(57)【要約】【課題】本発明は、感光度（photo sensitivity）を向上させることができるイメージセンサ及びその製造方法を提供するためのものである。【解決手段】本発明によるイメージセンサは、フォトダイオードセルが形成された第１基板と、ロジック回路部が形成された第２基板と、フォトダイオードセルとロジック回路部とを電気的に連結させる連結電極とを含む。【選択図】図１
2008053710.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトダイオードセルが形成された第１基板と、
ロジック回路部が形成された第２基板と、
前記フォトダイオードセルと前記ロジック回路部とを電気的に連結させる連結電極と、
を含むことを特徴とするイメージセンサ。
【請求項２】
前記第１基板は、
半導体基板に形成されたフォトダイオードセルと、
前記フォトダイオードセルの上に形成されたカラーフィルタと、
前記フォトダイオードセルと連結され、前記半導体基板を貫通して形成された貫通電極と、
を含むことを特徴とする請求項１記載のイメージセンサ。
【請求項３】
前記カラーフィルタの上に形成されたマイクロレンズを更に含むことを特徴とする請求項２記載のイメージセンサ。
【請求項４】
前記連結電極は、前記貫通電極を通じて前記フォトダイオードセルと電気的に連結されることを特徴とする請求項２または３記載のイメージセンサ。
【請求項５】
前記第２基板は、
半導体基板にトランジスタが形成されたトランジスタ層と、
前記トランジスタ層の上に形成されたメタル層と、
を含むことを特徴とする請求項１記載のイメージセンサ。
【請求項６】
前記貫通電極は、Ｗ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕの中から選択されたいずれか１つ以上の物質で形成されたことを特徴とする請求項２記載のイメージセンサ。
【請求項７】
フォトダイオードセルが形成された第１基板と、ロジック回路部が形成された第２基板を提供する段階と、
前記第２基板の上に前記第１基板を積層形成し、前記フォトダイオードセルと前記ロジック回路部とを電気的に連結させる段階と、
を含むことを特徴とするイメージセンサの製造方法。
【請求項８】
前記フォトダイオードセルと前記ロジック回路部は、連結電極を通じて電気的に連結されることを特徴とする請求項７記載のイメージセンサの製造方法。
【請求項９】
前記第１基板を形成する段階は、
半導体基板にフォトダイオードセルを形成する段階と、
前記フォトダイオードセルに連結され、前記半導体基板を貫通する貫通電極を形成する段階と、
前記フォトダイオードセルの上にカラーフィルタを形成する段階と、
を含むことを特徴とする請求項７記載のイメージセンサの製造方法。
【請求項１０】
前記カラーフィルタの上にマイクロレンズを形成する段階を更に含むことを特徴とする請求項９記載のイメージセンサの製造方法。
【請求項１１】
前記連結電極は、前記貫通電極を通じて前記フォトダイオードセルと電気的に連結されることを特徴とする請求項９または１０記載のイメージセンサの製造方法。
【請求項１２】
前記貫通電極は、Ｗ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕの中から選択されたいずれか１つ以上の物質で形成されることを特徴とする請求項９記載の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、イメージセンサ及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
イメージセンサを製造するにおいて、イメージセンサの感光度（photo sensitivity）を増加させるための努力が進んでおり、その中の１つが集光技術である。例えば、ＣＭＯＳイメージセンサは、光を感知する光感知部と、感知された光を電気的信号で処理してデータ化するＣＭＯＳロジック回路部から構成されている。光感度を高めるためには、全イメージセンサの面積で光感知部の面積が占める割合（通常、「Fill Factor」という）を大きくする努力が進んでいる。
【０００３】
しかしながら、根本的にロジック回路部を除去できないので、制限された面積下でこのような接近方法でイメージセンサの感光度（photo sensitivity）を向上させるには限界がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、感光度（photo sensitivity）を向上させることができるイメージセンサ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によるイメージセンサは、フォトダイオードセルが形成された第１基板と、ロジック回路部が形成された第２基板と、フォトダイオードセルとロジック回路部とを電気的に連結させる連結電極と、を含む。
