KR100429557B1 - 이미지센서 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이미지센서에 관한 것으로, 특히 포토다이오드 상부에 불규칙한 원자배열을 갖는 층으로 형성함으로써, 전하 이동도를 저하시켜 암전류를 최소화할 수 있는 이미지센서 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위한 본 발명은 그 상부에 불규칙한 원자배열의 실리콘층을 갖는 포토다이오드를 포함하는 이미지센서를 제공한다.
Description
본 발명은 이미지센서에 관한 것으로, 특히 암전류를 감소시킬 수 있는 이미지센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지센서라 함은 광학 영상(Optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체소자이다. 이미지센서 중 전하결합소자(CCD : Charge Coupled Device)는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 캐패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, CMOS(Complementary MOS; 이하 CMOS) 이미지센서는 제어회로(Control circuit) 및 신호처리회로(Signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소 수 만큼 MOS 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(Output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.
이러한 다양한 이미지센서를 제조함에 있어서, 이미지센서의 감광도(Photo sensitivity)를 증가시키기 위한 노력들이 진행되고 있는 바, 그 중 하나가 집광기술이다. 예컨대, CMOS 이미지센서는 빛을 감지하는 포토다이오드와 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 CMOS 로직회로부분으로 구성되어 있다. 광감도를 높이기 위해서는 전체 이미지센서 면적에서 포토다이오드의 면적이 차지하는 비율(이를 통상 Fill Factor"라 한다)을 크게 하려는 노력이 진행되고 있다.
또한, CMOS 이미지센서는 CCD 이미지센서에 비하여 전기광학적 특성에서 열세를 보이고 있으나, 저소비전력과 집적도 측면에서는 CMOS 이미지센서가 CCD 이미지센서보다 우수하다. 이러한 전기광학적 특성 중 암전류(Dark current) 특성은 이미지센서의 품질 및 신뢰성을 저하시킨다.
이하 첨부도면을 참조하여 종래기술에 따른 이미지센서의 단위화소 제조 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 1은 통상의 CMOS 이미지센서의 단위화소를 나타낸 등가회로도로서, 1개의 포토다이오드(PD)와 4개의 NMOS트랜지스터(Tx,Rx,Sx,Dx)로 구성되며, 상기 4개의 NMOS트랜지스터(Tx,Rx,Sx,Dx)는 포토다이오드(PD)에서 집속된 광전하를 플로팅노드 (Floating node; X)로 운송하기 위한 트랜스퍼 트랜지스터(Tx), 원하는 값으로 노드의 전위를 세팅하고 전하를 배출하여 플로팅노드(X)를 리셋(Reset)시키기 위한 리셋 트랜지스터(Rx), 소오스팔로워 버퍼증폭기(Source Follower Buffer Amplifier) 역할을 하는 드라이브 트랜지스터(Dx), 스위칭(Switching)역할로 어드레싱(Addressing)을 할 수 있도록 하는 셀렉트 트랜지스터(Sx)로 구성된다.
이러한 단위 화소로부터 출력을 얻어내는 동작원리를 살펴보면 다음과 같다.
가. Tx, Rx, Sx를 오프 시킨다. 이때 저전압 베리드 포토 다이오드는 완전한 공핍(Fully depletion) 상태이다.
나. 광전하(Photogenerated Charge)를 저전압 Buried 포토 다이오드에 모은다.
다. 적정 집광(Integration) 시간 후에 Rx를 온시켜 플로팅 센싱 노드(Floating Sensing Node)를 1차 리셋(Reset)시킨다.
라. Sx를 온시켜 단위 화소를 온시킨다.
마. 소스 팔로워 버퍼(Source Follower Buffer)의 출력전압(V1)을 측정한다.이 값은 단지 플로팅 센싱 노드(Floating Sensing Node)의 직류 전위 변화(CD level shift)를 의미한다.
바. Tx를 온 시킨다.
사. 모든 광전하(Photogenerated Charge)는 플로팅 센싱 노드(Floating Sensing Node)로 운송된다.
아. Tx를 오프 시킨다.
자. 소스 팔로워 버퍼(Source Follower Buffer)의 출력전압(V2)을 측정한다.
차. 출력신호(V1-V2)는 V1과 V2 사이의 차이에서 얻어진 광전하 운송의 결과이며, 이느 노이즈(Noise)가 배제된 순수 시그날 값이 된다. 이러한 방법을 CDS(Corelated Double Sampling)라고 한다.
