KR100512177B1 - Image sensor and method of fabricating the same - Google Patents
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Abstract
이미지 센서 및 그 제조방법을 제공한다. 이 이미지 센서는 기판에 형성된 포토다이오드들 상에 블로킹 패턴이 배치된다. 블로킹 패턴은 실리콘산화막에 비하여 금속원소의 확산계수가 낮은 절연막으로 이루어진다. 따라서, 블로킹 패턴은 금속원소의 오염으로 부터 포토다이오드들을 보호한다. 그 결과, 종래의 다크결함을 최소화할 수 있다. 또한, 이미지 센서는 색비조절막을 구비한다. 색비조절막은 색광 3원색인 블루, 그린 및 레드의 감도들 간의 색비를 조절한다. 이에 따라, 이미지 센서가 구현하는 영상의 색 선명도를 향상시킬 수 있다.An image sensor and a method of manufacturing the same are provided. In this image sensor, a blocking pattern is disposed on photodiodes formed on a substrate. The blocking pattern is made of an insulating film having a lower diffusion coefficient of a metal element than a silicon oxide film. Thus, the blocking pattern protects the photodiodes from contamination of metal elements. As a result, conventional dark defects can be minimized. In addition, the image sensor includes a color ratio adjusting film. The color ratio adjusting film adjusts the color ratio between the sensitivity of blue, green and red, which are three primary colors of color light. Accordingly, color sharpness of an image implemented by the image sensor may be improved.
Description
본 발명은 반도체 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히, 이미지 센서(CMOS image sensor) 및 그 제조방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to an image sensor and a method of manufacturing the same.
반도체 소자 중 이미지 센서(image sensor)는 광학적 이미지를 전기적 신호로 변형시키는 소자이다. 상기 이미지 센서는 크게 두가지로 구분될 수 있다. CMOS(Complementary Metal-Oxide-Silicon) 이미지 센서 및 CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서가 그것이다. 상기 CCD 이미지 센서는 상기 CMOS 이미지 센서에 비하여 광감도(sensitivity) 및 노이즈(noise)에 대한 특성이 우수하나, 고집적화에 어려움이 있고, 전력소모가 높다. 이에 반하여, 상기 CMOS 이미지 센서는 CCD 이미지 센서에 비하여 공정들이 단순하고, 고집적화에 적합하며, 전력소모가 낮다.Among semiconductor devices, an image sensor is an element that transforms an optical image into an electrical signal. The image sensor can be classified into two types. Complementary Metal-Oxide-Silicon (CMOS) image sensors and Charge Coupled Device (CCD) image sensors. The CCD image sensor is superior in sensitivity to noise and noise than the CMOS image sensor, but has high integration difficulty and high power consumption. In contrast, the CMOS image sensor has simpler processes, is suitable for high integration, and has lower power consumption than a CCD image sensor.
최근, 반도체 소자의 제조기술이 고도로 발전함에 따라, CMOS 소자의 제조기술 및 특성이 크게 향상되고 있다. 따라서, 상기 CMOS 이미지 센서에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.In recent years, as the manufacturing technology of semiconductor devices is highly developed, the manufacturing technology and characteristics of CMOS devices are greatly improved. Therefore, research on the CMOS image sensor is actively progressing.
통상적으로, 상기 CMOS 이미지 센서의 화소(pixel)는 빛을 받아들이는 포토다이오드와 상기 포토다이오드로 부터 입력된 영상신호들을 제어하는 CMOS 소자들로 구성된다.Typically, a pixel of the CMOS image sensor includes a photodiode that receives light and CMOS elements that control image signals input from the photodiode.
도 1은 전형적인 씨모스 이미지 센서의 화소(pixel)를 나타내는 등가회로도이다.1 is an equivalent circuit diagram illustrating a pixel of a typical CMOS image sensor.
도 1을 참조하면, 씨모스 이미지 센서는 포토다이오드(PD), 이송 트랜지스터(TT,transfer transistor), 리셋 트랜지스터(TR, reset transistor), 선택 트랜지스터(TS,select transistor) 및 억세스 트랜지스터(TA,access transistor)를 구비한다. 상기 포토다이오드(PD)에 상기 이송 트랜지스터(TT) 및 리셋 트랜지스터(TR)가 직렬로 접속하고, 상기 리셋 트랜지스터(TR)의 드레인에 인가전압(Vdd)이 접속된다. 상기 이송 트랜지스터(TT)의 드레인(리셋 트랜지스터의 소오스)은 부유확산층(F/D, foating diffusion)에 해당한다. 상기 부유확산층(F/D)은 상기 선택 트랜지스터(TS)의 게이트에 접속된다. 상기 선택 트랜지스터(TS) 및 상기 억세스 트랜지스터(TA)는 직렬로 접속하고, 상기 선택 트랜지스터(TS)의 드레인에 인가전압(Vdd)이 접속된다. 상기 억세스 트랜지스터(TA)의 게이트는 입력포트(Pi, input port)에 접속되고, 상기 억세스 트랜지스터(TA)의 소오스는 출력포트(Po, output port)에 접속된다.Referring to FIG. 1, a CMOS image sensor may include a photodiode PD, a transfer transistor, a reset transistor, a select transistor, and an access transistor. transistor). The transfer transistor TT and the reset transistor TR are connected in series to the photodiode PD, and an applied voltage Vdd is connected to the drain of the reset transistor TR. The drain (source of the reset transistor) of the transfer transistor TT corresponds to a floating diffusion layer (F / D). The floating diffusion layer F / D is connected to the gate of the selection transistor TS. The selection transistor TS and the access transistor TA are connected in series, and an applied voltage Vdd is connected to the drain of the selection transistor TS. The gate of the access transistor TA is connected to an input port Pi, and the source of the access transistor TA is connected to an output port Po.
상술한 구조의 씨모스 이미지 센서의 동작은 먼저, 상기 리셋 트랜지스터(TR)를 턴온(turn-on)시켜, 상기 부유확산층(F/D)에 상기 인가전압를 인가시킨 후에, 상기 리셋 트랜지스터(TR)를 오프시킨다. 따라서, 상기 부유확산층(F/D)에는 소정의 전위가 인가되고, 또한, 상기 선택 트랜지스터(TS)의 게이트에도 소정의 전위가 인가된다. 그 결과, 상기 선택 트랜지스터(TS)의 소오스는 소정의 전위가 인가된다. 이 상태를 리셋 상태라 한다.In operation of the CMOS image sensor having the above-described structure, first, the reset transistor TR is turned on to apply the applied voltage to the floating diffusion layer F / D, and then the reset transistor TR Off. Therefore, a predetermined potential is applied to the floating diffusion layer F / D, and a predetermined potential is also applied to the gate of the selection transistor TS. As a result, a predetermined potential is applied to the source of the selection transistor TS. This state is called a reset state.
상기 리셋 상태에서, 상기 포토다이오드(PD)에 빛이 입사되면, 전자-홀 쌍들(EHP, electric-hole pairs)이 생성되어 신호전하들이 발생하고, 상기 신호 전하들은 상기 포토다이오드(PD)에 축적된다. 이때, 상기 이송트랜지스터(TT)를 턴온시키면, 상기 축적된 신호전하들이 상기 부유확산층(F/D)으로 이동하여 상기 부유확산층(F/D)의 전위가 변화된다. 이에 따라, 상기 선택트랜지스터(TS)의 게이트 전위도 변환된다. 그 결과, 상기 선택 트랜지스터(TS)의 소오스에 인가된 전위 역시 변화된다. 상기 입력포트(Pi)에 인가되는 억세스 신호에 따라, 상기 출력포트(Po)로 데이타가 출력된다. 상기 데이타를 출력한 후에, 상기 이미지 센서는 상기 리셋 상태로 재전환된다. 이러한 과정들을 반복하여 영상신호를 출력한다.In the reset state, when light is incident on the photodiode PD, electron-hole pairs (EHP) are generated to generate signal charges, and the signal charges are accumulated in the photodiode PD. do. At this time, when the transfer transistor TT is turned on, the accumulated signal charges move to the floating diffusion layer F / D to change the potential of the floating diffusion layer F / D. As a result, the gate potential of the selection transistor TS is also converted. As a result, the potential applied to the source of the selection transistor TS is also changed. According to the access signal applied to the input port Pi, data is output to the output port Po. After outputting the data, the image sensor is switched back to the reset state. These processes are repeated to output a video signal.
상기 트랜지스터들(TT,TR,TS,TA)의 소오스/드레인들 중에 일부는 오믹 콘택 또는 저항을 감소시키기 위하여 그것들의 표면에 금속실리사이드막을 형성할 수 있다.Some of the sources / drains of the transistors TT, TR, TS, and TA may form metal silicide films on their surfaces to reduce ohmic contact or resistance.
도 2는 종래의 CMOS 이미지 센서의 제조방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 도면에 있어서, 참조부호 "a" 및 "b"는 각각 수광 소자 영역 및 CMOS 소자 영역을 나타낸다.2 is a schematic cross-sectional view for explaining a method of manufacturing a conventional CMOS image sensor. In the drawings, reference numerals "a" and "b" denote light receiving element regions and CMOS element regions, respectively.
도 2를 참조하면, 수광 소자 영역(a) 및 CMOS 소자 영역(b)을 갖는 p형의 반도체기판(1)에 소자분리막(2)을 형성하여 활성영역을 한정한다. 상기 수광 소자 영역(a)은 포토다이오드(PD)가 형성되는 영역이며, 상기 CMOS 소자영역(b)은 CMOS 소자들이 형성되는 영역이다. 상기 소자분리막(2)을 갖는 반도체기판(1) 전면에 게이트산화막(3) 및 게이트 전극막을 차례로 형성하고, 상기 게이트 전극막 및 상기 게이트산화막(3)을 연속적으로 패터닝하여 게이트 패턴(5)을 형성한다. 상기 게이트 패턴(5)은 상기 CMOS 소자영역(b)에 형성된다. 상기 게이트 패턴(5)은 적층된 게이트산화막(3) 및 게이트 전극(4)으로 구성된다.Referring to FIG. 2, an isolation region 2 is formed on a p-type semiconductor substrate 1 having a light receiving element region a and a CMOS element region b to define an active region. The light receiving element region a is a region in which a photodiode PD is formed, and the CMOS element region b is a region in which CMOS elements are formed. A gate oxide film 3 and a gate electrode film are sequentially formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1 having the device isolation film 2, and the gate electrode film and the gate oxide film 3 are successively patterned to form a gate pattern 5. Form. The gate pattern 5 is formed in the CMOS element region b. The gate pattern 5 includes a stacked gate oxide film 3 and a gate electrode 4.
