(57)【要約】【課題】回路とフォトダイオードの新たな集積を提供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課題とする。【解決手段】回路が形成された第１基板１００と、前記第１基板１００とボンディングされて前記回路と電気的に繋がるように形成されたフォトダイオード２１０と、前記回路と前記フォトダイオード２１０が電気的に繋がるようにピクセル境界に形成されたコンタクトプラグ２４０を含み、前記フォトダイオード２１０は、結晶型半導体層内に選択的に形成された第１導電型イオン注入領域２１４と、前記第１導電型イオン注入領域２１４の一側面に接して形成された第２導電型イオン注入領域２１６を含む。【選択図】図１ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路が形成された第１基板と、
前記第１基板とボンディングされて前記回路と電気的に繋がるように形成されたフォトダイオードと、
前記回路と前記フォトダイオードが電気的に繋がるようにピクセル境界に形成されたコンタクトプラグを含み、
前記フォトダイオードは、
結晶型半導体層内に選択的に形成された第１導電型イオン注入領域と、
前記第１導電型イオン注入領域の一側面に接して形成された第２導電型イオン注入領域を含むことを特徴とするイメージセンサ。
【請求項２】
前記コンタクトプラグの一側面は、前記フォトダイオードの第１導電型イオン注入領域と電気的に接触し、前記コンタクトプラグの他の側面は、第２絶縁層によって絶縁されることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項３】
前記フォトダイオードの第２導電型イオン注入領域と電気的に接触する上部電極をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサ。
【請求項４】
前記フォトダイオードの第１導電型イオン注入領域とコンタクトプラグの間に形成された高濃度の第１導電型イオン注入領域をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項５】
前記フォトダイオードの第１導電型イオン注入領域とコンタクトプラグの間に形成された高濃度の第１導電型イオン注入領域をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサ。
【請求項６】
配線を含む回路が形成された第１基板を準備する段階と、
フォトダイオードが形成された第２基板を準備する段階と、
前記フォトダイオードと第１絶縁層が接触するように前記第１基板と前記第２基板をボンディングする段階と、
前記ボンディングされた第２基板の下側を除去してフォトダイオードを露出させる段階と、ピクセル境界に前記配線とフォトダイオードが電気的に繋がるコンタクトプラグを形成する段階を含み、
前記フォトダイオードは、
結晶型半導体層内に選択的に形成された第１導電型イオン注入領域と、
前記第１導電型イオン注入領域の一側面に接して形成された第２導電型イオン注入領域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７】
前記コンタクトプラグの一側面は、前記フォトダイオードの第１導電型イオン注入領域と電気的に接触し、前記コンタクトプラグの他の側面は、第２絶縁層によって絶縁されることを特徴とする請求項６に記載の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の第２導電型イオン注入領域と電気的に接触する上部電極を形成する段階を、さらに含むことを特徴とする請求項６に記載のイメージセンサの製造方法。
【請求項９】
前記第１基板を準備する段階の後に、前記第１基板上に前記配線と選択的に接触するように第１絶縁層を形成する段階を、更に含むことを特徴とする請求項６に記載のイメージセンサの製造方法。
【請求項１０】
前記コンタクトプラグを形成する段階は、
前記ピクセル境界の前記フォトダイオードと第１絶縁層を除去し、
前記配線を選択的に露出させる第１コンタクトホールを形成する段階と、
前記第１コンタクトホールとフォトダイオード上にバリアー層を形成する段階と、
前記バリアー層上に第１コンタクトホールを埋める第２絶縁層を形成する段階と、
前記第１コンタクトホールの一側面と下面の一側のバリアー層が露出されるように前記第２絶縁層を除去して第２コンタクトホールを形成する段階と、
