KR100390810B1 - 포토다이오드의 용량을 증가시키면서 전하운송을 향상시킬수 있는 이미지 센서 제조 방법 - Google Patents

포토다이오드의 용량을 증가시키면서 전하운송을 향상시킬수 있는 이미지 센서 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100390810B1
KR100390810B1 KR10-2000-0087008A KR20000087008A KR100390810B1 KR 100390810 B1 KR100390810 B1 KR 100390810B1 KR 20000087008 A KR20000087008 A KR 20000087008A KR 100390810 B1 KR100390810 B1 KR 100390810B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
photodiode
gate electrode
type impurity
impurity region
image sensor
Prior art date
Application number
KR10-2000-0087008A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20020058876A (ko
Inventor
박재영
이상주
Original Assignee
주식회사 하이닉스반도체
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 하이닉스반도체 filed Critical 주식회사 하이닉스반도체
Priority to KR10-2000-0087008A priority Critical patent/KR100390810B1/ko
Publication of KR20020058876A publication Critical patent/KR20020058876A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100390810B1 publication Critical patent/KR100390810B1/ko

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/1461Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements characterised by the photosensitive area
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14683Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14689MOS based technologies

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

본 발명은 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트 전극 상기 스페이서를 형성한 후, 포토다이오드 영역 및 상기 포토다이오드 영역에 인접한 게이트 전극의 일부분을 노출시키는 형성하기 위한 이온주입 마스크를 형성하고, 게이트 전극을 뚫을 수 있는 고에너지로 이온주입 공정을 실시하여 그 단부가 상기 게이트 전극과 중첩되는 n형 불순물 영역을 형성한다. 이에 따라 포토다이오드 표면의 n형 불순물 도핑 농도가 포토다이오드 내부와 유사하게 되도록 할 수 있고, p형 불순물층의 확산에 의한 전위 장벽 형성을 예방할 수 있고, 트랜스퍼 트랜지스터 게이트 전극에 유리한 전위구배(fringing field)가 발달되어 전하운송 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