상기 수광소자 영역(a)에 배치된 활성영역인 다이오드 영역 내에 n형의 포토다이오드(6)를 형성한다. 상기 n형의 포토다이오드(6)와 상기 활성영역의 표면 사이에 p형의 포토다이오드(7)를 형성한다.An n-type photodiode 6 is formed in the diode region, which is an active region disposed in the light receiving element region a. A p-type photodiode 7 is formed between the n-type photodiode 6 and the surface of the active region.
상기 게이트 패턴(5)의 양측에 인접한 활성영역에 저농도 불순물 확산층(8)을 형성한다. 상기 저농도 불순물 확산층(8)을 갖는 반도체기판(1) 전면 상에 스페이서막(9)을 형성한다. 상기 스페이서막(9)을 선택적으로 등방성 식각하여 상기 게이트 패턴(5) 양측에 스페이서(9a)를 형성한다. 이때, 상기 포토다이오드들(6, 7) 상부에는 스페이서막(9)이 그대로 남는다.A low concentration impurity diffusion layer 8 is formed in active regions adjacent to both sides of the gate pattern 5. The spacer film 9 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1 having the low concentration impurity diffusion layer 8. The spacer layer 9 is selectively isotropically etched to form spacers 9a on both sides of the gate pattern 5. In this case, the spacer layer 9 remains on the photodiodes 6 and 7.
상기 스페이서(9a) 양측의 활성영역에 고농도 불순물 확산층(8a)을 형성한다. 상기 고농도 불순물 확산층(8a)을 갖는 반도체기판(1) 전면에 금속막(10)을 형성하고, 상기 금속막(10)을 실리사이드화 하여 금속실리사이드막(10a)을 형성한다. 상기 금속실리사이드막(10a)은 상기 고농도 불순물 확산층(8a)의 표면에만 선택적으로 형성된다. 즉, 상기 포토다이오드들(6,7) 상부의 상기 스페이서막(9)은 상기 포토다이오드들(6,7)의 상부에 상기 금속실리사이드막(10a)이 형성되는 것을 방지하는 역할을 한다.A high concentration impurity diffusion layer 8a is formed in active regions on both sides of the spacer 9a. A metal film 10 is formed over the entire surface of the semiconductor substrate 1 having the high concentration impurity diffusion layer 8a, and the metal film 10 is silicided to form a metal silicide film 10a. The metal silicide film 10a is selectively formed only on the surface of the high concentration impurity diffusion layer 8a. That is, the spacer layer 9 on the photodiodes 6 and 7 prevents the metal silicide layer 10a from being formed on the photodiodes 6 and 7.
상기 실리사이드화 공정시, 상기 포토다이오드들(6, 7) 상부의 상기 금속막(10)은 그대로 남는다. 따라서, 상기 실리사이드화 공정시, 상기 금속막(10)의 금속원소들이 상기 포토다이오드들(6,7) 상의 상기 스페이서막(9)을 통과하여 상기 포토다이오드들(6,7) 내로 침투할 수 있다. 상기 침투한 금속원소들로 인하여, 상기 포토다이오드들(6,7)은 다크 전류(dark current)의 량을 증가시킬 수 있다. 상기 다크 전류란 상기 포토다이오드들(6,7)에 빛이 입사되지 않은 상태의 화소에 흐르는 전류를 말한다. 상기 다크 전류는 빛이 입사되지 않은 화소가 동작하는 다크 결함(dark defect)을 증가시킬 수 있다.In the silicidation process, the metal film 10 on the photodiodes 6 and 7 remains as it is. Therefore, during the silicideation process, metal elements of the metal film 10 may penetrate into the photodiodes 6 and 7 through the spacer layer 9 on the photodiodes 6 and 7. have. Due to the penetrated metal elements, the photodiodes 6 and 7 may increase the amount of dark current. The dark current refers to a current flowing in a pixel in which no light is incident on the photodiodes 6 and 7. The dark current may increase a dark defect in which a pixel to which light is not incident operates.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 다크 결함을 최소화할 수 있는 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to provide an image sensor and a method of manufacturing the same that can minimize dark defects.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 영상의 색 선명도(color distinction)를 향상시킬 수 있는 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide an image sensor capable of improving color distinction of an image and a method of manufacturing the same.
상술한 기술적 과제 및 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 이미지 센서를 제공한다. 상술한 기술적 과제 및 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 이미지 센서들을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서는 제1 도전형의 기판에 형성되어 다이오드 영역 및 활성영역을 한정하는 소자분리막을 포함할 수 있다. 상기 다이오드 영역에 상기 기판의 표면으로 부터 소정의 깊이를 갖는 제2 도전형의 포토다이오드가 배치된다. 상기 제2 도전형의 포토다이오드와 상기 기판의 표면 사이에 제1 도전형의 포토다이오드가 개재된다. 상기 다이오드 영역과 인접한 상기 활성영역 상에 제1 게이트가 배치된다. 적어도 상기 다이오드 영역에 대향된 상기 제1 게이트 일측벽에 측벽 스페이서가 배치된다. 상기 측벽 스페이서는 "L"자 형태의 제1 스페이서 및 상기 제1 스페이서 상에 배치된 제2 스페이서로 구성된다. 상기 다이오드 영역 상에 차례로 적층된 블로킹 패턴 및 절연 패턴이 배치된다. 상기 블로킹 패턴은 실리콘산화막에 비하여 금속원소의 확산계수가 낮은 절연막으로 이루어진다.본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서는 제1 도전형의 기판에 형성되어 다이오드 영역 및 활성영역을 한정하는 소자분리막를 포함할 수 있다. 상기 다이오드 영역에 상기 기판의 표면으로 부터 소정의 깊이를 갖는 제2 도전형의 포토다이오드가 배치된다. 상기 제2 도전형의 포토다이오드 및 상기 기판의 표면 사이에 제1 도전형의 포토다이오드가 개재된다. 상기 다이오드 영역과 인접한 상기 활성영역 상에 제1 게이트가 배치되고, 상기 다이오드 영역에 대향된 상기 제1 게이트의 일측의 활성영역 내에 부유확산층이 배치된다. 상기 다이오드 영역, 제1 게이트 및 부유확산층을 덮는 실리사이드 방지 패턴이 배치되고, 상기 실리사이드 방지 패턴 상에 색비 조절막이 배치된다.It provides an image sensor for solving the above-described technical problem and other technical problems. Provided are image sensors for solving the above-described technical problem and other technical problem. An image sensor according to an embodiment of the present invention may include a device isolation layer formed on a substrate of a first conductivity type to define a diode region and an active region. In the diode region, a second conductivity type photodiode having a predetermined depth from the surface of the substrate is disposed. A first conductive photodiode is interposed between the second conductive photodiode and the surface of the substrate. A first gate is disposed on the active region adjacent to the diode region. Sidewall spacers are disposed on at least one side wall of the first gate opposite to the diode region. The sidewall spacer is composed of a first spacer having a "L" shape and a second spacer disposed on the first spacer. A blocking pattern and an insulation pattern, which are sequentially stacked on the diode region, are disposed. The blocking pattern is formed of an insulating film having a diffusion coefficient of a metal element lower than that of a silicon oxide film. According to another exemplary embodiment, an image sensor includes a device isolation layer formed on a substrate of a first conductivity type to define a diode region and an active region. can do. In the diode region, a second conductivity type photodiode having a predetermined depth from the surface of the substrate is disposed. A photoconductive diode of the first conductivity type is interposed between the photodiode of the second conductivity type and the surface of the substrate. A first gate is disposed on the active region adjacent to the diode region, and a floating diffusion layer is disposed in an active region on one side of the first gate opposite to the diode region. A silicide prevention pattern covering the diode region, the first gate and the floating diffusion layer is disposed, and a color ratio control layer is disposed on the silicide prevention pattern.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서는 제1 도전형의 기판에 형성되어 다이오드 영역 및 활성영역을 한정하는 소자분리막을 포함할 수 있다. 상기 다이오드 영역에 상기 기판의 표면으로 부터 소정의 깊이를 갖는 제2 도전형의 포토다이오드가 배치되고, 상기 제2 도전형의 포토다이오드 및 상기 기판의 표면 사이에 제1 도전형의 포토다이오드가 개재된다. 상기 다이오드 영역과 인접한 상기 활성영역 상에 제1 게이트가 배치되고, 상기 다이오드 영역에 대향된 상기 제1 게이트의 일측의 활성영역 내에 부유확산층이 배치된다. 상기 다이오드 영역 상에 블로킹 패턴이 배치되고, 상기 블로킹 패턴, 제1 게이트 및 부유확산층을 덮는 실리사이드 방지 패턴이 배치된다. 상기 실리사이드 방지 패턴 상에 색비 조절막이 배치된다. 이때, 상기 블로킹 패턴은 실리콘산화막에 비하여 금속원소의 확산계수가 낮은 절연막으로 이루어진다.An image sensor according to another embodiment of the present invention may include an isolation layer formed on a substrate of a first conductivity type to define a diode region and an active region. A second conductive photodiode having a predetermined depth from the surface of the substrate is disposed in the diode region, and a first conductive photodiode is interposed between the second conductive photodiode and the surface of the substrate. do. A first gate is disposed on the active region adjacent to the diode region, and a floating diffusion layer is disposed in an active region on one side of the first gate opposite to the diode region. A blocking pattern is disposed on the diode region, and a silicide prevention pattern covering the blocking pattern, the first gate, and the floating diffusion layer is disposed. A color ratio adjusting layer is disposed on the silicide prevention pattern. In this case, the blocking pattern is formed of an insulating film having a diffusion coefficient of a metal element lower than that of a silicon oxide film.