【０００６】
本発明によるイメージセンサの製造方法は、フォトダイオードセルが形成された第１基板と、ロジック回路部が形成された第２基板を提供する段階と、第２基板の上に第１基板を積層形成し、フォトダイオードセルとロジック回路部とを電気的に連結させる段階と、を含む。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によるイメージセンサ及びその製造方法によると、感光度（photo sensitivity）を向上させることができ、また製造歩留まりを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
添付の図面を参考しつつ本発明を詳細に説明する。
【０００９】
本発明の実施形態において、各層（膜）、領域、パターン、または構造物が、基板、各層（膜）、領域、パッド、またはパターンの“上（on/above/over/upper）”に、または“下（down/below/under/lower）”に形成されると記載される場合において、その意味は各層（膜）、領域、パッド、パターン、または構造物が、直接、基板、各層（膜）、領域、パッド、またはパターンに接触して形成される場合であると解されることができ、他の層（膜）、他の領域、他のパッド、他のパターン、または他の構造物がその間に追加に形成される場合であると解されることもできる。したがって、その意味は本発明の技術的思想により判断されるべきである。
【００１０】
本実施形態では、フォトダイオードセルが形成された第１基板とロジック回路部が形成された第２基板を各々別途に製造し、第１基板と第２基板を積層形成することによって、イメージセンサを効率良く製造できる方案を提示しようとする。上記第１基板に形成されたフォトダイオードセルと上記第２基板に形成されたロジック回路部は、連結電極によって電気的に連結できるようになる。
【００１１】
図１は本発明の実施形態によるイメージセンサの製造方法によりフォトダイオードセルが形成された基板を示す図であり、図２は本発明の実施形態によるイメージセンサの製造方法によりフォトダイオードセルが形成された基板の断面を示す図である。
【００１２】
本発明の実施形態によるイメージセンサの製造方法によれば、図１及び図２に示すように、フォトダイオードセル１１１、貫通電極１１３、及びカラーフィルタ１１５を含む第１基板１００を製造する。
【００１３】
まず、半導体基板１１０の上部領域にフォトダイオードセル１１１を形成する。そして、フォトダイオードセル１１１に連結され、半導体基板１１０を貫通する貫通電極１１３を形成する。
【００１４】
貫通電極１１３は、半導体基板１１０に対するパターン工程、エッチング工程、メタル形成工程などを順次に進行することにより形成されることができる。このような工程は、既に公知されたものであって、本発明の主要関心事でないので、ここではその詳細な説明は省略する。
【００１５】
この際、貫通電極１１３は、Ｗ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕなどの物質の中から選択されたいずれか１つ以上の物質で形成されることができる。貫通電極１１３は、ＣＶＤ、ＰＶＤ、蒸発（Evaporation）、ＥＣＰなどの方法により蒸着することができる。また、貫通電極１１３のバリヤ金属としては、ＴａＮ、Ｔａ、ＴｉＮ、Ｔｉ、ＴｉＳｉＮなどが用いられることができ、ＣＶＤ、ＰＶＤ、ＡＬＤなどの方法により形成されることができる。
【００１６】
次に、フォトダイオードセル１１１の上にカラーフィルタ１１５を形成し、カラーフィルタ１１５の上に保護膜１１７を形成する。
【００１７】
一方、図３は、本発明の実施形態によるイメージセンサの製造方法によりロジック回路部が形成された基板を示す図である。
【００１８】
本実施形態によるイメージセンサの製造方法によれば、図３に示すように、トランジスタ層２１０、第１メタル層２２０、第２メタル層２３０、及び第３メタル層２４０を含む第２基板２００を製造する。
【００１９】
トランジスタ層２１０と第１、第２、第３メタル層２２０、２３０、２４０は、信号処理のためのロジック回路部を形成することができる。ここで、第１、第２、第３メタル層２２０、２３０、２４０が形成された場合を例として図示したが、メタル層の数字は設計によって減らすことができ、またはより増えることもできる。
【００２０】
トランジスタ層２１０には、トランジスタが第１基板１００に備えられたフォトダイオードセル１１１に対応して形成される。上記トランジスタは、フォトダイオードセル１１１領域に対応して形成され、その必要によって１、２、４または多様な数字で形成されることができる。本実施形態によれば、従来（related art）構造に比べてフォトダイオードセル１１１の領域を大きく形成することができるので、形成されるトランジスタの数字を制限する必要がなくなる。これによって、必要であればイメージセンサの特性向上のために、非常に多くの数のトランジスタを形成できる自由度が確保される。また、ロジック回路部を構成するために微細回路工程を使用することも不要になる。