카. '가' ∼ '차' 과정을 반복한다. 단, 저전압 베리드 포토 다이오드는 '사' 과정에서 완전한 공핍상태(Fully Depletion)로 되어 있다.
도 2는 종래기술에 따른 이미지센서의 단위화소를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
이하. 도 2에 도시된 바와 같은 종래기술의 CMOS 이미지센서의 단위화소 제조 공정을 살펴본다.
P형 반도체기판(11)에 국부적으로 P형 웰(12)을 형성한 다음, 단위화소 간의 분리를 위한 필드절연막(13)을 형성한다. 이어 상기 P형 반도체기판(11) 내부에 P-N접합층 (17a,17b)을 형성하여 포토다이오드(PD, 17)를 형성하고, 반도체기판(11)에 포토다이오드(17)로부터 생성된 전하를 전달받아 저장하는 플로팅접합층(18a)을 형성한다.
여기서, 포토다이오드(17)는 이온주입을 통하여 형성하는 바, 도면부호 '17a'는 N-영역을 나타내며, '17b'는 P0영역을 나타낸다.
이어서, 포토다이오드(17)로부터 플로팅접합층(18a)으로 광전하를 전달하기 위한 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 게이트전극을 형성하며, 플로팅접합층 (18a)을 리셋시키기 위한 리셋 트랜지스터(Rx)의 게이트전극을 형성한 다음, 플로팅접합층(18a)에 전기적으로 접속된 게이트전극을 갖는 드라이브 트랜지스터 (Dx)와 어드레싱을 위한 신호를 자신의 게이트전극으로 인가받는 셀렉트 트랜지스터 (Sx)를 형성한다. 이 때, 리셋 트랜지스터(Rx)와 드라이브 트랜지스터(Dx)는 공통접합층(18b)을 가지며, 공통접합층(18b)은 반도체기판(11)과 P형 웰(12)의 경계에 형성된다. 이어 필드절연막(13)의 일측에 셀렉트 트랜지스터 (Sx)의 게이트전극을 형성하며, 드라이브 트랜지스터(Dx)와 셀렉트 트랜지스터 (Sx)는 LDD(Lightly Doped Drain)구조의 불순물접합층(19)이 형성된다. 여기서 게이트전극은 게이트산화막(14), 폴리실리콘(15)과 텅스텐실리사이드(16)로 이루어지며, 게이트전극의 측벽에 측벽스페이서(20)를 형성한다.
그리고 4개의 트랜지스터(Tx,Rx,Dx,Sx) 상부에 PMD층(Pre-Metal Dielectric)(21,22)과 층간절연막(23,24,25)을 형성하고, PMD층(21,22) 및 층간절연막(23,24,25)을 선택적으로 식각하여 트랜지스터들(Tx,Rx,Dx,Sx)을 외부소자와 연결하기 위해 티타늄/알루미늄/티타늄나이트라이드(26,27,28)의 적층막으로 이루어진 제1 및 제2금속배선을 형성한다. 여기서 제1금속배선을 이루는 물질에 대한도면부호는 제2금속배선과 동일하여 생략하기로 한다. 또한 제2금속배선 상부에 습기 또는 스크래치(Scratch)로부터 소자를 보호하기 위해 산화막(29) 및 질화막(30)으로 이루어진 소자보호막을 형성하며, 소자보호막 상부에 컬러이미지 구현을 위해서 상기의 단위화소 배열위에 적색, 초록색 및 청색 또는 황색, 자홍색, 청록색으로 구성된 컬러필터 어레이(Color Filter Array; CFA, 31)형성 공정을 진행한다. 이어 컬러필터 어레이(31) 상부에 평탄화층(32)을 형성한 다음, 평탄층(32) 상부에 컬러필터 어레이(31)에 대향하는 마이크로렌즈(33)를 형성한다.
이와 같은 공정이 모두 완료된 후 광감지영역인 포토다이오드(17) 상부에는 PMD층(21,22) 및 층간절연막(23,24,25), 소자보호막(29,30), 컬러필터(31) 및 마이크로렌즈(33)만이 위치하게 된다.
상술한 바와 같이, CMOS 이미지센서의 단위화소 제조에 있어서 CMOS공정을 적용할 때, 포토다이오드(17) 형성 후 반도체기판(11) 표면 내에서 격자(Lattice)구조의 불연속성 즉, 댕글링본드(Dangling bond)로 인한 금지대(Forbidden band)내에 많은 수의 표면 에너지 상태 (Surface Energy state)가 존재하게 된다. 이러한 표면 에너지 상태들로 인하여 반도체기판(11) 표면에서 원하지 않는 캐리어(Carrier)들의 재결합(Recombination)이 발생하게 되고, 이러한 재결합으로 야기된 반도체기판 (11) 표면의 누설전류(Leakage current) 및 소자의 항복전압(Breakdown voltage)등에 많은 영향을 주게 된다.
