(57)【要約】本発明は、３次元構造を有するピクセルアレイ、及び該ピクセルアレイを有するイメージセンサーを提供する。前記３次元構造を有するピクセルアレイは、第１ウエハ及び第２ウエハの上に、フォトダイオード、伝達トランジスター、リセットトランジスター、変換トランジスター及び選択トランジスターが分割して形成され、前記第１ウエハ及び前記第２ウエハに形成されたチップが、ダイソーティング後に、上下方向に連結された３次元構造を有する。前記第１ウエハには、入射される映像信号に対応する電荷生成する複数のフォトダイオード、前記複数のフォトダイオードで生成した電荷をフローティング拡散領域に伝達する複数の伝達トランジスター、前記フォトダイオードの一つ及び前記一つのフォトダイオードと連結された一つの伝達トランジスターを取り囲む複数のＳＴＩ、前記複数のＳＴＩの下部からウエハの下部面に至る第１スーパーコンタクト、及び前記複数のＳＴＩ及び第１スーパーコンタクトの一部を貫通する第２スーパーコンタクトを含む。前記フローティング拡散領域に蓄積された電荷は前記第２スーパーコンタクトを通じて第２ウエハに伝達する。
2010530633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ウエハ及び第２ウエハの上に、フォトダイオード、伝達トランジスター、リセットトランジスター、変換トランジスター、及び選択トランジスターを分割して形成し、前記第１ウエハ及び前記第２ウエハの上のチップを上下方向に連結した３次元構造を有するピクセルアレイにおいて、
前記第１ウエハは、
入射される映像信号に対応して電荷を生成する複数のフォトダイオードと、
前記複数のフォトダイオードで生成された電荷をフローティング拡散領域に伝達する複数の伝達トランジスターと、
前記フォトダイオードの一つ及び前記一つのフォトダイオードと連結された一つの伝達トランジスターを取り囲む複数のＳＴＩと、
前記複数のＳＴＩの下部からウエハの下部面に至る第１スーパーコンタクトと、
前記複数のＳＴＩ及び第１スーパーコンタクトの一部を貫通する第２スーパーコンタクトとを含み、
前記フローティング拡散領域に蓄積された電荷は、前記第２スーパーコンタクトを通って第２ウエハに伝達されることを特徴とする３次元構造を有するピクセルアレイ。
【請求項２】
前記第１スーパーコンタクトは、絶縁材料で満たされることを特徴とする請求項１に記載のピクセルアレイ。
【請求項３】
前記絶縁材料は、前記ＳＴＩを構成する絶縁材料と同一であることを特徴とする請求項２に記載のピクセルアレイ。
【請求項４】
前記絶縁材料は、ＳｉＮ膜、またはＳｉＮ膜とＳｉＯ２膜との二重膜であることを特徴とする請求項２に記載のピクセルアレイ。
【請求項５】
前記第２スーパーコンタクトは、導電性材料で満たされることを特徴とする請求項１に記載のピクセルアレイ。
【請求項６】
前記導電性材料は、前記フローティング拡散領域に形成されたメタルラインと同じ材料であることを特徴とする請求項５に記載のピクセルアレイ。
【請求項７】
第１ウエハ及び第２ウエハの上にフォトダイオード、伝達トランジスター、リセットトランジスター、変換トランジスター及び選択トランジスターが分割して形成され、前記第１ウエハ及び前記第２ウエハの上のチップを、ダイソーティングした後に、上下方向に連結した３次元構造を有するピクセルアレイと、
前記ピクセルアレイの上に形成された複数のカラーフィルターと、
前記複数のカラーフィルターの上部に形成されたマイクロレンズを含み、
前記第１ウエハは、
入射される映像信号に対応して電荷を生成する複数のフォトダイオードと、
前記フォトダイオードで生成した電荷をフローティング拡散領域に伝達する複数の伝達トランジスターと、
前記フォトダイオードの一つと、前記一つのフォトダイオードと連結された一つの伝達トランジスターとを取り囲む複数のＳＴＩと、
前記複数のＳＴＩの下部からウエハの下部面に至る第１スーパーコンタクトと、
前記複数のＳＴＩ及び第１スーパーコンタクトの一部を貫通する第２スーパーコンタクトを含み、
前記第２ウエハは、
前記第２スーパーコンタクトを通る電荷を電気信号に変換する複数の前記リセットトランジスターと、
複数の前記変換トランジスターと、
