KR100464954B1 - 입사광의 파장에 따른 깊이를 갖는 포토다이오드를 구비한시모스 이미지센서의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 시모스 이미지센서의 제조방법에 관한 것으로, 입사하는 빛의 파장에 따라 포토다이오드의 도핑프로파일을 조절하여 이미지센서의 특성을 향상시킨 발명이다. 이를 위한 본 발명은 청색 녹색 및 적색 픽셀에 대응하는 영역에 버퍼레이어를 각각 형성하고 이를 이용하여 이온주입공정을 진행하여 각 픽셀에 대응하는 포토다이오드의 깊이를 달리하여 형성한 발명이다.
Description
본 발명은 시모스 이미지센서에 관한 것으로 특히, 입사하는 빛의 파장에 따라 포토다이오드의 도핑 깊이를 달리 형성하여 광 특성을 향상시킴과 동시에 전하운송효율의 저하를 방지한 시모스 이미지센서의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지센서라 함은 광학 영상(optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체소자로서, 이중에서 전하결합소자(CCD : charge coupled device)는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 커패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 커패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, 시모스(Complementary MOS) 이미지센서는 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소수 만큼의 MOS트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.
CCD(charge coupled device)는 구동 방식이 복잡하고 전력소모가 많으며, 마스크 공정 스텝 수가 많아서 공정이 복잡하고 시그날 프로세싱 회로를 CCD 칩내에 구현 할 수 없어 원칩(One Chip)화가 곤란하다는 등의 여러 단점이 있는 바, 최근에 그러한 단점을 극복하기 위하여 서브-마이크론(sub-micron) CMOS 제조기술을 이용한 CMOS 이미지센서의 개발이 많이 연구되고 있다. CMOS 이미지센서는 단위 화소(Pixel) 내에 포토다이오드와 모스트랜지스터를 형성시켜 스위칭 방식으로 차례로 신호를 검출함으로써 이미지를 구현하게 되는데, CMOS 제조기술을 이용하므로 전력 소모도 적고 마스크 수도 20개 정도로 30∼40개의 마스크가 필요한 CCD 공정에 비해 공정이 매우 단순하며 여러 신호 처리 회로와 원칩화가 가능하여 차세대 이미지센서로 각광을 받고 있다.
도1a는 통상의 CMOS 이미지센서에서 1개의 포토다이오드(PD)와 4개의 MOS 트랜지스터로 구성된 단위화소(Unit Pixel)를 도시한 회로도로서, 빛을 받아 광전하를 생성하는 포토다이오드(100)와, 포토다이오드(100)에서 모아진 광전하를 플로팅확산영역(102)으로 운송하기 위한 트랜스퍼 트랜지스터(101)와, 원하는 값으로 플로팅확산영역의 전위를 세팅하고 전하를 배출하여 플로팅확산영역(102)를 리셋시키기 위한 리셋 트랜지스터 (103)와, 소스 팔로워 버퍼 증폭기(Source Follower Buffer Amplifier) 역할을 하는 드라이브 트랜지스터(104), 및 스위칭(Switching) 역할로 어드레싱(Addressing)을 할 수 있도록 하는 셀렉트 트랜지스터(105)로 구성된다. 단위 화소 밖에는 출력신호(Output Signal)를 읽을 수 있도록 로드(load) 트랜지스터(106)가 형성되어 있다.
도1b는 도1a에 도시된 이미지센서의 단위화소에서 포토다이오드와 트랜스퍼 트랜지스터(101)를 중심으로 그 단면구조를 도시한 도면으로, 단위화소를 구성하는 4개의 트랜지스터 중에서 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트 전극(13)만 도시하였으며 나머지 트랜지스터들은 도시하지 않았다.