포토다이오드의 용량을 증가시키면서 전하운송을 향상시킬 수 있는 이미지 센서 제조 방법{Image sensor capable of improving capacitance of photodiode and charge transport and method for forming the same}
본 발명은 이미지 센서 제조 분야에 관한 것으로, 특히 포토다이오드의 용량을 증가시키면서 전하운송을 향상시킬 수 있는 이미지 센서 제조 방법에 관한 것이다.
이미지 센서(image sensor)는 1차원 또는 2차원 이상의 광학 정보를 전기신호로 변환하는 장치이다. 이미지 센서의 종류는 크게 나누어 촬상관과 고체 촬상 소자로 분류된다. 촬상관은 텔레비전을 중심으로 하여 화상처리기술을 구사한 계측, 제어, 인식 등에서 널리 상용되며 응용 기술이 발전되었다. 시판되는 고체 이미지 센서는 MOS(metal-oxide-semiconductor)형과 CCD(charge coupled device)형의 2종류가 있다.
CMOS 이미지 센서는 CMOS 제조 기술을 이용하여 광학적 이미지를 전기적신호로 변환시키는 소자로서, 화소수 만큼 MOS트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용하고 있다. CMOS 이미지 센서는, 종래 이미지센서로 널리 사용되고 있는 CCD 이미지센서에 비하여 구동 방식이 간편하고 다양한 스캐닝 방식의 구현이 가능하며, 신호처리 회로를 단일칩에 집적할 수 있어 제품의 소형화가 가능할 뿐만 아니라, 호환성의 CMOS 기술을 사용하므로 제조 단가를 낮출 수 있고, 전력 소모 또한 크게 낮다는 장점을 지니고 있다.
도 1은 4개의 트랜지스터와 2개의 캐패시턴스 구조로 이루어지는 CMOS 이미지센서의 단위화소를 보이는 회로도로서, 광감지 수단인 포토다이오드(PD)와 4개의 NMOS트랜지스터로 구성되는 CMOS 이미지센서의 단위화소를 보이고 있다. 4개의 NMOS트랜지스터 중 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)는 포토다이오드(PD)에서 생성된 광전하를 플로팅 확산영역(FD)으로 전송하는 신호를 전달하고, 리셋 트랜지스터(Rx)는 플로팅 확산영역(FD)을 공급전압(VDD) 레벨로 리셋시키는 신호를 전달하고, 드라이브 트랜지스터(Dx)는 소스팔로워(Source Follower)로서 역할하며, 셀렉트 트랜지스터(Sx)는 픽셀 데이터 인에이블(pixel data enable) 신호를 인가받아 픽셀 데이터 신호를 출력으로 전송하는 역할을 한다.
도 2a 및 도2b는 종래 이미지 센서 단위 화소의 포토다이오드와 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트 전극과 플로팅 확산영역 형성 과정을 보이는 단면도이다.
도 2a는 p형 반도체 기판(20) 상에 p형 에피택셜층(21)을 형성하고, 에피택셜층(21)에 소자분리막(22), 게이트 절연막(23) 및 게이트 전극(24)을 형성하고, 포토다이오드 영역의 상기 에피택셜층(21)을 노출시키는 제1 감광막 패턴(PR1)을 형성하고 이를 이온주입 마스크로 이용하여 포토다이오드의 n형 불순물 영역(25)을 형성하는 상태를 보이고 있다. 도2a에서 A-A'선은 n형 불순물 영역(25)의 최고 농도 지점을 나타낸다.
도 2b는 상기 제1 감광막 패턴(PR)을 제거하고 상기 게이트 전극(24) 측벽에 절연막 스페이서(26)를 형성한 다음, 게이트 전극(24) 타단의 에피택셜층(21) 내에 n형 불순물을 이온주입하여 플로팅 확산영역(28)을 형성하고, 포토다이오드 영역의 상기 에피택셜층(21)을 노출시키는 제2 감광막 패턴(PR2)을 형성하고 이를 이온주입 마스크로 이용하여 n형 불순물 영역(25) 상부의 에피택셜층(21) 내에 포토다이오드의 p형 불순물 영역(27)을 형성한 것을 보이고 있다. 도2b에서 A-A'선은 n형 불순물 영역(25)의 농도분포를 나타내며, 도 2b에서 도면부호 'B'는 포토다이오드(PD) 영역에서 플로팅 확산영역(28)으로의 확산된 p형 불순물영역에 의해 장벽(barrier)이 형성되고 있음을 보이고 있다.
전술한 바와 같이 이루어지는 종래 이미지 센서 제조 방법은 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트전극(24)의 일단 즉, 포토다이오드 영역에 자기정렬(self align)된 n형 불순물 영역(25)을 형성하고, 절연막 스페이서(26)를 형성한 후, p형 불순물 영역(28)을 형성함으로써 PNP 구조의 포토다이오드를 형성한다. 이러한 과정에 따라 형성된 포토다이오드의 p형 불순물 영역(28)은 확산으로 인해 포토다이오드에서 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트 아래를 지나서 센싱영역인 플로팅 확산에 이르는 전하운송 통로에 도 3에 보이는 바와 같이 전위 장벽(B)을 형성하여 전하운송을 방해한다. 또한, 포토다이오드 표면에서의 농도가 내부에 비해 작으므로 n형 불순물 영역의 최고 농도를 갖는 지점에 비해 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트에 가까운 표면의 n형 불순물층이 포토다이오드 보다 빨리 공핍되기 때문에 전하운송을 위해 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트를 동작시킬 때 n형 불순물 영역에서의 전하운송에 도움을 주는 전위구배(fringing field) 발달되지 못하여 완전한 전하운송에 방해가 되고 이와 같은 문제 때문에 n형을 보다 깊게 형성할 수 없어 포토다이오드의 용량을 충분히 확보하지 못하는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 포토다이오드의 용량을 증가시키면서 전하운송을 향상시킬 수 있는 이미지 센서 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 CMOS 이미지 센서의 단위화소 구조를 개략적으로 보이는 회로도,
도 2a 및 도 2b는 종래 기술에 따른 이미지 센서 제조 공정 단면도,
도 3은 종래 이미지 센서에서 포토다이오드로부터 플로팅 확산영역으로의 전하 이동을 보이는 설명도,
