KR970002123B1 - Infrared image sensor and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
내용없음.None.
Description
제1도는 종래의 인터라인방식의 전하결합형 이미지 센서의 평면도.1 is a plan view of a conventional inter-line charge coupled image sensor.
제2도는 상기 제1도의 A-A'를 자른 단면도.2 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 1.
제3도는 상기 제1도의 B-B'를 자른 단면도.3 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 1.
제4도는 상기 제1도의 C-C'를 자른 단면도.4 is a cross-sectional view taken along line C-C 'of FIG.
제5도는 본 발명의 적외선 이미지 센서의 원리를 나타낸 개략도.5 is a schematic diagram showing the principle of the infrared image sensor of the present invention.
제6도는 본 발명의 적외선 이미지 센서의 평면도.6 is a plan view of the infrared image sensor of the present invention.
제7도는 상기 제6도의 D-D'를 자른 단면도.7 is a cross-sectional view taken along line D-D 'of FIG.
제8도는 본 발명의 다른 실시예에 의한 적외선 이미지 센서의 단면도.8 is a cross-sectional view of an infrared image sensor according to another embodiment of the present invention.
제9도는 본 발명의 또다른 실시예에 의한 적외선 이미지 센서의 단면도.9 is a cross-sectional view of an infrared image sensor according to another embodiment of the present invention.
본 발명은 적외선 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 가시광선 전용 전하결합형(Charge-Coupled Device ; 이하 CCD) 이미지 센서 위에 공간적인 광조절기(spatial light modulator)를 탑재하여 적외선 이미지를 감지할 수 있도록 한 적외선 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an infrared image sensor and a method of manufacturing the same. In particular, a spatial light modulator is mounted on a visible light-only charge-coupled device (CCD) image sensor to detect an infrared image. The present invention relates to an infrared image sensor and a method of manufacturing the same.
적외선은 그 파장이 가시광선보다 길며, 그 파장이 약 0.75㎛에서 1000㎛까지의 영역의 전자기파(electromagnetic wav)를 말한다. 이를 다시 통상 근적외선(.075-1.5㎛), 중적외선(1.5-10㎛), 원적외선(10-1000㎛)의 3가지 영역으로 나눈다. 한편 전자기효과(electromagnetic effect)는 보통 광자효과(photon effect),열효과(thermal effect), 파동효과(wave effect)의 3가지 형태로 나타나며, 적외선 이미지 센서는 이들 3가지 효과를 전기적 신호로 변환시키는 방법에 의해 구분된다.Infrared refers to electromagnetic waves in the region whose wavelength is longer than visible light and whose wavelength ranges from about 0.75 µm to 1000 µm. This is again divided into three regions: near-infrared (.075-1.5 μm), mid-infrared (1.5-10 μm), and far-infrared (10-1000 μm). Electromagnetic effects, on the other hand, usually come in three forms: photon effect, thermal effect, and wave effect. Infrared image sensors convert these three into electrical signals. Are distinguished by method.
상기 광자효과를 이용하는 광자 센서는 광전도도(photo conductive) 센서, 광기전력(photo voltaic) 센서로 분류되며, 광전도도 센서는 자유전자-자유홀의 쌍이 광자에 의해 여기되는 현상을 이용하는 것으로 이때의 전류의 변화를 검지하는 것이다.The photon sensor using the photon effect is classified into a photoconductive sensor and a photo voltaic sensor. The photoconductive sensor uses a phenomenon in which a pair of free electron-free holes is excited by a photon. It is to detect a change in current.
한편 광기전력 센서는 포텐셜 장벽(potential barrier)이 요구되며 이 장벽의 전계(electric field)는 입사광에 의해 여기된 홀-전자쌍을 분리시켜 광전류를 생성하게 되는데 광전도도 센서와 달리 이득(gain)이 1이 된다.On the other hand, photovoltaic sensors require a potential barrier, and the electric field of the barrier separates the hole-electron pair excited by incident light to generate photocurrent. Unlike photoconductive sensors, gain It becomes 1.
