KR840001604B1 - 고체촬상소자의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

고체촬상소자의 제조방법

제1a도는 2층 고체촬상소자의 구조를 나타낸 개략단면도.

제1b도는 회소전극의 배열패턴을 나타낸 평면도.

제1c도는 2층 고체촬상소자의 구성의 1예를 나타낸 개략회로도.

제2a도는 주사용 IC칩이 배열된 웨이퍼를 나다낸 도면.

제2b도는 웨이퍼에서 잘라낸 주사용 IC칩을 나타낸 도면.

제2c도, 제2e도, 제2f도, 제2h도, 제2i도는 본 발명의 고체촬상소자의 제조방법의 실시예를 제조 공정순으로 나타낸 개략단면도.

제2d도는 제2c도에 있어서의 배치 평면패턴을 나타낸 평면도.

제2g도는 본 발명의 실시예로 사용하는 차폐판(마스크판)을 나타낸 평면도.

제3도는 패키지 상에 주사용 IC칩을 재치하여 차폐판(마스크판)을 고정한 상태를 나타낸 본 발명의 실시예의 개략단면도.

제3도는 본 발명의 다른 실시예로 사용하는 차폐판(마스크판)의 평면도이다.

본 발명은 반도체 기판상에 주사회로 및 광도전막을 집적화한 고체찰상소자의 제조 방법에 관한 것이다.

고체촬상소자를 구성하는 유력한 방식으로서, CCD형(Charge Coupled Devices)및 MOS형(절연게이트형 전계효과 트랜지스터 스위치의 소오스 접합을 광 다이오드로서 이용하는 소자)의 2종류의 방식이 있었다. 이와 같은 소자는 모두 집적도가 높은 MOS프로세스 기술을 이용하여 제작할수 있다는 이점을 가지고 있다. 그러나 감광부(感光部)가 전극의 하면(下面)(CCD의) 경우)이나 스위치 및 신호출력선과 동일 평면상(MOS형의 경우)에 있기때문에 전극이나 스위치에 의해 광의 입사가 방해되는 영역이 많으며 따라서 광손실 영역이 크다는 결점이 있다.

또한 감광부와 주사부가 전술한 바와 같이 동일 평면상에 있기 때문에 회소의 점유면적이 커진다. 즉 회소의 집적도를 높일수 없기 때문에 해상도(resolution)를 높일 수 없다는 문제점을 가지고 있다.

이와같은 문제점(감도, 해상도)를 해결하는 구조로서, 발명자들은 주사 IC상에 광도전막을 설치하는 2층구조의 고체 촬상소자를 제공했다(특개소 51-10715 또는 Technical Digestof Electron Devices Meeting 1979년 12월 3-4-5, P134∼136, T.Tsukada)이 2층 고체촬상소자를 MOS형 소자로서 구성한 경우를 예로들어 소자구조의 개략을 제1a도에 나타낸다.

또 회소전극(9-1,9-2,9-3,9′-1,9′-2,9′-3)의 배열 패턴을 제1b도에 나타낸다. 1은 제1도전형의 반도체기판, 2는 주사시프트 레지스터회로(도시않음)의 출력에 의해 개폐되는 스위치 소자를 구성하는 절연게이트형 전계효과 트랜지스터(이하 MOST)로서 드레인(3), 소오스(4), 게이트(5)등으로 이루어진다. 6은 감광재료로 이루어진 광도전막, 7은 광도전막을 구동하는 전압 인가용 투명전극, 8은 절연막, 9-1,9-2,9-3는 회소전극, 11은 신호취출전극이다. 이 도면으로서 이해할 수 있듯이, 반도체 기판(1)과 주사시프터 회로및 스위치소자(2)를 집적화한 절연회로(IC) 즉 주사 IC와, 광도전막(6)과 투명전극(7)로 이루어지는 감광부등이 2층 구조로 되어있다. 따라서 제1도의 고체촬상소자는, 면적 이용율이 높고 회소당의 크기가 작아지므로 해상도가 높아진다. 또 감광부가 입상광(10)에 대하여 상부에 있기 때문에, 광손실 영역이 없으며 광감도가 높다. 또한 광도 전막을 선택함으로써 소망하는 분광감도를 얻을 수 있는등, 종래의 고체촬상소자에 비해 대단히 우수한 성능을 기대할 수 있는 것이다.