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 센서 제조 공정 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 이미지 센서에서 포토다이오드로부터 플로팅 확산영역으로의 전하 이동을 보이는 설명도.
*도면의 주요부분에 대한 도면 부호의 설명*
40: 반도체 기판 41: p형 에피택셜층
46: n형 플로팅 확산 영역 47: n형 불순물 영역
48: p형 불순물 영역
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 포토다이오드에서 발생된 전자를 플로팅 확산영역으로 전송하기 위한 트랜스퍼 트랜지스터를 구비하는 이미지 센서 제조 방법에 있어서, 제1 도전형의 반도체 기판 상에 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트 전극을 형성하고 상기 게이트 전극의 양 측벽에 스페이서를 형성하는 제1 단계; 주입된 이온이 상기 게이트 전극을 통과할 수 있는 크기의 에너지로 이온주입 공정을 실시하여 상기 포토다이오드 영역 내에 그 일단부가 상기 게이트 전극과 중첩되는 제2 도전형의 제1 불순물 영역을 형성하는 제2 단계; 및 상기 반도체 기판표면과 상기 제1 불순물영역 사이에 제1 도전형의 제2 불순물영역을 형성하되, 그 일단은 상기 스페이서에 정렬되는 제2 불순물영역을 형성하는 제3단계를 포함하는 이미지 센서 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트 전극 양측면에 스페이서를 형성한 후, 포토다이오드 영역 및 상기 포토다이오드 영역에 인접한 게이트 전극의 일부분을 노출시키는 이온주입 마스크를 형성하고, 게이트 전극을 뚫을 수 있는 고에너지로 이온주입 공정을 실시하여 그 단부가 상기 게이트 전극과 중첩되는 n형 불순물 영역을 형성한다. 이에 따라 포토다이오드 표면의 n형 불순물 도핑 농도가 포토다이오드 내부와 유사하게 되도록 할 수 있고, p형 불순물층의 확산에 의한 전위 장벽 형성을 예방할 수 있고, 트랜스퍼 트랜지스터 게이트 전극에 유리한 전위구배(fringing field)가 발달되어 전하운송 효율을 향상시킬 수 있다.
이하, 도 4a 및 도 4b를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 센서 제조 방법을 설명한다.
먼저 도 4a에 보이는 바와 같이, p형 반도체 기판(40)에 p형 에피택셜층(41) 및 소자분리막(42)을 형성하고, 상기 에피택셜층(41) 상에 게이트 절연막(43) 및 게이트 전극(44)을 형성하고, 게이트 전극(44)의 양 측벽에 스페이서(45)를 형성한 이후에, 포토다이오드 영역 및 그 주변의 게이트 전극(44) 일부를 노출시키는 포토레지스트 패턴(PR)을 형성하고, 주입되는 이온이 상기 게이트 전극(44)을 투과할 만큼 높은 에너지를 가하여 그 단부가 상기 게이트 전극(44)과 중첩되는 n형 불순물 영역(47)을 형성한다. 본 발명의 실시예에서는 상기 게이트 전극(44)을 3500 Å 내지 4500 Å 두께로 형성하고, 상기 이온주입 공정시 인(P)을 200 KeV 보다 높은 에너지로 주입한다. 따라서 게이트 전극 하부의 일부영역과 스페이서의 하부에는 얕은 깊이를 갖는 n형 불순물영역(47)이 형성되며, 기판이 노출된 부분에서는 깊은 깊이를 갖는 n형 불순물영역(47)이 형성된다. 이러한 공정에 따라 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트 전극(44) 하부의 일부에까지 n형 불순물 영역(47)이 확장됨에 따라 그 후 n형 불순물 영역(47) 상에 p형 불순물 영역을 형성함에 따른 전위 장벽 형성을 예방할 수 있다. 도4b는 이와 같은 n형 불순물영역(47) 형성을 위한 이온주입공정후에, p형 불순물영역(48) 형성을 위한 이온주입공정까지 마친 상태를 도시한 단면도로서 도4b에 도시된 A-A'라인은 n형 불순물영역(47)의 도핑프로파일(profile)을 도시하고 있다. 즉, 도4b를 참조하면, n형 불순물영역(47)중 가운데 부분의 도핑농도가 가장 높으며, n형 불순물영역(47)의 위쪽 또는 아래쪽으로 갈수록 도핑농도가 낮아지고 있음을 알수 있다. 그리고, 본 발명에서는 도 5에 보이는 바와 같이 포토다이오드(PD) 내의 전자를 센싱영역인 플로팅 확산영역(FD)으로 전달하는데 유리한 전위구배가 발달되어 전하 운송 효율을 향상시킬 수 있다. 즉, 종래에는 p형 불순물영역이 후속 열공정을 통해 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트 전극 하부까지 확산하였다. 이와같이 p형 불순물 영역이 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트 전극 하부에까지 확산하게 되면, 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트에 양의 전압이 인가되어 트랜스퍼 트랜지스터가 턴온되는 경우에, 전자들로 이루어진 채널형성에 방해가 되며, 또한 빛에 의해 생성된 광전자 역시 p형 불순물영역의 홀(hole) 때문에 채널을 통해 플로팅확산영역으로 원활히 전송되지 못한다. 이에 반해, 본 발명에서처럼 n형 불순물영역이 트랜스퍼 트랜지스터의 채널하부에까지 일부 중첩되어 형성되면 n형 불순물영역에 존재하는 전자들 때문에 p형 불순물영역이 확산되는 것을 저지할 수 있으며, 또한 트랜스퍼 트랜지스터가 턴온되었을때 전하운송에 도움을 주는 전위구배가 발달된다. 이를 도5에 도시하였다.(도면부호 E)
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은 포토다이오드의 n형 불순물 영역을 형성하기 위한 이온주입 공정시 게이트 전극을 뚫을 수 있는 고에너지로 이온주입 공정을 실시하여 그 단부가 상기 게이트 전극과 중첩되는 n형 불순물 영역을 형성함으로써 포토다이오드 표면의 n형 불순물 도핑 농도가 포토다이오드 내부와 유사하게 되도록 할 수 있고, p형 불순물층의 확산에 의한 전위 장벽 형성을 예방할 수 있고, 트랜스퍼 트랜지스터 게이트 전극에 유리한 전위구배(fringing field)가 발달되어 전하운송 효율을 향상시킬 수 있다.