이러한 점을 참조하면 설명하면 먼저, 상대적으로 고농도인 p형 반도체 기판(10) 상에 에피택셜 성장된 저농도의 p형 에피층(11)이 도시되어 있으며, p형 에피층(11)의 일정영역에는 활성영역과 필드영역을 정의하는 트렌치 구조의 소자분리막(12)이 형성되어 있다. 그리고 도시된 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트 전극(13)의 양 측벽에는 스페이서(15)가 형성되어 있다.
p/n/p형 포토다이오드를 구성하는 p형 이온주입영역(16)은 일측은 스페이서(15)에 정렬되고 타측은 소자분리막(12)에 정렬되어 p형 에피층(11)의 표면으로부터 일정깊이에 형성되어 있으며, p형 이온주입영역(16)의 하부에는 n형 이온주입영역(14)이 에피층내에 형성되어 있는데, n형 이온주입영역(14)의 일측은 게이트전극(13)에 정렬되어 있으며 타측은 소자분리막(12)에 정렬되어 있다.
이와 같이, 반도체 기판 표면근처에 형성된 p형 이온주입영역(16)과 그 하부에 위치한 n형 이온주입영역(14) 그리고 p형 에피층(11)이 pn 접합을 이루면서 p/n/p포토다이오드 역할을 하게 된다.
포토다이오드용 p형 이온주입영역(16)을 최상부에 형성하게 되면, n형 이온주입영역(14)의 pinning 현상을 유발하는데, 이 경우 n형 이온주입영역(14)에서 더 많은 광 전하를 모을 수 있는 장점이 있기 때문에, n형 이온주입영역(14)의 상부에 p형 이온주입영역(16)을 형성하여 사용하고 있다.
도1b에 도시된 점선부분(A)은 p형 이온주입영역(16)의 깊이와 도즈량을 증가시켜서 형성한 경우를 도시한 도면으로 이에 대해서는 도3a를 참조하여 후술한다.
종래에는 이와같은 구조를 가진 단위화소가 모든 색에 대하여 동일하게 형성되어 사용되었다. 즉, 단위화소의 상부에는 칼라이미지 구현을 위해 칼라필터가 각각의 단위화소에 하나씩 대응하여 형성되어 있는데, 통상적으로 3가지 색깔(예를 들면, 적색, 녹색, 청색)의 칼라필터가 사용된다. 전술한 적색(Red), 녹색(Green) 및 청색(Blue)의 3가지 칼라이외에도 옐로우(Yellow), 마젠타(Magenta) 및 시안(Cyan)의 3가지 칼라를 이용하여 칼라필터를 구현할 수 도 있다.
포토다이오드로 입사하는 빛의 파장이 증가할 수록 포토다이오드로 침투하는 침투깊이는 증가하지만 흡수율은 감소되는 특성을 갖는다. 따라서 빛의 흡수율을 최대화할 목적으로 파장에 대응하여 포토다이오드를 형성하는 방법이 필요하다.
즉, 침투깊이가 깊은 적생광의 경우에는 인접단위화소로 침투하여 누화현상을 유발할 수 있으며, 침투깊이가 얕은 청색광의 경우에는 실리콘 표면근처에서 좀더 잘 흡수되는 성질을 갖고 있으므로 이와같은 성질을 이용하여 시모스 이미지센서의 광특성을 향상시킬 수 있는 포토다이오드 형성방법이 필요하게 되었다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 입사광의 파장에 따라 포토다이오드이 도핑깊이를 조절하여 광 특성을 향상시킴과 동시에 전하운송효율의 감소를 방지한 시모스 이미지센서의 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.
