KR100664863B1 - Cmos image sensor with improved integration and method for fabrication thereof - Google Patents

Cmos image sensor with improved integration and method for fabrication thereof Download PDF

Info

Publication number
KR100664863B1
KR100664863B1 KR1020040115912A KR20040115912A KR100664863B1 KR 100664863 B1 KR100664863 B1 KR 100664863B1 KR 1020040115912 A KR1020040115912 A KR 1020040115912A KR 20040115912 A KR20040115912 A KR 20040115912A KR 100664863 B1 KR100664863 B1 KR 100664863B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
photodiode
transistor
forming
insulating film
unit pixel
Prior art date
Application number
KR1020040115912A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20060077117A (en
Inventor
황경진
Original Assignee
매그나칩 반도체 유한회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 매그나칩 반도체 유한회사 filed Critical 매그나칩 반도체 유한회사
Priority to KR1020040115912A priority Critical patent/KR100664863B1/en
Publication of KR20060077117A publication Critical patent/KR20060077117A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100664863B1 publication Critical patent/KR100664863B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14643Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14645Colour imagers
    • H01L27/14647Multicolour imagers having a stacked pixel-element structure, e.g. npn, npnpn or MQW elements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • H01L27/14607Geometry of the photosensitive area
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/14612Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14683Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14689MOS based technologies

Landscapes

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

Abstract

본 발명은 집적도 및 해상도를 동시에 높일 수 있는 CMOS 이미지센서의 구조 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은, λ1>λ2>λ3의 관계를 갖는 3가지의 칼라에 대한 이미지를 생성하기 위한 CMOS 이미지센서에 있어서, λ1에 해당하는 칼라의 이미지를 생성하기 위한 제1포토다이오드; 상기 제1포토다이오드 상부에 배치되며 λ2에 해당하는 칼라의 이미지를 생성하기 위한 제2포토다이오드; 및 상기 제2포토다이오드 상부에 배치되며 λ3에 해당하는 칼라의 이미지를 생성하기 위한 제3포토다이오드를 포함하는 CMOS 이미지센서를 제공한다.The present invention is to provide a structure and a manufacturing method of a CMOS image sensor that can increase the integration and resolution at the same time, for this purpose, the present invention generates an image for three colors having a relationship of λ 1> λ 2> λ 3 A CMOS image sensor comprising: a first photodiode for generating an image of a color corresponding to λ 1; A second photodiode disposed on the first photodiode and generating an image of a color corresponding to λ2; And a third photodiode disposed on the second photodiode and configured to generate an image having a color corresponding to λ 3.

또한, 본 발명은 CMOS 이미지센서 제조 방법을 제공한다.The present invention also provides a method for manufacturing a CMOS image sensor.

CMOS 이미지센서, 포토다이오드, 적층 구조, 실리콘층.CMOS image sensor, photodiode, laminated structure, silicon layer.

Description

집적도가 향상된 씨모스 이미지센서 및 그 제조 방법{CMOS IMAGE SENSOR WITH IMPROVED INTEGRATION AND METHOD FOR FABRICATION THEREOF} CMOS image sensor with improved density and its manufacturing method {CMOS IMAGE SENSOR WITH IMPROVED INTEGRATION AND METHOD FOR FABRICATION THEREOF}             

도 1은 하나의 단위 화소에 4개의 트랜지스터를 포함하는 CMOS 이미지센서의 단위 화소를 도시한 회로도.1 is a circuit diagram illustrating a unit pixel of a CMOS image sensor including four transistors in one unit pixel.

도 2는 도 1의 구조를 갖는 CMOS 이미지센서를 개략적으로 도시한 평면도.2 is a plan view schematically illustrating a CMOS image sensor having the structure of FIG.

도 3은 3개의 칼라를 모두 포함하기 위한 최소한의 단위 화소의 배열을 도시한 평면도.3 is a plan view showing an arrangement of a minimum unit pixel for including all three colors;

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 4개의 트랜지스터와 1개의 포토다이오드를 단위 화소로 갖는 3개의 단위 화소를 도시한 CMOS 이미지센서의 평면도.4 is a plan view of a CMOS image sensor showing three unit pixels having four transistors and one photodiode as unit pixels according to an embodiment of the present invention;

도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서 제조 공정을 도시한 단면도.5A to 5F are cross-sectional views illustrating an image sensor manufacturing process according to an embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 3개의 단위 화소를 도시한 CMOS 이미지센서의 단면도.6 is a cross-sectional view of a CMOS image sensor showing three unit pixels according to an embodiment of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

