KR100582384B1 - 이미지센서 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 PNP 구조 포토다이오드에서 발생되는 전자 누설을 효과적으로 방지하여 전하전송 효율을 향상시킬 수 있는 이미지센서 및 그 제조방법을 제공한다.

본 발명은 포토다이오드 및 전송 트랜지스터가 형성된 반도체 기판과, 상기 포토다이오드 상의 전면에 형성된 투명도전막 패턴과, 상기 포토다이오드와 투명도전막 패턴 사이에 형성된 절연막 패턴과, 상기 투명도전막 패턴과 연결된 배선과, 상기 투명도전막 패턴과 상기 배선 사이를 절연하는 층간절연막을 포함하되, 상기 포토다이오드에 생성된 전자를 상기 절연막 패턴 하부의 상기 포토다이오드 표면으로 모으기 위해 상기 전송 트랜지스터의 턴온시 상기 배선에 양의 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 이미지센서를 제공한다.

이미지센서, 포토다이오드, 전자 누설, ITO막, 산화막

Description

이미지센서 및 그 제조방법{IMAGE SENSOR AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

도 1은 종래 이미지센서의 단면도.

도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법을 설명하기 위한 단면도.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : P^＋ 반도체 기판 21 : 필드산화막

23 : 게이트 24 : 스페이서

25 : N^- 영역 26 : P⁰ 영역

27 : 산화막 28 : ITO막

27a : 산화막 패턴 28a : ITO막 패턴

29 : 층간절연막 30 : 배선

본 발명은 이미지센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 PNP 구조의 포토다이오드를 구비한 이미지센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 이미지센서는 광학영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 빛을 감지하는 광감지 부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 로직회로 부분으로 구성되어 있으며, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지센서의 경우에는 CMOS 기술을 이용하여 화소 수만큼 MOS 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용한다.

이미지센서의 단위화소는 광감지 부분인 포토다이오드와 4개의 NMOS 트랜지스터로 구성되는데, 4개의 NMOS 트랜지스터 중 전송(Transfer) 트랜지스터는 포토다이오드에서 생성된 광전하를 플로팅 확산영역으로 운송하는 역할을 하고, 리셋(Reset) 트랜지스터는 신호검출을 위해 플로팅 확산영역에 저장되어 있는 전하를 배출하는 역할을 하고, 구동(Drive) 트랜지스터는 소스팔로워(Source Follower) 역할을 하여, 선택(Selective) 트랜지스터는 스위칭(Switching) 및 어드레싱 (Addressing) 역할을 한다.

이러한 종래 이미지센서를 도 1을 참조하여 설명한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 포토다이오드 및 트랜지스터 영역이 정의되고 P^- 에피층이 형성된 P^＋ 반도체 기판(10)에 필드산화막(11)이 형성되고, 트랜지스터 영 역의 기판(10)에는 게이트 절연막(12), 게이트(13), 스페이서(14) 및 N^＋ 접합영역(미도시)이 형성되어 트랜지스터가 형성되며, 포토다이오드 영역의 기판(10)에는 딥 N^- 영역(15) 및 P⁰ 영역(16)이 형성되어 PNP 구조의 포토다이오드가 형성된다. 여기서, 게이트(13)은 전송 게이트를 나타내며, 게이트(13) 일측의 N^＋ 접합영역은 플로팅확산영역으로 작용한다.

그러나, 입사된 광에 의해 포토다이오드에 전자가 생성되면, P⁰ 영역/딥 N^- 영역/P^- 에피층에 의해 형성된 공핍영역(depletion region)에 의해 기판(10)의 서브(sub)로 전자 누설(leakage)이 발생하여, 전송 게이트의 턴온(turn-on)시 포토다이오드로부터 전송 게이트를 지나 플로팅확산영역에 이르는 전하운송 효율을 저하시키게 된다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, PNP 구조 포토다이오드에서 발생되는 전자 누설을 효과적으로 방지하여 전하전송 효율을 향상시킬 수 있는 이미지센서 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 일 측면에 따른 본 발명은, 포토다이오드 및 전송 트랜지스터가 형성된 반도체 기판과, 상기 포토다이오드 상의 전면에 형성된 투명도전막 패턴과, 상기 포토다이오드와 투명도전막 패턴 사이에 형성된 절연막 패턴과, 상기 투명도전막 패턴과 연결된 배선과, 상기 투명도전막 패턴과 상기 배선 사이를 절연하는 층간절연막을 포함하되, 상기 포토다이오드에 생성된 전자를 상기 절연막 패턴 하부의 상기 포토다이오드 표면으로 모으기 위해 상기 전송 트랜지스터의 턴온시 상기 배선에 양의 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 이미지센서를 제공한다.

여기서, 투명도전막 패턴은 ITO막으로 이루어지고, 절연막 패턴은 산화막으로 이루어지며, 전송 트랜지스터의 턴온시 상기 배선에 양의 전압을 인가하는 것이 바람직하다.

