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KR20150006184A - 이미지센서와 그 제조방법 - Google Patents

이미지센서와 그 제조방법 Download PDF

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KR20150006184A
KR20150006184A KR1020130079622A KR20130079622A KR20150006184A KR 20150006184 A KR20150006184 A KR 20150006184A KR 1020130079622 A KR1020130079622 A KR 1020130079622A KR 20130079622 A KR20130079622 A KR 20130079622A KR 20150006184 A KR20150006184 A KR 20150006184A
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photoconductive layer
doping
photoconductor
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김태우
이동진
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Abstract

본 발명은 기판 상에, CdTe나 CdZnTe로 이루어진 광도전층과, 상기 광도전층을 이루는 물질에 도핑물질이 포함된 도핑층을 포함하는 광도전체와; 상기 광도전체 상에 형성된 상부전극을 포함하는 이미지센서를 제공한다.

Description

이미지센서와 그 제조방법{Image sensor and method of manufacturing the same}
본 발명은 이미지센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 광도전체의 누설전류 특성을 개선한 이미지센서와 그 제조방법에 관한 것이다.
기존에는, 의료나 공업용 X선 촬영에서 필름과 스크린을 이용한 방식이 사용되었다. 이와 같은 경우에는, 촬영된 필름의 현상 및 보관상의 문제 등에 기인하여 비용 및 시간 측면에서 비효율적이었다.
이를 개선하기 위해, 디지털 방식의 이미지센서가 현재 널리 사용되고 있다. 이미지센서는 간접변환 방식과 직접변환 방식으로 구분될 수 있다. 간접변환 방식은 형광체(scintillator)를 사용하여 X선을 가시광선으로 변환한 후 가시광선을 전기적신호로 변환하게 된다. 반면, 직접변환 방식은 광도전층을 사용하여 X선을 직접 전기적신호로 변환하게 된다. 이러한 직접변환 방식은, 별도의 형광체를 형성할 필요가 없고, 광의 퍼짐 현상 등이 발생하지 않아 고해상도 시스템에 적합한 특징을 갖는다.
직접변환 방식에 사용되는 광도전체로서 여러 물질이 사용되는데, 최근에 CdTe, CdZnTe, PbO, PbI2, HgI2, GaAs, Se, TlBr, BiI3 등의 높은 원자량을 갖는 반도체 물질을 사용하여 광도전체를 형성하는 것이 제안되었다. 이에 따라 이들 광도전체의 누설전류 특성을 개선할 수 있는 방안이 요구되었다.
본 발명은 Cd(Zn)Te 등을 사용한 광도전체의 누설전류를 개선할 수 있는 방안을 제공하는 데 과제가 있다.
전술한 바와 같은 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 기판 상에, CdTe나 CdZnTe로 이루어진 광도전층과, 상기 광도전층을 이루는 물질에 도핑물질이 포함된 도핑층을 포함하는 광도전체와; 상기 광도전체 상에 형성된 상부전극을 포함하는 이미지센서를 제공한다.
여기서, 상기 광도전층과 도핑층 중 하나는 상기 광도전체의 최하부층이며, 상기 광도전층과 도핑층 중 하나 상에 다른 하나가 형성될 수 있다.
상기 도핑물질은 CdCl2, ZnCl2, Mn 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 광도전층과 상기 도핑층의 두께비는 1~2:1일 수 있다.
상기 기판은 CMOS 기판, 유리기판, 그라파이트 기판 또는 산화알루미늄 베이스에 ITO를 적층한 기판일 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명은 기판 상에, CdTe나 CdZnTe로 이루어진 광도전층과, 상기 광도전층을 이루는 물질에 도핑물질이 포함된 도핑층을 포함하는 광도전체를 형성하는 단계와; 상기 광도전체 상에 상부전극을 형성하는 단계를 포함하는 이미지센서 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 광도전체를 형성하는 단계는, 상기 기판 상에 상기 CdTe나 CdZnTe를 증착하여 상기 광도전층을 형성하는 단계와; 상기 광도전층을 이루는 물질과 상기 도핑물질을 동시에 증착하여 상기 도핑층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 광도전층과 도핑층 중 하나 상에 다른 하나가 형성될 수 있다.