複数の前記選択トランジスターとを含むことを特徴とするイメージセンサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピクセルアレイ及びイメージセンサーに関するものであり、特に、３次元構造を有するピクセルアレイ及びこのピクセルアレイを具備するイメージセンサーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、イメージセンサーは製造収率(yield)が一般的な他の製品などに比べて顕著に低い製品として知られている。例えば、イメージセンサーの性能を示す電気的な特性のうちで暗い所で本来のイメージを再現する特性である暗(dark)特性をより向上させるためには、最適の回路だけではなく、特殊な工程の適用も要求される。
【０００３】
イメージセンサーの暗特性を向上させるために標準の半導体工程に特殊な工程を導入する場合、イメージセンサーの暗特性は向上されることができる。しかしながら、単位部品、特にトランジスターの電気的特性を変化させるため、むしろイメージセンサーの全体的な性能は劣化されることがある。したがって、特殊な工程を標準工程に単純に挿入することは問題が発生することがある。
【０００４】
図１は、従来のイメージセンサーの平面構造を示す。
【０００５】
図１を参照すると、イメージセンサーは、フォトダイオード及びフォトダイオードで検出した映像信号を電気信号に変換する映像信号変換回路で構成されるピクセルアレイ(Pixel Array)、フォトダイオードの位置を認識するアドレシング(Addressing)部、アナログ信号をデジタル信号に変換させるＡＤＣ部、そして微細信号を増幅させるＡＭＰ（増幅）部を含む。
【０００６】
図１を参照すると、従来のイメージセンサーは、標準半導体工程を適用して製造され、イメージセンサーの特性を形成するピクセルアレイとその以外の機能ブロック(アドレシング部、ＡＤＣ部、ＡＭＰ部など)とが一つのウエハ上に形成される。よって、前述したように、暗特性を向上させるために加えられた特殊な工程を含む標準半導体工程を通じて生産したイメージセンサーの場合、各種部品の特性が変わることによって収率が低くなる。
【０００７】
イメージセンサーの暗特性に影響を与えるものとして判断されていることは、エッチング(etching)時のプラズマ(plasma)による衝撃の程度、この衝撃を緩和させるための十分な熱処理の存在、そして、工程進行中に発生可能な各種金属性汚染などである。このような問題点の改善のために、前記の標準半導体製造工程に特殊な工程の導入が要求される。
【０００８】
図２は、３次元構造を有する従来のイメージセンサーを示す。
【０００９】
図２を参照すると、３次元構造を有するイメージセンサーは、一つのウエハにピクセルアレイ(Pixel Array)が形成され、他の一つのウエハに残りの機能ブロックが形成される。これら２個のお互いに異なるウエハで製造されたチップをダイソーティング(Die Sorting)した後、これらを２層構造に結合して使用する。
【００１０】
すなわち、標準半導体工程を使っても良い機能ブロックが形成されるウエハと暗特性の向上のために特殊工程をさらに使おうとする機能ブロックが形成されるウエハを区別して製造することで、従来のように一つのウエハにすべての機能ブロックを形成させる時の短所を改善することができる。
【００１１】
図２には示さなかったが、ピクセルアレイは複数の単位ピクセルが、２次元的に配列されている。それぞれの単位ピクセルは、単位フォトダイオード及び映像信号によって生成された前記フォトダイオードで生成された電荷を電気信号に変換する単位映像信号変換回路を具備する。フォトダイオードは、入射される映像信号に対応する電荷を生成するが、前記フォトダイオードの面積が広ければ広いほど、入射する映像信号に対応して生成される電荷の変化の幅が広くなるようになる。したがって、フォトダイオードの面積が広ければ広いほど、イメージセンサーの、映像信号を電気信号に変換する能力が向上する。
【００１２】
したがって、一つのウエハ(wafer)に具現されたピクセルアレイを２枚のウエハに分けて具現する方法が提案された。
【００１３】
図３は、３次元構造を有するピクセルアレイを構成するピクセル回路を示す。
【００１４】