도1a은 종래기술에 따른 시모스 이미지센서의 단위화소를 보인 회로도,
도1b는 도1a에 도시된 단위화소중에서 포토다이오드와 트랜스퍼 트랜지스터를 중심으로 단위화소의 단면을 도시한 단면도,
도2a 내지 도2e는 본 발명의 일실시예에 따른 시모스 이미지센서의 제조공정으 도시한 공정단면도,
도3a는 종래의 구성에서 트랜스퍼 트랜지스터가 온-오프 되는 경우에 포토다이오드와 트랜스퍼 트랜지스터의 채널영역의 포텐셜변화를 도시한 그래프,
도3b는 본 발명에 따른 구성에서 트랜스퍼 트랜지스터가 온-오프 되는 경우에 포토다이오드와 트랜스퍼 트랜지스터의 채널영역의 포텐셜변화를 도시한 그래프,
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
21 : 기판
22 : 에피층
23 : 소자분리막
24 : 제 1 버퍼레이어
25 : 제 2 버퍼레이어
26a : 블루픽셀의 n형 이온주입영역
26b : 그린픽셀의 n형 이온주입영역
26c : 레드픽셀의 n형 이온주입영역
27 : 제 3 버퍼레이어
28 : 제 4 버퍼레이어
29a : 블루픽셀의 p형 이온주입영역
29b : 그린픽셀의 p형 이온주입영역
29c : 레드픽셀의 p형 이온주입영역
30 : 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트전극
31 : 스페이서
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 상대적으로 단파장의 빛을 감지하는 제1픽셀과, 상기 제1픽셀이 감지하는 빛보다 장파장인 빛을 감지하는 제2픽셀과, 상기 제1픽셀이 감지하는 빛보다 장파장의 빛을 감지하는 제3픽셀을 구비한 시모스 이미지센서의 제조방법에 있어서, 소자분리막이 형성된 기판 상에 제1버퍼레이어를 형성하고 이를 선택적으로 제거하여 상기 제1픽셀이 형성될 영역에만 상기 제1버퍼레이어를 잔존시키는 단계; 상기 제1버퍼레이어를 포함한 기판상에 제2버퍼레이어를 형성하고 이를 선택적으로 식각하여 상기 제1픽셀과 상기 제2픽셀이 형성될 영역에만 상기 제2버퍼레이어를 잔존시키는 단계; 상기 제1 및 제2 버퍼레이어를 이용하여 포토다이오드용 n형 이온주입공정을 진행하는 단계; 상기 제1 및 제2버퍼레이어를 제거하고 기판 상에 트랜지스터의 게이트전극을 포함한 관련소자를 형성하는 단계; 기판 상에 제3버퍼레이어를 형성하고 이를 선택적으로 제거하여 상기 제1픽셀이 형성될 영역에만 상기 제3버퍼레이어를 잔존시키는 단계; 상기 제3버퍼레이어를 포함한 기판상에 제4버퍼레이어를 형성하고 이를 선택적으로 식각하여 상기 제3버퍼레이어 상부와 상기 제2픽셀이 형성될 영역에만 상기 제4버퍼레이어를 잔존시키는 단계; 및 상기 제3 및 제4 버퍼레이어를 이용하여 포토다이오드용 p형 이온주입공정을 진행하는 단계를 포함하여 이루어진다.
본 발명은 입사광의 파장에 비례하여 포토다이오드의 깊이를 달리 형성하여 이미지센서의 광 특성을 최적화한 것이며 또한, 포토다이오드의 깊이가 증가함에 따른 전하운송효율의 저하를 방지한 발명이다.
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 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도2a 내지 도2e는 본 발명의 일실시에에 따른 시모스 이미지센서의 제조공정을 도시한 도면으로 이를 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명한다. 먼저, 도2a에 도시된 바와같이 고농도의 p형 반도체 기판(21) 상에 저농도의 p형 에피층(22)을 성장시킨다.
도2a에 도시된 바와같이 고농도의 p형 기판(21) 상에 저농도의 p형 에피층(22)을 사용하는 이유는 첫째, 저농도의 p 에피층이 존재하므로 포토다이오드의 공핍영역(Depletion region)을 크고 깊게 증가시킬 수 있어 광전하를 모으기 위한 포토다이오드의 능력(ability)을 증가시킬 수 있다. 둘째, p형 에피층(22)의 하부에 고농도의 p+기판(21)을 갖게되면, 이웃하는 단위화소(pixel)로 전하가 확산되기 전에 이 전하가 빨리 재결합(Recombination)되기 때문에 광전하의 불규칙 확산(Random Diffusion)을 감소시켜 광전하의 전달 기능 변화를 감소시킬 수 있다.