Claims (1)

  1. 포토다이오드에서 발생된 전자를 플로팅 확산영역으로 전송하기 위한 트랜스퍼 트랜지스터를 구비하는 이미지 센서 제조 방법에 있어서,
    제1 도전형의 반도체 기판 상에 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트 전극을 형성하고 상기 게이트 전극의 양 측벽에 스페이서를 형성하는 제1 단계;
    주입된 이온이 상기 게이트 전극을 통과할 수 있는 크기의 에너지로 이온주입 공정을 실시하여 상기 포토다이오드 영역 내에 그 일단부가 상기 게이트 전극과 중첩되는 제2 도전형의 제1 불순물 영역을 형성하는 제2 단계; 및
    상기 반도체 기판표면과 상기 제1 불순물영역 사이에 제1 도전형의 제2 불순물영역을 형성하되, 그 일단은 상기 스페이서에 정렬되는 제2 불순물영역을 형성하는 제3단계
    를 포함하는 이미지 센서 제조 방법.
KR10-2000-0087008A 2000-12-30 2000-12-30 포토다이오드의 용량을 증가시키면서 전하운송을 향상시킬수 있는 이미지 센서 제조 방법 KR100390810B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2000-0087008A KR100390810B1 (ko) 2000-12-30 2000-12-30 포토다이오드의 용량을 증가시키면서 전하운송을 향상시킬수 있는 이미지 센서 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2000-0087008A KR100390810B1 (ko) 2000-12-30 2000-12-30 포토다이오드의 용량을 증가시키면서 전하운송을 향상시킬수 있는 이미지 센서 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20020058876A KR20020058876A (ko) 2002-07-12
KR100390810B1 true KR100390810B1 (ko) 2003-07-10