상술한 기술적 과제 및 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 이미지 센서의 제조방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 형성방법은 제1 도전형의 기판에 다이오드 영역 및 활성영역을 한정하는 소자분리막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 다이오드 영역에 상기 기판의 표면으로 부터 소정의 깊이를 갖는 제2 도전형의 포토다이오드와, 상기 제2 도전형의 포토다이오드 및 상기 기판의 표면 사이에 개재된 제1 도전형의 포토다이오드를 형성한다. 상기 다이오드 영역에 인접한 상기 활성영역 상에 제1 게이트를 형성한다. 상기 다이오드 영역 상에 적층된 블로킹 패턴 및 스페이서 절연 패턴과, 적어도 상기 다이오드 영역에 대향된 상기 제1 게이트의 일측벽에 제1 및 제2 스페이서들로 구성된 측벽 스페이서를 형성한다. 이때, 상기 블로킹 패턴은 실리콘산화막에 비하여 금속원소의 확산계수가 낮은 절연막으로 형성하고, 상기 제1 스페이서는 "L"자 형태이고, 상기 제2 스페이서는 상기 제1 스페이서 상에 형성된다.본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 형성방법은 제1 도전형의 기판에 다이오드 영역 및 활성영역을 한정하는 소자분리막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 다이오드 영역에 상기 기판의 표면으로 부터 소정의 깊이를 갖는 제2 도전형의 포토다이오드 및 상기 제2 도전형의 포토다이오드 및 상기 기판의 표면 사이에 개재된 제1 도전형의 포토다이오드를 형성한다. 상기 다이오드 영역에 인접한 상기 활성영역 상에 제1 게이트를 형성하고, 상기 다이오드 영역에 대향된 상기 제1 게이트의 일측의 활성영역에 부유확산층을 형성한다. 상기 다이오드 영역, 제1 게이트 및 상기 부유확산층을 덮는 실리사이드 방지 패턴을 형성하고, 상기 실리사이드 방지 패턴을 갖는 기판 전면 상에 색비조절막을 형성한다.It provides a method of manufacturing an image sensor for solving the above-described technical problem and other technical problems. The method of forming an image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention may include forming an isolation layer defining a diode region and an active region on a substrate of a first conductivity type. Forming a second conductivity type photodiode having a predetermined depth from the surface of the substrate, a photodiode of the first conductivity type interposed between the second conductivity type photodiode and the surface of the substrate in the diode region; do. A first gate is formed on the active region adjacent to the diode region. A sidewall spacer formed of a blocking pattern and a spacer insulating pattern stacked on the diode region and at least one sidewall of the first gate facing the diode region is formed. In this case, the blocking pattern is formed of an insulating film having a diffusion coefficient of a metal element lower than that of a silicon oxide film, wherein the first spacer is in an “L” shape, and the second spacer is formed on the first spacer. According to another exemplary embodiment, a method of forming an image sensor may include forming an isolation layer defining a diode region and an active region on a substrate of a first conductivity type. Forming a second conductive photodiode having a predetermined depth from the surface of the substrate and a photodiode of the first conductive type interposed between the second conductive photodiode and the surface of the substrate in the diode region; . A first gate is formed on the active region adjacent to the diode region, and a floating diffusion layer is formed in the active region on one side of the first gate opposite to the diode region. A silicide prevention pattern covering the diode region, the first gate, and the floating diffusion layer is formed, and a color ratio control layer is formed on the entire surface of the substrate having the silicide prevention pattern.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 형성방법은 제1 도전형의 기판에 다이오드 영역 및 활성영역을 한정하는 소자분리막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 다이오드 영역에 상기 기판의 표면으로 부터 소정의 깊이를 갖는 제2 도전형의 포토다이오드 및 상기 제2 도전형의 포토다이오드 및 상기 기판의 표면 사이에 개재된 제1 도전형의 포토다이오드를 형성한다. 상기 다이오드 영역에 인접한 상기 활성영역 상에 제1 게이트를 형성하고, 상기 다이오드 영역에 대향된 상기 제1 게이트의 일측의 활성영역에 부유확산층을 형성한다. 상기 다이오드 영역 상에 블로킹 패턴을 형성하고, 상기 블로킹 패턴, 제1 게이트 및 부유확산층을 덮는 실리사이드 방지 패턴을 형성한다. 상기 실리사이드 방지 패턴을 갖는 기판 전면 상에 색비조절막을 형성한다. 상기 블로킹 패턴은 실리콘산화막에 비하여 금속원소의 확산계수가 낮은 절연막으로 형성한다.In another embodiment, a method of forming an image sensor may include forming an isolation layer defining a diode region and an active region on a substrate of a first conductivity type. Forming a second conductive photodiode having a predetermined depth from the surface of the substrate and a photodiode of the first conductive type interposed between the second conductive photodiode and the surface of the substrate in the diode region; . A first gate is formed on the active region adjacent to the diode region, and a floating diffusion layer is formed in the active region on one side of the first gate opposite to the diode region. A blocking pattern is formed on the diode region, and a silicide prevention pattern covering the blocking pattern, the first gate, and the floating diffusion layer is formed. A color ratio control film is formed on the entire surface of the substrate having the silicide prevention pattern. The blocking pattern is formed of an insulating film having a diffusion coefficient of a metal element lower than that of a silicon oxide film.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어 진 것이다. 또한, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어지는 경우는 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the implementations introduced herein are provided so that the disclosure may be thorough and complete, and the spirit of the present invention will be fully conveyed to those skilled in the art. In the drawings, the thicknesses of layers and regions are exaggerated for clarity. In addition, where a layer is said to be "on" another layer or substrate, it may be formed directly on the other layer or substrate, or a third layer may be interposed therebetween. Like numbers refer to like elements throughout the specification.
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도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이미지 센서를 나타내는 평면도이고, 도 4는 도 3의 I-I'을 따라 취해진 단면도이며, 도 5는 4의 이미지 센서 중 색비 조절막의 두께에 따른 색비를 나타내는 시뮬레이션 그래프이다.3 is a plan view illustrating an image sensor according to a preferred embodiment of the present invention, FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 3, and FIG. It is a simulation graph.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이미지 센서는 제1 도전형의 반도체기판(101)을 포함한다. 상기 반도체기판(101)의 소정영역에 소자분리막(103)이 배치되어 다이오드 영역(80) 및 활성영역(90)을 한정한다. 상기 다이오드 영역(80)은 포토다이오드들이 형성되는 영역이다. 상기 활성영역(90)은 상기 다이오드 영역(80)의 일측과 접속한다. 상기 활성영역(90) 상에 제1, 제2 및 제3 게이트들(107a,107b,107c)이 순차적으로 소정간격 이격되어 배치된다. 상기 제1, 제2 및 제3 게이트들(107a,107b,107c)은 각각 도 1의 이송 트랜지스터(TT)의 게이트, 리셋 트랜지스터(TR)의 게이트 및 선택 트랜지스터(TS)의 게이트에 해당한다. 상기 제1 게이트(107a)는 상기 다이오드 영역(80)에 인접한 상기 활성영역(90) 상에 배치된다. 상기 활성영역(90) 상에는 상기 제3 게이트(107c)와 소정간격으로 이격된 제4 게이트(미도시함)가 배치될 수 있다. 상기 제4 게이트는 도 1의 억세스 트랜지스터(TA)의 게이트에 해당한다. 상기 게이트들(107a,107b,107c) 및 상기 반도체기판(101) 사이에 게이트 절연막(105)이 개재된다.3 and 4, an image sensor according to a preferred embodiment of the present invention includes a first conductive semiconductor substrate 101. An isolation layer 103 is disposed in a predetermined region of the semiconductor substrate 101 to define the diode region 80 and the active region 90. The diode region 80 is a region where photodiodes are formed. The active region 90 is connected to one side of the diode region 80. First, second and third gates 107a, 107b, and 107c are sequentially disposed on the active region 90 at predetermined intervals. The first, second and third gates 107a, 107b, and 107c correspond to the gate of the transfer transistor TT, the gate of the reset transistor TR, and the gate of the selection transistor TS of FIG. 1, respectively. The first gate 107a is disposed on the active region 90 adjacent to the diode region 80. A fourth gate (not shown) spaced apart from the third gate 107c at a predetermined interval may be disposed on the active region 90. The fourth gate corresponds to the gate of the access transistor TA of FIG. 1. A gate insulating layer 105 is interposed between the gates 107a, 107b, and 107c and the semiconductor substrate 101.
상기 다이오드 영역(80) 내에 상기 반도체기판(101)의 표면으로 부터 소정의 깊이를 갖는 제2 도전형의 포토다이오드(113)가 배치된다. 상기 제2 도전형의 포토다이오드(113)와 상기 반도체기판(101)의 표면 사이에 제1 도전형의 포토다이오드(114)가 배치된다. 상기 제1 도전형의 포토다이오드(114)의 일측은 상기 기판(101)과 접속한다. 상기 소자분리막(103)을 둘러싸는 제1 도전형의 웰(111)이 더 배치될 수 있다. 상기 제1 도전형의 웰(111)이 배치될 경우, 상기 제1 도전형의 포토다이오드(114)의 일측은 연장되어 상기 제1 도전형의 웰(111)과 접속할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 도전형의 포토다이오드(114)는 상기 제1 도전형의 웰(111)을 경유하여 상기 반도체기판(101)과 접속한다. 상기 제1 도전형은 p형이고, 상기 제2 도전형은 n형일 수 있다. 이와는 반대로, 상기 제2 도전형이 n형이고, 상기 제1 도전형이 p형일 수도 있다.A second conductive photodiode 113 having a predetermined depth from the surface of the semiconductor substrate 101 is disposed in the diode region 80. The first conductive photodiode 114 is disposed between the second conductive photodiode 113 and the surface of the semiconductor substrate 101. One side of the first conductive photodiode 114 is connected to the substrate 101. A first conductivity type well 111 surrounding the device isolation layer 103 may be further disposed. When the first conductivity type well 111 is disposed, one side of the first conductivity type photodiode 114 may extend to be connected to the first conductivity type well 111. Accordingly, the first conductivity type photodiode 114 is connected to the semiconductor substrate 101 via the first conductivity type well 111. The first conductivity type may be p-type, and the second conductivity type may be n-type. On the contrary, the second conductivity type may be n type and the first conductivity type may be p type.