특히 CMOS 이미지센서 칩의 제조시 포토다이오드의 표면영역에서 발생되는 댕글링본드로 인하여 소자에 원하지 않는, 또한 예측이 불가능한 물리량 즉 암전류(Dark current)가 발생하게 되어 소자의 신뢰성을 저하시키는 문제점이 되고 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 포토다이오드 상부에 불규칙한 원자배열을 갖는 층으로 형성함으로써, 전하 이동도를 저하시켜 암전류를 최소화할 수 있는 이미지센서 및 그 제조 방법을 제공함을 목적으로 한다.
도 1 은 일반적인 CMOS 이미지센서의 단위화소를 나타낸 등가회로도,
도 2는 종래기술에 따른 이미지센서의 단위화소를 개략적으로 나타낸 단면도,
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서 제조 공정을 도시한 단면도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
40 : 기판
41 : 필드절연막
42, 43 : 게이트전극
44 : 스페이서
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 제1도전형의 기판 상에 형성된 제2도전형의 제1포토다이오드 영역; 상기 제1포토다이오드 영역 상에 형성된 제1도전형의 제2포토다이오드 영역; 및 상기 제2포토다이오드 영역 상부에 불규칙한 원자배열의 실리콘층을 구비하는 포토다이오드를 포함하는 이미지센서를 제공한다.
상기 실리콘층은 비정질실리콘층 또는 다결정실리콘층을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 실리콘층은 10Å ∼ 1000Å의 두께인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 이온주입을 통해 실리콘 기판 내부에 매립된 포토다이오드를 형성하는 단계; 및 아르곤을 이온주입하여 상기 포토다이오드의 상측 일부가 불규칙한 원자배열의 실리콘층이 되도록 하는 단계를 포함하여 이루어지는 이미지센서 제조 방법을 제공한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 이미지센서 제조 방법에 있어서, 이온주입을 통해 실리콘 기판 내부에 매립된 포토다이오드를 형성하는 단계; 및 상기 포토다이오드 상에 불규칙한 원자배열의 실리콘층을 증착하는 단계를 포함하여 이루어지는 이미지센서 제조 방법을 제공한다.
본 발명에서는 피닝(공핍)영역 이외의 표면 근처를 비정질실리콘 또는 다결정실리콘을 포함하는 층으로 형성함으로써, 전하의 이동도를 저하시켜 암전류를 감소시키고자 한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서 제조 공정을 도시한 단면도이다.
이하, 도 3a 내지 도 3b를 참조하여 이미지센서 제조 공정을 살펴본다. 여기서 반도체층(40)은 고농도인 P++ 층 및 P-Epi층이 적층된 것을 이용하는 바, 도면의 간략화를 위해 반도체층(40)으로 칭한다.
먼저, 이후 열공정에 의한 측면 확산(Lateral Diffusion)을 통해 소스 팔로워 역할을 하는 드라이브 게이트(Drive Gate, Dx)와 스위칭(Switching) 역할로 어드레싱(Addressing)을 할 수 있도록 하는 셀렉트 게이트(Select Gate, Sx)를 내포할 수 있도록 P-well(도시하지 않음)을 형성시키는 공정을 실시한다.
다음으로 도 3a에 도시된 바와 같이, 반도체층(40)에 국부적으로 필드 절연막(41)을 형성한 다음, 필드 절연막(41)과 떨어진 영역에 게이트전극(42, 43) 예컨대, 트랜스퍼 게이트를 형성하는 바, 이는 PD에서 플로팅 센싱 노드(Floating sensing node; 이하 FD라 함)로 광전자를 운반하기 위한 역할을 한다. 이어서, 이온주입 마스크(도시하지 않음)를 이용하여 필드 절연막(41)과 게이트전극(42, 43)에 접하는 PD용 불순물 영역(n-)을 반도체층(40) 내부에 소정의 깊이로 형성한다. 이 때, 높은 에너지 예컨대, 120KeV ∼ 160KeV의 에너지를 이용하여 1.0E16/㎤ ∼ 1.0E17/㎤ 농도의 저농도 불순물을 이용한다.