제1c도에는 2층 고체촬상소자의 구조의 1예를 나타낸다.

제1c도에 있어서, 101은 수평주사시프트 레지스터회로, 102는 수직주사시프트레지스터회로, 103은 회소의 수평위치를 선택하는 수평스위치소자(MOST), 104는 회소의 수직위치를 선택하는 수직 스위치소자(MOST), 105는 감광부, 106은 구동전압단자, 107은 수직신호출력선, 108은 수평신호출력선이다. MOST(104)가 제1a도의 스위치 소자(2)에 대응하여 회소용전극(9)을 가진다. 감광부(105)는 제1a도의 광도전막(6)과 투명전극(7)등으로 이루어진다.

n채널 MOST을 사용하여 Se-As-Te막을 광도 전막으로 선택하면, 단자(106)에 인가되는 구동전압은 50V정도이며 타게트(targt) 전압(V_T)은 1V정도가 된다. 그런데 이 2층 소차의 광도전막으로 이용하는 재료를 가공하는 에칭액이 아직 개발되어 있지 않고, 또 장래 발견된다 하더라도 이러한 재료는 내약품성(耐藥品性)이 너무 약하기(바꾸어 말하면 화학 반응성이 강하다) 때문에 에칭액중에 침전할수 없다는 제작상의 문제가 있으므로 필연적으로 주사 IC상의 전면에 광도전막을 설치하게 된다.

이 결과, 주사시프트 레지스터의 회로상에도 광도전막과 투명전극이 설치되어 투명전극에 인가되는 구동용 고전압에 의해 주사 시프트 레지스터가 오동작할 위험이 있다.

촬상용 전자관의 사용되는 광도전체의 물질로서는 Se-As-Te 비정질 Si,PbO,CdTe,CdS 등이 있으나, 촬상용 전자관의 제작시에 글라서면판상에 이러한 재료를 증착하는 공정만으로 충분하여 형상가공(불 필요한 영역의 재료를 제거한다) 공정은 필요로 하지 않았다. 따라서 광도전막의 내약품성에 대한 전술한 문제점은 고체소자(2층소자)를 제작하는 경우에 있어서는 특유한 난점이다.

본 발명의 목적은 전술한 제작가공상의 문제점을 해결하는 2층형의 고체촬상소자의 제조방법을 제공하는 것이다.

즉, 본 발명의 목적은, 주사 IC상의 주사 시프터 레지스터 영역위에 투명전극을 설치하지 않도록 할수 있는 고체찰상소자의 제조방법을 제공하는 것이다.

또 본 발명의 목적은, 주사 IC상의 회소영역, 바꾸어말하면 회소 전극배열 영역위에 광도전막을 설치하고 주사 IC상의 주변에 설치되는 주사 시프트 레지스터 영역위에는 광도전막을 설치하지 않도록 할수있는 고체촬상소자의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 공도전막의 가공에 있어서; 일반적으로 IC, LSI(Large Scale Integration)의 제작 가공에 사용되고 있는 포토에칭 기술을 사용하지 않고 제작하도록 한 것이다. 구체적으로는, 공도전막을 형성하고 싶은 영역에 상당하는 개구부가 설치된 차폐판을 주사용 IC상부에 설치하여 광도전막을 제작할수 있도록 한 것이다.

즉 본 발명의 고체촬상소자의 제조 방법의 1예로서 주사 IC(또는 주사 LSI)상의 회소 전극배열영역에 상당하는 개구부를 가진 차폐판을 이용하여, 광도적막을 증착 또는 스퍼터링(Sputtering) 등에 의해 주사 IC(또는 주사 LSI)상에 퇴적하는 것이다.

이하 본 발명을 실시예를 참조하여 상세하게 설명한다 제2a도∼제2i도는 본 발명에 의한 2층 찰상소자의 제작공정을 나타낸 도면이다. 여기서는 주사용 IC소자로서 MOST를 사용하고 있지만, CCD를 사용한 주사용 IC라도 좋다.