図３を参照すると、ピクセル回路は、一つのフォトダイオード及び前記フォトダイオードで検出した映像信号を電気信号に変換する映像信号変換回路を具備する。前記映像信号変換回路は、伝達トランジスター(Tx)、リセットトランジスター(Rx)、変換トランジスター(Fx)、及び選択トランジスター(Sx)を具備する。
【００１５】
３次元構造を有するピクセルアレイの場合、一つのウエハにはフォトダイオード(ＰＤ)及び伝達トランジスター(Tx)が形成され(点線の左側部分)、残り３個のトランジスター(Rx、Fx、Sx)は他の一つのウエハに形成される(点線の右側部分)。前記のように一つのウエハに形成されたフォトダイオードで検出された映像信号は、伝達トランジスター(Tx)を経て他の一つのウエハに形成されたリセットトランジスター(Rx)の一端子及び変換トランジスター(Fx)のゲート端子に伝達される。
【００１６】
前記のように２個のウエハに分けてピクセル回路を形成した場合、一つのウエハで検出された映像信号に対応した電荷を、歪曲されることなしに他の一つのウエハに伝達しなければならない課題が発生する。
【００１７】
また、フォトダイオードの面積が相対的に広くなることによって、隣り合うフォトダイオードに流入されなければならない映像信号が誤って流入し、隣りのフォトダイオードで検出される映像信号に対応する電荷が誤って流入する場合がある。それゆえに、このような単位ピクセルの間のクロストーク（信号干渉：crosstalk）を防止しなければならない課題も発生する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は、単位ピクセルの間のクロストークと、一つのウエハから他のウエハに伝達される電荷の歪曲を防止できる３次元構造を有するピクセルアレイを提供する。
【００１９】
本発明は、また、単位ピクセルの間のクロストークと、一つのウエハから他のウエハに伝達される電荷の歪曲を防止できる３次元構造を有するピクセルアレイを含むイメージセンサーを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の一の形態では、３次元構造を有するピクセルアレイは、フォトダイオード、伝達トランジスター、リセットトランジスター、変換トランジスター及び選択トランジスターを第１ウエハ及び第２ウエハに分割して形成して、前記第１ウエハ及び前記第２ウエハに形成されたチップを上下方向（垂直方向）に連結する。前記第１ウエハには、入射される映像信号に対応する電荷を生成させる複数のフォトダイオード、前記複数のフォトダイオードで生成された電荷をフローティング拡散領域にそれぞれ伝達する複数の伝達トランジスター、前記複数のフォトダイオードのうちで一つのフォトダイオード及び前記一つのフォトダイオードと連結された一つの伝達トランジスターを取り囲む複数のＳＴＩ、前記複数のＳＴＩの下部からウエハの下部面に至る第１スーパーコンタクト(a first super contact)、及び前記複数のＳＴＩ及び第１スーパーコンタクトの一部領域を貫通する第２スーパーコンタクト(a second super contact)を具備して、前記フローティング拡散領域に蓄積された電荷は前記第２スーパーコンタクトを通って第２ウエハに伝達する。
【００２１】
本発明の他の形態では、イメージセンサーは、ピクセルアレイ、複数のカラーフィルター、及び複数のマイクロレンズを含む。
【００２２】
前記ピクセルアレイは、第１ウエハ及び第２ウエハにフォトダイオード、伝達トランジスター、リセットトランジスター、変換トランジスター及び選択トランジスターを分割して形成し、前記第１ウエハ及び前記第２ウエハをダイソーティングして得たチップを上下方向で連結して使用する３次元構造を有する。前記複数のカラーフィルターは、前記ピクセルアレイの上部に設置される。前記複数のマイクロレンズは前記複数のカラーフィルターの上部に設置される。
【００２３】