상기 제2 도전형의 포토다이오드(113)는 상기 제1 도전형의 기판(101)과 PN접합을 이루며, 상기 PN접합면을 기준으로 공핍층이 형성된다. 피사체로 부터 발생된 빛은 상기 공핍층으로 입사되어 상기 공핍층으로 부터 전자-홀 쌍들(EHP)이 형성된다. 따라서, 신호전하들이 상기 제2 도전형의 포토다이오드(113) 내에 축적된다.The second conductive photodiode 113 forms a PN junction with the first conductive substrate 101, and a depletion layer is formed based on the PN junction surface. Light generated from the subject is incident on the depletion layer to form electron-hole pairs EHP from the depletion layer. Thus, signal charges are accumulated in the photoconductor 113 of the second conductivity type.
상기 제1 도전형의 포토다이오드(114)는 상기 반도체기판(101)의 표면에 분포하는 뎅글링 본드등으로 야기되는 암전류를 억제하는 역할을 한다. 즉, 상기 뎅글링 본드등으로 인하여 전자-홀 쌍들이 발생하여 암전류가 발생할 수 있다. 상기 제1 도전형의 포토다이오드(114)는 상기 뎅글링 본드등으로 발생된 전자들 및 홀들 중 하나를 상기 반도체기판(101)으로 방출하고, 다른 하나는 자체적으로 재결합(recombination)시켜 소멸시킨다. 예를 들면, 상기 제1 도전형이 p형이고, 상기 제2 도전형이 n형일 경우, 상기 뎅글링 본드등으로 발생된 전자들은 상기 p형 포토다이오드(114)내의 홀들과 재결합되어 소멸되고, 상기 뎅글링 본드등으로 발생된 홀들은 상기 p형 웰(111)을 경유하여 상기 반도체기판(101)으로 방출된다. 이에 더하여, 상기 제1 도전형의 포토다이오드(114)는 상기 제2 도전형의 포토다이오드(113)와 PN접합을 이루어 공핍층을 형성한다. 이에 따라, 상기 다이오드 영역(80) 내의 공핍층이 증가되어 이미지 센서의 성능을 향상시킬 수 있다.The first conductive photodiode 114 serves to suppress dark current caused by a dangling bond or the like distributed on the surface of the semiconductor substrate 101. That is, electron-hole pairs may be generated due to the dangling bond or the like to generate a dark current. The first conductivity type photodiode 114 emits one of the electrons and holes generated by the dangling bond and the like to the semiconductor substrate 101, and the other is self-recombined and extinguished. For example, when the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type, electrons generated by the dangling bond or the like are recombined with the holes in the p-type photodiode 114 to be extinguished. Holes generated by the dangling bond and the like are discharged to the semiconductor substrate 101 via the p-type well 111. In addition, the first conductive photodiode 114 forms a depletion layer by forming a PN junction with the second conductive photodiode 113. Accordingly, the depletion layer in the diode region 80 is increased to improve the performance of the image sensor.
상기 제1 및 제2 게이트들(107a,107b) 사이의 활성영역(90) 내에 부유확산층(119)이 배치된다. 상기 부유확산층(119)은 제1 저농도 확산층(117a) 및 제1 고농도 확산층(118a)으로 구성될 수 있다. 상기 부유확산층(119)은 상기 제1 저농도 확산층(117a)이 상기 제1 고농도 확산층(118a)을 둘러싸는 디디디 구조(DDD structure, Double Doped Drain structure)로 이루어질 수 있다. 이와는 달리, 엘디디 구조(LDD structure, Lighty Doped Drain)로 이루어질 수 있다. 이와는 또 다르게, 상기 부유확산층(119)은 상기 제1 고농도 확산층(118a)이 생략되어 상기 제1 저농도 확산층(117a)만으로 구성될 수도 있다. 상기 제3 게이트(107c)의 양측의 활성영역(90) 내에 불순물확산층(120)이 배치된다. 상기 불순물확산층(120)은 제2 저농도 확산층(117b) 및 제2 고농도 확산층(118b)로 구성될 수 있다. 상기 불순물확산층(120) 역시, 상기 디디디 구조 또는 엘디디 구조를 이룰 수 있다. 이와는 달리, 상기 불순물확산층(120)은 상기 제2 고농도 확산층(118b)이 생략되어 상기 제2 저농도 확산층(117b)으로만 구성될 수도 있다. 상기 부유확산층(119) 및 상기 불순물확산층(120)은 제2 도전형으로 도핑된다. 상기 부유확산층(119) 및 상기 불순물확산층(120)은 동일한 농도로 도핑될 수 있다. 상기 부유확산층(119) 및 상기 제2 도전형의 포토다이오드(113) 사이의 활성영역(90) 표면(제1 게이트의 채널영역)에 채널확산층(104)이 배치될 수 있다. 상기 채널확산층(104)은 상기 제2 도전형의 포토다이오드(113) 및 상기 부유확산층(119)과 동일한 제2 도전형의 불순물로 도핑될 수 있다. 물론, 상기 채널확산층(104)은 생략될 수도 있다. 상기 부유확산층(119) 및 상기 제3 게이트는 배선(미도시함)에 의하여 전기적으로 접속된다.The floating diffusion layer 119 is disposed in the active region 90 between the first and second gates 107a and 107b. The floating diffusion layer 119 may include a first low concentration diffusion layer 117a and a first high concentration diffusion layer 118a. The floating diffusion layer 119 may be formed of a DDD structure (DDD structure, Double Doped Drain structure) in which the first low concentration diffusion layer 117a surrounds the first high concentration diffusion layer 118a. Alternatively, it may be made of an LDD structure (Lighty Doped Drain). Alternatively, the floating diffusion layer 119 may be formed of only the first low concentration diffusion layer 117a by omitting the first high concentration diffusion layer 118a. The impurity diffusion layer 120 is disposed in the active region 90 at both sides of the third gate 107c. The impurity diffusion layer 120 may include a second low concentration diffusion layer 117b and a second high concentration diffusion layer 118b. The impurity diffusion layer 120 may also form the CD structure or the LED structure. Alternatively, the impurity diffusion layer 120 may be formed only of the second low concentration diffusion layer 117b by omitting the second high concentration diffusion layer 118b. The floating diffusion layer 119 and the impurity diffusion layer 120 are doped with a second conductivity type. The floating diffusion layer 119 and the impurity diffusion layer 120 may be doped at the same concentration. The channel diffusion layer 104 may be disposed on the surface of the active region 90 (the channel region of the first gate) between the floating diffusion layer 119 and the second conductivity type photodiode 113. The channel diffusion layer 104 may be doped with impurities of the second conductivity type same as the photodiode 113 of the second conductivity type and the floating diffusion layer 119. Of course, the channel diffusion layer 104 may be omitted. The floating diffusion layer 119 and the third gate are electrically connected by wiring (not shown).
상기 포토다이오드들(113,114) 상에 블로킹 패턴(125a)이 배치된다. 상기 블로킹 패턴(125a)은 실리콘산화막에 비하여 금속원소의 확산계수가 낮은 절연막이다. 예를 들면, 상기 블로킹 패턴(125a)은 실리콘 질화막으로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 블로킹 패턴(125a)은 상기 금속실리사이드막(135) 형성시, 발생할 수 있는 금속원소의 오염으로 부터 상기 포토다이오드들(113,114)을 보호한다. 이에 따라, 종래의 금속원소의 오염으로 부터 야기되는 다크 결함(dark defect)을 최소화할 수 있다. 상기 블로킹 패턴(125a)은 연장되어 상기 제1 게이트(107a)의 상면 중 일부분을 덮을 수 있다. 상기 블로킹 패턴(125a) 및 상기 반도체기판(101) 사이에 산화막(109)이 개재되는 것이 바람직하다. 상기 산화막(109)은 상기 블로킹 패턴(125a) 및 상기 반도체기판(101)간의 스트레스를 완충하는 역활을 한다. 상기 산화막(109)은 열산화막으로 이루어질 수 있다. 상기 블로킹 패턴(125a) 상에 스페이서 절연 패턴(127a)이 배치될 수 있다. 상기 스페이서 절연 패턴(127a)은 CVD 실리콘산화막으로 이루어질 수 있다.Blocking patterns 125a are disposed on the photodiodes 113 and 114. The blocking pattern 125a is an insulating film having a diffusion coefficient of a metal element lower than that of a silicon oxide film. For example, the blocking pattern 125a may be formed of a silicon nitride film. The blocking pattern 125a protects the photodiodes 113 and 114 from contamination of metal elements that may occur when the metal silicide layer 135 is formed. Accordingly, it is possible to minimize dark defects resulting from contamination of conventional metal elements. The blocking pattern 125a may extend to cover a portion of an upper surface of the first gate 107a. It is preferable that an oxide film 109 is interposed between the blocking pattern 125a and the semiconductor substrate 101. The oxide layer 109 serves to buffer stress between the blocking pattern 125a and the semiconductor substrate 101. The oxide film 109 may be formed of a thermal oxide film. A spacer insulating pattern 127a may be disposed on the blocking pattern 125a. The spacer insulating pattern 127a may be formed of a CVD silicon oxide film.
계속해서 도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 부유확산층(119)과 인접한 상기 제1 게이트(107a)의 일측벽, 상기 제2 게이트(107b)의 양측벽 및 상기 제3 게이트(107c)의 양측벽에 측벽 스페이서(129)가 배치된다. 상기 측벽 스페이서(129)는 적층된 제1 및 제2 스페이서들(125b,127b)로 구성될 수 있다. 상기 제1 스페이서(125b)는 "L"자 형태로 상기 블로킹 패턴(125a)과 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 상기 제2 스페이서(127b)는 전형적인 스페이서 형태(typical spacer-shaped)이며, 상기 스페이서 절연 패턴(127a)과 동일한 물질로 이루어질 수 있다.3 and 4, one side wall of the first gate 107a adjacent to the floating diffusion layer 119, both side walls of the second gate 107b, and both sides of the third gate 107c. Sidewall spacers 129 are disposed on the wall. The sidewall spacers 129 may be formed of stacked first and second spacers 125b and 127b. The first spacer 125b may be formed of the same material as the blocking pattern 125a in an “L” shape. The second spacer 127b has a typical spacer shape and may be made of the same material as the spacer insulating pattern 127a.