상기 도핑물질은 CdCl2, ZnCl2, Mn 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 광도전층과 상기 도핑층의 두께비는 1~2:1일 수 있다.
상기 기판은 CMOS 기판, 유리기판, 그라파이트 기판 또는 산화알루미늄 베이스에 ITO를 적층한 기판 일 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 기판 상에, CdTe나 CdZnTe로 이루어진 광도전층과, 상기 광도전층을 이루는 물질에 도핑물질이 포함된 도핑층을 포함하는 광도전체와; 상기 광도전체 상에 형성된 상부전극을 포함하는 이미지센서와; 상기 이미지센서와 대향하는 X선 발생기를 포함하는 X선 영상장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 광도전체는 광도전층과 이에 대한 도핑층을 포함하는 다층 구조로 형성하게 된다. 이에 따라, 종래에 비해, 누설전류 특성을 개선할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이미지센서를 개략적으로 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광도전체를 형성하는 방법을 개략적으로 도시한 단면도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이미지센서를 개략적으로 도시한 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지센서(200)를 사용한 X선 영상장치로서는, 다양한 형태나 용도의 X선 영상장치가 사용될 수 있다. 예를 들면, 맘모그래피(mammography) 장치나, CT 장치 등 다양한 X선 영상장치가 사용될 수 있다.
이미지센서(200)는 피검체를 통과한 X선을 검출하여 이를 전기적 신호로 변환하는 구성에 해당된다. 이미지센서(200)는 평면적으로 사각 형상을 갖게 되는데, 이에 한정되지는 않는다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 이미지센서(200)는 직접변환 방식의 X선 검출소자로서, 입사된 X선을 전기적 신호로 직접 변환하게 된다.
이미지센서(200)에는 매트릭스 형태로 다수의 화소영역이 행라인과 열라인을 따라 배치될 수 있다.
도 1을 참조하면, 각 화소영역에는 X선을 전기적신호로 변환하는 광전변환소자(PC)가 기판(210) 상에 구성될 수 있다.
여기서, 이미지센서(200)에 사용되는 기판(210)으로서, 예를 들면, CMOS 기판, 유리기판, 그라파이트(graphite) 기판 또는 산화알루미늄(Al2O3) 베이스에 ITO를 적층한 기판이 사용될 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다. 본 발명의 실시예에서는, 설명의 편의를 위해, CMOS 기판을 사용하는 경우를 예로 든다.
구체적으로 도시하지는 않았지만, 기판(210)의 표면에는 보호막과 패드전극이 형성될 수 있다. 보호막은 무기절연물질로서, 예를 들면, 산화실리콘(SiO2)이나 질화실리콘(SiNx)으로 형성될 수 있다.
그리고, 이와 같은 보호막에는, 각 화소영역 마다 패드홀이 형성될 수 있다. 이와 같은 패드홀에는 패드전극이 구성될 수 있는데, 패드전극은 광전변환소자(PC)를 구성하는 일전극으로서 예를 들면 제1전극에 해당된다.
위와 같이 구성된 기판(210) 상에는, 입사된 X선을 전기적신호로 변환하는 광도전체(230)가 형성된다.
본 발명의 실시예에 따른 광도전체(230)는 다중층 구조를 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 광도전체(230)는 적어도 하나의 광도전층(231)과, 광도전층(231)을 구성하는 물질에 도핑물질이 포함된 도핑층(232)을 포함할 수 있다.
여기서, 광도전층(231)은 CdTe, CdZnTe, PbO, PbI2, HgI2, GaAs, Se, TlBr, BiI3 등의 높은 원자량을 갖는 반도체 물질로 이루어 질 수 있다. 본 발명의 실시예에서는, 설명의 편의를 위해, 광도전층(231)이 CdTe나 CdZnTe 즉 Cd(Zn)Te로 이루어진 경우를 예로 든다.
이와 같은 광도전체(230)의 구조의 일예로서, 도 2에서는 기판(210) 상에 광도전층(231)이 형성되고, 광도전층(231) 상에 도핑층(232)이 형성된 2중층 구조를 도시하였다. 즉, X선의 입사 방향과 반대되는 방향으로, 광도전층(231)과 도핑층(232)이 형성된 구조를 도시하였다.