前記第１ウエハは、入射される映像信号に対応する電荷を生成させる複数のフォトダイオード、前記複数のフォトダイオードで生成された電荷をフローティング拡散領域に伝達する複数の伝達トランジスター、前記複数のフォトダイオードのうちで一つのフォトダイオード及び前記一つのフォトダイオードと連結された一つの伝達トランジスターを取り囲む複数のＳＴＩ、前記複数のＳＴＩの下部からウエハの下部面に至る第１スーパーコンタクト及び前記複数のＳＴＩ及び第１スーパーコンタクトの一部領域を貫通する第２スーパーコンタクトを具備する。前記第２ウエハは、前記第２スーパーコンタクトを通じて伝達した電荷を電気信号に変換する複数の前記リセットトランジスター、複数の前記変換トランジスター、及び複数の前記選択トランジスターを具備する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】従来のイメージセンサーの平面構造を示す。
【図２】３次元構造を有する従来のイメージセンサーを示す。
【図３】３次元構造を有するピクセルアレイを構成するピクセル回路を示す。
【図４】本発明にかかる３次元構造を有するピクセルアレイのうちでフォトダイオード及び伝達トランジスターを具現した第１ウエハの断面を示す。
【図５】本発明にかかる３次元構造を有するピクセルアレイのうちでフォトダイオード及び伝達トランジスターを除いた残りの素子を具現した第２ウエハの断面を示す。
【図６】本発明にかかる３次元構造を有するピクセルアレイを具備するイメージセンサーの製造過程を示す。
【図７】図４に示されたフォトダイオード、伝達トランジスター及びＳＴＩの平面図を示す。
【図８】図４に示されたフォトダイオード及び伝達トランジスターの製造過程のうちでスーパーコンタクトが生成される以前を示す。
【図９】図８の過程後の、形成されたスーパーコンタクトを示す。
【図１０】本発明にかかるピクセルアレイが単位ピクセルの間のクロストークを防止するメカニズム(Mechanism)を示す。
【図１１】本発明にかかるピクセルアレイを使用するイメージセンサーの断面図である。
【図１２】本発明にかかる３次元構造を有するピクセルアレイの他の具体例である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下では、本発明について、添付の図面を参照して詳しく説明する。
【００２６】
図４は、本発明にかかる３次元構造を有するピクセルアレイのうちでフォトダイオード及び伝達トランジスターを形成した第１ウエハの断面を示す。
【００２７】
図４を参照すると、フォトダイオード１４及び伝達トランジスター(Tx)は、ＳＴＩ(Shallow Trench Insulator)で取り囲まれた領域の内部に設置される。ＳＴＩの下側には第１スーパーコンタクト３０が形成される。前記第１スーパーコンタクト３０は、単位ピクセルの間のクロストークを防止するために設置される。ＳＴＩと同様に、前記フォトダイオード１４及び伝達トランジスター(Tx)が形成された領域を取り囲むようになるので、第１スーパーコンテック環３０と呼ぶこともできる。前記第１スーパーコンタクト３０は、前記ＳＴＩから第１ウエハの下部まで貫通して絶縁材料で満たされる。場合によってはＳＴＩと同一の絶縁材料で満たされることも可能である。前記第１スーパーコンタクト３０の領域には、第２スーパーコンタクト１が形成される。前記第２スーパーコンタクト１６は、フローティング拡散領域(ＦＤ)１５に蓄積された電荷がメタルライン(Ｍ１)を経由して第２ウエハに伝達する電荷伝達通路１６になる。前記第２スーパーコンタクト、言い換えれば、前記電荷伝達通路１６は、第１ウエハの下面まで貫通する。前記電荷伝達通路１６の端部には後述する第２ウエハと結合時に緩衝役割をするマイクロバンパー１７が設置される。図４に示されたＰＮダイオードのＮ領域は接地(ＧＮＤ)されている。
【００２８】
図４に示されたフォトダイオード、伝達トランジスター、ＳＴＩ及びスーパーコンタクトについて、この後、さらに詳しく説明する。
【００２９】
図５は、本発明にかかる３次元構造を有するピクセルアレイのうちで、フォトダイオード及び伝達トランジスターを除いた残りの素子を形成した第２ウエハの断面を示す。
【００３０】
図５を参照すると、第２ウエハにはリセットトランジスター(Rx)、変換トランジスター(Fx)及び選択トランジスター(Sx)が設置される。図５の上部の導体１８は、図４に示されたバンパー１７に接合される。したがって、第１ウエハのフローティング拡散領域(ＦＤ)１５に蓄積された電荷は、電荷伝達通路１６、バンパー１７及び導体１８を経由してリセットトランジスター(Rx)の一端子及び変換トランジスター(Fx)のゲート端子にそれぞれ伝達する。