100 : 기판 101 : 소자분리막100 substrate 101 device isolation film

102 : 게이트 절연막 103 : 게이트 전도막102 gate insulating film 103 gate conductive film

104 : n1-영역 105 : 스페이서104: n1-region 105: spacer

106a, 106b, 106c : 소스/드레인 접합 107 : P10영역106a, 106b, 106c: Source / drain junction 107: P10 region

108 : 제1절연막 109 : 제1실리콘층108: first insulating film 109: first silicon layer

110 : 제2절연막 111 : n2-영역110: second insulating film 111: n2- region

112 : P20영역 113, 118 : 불순물 영역112: P20 region 113, 118: impurity region

114 : 제2실리콘층 115 : 제3절연막114: second silicon layer 115: third insulating film

116 : n3-영역 117 : P30영역116: n3-zone 117: P30 zone

119 : 제5절연막 120a ∼ 120d : 메탈 콘택119: fifth insulating film 120a to 120d: metal contact

121a ∼ 121c : 메탈라인 122 : 보호용 절연막121a to 121c: Metal line 122: Protective insulating film

123 : 평탄화용 절연막 124 : 마이크로렌즈123: insulating film for planarization 124: microlens

본 발명은 CMOS 이미지센서에 관한 것으로 특히, 단위화소를 이루는 3개의 트랜지스터 군에서 3개의 서로 다른 파장의 빛을 수광하도록 적층 구조로 배치된 포토다이오드를 평면적으로 공유하도록 배치함으로써, 고집적도 및 고화질을 이룰 수 있는 CMOS 이미지센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a CMOS image sensor, and in particular, by arranging planarly to share photodiodes arranged in a stacked structure to receive light of three different wavelengths in three transistor groups constituting a unit pixel, high integration and high image quality The present invention relates to a CMOS image sensor and a method of manufacturing the same.

이미지센서는 광학 영상(Optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체소 자이며, 이미지센서는 크게 전하결합소자(Charge Coupled Device; 이하 CCD라 함)와 CMOS(Complementary MOS; 이하 CMOS라 함) 이미지센서로 이루어진다.An image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal. An image sensor is a charge coupled device (CCD) and a CMOS (Complementary MOS) image sensor. Is made of.

CCD는 개개의 MOS(Metal Oxide Semiconductor) 캐패시터가 서로 매우 근접하도록 배치되어 있고, 전하 캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 방식의 소자이다. A CCD is a device in which individual metal oxide semiconductor (MOS) capacitors are arranged so close to each other that charge carriers are stored and transported in the capacitor.

반면, CMOS 이미지센서는 반도체의 CMOS 공정을 적용하여 하나의 단위 화소에 하나의 포토다이오드와 3개 또는 4개 등의 단위 화소 구동을 위한 트랜지스터를 포함한다. CMOS 이미지센서는 제어회로(Control circuit) 및 신호처리회로(Signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하며, 화소 수만큼 구동을 위한 MOS 트랜지스터들을 만들고, 이들을 이용하여 차례차례 출력(Output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.On the other hand, the CMOS image sensor includes a transistor for driving one photodiode and three or four unit pixels in one unit pixel by applying a semiconductor CMOS process. CMOS image sensor uses CMOS technology that uses a control circuit and a signal processing circuit as peripheral circuits, makes MOS transistors to drive as many pixels, and uses them sequentially to output Is a device that adopts a switching method for detecting.

이러한 다양한 이미지센서를 제조함에 있어서, 이미지센서의 감광도(Photo sensitivity)를 증가시키기 위한 노력들이 진행되고 있으며, 그 중 하나가 집광기술이다. 예컨대, CMOS 이미지센서는 빛을 감지하는 포토다이오드와 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 CMOS 로직회로부분으로 구성되어 있으며, 광감도를 높이기 위해서는 전체 이미지센서 면적에서 포토다이오드의 면적이 차지하는 비율(이를 통상 Fill Factor"라 한다)을 크게 하려는 노력이 진행되고 있다.In manufacturing such various image sensors, efforts are being made to increase the photo sensitivity of the image sensor, and one of them is a light collecting technology. For example, a CMOS image sensor is composed of a photodiode for detecting light and a portion of a CMOS logic circuit for processing the detected light into an electrical signal to make data, and in order to increase the light sensitivity, the area of the photodiode in the total image sensor area ( Efforts are being made to increase this, usually referred to as "fill factor."

도 1은 하나의 단위 화소에 4개의 트랜지스터를 포함하는 CMOS 이미지센서의 단위 화소(Unit Pixel)를 도시한 회로도이다.1 is a circuit diagram illustrating a unit pixel of a CMOS image sensor including four transistors in one unit pixel.