前記露出されたバリアー層を除去し、前記フォトダイオードの一側面と前記配線を選択的に露出させる第３コンタクトホールを形成する段階と、
前記第３コンタクトホールを埋めるコンタクトプラグを形成する段階を含むことを特徴とする請求項９に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、イメージセンサとその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＣＭＯＳイメージセンサは、単位画素内にフォトダイオードとＭＯＳトランジスタを形成させることによって、スイッチング方式により各単位画素の電気的信号を順次に検出して映像を具現する。
【０００３】
一方、従来技術によるＣＭＯＳイメージセンサは、フォトダイオードがトランジスタと水平に配置される仕組みである。
【０００４】
勿論、従来技術による水平ＣＭＯＳイメージセンサによりＣＣＤイメージセンサの短所が解決されてはいるものの、従来技術による水平ＣＭＯＳイメージセンサには相変わらず問題点が存在する。
【０００５】
即ち、従来技術による水平ＣＭＯＳイメージセンサによれば、フォトダイオードとトランジスタが基板上に相互水平に隣接して製造される。それによって、フォトダイオードのための更なる領域が要求され、これによって、 充てん比（fill factor）の領域を減少させ、またレゾリューション（Resolution）の可能性を制限する問題がある。
【０００６】
また、従来技術による水平ＣＭＯＳイメージセンサによれば、フォトダイオードとトランジスタを同時に製造する工程において、最適化を達成させることに非常に難しい問題がある。
【０００７】
また、従来技術による水平ＣＭＯＳイメージセンサによれば、ピクセルサイズが増加すれば、イメージセンサのレゾリューションが減少することになり、また、フォトダイオードの面積が減少すればイメージセンサの感度（sensitivity）が減少する問題が発生する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、回路とフォトダイオードの新たな集積を提供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課題とする。
【０００９】
また、本発明は、レゾリューションと感度が共に改善されるイメージセンサ及びその製造方法を提供することを課題とする。
【００１０】
また、本発明は、フォトダイオードを採用しながらフォトダイオードと回路の間の物理的、電気的の接触力が優れたイメージセンサ及びその製造方法を提供することを課題とする。
【００１１】
また、本発明は、垂直型のフォトダイオードを採用しながらフォトダイオード内の欠陥Defectを防止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課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によるイメージセンサは、回路が形成された第１基板と、前記第１基板とボンディングされて前記回路と電気的に繋がるように形成されたフォトダイオード、前記回路と前記フォトダイオードが電気的に繋がるようにピクセル境界に形成されたコンタクトプラグを含み、前記フォトダイオードは、結晶型半導体層内に選択的に形成された第１導電型イオン注入領域と、前記第１導電型イオン注入領域の一側面に接して形成された第２導電型イオン注入領域を含む。
【００１３】
また、本発明によるイメージセンサの製造方法は、配線を含む回路が形成された第１基板を準備する段階と、フォトダイオードが形成された第２基板を準備する段階と、前記フォトダイオードと前記第１絶縁層が接触するように前記第１基板と前記第２基板をボンディングする段階と、前記ボンディングされた第２基板の下側を除去してフォトダイオードを露出させる段階と、ピクセル境界に前記配線とフォトダイオードが電気的に繋がるコンタクトプラグを形成する段階を含み、前記フォトダイオードは、結晶型半導体層内に選択的に形成された第１導電型イオン注入領域と、前記第１導電型イオン注入領域の一側面に接して形成された第２導電型イオン注入領域を含む。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、ピクセル境界にコンタクトプラグと上部電極を形成することで充てん比を向上させることが出来る。
【００１５】