【００２１】
このように製造された第１基板１００と第２基板２００を図４に示すように積層形成する。図４は、本発明の実施形態によるイメージセンサの製造方法により形成されたイメージセンサを示す図である。
【００２２】
本実施形態によるイメージセンサは、図４に示すように、第１基板１００、第２基板２００、及び連結電極３００を含む。連結電極３００は、第１基板１００に形成されたフォトダイオードセル１１１と第２基板２００に形成されたロジック回路部を連結させる。連結電極３００は、第１基板１００に形成された貫通電極１１３を通じてフォトダイオードセル１１１と電気的に連結される。連結電極３００は、ロジック回路部を構成する第３メタル層２４０をなす最上部電極と連結される。
【００２３】
本実施形態によるイメージセンサは、図４に示すように、フォトダイオードセル１１１の上にロジック回路部が位置しなくなる。このように、フォトダイオードセル１１１が追加の障害物なしに外部光に直接露出できるので、本実施形態によるイメージセンサは、別途のマイクロレンズを具備しなくてもよい長所がある。
【００２４】
このように、ＳｉＰ（System In a Package）を用いてイメージセンサを製造する場合には、次のような長所が発生する。
【００２５】
第１基板にフォトダイオードセル領域のみを作ることができるため、光の損失がないので、高画質のイメージセンサを提供できることになる。
【００２６】
フォトダイオードセル工程をトランジスタ製造工程と分離して進行できるので、後続工程から影響を受けない高性能のフォトダイオードセルを形成できるようになる。
【００２７】
フォトダイオードセルの上に層間絶縁膜、配線層などがないので、マイクロレンズを形成しなくてもよい長所がある。
【００２８】
素子の表面からフォトダイオードセルまでの距離が短くなるので、光の損失がない高画質のイメージセンサを具現できるようになる。
【００２９】
一方、前述したように、本実施形態によるイメージセンサには別途のマイクロレンズを形成しなくてもよいが、必要によっては、図５に示すように、別途のマイクロレンズを形成することもできる。図５は、本発明の実施形態によるイメージセンサの製造方法により形成されたイメージセンサの他の例を示す図である。
【００３０】
本実施形態によるイメージセンサの他の例は、図５に示すように、第３基板５００、第２基板２００、及び連結電極３００を含む。連結電極３００は、第３基板５００に形成されたフォトダイオードセル５１１と第２基板２００に形成されたロジック回路部とを連結させる。連結電極３００は、第３基板５００に形成された貫通電極５１３を通じてフォトダイオードセル５１１と電気的に連結される。連結電極３００は、ロジック回路部を構成する第３メタル層２４０をなす最上部電極と連結される。
【００３１】
第３基板５００の最上部には、集光のためのマイクロレンズ５１９が形成されている。フォトダイオードセル５１１は、半導体基板５１０に形成されており、フォトダイオードセル５１１の上にはカラーフィルタ５１５が形成されている。カラーフィルタ５１５の上には保護膜５１７が形成されている。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態によるイメージセンサの製造方法によりフォトダイオードセルが形成された基板を示す図である。
【図２】本発明の実施形態によるイメージセンサの製造方法によりフォトダイオードセルが形成された基板の断面を示す図である。
【図３】本発明の実施形態によるイメージセンサの製造方法によりロジック回路部が形成された基板を示す図である。
【図４】本発明の実施形態によるイメージセンサの製造方法により形成されたイメージセンサを示す図である。
【図５】本発明の実施形態によるイメージセンサの製造方法により形成されたイメージセンサの他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１００    第１基板
１１１    フォトダイオードセル
１１３    貫通電極
１１５    カラーフィルタ
２００    第２基板
２１０    トランジスタ層
２２０    第１メタル層
２３０    第２メタル層
２４０    第３メタル層
３００    連結電極
５００    第３基板
５１０    半導体基板
５１１    フォトダイオードセル
５１５    カラーフィルタ
５１７    保護膜
５１９    マイクロレンズ
【図１】
2008053710.tif 000003
【図２】
2008053710.tif 000004
【図３】
2008053710.tif 000005
【図４】
2008053710.tif 000006
【図５】
2008053710.tif 000007