、前記酸化膜は、第１表面に対向する前記第２基板の第２表面の熱酸化工程によって形成され、前記酸化膜は、前記屈折率整合膜と前記第２基板との間に形成される。
【００１０】
請求項３に対応する解決手段３では、前記第２基板内にシャローインプラント膜を形成することをさらに含むことができ、前記シャローインプラント膜は、前記第２基板のバルクと前記酸化膜との間に位置することができる。
【００１１】
請求項４に対応する解決手段４では、前記シャローインプラント膜を形成することは、前記第２基板内にｐ−タイプドーパントのイオンを注入し、前記注入されたイオンを熱的に活性化させることを含むことができる。
【００１２】
解決手段５では、前記屈折率整合膜は、シリコーン窒化膜で形成され、前記基板構造体を形成する前記シリコーン窒化膜上に前記第１基板と接するボンディング酸化膜をさらに形成することを含むことができる。
【００１３】
解決手段６では、前記基板構造体を形成することは、前記第１基板および第２基板をボンディングした後、および前記少なくとも一つの光センサ素子を形成する前に前記第２基板の５０％以上を除去することをさらに含むことができる。
【００１４】
解決手段７では、前記基板構造体を形成することは、前記第１基板および前記第２基板をボンディングする前に前記第２基板内に前記酸化膜から一定の距離にマイクロキャビティ膜を形成し、前記第１基板および第２基板をボンディングし、前記マイクロキャビティ膜の深さまで前記第２基板の一部を除去することをさらに含むことができる。
【００１５】
解決手段８では、前記マイクロキャビティ膜の深さまで前記第２基板の一部を除去した後、前記第２基板上にエピタキシャル膜を形成することをさらに含むことができる。また、前記少なくとも一つの光センサ素子は、前記エピタキシャル膜を形成した後に形成される。
【００１６】
解決手段９では、前記基板構造体を形成することは、前記酸化膜および前記マイクロキャビティ膜を形成した後、前記第２基板内にシャローインプラント膜を形成することをさらに含むことができる。また、前記シャローインプラント膜は、前記酸化膜と前記マイクロキャビティ膜との間に形成される。
【００１７】
解決手段１０では、前記屈折率整合膜は、シリコーン窒化膜で形成される。
【００１８】
解決手段１１では、前記酸化膜と前記屈折率整合膜は、反射防止膜を形成することができる。
【００１９】
解決手段１２では、前記第２基板内に隣接する光センサ素子を形成し、前記隣接する光センサ素子の間に絶縁膜を形成することをさらに含むことができる。また、前記絶縁膜は、前記第２基板の第１表面から前記隣接する光センサ素子の間のクロス−トークを防止するのに充分な深さまで延長して形成される。
【００２０】
請求項５に対応する解決手段１３では、前記金属配線構造体を形成した後、前記第１基板の厚さを５０％以上減少させることをさらに含むことができる。
【００２１】
解決手段１４では、前記基板構造体を形成することは、前記第１基板と前記屈折率整合膜との間にエッチング停止膜を形成することを含むことができる。
【００２２】
解決手段１５では、前記金属配線構造体を形成した後、および前記第１基板の厚さを５０％以上減少する前に前記第２基板の第１表面に第３基板をボンディングすることをさらに含むことができる。
【００２３】
前記技術的課題を達成するための本発明の請求項６に対応する解決手段１６のＣＭＯＳイメージセンサは、第２表面に熱酸化膜を有する基板、前記基板内の少なくとも一つの光センサ素子、および前記第２表面と対向する前記基板の第１表面上の金属配線構造体を含む。前記少なくとも一つの光センサ素子は、前記金属配線構造体と前記熱酸化膜との間にあり、前記金属配線構造体は、前記少なくとも一つの光センサ素子と電気的に接続されることを含む。
【００２４】
解決手段１７では、前記熱酸化膜上に窒素を含む屈折率整合膜をさらに含むことができる。また、前記熱酸化膜は、前記基板の第２表面と接し、前記屈折率整合膜と前記少なくとも一つの光センサ素子との間に位置することができる。
【００２５】
解決手段１８では、前記屈折率整合膜は、シリコーン窒化膜であり、前記熱酸化膜は、前記シリコーン窒化膜と前記少なくとも一つの光センサ素子との間に位置することができる。
【００２６】
解決手段１９では、前記基板内にシャローインプラント膜をさらに含むことができ、前記シャローインプラント膜は、前記熱酸化膜と前記基板のバルクとの間に位置することができる。
【００２７】
解決手段２０では、前記シャローインプラント膜は、ホウ素（ｂｏｒｏｎ）を含む膜である。
【００２８】
解決手段２１では、前記熱酸化膜上にエッチング停止膜をさらに含むことができる。
【００２９】
解決手段２２では、前記金属配線構造体上にまた他の基板をさらに含むことができる。また、前記金属配線構造体は、前記基板と前記また他の基板との間に位置することができる。
【００３０】
解決手段２３では、前記金属配線構造体上に第１酸化膜が位置する。また、前記また他の基板上に対向する第２酸化膜が位置する。前記第１酸化膜と前記第２酸化膜は互いに直接接することができる。
【００３１】
解決手段２４では、隣接する光センサ素子が前記基板内に位置することができ、前記隣接する光センサ素子の間に絶縁構造体が位置することができる。また、前記絶縁構造体は、前記基板の第１表面から前記隣接する光センサ素子の間のクロス−トークを防止するのに充分な深さまで延長することができる。
【００３２】
解決手段２５では、前記絶縁構造体は、前記基板の第１表面から前記熱酸化膜まで延長することができる。また、前記絶縁構造体は、前記熱酸化膜を貫通しないこともできる。
【００３３】
解決手段２６では、前記屈折率整合膜は、シリコーン窒化膜である。また、前記絶縁構造体は、前記第１表面から延長し、前記シリコーン窒化膜を貫通することができる。
【００３４】
前記技術的課題を達成するための本発明の請求項７に対応する解決手段２７のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法は、基板の第２表面に熱酸化膜を形成し、前記基板内に少なくとも一つの光センサ素子を形成し、前記第２表面と対向する前記基板の第１表面上に金属配線構造体を形成することを含む。前記少なくとも一つの光センサ素子は、前記金属配線構造体と前記熱酸化膜との間にあり、前記金属配線構造体は、前記少なくとも一つの光センサ素子と電気的に接続されることを含む。
【００３５】
本発明の利点および特徴は、添付される図面と共に詳細に後述される実施形態を参照すると明確になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１実施形態によるイメージセンサの製造方法の段階を示す断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態によるイメージセンサの製造方法の段階を示す断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態によるイメージセンサの製造方法の段階を示す断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態によるイメージセンサの製造方法の段階を示す断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態によるイメージセンサの製造方法の段階を示す断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態によるイメージセンサの製造方法の段階を示す断面図である。
【図７】本発明の第１実施形態によるイメージセンサの製造方法の段階を示す断面図である。
【図８Ａ】本発明の第２実施形態によるイメージセンサを示す断面図である。
【図８Ｂ】クロス−トークを生成するにおいて入射光の傾いた成分の影響を示す説明図である。
【図８Ｃ−１】本発明の第２実施形態によるイメージセンサの第１変形例を示す断面図である。
【図８Ｃ−２】本発明の第２実施形態によるイメージセンサの第２変形例を示す断面図である。
【図８Ｃ−３】本発明の第２実施形態によるイメージセンサの第３変形例を示す断面図である。
【図８Ｄ−２（ａ）】図８Ｃ−２の構造体を含むイメージセンサの製造方法の段階を示す断面図である。