상기 스페이서 절연 패턴(127a) 및 상기 제2 스페이서(127b)는 생략될 수도 있다. 이때, 상기 측벽 스페이서(129)는 상기 블로킹 패턴(125a)과 동일한 물질로 이루어진 단일층의 전형적인 스페이서 형태일 수 있다.The spacer insulation pattern 127a and the second spacer 127b may be omitted. In this case, the sidewall spacers 129 may be in the form of a typical single layer spacer formed of the same material as the blocking pattern 125a.
상기 블로킹 패턴(125a) 상의 상기 스페이서 절연 패턴(127a), 상기 제1 게이트(107a) 및 상기 부유확산층(119)을 덮는 실리사이드 방지 패턴(131)이 배치된다. 상기 실리사이드 방지 패턴(131)은 CVD 실리콘산화막으로 이루어질 수 있다. 상기 불순물확산층(120) 표면에 금속실리사이드막(135)이 배치된다. 상기 금속실리사이드막(135)은 코발트실리사이드막, 니켈실리사이드막 또는 티타늄실리사이드막으로 이루어질 수 있다. 상기 실리사이드 방지 패턴(131)은 상기 부유확산층(119)의 표면에 상기 금속실리사이드막(135)이 형성되는 것을 방지하는 역활을 한다. 이에 따라, 상기 부유확산층(119)의 표면이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 상기 실리사이드 방지 패턴(131) 및 상기 부유확산층(119) 사이에 상기 산화막(109)이 개재될 수 있다.상기 실리사이드 방지 패턴(131) 상에 차례로 적층된 버퍼절연막(148) 및 색비 조절막(150, color-ratio control layer)이 배치된다. 상기 버퍼절연막(148) 및 색비 조절막(150)은 연장되어 상기 제2 및 제3 게이트들(107b,107c), 측벽스페이서(129) 및 금속실리사이드막(135)을 덮는 것이 바람직하다. 상기 색비 조절막(150)은 이미지 센서에 입사되는 빛들 중 색광(colored light)의 3원색인 블루, 그린 및 레드의 감도(sensitivity)들 간의 비율인 색비들을 조절할 수 있는 절연막이다. 상기 색들의 감도란 입사되는 색들의 강도(intensity)에 따른 이미지 센서의 반응정도를 말한다. 상기 색비 조절막(150)은 실리콘질화막으로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 버퍼절연막(148)은 CVD 실리콘산화막으로 이루어질 수 있다. 상기 버퍼절연막(148)은 상기 색비 조절막(150) 및 상기 금속실리사이드막(135)간의 스트레스를 완충하는 역활을 할 수 있다.이미지 센서에 있어서, 입사되는 피사체의 색을 구현하는 방법은 상기 색광의 3원색들 간의 가산혼합(additive color mixture)을 이용한다. 다시 말해서, 상기 포토다이오드들(113,114)를 갖는 복수개의 화소들의 상부에 각각 소정의 필터를 배치시킨다. 상기 필터들은 블루 필터, 그린 필터 및 레드 필터로 구분될 수 있다. 상기 블루 필터는 입사되는 빛 중에 블루를 편광시키고, 상기 그린 필터는 입사되는 빛 중에 그린을 편광시키며, 상기 레드 필터는 입사되는 빛 중에 레드를 편광시킨다. 상기 블루 필터를 갖는 화소, 상기 그린 필터를 갖는 화소 및 상기 레드 필터를 갖는 화소는 인접하게 배치된다. 이에 따라, 상기 편광된 색들의 강도에 따라, 상기 화소들은 전기적 신호들을 발생시키고, 상기 전기적 신호들은 디스플레이 수단(미도시함)에 전달한다. 상기 디스플레이 수단은 상기 전달된 전기적 신호들로 부터 색들을 재생시키고, 상기 재생된 색들을 상기 가산혼합하여 영상을 디스플레이한다.The silicide prevention pattern 131 covering the spacer insulation pattern 127a, the first gate 107a, and the floating diffusion layer 119 on the blocking pattern 125a is disposed. The silicide prevention pattern 131 may be formed of a CVD silicon oxide layer. The metal silicide layer 135 is disposed on the impurity diffusion layer 120. The metal silicide layer 135 may be formed of a cobalt silicide layer, a nickel silicide layer, or a titanium silicide layer. The silicide prevention pattern 131 serves to prevent the metal silicide layer 135 from being formed on the surface of the floating diffusion layer 119. Accordingly, it is possible to prevent the surface of the floating diffusion layer 119 from being damaged. The oxide layer 109 may be interposed between the silicide prevention pattern 131 and the floating diffusion layer 119. A buffer insulating layer 148 and a color ratio control layer 150 sequentially stacked on the silicide prevention pattern 131. , color-ratio control layer). The buffer insulating layer 148 and the color ratio adjusting layer 150 may extend to cover the second and third gates 107b and 107c, the sidewall spacer 129, and the metal silicide layer 135. The color ratio control layer 150 is an insulating layer capable of adjusting color ratios, which are ratios between sensitivity of blue, green, and red, which are three primary colors of colored light, among the light incident on the image sensor. The sensitivity of the colors refers to the degree of response of the image sensor according to the intensity of the incident colors. The color ratio control film 150 is preferably made of a silicon nitride film. The buffer insulating layer 148 may be formed of a CVD silicon oxide layer. The buffer insulating layer 148 may serve to buffer stress between the color ratio adjusting layer 150 and the metal silicide layer 135. In the image sensor, a method of implementing a color of an incident object may include Use an additive color mixture between the three primary colors. In other words, a predetermined filter is disposed on the plurality of pixels having the photodiodes 113 and 114, respectively. The filters may be classified into a blue filter, a green filter, and a red filter. The blue filter polarizes blue in incident light, the green filter polarizes green in incident light, and the red filter polarizes red in incident light. The pixel with the blue filter, the pixel with the green filter and the pixel with the red filter are arranged adjacently. Accordingly, according to the intensity of the polarized colors, the pixels generate electrical signals and transmit the electrical signals to a display means (not shown). The display means reproduces colors from the transmitted electrical signals, and adds and mixes the reproduced colors to display an image.
상기 색비 조절막(150)이 조절하는 색비는 블루/그린의 색비(blue/green color-ratio) 및 레드/그린의 색비(red/green color-ratio)인 것이 바람직하다.The color ratio controlled by the color ratio adjusting layer 150 is preferably a blue / green color ratio and a red / green color ratio.
상기 색비 조절막(150)은 두께에 따라 상기 색비가 변환될 수 있다. 이를 도 5의 그래프를 참조하여 설명한다. 도 5의 그래프에 나타난 데이타들은 시뮬레이션 데이타들이다.도 4 및 도 5을 참조하면, 도 5의 그래프에 있어서, x축은 상기 색비 조절막(150)의 두께를 나타내며, y축은 색비를 나타낸다. 곡선(200)은 상기 색비 조절막(150)의 두께에 따른 레드/그린의 색비들을 나타내며, 곡선(220)은 상기 색비 조절막(150)의 두께에 따른 블루/그린의 색비들을 나타낸다. 곡선(210)은 상기 색비 조절막(150)의 두께에 따른 그린/그린의 색비들로서, 상기 색비 조절막(150)의 모든 두께에 대해 1이다. 상기 곡선(200) 및 상기 곡선(220)은 상기 색비 조절막(150)의 두께에 따라 변경된다. 이때, 상기 색비 조절막(150)은 상기 레드/그린의 색비와 상기 블루/그린의 색비 간의 차이가 최소인 두께로 이루어지는 것이 바람직하다. 즉,입사되는 상기 블루에 대한 상기 화소의 감도와 상기 입사되는 레드에 대한 상기 화소의 감도간의 차이를 최소화함으로써, 이미지 센서로 구현되는 영상의 색 선명도를 향상시킬 수 있다. 도 10의 그래프에 있어서, 상기 색비 조절막(150)이 1000Å일 경우, 상기 곡선(200) 및 상기 곡선(220)의 차이가 최소이다. 물론, 도 10의 데이타들은 시뮬레이션 데이타들임으로, 실질적인 이미지 센서에 적용되는 상기 색비 조절막(150)의 두께는 변경될 수 있다.계속해서, 도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 색비 조절막(150) 상에 적어도 하나의 층간절연막들(152,154)이 적층된다. 도 4에는, 제1 및 제2 층간절연막들(152,154)이 도시되어 있다. 상기 제1 및 제2 층간절연막들(152,154) 사이에 상기 부유확산층(119) 및 상기 제3 게이트(107c)를 전기적으로 접속시키는 배선(미도시함)이 배치될 수 있다. 상기 층간전연막들(152,154)은 CVD 실리콘산화막으로 이루어질 수 있다.The color ratio control layer 150 may be converted in the color ratio according to the thickness. This will be described with reference to the graph of FIG. 5. The data shown in the graph of FIG. 5 are simulation data. Referring to FIGS. 4 and 5, in the graph of FIG. 5, the x-axis represents the thickness of the color ratio control film 150, and the y-axis represents the color ratio. Curve 200 represents the color ratios of red / green according to the thickness of the color ratio control film 150, and curve 220 represents the color ratios of blue / green according to the thickness of the color ratio control film 150. The curve 210 is green / green color ratios according to the thickness of the color ratio adjusting layer 150, and is 1 for all thicknesses of the color ratio adjusting layer 150. The curve 200 and the curve 220 are changed according to the thickness of the color ratio control layer 150. In this case, it is preferable that the color ratio adjusting layer 150 is formed to have a minimum thickness difference between the color ratio of the red / green and the color ratio of the blue / green. That is, by minimizing the difference between the sensitivity of the pixel for the incident blue and the sensitivity of the pixel for the incident red, it is possible to improve the color sharpness of the image implemented by the image sensor. In the graph of FIG. 10, when the color ratio adjusting layer 150 is 1000 μs, the difference between the curve 200 and the curve 220 is minimal. Of course, since the data of FIG. 10 are simulation data, the thickness of the color ratio control film 150 applied to the actual image sensor may be changed. Referring to FIGS. 3 and 4, the color ratio control film ( At least one interlayer insulating layers 152 and 154 are stacked on the layer 150. In FIG. 4, first and second interlayer insulating films 152 and 154 are illustrated. A wiring (not shown) for electrically connecting the floating diffusion layer 119 and the third gate 107c may be disposed between the first and second interlayer insulating layers 152 and 154. The interlayer dielectric films 152 and 154 may be formed of a CVD silicon oxide film.