계속해서, 피알 스트립(PR strip)을 통해 이온주입 마스크를 제거한 다음, 질화막 등을 전면에 증착한 후 전면식각을 통해 게이트전극(42, 43) 측벽에 스페이서(44)를 형성한다. 여기서, 스페이서(44)는 후속 이온주입을 통한 LDD 구조를 형성하여 핫 캐리어 효과 등을 억제하기 위한 것이다. 이어서, FD 형성을 위한 고농도의 N형 불순물을 이온주입하여 n+(소스/드레인)를 형성한 후, 어닐 공정을 실시하여 n+(소스/드레인)이 확산되도록 한다.
이어서, 도 3b에 도시된 바와 같이 이온주입을 실시하여 상기 n- 영역 상부의 반도체층(40) 표면에 접하는 P0 영역을 형성한다. 예컨대, 20KeV ∼ 40KeV의 에너지를 이용하여 1.0E16/㎤ ∼ 1.0E17/㎤ 농도의 저농도 불순물을 이용한다.
이어서, 10KeV ∼ 50KeV의 에너지로 아르곤을 이온주입하여 포토다이오드(PD) 상측 일부가 불규칙한 원자배열의 실리콘층(X)이 되도록 한다.
여기서, 실리콘층(X)은 비정질실리콘층 또는 다결정실리콘층을 포함하는 것으로 PD의 표면으로부터 10Å ∼ 1000Å의 두께가 되도록 하는 것이 바람직하다. 이는 가능한한 표면 근처에서 발생하는 청색신호(Blue signal)에 영향을 덜주도록 적절한 두께로 하는 것이다.
아르곤을 이온주입하게 되면, 실리콘 결정 형태의 기판(40)이 비정질 형태의 실리콘으로 되는 바, 이는 후속 열처리 공정을 통하면 다시 결정질로 바뀌게 된다.본 발명에서는 P0 영역의 일부가 이러한 불규칙한 원자배열의 실리콘층(X)이 되도록 함으로써, PD 표면 근처에서의 댕글링 본드에서 발생하는 전하의 재결합 증가를 통하여 전하량을 감소시키며, 전하의 이동도(Mobility)를 감소시키게 된다. 비정질 등은 결정질에 비해 원자 배열의 불규칙성이나 결정립계(Grain boundary)에 의한 전하의 평균자유행정(Mean free path)의 감소를 초래하기 때문에 이동도가 저하된다. 따라서, 이 영역을 통과하여 PD의 전하공핍영역으로 이동하는 전하량이 감소하게 되어 암전류가 감소하게 된다.
이 때, 상술한 바와 같이, Ar 등의 중성이온을 이온주입하게 되므로 전기적인 도핑 효과를 방지할 수 있으나, 고온의 열공정을 거치게 되면 결정화가 이루어지므로 'X'영역의 형성은 n+ 어닐링 후에 형성하거나, 'X'영역의 형성을 먼저 진행할 경우에는 n+ 어닐링을 급속열처리(Rapid Thermal Process; 이하 RTP라 함)로 실시함으로써, 열처리 시간을 단축하도록 한다.상기한 바와 같은 이온주입을 통하여 불규칙한 원자배열을 갖는 실리콘층을 형성하는 것 이외에 일반적인 증착 공정을 이용할 수 도 있는 바, 10Å ∼ 1000Å의 두께가 되도록 하는 것이 바람직하다. 이 때, P0 영역에서의 표면의 높이가 증가하므로 이 경우에는 먼저 비정질실리콘층 또는 다결정실리콘층(X)을 증착한 다음, P0 이온주입을 실시한다.
이 때, 선택적인 식각을 통하여 PD 영역에만 비정질실리콘층 또는 다결정실리콘층(X)이 남도록 할 수도 있지만, 비정질실리콘과 다결정실리콘은 저항이 충분히 높기 때문에 즉, 도핑이 되지 않으면 전도성을 갖지 않게 때문에 후속 공정에서 별도의 도핑 공정이 없다면 이러한 선택적 식각 공정을 생략할 수 있다.
이상에서는 포토다이오드 형성 공정 까지 만을 개략적으로 도시하였으나, 도 3c는 본 발명에 따라 형성된 이미지센서의 개략적인 단면도를 도시한 것이다.