【００３１】
以下では、図４及び図５に示された２個のウエハを実際に作製する過程に対して説明する。一般に、イメージセンサーは、ピクセルアレイの上部にカラーフィルター及びマイクロレンズを積層させることで具現する。したがって、イメージセンサーを具現するためには先ずピクセルアレイを製造しなければならないであろう。以下では、２つのウエハとピクセルアレイを作製する方法について説明されている。
【００３２】
図６は、本発明にかかる３次元構造を有するピクセルアレイを具備するイメージセンサーの製造過程を示す。
【００３３】
図６を参照すると、前記イメージセンサーの製造過程６００は、
【００３４】
-フォトダイオード及び伝達トランジスターを有する第１ウエハを形成する工程(Ｓ１１０)、
【００３５】
-第１ウエハの裏面を研磨する工程(Ｓ１２０)、
【００３６】
-第１ウエハを貫通する第１スーパーコンタクトを形成する工程(Ｓ１３０)、
【００３７】
-第１スーパーコンタクトの片面にマイクロバンパーを形成する工程(Ｓ１４０)、
【００３８】
-ピクセル回路のうちでフォトダイオード及び伝達トランジスターを除いた残りのトランジスターを有する第２ウエハを形成する工程(Ｓ１５０)、
【００３９】
-前記第１ウエハと前記第２ウエハを上下に配置するウエハ配置工程(Ｓ１６０)、
【００４０】
-前記第１ウエハの電極と、前記第１ウエハの電極に対応する前記第２ウエハの電極とを結合させるウエハ接着工程(Ｓ１７０)、及び
【００４１】
-前記第１ウエハの上部にカラーフィルターを形成させる工程(Ｓ１８０)を具備する。
【００４２】
場合によっては、第１スーパーコンタクトを形成する工程(Ｓ１３０)と、マイクロバンパーを形成する工程(Ｓ１４０)との間に、第２スーパーコンタクトを形成する工程(Ｓ１３５)を追加することができる。また、第２ウエハを形成する工程(Ｓ１５０)と、ウエハ配列工程(Ｓ１６０)との間に、第２ウエハの裏面を研磨する工程(Ｓ１５５)を追加することができる。
【００４３】
前記の各工程をより具体的に説明する。
【００４４】
第１ウエハ形成工程(Ｓ１１０)では、半導体工程を使って第１ウエハの表面にフォトダイオード１４、伝送トランジスター(Tx)、フローティング拡散領域(ＦＤ)及びメタルライン(Ｍ１)が形成される。
【００４５】
この時、第１ウエハに適用される工程は、センサーの暗特性及び感度を向上させ、使用者の要求を満たすための特定の工程が適用されても良い。
【００４６】
第１ウエハの裏面研磨工程(Ｓ１２０)では、研磨(Grinding)工程あるいはＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing、化学・機械的平坦化)工程を通じて第１ウエハの厚さが３０μｍ以下になるように裏面(back side)を研磨した後、蝕刻(Etch)工程を利用して、研磨された表面を処理する。この時、特定用途や状況によって第１ウエハの表面に硝子や他のシリコンウエハを接合させて、第１ウエハ裏面研磨工程(Ｓ１２０)を進行することができる。
【００４７】
第１スーパーコンタクト形成工程(Ｓ１３０)では、ウエハ接着のために、埋め込みインタコネクション(Buried Interconnection)工程、あるいはスーパーコンタクト(Super Contact)工程が基本的に行われる。研磨された第１ウエハ裏面に、整列キー(Align Key)を利用して、写真蝕刻及びタングステンプラグ(W-PLUG)によって前記第１ウエハ裏面に第１スーパーコンタクトが形成される。
【００４８】
場合によっては、イメージセンサーの暗特性を向上させるために、第１スーパーコンタクト形成工程(Ｓ１３０)以後に、第１ウエハ裏面に窒化膜(ＳｉＮ)を蒸着するか、または窒化膜と酸化膜(ＳｉＯ２)二重層を蒸着し、その後、フォトダイオードの周辺に沿ってＣＭＰ工程によって第２スーパーコンタクトが追加的に形成(Ｓ１３５)されることができる。
【００４９】
マイクロバンパー形成工程(Ｓ１４０)では、第１スーパーコンタクト形成工程(Ｓ１３０)で形成された第１スーパーコンタクト表面に、マイクロバンパー工程を通じてマイクロバンパーが形成される。
【００５０】