다음으로 p형 에피층(22)의 일정영역에, 활성영역과 필드영역을 정의하는 트렌치 소자분리막(23)을 형성하고 에피층(22) 상에 트랜지스터의 게이트 전극(미도시)을 형성한다.
도2a에는 적색, 녹색, 청색픽셀에 해당하는 영역이 도시되어 있으며, 각각의 단위화소를 구성하는 트랜지스터들은 도시하지 않았다. 여기서 적색픽셀이라 함은 적색필터가 형성되는 단위화소를 말한다. 이하, 녹색 및 청색픽셀도 각각의 칼라필터가 형성되는 단위화소를 일컫는다.
다음으로 소자분리막(23)을 포함하는 에피층(22) 상에 제 1 버퍼레이어(24)를 형성하고, 청색픽셀에 대응하는 에피층의 상부에만 제 1 버퍼레이어(24)가 잔존하도록 제 1 버퍼레이어(24)의 일정부분을 식각하여 제거한다. 제 1 버퍼레이어 (24)로는 광투과성이 우수한 산화막을 이용하며, 1000 ∼ 1500Å 정도의 두께를 갖게 형성한다.
이와같이 제 1 버퍼레이어(24)를 일정부분 제거하기 위해서는 마스크가 필요한데, 본 발명의 일실시예에서는 칼라필터를 형성하는데 사용되는 마스크를 그대로이용하였다.
즉, 네가티브 포토레지스트로 구성된 청색필터를 형성하는데 이용되는 마스크를 이용하여, 청색픽셀에 대응하는 제 1 버퍼레이어(24)의 상부만을 덮은뒤, 습식식각법으로 제 1 버퍼레이어(24)를 식각하면 청색픽셀에 대응하는 에피층의 상부에만 제 1 버퍼레이어를 잔존시킬 수 있다.
다음으로 도2b에 도시된 바와 같이 제 1 버퍼레이어(24)와 소자분리막(23)을 포함하는 에피층(22)의 상부에 제 2 버퍼레이어(25)를 형성하고 청색필터 및 녹색필터를 형성하는데 사용된 마스크(네가티브 포토레지스트로 구성됨)를 이용하여 제 2 버퍼레이어를 습식식각하면, 청색필셀 및 녹색픽셀에 대응하는 영역에만 제 2 버퍼레이어(25)를 잔존시킬 수 있다.
이와같이 청색필셀 및 녹색픽셀에 대응하는 영역에만 제 2 버퍼레이어를 잔존시키기 위해서는 전술한 바와같이 청색필터 및 녹색필터를 형성하는데 사용된 마스크이외에도 레드필터를 형성하기 위한 마스크(포지티브 포토레지스트로 구성됨)가 사용될 수도 있다.
그리고 제 2 버퍼레이어(25)로는 역시, 광투과성이 우수한 산화막을 이용하며, 1000 ∼ 1500Å 정도의 두께를 갖게 형성한다.
이때, 청색픽셀에 대응하는 영역에는 이미 제 1 버퍼레이어(24)가 형성되어 있으므로 제 2 버퍼레이어(25)는 제 1 버퍼레이어 상에 적층되어 잔존하며, 녹색픽셀에 대응하는 영역에는 에피층 상에 제 2 버퍼레이어(25)가 잔존한다.
이와같이 제 2 버퍼레이어를 청색픽셀 및 녹색픽셀에 대응하는 영역에만 잔존시키기 위해 수행되는 식각공정에서 사용되는 마스크는 역시 칼라필터를 형성하는데 사용되는 마스크를 그대로 이용한다.
즉, 청색필터와 녹색필터를 형성하는데 사용되는 마스크를 네가티브 포토레지스트로 구성하여 제 2 버퍼레이어(25) 상에 형성하고, 제 2 버퍼레이어(25)를 습식식각하면 청색픽셀 및 녹색픽셀에 대응하는 영역에만 제 2 버퍼레이어를 잔존시킬 수 있다.