한편 상기 광기전력 센서의 경우 일반적으로 밴드갭(Band Gap)이 0.03-0.3eV 정도의 재료를 이용하여 만들어지며 상온 동작시 많은 잡음(noise)를 수반하기 때문에 액체질소속에서 동작시켜야 하며, 현재 상업적으로 HgCdTe와 같은 복합재료를 이용하여 제조되고 있다.In the case of the photovoltaic sensor, the band gap is generally made of a material of about 0.03-0.3 eV. Since the photovoltaic sensor involves a lot of noise during normal temperature operation, the photovoltaic sensor should be operated in liquid nitrogen. It is manufactured using a composite material such as HgCdTe.
한편 상기 열효과를 이용한 열 센서는 문자그대로 적외선이 지니는 열효과에 의하여 흡수된 광선의 에너지가 센서의 온도를 높이게 되며, 이러한 온도의 상승에 따라 소자의 전기적 성질인 전기전도도나 물리적 성질인 열팽창의 변화를 가져오며 이들을 감지하게 된다. 이러한 열 센서는 예로부터 적외선 분광기용으로서 실용화되었다. 이 열 센서의 특징은 실온에서 동작하고, 감도의 파장 의존성이 없으나, 광자 센서에 비하여 감도가 낮고, 응답속도가 느리다는 단점이 있다.On the other hand, the thermal sensor using the thermal effect literally increases the temperature of the energy of the light beam absorbed by the thermal effect of infrared rays, and as the temperature rises, the electrical conductivity of the device or thermal expansion of physical properties is increased. It makes a difference and senses them. Such thermal sensors have been put to practical use for infrared spectroscopy from long time ago. The thermal sensor is characterized by operating at room temperature and having no wavelength dependence of sensitivity, but has a lower sensitivity and a slower response speed than a photon sensor.
또한 상기 열효과를 이용한 적외선 센서의 하나로서 초전 센서(pyroelectric sensor)가 있으며, 이는 초전체의 양면에 전극을 붙여서 만든 커퍼시터에 적외선을 조사하면 초전체의 온도가 변화하고 이때 유발된 캐퍼시터의 변화를 검지하는 것이다.In addition, there is a pyroelectric sensor as one of the infrared sensors using the thermal effect, which is the temperature of the pyroelectric changes when the infrared light is irradiated on the capacitor made by attaching electrodes on both sides of the pyroelectric, and the change of the capacitor caused at this time To detect.
종래의 열 센서의 단점인 응답속도를 크게 개선한 것이다.The response speed, which is a disadvantage of the conventional thermal sensor, is greatly improved.
적외선 이미지 센서를 그 발달과정으로부터 분류하면, 3세대로 나눌수도 있다. 제1세대는 단일소자를 사용하여 촬상하는 것이며, 제2세대는 리니어 어레이 센서(linear aray sensor)를 사용하여 촬상하는 것으로서, 리니어 어레이 센서로부터 나온 수평신호를 동일 용기내에 설치된 실리콘 CCD에서 시리얼(serial)신호로 변환하여 용기밖으로 취출하는 방법으로서 광기전력 센서를 사용한다.Infrared image sensors can be divided into three generations by their classification. The first generation is imaging using a single element, and the second generation is imaging using a linear array sensor. The horizontal signal from the linear array sensor is serialized in a silicon CCD installed in the same container. A photovoltaic sensor is used as a method of converting the signal into a signal and taking it out of the container.