【図８Ｄ−２（ｂ）】図８Ｃ−２の構造体を含むイメージセンサの製造方法の段階を示す断面図である。
【図８Ｄ−２（ｃ）】図８Ｃ−２の構造体を含むイメージセンサの製造方法の段階を示す断面図である。
【図８Ｄ−２（ｄ）】図８Ｃ−２の構造体を含むイメージセンサの製造方法の段階を示す断面図である。
【図８Ｄ−２（ｅ）】図８Ｃ−２の構造体を含むイメージセンサの製造方法の段階を示す断面図である。
【図８Ｄ−２（ｆ）】図８Ｃ−２の構造体を含むイメージセンサの製造方法の段階を示す断面図である。
【図８Ｅ−１】本発明の第２実施形態によるイメージセンサの追加的な変形例を示す断面図である。
【図８Ｅ−２】本発明の第２実施形態によるイメージセンサの追加的な変形例を示す断面図である。
【図８Ｅ−３】本発明の第２実施形態によるイメージセンサの追加的な変形例を示す断面図である。
【図９Ａ】本発明の第３実施形態によるイメージセンサの製造方法の段階を示す断面図である。
【図９Ｂ−１】本発明の第３実施形態の特徴を含むイメージセンサの変形例を示す断面図である。
【図９Ｂ−２】本発明の第３実施形態の特徴を含むイメージセンサの変形例を示す断面図である。
【図９Ｂ−３】本発明の第３実施形態の特徴を含むイメージセンサの変形例を示す断面図である。
【図１０】シャローインプラント膜２８を用いない場合のポテンシャルウェルを説明する説明図である。
【図１１】シャローインプラント膜２８を用いる場合のポテンシャルウェルを説明する説明図である。
【図１２（ａ）】本発明の第４実施形態によるイメージセンサの製造方法の段階を示す断面図である。
【図１２（ｂ）】本発明の第４実施形態によるイメージセンサの製造方法の段階を示す断面図である。
【図１２（ｃ）】本発明の第４実施形態によるイメージセンサの製造方法の段階を示す断面図である。
【図１２（ｄ）】本発明の第４実施形態によるイメージセンサの製造方法の段階を示す断面図である。
【図１２（ｅ）】本発明の第４実施形態によるイメージセンサの製造方法の段階を示す断面図である。
【図１２（ｆ）】本発明の第４実施形態によるイメージセンサの製造方法の段階を示す断面図である。
【図１３（ａ）】本発明の第５実施形態によるイメージセンサの製造方法の段階を示す断面図である。
【図１３（ｂ）】本発明の第５実施形態によるイメージセンサの製造方法の段階を示す断面図である。
【図１３（ｃ）】本発明の第５実施形態によるイメージセンサの製造方法の段階を示す断面図である。
【図１３（ｄ）】本発明の第５実施形態によるイメージセンサの製造方法の段階を示す断面図である。
【図１３（ｅ）】本発明の第５実施形態によるイメージセンサの製造方法の段階を示す断面図である。
【図１３（ｆ）】本発明の第５実施形態によるイメージセンサの製造方法の段階を示す断面図である。
【図１４（ａ）】本発明の第６実施形態によるイメージセンサの製造方法の段階を示す断面図である。
【図１４（ｂ）】本発明の第６実施形態によるイメージセンサの製造方法の段階を示す断面図である。
【図１４（ｃ）】本発明の第６実施形態によるイメージセンサの製造方法の段階を示す断面図である。
【図１４（ｄ）】本発明の第６実施形態によるイメージセンサの製造方法の段階を示す断面図である。
【図１５（ａ）】本発明の第７実施形態によるイメージセンサの製造方法の段階を示す断面図である。
【図１５（ｂ）】本発明の第７実施形態によるイメージセンサの製造方法の段階を示す断面図である。
【図１５（ｃ）】本発明の第７実施形態によるイメージセンサの製造方法の段階を示す断面図である。
【図１５（ｄ）】本発明の第７実施形態によるイメージセンサの製造方法の段階を示す断面図である。
【図１６】本発明の第８実施形態によるイメージセンサ装置を示すブロック図である。
【図１７（ａ）】本発明の第９実施形態によるイメージセンサを含むコンピュータ装置を示すブロック図である。
【図１７（ｂ）】本発明の第９実施形態による携帯電話の例を示す模式図である。
【図１８】本発明の第１０実施形態によるカメラ装置を示す断面図である。
【図１９】本発明の第１１実施形態によるカメラ装置を示す断面図である。
【図２０】暗電流を生成するにおいてトラップサイトの効果を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
２００８年７月３日付け、出願された韓国特許出願Ｎｏ．２００８−００６４２０４（発明の名称：イメージセンサおよびその製造方法、前記イメージセンサを含む装置およびその製造方法、イメージセンサ用基板およびその製造方法）、および２００８年１０月２９日付け、出願された韓国特許出願Ｎｏ．２００８−０１０６５３０（発明の名称：イメージセンサおよびその製造方法）が参照される。
【００３８】
実施形態を添付する図面を参照して詳細に後述されるだろう。しかし、本発明は、以下で開示される実施形態に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で具現されることが可能である。本実施形態は、単に、本発明の開示が完全になるように、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に対して発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものである。
【００３９】
図面において層および領域のサイズを明確に図示するために誇張されることもある。素子または層が、異なる素子または層の「上（ｏｎ）」と指称されるものは、他の素子あるいは層の真上だけでなく、中間に他の層または他の素子を介在した場合をすべて含む。素子または層の「下（ｕｎｄｅｒ）」と指称されるものは、他の素子あるいは層の真下だけでなく、中間に他の層を介在した場合をすべて含む。また、層が２つの素子の「間（ｂｅｔｗｅｅｎ）」にあると指称されるものは、２つの素子の間に前記の素子のみがあるか、または中間に他の素子を介在した場合を全て含む。明細書全体において同一の参照符号は同一の構成要素を指称する。
【００４０】
（第１実施形態）
図１〜７は、本発明の第１実施形態によるイメージセンサの製造方法の段階を示す断面図である。以下、前述したように、前記段階は、熱敏感性（ｈｅａｔ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ）構造体の形成前に高い熱樹脂（ｈｅａｔ  ｂｕｄｇｅｔ）を有する工程を利用できるように配列される。前記製造方法は、製造されたイメージセンサ内で界面トラップ（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  ｔｒａｐ）および所望しない空乏領域（ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ  ｒｅｇｉｏｎ）を最小化するのにより効果的である物質および工程を用いる。その結果、前記イメージセンサの性能を向上させる。
【００４１】
図１を参照すると、第１基板１０および第２基板２０が共に結合される。以下では、前述したように、第２基板２０内には複数のフォトダイオードが形成され、第１基板１０は、前記フォトダイオードに近い光−センシング領域を提供するために部分的にまたは完全に除去される。その結果、バックサイド（ｂａｃｋｓｉｄｅ）イメージセンサを提供され得る。
【００４２】
酸化膜２２、好ましくは熱酸化膜が、第１基板１０と第２基板２０と間に配置される。本実施形態によると、酸化膜２２は、酸化膜２２と第２基板２０との間のトラップサイトの数を顕著に減少させることができる特性が優秀な酸化膜である。その結果、本実施形態によるイメージセンサは暗電流を減少させることができる。
【００４３】
暗電流を生成するにおけるトラップサイトの効果を図２０に示す。図２０を参照すると、前記トラップサイトによって誘導された禁止帯は、価電子帯（Ｅｖ）と伝導帯（Ｅｃ）との間の転移（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）に要求されるエネルギーを減少させることによって電子−ホール対の生成を可能にすることができる。前記トラップサイトの存在は、前記転移のエネルギー障壁を低くすることができ、そうすることによって非発光刺激、例えば、熱的刺激、物理的衝撃などが電子−ホール対を生成するのに十分なエネルギーを分け与えることができる。非発光刺激によって誘導されたこのような電子−ホール対は、前記フォトダイオードでイメージノイズを増加させる暗電流として表れることもある。