이상과 같이 제 1 및 제 2 버퍼레이어를 형성하면, 후속공정으로 포토다이오드용 n형 이온주입영역을 형성하기 위한 이온주입공정시에, 버퍼레이어의 존재때문에 각각의 n형 이온주입영역의 깊이가 달라지게 된다.
즉, 파장이 긴 적색광을 필터링하는 적색픽셀의 경우, 에피층상 에 버퍼레이어가 없으므로 n형 이온주입영역이 가장 깊게 형성되며, 적색, 녹색, 청색광 중에서 중간 파장을 갖는 녹색광을 필터링하는 녹색픽셀의 경우, 제 2 버퍼레이어(25)가 에피층 상에 존재하기 때문에 n형 이온주입영역이 중간깊이를 갖는다. 파장이 가장짧은 청색광을 필터링하는 청색필터의 경우, 에피층 상에 제 1 및 제 2 버퍼레이어(24, 25)가 있기 때문에 n형 이온주입영역이 가장 얕게 형성된다.
이를 도2c에 도시하였다. 도2c는 전술한 바와같이, 제 1 및 제 2 버퍼레이어를 형성한 이후에, 포토다이오드용 n형 이온주입을 위한 이온주입 마스크(미도시) 형성하고 이온주입공정을 진행한 다음, 이온주입 마스크 및 제 1 및 제 2 버퍼레이어를 제거한 모습을 보인 도면이다.
청색픽셀에 대응하는 n형 이온주입영역(26a)의 깊이(hB)가 가장 얕으며, 녹색픽셀에 대응하는 n형 이온주입영역(26b)의 깊이(hG)가 중간정도이며, 적색픽셀에 대응하는 n형 이온주입영역(26c)의 깊이(hR)가 가장 깊은 것을 알 수 있다.
적색광은 침투깊이가 가장 길기 때문에, 에피층의 내부로 깊게 침투할 수 있으며, 만일 에피층의 깊숙한 영역에 n형 이온주입영역이 존재하지 않아서 적색광이 흡수되지 않는다면 적색광의 흡수율이 감소하게 되며 또한, 이러한 적색광은 인접단위화소로 왜곡된 신호를 전달하여 누화현상을 유발할 수도 있다. 본 발명의 일실시예에서는 적색광에 대응하는 n형 이온주입영역의 깊이를 가장 깊게 형성하였기 때문에 전술한 문제점을 해결할 수 있는 장점이 있다.
청색광의 경우는 파장이 가장 짧아서 침투깊이 역시 가장 짧다. 본 발명의 일실시예에서는 이에 대응하여 청색픽셀의 n형 이온주입영역의 깊이를 가장 얕게 형성하여 청색광에 대한 광 흡수율을 향상시켰다.
이와같이 n형 이온주입영역(26a, 26b, 26c)을 형성한 이후에, 트랜지스터의 스페이서와 엘디디(LDD) 구조 및 소스/드레인 영역등을 형성하는 공정을 수행한다. 이에 대한 공정은 도면에 도시하지 않았다.
다음으로 도2d에 도시된 바와같이 p형 이온주입영역을 형성하기 전에 제 3 및 제 4 버퍼레이어(27, 28)를 각각 형성한다. 제 3 및 제 4 버퍼레이어 역시 제 1 및 제 2 버퍼레이어(24, 25)의 기능과 동일하게 이온주입영역의 깊이를 달리하기 위하여 형성한다.
즉, 소자분리막(23)을 포함하는 에피층(22) 상에 제 3 버퍼레이어(27)를 형성하고, 청색픽셀에 대응하는 에피층의 상부에만 제 3 버퍼레이어(27)가 잔존하도록 제 3 버퍼레이어(27)의 일정부분을 식각하여 제거한다. 제 3 버퍼레이어 (27)로는 광투과성이 우수한 산화막을 이용하며, 1000 ∼ 1500Å 정도의 두께를 갖게 형성한다.