본 발명의 제작공정은 어떠한 주사 IC라도 거의 마찬가지이다.

제작방법으로서, Si반도체 웨이퍼상에 다수의 주사용 IC칩이 아직 배열되어있는 상태에서의 제법과, 주사용 IC촬을 웨이퍼로부터 개별적으로 잘라낸 상태(칩형으로한 경우)의 제법와 2종류를 이용할수 있으므로 이에 관하여 설명한다. 단, 제작가공법의 본질은 어느 경우에 있어서도 변하지 않는다. (Ⅰ)칩상태에서의 제법,

제작공정을 제2a도∼제2i도에 나타낸다.

제2a도에 있어서, 12는 2차원으로 배열하는 회소용 전극의 형성이 완료된 주사용 IC칩(13)이 다수 배열되어 이루어진 반도체(예 Si) 웨이퍼이다.

제2b도에 있어서, 웨이퍼의 절단에 의해 다수 배열되어있던 주사용 IC칩(13)을 별도의 IC칩(14)으로 분리한다. 칩의 단면구조를 제2c도에 나타낸다. 여기서, 15는 주사시프트 레지스터 회로를 구성하는 MOST(16)및 스위치 소자로 이루어지는 MOST(17)를 직접화한 제1도도전형의 발도체(예:Si)기판, 18은 MOST를 형성하는 게이트전극, 19및 20은 제2도전형의 불순물 확산층으로 이루어지는 드레인 및 소오스, 21은 절역막(일반적으로 SiO₂가 이용된다), 22는 2차원으로 배열된 회소전극 패턴으로서, 회소의 크기를 결정한다.

또 회소전극(22)과 드레인 영역(19)의 접속 및 소오스 영역에 접속되는 신호취출전극은 생략했다. 23은 주사 시프트 레지스터 회로영역(여기서는 다음에 나타내는 수식주사회로를 나타내고 있다), 24는 회소전극(22)을 2차원으로 배열한 감광영역이 되어야할 영역을 나타내고 있다.

제2d도는 칩(14)을 위에서 본 평면도로서, 23-1은 Y방향의 주사를 행하는 수직주사회로영역, 23-2는 X방향의 주사를 행하는 수평주산회로영역(제2c도에서는 생략했음), 24는 회소전극(22)의 매트릭스형패턴(최초와 2행만 도시하고, 나머지는 점선의 화살표로 나타냈다)으로 이루어지는 감광역이다.

제2e도에 있어서, 본칩의 상부에 감광 영역만큼 창(25)이 열려진 차폐만(마스크만)(26)을 밀착하여 올려놓는다. 또는 제2f도와 같이 스페이서(27)등을 칩과 마스크 사이의 주변부에 삼입하여 약간의 간극을 두고올려 놓는다.

후자의 간극은 트랜지스터등이 집적화된 주사용 IC를 손상시키지 않게 하기 위한 배려이다. 차폐판의 평면도를 제2g도에 나타낸다.

다음에 이와같은 상태로 광전변환재료인 Se-As-Te, PbO등으로 이루어지는 광도전막(28)을 증착법이나 스퍼터링법(29)에 의하여 광전변환영역에 0.5∼5μm정도 형성한다(제2h도).

본 증착시에 칩은 사용하는 재료에 따라서 50℃∼수 100℃를 가열할 필요가 있다. 따라서 증착 또는 스퍼터링시에 차폐(30)의 여활을 하는 마스크판(26)은 내열성이 있는 것이 좋으므로 금속판(스테인레스판, 동, 철, 알루미늄등(을 사용하는것이 바람직하다. 본 금속마스크의 두께(t)는 칩 영역내에서 凹凸이 발생하지 않는 정도로 하면 된다. 만약 스테인레스판일 경우에는 수백 μm의 두께면된다.