【００４４】
また図１を参照すると、酸化膜２２は、例えば、熱酸化工程によって形成される。具体的に、前記熱酸化工程は、４００℃以上の温度で行われる。酸化膜２２を形成するために熱酸化工程を用いると、酸化膜２２と第２基板２０との間の界面特性を向上させることができ、その結果、酸化膜２２と第２基板２０との間および／または酸化膜２２内のトラップサイトを減少させることができる。酸化膜２２を形成するために熱酸化工程を用いると、所望しないデプリーションウェル（ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ  ｗｅｌｌ）を防止することによって低温のＣＶＤ工程を用いることに比べて暗電流を減少させ、光感度を向上させる面でより効率的であり得る。この点において、シリコーン熱酸化膜内の界面トラップの数は約１Ｅ１０個程度であることに対し、ＣＶＤ酸化膜内の界面トラップの数は約１Ｅ１２個程度である。したがって、熱酸化膜がＣＶＤ酸化膜に約１００倍程度少ない界面トラップを有することができる。
【００４５】
第１基板１０および／または第２基板２０は、例えば、シリコーン、ストレインドシリコン（ｓｔｒａｉｎｅｄ  ｓｉｌｉｃｏｎ）、シリコーン合金、シリコーンカーバイド（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｃａｒｂｉｄｅ）、シリコーン−ゲルマニウム（ｓｉｌｉｃｏｎ−ｇｅｒｍａｎｉｕｍ）、シリコーン−ゲルマニウムカーバイド、ゲルマニウム、ゲルマニウム合金、ゲルマニウム−ヒ素（ｇｅｒｍａｎｉｕｍ−ａｒｓｅｎｉｃ）、インジウム−ヒ素、ＩＩＩ−Ｖ族半導体、有機プラスチック基板、またはこれらの調合物であり得る。第１基板１０および第２基板２０は、例えば、ｐ−タイプまたはｎタイプでドーピングすることができる。
【００４６】
酸化膜２２は、第２基板２０の直接上部に形成することができ、好ましくは、前述した熱酸化工程によって形成される。エッチング停止膜１２は、この第１基板１０の表面上に形成される。したがって、第１基板１０および第２基板２０が結合するとき、エッチング停止膜１２が第１基板１０と酸化膜２２との間にある。
【００４７】
エッチング停止膜１２は、第１基板１０と異なるエッチング率および／またはＣＭＰ（ｃｈｅｍｉｃａｌ−ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）除去率を有することができる。エッチング停止膜１２は、例えば、酸化膜、窒化膜、酸窒化膜またはこれらの調合物で形成されるかまたは、これらを含むことができる。エッチング停止膜１２は、約１０００Å〜約１００００Åの厚さで形成することができる。
【００４８】
屈折率整合（ｍａｔｃｈｉｎｇ）膜２４が、第１基板１０と第２基板２０との間に配置される。屈折率整合膜２４は、光伝達媒質の屈折率、例えば、空気の屈折率と第２基板２０の屈折率、例えばシリコーンの屈折率の間の屈折率を有する層である。
【００４９】
屈折率整合膜２４は、反射防止膜２５の全体または部分を形成することができる。反射防止膜２５は、光伝達媒質の屈折率、例えば、空気の屈折率と第２基板２０の屈折率との間の屈折率を有する一つまたはそれ以上の屈折率整合膜２４を含むことができる。例えば、反射防止膜２５は、窒化膜または酸窒化膜であり得る一つの屈折率整合膜２４を含むことができ、または窒化屈折率整合膜２４および酸窒化屈折率整合膜２４の多層構造体を含むことができる。酸化膜２２が反射特性に寄与する場合、例えば、酸化膜２２もまた光伝達媒質の屈折率と第２基板２０の屈折率との間の屈折率を有する場合、反射防止膜２５は酸化膜２２を含むものと見なすことができる。例えば、反射防止膜２５は第２基板上に順次に積層された酸化膜２２、酸窒化屈折率酸化膜２４および窒化屈折率酸化膜２４を含むことができる。
【００５０】
より具体的に、第２基板２０が約３．５の屈折率を有する単結晶シリコーンであるとき、反射防止膜２５は、約１．４５〜１．５０の屈折率を有するシリコーン酸化膜２２および約１．９５〜２．０５の屈折率を有するシリコーン窒化屈折率整合膜２４が積層されたものを含むことができる。スネルの法則（Ｓｎｅｌｌ’ｓ  ｌａｗ）によって前記積層された層の相対的な屈折率は、反射防止膜２５を通して第２基板２０上に入射される光が第２基板２０で反射されることを防止することができる。反射が減少された結果、第２基板２０に入射する入射光が増加することもある。
【００５１】
酸化膜２２は、約５Å〜約１０００Åの厚さを有することができる。屈折率整合膜２４は、約５０Å〜約１０００Åの厚さを有する窒化膜である。反射防止膜２５の構造は、イメージ感知器によって感知される光の性質により変更される。例えば、２００Åの厚さを有するシリコーン窒化屈折率整合膜２４、１，５００Åの厚さを有するシリコーン酸窒化屈折率整合膜２４、および６００Åの厚さを有するシリコーン酸化膜２２が順に積層された反射防止膜２５である場合、５２０ｎｍより大きい波長を有する光が第２基板２０を簡単に透過することができる。また他の例として、４００Åの厚さを有するシリコーン窒化屈折率整合膜２４、８０Åの厚さを有するシリコーン酸化膜屈折率整合膜２４、および１６００Åの厚さを有するシリコーン酸化膜２２が順に積層された反射防止膜２５である場合、４５０ｎｍ〜５２０ｎｍの間の波長を有する光が第２基板２０を簡単に通過することができる。
【００５２】
屈折率整合膜２４は、第２基板２０上の酸化膜２２上に形成される。他の例として、屈折率整合膜２４は、第１基板１０上のエッチング停止膜１２上に形成される。また他の例として、酸化膜２２およびエッチング停止膜１２上にそれぞれ屈折率整合膜２４を形成し、二つの対向する屈折率整合膜２４が形成され、第１基板１０および第２基板２０は対向する屈折率整合膜２４の表面が対向するようにボンディングすることによって結合される。
【００５３】
図１内の挿入図を参照すると、また他の実施形態において、酸化膜２２と対向する第２基板２０の表面をデコボコに形成することによって、反射を減少させることもできる。前記デコボコした表面は正反射（ｓｐｅｃｕｌａｒ  ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）を減少させることができる。酸化膜２２は、第２基板２０と接する面がデコボコした表面を有することができる。酸化膜２２は、また例えば、酸化膜２２が実質的に均一の厚さを有するコンフォーマル（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ）な膜である場合には、対向する表面でもデコボコした表面を有することができる。反射防止膜２５の一つまたはそれ以上の他の層もデコボコした表面を有することもある。
【００５４】
第１基板１０および第２基板２０は、これらの間にあるエッチング停止膜１２、屈折率整合膜２４、および酸化膜２２と共にボンディングされる。ボンディングは、例えば、対向する表面のプラズマ活性化および直接ボンディングすることによって達成される。
【００５５】
図２を参照すると、一つまたはそれ以上の光センサ素子１２１が、第１基板１０と対向する表面の反対側の第２基板２０の表面（図２においてＦＳ（ｆｒｏｎｔ  ｓｕｒｆａｃｅ）と示す表面）に形成される。具体的に、光センサ素子１２１は、第２基板２０内に形成される。光センサ素子１２１は、例えば、フォトダイオード（ＰＤ：ｐｈｏｔｏ  ｄｉｏｄｅ）、フォトトランジスタ、フォトゲート、ピンフォトダイオード（ｐｉｎｎｅｄ  ｐｈｏｔｏ  ｄｉｏｄｅ）、またはこれらの組合せを含むことができる。複数のゲートパターン１２３が、第２基板２０の表面ＦＳに、例えば、表面ＦＳ内および／または表面ＦＳ上に配置される。ゲートパターン１２３は、例えば、電荷伝送ゲート、リセットゲート、ドライブゲートなどの部分を形成することができる。
【００５６】