제3세대 적외선 이미지 센서는 2차원 어레이 센서로서, 모노리식(monolithic)형과 하이브리드(hybrid)형이 있다. 모노리식형은 HgCdTe 또는 InSb으로 된 2차원 어레이 센서와 그것을 구동하는 실리콘 드라이버로 구성되어 있다. 센싱부는 전하결합소자(CCD)나 전하주입소자(CID)등 MIS(Metal Insulating Semiconductor) 디바이스구조이다. 하이브리드형 센서로서 샌드위치구조와 섬구조가 일반적으로 알려졌다.The third generation infrared image sensor is a two-dimensional array sensor, which has a monolithic type and a hybrid type. The monolithic type consists of a two-dimensional array sensor of HgCdTe or InSb and a silicon driver to drive it. The sensing unit is a metal insulating semiconductor (MIS) device structure such as a charge coupled device (CCD) or a charge injection device (CID). Sandwich structures and island structures are commonly known as hybrid sensors.
샌드위치구조는 화합물 반도체기판상에 형성된 포토다이오드와, 실리콘 CCD는 인듐(In) 막대로 접속, 지지되어 있으며, 화합물 반도체의 이면으로부터 입사되어진 적외선에 의하여 pn접합에 여기되어진 신호전화는 CCD에 주입되어진 후 전송된다. 그러나 이 샌드위치구조는 센서 어레이와 CCD의 상호접속의 신뢰성이 문제가 되며, 양자의 열팽창의 차에 대한 대책이 있어야 하며, 광여기 캐리어가 pn접합면까지 충분히 도달할 수 있도록 센서부의 두께를 충분히 박형으로 형성시켜야 되는 어려움이 따른다.In the sandwich structure, a photodiode formed on a compound semiconductor substrate and a silicon CCD are connected and supported by an indium (In) rod, and a signal phone excited to a pn junction by infrared rays incident from the back surface of the compound semiconductor is injected into the CCD. After it is sent. However, this sandwich structure has a problem of reliability of interconnection between the sensor array and the CCD, and there must be countermeasures for the difference in thermal expansion between them, and the thickness of the sensor portion is sufficiently thin so that the photoexcited carrier can reach the pn junction surface sufficiently. Difficult to be formed as follows.
한편 섬구조의 하이브리드형 적외선 센서는 포토다이오드의 불순물 확산면으로부터 적외선을 입사시켜주기 때문에 여기된 캐리어는 충분히 접합면에 도달하지만, 소자수가 증가하면 각 포토다이오드로부터의 리드선을 실리콘 CCD에 접속하는 기술이 매우 어렵게 된다.On the other hand, since the island-type hybrid type infrared sensor injects infrared rays from the impurity diffusion surface of the photodiode, the excited carriers reach the junction surface sufficiently, but when the number of elements increases, the technology of connecting the lead wires from each photodiode to the silicon CCD is increased. This becomes very difficult.
본 발명은 종래의 적외선 이미지 센서들이 가지는 문제점을 개선하기 위한 것이다. 즉, 공정이 복잡하고, 밴드갭이 작음에 기인하는 암신호(dark signal), 잡음(noise)발생을 대폭적으로 개선하여, 상온에서 양질의 화상을 얻을 수 있는 적외선 이미지 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is directed to improving the problems of conventional infrared image sensors. That is, the present invention provides an infrared image sensor capable of obtaining a high quality image at room temperature by drastically improving the generation of a dark signal and noise due to a complicated process and a small band gap. have.
또한 본 발명의 다른 목적은 본 발명의 적외선 이미지 센서를 제조하는 적합한 방법을 제공하는 것이다.It is a further object of the present invention to provide a suitable method of manufacturing the infrared image sensor of the present invention.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기존의 가시광선을 이용한 CCD 센서 어레이에 적외선을 감지할 수 있는 공간적인 광조절기(spatial light modulator)장치를 각 광전변환 영역상에 탑재하여 균등하게 입사하는 가시광선을 단속할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention is equipped with a spatial light modulator device capable of detecting infrared rays in the CCD sensor array using the visible light on each photoelectric conversion region to be equally incident Characterized in that the visible light can be interrupted.