제2e도의 경우에도, 마스크와 칩을 완전하게 밀착하는 것은 어렵다. 따라서 현실적으로는 증착이 개구부에서 내측까지 확산하게된다(제2h도). 이 확산 칫수(dS)는, 발명자들의 측정에 의하면 밀착한 경우(즉 제2e도의 경우) 100∼200μm정도, 제2f도의 경우의 dS는 스페이서의 칫수(h)에 의존 하지만 200μm이상이 된다. 따라서 개구부의 칫수 설계값은 감광 영역이 되어야할 영역(24)의 칫수(dH,dV)보다 dS만큼 작게 해야(dH-dS,dV-dS)하는등의 배려가 필요하다.

개구부를 작게하지 않은 경우에는 주사 IC를 설계할때 감광영역에서 미리 dS이상의 칫수만큼 수평 및 수직주사회로를 분리하려 놓는것이 바람직하다. 한편 각 영역간에 dS의 여유를 취할수 없는 경우는 광도전막은 주사시프트 레지스터회로 영역의 일부에도 증착이 되지만, 이 경우에서도 광도전막과 주사시프트 레지스터 회로는 산화막에 의하여 절연되어 있기 때문에 동작상의 문제는 없다.

단, 이막의 상부에는 후술하는 바와같이 전압이 인가되기 때문에 산화막 중에 핀홀등이 존재하면, 본 전압이 주사 시프트 레지스터회로에 전달되어(단락되어) 회로동작을 불가능하게하는 위험성이 있으므로 상기와 같이 확산칫수(dS)를 고려하여 설계를 고려하여 설계를 행하는 것이 바람직하다.

제2i도와 같이 광도전막(28)을 형성한후, 제2e도, 제2f도와 같은 개구부를 가진 금속마스크판을 사용하여 광도전막(28)의 상부에 광도전막을 구동하기 위하여 전압을 인가하는 투명전극(31)을 형성한다. 여기서금속 마스크판은 제2e도, 제2f도와 통일한 마스크판(26)을 사용하여도 좋고, 개구칫수가 다른 별도의 마스크판을 사용하여도 좋다. 전자의 경우에는 마스크판을 떼어내지않고 그 상태로 투명전극을 증착하면 좋다.

후자의 경우에는 금속마스크판을 교환해야 한다.

여기서 개구칫수가 다른 별도의 마스크판을 사용하는 이유는, 투명전극이하층의 광도전막을 충분히 피복하도록하기 위해서라든가, 투명전극의 증착이나 스퍼터링할때 투명전극과 광전변환막에의 확산칫수(생술한 dS)가 다르기 때문에 개구칫수를 각각 광도전막 형성용 마스크판보다 크게하는 경우와 작게하는 경우를 고려한 것이다.

투명전극용 마스크의 개구부를 같게하면 다음과 같다.

즉 광도전막을 주사 IC상의 주사시프트 레지스터 영역상에 증착하였다고 하여도 투명전극은 감광영역상에만 퇴적할수 있다.

이와같이하여 본 발명의 목적은 달성된다.

한편 투명전극의 재료로서는 일반적측로 잘 알려져 있는 SnO₂, InO₂, 또는 투명도는 약간 저하하지만 50∼200A전도의 엷은 금속막, 혹은 100∼1000A정도의 다결정 실리콘막등을 사용할 수있다.

또 투명전극의 증착이나 스퍼터링 시에 사용하는 재료에 따라서 광도전막 증착시와 같이 칩온도를 100∼500℃까지 올려 줘야한다.

투명전극의 형성이 완료된 칩을 패키지에 취부하여 칩 주변에 높여진 용접용 패드에 와이어를 용접하여 2층 촬상소자의 제작이 완료된다(도시않음).

상기의 실시예에 있어서는 칩에 금속마스크 판을 적층하는 제작방법에 관하며 설명했지만, 제3도에 나타낸 바와같이 칩(14)을 패키지(32)에 취부한후 금속마스크판(26)을 적층하여 제작할수도 있다(여기서는 밀착하는 경우에 관하여 나타낸다).

본 방법에 관해서도 제작 공정은 제2a∼도제2i도의 실시예와 거의 같다.

(Ⅱ)웨이퍼 상태에서의 제법

이 경우도 제작공정은 제2a도∼제2i도의 실시예와 같다.