図３を参照すると、金属配線パターン１２４ａ、１２４ｂは、表面ＦＳに形成される。金属配線パターン１２４ａ、１２４ｂは、一つまたはそれ以上の層間誘電膜１２２内に形成される。金属配線パターン１２４ａ、１２４ｂは、アルミニウム、銅などで形成される。金属配線パターン１２４ａ、１２４ｂは、シングルダマシン（ｓｉｎｇｌｅ  ｄａｍａｓｃｅｎｅ）、デュアルダマシン（ｄｕａｌ  ｄａｍａｓｃｅｎｅ）工程などを用いて形成される。
【００５７】
図４を参照すると、第３基板１３２は、第１基板１０および第２基板２０にボンディングされる。金属配線パターン１２４ａ、１２４ｂは、第３基板１３２と第２基板２０との間に位置する。第３基板１３２は、第２基板２０と第３基板１３２とが対向する表面上に形成される一つまたはそれ以上の接着膜１３４ａ、１３４ｂを用いて層間誘電膜１２２上にボンディングされる。また他の実施形態においては、接着膜の代わりに直接ボンディングが用いられることもある。
【００５８】
図５を参照すると、構造体は、図４に対して上下が反転したものである。図５および６に示すように、第１基板１０は、部分的にまたは完全に除去される。具体的に、第１基板１０の厚さの約５０％またはそれ以上が除去される。除去は、例えば、湿式エッチング工程、乾式エッチング工程、ＣＭＰ（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）、ＢＧＲ（ｂａｃｋ  ｇｒｉｎｄｉｎｇ）、またはこれらの組合せによって実行される。第１基板１０が完全に除去されると、エッチング停止膜１２が過エッチングを防止することができる。具体的に、前記除去工程は、エッチング停止膜１２を部分的にまたは完全に除去するときまで続けることができる。仮に、エッチング停止膜１２が第１基板１０と充分に異なる除去率を有すると、前記除去工程は必要に応じて変更または調節することができる。
【００５９】
図７を参照すると、カラーフィルタ構造体１７０、上部平坦化膜１７５、マイクロレンズ構造体１８０、およびフォトレジストのような有機物質または無機物質の保護膜１９０が、エッチング停止膜１２上に順に形成される。マイクロレンズ構造体１８０を形成することは、例えば、上部平坦化膜１７５上に有機物質パターンを形成し、次いで前記有機物質パターンがレンズ形状に変わるように前記有機物質パターンを加熱することを含むことができる。
【００６０】
図示されていない実施形態において、平坦化膜が、エッチング停止膜１２上に、エッチング停止膜１２とカラーフィルタ構造体１７０との間に形成される。エッチング停止膜１２が完全に除去された場合には、カラーフィルタ構造体１７０、上部平坦化膜１７５およびマイクロレンズ構造体１８０は、屈折率整合膜２４の直接上部に形成される。マイクロレンズ構造体１８０のための保護膜１９０は、マイクロレンズ構造体１８０上にコンフォーマルに（ｃｏｎｆｏｒｍａｌｌｙ）形成される。保護膜１９０は、例えば、シリコーン酸化膜、チタニウム（ｔｉｔａｎｉｕｍ）酸化膜、ジルコニウム（ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ）酸化膜、酸化ハニウム（ｈａｌｆｎｉｕｍ  ｏｘｉｄｅ）、またはこれらの組合せを含む無機物質であり得る。ＬＴＯ（ｌｏｗ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｏｘｉｄｅ）を保護膜１９０として用いることが好ましい。ＬＴＯは、約１００℃〜約２００℃の低温で形成されたシリコーン酸化膜である。したがって、ＬＴＯの使用は、すでに存在する構造体の下部膜に熱による損傷を防止することができる。また、ＬＴＯは、低い粗さを有する非晶質物質として形成されるため、入射光の反射、屈折、および分散を減少させることができる。マイクロレンズ構造体１８０の上部面上の空間を埋めるように保護膜１９０を形成することによって、入射光の反射、屈折および分散はまた減少することができる。
【００６１】
図７から分かるように、本発明の第１実施形態によるイメージセンサ１１は、前記イメージセンサ１１を反転する動作の順序を用いて形成される。したがって金属配線パターン１２４ａ、１２４ｂおよびゲートパターン１２３が光経路の外部に、光センサ素子１２１の後に位置する。金属配線パターン１２４ａ、１２４ｂおよび／またはゲートパターン１２３のサイズ、形態、および／または物質は、反射度を増加させるように選択される。このようにすることによって、金属配線パターン１２４ａ、１２４ｂおよびゲートパターン１２３が光センサ素子１２１に向かって光を反射させることによってイメージセンサ１１の光感度を向上させることができる。
【００６２】
（第２実施形態）
図８Ａは、本発明の第２実施形態によるイメージセンサを示す図である。本発明の第２実施形態によるイメージセンサには隣接する光センサ素子１２１の間のクロス−トーク（ｃｒｏｓｓ−ｔａｌｋ）を減少させるために絶縁膜ａが形成される。絶縁膜ａは、個々のフォトダイオードＰＤの間、隣接する単位ピクセルの間などに位置することができる。
【００６３】
図８Ａは、一つの図面に絶縁膜ａの多様な変形例を示す図である。絶縁膜ａの何れか一つの変形例を用いることができ、または一つまたはそれ以上の他の変形例の絶縁膜ａの組合せを用いることもできる。第１変形例において、絶縁膜ａ１は、フォトダイオードＰＤの下部に隣接する領域から第２基板２０の表面ＦＳまで延長するように形成される。第２変形例において、絶縁膜ａ２は、酸化膜２２と接し、第２基板２０の表面ＦＳまで延長するように形成される。第３変形例において、絶縁膜ａ３は、反射防止膜２５または反射防止膜２５およびエッチング停止膜１２を貫通し、第２基板２０の表面ＦＳまで延長するように形成される。絶縁膜ａを形成することは、例えば、酸化膜、窒化膜などのような絶縁物質でトレンチ（ｔｒｅｎｃｈ）を埋めることを含むことができる。絶縁膜ａを形成することは、例えば、金属物質の島（ｉｓｌａｎｄ）を形成すること、または、イオン注入工程を含むことができる。イオン注入工程が用いられるとき、絶縁膜ａはトレンチを形成して埋める必要がなく、直接的に形成される。
【００６４】
より詳細に、バックサイドイメージセンサで隣接する光センサ素子の間のクロス−トークは、傾いてバックサイドイメージセンサ上に入射される光の結果として起こる。図８Ｂは、クロス−トークを生成することにおいて、入射光の傾いた成分の影響を示す図である。図８Ｂを参照すると、光が第１レンズ（図８Ｂに示す中のレンズ）を通過して傾いて前記バックサイドイメージセンサに入射する。前記光は、前記第１レンズの真下より側面に位置するセンサ、例えばフォトダイオード上に入射する。図８Ｂに示すように、前記バックサイドイメージセンサは、基板のフロントサイド（ｆｒｏｎｔ  ｓｉｄｅ）、すなわちカラーフィルタ構造体およびマイクロレンズ構造体が形成されるバックサイドに対向するフロントサイド上に形成された金属配線パターンを有することができる。したがって、前記入射光の傾いた成分は前記金属配線パターンによって遮断されず、隣接するピクセル領域に吸収され、クロス−トークを生成することができる。したがって、図８Ａに示すように、一つまたはそれ以上の絶縁膜ａがクロス−トークを減少させたり除去したりするために使用される。
【００６５】
図８Ｃ−１、８Ｃ−２、および８Ｃ−３は、本発明の第２実施形態によるイメージセンサの第１、第２および第３変形例を示す図である。図８Ｃ−１を参照すると、フォトダイオードＰＤの間のクロス−トークを防止するために絶縁膜ａ１の複数が隣接する単位ピクセルの間などに位置する。絶縁膜ａ１は、フォトダイオードＰＤの形成前または形成後で形成される。それぞれの絶縁膜ａ１は、フォトダイオードＰＤの下部に隣接する領域から第２基板２０の表面ＦＳまで延長するように形成される。図８Ｃ−２を参照すると、複数の絶縁膜ａ２が酸化膜２２と接し、第２基板２０の表面ＦＳまで延長するように形成される。図８Ｃ−３を参照すると、複数の絶縁膜ａ３が反射防止膜２５または反射防止膜２５およびエッチング停止膜１２を貫通するように形成される。絶縁膜ａ３は、第２基板２０の表面ＦＳまで延長することができる。
【００６６】
図８Ｄ−２（ａ）〜８Ｄ−２（ｆ）は、図８Ｃ−２に示す構造体を含むイメージセンサの製造方法の段階を示す断面図である。図８Ｄ−２（ａ）を参照すると、複数のゲートパターン１２３が、第２基板２０の表面ＦＳ上に形成される。絶縁膜ａ２が第２基板２０の領域１ａ内にある隣接するフォトダイオードＰＤの間に位置し、ゲートパターン１２３が絶縁膜ａ２上部に、例えば、絶縁膜ａ２と整列するように形成される。ゲートパターン１２３は、例えば、電荷伝送ゲート、リセットゲート、ドライブゲートなどを含むことができる。