また、本発明は、ピクセル境界に絶縁層を形成することでピクセルとピクセル間の混信Crosstalkを防止することが出来る。
【００１６】
また、本発明は、ピクセル境界のコンタクトプラグと下側の配線との確実な接触を通じてオーム接触（Ohmic contact）を向上させることが出来る。
【００１７】
また、本発明は、回路の上側に配置される結晶型半導体内の側面に形成されるフォトダイオードを提供することが出来る。
【００１８】
更に、本発明によれば、垂直型のフォトダイオードを採用しながらフォトダイオードと回路の間に絶縁層を挿入することで、フォトダイオードと回路の間の接触力を向上させることが出来る。
【００１９】
更に、本発明によれば、回路が形成された基板の上に絶縁層を形成した後、ＣＭＰ等で平坦化を行った後にボンデングを行い、段差を最小化することで、ボンディング及び劈開Cleaving状態をもっと改善することが出来る。
【００２０】
更に、本発明によれば、コンタクトの形成時に湿式エッチング（Wet Etch）を適用することで、乾式エッチング（Dry Etch）時に発生し得るプラズマダメージ（Plasma Damage）を除去させることにより、フォトダイオードの特性を向上させることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、実施例によるイメージセンサ及びその製造方法を添付された図面を参照して説明する。
【００２２】
図１ａは、実施例によるイメージセンサのＩ−Ｉ’ラインに沿った断面図で、図１ｂは、その平面図である。
【００２３】
実施例によるイメージセンサは、回路が形成された第１基板１００と、前記第１基板１００とボンディングされ、前記回路と電気的に繋がるように形成されたフォトダイオード２１０と、前記回路と前記フォトダイオード２１０が電気的に繋がるようにピクセル境界に形成されたコンタクトプラグ２４０を含み、前記フォトダイオード２１０は、結晶型半導体層内に選択的に形成された第１導電型イオン注入領域２１４と、前記第１導電型イオン注入領域２１４の一側面に接して形成された第２導電型イオン注入領域２１６を含むことを特徴とする。
【００２４】
図１ａのように、実施例では、前記コンタクトプラグ２４０の一側面は、前記フォトダイオードの第１導電型イオン注入領域２１４と電気的に接触し、前記コンタクトプラグ２４０のもう一つの側面は、第２絶縁層２３０によって絶縁されることができる。
【００２５】
この際、実施例は、前記第２絶縁層２３０の一側面に形成されたバリア層２２０を更に含むことができる。例えば、前記絶縁層は酸化膜であり、前記バリア層は窒化膜であることもあるが、これに限られているのではない。
【００２６】
実施例は、前記第１基板１００とフォトダイオード２１０の間に絶縁層１２０を５０Å乃至１,０００Åの厚さで形成することで、第１基板１００と第２基板２００の結合層としての役割を適切に行うことが出来る。
【００２７】
また、実施例は、前記フォトダイオードの第１導電型イオン注入領域２１４とコンタクトプラグ２４０の間に形成された、高濃度の第１導電型イオン注入領域２１２を更に含むことが出来る。
【００２８】
また、図１ｂのように、実施例は、前記フォトダイオードの第２導電型イオン注入領域２１６と電気的に接触する上部電極２４２を更に含むことが出来る。
【００２９】
実施例において、結晶型半導体層２１０a（図３を参照）は単結晶半導体層であることもあるが、これに限られているのではなく、多結晶半導体層であることもある。
【００３０】
前記第１基板１００の回路は、図示してはないが、CISの場合、回路が四つのトランジスタ（４TrCIS）の形態に限られているのではなく、１TrCIS、３TrCIS、５TrCIS又は、１．５TrCIS（トランジスタの共有CIS）等にも適用が可能である。
【００３１】
また、前記第１基板１００に形成された配線１１０は、メタル（図示していない）とプラグ（図示していない）を含むことが出来る。前記配線１１０の内、最上部がフォトダイオードの下部電極の役割をすることが出来る。
【００３２】
図２乃至１３を参照して実施例によるイメージセンサの製造方法を説明する。
【００３３】
まず、図２のように、配線１１０を含む回路（図示していない）が形成された前記第１基板１００を用意する。前記第１基板１００の回路は図示していないが、CISの場合、回路が四つのトランジスタ（４TrCIS）の形態に限られでいるのではない。
【００３４】
また、第１基板１００に形成された配線１１０は、メタル（図示していない）とプラグ（図示していない）を含むことが出来る。