상기 층간절연막들(152,154) 상에 페시베이션막(156)이 배치된다. 상기 페시베이션막(156)은 외부의 수분과 같은 오염원으로 부터 이미지 센서를 보호하는 절연막으로서, 실리콘질화막으로 이루어질 수 있다.도 6은 4의 이미지 센서의 다크 결함을 설명하기 위한 그래프이다. 그래프들에 있어서, x축은 다크결함들의 갯수를 나타내고, y축은 칩들의 갯수를 나타낸다.도 6을 참조하면, 그래프(A)는 종래의 이미지 센서 칩들의 다크 결함 화소들(pixels)의 갯수를 나타내는 그래프이며, 그래프(B)는 도 4의 이미지 센서 칩들의 다크 결함 화소들의 갯수를 나타내는 그래프이다. 종래의 칩들 및 본 발명에 따른 칩들의 총 갯수는 각각 47개이며, 다크 결함 화소는 빛이 전혀 입사되지 않은 상태에서 5mV/sec 이상의 신호전하들을 출력하는 화소로 정의하였다. 종래 칩의 화소 갯수 및 본 발명에 따른 칩의 화소 갯수는 동일하게 30만개이다.The passivation layer 156 is disposed on the interlayer insulating layers 152 and 154. The passivation film 156 is an insulating film that protects the image sensor from contamination sources such as external moisture, and may be formed of a silicon nitride film. FIG. 6 is a graph illustrating a dark defect of the image sensor of FIG. In the graphs, the x-axis represents the number of dark defects and the y-axis represents the number of chips. Referring to FIG. 6, graph A represents the number of dark defect pixels of conventional image sensor chips. A graph B is a graph showing the number of dark defective pixels of the image sensor chips of FIG. 4. The total number of conventional chips and chips according to the present invention is 47, respectively, and the dark defective pixel is defined as a pixel that outputs signal charges of 5 mV / sec or more in the state where no light is incident. The number of pixels of the conventional chip and the number of pixels of the chip according to the present invention are equally 300,000.
상기 그래프(A)에 도시된 바와 같이, 종래의 칩들은 47개 모두 다크 결함 화소의 갯수가 800개 이상이다. 이중 다크결함 화소 갯수가 1000개 내지 1200개인 칩들의 수가 18개로 가장 많다. 이에 반하여, 상기 그래프(B)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 칩들은 47개 모두 다크 결함 화소의 갯수가 600개 이하이며, 이중 다크 결함 화소 갯수가 0 내지 200개인 칩들의 수가 39개로 가장 많다.As shown in the graph (A), in the conventional chips, all 47 chips have more than 800 dark defect pixels. The largest number of dark-defective pixels is between 18 and 1000 with 1000 to 1200 chips. On the contrary, as shown in the graph (B), the chips according to the present invention all have 47 or fewer dark defective pixels, and the number of chips having 0 to 200 dark defective pixels is 39 as most. many.
결과적으로, 본 발명에 따른 이미지 센서는 도 4의 블로킹 패턴(125a)으로 인하여, 포토다이오드들(113,114)이 종래의 금속원소의 오염으로 부터 보호됨을 알 수 있다.다음으로, 상술한 구조의 이미지 센서의 색비 특성을 도 7의 그래프를 참조하여 설명한다.도 7은 4의 이미지 센서의 색비 특성을 나타내는 그래프이다. 도면에 있어서, x축은 입사되는 빛의 파장을 나타내고, y축은 색비를 나타낸다.도 4 및 도 7을 참조하면, 곡선들(250a,250b,250c)은 각각 블루 필터를 갖는 제1 화소, 그린 필터를 갖는 제1 화소 및 레드 필터를 갖는 제1 화소의 색비들을 나타낸다. 곡선들(300a,300b,300c)은 각각 블루 필터를 갖는 제2 화소, 그린 필터를 갖는 제2 화소 및 레드 필터를 갖는 제2 화소의 색비들을 나타낸다. 상기 제1 화소들은 열산화막(109), 블로킹 패턴(125a), 스페이서 절연 패턴(127a) 및 실리사이드 방지 패턴(131)의 두께들을 각각 100Å, 400Å, 1300Å 및 1000Å으로 형성하였으며, 색비 조절막(150)은 구비하지 않았다. 상기 제2 화소들은 상기 열산화막(109), 상기 블로킹 패턴(125a), 상기 스페이서 절연 패턴(127a), 상기 실리사이드 방지 패턴(131) 및 상기 색비 조절막(150)의 두께들을 각각 100Å, 400Å, 1300Å, 1000Å 및 1000Å으로 형성하였다.도시된 바와 같이, 상기 제1 화소의 최고 블루/그린의 색비는 입사되는 빛의 파장이 480nm일때, 약 0.62이며, 상기 제1 화소의 최고 레드/그린의 색비는 입사되는 빛의 파장이 640nm일때, 약 1.21이다. 이와는 달리, 상기 제2 화소의 최고 블루/그린의 색비는 입사되는 빛의 파장이 480nm일때, 약 0.73이며, 상기 제2 화소의 레드/그린의 색비는 입사되는 빛의 파장이 640nm일때, 약 1이다. 즉, 상기 색비 조절막(150)은 블루/그린의 색비를 증가시키고, 레드/그린의 색비를 감소시킴으로써, 상기 블루/그린의 색비와 상기 레드/그린의 색비간의 차이를 최소화시킨다. 그 결과, 상기 색비 조절막(150)이 구비된 상기 제2 화소를 갖는 이미지 센서는 영상의 색 선명도가 향상된다.결과적으로, 상술한 구조의 이미지 센서는 상기 블로킹 패턴(125a)으로 인하여, 금속원소의 오염원으로 부터 포토다이오드들(113,114)을 보호할 수 있다. 따라서, 종래의 금속원소의 오염으로 야기되는 다크 결함들을 최소화할 수 있다. 이에 더하여, 상기 이미지 센서는 상기 색비 조절막(150)을 구비함으로써, 이미지의 색 선명도를 향상시킬 수 있다.As a result, the image sensor according to the present invention can be seen that due to the blocking pattern 125a of Fig. 4, the photodiodes 113 and 114 are protected from the contamination of conventional metal elements. The color ratio characteristics of the sensor will be described with reference to the graph of FIG. 7. FIG. 7 is a graph showing the color ratio characteristics of the image sensor of 4. FIG. In the drawing, the x-axis represents the wavelength of incident light and the y-axis represents the color ratio. Referring to FIGS. 4 and 7, the curves 250a, 250b, and 250c may each include a first pixel and a green filter having a blue filter. The color ratios of the first pixel having and the first pixel having the red filter are shown. Curves 300a, 300b, and 300c represent color ratios of a second pixel having a blue filter, a second pixel having a green filter, and a second pixel having a red filter, respectively. The first pixels have the thicknesses of the thermal oxide film 109, the blocking pattern 125a, the spacer insulation pattern 127a, and the silicide prevention pattern 131 to be 100 μs, 400 μs, 1300 μs, and 1000 μs, respectively. ) Is not provided. The second pixels may include thicknesses of the thermal oxide layer 109, the blocking pattern 125a, the spacer insulation pattern 127a, the silicide prevention pattern 131, and the color ratio control layer 150, respectively. 1300 kHz, 1000 kHz and 1000 kHz. As shown, the color ratio of the highest blue / green of the first pixel is about 0.62 when the wavelength of incident light is 480 nm, and the color ratio of the highest red / green of the first pixel. Is about 1.21 when the wavelength of incident light is 640 nm. In contrast, the color ratio of the highest blue / green of the second pixel is about 0.73 when the wavelength of incident light is 480 nm, and the color ratio of the red / green of the second pixel is about 1 when the wavelength of incident light is 640 nm. to be. That is, the color ratio adjusting layer 150 increases the color ratio of blue / green and decreases the color ratio of red / green, thereby minimizing the difference between the color ratio of blue / green and the color ratio of red / green. As a result, the image sensor having the second pixel provided with the color ratio adjusting layer 150 improves the color clarity of the image. As a result, the image sensor having the above-described structure is made of metal due to the blocking pattern 125a. It is possible to protect the photodiodes 113 and 114 from contamination of the element. Therefore, it is possible to minimize dark defects caused by contamination of conventional metal elements. In addition, the image sensor may improve the color clarity of an image by providing the color ratio adjusting layer 150.
도 8 내지 도 11은 도 4의 이미지 센서의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.8 to 11 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the image sensor of FIG. 4.
도 3 및 도 8을 참조하면, 제1 도전형의 반도체기판(101)의 소정영역에 소자분리막(103)을 형성하여 다이오드 영역(80) 및 활성영역(90)을 한정한다. 상기 활성영역(90)은 상기 다이오드 영역(80)의 일측과 접속한다. 상기 소자분리막(103)을 갖는 반도체기판(101)에 불순물 이온들을 선택적으로 주입하여 상기 소자분리막(103)을 둘러싸는 제1 도전형의 웰(111)을 형성한다. 이때, 상기 활성영역(90) 내에도 웰(미도시함)이 형성될 수도 있다.3 and 8, the device isolation layer 103 is formed in a predetermined region of the first conductive semiconductor substrate 101 to define the diode region 80 and the active region 90. The active region 90 is connected to one side of the diode region 80. Impurity ions are selectively implanted into the semiconductor substrate 101 having the device isolation film 103 to form a first conductivity type well 111 surrounding the device isolation film 103. In this case, a well (not shown) may also be formed in the active region 90.