도 3c를 참조하면, 본 발명의 이미지센서는 그 상부에 불규칙한 원자배열을 갖는 실리콘층(X)을 갖는 포토다이오드(PD)를 포함하는 바, 포토다이오드(PD)는 P형의 기판(40) 상에 형성된 N형의 포토다이오드 영역(n-)과 n-영역 상에 형성된 P형의 포토다이오드 영역(P0)을 포함하며, 포토다이오드(PD)와 일측이 접하는 게이트전극(42, 43)과 포토다이오드(PD)와 오버랩되는 상부에 형성된 마이크로렌즈(ML)을 구비하여 구성된다.
상술한 바와 같이 이루어지는 본 발명의 이미지센서는, 전기적 도핑 효과가 없는 Ar 이온들을 포토다이오드 표면에 이온주입시켜 불규칙한 원자배열 즉, 비정질화 시키거나 다결정실리콘층 또는 비정질실리콘층을 증착시킴으로써, 암전류를 유발하는 전하의 이동도를 감소시켜 이에 따라 암전류를 최소화할 수 있음을 실시예를 통해 알아보았다.
또한, 아르곤 이온을 이용하여 포토다이오드 표면에 발생한 불안정한 댕글링본드를 제거함으로써 포토다이오드 표면에서의 캐리어 재결합률을 감소시킬 수 있게 되고, 이러한 표면 재결합률의 감소는 포토다이오드(PD)의 암전류를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같은 본 발명은 포토다이오드 표면을 비정질화 또는 다결정질화시킴으로써, 전하의 이동도를 감소시켜 암전류를 감소시킬 수 있을 뿐만아니라, 포토다이오드 표면에 형성된 실리콘 댕글링 본드에 아르곤 이온을 확산시키므로써 표면에서 발생하는 누설전류로 인한 암전류를 감소시킬 수 있어, 궁극적으로 이미지센서의 소자 특성을 크게 향상시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
Claims (12)
- 삭제
- 제1도전형의 기판 상에 형성된 제2도전형의 제1포토다이오드 영역;상기 제1포토다이오드 영역 상에 형성된 제1도전형의 제2포토다이오드 영역; 및상기 제2포토다이오드 영역 상부에 불규칙한 원자배열의 실리콘층을 구비하는 포토다이오드를 포함하는 이미지센서.
- 제 2 항에 있어서,상기 실리콘층은 비정질실리콘층 또는 다결정실리콘층을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서.
- 제 2 항에 있어서,상기 실리콘층은 10Å 내지 1000Å의 두께인 것을 특징으로 하는 이미지센서.
- 제 2 항에 있어서,상기 이미지센서는,상기 포토다이오드와 일측이 접하는 게이트전극; 및상기 포토다이오드와 오버랩되는 상부에 형성된 마이크로렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서.
- 제 2 항에 있어서,상기 제1도전형은 P형이며, 상기 제2도전형은 N형인 것을 특징으로 하는 이미지센서.
- 이미지센서 제조 방법에 있어서,이온주입을 통해 실리콘 기판 내부에 매립된 포토다이오드를 형성하는 단계; 및아르곤을 이온주입하여 상기 포토다이오드의 상측 일부가 불규칙한 원자배열의 실리콘층이 되도록 하는 단계를 포함하는 이미지센서 제조 방법.
- 이미지센서 제조 방법에 있어서,이온주입을 통해 실리콘 기판 내부에 매립된 포토다이오드를 형성하는 단계; 및상기 포토다이오드 상에 불규칙한 원자배열의 실리콘층을 증착하는 단계를 포함하는 이미지센서 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 실리콘층을 형성하는 단계에서 10KeV 내지 50KeV의 에너지를 이용하여 이온주입 에너지를 이용하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.
- 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,상기 실리콘층은 비정질실리콘층 또는 다결정실리콘층을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.
- 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,상기 실리콘층은 10Å 내지 1000Å의 두께인 것을 특징으로 하는 이미지센서.
- 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,상기 포토다이오드 형성 단계는,상기 실리콘 기판에 이온주입을 실시하여 N형 포토다이오드 영역을 형성하는 단계; 및이온주입을 실시하여 상기 N형 포토다이오드 영역 상에 P형 포토다이오드 영역을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.
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Patent Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| JPH05136386A (ja) * | 1991-11-13 | 1993-06-01 | Seiko Epson Corp | イメージセンサ |
| KR20000003407A (ko) * | 1998-06-29 | 2000-01-15 | 김영환 | 이미지센서의 포토다이오드 |
| KR20010061353A (ko) * | 1999-12-28 | 2001-07-07 | 박종섭 | 씨모스 이미지센서 및 그 제조방법 |
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