【００３５】
次に、前記第１基板１００上に前記配線１１０と選択的に接触するように第１絶縁層１２０を形成することが出来る。一方、前記第１絶縁層１２０の形成工程は必須的な工程ではない。前記第１絶縁層１２０は、ＳｉＯ２等、酸化膜であることがあるが、これに限られているのではない。以後、前記第１絶縁層１２０に対し、CMP等による平坦化作業が行われることができる。
【００３６】
次に、図３のように、第２基板２００上に結晶型半導体層２１０aを形成する。このような結晶型半導体層２１０aにフォトダイオードが形成されることで、フォトダイオード内の欠陥（Defect）を防ぐことが出来る。
【００３７】
例えば、前記第２基板２００上にエピタキシャル（epitaxial）によって結晶型半導体層２１０aを形成する。以後、第２基板２００と結晶型半導体層２１０aの境に水素イオンを注入して、水素イオン注入層２０７aを形成する。
【００３８】
以後、前記結晶型半導体層２１０aにイオンを注入することで、フォトダイオード２１０を形成する。
【００３９】
例えば、前記第１導電型に導電された結晶型半導体層２１０aを形成することが出来る。又は、結晶型半導体層を形成した後、全体的に第１導電型のイオン注入を行うことも出来る。又は、結晶型半導体層を形成した後、所定のマスク（図示していない）を用いて選択的に第１導電型のイオン注入領域２１４を形成することが出来る。例えば、前記第１導電型のイオン注入領域２１４は、Ｎ-領域であることもあるが、これに限られているのではない。
【００４０】
以後、第１感光膜パターン３１０をマスクとして、第１導電型のイオン注入領域２１４の一側のピクセル境界に高濃度の第１導電型のイオン注入領域２１２を形成することが出来る。例えば、ピクセル境界にＮ+領域を形成することで、オーム接触に寄与することが出来る。
【００４１】
以後、図４のように、第１感光膜パターン３１０を除去し、第２感光膜パターン３２０をマスクとして第１導電型のイオン注入領域２１４のもう一つの側面に第２導電型のイオン注入領域２１６を形成することが出来る。
【００４２】
その次に、図５のように、前記フォトダイオード２１０と前記第１絶縁層１２０が接触するように前記第１基板１００と前記第２基板２００をボンディングさせる。例えば、前記第１基板１００と前記第２基板２００をボンディングさせる前に、前記プラズマの活性化（activation）によってボンディングされる面の表面エネルギーを向上させることで、ボンディングを行うことが出来る。
【００４３】
次に、図６のように、第２基板２００に熱処理を通じで、水素イオン注入層２０７aが水素気体層２０７に変わるようにすることが出来る。
【００４４】
次に、図７のように、水素気体層２０７を基準とし、第２基板２００を、下側を容易に除去し、フォトダイオード２１０が露出されるようにすることが出来る。
【００４５】
次に、図８のように、フォトダイオード２１０をピクセルごとに分離するエッチングを行う。例えば、前記ピクセル境界の前記フォトダイオード２１０と第１絶縁層１２０を除去して前記配線１１０を選択的に露出させる第１コンタクトホールＨ１を形成する。例えば、ピクセル境界の高濃度の第１導電型イオン注入領域２１２と第２導電型イオン注入領域２１６を選択的に一部を除去して前記配線１１０を選択的に露出させることが出来る。
【００４６】
次に、図９のように、前記第１コンタクトホールＨ１とフォトダイオード２１０上にバリア層２２０を形成する。前記バリア層２２０はSiN等の窒化膜であることがあるが、これに限られているのではない。
【００４７】
次に、図１０のように、前記バリア層２２０上に第１コンタクトホールＨ１を埋める第２絶縁層２３０を形成する。前記第２絶縁層２３０はＳｉＯ２等の酸化膜であることがあるが、これに限られているのではない。
【００４８】
次に、図１１のように、前記第１コンタクトホールＨ１の一側面と下面一側のバリア層２２０が露出されるように、前記第２絶縁層２３０除去して第２コンタクトホールＨ２を形成する。例えば、前記第２絶縁層２３０とバリア層のエッチングの選択割合が高い第１湿式エッチングによって行われることができる。
【００４９】
次に、図１２のように、前記露出されたバリア層２２０を除去して、前記フォトダイオード２１０の一側面と前記配線１１０を選択的に露出させる第３コンタクトホールＨ３を形成する。例えば、前記第２絶縁層２３０とバリア層のエッチングの選択割合が高い第２湿式エッチングによって行われることができる。例えば、前記露出されたバリア層２２０を除去して、高濃度の第１導電型イオン注入領域２１２の一側面と前記配線１１０を選択的に露出させる第３コンタクトホールＨ３を形成する。