상기 다이오드 영역(80)에 상기 반도체기판(101)의 표면으로 부터 소정의 깊이를 갖는 제2 도전형의 포토다이오드(113) 및 상기 제2 도전형의 포토다이오드(113)와 상기 반도체기판(101)의 표면 사이에 개재된 제1 도전형의 포토다이오드(114)를 형성한다.The second conductive photodiode 113, the second conductive photodiode 113, and the semiconductor substrate 101 having a predetermined depth in the diode region 80 from the surface of the semiconductor substrate 101. Photodiode 114 of the first conductivity type is formed between the surfaces of the < RTI ID = 0.0 >
상기 제1 도전형의 포토다이오드(114)는 상기 제1 도전형의 웰(111)과 일측이 접속되도록 형성할 수 있다. 상기 다이오드 영역(80)과 인접한 활성영역(90)에 채널확산층(104)을 형성한다. 상기 채널확산층(104)을 갖는 기판(101) 전면 상에 게이트절연막(105) 및 게이트막을 차례로 형성하고, 상기 게이트막 및 게이트절연막(105)을 연속적으로 패터닝하여 상기 활성영역(90) 상에 순차적으로 소정간격 이격된 제1, 제2 및 제3 게이트들(107a,107b,107c)을 형성한다. 상기 제1 게이트(107a)는 상기 채널확산층(104) 상에 형성한다. 상기 제1 및 제2 게이트들(107a,107b) 사이의 활성영역(90) 내에 제1 저농도 확산층(117a) 및 상기 제3 게이트(107c) 양측의 활성영역(90) 내에 제2 저농도 확산층(117b)을 형성한다.The first conductivity type photodiode 114 may be formed such that one side of the first conductivity type well diode 111 is connected. The channel diffusion layer 104 is formed in the active region 90 adjacent to the diode region 80. A gate insulating film 105 and a gate film 105 are sequentially formed on the entire surface of the substrate 101 having the channel diffusion layer 104, and the gate film and the gate insulating film 105 are successively patterned to sequentially form the active region 90. The first, second and third gates 107a, 107b, and 107c spaced apart from each other by the predetermined intervals are formed. The first gate 107a is formed on the channel diffusion layer 104. A second low concentration diffusion layer 117b in the active region 90 between the first and second gates 107a and 107b and a second low concentration diffusion layer 117b in the active region 90 on both sides of the third gate 107c. ).
상기 포토다이오드들(113,114), 상기 게이트들(107a,107b,107c)의 형성순서는 먼저, 상기 포토다이오드들(113,114)을 형성하고, 상기 게이트들(107a,107b,107c)을 형성할 수 있다. 이와는 다르게, 상기 게이트들(107a,107b,107c)을 먼저 형성한 후에, 상기 포토다이오드들(113,114)을 형성할 수 있다.The order in which the photodiodes 113 and 114 and the gates 107a, 107b and 107c are formed may be first formed in the photodiodes 113 and 114 and the gates 107a, 107b and 107c. . Alternatively, the gates 107a, 107b, and 107c may be formed first, followed by the photodiodes 113 and 114.
상기 게이트들(107a,107b,107c) 양측의 활성영역(90) 및 상기 다이오드 영역(80)의 표면에 산화막(109)을 형성한다. 상기 산화막(109)은 열산화막으로 형성할 수 있다. 즉, 상기 게이트들(107a,107b,107c)을 갖는 반도체기판(101)에 열산화공정을 진행하여 상기 산화막(109)을 형성한다. 이때, 상기 열산화공정은 상기 게이들(107a,107b,107c)의 식각손상을 치유하는 역활도 한다. 따라서, 상기 게이트들(107a,107b,107c)의 표면에도 열산화막(미도시함)이 형성될 수 있다.An oxide layer 109 is formed on the active region 90 on both sides of the gates 107a, 107b, and 107c and the surface of the diode region 80. The oxide film 109 may be formed as a thermal oxide film. That is, the oxide film 109 is formed by performing a thermal oxidation process on the semiconductor substrate 101 having the gates 107a, 107b, and 107c. At this time, the thermal oxidation process also serves to heal the etch damage of the gays (107a, 107b, 107c). Accordingly, a thermal oxide film (not shown) may be formed on the surfaces of the gates 107a, 107b, and 107c.
도 9 및 도 10을 참조하면, 상기 산화막(109), 상기 포토다이오드들(113,114) 및 상기 게이트들(107a,107b,107c)를 갖는 반도체기판(101) 전면에 블로킹막(125) 및 스페이서 절연막(127)을 차례로 형성한다. 상기 블로킹막(125)은 실리콘산화막에 비하여 금속원소의 확산계수가 낮은 절연막으로 형성한다. 예를 들면, 상기 블로킹막(125)은 실리콘질화막으로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 스페이서 절연막(127)은 CVD 실리콘산화막으로 형성할 수 있다.9 and 10, a blocking film 125 and a spacer insulating film on the entire surface of the semiconductor substrate 101 including the oxide film 109, the photodiodes 113 and 114, and the gates 107a, 107b and 107c. (127) are formed in sequence. The blocking film 125 is formed of an insulating film having a diffusion coefficient of a metal element lower than that of a silicon oxide film. For example, the blocking film 125 may be formed of a silicon nitride film. The spacer insulating layer 127 may be formed of a CVD silicon oxide layer.
상기 스페이서 절연막(127) 상에 감광막 패턴(130)을 형성한다. 상기 감광막 패턴(130)은 적어도 상기 다이오드 영역(80)을 덮는다. 상기 감광막 패턴(130)은 상기 제1 게이트(107a)의 일부분을 덮을 수도 있다.The photoresist pattern 130 is formed on the spacer insulating layer 127. The photoresist pattern 130 covers at least the diode region 80. The photoresist pattern 130 may cover a portion of the first gate 107a.
상기 감광막 패턴(130)을 마스크로 사용하여 전면 이방성 식각하여 상기 감광막 패턴(130) 하부에 차례로 적층된 블로킹 패턴(125a) 및 스페이서 절연 패턴(127a)을 형성하고, 상기 제1 저농도 확산층(117a)에 인접한 상기 제1 게이트(107a)의 일측벽 및 제2 및 제3 게이트들(107b,107c)의 측벽들에 측벽 스페이서(129)를 형성한다. 상기 측벽 스페이서(129)는 적층된 제1 및 제2 스페이서들(125b,127b)로 구성될 수 있다. 상기 제1 스페이서(125a)는 상기 블로킹막(125)의 일부분으로 "L자 형태이고, 상기 제2 스페이서(127b)는 상기 스페이서 절연막(127)의 일부분으로 전형적인 스페이서 형태(typical spacer-shaped)이다. 상기 스페이서 절연막(127)은 상기 측벽 스페이서(129)의 하부 폭을 조절하는 역활을 할 수 있다. 즉, 상기 스페이서 절연막의 두께를 조절함으로써, 상기 측벽 스페이서(129)를 요구되는 하부폭을 갖도록 형성할 수 있다. 상기 스페이서 절연막(127)은 생략될 수도 있다. 이 경우, 상기 측벽 스페이서(129)는 상기 블로킹막(125)의 일부분으로만 형성될 수 있다.Anisotropically etch the entire surface using the photoresist pattern 130 as a mask to form a blocking pattern 125a and a spacer insulation pattern 127a sequentially stacked below the photoresist pattern 130, and the first low concentration diffusion layer 117a. Sidewall spacers 129 are formed on one sidewall of the first gate 107a and sidewalls of the second and third gates 107b and 107c adjacent to the first gate 107a. The sidewall spacers 129 may be formed of stacked first and second spacers 125b and 127b. The first spacer 125a is a “L” shape as part of the blocking film 125, and the second spacer 127b is a typical spacer shape as part of the spacer insulating film 127. The spacer insulating layer 127 may serve to adjust a lower width of the sidewall spacer 129. That is, by adjusting the thickness of the spacer insulating layer, the sidewall spacer 129 may have a lower width required. The spacer insulating layer 127 may be omitted, and in this case, the sidewall spacer 129 may be formed only as a part of the blocking layer 125.
이어서, 상기 감광막 패턴(130)을 애슁공정등을 이용하여 제거한다.Subsequently, the photoresist pattern 130 is removed using an ashing process or the like.
상기 블로킹 패턴(125a), 스페이서 절연 패턴(127a) 및 측벽스페이서(129)를 마스크로 사용하여 불순물 이온들을 주입하여 제1 고농도 확산층(118a) 및 제2 고농도 확산층(118b)을 형성한다. 상기 제1 고농도 확산층(118a)은 상기 제1 및 제2 게이트들(107a,107b) 사이의 활성영역(90) 내에 형성되고, 상기 제2 고농도 확산층(118b)은 상기 제3 게이트(107c) 양측의 활성영역(90) 내에 형성된다. 상기 제1 저농도 및 제1 고농도 확산층들(117a,118a)은 부유확산층(119)을 구성하고, 상기 제2 저농도 및 제2 고농도 확산층들(117b,118b)은 불순물확산층(120)을 구성한다. 상기 부유확산층(119) 및 상기 불순물확산층(120)은 디디디 구조 또는 엘디디 구조로 형성할 수 있다. 다른 방법으로, 상기 제1 고농도 확산층(118a) 및 상기 제2 고농도 확산층(118b)이 생략되어, 상기 제1 저농도 확산층(117a)이 상기 부유확산층(119)을 구성하고, 상기 제2 저농도 확산층(117b)이 상기 불순물확산층(120)을 구성할 수도 있다.Impurity ions are implanted using the blocking pattern 125a, the spacer insulation pattern 127a, and the sidewall spacer 129 as a mask to form a first high concentration diffusion layer 118a and a second high concentration diffusion layer 118b. The first high concentration diffusion layer 118a is formed in the active region 90 between the first and second gates 107a and 107b, and the second high concentration diffusion layer 118b is disposed on both sides of the third gate 107c. Is formed in the active region 90 of. The first low concentration and first high concentration diffusion layers 117a and 118a constitute the floating diffusion layer 119, and the second low concentration and second high concentration diffusion layers 117b and 118b constitute the impurity diffusion layer 120. The floating diffusion layer 119 and the impurity diffusion layer 120 may be formed in a CD structure or an LED structure. Alternatively, the first high concentration diffusion layer 118a and the second high concentration diffusion layer 118b are omitted so that the first low concentration diffusion layer 117a constitutes the floating diffusion layer 119 and the second low concentration diffusion layer 119 117b) may constitute the impurity diffusion layer 120.