第２ウエハ形成工程(Ｓ１５０)では、半導体工程を利用して第２ウエハ表面にリセットトランジスター(Rx)、変換トランジスター(Fx)及び選択トランジスター(Ｓx)が形成される。場合によって、第２ウエハの裏面を研磨する工程(Ｓ１５５)を追加することもできる。
【００５１】
ウエハ配列工程(Ｓ１６０)では、前記第１ウエハのマイクロバンパー１７部分と第２ウエハの導体１８とがお互いに結合されるように、第１ウエハ及び第２ウエハが上下方向（垂直方向）に配置させる。第１ウエハ及び第２ウエハを上下方向に配置する方法は、赤外線(Infrared Ray)透過、蝕刻及びレーザーパンチング(laser punching)などを通じて第１ウエハの特定部位を貫通させて、光学的に上下方向に配置する。このうちで赤外線(ＩＲ)透過はウエハに穴を空けないで配置することができるし、蝕刻及びレーザーパンチング方法はウエハに穴を空けて光学的パターン認識を通じて上下方向に配置される。
【００５２】
ウエハ接着工程(Ｓ１７０)では、第１ウエハマイクロバンパー１７部分と第２ウエハ導体１８が接着される。
【００５３】
カラー形成工程(Ｓ１８０)では、第１ウエハ上にカラーフィルター及びマイクロレンズを順に積層させる。
【００５４】
第１ウエハ形成工程(Ｓ１１０)では、エピタキシャル方式で成長させた(epitaxially grown)ウエハに、０．１８μｍまたは９０ｎｍプロセス技術を適用できるし、第２ウエハ形成工程(Ｓ１５０)ではシリコンウエハに０．２５μｍまたは０．３５μｍプロセス技術を適用できる。
【００５５】
ここで本発明で提案する特殊な工程は、まさに第１スーパーコンタクト及び第２スーパーコンタクト工程である。以下では、前記第１スーパーコンタクト及び第２スーパーコンタクトがどのように使われるかに対して説明する。
【００５６】
図７は、図４に示されたフォトダイオード、伝達トランジスター及びＳＴＩの平面図を示す。
【００５７】
図７を参照すると、四角形のフォトダイオード(Photo Diode)の一つの角には伝達トランジスター(Tx)が形成されて、フローティング拡散領域(ＦＤ、図示せず)の上部にはメタルライン(Ｍ１)が形成される。フォトダイオード及び伝達トランジスターは、ＳＴＩで取り囲まれている。図７にはＳＴＩが前記単位ピクセル領域の四面をすべて取り囲んでいるように示されているが、表面の一部または全部が開放されることもできる。
【００５８】
図８は、図４に示されたフォトダイオード及び伝達トランジスターの製造過程のうちでスーパーコンタクトが生成される以前を示す。
【００５９】
図８は、図７に示されたＡ-Ｂラインに沿ったフォトダイオード及び伝達トランジスターの断面を示して、ＳＴＩにスーパーコンタクトがまだ形成される以前の状態である。図８を参照すると、映像信号によってＳＴＩで取り囲まれた任意の単位ピクセルで生成された電荷(e)が、前記ＳＴＩを越して隣り合う単位ピクセルに伝達することができる。この場合、単位ピクセル間のクロストークが発生するようになる。このような単位ピクセルの間のクロストークを防止するために、第１スーパーコンタクトを形成させることが本発明の核心アイディアのうちの一つである。ＰＮダイオードのＮ領域は接地(ＧＮＤ)されている。
【００６０】
図９は、図８の過程後の、スーパーコンタクトが生成された直後を示す。
【００６１】
第１スーパーコンタクト３０は、図８に示されたＳＴＩの下部側にウエハの端の部分まで形成される。図９は図８に示されたウエハの上下を反対にしたものである。この時、第１スーパーコンタクトの一定部分、すなわちフローティング拡散領域の上部に形成させたメタル(Ｍ１)と重畳される一定部分には、第２スーパーコンタクト１６が形成されて、前記第２スーパーコンタクト１６には前記メタル(Ｍ１)と同一な導電性材料であるか、または他の導電性材料で満たされる。前記第２スーパーコンタクト１６は、電荷伝達通路１６として使われる。
【００６２】
従来の場合、電荷伝達通路１６として、フォトダイオードの一部領域に設置されたビアコンタクト(Via Contact)を形成させて使ったために、フォトダイオードの面積を減少させる理由になった。しかし、本発明にかかるピクセルアレイの場合、前記第１スーパーコンタクト３０の一部領域に設置することによって、フォトダイオードの面積が相対的に増加するようになる。したがって、フォトダイオードの面積が増加したピクセルアレイを使用するイメージセンサーの場合、暗特性が向上することは明らかである。