이와같이 제 3 버퍼레이어(24)를 일정부분 제거하기 위해서 사용되는 마스크는 제 1 버퍼레이어를 선택적으로 식각하는데 사용된 마스크를 그대로 이용하였다.
즉, 네가티브 포토레지스트로 구성된 청색필터를 형성하는데 이용되는 마스크를 이용하여, 습식식각법으로 제 3 버퍼레이어(27)를 식각하면 청색픽셀에 대응하는 에피층의 상부에만 제 3 버퍼레이어를 잔존시킬 수 있다.
다음으로 제 3 버퍼레이어(27)와 소자분리막(23)을 포함하는 에피층(22)의 상부에 제 4 버퍼레이어(28)를 형성하고 적절한 마스크를 이용하여 제 4 버퍼레이어를 습식식각하면, 청색필셀 및 녹색픽셀에 대응하는 영역에만 제 4 버퍼레이어(28)를 잔존시킬 수 있다. 제 4 버퍼레이어(28)로는 역시, 광투과성이 우수한 산화막을 이용하며, 1000 ∼ 1500Å 정도의 두께를 갖게 형성한다.
이때, 청색픽셀에 대응하는 영역에는 이미 제 3 버퍼레이어(27)가 형성되어 있으므로 제 4 버퍼레이어(25)는 제 3 버퍼레이어 상에 적층되어 잔존하며, 녹색픽셀에 대응하는 영역에는 에피층 상에 제 4 버퍼레이어(28)가 잔존한다.
이와같이 제 4 버퍼레이어를 청색픽셀 및 녹색픽셀에 대응하는 영역에만 잔존시키기 위해 수행되는 식각공정에서 사용되는 마스크는 역시 제 2 버퍼레이어를선택적으로 식각하는데 사용된 마스크를 그대로 이용한다.
즉, 청색필터와 녹색필터를 형성하는데 사용되는 마스크를 네가티브 포토레지스트로 구성하여 제 4 버퍼레이어(28) 상에 형성하고, 제 4 버퍼레이어(28)를 습식식각하면 청색픽셀 및 녹색픽셀에 대응하는 영역에만 제 4 버퍼레이어를 잔존시킬 수 있다.
다음으로 도2e에 도시된 바와같이 제 3 및 제 4 버퍼레이어(27, 28)가 잔존한 상태에서, 포토다이오드용 p형 이온주입영역을 형성하기 위한 이온주입공정을 진행한다.
p형 이온주입영역 역시, n형 이온주입영역과 마찬가지로 각각의 색깔에 대응하는 픽셀에 따라 서로다른 깊이를 갖게 형성된다. 이에 대해서는 전술한 내용과 유사하므로 상술하지 않는다. 간략하게는 청색픽셀에 대응하는 p형 이온주입영역 (29a)의 깊이가 가장 얕으며, 적색픽셀에 대응하는 p형 이온주입영역(29c)의 깊이가 가장 깊다. 녹색픽셀에 대응하는 p형 이온주입영역(29b)은 중간정도의 깊이를 갖는다. 빛의 파장에 따라 서로 다른 깊이를 갖게 형성된 n형 및 p형 이온주입영역을 도2e에 도시하였다.
본 발명에서는 입사하는 빛의 파장에 비례하여 포토다이오드용 도핑영역의 깊이를 달리하여 형성함으로써 소자의 광특성의 향상시켰으며, 특히 적색광과 청색광에 대한 광 특성을 향상시켰다. 특히, 본 발명을 시모스 이미지센서에 적용하면 적색광의 경우, 광 특성의 향상이외에도 누화현상도 감소시키는 장점이 있다.
도2e를 참조하면, 본 발명에서는 포토다이오드용 n형 이온주입영역(26a,26b, 26c)의 깊이뿐만 아니라, 포토다이오드용 p형 이온주입영역(29a, 29b, 29c)의 깊이도 파장에 따라 달리 형성하였는데, 이에 대해 도3a 내지 도3b를 참조하여 설명한다.