【００６７】
図８Ｄ−２（ｂ）を参照すると、層間誘電膜１２２および複数の金属配線パターン１２４ａ、１２４ｂを含むことができる金属配線パターン構造体が、第２基板２０の領域１ｂ内に形成される。金属配線パターン１２４ａ、１２４ｂは、アルミニウム、銅などで形成される。銅配線パターンの場合、前記銅配線パターンは、例えば、シングルダマシン配線またはデュアルダマシン配線を含むことができる。
【００６８】
図８Ｄ−２（ｃ）を参照すると、第３基板１３２が、金属配線パターン構造体１２２、１２４ａ、１２４ｂ上に、例えば、接着膜１３４ａ、１３４ｂを用いてボンディングされる。例えば、接着膜１３４ａは、金属配線パターン構造体１２２、１２４ａ、１２４ｂ上に先に形成され、次いで接着膜１３４ａの上部面が平坦化される。また、金属配線パターン構造体１２２、１２４ａ、１２４ｂの表面は、接着膜１３４ａを形成する前に平坦化されることもある。接着膜１３４ｂは、第３基板１３２上に形成され、第３基板１３２は、互いに対向する二つの接着膜１３４ａ、１３４ｂによって第２基板２０にボンディングされる。図示されていないまた他の実施形態においては、例えば金属配線パターン構造体１２２、１２４ａ、１２４ｂの表面および第３基板１３２の表面を、プラズマ処理を用いて活性化させ、次いで活性化された表面を互いに対してボンディングすることのような直接ボンディングが使用される。
【００６９】
図８Ｄ−２（ｄ）を参照すると、第１基板１０が最も上部に位置するように第１基板１０、第２基板２０および第３基板１３２のアッセンブリ（ａｓｓｅｍｂｌｙ）が反転する。
【００７０】
図８Ｄ−２（ｅ）を参照すると、第１基板１０が除去される。例えば、第１基板１０は、湿式または、乾式エッチング工程、ＣＭＰ工程、ＢＧＲ（ｂａｃｋ  ｇｒｉｎｄｉｎｇ）工程、これらの組合せなどで、エッチング停止膜１２をエッチング停止として使用してエッチング停止膜１２を露出させるように第１基板１０が除去される。エッチング停止膜１２は、除去されないこともある。他の実施形態においては、エッチング停止膜１２が、部分的または完全に除去されることもある。また他の実施形態においては、第１基板１０が完全に除去されず薄くなることもある。その結果、エッチング停止膜１２上に第１基板１０の部分が残ることもある。
【００７１】
図８Ｄ−２（ｆ）を参照すると、カラーフィルタ構造体１７０、上部平坦化膜１７５、マイクロレンズ構造体１８０などがエッチング停止膜１２上に順次に形成される。例えばフォトレジストのような有機物質または無機物質の保護膜１９０がマイクロレンズ構造体１８０上に形成される。保護膜１９０は、上部平坦化膜１７５およびマイクロレンズ構造体１８０を覆うコンフォーマルな膜であり得る。図示されていないまた他の実施形態において、エッチング停止膜１２が完全に除去され、カラーフィルタ構造体１７０、上部平坦化膜１７５およびマイクロレンズ構造体１８０などが屈折率整合膜２４上に形成される。また、下部平坦化膜がカラーフィルタ構造体１７０下部に位置することができる。
【００７２】
図８Ｄ−２（ｆ）に示すイメージセンサ１１において、複数のゲートパターン１２３および金属配線パターン１２４ａ、１２４ｂは、反射プレート（ｐｌａｔｅ）として使用される。前記反射プレートは、第２基板２０を貫通する入射光が光センサ素子１２１に戻るように光を反射することができ、イメージセンサの光感度を増加させることができる。
【００７３】
図８Ｅ−１，８Ｅ−２，および８Ｅ−３は、本発明の第２実施形態によるイメージセンサの追加的な変形例を示す図である。図８Ｅ−１を参照すると、接着膜１３がエッチング停止膜１２と反射防止膜２５との間に位置する。また、フォトダイオードＰＤを形成する前または後、絶縁膜ｃ１がフォトダイオードＰＤの間のクロス−トークを防止するために隣接する単位ピクセルの間などに位置することができる。絶縁膜ｃ１は、フォトダイオードＰＤの下部に隣接する位置から第２基板２０の表面ＦＳまで延長する。絶縁膜ｃ１は、例えば、トレンチを酸化膜、窒化膜、または絶縁された金属物質のような絶縁物質で埋めることによって、またはイオン注入工程を用いて導電性不純物を導入することによって形成される。
【００７４】
図８Ｅ−２を参照すると、本発明の第２実施形態によるイメージセンサのまた他の変形例において、絶縁膜ｃ２は、反射防止膜２５と接するように延長する。また、図８Ｅ−１に対して前述した変形例のように、接着膜１３がエッチング停止膜１２と反射防止膜２５との間に位置する。
【００７５】
図８Ｅ−３を参照すると、本発明の第２実施形態によるイメージセンサのまた他の変形例においては、絶縁膜ｃ３が少なくとも反射防止膜２５、接着膜１３、およびエッチング停止膜１２を貫通するように形成される。
【００７６】
（第３実施形態）
図９Ａは、本発明の第３実施形態によるイメージセンサの製造方法の段階を示す断面図である。参考までに、図９Ａは、図１に示す段階に一般的に対応する。図１および図９Ａに共通する構成要素の詳細な説明は前述したため、省略する。また、順次的な工程段階も前述したため、省略する。
【００７７】
図９Ａを参照すると、ピニング膜（ｐｉｎｎｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）の役割を果たすシャローインプラント（ｓｈａｌｌｏｗ  ｉｍｐｌａｎｔ）膜２８が、第２基板２０に隣接して形成される。シャローインプラント膜２８は、第２基板２０のバルク（ｂｕｌｋ）と酸化膜２２との間に位置することができる。シャローインプラント膜２８は、第２基板２０と酸化膜２２との間の界面トラップの濃度をさらに減少させることができる。したがって、暗電流がさらに減少し、光感度がさらに向上することができる。
【００７８】
第２基板２０がｐ−タイプ導電型である場合には、シャローインプラント膜２８は、ホウ素のようなｐ−タイプの不純物を第２基板２０に注入することによって形成される。高いドースの不純物、例えば約１Ｅ１０〜約１Ｅ１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ2の濃度を有するホウ素を約１ＫｅＶ〜約５ＫｅＶのエネルギーで注入することができる。シャローインプラント膜２８内の不純物を活性化させるためにイオン注入後、レーザ熱処理の段階、すなわち、シャローインプラント膜２８にレーザ照射が実施される。図１〜７にて前述したように順次的な工程が継続される。特に、段階の順序は、第１基板１０および／または第２基板２０上に感熱性構造体、例えば金属配線パターン、光センサ素子などを形成する前に不純物を活性化するための柔軟性（ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ）およびサーマルバジェット（ｔｈｅｒｍａｌ  ｂｕｄｇｅｔ）を提供する。
【００７９】
図９Ｂ−１、９Ｂ−２、および９Ｂ−３は、本発明の第２実施形態の特徴と結合して本発明の第３実施形態の特徴を含むイメージセンサの変形例を示す図である。図９Ｂ−１を参照すると、シャローインプラント膜２８が、例えば、高いドースでｐ−タイプ不純物のイオン注入を用いて第２基板２０と酸化膜２２との間に形成される。具体的に、不純物は、約１Ｅ１０〜約１Ｅ１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ2の濃度および約１ＫｅＶ〜約５ＫｅＶのエネルギーでドーピングされるホウ素であり得る。追加的に、イメージセンサは、クロス−トークを防止するために絶縁膜、例えば絶縁膜ｂ１を含む。絶縁膜ｂ１は、フォトダイオードＰＤの下部領域に隣接した領域から第２基板２０の表面ＦＳまで延長するように形成される。絶縁膜ｂ１は、隣接する単位ピクセルの間などに位置することができ、フォトダイオードＰＤを形成する前または後で形成される。具体的に、絶縁膜ｂ１は、酸化膜、窒化膜または絶縁された金属物質のような絶縁物質でトレンチを埋めることによって、またはイオン注入工程を用いて導電性不純物を導入することによって形成される。
【００８０】