또한, 상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 측면에 따른 본 발명은 포토다이오드 및 전송 트랜지스터가 형성된 반도체 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판 전면 상에 절연막과 투명도전막을 순차적으로 증착하는 단계와, 상기 투명도전막과 절연막을 패터닝하여 상기 포토다이오드 상의 전면에 투명도전막 패턴 및 절연막 패턴을 형성하는 단계와, 상기 기판 상에 상기 투명도전막 패턴을 일부 노출시키는 콘택홀을 구비한 층간절연막을 형성하는 단계와, 상기 콘택홀을 통하여 상기 투명도전막 패턴과 연결된 배선을 형성하는 단계를 포함하는 이미지센서의 제조방법을 제공한다.

바람직하게, 투명도전막은 ITO막으로 이루어지고, 절연막은 산화막으로 이루어진다.

이하, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 보다 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예를 소개하기로 한다.

도 2a 내지 도 2d를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법을 설명한다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 포토다이오드 및 트랜지스터 영역이 정의되고 P^- 에피층이 형성된 P^＋ 반도체 기판(20)에 필드산화막(21)을 형성한다. 그 다음, 트랜지스터 영역의 기판(20) 상에 게이트 절연막(22)과 게이트(23)를 형성하고, 포토다이오드 영역의 기판(20) 내부 및 표면에 딥 N^- 영역(25) 및 P⁰ 영역(26)을 각각 형성하여 PNP 구조의 포토다이오드를 형성한다. 그 후, 게이트(23) 측부에 스페이서(24)를 형성하고, 트랜지스터 영역의 기판(20) 표면에 N^＋ 접합영역(미도시)을 형성하여 트랜지스터를 형성한다. 여기서, 게이트(23)는 전송 게이트를 나타내며, 게이트(23) 일측의 N^＋ 접합영역은 플로팅확산영역으로 작용한다.

도 2b에 도시된 바와 같이, 기판 전면 상에 절연막으로서 산화막(27)을 증착하고, 산화막(27) 상부에 투명전도막으로서 ITO(Indium TiN Oixde)막(28)을 증착한다. 그 다음, 도 2c에 도시된 바와 같이, 포토리소그라피 및 식각공정에 의해 ITO막(28)과 산화막(27)을 패터닝하여 포토다이오드 상에만 ITO막 패턴(28a) 및 산화막 패턴(27a)을 형성한다.

도 2d에 도시된 바와 같이, 기판 전면 상에 층간절연막(29)을 증착하고 패터닝하여, ITO막 패턴(28a)의 일부를 노출시키는 콘택홀을 형성한다. 그 다음, 콘택홀을 매립하도록 층간절연막(29) 상에 배선용 물질막을 증착하고 패터닝하여 콘택 홀을 통하여 ITO막 패턴(28a)과 연결된 배선(30)을 형성한다.

즉, 포토다이오드 상에 ITO막 패턴(28a)을 적용하여 전송 트랜지스터의 턴온시 배선(30)을 통하여 ITO막 패턴(28a)에 양(＋)의 전압을 인가하게 되면, 포토다이오드에 생성된 전자가 표면에 집중되어 포토다이오드로부터 전송 게이트를 지나 플로팅 확산영역으로 전하운송이 빠르게 진행될 뿐만 아니라 기판 서브로의 전자누설이 방지되므로 전하운송 효율이 향상된다.

또한, 리셋 트랜지스터의 턴온시 배선(30)을 통하여 ITO막 패턴(28a)에 음(-)의 전압을 인가하게 되면 불필요한 전자를 제거하는 것도 가능해진다.

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.

전술한 본 발명은 PNP 구조 포토다이오드에서 발생되는 전자 누설을 효과적으로 방지하면서 전하운송 속도를 높임으로써 이미지센서의 전하전송 효율을 향상시킬 수 있다.

Claims (7)

1. 포토다이오드 및 전송 트랜지스터가 형성된 반도체 기판;

   상기 포토다이오드 상의 전면에 형성된 투명도전막 패턴;

   상기 포토다이오드와 투명도전막 패턴 사이에 형성된 절연막 패턴;

   상기 투명도전막 패턴과 연결된 배선; 및

   상기 투명도전막 패턴과 상기 배선 사이를 절연하는 층간절연막을 포함하되, 상기 포토다이오드에 생성된 전자를 상기 절연막 패턴 하부의 상기 포토다이오드 표면으로 모으기 위해 상기 전송 트랜지스터의 턴온시 상기 배선에 양의 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 이미지센서.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 투명도전막 패턴은 ITO막으로 이루어진 것윽 특징으로 하는 이미지센서.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 절연막 패턴은 산화막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이미지센서.
4. 삭제
5. 포토다이오드 및 전송 트랜지스터가 형성된 반도체 기판을 준비하는 단계;

   상기 기판 전면 상에 절연막과 투명도전막을 순차적으로 증착하는 단계;

   상기 투명도전막과 절연막을 패터닝하여 상기 포토다이오드 상의 전면에 투명도전막 패턴 및 절연막 패턴을 형성하는 단계;

   상기 기판 상에 상기 투명도전막 패턴을 일부 노출시키는 콘택홀을 구비한 층간절연막을 형성하는 단계; 및

   상기 콘택홀을 통하여 상기 투명도전막 패턴과 연결된 배선을 형성하는 단계를 포함하는 이미지센서의 제조방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 투명도전막은 ITO막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,

   상기 절연막은 산화막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.

Images