도3a는 도1b에 도시된 종래의 구성을 갖는 시모스 이미지센서에서 트랜스퍼 트랜지스터가 온-오프 되는 경우에, 포토다이오드와 트랜스퍼 트랜지스터의 채널영역의 포텐셜변화를 도시한 그래프이다.
이를 참조하면, 트랜스퍼 트랜지스터가 오프(off) 되어 있는 경우에는, 채널영역의 포텐셜이 높으므로(도3a에서 B로 표시) 포토다이오드에 모여있는 광전하가 플로팅확산영역쪽으로 넘어가지 못하지만, 트랜스퍼 트랜지스터가 온(on)되는 경우에는 채널영역의 포텐셜이 낮아지므로(도3a에서 C로 표시) 포토다이오드에 모여있는 광전하가 플로팅확산영역쪽으로 넘어가게 된다.
이와같이 채널이 온 되는 경우에, 포토다이오드에 모여있는 광전하가 플로팅확산영역쪽으로 이동하는 힘은, 포토다이오드와 채널영역 사이의 포텐셜 차이(△Φ)에 비례하는데, p형 이온주입영역의 깊이나 도즈량이 증가하면(도3a에서 A로 표시) 포텐셜 차이가 d1 만큼 증가하는 장점이 있다.
즉, p형 이온주입영역의 깊이나 도즈량이 증가되지 않는 경우에는, 포토다이오드와 채널영역의 포텐셜 차이는 d2 이지만, p형 이온주입영역의 깊이나 도즈량을 증가시키는 경우에는, 포토다이오드와 채널영역의 포텐셜 차이는 d2 ＋ d1 로 증가하게 되어, 그 만큼 전하운송효율이 증가하는 장점이 있다.
통상적으로 포토다이오드용 n형 이온주입영역의 깊이가 증가하게 되면, 포텐셜 차이가 감소하여(즉, 도3a에서 d2 가 감소함) 전하전달효율이 감소하는데, 본 발명의 일실시예에서는 p형 이온주입영역의 깊이도 조절함으로써, 포토다이오드용 n형 이온주입영역의 깊이가 증가함에 따른 전하전달효율(charge transfer efficiency)의 감소를 방지하였다.
즉, 도3a를 다시 참조하면, 포토다이오드용 n형 이온주입영역의 깊이를 증가시키는 경우에는 d2는 감소하게 된다. 하지만 본 발명에서는 포토다이오드용 p형 이온주입영역의 깊이를 증가시켜서 도3a의 d1을 증가시킴으로써, d2가 감소한 부분을 상쇄하였다.
도3b는 n형 이온주입영역과 p형 이온주입영역의 깊이를 모두 증가시켜서 포토다이오드를 형성한 경우에, 트랜스퍼 트랜지스터의 온-오프에 따른 포토다이오드와 트랜스퍼 트랜지스터의 채널영역의 포텐셜변화를 도시한 그래프로서 이를 참조하면, 트랜스퍼 트랜지스터가 오프(off) 되어 있는 경우에는, 도3a와 마찬가지로 채널영역의 포텐셜이 높으므로 포토다이오드에 모여있는 광전하가 플로팅확산영역쪽으로 넘어가지 못한다. 트랜스퍼 트랜지스터가 온(on)되는 경우에도 도3a와 마찬가지로 채널영역의 포텐셜이 낮아지므로 포토다이오드에 모여있는 광전하가 플로팅확산영역쪽으로 넘어가게 된다.