図９Ｂ−２を参照すると、また他の変形例においては、絶縁膜ｂ２がシャローインプラント膜２８から第２基板２０の表面ＦＳまで延長するように形成される。図９Ｂ−２に示す他の特徴は、図９Ｂ−１について前述したものと同一であり得る。
【００８１】
図９Ｂ−３を参照すると、他の変形例においては、絶縁膜ｂ３はシャローインプラント膜２８、反射防止膜２５およびエッチング停止膜１２を貫通するように形成される。絶縁膜ｂ３は、第２基板２０の表面ＦＳまで延長することができる。図９Ｂ−２に示す他の特徴は図９Ｂ−１について前述したものと同一であり得る。
【００８２】
図１０および１１は、イメージセンサ内にシャローインプラント膜２８を形成することによって得られる利点を説明するためのポテンシャルウェルを示す図である。図１０は、シャローインプラント膜２８を用いない場合を示す図である。図１０を参照すると、第２基板２０の表面ＢＳで界面トラップと接する光子ｂ１は、デプリーションウェル（ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ  ｗｅｌｌ）によって第２基板２０から抜け出られない電子を形成することができる。図１０において、Ｅｖは価電子帯を意味し、Ｅｃは伝導帯を意味する。また、点線はデプリーションウェルポテンシャルを意味する。
【００８３】
前記デプリーションウェルは、酸化膜２２内および／または酸化膜２２と第２基板２０の界面内の界面トラップによって第２基板２０の表面に形成される。前記界面トラップは、ドナー−ライク（ｄｏｎｏｒ−ｌｉｋｅ）特性を示し得る。トラップが電子で満たされない場合、トラップは陽性状態を示す。この陽電荷は、第２基板２０の表面に隣接する電子を引き寄せ、第２基板２０内の陽電荷を第２基板２０の表面からフォトダイオードＰＤに向かって押し出すことができる。したがってデプリーションウェルが第２基板２０の表面に形成される。前記デプリーションウェルの深さは、界面トラップの数が増加することによってさらに深くなる。また前記デプリーションウェルの深さは、第２基板２０のドーピングレベル（不純物の濃度）が減少することによって増加される。
【００８４】
図１０に示すように、デプリーションウェルがあるときには、短波長の光子ｂ１が入射すると、第２基板２０内で生成された電荷は、それの電界によってフォトダイオードＰＤ内ではなく、前記デプリーションウェル内に蓄積される。したがって、前記デプリーションウェルは、フォトダイオードＰＤ（または他の光センサ素子１２１）の光感度を減少させる。すなわちイメージセンサの量子効率が減少される。
【００８５】
図１１は、シャローインプラント膜２８を用いる場合を示す図である。図１１に示すように、シャローインプラント膜２８によって、前記デプリーションウェルが除去され、その結果、表面ポテンシャルが前記デプリーションウェルの表面ポテンシャルで「ｘ」だけ変更される。シャローインプラント膜２８内で、ｐ−タイプのシャローインプラント膜２８のホールは第２基板２０の表面ＢＳの電子と再結合することができ、中性状態になることができる。
【００８６】
短波長の光子ｂ１が入射すると、第２基板２０内に生成された電荷は、前記デプリーションウェルではないフォトダイオードＰＤ（または他の光センサ素子１２１）内に蓄積される。したがって、シャローインプラント膜２８を含むのは、界面トラップの密度を減少させることによって素子の性能を向上させることができ、デプリーショウェルによって発生する素子の光感度の低下を減少させることができる。また、シャローインプラント膜２８は、ポテンシャルバリア役割を果たすことができ、その結果、光の入力なしで形成された電荷がフォトダイオードＰＤ内に蓄積されないようにして暗電流を減少させることができる。
【００８７】
（第４実施形態）
図１２（ａ）−（ｆ）は、本発明の第４実施形態によるイメージセンサの製造方法の段階を示す断面図である。本発明の第４実施形態においては基板の分割が行われる。図１２（ａ）を参照すると、酸化膜２２が第２基板２０ａ上に形成される。好ましくは、酸化膜２２は、４００℃以上の温度で熱酸化工程によって形成された約５Å〜約１０００Å厚さの熱酸化膜であり得る。
【００８８】
図１２（ｂ）を参照すると、水素、希ガス（ｎｏｂｌｅ  ｇａｓ）などのようなイオンを注入して第２基板２０ａ内にマイクロキャビティ膜（ｍｉｃｒｏ  ｃａｖｉｔｙ  ｌａｙｅｒ）２６が形成される。イオン注入工程は、約５Ｅ１６（５×１０16）Ａｔｏｍｓ／ｃｍ2のレベルおよび約１００ＫｅＶのエネルギーで、約３５０℃以下の温度で行われる。イオン注入の深さは、平均距離（ｍｅａｎ  ｄｉｓｔａｎｃｅ）Ｒｐであり、イオン注入は、第２基板２０ａを第１領域２０ｂおよび第２領域２０ｃに分ける位置にマイクロキャビティ膜２６を形成する。第１領域２０ｂと第２領域２０ｃは、それぞれマイクロキャビティ膜２６の上部と下部にある。
【００８９】
マイクロキャビティ膜２６は、酸化膜２２を形成した後に形成することが好ましい。これはマイクロキャビティ膜２６を形成した後に酸化膜２２を形成するため熱酸化工程を実行する場合に発生する基板の分離を防止することができる。具体的に、熱酸化工程は、マイクロキャビティ膜２６内のキャビティの融合を発生させて所望しない基板の分離をもたらすこともある。
【００９０】
図１２（ｃ）を参照すると、屈折率整合膜２４、例えば窒化膜が、酸化膜２２上に形成される。屈折率整合膜２４は、例えば、熱工程によって約５０Å〜約１，０００Åの厚さで形成される。
【００９１】
図１２（ｄ）を参照すると、エッチング停止膜１２が、第１基板１０上に形成される。好ましくは、エッチング停止膜１２は、約１０００Å〜約１００００Åの厚さを有する酸化膜または熱酸化膜であり得る。続いて、エッチング停止膜１２と屈折率整合膜２４が対向するようにして第１基板１０が第２基板２０ａにボンディングされる。
【００９２】
図１２（ｅ）を参照すると、マイクロキャビティ膜２６で第２基板２０ｂが分割される。例えば、第２基板２０ａの第２領域２０ｃが約４００℃〜約７００℃の温度で熱処理されることによって、または物理的力によって除去され、第１領域２０ｂは残される。マイクロキャビティ膜２６の導入および第２基板２０ｂの分割は、Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ  Ｎｏｓ．５，９９４，２０７、６，３９１，７４０、６，２２１，７４０、６，６４５，８２８、５，３７４，５６４、６，０２０，２５２、６，２２５，１９２、および６，８０９，００９で開示した方法を使って実行することができる。前記文献は本明細書に完全に参照される。
【００９３】
図１２（ｆ）を参照すると、仮に長波長の光が使用される場合、エピタキシャル膜（ｅｐｉｔａｘｉａｌ  ｌａｙｅｒ）２０ｄが、第１領域２０ｂ上に形成される。ＣＭＯＳイメージセンサで、第１領域２０ｂが光の一部波長を吸収するほど充分に厚いことが好ましいこともある。しかし、図１２（ｂ）および１２（ｅ）で説明したイオン注入と基板の分割は約１．５μｍの深さでマイクロキャビティ膜２６が形成されるとき、効果的であるため、基板の分割後で第１領域２０ｂの厚さは、約１．５μｍしかならないこともある。１．５μｍの厚さは、光の一部波長が充分な量を吸収するのに不足することがある。例えば、７００ｎｍ波長を有する赤色光、またはより長い波長の赤外線である場合、３μｍの厚さを有するシリコンウェハは、前記光の約５０％を吸収することができる。また、約４μｍ〜約１０μｍの間の厚さを有するシリコンウェハは７００ｎｍ光またはより長い波長の赤外線光を大部分またはすべてを吸収することができる。
【００９４】
基板の分割は、光センサ素子１２１がイメージセンサで光が入射される表面に近く位置するようにすることができる。したがって、本実施形態によると、基板の分割工程によって露出した第１領域２０ｂの表面上にエピタキシャル膜２０ｄ、例えば、エピタキシャルシリコーンを形成するためにエピタキシャル工程が行われる。具体的に、エピタキシャル膜２０ｄの厚さは、約３．５μｍ〜約４μｍである。以後に光センサ素子１２１がエピタキシャル膜２０ｄ上に形成される。したがって、基板の分割によって形成された相対的に薄い膜２０ｂはエピタキシャル膜２０ｄによって補充され得るため、光センサ素子１２１をイメージセンサで光が入射される面からさらに遠く位置させることができる。
【００９５】