즉, 가시광선을 검지할 수 있는 광전변환영역(photo diode)이 결과적으로 적외선 이미지를 감지할 수 있도록 한 것이다.That is, a photodiode capable of detecting visible light may eventually detect an infrared image.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 의한 적외선 이미지 센서는, 반도체기판에 일정한 배열로 형성되어 있는 복수의 광전변환영역과 상기 광전변환영역을 제외하고 주위로 그 표면에 형성되어 있는 차광용 금속층을 포함하는 CCD(Charge-Coupled Device) 셀 어레이와, 상기 차과용 금속층에 의해 지지되며 상기 각 광전변환영역 위로 일정한 공간을 두고 형성되어 상기 광전변환영역으로의 입사광을 적외선에 의해 단속할 수 있는 광조절기를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 한다.Infrared image sensor according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, a plurality of photoelectric conversion region formed in a predetermined array on a semiconductor substrate and for shading around the surface except for the photoelectric conversion region A charge-coupled device (CCD) cell array including a metal layer, and supported by the passivation metal layer, and formed with a predetermined space above each photoelectric conversion region to interrupt incident light to the photoelectric conversion region by infrared rays. Characterized in that provided with a light regulator.
또한 상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 적외선 이미지 센서의 제조방법은, 반도체기판에 일정한 배열로 형성되어 있는 복수의 광전변환영역과, 상기 광전변환영역을 제외하고 주위로 차광용 금속층이 그 표면에 형성되어 있는 CCD(Charge-Coupled Device) 셀 어레이를 형성하는 공정과, 상기 CCD 셀 어레이상에 상기 차광용 금속층이 노출되도록 매개물질층을 평탄하게 형성하는 공정과, 상기 노출된 차과용 금속층을 포함한 전면에 열팽창계수가 다른 2 이상의 금속을 연속 적층한 후 패터닝하여 상기 광전변환영역 위로 다이빙 보드(diving board) 형상의 상부 구조물을 형성하는 공정, 및 상기 광전변환영역과 상부 구조물 사이에 잔존하는 상기 매개물질층을 제거하는 공정을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, a method of manufacturing an infrared image sensor according to the present invention for achieving the above another object, a plurality of photoelectric conversion region is formed in a constant array on a semiconductor substrate, and the light-shielding metal layer around the Forming a CCD (Charge-Coupled Device) cell array formed on a surface; forming a flat material layer on the CCD cell array to expose the light blocking metal layer; and exposing the exposed metal layer. Stacking and patterning two or more metals having different coefficients of thermal expansion on the front surface of the substrate to form a diving board-shaped upper structure over the photoelectric conversion region, and remaining between the photoelectric conversion region and the upper structure And removing the intermediate material layer.
이하 본 발명의 실시예에 관하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하겠다. 각 도면에서 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in the drawings denote like elements.
제1도는 종래의 가시광선을 감지할 수 있는 전하결합형 이미지 센서의 평면도를 나타낸 것으로서, 구체적으로는 반도체기판에 각 광전변환영역이 2차원 어레이방식으로 배열되어 있는 인터라인 전송(Interline Transfer ; IT)방식의 이미지 센서로서 셀 어레이의 일부분을 나타낸 평면도이다.FIG. 1 is a plan view of a conventional charge coupled image sensor capable of detecting visible light. Specifically, Interline Transfer (IT) in which each photoelectric conversion region is arranged on a semiconductor substrate in a two-dimensional array method is illustrated in FIG. ) Is a plan view showing a part of a cell array as an image sensor.