도3b참조하면 포토다이오드용 n형 이온주입영역의 깊이가 증가하는 경우에는, 포토다이오드영역의 포텐셜과 채널영역의 포텐셜(채널의 오프되었을때) 차이는 d2' 로서 도3a에 도시된 d2와 비교해 보면 포텐셜 차이가 감소하였음을 알 수 있다.(d2' ＜ d2)
하지만 본 발명에서는 p형 이온주입영역의 깊이도 증가시켜서 형성하기 때문에 그에 따른 포텐셜 증가가 d1' 만큼 있게 된다. 따라서 이를 도3a에 도시된 그래프와 비교하여 보면, 본 발명에서는 d2'은 d2 보다 감소하였지만, d1' 가 d1 보다 증가하였기 때문에, 총 포텐셜 차이는 별 차이가 없게 되므로(△Φ≒ △Φ'), 전하전송효율의 감소를 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명이 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 명백할 것이다.
본 발명을 시모스 이미지센서에 적용하면, 입사광의 파장별로 포토다이오드의 깊이를 달리 형성하여 줌으로써 적색광에 의한 누화현상을 방지하고 청색광에 대한 흡수율을 향상시킬 수 있으며 또한, 포토다이오드용 n형 이온주입영역이 증가함에 따른 전하전달효율의 저하를 방지할 수 있어 시모스 이미지센서의 데드존 특성이 우수한 장점이 있다.
Claims (7)
- 상대적으로 단파장의 빛을 감지하는 제1픽셀과, 상기 제1픽셀이 감지하는 빛보다 장파장인 빛을 감지하는 제2픽셀과, 상기 제1픽셀이 감지하는 빛보다 장파장의 빛을 감지하는 제3픽셀을 구비한 시모스 이미지센서의 제조방법에 있어서,소자분리막이 형성된 기판 상에 제1버퍼레이어를 형성하고 이를 선택적으로 제거하여 상기 제1픽셀이 형성될 영역에만 상기 제1버퍼레이어를 잔존시키는 단계;상기 제1버퍼레이어를 포함한 기판상에 제2버퍼레이어를 형성하고 이를 선택적으로 식각하여 상기 제1픽셀과 상기 제2픽셀이 형성될 영역에만 상기 제2버퍼레이어를 잔존시키는 단계;상기 제1 및 제2 버퍼레이어를 이용하여 포토다이오드용 n형 이온주입공정을 진행하는 단계;상기 제1 및 제2 버퍼레이어를 제거하고 기판 상에 트랜지스터의 게이트전극을 포함한 관련소자를 형성하는 단계;기판 상에 제3버퍼레이어를 형성하고 이를 선택적으로 제거하여 상기 제1픽셀이 형성될 영역에만 상기 제3버퍼레이어를 잔존시키는 단계;상기 제3버퍼레이어를 포함한 기판상에 제4버퍼레이어를 형성하고 이를 선택적으로 식각하여 상기 제3버퍼레이어 상부와 상기 제2픽셀이 형성될 영역에만 상기 제4버퍼레이어를 잔존시키는 단계; 및상기 제3 및 제4 버퍼레이어를 이용하여 포토다이오드용 p형 이온주입공정을진행하는 단계를 포함하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 내지 제 4 버퍼레이어는 산화막이며, 1000 ∼ 1500Å 의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 내지 제 3 픽셀은 각각 청색, 녹색, 적색의 광을 감지하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 또는 제 3 버퍼레이어를 선택적으로 식각하는 단계에서,상기 제 1 픽셀에 대응하는 칼라필터를 형성하기 위한 마스크가 변형되어 사용되며, 상기 마스크는 네가티브 포토레지스로 이루어진 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서상기 제 2 또는 제 4 버퍼레이어를 선택적으로 식각하는 단계에서,상기 제 1 픽셀과 상기 제 2 픽셀에 각각 대응하는 칼라필터를 형성하기 위한 마스크가 사용되며, 상기 마스크는 네가티브 포토레지스로 이루어진 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서상기 제 2 또는 제 4 버퍼레이어를 선택적으로 식각하는 단계에서,상기 제 3 픽셀에 대응하는 칼라필터를 형성하기 위한 마스크가 사용되며, 상기 마스크는 포지티브 포토레지스트로 이루어진 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 버퍼레이어를 선택적으로 식각하는 단계에서,상기 제 1 버퍼레이어는 습식식각법으로 식각되는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
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