단, 주사용 IC칩이 별개의 칩이 아니고 동일 웨이퍼상에 나열되어 있기때문에 광도전막 및 투명전극의 증착 마스크에 사용하는 금속마스크판이 달라지게된다. 제4도는 웨이퍼상태에서 제작하는 경우에 쓰이는 금속마스크만(26′)의 평면도(또 최초의 3행 3열을 도시한다)이며, 마스크내에는 제2g도로 설명한 개구부(25′)가 웨이퍼상에 있어서의 주사용 IC의 배열피치와 같은 피치로 웨이퍼상의 배열개수와 동일한 수만큼 설치되어있다.

본 제법의 이점은 다수(N×M)의 2층 소자가 동시에 완성되기 때문에 대량생산이 가능하다. 반면 웨이퍼는 현실적으로는 굴곡되어있다. 금속마스크 자체도 칫수가 크기 때문에 휘어지는 등의 문제가있고, 상술한 확산칫수(dS)가 웨이퍼내의 각소자에서 달라지는등의 문제가 있다. 따라서 학산칫수(dS)의 편차를 고려한 개구부를 설계한다든가 주사용 IC자체의 설계가 필요하다.

상기의 실시예에 있어서는 투명전극도 금속마스크를 이용하여 형성하는 방법을 설명했지만, 투명도전성 재료에 관해서는 에칭액이 개발되어 있는 재료도 있기때문에 통상의 IC에서처럼 포토에칭기술을 이용하여 가공하는것도 가능하다. 단, 하층의 광전변환 재료는 전술한 바와같이 내약품성에 약하기 때문에 금속 마스크판에 의해 가공하는 것보다 바람직하다고 생각된다.

이상과 같이 실시예를 이용하여 상세하게 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 광도전막의 가공 또는 광도전막 및 그 상부의 투명전극의 가공에 증착차폐용 또는 스퍼터 차폐용의 금속마스크판을 주사용 IC의 상부에 설정함으로써 2층 촬영소자의 제작을 간단하게 할수있다.

본 발명의 이점은 다음에 나타낸 바와같다.

(1) 약품을 사용하지 않기 때문에 광도전막의 열화를 발생하지 않는다.

(2) 금속마스크는 통상의 IC에서 사용하는 포토마스크에 비교하여 값이싸다. 마모나 손상이 없기때문에 반영구적으로 사용할수 있다. 또한 약품의 소비도 없기때문에 본 발명의 제조방법은 대단히 값이 싸다.

발명자들은 본 발명의 제조방법으로서 2층 촬상소자를 높은 수율(收率)로 제작할수 있고 양호한 촬상을 할수 있었다. 본 소자의 특성평가를 통하여 본 발명은 실용상 대단히 큰 가치를 가지고 있음을 확인하였다.

또 2층 촬상소자의 주사용 IC의 구성소자로서 전술한 MOST, CCD외에 접합형 전계효과 트랜지스터, 바이폴라트랜지스터 또는 최근 보고되어 있는 CID(Charge Injection Devices)를 채용한 경우도 본 발명과 거의 같은 제조 방법으로 2층 촬상소자를 제작할수 있다.

또 본 발명에 관계되는 2층 고체촬상소자의 구성, 동작 제법의 상세함에 관해서는 본원의 선출원인 미국출원번호 제66,230호(1979. 8. 13출원) 또는 이 대응 영국출원의 춘원공개번호 제2,029,642호(1980. 3. 19공개), 그리고 본원의 다른 선원 미국출원번호 제154,999호(1980. 5. 30출원)를 참조할수 있다.

Claims (1)

1. 2차원으로 배열한 스위치소자, 그 스위치 소자를 주사하는 주사 시프트 레지스터를 집적화한 주사용 집적회로의 상부에 광전하를 발생하는 광전변환용 광도전막 및 투명전극을 적층한 고체촬상 소자의 제조방법에 있어서, 광도전성막을 형성하는 영역안에서만 개구된 차폐판을 주사용 집적회로의 상부에 밀착한다든가 약간의 간극을 두고 지지하여 광도전물질을 주사용 집적회로상에 퇴적하는 공정을 가진것을 특징으로 하는 고체촬상소자의 제조방법.

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