한편 다른 예로서, 광도전층(231)과 도핑층(232)이 기판(210) 상부 방향으로 교대로 형성된 3중층 이상의 다층 구조로 광도전체(230)를 형성할 수 있다.
여기서, 광도전체(230)의 최하부층으로서 광도전층(231)이 위치하는 것이 바람직한데, 이에 한정되지는 않는다. 즉, 기판(210), 도핑층(232), 광도전층(231)의 순서로 배치되는 것도 가능하다.
도핑층(232)에 포함되는 도핑물질로서는, 예를 들면, CdCl2, ZnCl2, Mn 등을 포함하는 도핑물질 그룹 중 적어도 하나가 사용될 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다.
광도전층(231)은 도핑층(232)의 두께 이상으로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 광도전층(231)과 도핑층(232)의 두께비는 대략 2~1:1의 관계를 갖도록 구성되는 것이 바람직한데, 이에 한정되지는 않는다.
위와 같이 광도전체(230)에 도핑층(232)을 더욱 구성함에 따라, 광도전체(230)의 누설전류는 감소될 수 있게 된다. 이와 관련하여, 도핑층(232)은 광도전층(231)에 비해 작은 그레인(grain) 크기로 형성되는 동시에 도펀트가 캐리어의 역할을 하게 되어 결과적으로 누설전류가 감소할 수 있게 된다.
더욱이, 광도전체(230)를 도핑층으로만 형성하는 경우에 비해서도, 우수한 누설전류 특성을 갖게 된다.
한편, 광도전체(230)의 최하부층을 도핑층(232)으로 형성하고 그 상부에 광도전층(231)을 형성하는 경우에 비해, 최하부층을 광도전층(231)으로 형성하고 그 상부에 도핑층(232)을 형성하는 경우가 누설전류 특성이 보다 더 우수하다.
이하, 전술한 광도전체(230)를 형성하는 방법의 일예를 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광도전체를 형성하는 방법을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 챔버(300) 내의 일측에 기판(210)이 위치하고, 기판(210)의 반대측에는 제1 및 2소스(311, 312)가 위치하도록 구성될 수 있다.
여기서, 제1소스(311)는 예를 들면 Cd(Zn)Te의 소스이며, 제2소스(312)는 예를 들면 Cl이나 Mn 등을 포함하는 도핑물질의 소스에 해당된다.
먼저, 챔버(300) 내에 기판(210)과 제1소스(311)가 놓여진 상태에서, 챔버(300)를 진공 상태로 만든다. 그 후, 램프 히터 등을 사용하여 제1소스(311)를 가열하게 되고, 이에 따라 제1소스(311) 물질이 기화되어 제1기판(210)에 증착된다. 이로 인해, 제1기판(210)에는 제1소스(311) 물질로 이루어진 광도전층(231)이 형성될 수 있게 된다.
한편, 광도전층(231)을 형성하는 동안에는, 제2소스(312)는 챔버(300) 외부에 위치하거나 쉴드부재 등을 통해 가려지도록 구성되어, 제2소스(312) 물질이 기판(210) 상에 증착되는 것을 방지할 수 있다.
다음으로, 광도전층(231)을 원하는 두께로 형성한 후에는, 제1소스(311) 물질과 함께 제2소스(312) 물질을 동시에 증착하게 된다. 이를 위해, 제2소스(312)를 챔버(300) 내에 위치시키거나 쉴드부재 등을 제거하게 된다.
이와 같이, 제1소스(311) 물질 및 제2소스(312) 물질을 동시 증착함으로써, Cd(Zn)Te에 도핑물질이 포함된 도핑층(232)이 형성될 수 있게 된다.
전술한 바와 같은 방법을 통해, 광도전층(231)과 도핑층(232)으로 구성된 광도전체(230)를 기판(210) 상에 형성할 수 있다.
전술한 바와 같이 형성된 광도전체(230) 상에는 광전변환소자(PC)의 제2전극으로서 기능하는 상부전극(240)이 형성될 수 있다. 상부전극(240)에는 바이어스전압이 인가될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 광도전체는 광도전층과 이에 대한 도핑층을 포함하는 다층 구조로 형성하게 된다. 이에 따라, 종래에 비해, 누설전류 특성을 개선할 수 있게 된다.
한편, 전술한 바에서는 광도전체를 사용한 이미지센서에 대해 주로 설명하였으나, 해당 광도전체 구조는 태양전지 등과 같은 여타의 광전변화장치에 적용될 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예는 본 발명의 일예로서, 본 발명의 정신에 포함되는 범위 내에서 자유로운 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명은, 첨부된 특허청구범위 및 이와 등가되는 범위 내에서의 본 발명의 변형을 포함한다.
200: 이미지센서 210: 기판
230: 광도전체 231: 광도전층
232: 도핑층 240: 상부전극