【００６３】
図９を参照すると、第２スーパーコンタクト１６が形成される所はＢで表示されているし、図８を参照するとこれは伝達トランジスター(Tx)に隣接したフローティング拡散領域の辺りということを分かる。
【００６４】
図１０は、本発明にかかるピクセルアレイの断面図である。
【００６５】
図１０を参照すると、ピクセルアレイは、フォトダイオード及び伝達トランジスターが具現された第１ウエハソーティングしたチップを、映像信号変換回路のうちで伝達トランジスターを除いた他のトランジスターを具現した第２ウエハソーティングしたチップの上部に積層させることで具現することができる。この時、２個のチップが導体電極を通じて電気的にお互いに連結される。
【００６６】
図１１は、本発明にかかるピクセルアレイを使用するイメージセンサーの断面図である。
【００６７】
図１１を参照すると、本発明によるイメージセンサーは図１０に示した本発明によるピクセルアレイの上部、すなわち、第１ウエハダイソーティングして得たチップの上部にカラーフィルター及びマイクロレンズを積層させることで具現される。
【００６８】
前記の説明は、第１ウエハに具現された単位フォトダイオード及び伝達トランジスターと、第２ウエハに具現されたこれに対応されるリセットトランジスター、変換トランジスター及び選択トランジスターに対して説明した。しかし、本発明にかかる３次元構造を有するピクセルアレイ及びイメージセンサーは、第２ウエハに具現されたリセットトランジスター、変換トランジスター及び選択トランジスターが、第１ウエハに具現された少なくとも２個のフォトダイオード及びこれに対応される２個の伝達トランジスターを共有して使用する構造の場合にも適用できる。
【００６９】
図１２は、本発明にかかる３次元構造を有するピクセルアレイの他の具体例である。
【００７０】
図１２を参照すると、第１ウエハに具現された２個のフォトダイオード(ＰＤ０、ＰＤ１)とこれらにそれぞれ連結された２個の伝達トランジスター(Tx０、Tx１)が、第２ウエハに具現された一つのリセットトランジスター(Rx)、一つの変換トランジスター(Fx)及び一つの選択トランジスター(Ｓx)を共通で使用する場合を示す。
【００７１】
この場合、第２ウエハに具現しなければならないトランジスターの個数が減少するために、第２ウエハには他の機能ブロックを追加で設置することができる余力が生ずるようになる長所がある。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明では、３次元構造を有するピクセルアレイ及び前記ピクセルアレイを具備するイメージセンサーは、多様な消費者の要求に対して全体チップ面積の増加なしに対応が可能であり、イメージセンサーの暗特性を向上させることができる特別な工程に、容易に適用できることにより、高性能な製品の製造が容易に製造できる。また、本発明では、フォトダイオード及び伝達トランジスターを具現しようとする第１ウエハと、前記伝達トランジスターを通じて検出された映像電荷を電気信号に変換するトランジスターを具現しようとする第２ウエハにそれぞれ最適の工程を適用させることができる。
【図１】
2010530633.tif 000003
【図２】
2010530633.tif 000004
【図３】
2010530633.tif 000005
【図４】
2010530633.tif 000006
【図５】
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【図６】
2010530633.tif 000008
【図７】
2010530633.tif 000009
【図９】
2010530633.tif 000010
【図１２】
2010530633.tif 000011
【図８】
2010530633.tif 000012
【図１０】
2010530633.tif 000013
【図１１】
2010530633.tif 000014
【国際調査報告】
2010530633.tif 000015
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