【００５０】
次に、図１３のように、前記第３コンタクトホールＨ３を埋めるコンタクトプラグ２４０を形成する。例えば、タングステン（W）、Ｔｉ単一層、Ｔｉ/ＴｉＮ二重層等によりコンタクトプラグ２４０を形成することができるが、これに限られているのではない。
【００５１】
その後、前記第２導電型イオン注入領域２１６と電気的に接触する上部電極２４２を形成する段階を更に行うことが出来る。例えば、ピクセル境界を選択的に除去し、第２導電型イオン注入領域２１６の側面が露出するようにした後、前記露出された第２導電型イオン注入領域２１６と接するように上部電極２４２を形成することが出来る。
【００５２】
また、前記上部電極２４２を形成するためのエッチング工程は、前記コンタクトプラグ２４０を形成するためのエッチング工程と同時に行うことが出来る。この場合、コンタクトプラグ２４０と上部電極２４２を形成するための物質は、同じ物質で形成することも出来る。例えば、高濃度の第１導電型イオン注入領域２１２を露出する第３ホールＨ３の形成時、第２導電型イオン注入領域２１６を露出する第４ホール（図示していない）を形成した後、第３ホールと第４ホールを同時に埋めることでコンタクトプラグと上部電極を同時に形成することが出来る。
【００５３】
実施例は、記載された実施例、及び図面によって限られているのではなく、請求項の権利範囲に属する範囲内で、多様な異なる実施例が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１ａ】実施例によるイメージセンサの断面図である。
【図１ｂ】実施例によるイメージセンサの平面図である。
【図２】実施例によるイメージセンサの製造方法の工程断面図である。
【図３】実施例によるイメージセンサの製造方法の工程断面図である。
【図４】実施例によるイメージセンサの製造方法の工程断面図である。
【図５】実施例によるイメージセンサの製造方法の工程断面図である。
【図６】実施例によるイメージセンサの製造方法の工程断面図である。
【図７】実施例によるイメージセンサの製造方法の工程断面図である。
【図８】実施例によるイメージセンサの製造方法の工程断面図である。
【図９】実施例によるイメージセンサの製造方法の工程断面図である。
【図１０】実施例によるイメージセンサの製造方法の工程断面図である。
【図１１】実施例によるイメージセンサの製造方法の工程断面図である。
【図１２】実施例によるイメージセンサの製造方法の工程断面図である。
【図１３】実施例によるイメージセンサの製造方法の工程断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１００  第１基板、  １１０  配線、  １２０  第１絶縁層、  ２００  第２基板、  ２０７  水素気体層、  ２１０  フォトダイオード、  ２１２  高濃度第１導電型イオン注入領域、  ２１４  第１導電型イオン注入領域、  ２１６  第２導電型イオン注入領域、  ２２０  バリア層、  ２３０  第２絶縁層、  ２４０  コンタクトプラグ、  ２４２  上部電極、  ３１０  第１感光膜パターン、  ３２０  第２感光膜パターン、  ２０７a  水素イオン注入層、  ２１０a  結晶型半導体層、  Ｈ１  第１コンタクトホール、  Ｈ２  第２コンタクトホール、  Ｈ３  第３コンタクトホール。
【図１ａ】
2009158923.tif 000003
【図１ｂ】
2009158923.tif 000004
【図２】
2009158923.tif 000005
【図３】
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【図４】
2009158923.tif 000007
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2009158923.tif 000012
【図１０】
2009158923.tif 000013
【図１１】
2009158923.tif 000014
【図１２】
2009158923.tif 000015
【図１３】
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