제1도를 참조하면, 반도체기판에 매트릭스 형상으로 배열된 복수이 광전변환영역(Photo Diode ; PD)과, 상기 광전변환영역(PD)의 수직열 사이에 설치된 복수의 수직전송채널(VC)과, 상기 광전변환영역(PD)와 상기 수직전송채널(VC) 사이에 설치되어 상기 광전변환영역(PD)내에 축적된 신호전하를 상기 수직전송채널(VC)에 전달하는 것을 제어하는 복수의 전달게이트(TG)와, 상기 광전변환영역(PD)의 수평열들 사이에 설치되고 각 수직열 사이에서 전달게이트(TG) 및 수직전송채널(VC)의 일부를 덮는 연장부를 가지는 복수의 제1전극(FL)들과, 상기 광전변환영역(PD)들의 수평열 사이의 제1전극(FL)상에 형성되고, 각 수직열 사이에서 수직전송채널(VC)의 나머지 일부를 덮는 연장부를 가지는 복수의 제2전극(SL)들과, 상기 광전변환영역(PD)를 둘러싸며 절연층을 개재하여 최상층에 형성된 차광용 금속층(Sield Metal ; SM)들을 구비한다. 상기 인터라인 전송방식을 포함하는 일반적인 CCD형 이미지 센서의 동작원리를 살펴보면 아래와 같다.Referring to FIG. 1, a plurality of photoelectric conversion regions PD arranged in a matrix form on a semiconductor substrate, a plurality of vertical transfer channels VC provided between vertical columns of the photoelectric conversion regions PD, A plurality of transfer gates disposed between the photoelectric conversion region PD and the vertical transfer channel VC to control transfer of signal charges accumulated in the photoelectric conversion region PD to the vertical transfer channel VC; TG and a plurality of first electrodes FL provided between horizontal columns of the photoelectric conversion region PD and having an extension part covering a portion of the transfer gate TG and the vertical transfer channel VC between each vertical column. ) And a plurality of second electrodes formed on the first electrode FL between the horizontal columns of the photoelectric conversion regions PD and having an extension part covering the remaining portion of the vertical transfer channel VC between the vertical columns. The electrodes SL and the photoelectric conversion region PD are surrounded by an insulating layer. And having; (SM Sield Metal) light-shielding metal layer formed on the layer. The operation principle of a general CCD image sensor including the interline transmission method is as follows.
가시광선이 상기 광전변환영역(PD)에 입사되면 PN접합 포토다이오드나 MOS 캐퍼시터로된 이 부분에 광자효과에 의한 전화가 축적된다. 이렇게 광신호가 전기적 신호전화로 변환, 축적되어 있다가 필드 쉬프트(field shift)기간 동안에 광전변환영역과 수직전송채널(VC) 사이에 형성된 전달게이트(TG)로 조절되는 채널영역을 통과하여 수직전송채널(VC)로 전송된다. 이어서 수직채널영역(VC)상으로 형성되는 복수의 전송전극, 즉 상기 제1전극(FL), 제2전극(SL)들에 인가되는 클럭펄스에 의해 신호전하는 제1도에서 보여지는 화살표 방향으로 전송되어 수평전송채널(도시안됨)에 이른다. 여기서 같은 원리에 의해 신호전하가 수평적으로 전송되어 출력회로부(도시안됨)로 보내지고 신호출력으로 외부에 취출된다.When visible light enters the photoelectric conversion region PD, the photon effect conversion is accumulated in this portion of the PN junction photodiode or MOS capacitor. In this way, the optical signal is converted and accumulated in the electrical signal telephone, and then passes through the channel region controlled by the transfer gate TG formed between the photoelectric conversion region and the vertical transmission channel VC during the field shift period. Is sent to (VC). Subsequently, signal charges are generated by a plurality of transfer electrodes formed on the vertical channel region VC, that is, clock pulses applied to the first and second electrodes SL and SL, in the direction of the arrow shown in FIG. Transmitted to reach a horizontal transport channel (not shown). By the same principle, signal charges are horizontally transmitted to the output circuit unit (not shown) and taken out to the outside as a signal output.