（第５実施形態）
図１３（ａ）〜（ｆ）は、本発明の第５実施形態によるイメージセンサの製造方法の段階を示す断面図である。本発明の第５実施形態においては、シャローインプラント膜２８が形成され、マイクロキャビティ膜２６を用いて基板の分割を適用する。図１３（ａ）および１３（ｂ）を参照すると、図１２（ａ）および１２（ｂ）で説明されたものと同一に、酸化膜２２が第２基板２０ａ上に形成され、イオン注入工程によってマイクロキャビティ膜２６が第２基板２０ａの上部面から平均距離Ｒｐに形成される。
【００９６】
続いて、図１３（ｃ）に示すように、シャローインプラント膜２８が酸化膜２２下部に形成される。シャローインプラント膜２８は、例えば、シャローインプラントが酸化膜２２を通過して酸化膜２２下部にシャローインプラント膜２８を形成するのに十分なエネルギーでイオン注入工程を行うことによって形成される。シャローインプラント膜２８内のシャローインプラントを活性化するためにドーパントの活性化が行われる。活性化は、例えば、レーザ熱処理または他の形態の熱処理工程によって行われる。先立って説明したように、この段階で活性化を実行することは、後続の段階で形成される感熱性構造体が存在しない状態で行われる。したがって、活性化に大きいサーマルバジェットを利用することができる。
【００９７】
図１３（ｄ）〜１３（ｅ）に示す工程は、図１２（ｃ）〜（ｅ）で説明した工程と同一である。簡略に、図１３（ｄ）を参照すると、屈折率整合膜２４が酸化膜２２上に形成される。図１３（ｅ）を参照すると、エッチング停止膜１２が第１基板１０上に形成され、次いで、エッチング停止膜１２と屈折率整合膜２４が対向するようにして第１基板１０と第２基板２０ａがボンディングされる。図１３（ｆ）を参照すると、第２基板２０ａがマイクロキャビティ膜２６で分割される。必要であれば、図１２（ｆ）で説明したものと同様に、エピタキシャル膜２０ｄが形成される。
【００９８】
（第６実施形態）
図１４（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第６実施形態によるイメージセンサの製造方法の段階を示す断面図である。本発明の第６実施形態においては、第２基板２０ａの厚さを減少させるために薄膜工程が用いられる。図１４（ａ）を参照すると、先立って説明したものと同じ方法で酸化膜２２が形成される。次いで、図１４（ｂ）に示すように、本発明の第４および第５実施形態で説明したマイクロキャビティ膜２６を形成せず、屈折率整合膜２４が形成される。
【００９９】
図１４（ｃ）を参照すると、エッチング停止膜１２は、第１基板１０上に形成される。次いで、エッチング停止膜１２と屈折率整合膜２４とが対向するようにして第１基板１０と第２基板２０ａがボンディングされる。
【０１００】
図１４（ｄ）を参照すると、第２基板２０ａを薄くするために、例えばエッチングまたはＣＭＰ工程を用いて第２基板２０ａの一部を除去する。
【０１０１】
必要であれば、図１２（ｆ）で説明したものと同じ方法でエピタキシャル膜２０ｄが形成される。例えば、第２基板２０ａの一部を除去した後、図１４（ｄ）の第２基板２０上にエピタキシャル膜２０ｄが形成される。
【０１０２】
（第７実施形態）
図１５（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第７実施形態によるイメージセンサの製造方法の段階を示す断面図である。本発明の第７実施形態においては、ボンディング力（ｂｏｎｄｉｎｇ  ｓｔｒｅｎｇｔｈ）を向上させることができる互いに対向する二つの酸化膜を用いてワイパーボンディングを行う。図１５（ａ）を参照すると、先立って説明したものと同じ方法で酸化膜２２が形成される。図１５（ａ）では示していないが、必要であれば先立って説明したようにマイクロキャビティ膜２６を形成することができる。
【０１０３】
図１５（ｂ）を参照すると、屈折率整合膜２４は、酸化膜２２上に形成される。屈折率整合膜２４が窒化膜である場合、屈折率整合膜２４と第１基板上の酸化エッチング停止膜の間のボンディング力は、対向する酸化膜の間のボンディング力より弱いこともある。したがって、図１５（ｂ）に示すように、酸化膜−酸化膜ボンディングを提供するために酸化膜１２ａが屈折率整合膜２４上に形成される。
【０１０４】
図１５（ｃ）を参照すると、酸化膜のエッチング停止膜１２ｂが第１基板１０上に形成される。次いで、エッチング停止膜１２ｂと酸化膜１２ａが対向するようにして第１基板１０と第２基板２０ａがボンディングされ、第１基板１０と第２基板２０ａとは、エッチング停止膜１２ｂと酸化膜１２ａとの間の接着によってボンディングされる。したがって、第１基板１０と第２基板２０との間のボンディング力を向上することができる。ボンディング力を向上させるために対向する酸化膜を用いることは、先立って説明した他の実施形態にも適用され得る。類似に、図１と関連して説明した通り、二つの対向する屈折率整合膜２４、例えば酸化膜２２およびエッチング停止膜１２上にそれぞれ一つの窒化膜を形成し、第１基板１０および第２基板が対向する屈折率整合膜２４の対向する表面をボンディングすることで結合することもできる。
【０１０５】
（第８実施形態）
図１６は、本発明の第８実施形態によるイメージセンサ装置２００を図示する。図１６を参照すると、イメージセンサ装置２００は、例えば、ＣＭＯＳセンサアレイ（ｓｅｎｓｏｒＡｒｒａｙ）のようにセンサアレイ２１０、タイミング発生器（ｔｉｍｉｎｇ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）２２０、ローデコーダ（ｒｏｗ  ｄｅｃｏｄｅｒ）２３０、ロードライバ（ｒｏｗ  ｄｒｉｖｅｒ）２４０、相関二重サンプラ（ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  ｄｏｕｂｌｅ  ｓａｍｐｌｅｒ  （ＣＤＳ））２５０、アナログデジタルコンバータ（ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−ｄｉｇｉｔａｌ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ  （ＡＤＣ））２６０、ラッチ部（ｌａｔｃｈ）２７０、およびコラムデコーダ（ｃｏｌｕｍｎ  ｄｅｃｏｄｅｒ）２８０を含むことができ、前記要素は、一つの基板上に、すなわち一つのチップで形成され、または多数の基板上に形成することもできる。多数のチップまたは基板を用いる場合に、多数のチップまたは基板は、一つのパッケージでパッケージ化することができる。
【０１０６】
センサアレイ２１０は、２次元的に、例えばローとコラムで配列された複数の単位ピクセルを含むことができ、光学イメージを電気的出力信号に変換する役割を果たすことができる。センサアレイ２１０は、ロードライバ２４０からロー選択信号、リセット信号、電荷伝送信号など多数のドライビング信号を受信することによって駆動される。センサアレイ２１０は、相関二重サンプラ２５０に電気的出力信号を供給することができる。
【０１０７】
タイミング発生器２２０は、タイミング信号および制御信号をローデコーダ２３０およびコラムデコーダ２８０に供給することができる。ロードライバ２４０は、ローデコーダ２３０からデコーダされた結果に応じて多数の単位ピクセルを駆動するための多数のドライビング信号をセンサアレイ２１０に供給することができる。
【０１０８】
相関二重サンプラ２５０は、センサアレイ２１０から供給を受けた電気的出力信号を維持（ｈｏｌｄ）し、サンプリングすることができる。アナログデジタルコンバータ２６０は、相関二重サンプラ２５０からのアナログ信号をデジタル信号に変換することができる。ラッチ部２７０は、デジタル信号をラッチ（ｌａｔｃｈ）することができ、ラッチされた信号は、コラムデコーダ２８０からデコーダされた結果に応じてイメージ信号処理部（図示せず）で順次に出力される。
【０１０９】
（第９実施形態）
図１７（ａ）は、本発明の第９実施形態によるイメージセンサ３１０を含むコンピュータ装置３００を示す図である。コンピュータ装置３００は、例えば、ＰＤＡ（ｐｅｒｓｏｎａｌ  ｄｉｇｉｔａｌＡｓｓｉｓｔａｎｔ）のようなモバイルシステム、携帯用コンピュータ、ウェブタブレット（ｗｅｂ  ｔａｂｌｅｔ）、ビデオまたはスチルカメラ、携帯電話、ＰＭＰ（ｐｏｒｔａｂｌｅ  ｍｅｄｉａ  ｐｌａｙｅｒ）、ウェブカメラ、光学センサなどに使用される。携帯電話端末機４５０に本発明の実施形態によるイメージセンサ４５２が結合している携帯電話の例を図１７ｂに図示する。