Family

ID=27689946

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2000-0087008A KR100390810B1 (ko) 2000-12-30 2000-12-30 포토다이오드의 용량을 증가시키면서 전하운송을 향상시킬수 있는 이미지 센서 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100390810B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100755674B1 (ko) 2006-09-07 2007-09-05 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 그 제조 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05315586A (ja) * 1992-05-11 1993-11-26 Mitsubishi Electric Corp 電荷転送素子の製造方法
US5849605A (en) * 1996-04-19 1998-12-15 Nec Corporation Two-phase clock type charge coupled device having electrodes with tapered sidewalls and method for producing the same
KR19990018937A (ko) * 1997-08-28 1999-03-15 윤종용 전하 결합 소자형 이미지 센서
KR19990025085A (ko) * 1997-09-10 1999-04-06 문정환 트랜지스터 제조방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05315586A (ja) * 1992-05-11 1993-11-26 Mitsubishi Electric Corp 電荷転送素子の製造方法
US5849605A (en) * 1996-04-19 1998-12-15 Nec Corporation Two-phase clock type charge coupled device having electrodes with tapered sidewalls and method for producing the same
KR19990018937A (ko) * 1997-08-28 1999-03-15 윤종용 전하 결합 소자형 이미지 센서
KR19990025085A (ko) * 1997-09-10 1999-04-06 문정환 트랜지스터 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20020058876A (ko) 2002-07-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100619396B1 (ko) 시모스 이미지 센서 및 그 제조방법
US7675100B2 (en) CMOS image sensor and method for fabricating the same
US7180151B2 (en) Image sensor having self-aligned and overlapped photodiode and method of making same
US20060273355A1 (en) CMOS image sensor and method for manufacturing the same
JP2006191095A (ja) Cmosイメージセンサとその製造方法
KR100672701B1 (ko) 씨모스(cmos) 이미지 센서 및 그의 제조 방법
JP4423257B2 (ja) Cmosイメージセンサとその製造方法
US7531391B2 (en) CMOS image sensor and method for manufacturing the same
CN100477245C (zh) Cmos图像传感器及其制造方法
KR20020045165A (ko) 전자운송 효율을 향상시킬 수 있는 이미지 센서 및 그제조 방법
KR100390836B1 (ko) 포토다이오드의 용량을 증가시키면서 전하운송을 향상시킬수 있는 이미지 센서 제조 방법
KR100748323B1 (ko) 이미지센서 제조 방법
KR100390810B1 (ko) 포토다이오드의 용량을 증가시키면서 전하운송을 향상시킬수 있는 이미지 센서 제조 방법
KR100495413B1 (ko) 씨모스 이미지 센서의 단위화소 및 그 제조 방법
KR100790208B1 (ko) 이미지센서 제조 방법
KR100790287B1 (ko) 이미지센서 제조 방법
KR100619408B1 (ko) 크로스 토크를 방지할 수 있는 이미지센서 및 그 제조 방법
KR20020014315A (ko) 이웃하는 화소간의 크로스 토크 및 활성영역 감소를방지할 수 있는 이미지 센서 제조 방법
KR20020048705A (ko) 저조도 특성을 향상시킬 수 있는 이미지 센서 및 그 제조방법
KR100788483B1 (ko) 이미지 센서의 픽셀 구조 및 그 제조 방법
KR100649001B1 (ko) 씨모스 이미지 센서의 제조방법
KR100790286B1 (ko) 이미지센서 제조 방법
KR100749254B1 (ko) 전하운송효율을 향상시키기 위한 이미지센서 제조 방법
KR20040003961A (ko) 이미지센서 및 그 제조방법
KR20060095535A (ko) 시모스 이미지 센서 및 그 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20110530

Year of fee payment: 9

LAPS Lapse due to unpaid annual fee