제2도는 상기 제1도의 A-A'를 자른 단면도이다. n형 반도체기판(n-sub)의 표면근방에 p형 우물(p-well)이 형성되어 있으며, 상기 p형 우물내에 n형 불순물을 이온주입하여 광전변환영역(PD)을 형성한다. 상기 제2도에서 P+로 표시된 부분은 채널스토퍼층을 의미한다.2 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 1. A p-well is formed near the surface of the n-type semiconductor substrate (n-sub), and n-type impurities are ion implanted into the p-type well to form a photoelectric conversion region PD. In FIG. 2, a portion denoted by P + indicates a channel stopper layer.
제3도는 상기 제1도의 B-B'를 자른 단면도이다.3 is a cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG. 1.
제4도는 상기 제1도의 C-C'를 자른 단면도이다.4 is a cross-sectional view taken along line C-C 'of FIG.
제5도는 본 발명의 동작원리를 설명하는 개략도이다. 종래의 CCD형 이미지 센서 어레이에서 광전변환영역(PD)을 제외하고 전면에 형성된 차광용 금속층(SM) 또는 옥사이드 위에 바이메탈구조(BM)를 다이빙보드 형상으로 상기 광전변환영역(PD) 위로 형성시킨다. 제5도에서 보여지듯이, 가시광원(LP)으로부터 입사되는 빛은 적외선을 차단하는 필터를 통과하면서 사기 CCD 어레이상에 가시광선(Visible Light Ray)만이 PD 위로 균등하게 입사된다. 한편 상기 CCD 셀 어레이상에 적외선 이미지(IR Image)를 입사시켜주면 적외선이 가지는 열적 효과에 의해 상기 바이메탈구조(BM)는 그림에서 점선과 같은 방향으로 구부러진다. 제5도에서 상기 바이메탈구조는 아래쪽이 열팽창계수가 큰 물질로 되어 있어 상방향으로 휘게된다. 따라서 상기 바이메탈구조가 휘면서 동시에 상기 광원으로부터 입사되는 가시광선이 상기 광전변환영역에 입사, 감지하게 되어 가시광선 감지가능한 광전변환영역이 결과적으로 적외선 이미지를 감지하게 된다.5 is a schematic view illustrating the operation principle of the present invention. In the conventional CCD-type image sensor array, the bimetal structure BM is formed on the light shielding metal layer SM or oxide formed on the front surface of the photoelectric conversion region PD except the photoelectric conversion region PD. As shown in FIG. 5, light incident from the visible light source LP passes through a filter that blocks infrared light while only visible light is incident on the PD array evenly over the PD. On the other hand, when an IR image is incident on the CCD cell array, the bimetal structure BM is bent in the same direction as the dotted line in the figure due to the thermal effect of infrared rays. In FIG. 5, the bimetal structure is bent upward in a lower portion of the bimetal structure. Therefore, the bimetal structure is bent and at the same time visible light incident from the light source is incident and detected in the photoelectric conversion region, so that the visible light detectable photoelectric conversion region detects an infrared image.
제6도는 본 발명의 적외선 이미지 센서의 평면도를 나타낸다. 상기 제6도는 상기 제1도에 나타난 종래의 인터라인 전송방식의 CCD형 이미지 센서에 본 발명을 적용한 실시예이다.6 shows a plan view of the infrared image sensor of the present invention. FIG. 6 is an embodiment in which the present invention is applied to a CCD image sensor of a conventional interline transmission method shown in FIG.
제6도에서 보여지듯이, 광전변환영역(PD)만을 제외하고 CCD 셀 어레이의 최상측에 형성되어 있는 차광용 금속층(SM)상에 마치 다이빙 보드와 같은 형상으로 각 광전변환영역 위로 빛의 양을 조절할 수 있는 바이메탈구조(BM)를 형성시켜준다. 상기 바이메탈구조는 열팽창계수가 다른 적어도 2 이상의 금속층으로 이루어진 적층 구조이며, 열팽창계수가 작은 금속층의 방향으로 휘게 된다.As shown in FIG. 6, the amount of light above each photoelectric conversion region is shaped like a diving board on the light shielding metal layer SM formed on the uppermost side of the CCD cell array except for the photoelectric conversion region PD. It forms an adjustable bimetal structure (BM). The bimetal structure is a laminated structure composed of at least two metal layers having different thermal expansion coefficients, and is bent in a direction of a metal layer having a small thermal expansion coefficient.