상기 부유확산층(119) 및 상기 불순물확산층(120)을 갖는 반도체기판(101) 전면에 실리사이드 방지막(미도시함)을 형성하고, 상기 실리사이드 방지막을 패터닝하여 상기 스페이서 절연 패턴(127a), 제1 게이트(107a) 및 부유확산층(119)을 덮는 실리사이드 방지 패턴(131)을 형성한다. 상기 실리사이드 방지 패턴(131)은 CVD 실리콘산화막으로 형성할 수 있다.A silicide prevention layer (not shown) is formed on an entire surface of the semiconductor substrate 101 including the floating diffusion layer 119 and the impurity diffusion layer 120, and the silicide prevention layer is patterned to form the spacer insulation pattern 127a and the first gate. A silicide prevention pattern 131 is formed to cover 107a and the floating diffusion layer 119. The silicide prevention pattern 131 may be formed of a CVD silicon oxide layer.
이어서, 상기 실리사이드 방지 패턴(131)을 갖는 반도체기판(101) 전면 상에 금속막(133)을 형성한다. 상기 금속막(133)을 갖는 반도체기판(101)에 금속실리사이드화 공정을 진행하여 상기 불순물확산층(120)의 표면에 금속실리사이드막(135)을 형성한다. 상기 금속막(133)을 증착하는 공정 및 상기 금속실리사이드화 공정은 인시츄(in-situ)로 수행될 수 있다.Subsequently, a metal film 133 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 101 having the silicide prevention pattern 131. The metal silicide film is formed on the surface of the impurity diffusion layer 120 by performing a metal silicide process on the semiconductor substrate 101 having the metal film 133. The process of depositing the metal film 133 and the metal silicideization process may be performed in-situ.
상기 금속실리사이드화 공정시, 상기 블로킹 패턴(125a)은 상기 실리사이드 방지 패턴(131) 상의 금속막(133)에 의하여 발생할 수 있는 금속원소의 오염으로 부터 상기 포토다이오드들(113,114)을 보호한다. 그 결과, 종래의 금속원소의 오염으로 야기되는 다크 결함을 최소화할 수 있다. 상기 실리사이드 방지 패턴(131)은 상기 부유확산층(119)의 표면에 상기 금속실리사이드막(135)이 형성되는 것을 방지하는 역할을 한다. 상기 부유확산층(119)의 표면에는 금속실리사이드막이 형성되지 않는 것이 바람직하다. 이는, 상기 금속실리사이드막(135)에 의하여 상기 부유확산층(119)의 표면이 손상되는 것을 방지함으로써, 이미지 센서의 성능이 향상되기 때문이다.In the metal silicide forming process, the blocking pattern 125a protects the photodiodes 113 and 114 from contamination of metal elements that may be generated by the metal layer 133 on the silicide prevention pattern 131. As a result, dark defects caused by contamination of conventional metal elements can be minimized. The silicide prevention pattern 131 prevents the metal silicide layer 135 from being formed on the surface of the floating diffusion layer 119. It is preferable that a metal silicide film is not formed on the surface of the floating diffusion layer 119. This is because the performance of the image sensor is improved by preventing the surface of the floating diffusion layer 119 from being damaged by the metal silicide layer 135.
도 11을 참조하면, 상기 금속막(133) 중 미반응된 부분을 식각공정으로 제거한다. 이어서, 상기 반도체기판(101) 전면 상에 버퍼절연막(148) 및 색비 조절막(150)을 차례로 형성한다. 상기 색비 조절막(150)은 이미지 센서에 입사되는 빛들 중 색광(colored light)의 3원색인 블루, 그린 및 레드의 감도(sensitivity)들 간의 비율인 색비들을 조절할 수 있는 절연막으로 형성한다. 예를 들면, 실리콘질화막으로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 색비 조절막(150)은 블루/그린의 색비와 레드/그린의 색비 간의 차이가 최소화된 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 버퍼절연막(148)은 상기 색비 조절막(150) 및 상기 금속실리사이드막(135) 간의 스트레스를 완충하는 역활을 할 수 있다. 상기 버퍼절연막(148)은 생략될 수 있다.상기 색비 조절막(150)으로 인하여, 이미지 센서로 구현되는 영상의 색 선명도를 향상시킬 수 있다.상기 색비 조절막(150) 상에 적어도 하나의 층간절연막(152,154)을 형성한다. 도 11에서는, 제1 및 제2 층간절연막들(152,154)이 도시되어 있다. 제2 층간절연막(154)을 형성하기 전에, 상기 제1 층간절연막(152) 상에 상기 부유확산층(119) 및 상기 제3 게이트(107c)를 전기적으로 접속시키는 배선(미도시함)을 형성할 수 있다. 상기 배선의 일부분은 상기 제1 층간절연막(152), 상기 색비 조절막(150), 상기 버퍼절연막(148), 상기 실리사이드 방지 패턴(127a) 및 상기 산화막(109)을 관통하여 상기 부유확산층(119)에 접속할 수 있다. 상기 배선의 다른 부분은 상기 제1 층간절연막(152), 상기 색비 조절막(150) 및 상기 버퍼절연막(148)을 관통하여 상기 제3 게이트(107c)와 접속할 수 있다.상기 제2 층간절연막(154) 상에 도 4의 페시베이션막(156)을 형성한다. 상기 페시베이션막(156)은 상기 이미지 센서를 외부의 수분등과 같은 오염원으로 부터 보호하는 역활을 한다. 상기 페시베이션막(156)은 실리콘 질화막으로 형성할 수 있다.Referring to FIG. 11, an unreacted portion of the metal film 133 is removed by an etching process. Subsequently, a buffer insulating film 148 and a color ratio control film 150 are sequentially formed on the entire surface of the semiconductor substrate 101. The color ratio adjusting layer 150 is formed of an insulating layer that can control color ratios, which are ratios between sensitivity of blue, green, and red, which are three primary colors of colored light, among the light incident on the image sensor. For example, it is preferable to form with a silicon nitride film. The color ratio adjusting layer 150 may be formed to have a thickness that minimizes the difference between the color ratio of blue / green and the color ratio of red / green. The buffer insulating layer 148 may play a role of buffering stress between the color ratio adjusting layer 150 and the metal silicide layer 135. The buffer insulating layer 148 may be omitted. The color ratio adjusting layer 150 may improve color sharpness of an image implemented by an image sensor. At least one interlayer on the color ratio adjusting layer 150 may be improved. The insulating films 152 and 154 are formed. In FIG. 11, first and second interlayer insulating films 152 and 154 are illustrated. Before forming the second interlayer insulating film 154, a wiring (not shown) for electrically connecting the floating diffusion layer 119 and the third gate 107c to the first interlayer insulating film 152 may be formed. Can be. A portion of the wiring penetrates through the first interlayer insulating layer 152, the color ratio adjusting layer 150, the buffer insulating layer 148, the silicide prevention pattern 127a, and the oxide layer 109 and the floating diffusion layer 119. ) Can be accessed. The other part of the wiring may be connected to the third gate 107c by passing through the first interlayer insulating layer 152, the color ratio adjusting layer 150, and the buffer insulating layer 148. The passivation film 156 of FIG. 4 is formed on 154. The passivation film 156 serves to protect the image sensor from contamination sources such as external moisture. The passivation film 156 may be formed of a silicon nitride film.
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상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 이미지 센서는 포토다이오드들 상부에 블로킹 패턴이 배치된다. 상기 블로킹 패턴은 금속원소의 오염으로 부터 상기 포토다이오드들을 보호한다. 따라서, 종래의 금속오염원으로 야기되는 다크 결함을 최소화할 수 있다.As described above, in the image sensor according to the present invention, a blocking pattern is disposed on the photodiodes. The blocking pattern protects the photodiodes from contamination of metal elements. Therefore, it is possible to minimize dark defects caused by conventional metal pollution sources.
또한, 본 발명에 따른 이미지 센서는 상기 포토다이오드들 상부에 색비 조절막을 구비한다. 상기 색비 조절막은 색광 3원색인 블루, 그린 및 레드의 감도들 간의 색비를 조절한다. 특히, 상기 색비 조절막은 블루/그린의 색비와 레드/그린의 색비 간의 차이를 최소화할 수 있다. 그 결과, 상기 이미지 센서로 구현되는 영상의 색 선명도를 향상시킬 수 있다.In addition, the image sensor according to the present invention includes a color ratio adjusting layer on the photodiodes. The color ratio adjusting film adjusts the color ratio between the sensitivity of blue, green and red, which are three primary colors of color light. In particular, the color ratio adjusting layer may minimize the difference between the color ratio of blue / green and the color ratio of red / green. As a result, color clarity of an image implemented by the image sensor may be improved.
도 1은 전형적인 씨모스 이미지 센서의 화소(pixel)를 나타내는 등가회로도이다.1 is an equivalent circuit diagram illustrating a pixel of a typical CMOS image sensor.
도 2는 종래의 이미지 센서의 제조방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.2 is a schematic cross-sectional view for explaining a method of manufacturing a conventional image sensor.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이미지 센서를 나타내는 평면도이다.3 is a plan view illustrating an image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 4는 도 3의 I-I'을 따라 취해진 단면도이다.4 is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 3.
도 5는 도 4의 이미지 센서 중 색비 조절막의 두께에 따른 색비를 나타내는 시뮬레이션 그래프이다.FIG. 5 is a simulation graph illustrating color ratios according to thicknesses of color ratio adjusting layers in the image sensor of FIG. 4.
도 6은 4의 이미지 센서의 다크 결함을 설명하기 위한 그래프이다.6 is a graph for explaining a dark defect of the image sensor of 4.
도 7은 도 4의 이미지 센서의 색비 특성을 나타내는 그래프이다.7 is a graph illustrating color ratio characteristics of the image sensor of FIG. 4.
도 8 내지 도 11은 도 4의 이미지 센서의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.8 to 11 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the image sensor of FIG. 4.
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