Claims (10)

  1. 기판 상에, CdTe나 CdZnTe로 이루어진 광도전층과, 상기 광도전층을 이루는 물질에 도핑물질이 포함된 도핑층을 포함하는 광도전체와;
    상기 광도전체 상에 형성된 상부전극
    을 포함하는 이미지센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광도전층과 도핑층 중 하나는 상기 광도전체의 최하부층이며, 상기 광도전층과 도핑층 중 하나 상에 다른 하나가 형성된
    이미지센서.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 도핑물질은 CdCl2, ZnCl2, Mn 중 적어도 하나인
    이미지센서.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광도전층과 상기 도핑층의 두께비는 1~2:1인
    이미지센서.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 CMOS 기판, 유리기판, 그라파이트 기판 또는 산화알루미늄 베이스에 ITO를 적층한 기판인
    이미지센서.
  6. 기판 상에, CdTe나 CdZnTe로 이루어진 광도전층과, 상기 광도전층을 이루는 물질에 도핑물질이 포함된 도핑층을 포함하는 광도전체를 형성하는 단계와;
    상기 광도전체 상에 상부전극을 형성하는 단계
    를 포함하는 이미지센서 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 광도전체를 형성하는 단계는,
    상기 기판 상에 상기 CdTe나 CdZnTe를 증착하여 상기 광도전층을 형성하는 단계와;
    상기 광도전층을 이루는 물질과 상기 도핑물질을 동시에 증착하여 상기 도핑층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 광도전층과 도핑층 중 하나 상에 다른 하나가 형성되는
    이미지센서 제조방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 도핑물질은 CdCl2, ZnCl2, Mn 중 적어도 하나인
    이미지센서 제조방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 광도전층과 상기 도핑층의 두께비는 1~2:1인
    이미지센서 제조방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 기판은 CMOS 기판, 유리기판, 그라파이트 기판 또는 산화알루미늄에 ITO를 적층한 기판인
    이미지센서 제조방법.
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Comment text: Decision to Refuse Application

Patent event code: PX06014S01D

Patent event date: 20150424

Comment text: Amendment to Specification, etc.

Patent event code: PX06012R01I

Patent event date: 20150410

Comment text: Decision to Refuse Application

Patent event code: PX06011S01I

Patent event date: 20150206

Comment text: Amendment to Specification, etc.

Patent event code: PX06012R01I

Patent event date: 20141006

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event code: PX06013S01I

Patent event date: 20140605

J201 Request for trial against refusal decision
PJ0201 Trial against decision of rejection

Patent event date: 20150526

Comment text: Request for Trial against Decision on Refusal

Patent event code: PJ02012R01D

Patent event date: 20150424

Comment text: Decision to Refuse Application

Patent event code: PJ02011S01I

Patent event date: 20150206

Comment text: Decision to Refuse Application

Patent event code: PJ02011S01I

Appeal kind category: Appeal against decision to decline refusal

Appeal identifier: 2015101002912

Request date: 20150526

J301 Trial decision

Free format text: TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20150526

Effective date: 20151231

PJ1301 Trial decision

Patent event code: PJ13011S01D

Patent event date: 20151231

Comment text: Trial Decision on Objection to Decision on Refusal

Appeal kind category: Appeal against decision to decline refusal

Request date: 20150526

Decision date: 20151231

Appeal identifier: 2015101002912