제7도는 상기 제6도의 D-D'를 자른 단면도이다. 상기 차과용 금속층상에 바이메탈구조가 형성되어 있다. 상기 제7도를 참조하여 본 발명의 적외선 이미지 센서를 제조하는 방법을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line D-D 'of FIG. A bimetal structure is formed on the said passivation metal layer. A method of manufacturing the infrared image sensor of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 7 below.
우선, 반도체기판에 일정한 배열로 형성되어 있는 복수의 광전변환영역과, 상기 광전변환영역만을 제외하고 주위로 차광용 금속층이 그 표면에 형성되어 있는 CCD(Charge-Coupled Device) 셀 어레이를 형성한다. 상기 CCD 셀 어레이를 형성하는 과정은 종래의 통상적인 CCD 셀 어레이 형성공정과 동일하다. 그림에서 보여지듯이 P형 우물내에 광전변환영역(PD)를 형성시켜주는 것이 일반적이다. 상기 광전변환영역은 매트릭스상으로 형성되지만, 1차원 어레이방식으로 형성될 수도 있음은 불문가지이다.First, a plurality of photoelectric conversion regions formed in a constant array on a semiconductor substrate and a charge-coupled device (CCD) cell array in which a light shielding metal layer is formed on the surface of the semiconductor substrate except for the photoelectric conversion region are formed. The process of forming the CCD cell array is the same as a conventional conventional CCD cell array forming process. As shown in the figure, it is common to form a photoelectric conversion region (PD) in a P-type well. The photoelectric conversion region is formed in a matrix, but may be formed in a one-dimensional array method.
이어서, 상기 CCD 셀 어레이상에 상기 차광용 금속층이 노출되도록 매개물질층(도시안됨)을 평탄하게 형성한다. 상기 매개물질층의 재료로서는 포토레지스트를 사용할 수 있다. 상기 매개물질층은 상기 광전변환영역을 둘러싸는 구조물의 재료 ; 즉 상기 차광용 금속층, 바이메탈구조물 등보다 후속되는 플라즈마 식각공정에서 그 식각선택비가 큰 재료를 사용한다. 상기 차광용 금속층을 노출시키는 방법으로서는 상기 포토레지스트를 스핀 코팅(spin coating)하여 그 표면을 노출시킬 수 있으며 이때는 180-200℃ 정도로 베이킹해주며, 또한 상기 매개물질층을 상기 차광용 금속층을 덮도록 두껍게 형성하고 평탄화시켜준 다음에 상기 바이메탈구조가 지지될 수 있도록 상기 차과용 금속층의 일부분에 개구부를 형성하여 노출시켜 줄 수도 있다.Subsequently, a medium layer (not shown) is formed flat on the CCD cell array so that the light blocking metal layer is exposed. A photoresist may be used as the material of the intermediate material layer. The intermediate material layer is a material of a structure surrounding the photoelectric conversion region; That is, a material having a higher etching selectivity is used in a subsequent plasma etching process than the light shielding metal layer and the bimetal structure. As a method of exposing the light shielding metal layer, the photoresist may be spin coated to expose the surface thereof, and then the surface may be baked at about 180-200 ° C., and the intermediate material layer may cover the light shielding metal layer. After forming and planarizing the thickness, an opening may be formed in a portion of the overlying metal layer to expose the bimetal structure.