【０１１０】
図１７（ａ）を参照すると、コンピュータ装置３００は、バス３０５を通して、キーパッド、キーボード、ディスプレイ、触覚（ｈａｐｔｉｃ）素子などのようにＩ／Ｏ素子３３０とコミュニケーションできるマイクロプロセッサのようなＣＰＵ３２０を含むことができる。イメージセンサ３１０もまたバス３０５を通してＣＰＵ３２０とコミュニケーションすることができる。例えば、イメージセンサ３１０はＣＰＵ３２０、デジタル信号処理装置（ｄｉｇｉｔａｌ  ｓｉｇｎａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ：ＤＳＰ）、メモリなどと共に集積される。
【０１１１】
コンピュータ装置３００は、バス３０５を通してＣＰＵ３２０とそれぞれコミュニケーションできるＲＡＭ３４０のようなメモリおよびポート３６０をさらに含むことができる。ポート３６０は、ビデオカード、サウンドカード、メモリカード、ＩＥＥＥ１３９４またはＵＳＢ（ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  ｓｅｒｉａｌ  ｂｕｓ）素子などをコンピュータ装置３００にカップリングすることができる。
【０１１２】
（第１０実施形態）
図１８は、本発明の第１０実施形態によるカメラ装置４００を示す図である。図１８を参照すると、カメラ装置４００は先立って説明した実施形態によって形成されたイメージセンサ４１３を含むＣＭＯＳイメージセンサパッケージ４１０を含むことができる。イメージセンサ４１３は、回路基板４１１上にマウンティングすることができ、ボンディングワイヤーを通して電気的に回路基板４１１と接続することができる。
【０１１３】
回路基板４１１およびイメージセンサ４１３を保護するために回路基板４１１にハウジングを取り付けることができる。ハウジングは、イメージセンサ４１３で光を案内する光学システム４２０の部分を構成することができる。例えば、ハウジングは、光学イメージのような光が通過する円筒部４２１、光を透過させる保護カバー４２２、赤外線をフィルタするフィルタ４２３、レンズ４２４、反射防止フィルム４２３などを含むことができる。
【０１１４】
（第１１実施形態）
図１９は、本発明の第１１実施形態によるカメラ装置５００を示す図である。図１９を参照すると、カメラ装置５００は、イメージセンサパッケージ５０１、印刷回路基板のような基板５６０およびイメージセンサチップ５７０を含むことができる。イメージセンサチップ５７０は、本発明の実施形態によるＣＩＳチップである。イメージセンサチップ５７０は、基板５６０にマウンティングすることができ、貫通ビア電極（ｔｈｒｏｕｇｈ−ｖｉａ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）５７２を用いて基板５６０に電気的に接続することができる。
【０１１５】
カメラ装置５００は、例えば、第１レンズ５２０、第２レンズ５４０、相補性レンズコンポーネント（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  ｌｅｎｓ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）および／またはエアーギャップ（ａｉｒ  ｇａｐ）５２６、５２７、支持部材（ｓｕｐｐｏｒｔ  ｍｅｍｂｅｒ）５０５、５２５、開口（ａｐｅｒｔｕｒｅ）５４５、透明基板５１０、５３０、およびイメージセンサチップ５７０が占める空間を密封するガラス部材のような保護透明部材５５０をさらに含むことができる。
【０１１６】
本発明の実施形態を開示し、特定の用語を使用したが、これらは一般的で叙述的な観点で解釈されるべきであり、限定的なものとして理解してはならない。したがって、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者は、本発明が、その技術的思想や必須の特徴を変更しない範囲で他の多様な形態で実施され得ることを理解することができる。
【符号の説明】
【０１１７】
１０：第１基板、１２：エッチング停止膜、２０：第２基板、２２：酸化膜、２４：屈折率整合膜、２５：反射防止膜、２６：マイクロキャビティ膜、２８：シャローインプラント膜、１２１：光センサ素子、１２２：層間誘電膜、１２３：ゲートパターン、１２４ａ、１２４ｂ：金属配線パターン
【図１】
2010016382.tif 000003
【図２】
2010016382.tif 000004
【図３】
2010016382.tif 000005
【図４】
2010016382.tif 000006
【図５】
2010016382.tif 000007
【図６】
2010016382.tif 000008
【図７】
2010016382.tif 000009
【図８Ａ】
2010016382.tif 000010
【図８Ｃ−１】
2010016382.tif 000011
【図８Ｃ−２】
2010016382.tif 000012
【図８Ｃ−３】
2010016382.tif 000013
【図８Ｄ−２（ａ）】
2010016382.tif 000014
【図８Ｄ−２（ｂ）】
2010016382.tif 000015
【図８Ｄ−２（ｃ）】
2010016382.tif 000016
【図８Ｄ−２（ｄ）】
2010016382.tif 000017
【図８Ｄ−２（ｅ）】
2010016382.tif 000018
【図８Ｄ−２（ｆ）】
2010016382.tif 000019
【図８Ｅ−１】
2010016382.tif 000020
【図８Ｅ−２】
2010016382.tif 000021
【図８Ｅ−３】
2010016382.tif 000022
【図９Ａ】
2010016382.tif 000023
【図９Ｂ−１】
2010016382.tif 000024
【図９Ｂ−２】
2010016382.tif 000025
【図９Ｂ−３】
2010016382.tif 000026
【図１０】
2010016382.tif 000027
【図１１】
2010016382.tif 000028
【図１２（ａ）】
2010016382.tif 000029
【図１２（ｂ）】
2010016382.tif 000030
【図１２（ｃ）】
2010016382.tif 000031
【図１２（ｄ）】
2010016382.tif 000032
【図１２（ｅ）】
2010016382.tif 000033
【図１２（ｆ）】
2010016382.tif 000034
【図１３（ａ）】
2010016382.tif 000035
【図１３（ｂ）】
2010016382.tif 000036
【図１３（ｃ）】
2010016382.tif 000037
【図１３（ｄ）】
2010016382.tif 000038
【図１３（ｅ）】
2010016382.tif 000039
【図１３（ｆ）】
2010016382.tif 000040
【図１４（ａ）】
2010016382.tif 000041
【図１４（ｂ）】
2010016382.tif 000042
【図１４（ｃ）】
2010016382.tif 000043
【図１４（ｄ）】
2010016382.tif 000044
【図１５（ａ）】
2010016382.tif 000045
【図１５（ｂ）】
2010016382.tif 000046
【図１５（ｃ）】
2010016382.tif 000047
【図１５（ｄ）】
2010016382.tif 000048
【図１６】
2010016382.tif 000049
【図１７（ａ）】
2010016382.tif 000050
【図１７（ｂ）】
2010016382.tif 000051
【図１８】
2010016382.tif 000052
【図１９】
2010016382.tif 000053
【図２０】
2010016382.tif 000054
【図８Ｂ】
2010016382.tif 000055