이어서, 상기 노출된 차과용 금속층을 포함한 전면에 열팽창계수가 다른 2 이상의 금속을 연속 적층한 후 패터닝하여 상기 광전변환영역 위로 다이빙 보드(diving board) 형상의 바이메탈로 된 상부 구조물을 형성한다. 상기 연속 적층 공정은 원하는 휨방향에 따라 그 적층 순서를 달리할 수 있음은 물론이다. 상기 연속 적층 공정은 스퍼터링에 의해 수행할 수 있으며, 연속으로 적층된 적층 구조상에 예를 들어 옥사이드층을 약 1500Å 정도로 형성시킨뒤 패터닝하여 상기 상부 구조물을 형성할 수 있다.Subsequently, two or more metals having different thermal expansion coefficients are successively stacked on the front surface including the exposed metal layer to be patterned to form a bimetal upper structure having a diving board shape on the photoelectric conversion region. Of course, the continuous lamination process may vary the lamination order according to the desired bending direction. The continuous lamination process may be performed by sputtering, and the upper structure may be formed by, for example, forming an oxide layer on about continuously stacked layers and patterning the oxide layer.
이어서, 상기 광전변환영역과 상부 구조물 사이에 잔존하는 상기 매개물질층을 제거한다. 상기 제거공정은 O2플라즈마 식각공정에 의해 수행할 수 있다. 따라서 본 발명의 적외선 이미지 센서가 완성되며, 후술하는 다양한 바이메탈구조에 따라 그 제조방법의 일부를 변형할 수도 있다.Subsequently, the intermediate material layer remaining between the photoelectric conversion region and the upper structure is removed. The removal process may be performed by an O 2 plasma etching process. Therefore, the infrared image sensor of the present invention is completed, and a part of the manufacturing method may be modified according to various bimetal structures described below.
제8도는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 개략도로서 상기 바이메탈구조(BM)를 변형한 것이다. 즉 바이메탈구조(BM)상에 상기 BM보다 열팽창률의 차이가 더 큰 또다른 제2바이메탈구조(BM')를 형성함으로서, 보다 민감한 바이메탈구조를 형성하여 반응성(Responsibility)을 증가시킨 것이다.8 is a schematic view showing another embodiment of the present invention, in which the bimetal structure BM is modified. That is, by forming another second bimetal structure BM 'having a greater difference in thermal expansion coefficient than the BM on the bimetal structure BM, a more sensitive bimetal structure is formed to increase responsibility.
제9도는 본 발명의 또다른 실시예를 나타낸 것이다. 즉 바이메탈구조(BM)와 상기 BM과 열팽창에 의한 휨방향이 다른 제2바이메탈구조(BM')를 같은 차광용 금속층상에 형성함으로서, 작은 적외선의 강도에서도 보다 민감한 바이메탈구조를 형성하여 반응성(Responsibility)을 증가시킨 것이다.9 shows another embodiment of the present invention. That is, by forming the bimetal structure (BM) and the second bimetal structure (BM ') in which the bending direction due to thermal expansion is different from the BM on the same light shielding metal layer, a more sensitive bimetal structure is formed even at a small infrared intensity, thereby making it more responsibility ) Is increased.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 종래의 적외선 이미지 센서를 제조하는 공정이 매우 복잡하다는 문제점을 개선하는 것으로서, 가시광선을 이용한 CCD를 이용하여 적외선 이미지 센서를 구현할 수 있다.As described above, the present invention improves the problem that a conventional process of manufacturing an infrared image sensor is very complicated, and may implement an infrared image sensor using a CCD using visible light.
본 발명에 의하면 적외선 이미지 센서를 매우 단순화된 공정에 의해 제조할 수 있으며, 바이메탈구조를 다양하게 변형함으로써 그 반응성도 매우 향상된 적외선 이미지 센서를 얻을 수 있다.According to the present invention, the infrared image sensor can be manufactured by a very simplified process, and by varying the bimetal structure in various ways, an infrared image sensor with improved reactivity can be obtained.
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