도 1에 도시된 단위 화소는, 광감도(Sensitivity)를 높이고 단위 화소 간의 크로스 토크(Cross talk) 효과를 줄이기 위하여 서브미크론(Sub-micron) CMOS 에피(Epi) 공정이 적용되었다.In the unit pixel illustrated in FIG. 1, a sub-micron CMOS epi process is applied to increase sensitivity and reduce cross talk effects between unit pixels.

도 1을 참조하면, 이미지센서의 단위 화소는, PNP, PNPN 등의 구조를 이루며, 빛을 입력받아 이에 해당하는 만큼 전자-정공 쌍 즉, 광전하(Photogenerated Charge)을 형성하는 포토다이오드(PD)와, 턴-온 동작에 따라 포토다이오드에 축적된 광전하를 플로팅 확산노드(FD)로 전달하기 위해 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)와, 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 턴-온 동작에 의해 전달된 광전하를 전달받는 플로팅 확산노드(FD)와, 리셋 신호에 따라 플로팅 확산노드(FD)를 전원전압(VDD) 레벨로 리셋시키기 위한 리셋 트랜지스터(Rx)와, 플로팅 확산노드(FD)로 부터 전달되는 광전하에 해당하는 전기 신호에 따라 턴-온되는 양이 달라지며, 이에 따라 광전하의 양에 비례하는 전기 신호를 출력하는 드라이브 트랜지스터(Dx)와, 셀렉트 신호의 제어를 받아 턴-온되며 드라이브 트랜지스터(Dx)를 통해 출력되는 단위 화소의 신호를 출력하기 위한 셀렉트 트랜지스터(Sx)를 구비하여 구성된다.Referring to FIG. 1, a unit pixel of an image sensor may have a structure of PNP, PNPN, etc., and receives a light to form an electron-hole pair, ie, a photogenerated charge, as much as the photodiode PD. And transfer the photocharges accumulated by the turn-on operation of the transfer transistor Tx and the transfer transistor Tx to transfer the photocharges accumulated in the photodiode to the floating diffusion node FD according to the turn-on operation. The floating diffusion node FD received, the reset transistor Rx for resetting the floating diffusion node FD to the power supply voltage VDD level according to the reset signal, and the photocharge transferred from the floating diffusion node FD. The amount of turn-on varies according to the corresponding electric signal. Accordingly, the drive transistor Dx outputs an electric signal proportional to the amount of photocharge, and the drive transistor Dx is turned on under the control of the select signal. To And a select transistor Sx for outputting a signal of a unit pixel output through the unit pixel.

예컨대, 셀렉트 트랜지스터(Sx)는 로우 셀렉트 신호에 의해 게이트가 제어되며, 자신의 소스단을 통해 칼럼라인(Col)으로 단위 화소의 신호를 출력한다.For example, the gate of the select transistor Sx is controlled by a low select signal, and outputs a signal of a unit pixel to the column line Col through its source terminal.

상기한 구조에서 알 수 있듯이 하나의 단위화소는 4개의 트랜지스터와 한개의 포토다이오드를 포함한다.(한편, 3개의 트랜지스터와 하나의 포토다이오드를 포함하는 경우도 있다.)As can be seen from the above structure, one unit pixel includes four transistors and one photodiode. (In some cases, three transistors and one photodiode may be included.)

도 2는 도 1의 구조를 갖는 CMOS 이미지센서를 개략적으로 도시한 평면도이다.FIG. 2 is a plan view schematically illustrating a CMOS image sensor having the structure of FIG. 1.

도 2를 참조하면, 액티브 영역(ACT)이 정방형의 포토다이오드(PD) 영역으로부터 좌측으로 90° 꺾인 후 라인 형태로 확장되도록 배치되어 있고, 액티브 영역(ACT)의 정방형 영역에 포토다이오드(PD)가 형성되어 있다. 액티브 영역(ACT)에 소스/드레인을 갖는 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)와 리셋 트랜지스터(Rx)와 드라이브 트랜지스터(Dx) 및 셀렉트 트랜지스터(Sx)가 일정 간격으로 배치되어 있다. 따라서, 하나의 단위 화소는 4개의 트랜지스터와 하나의 포토다이오드가 평면적으로 4각형(또는 다각형)의 형상을 갖는다.Referring to FIG. 2, the active region ACT is arranged to be extended in a line form after bending 90 ° to the left from the square photodiode PD region, and the photodiode PD in the square region of the active region ACT. Is formed. The transfer transistor Tx having the source / drain, the reset transistor Rx, the drive transistor Dx, and the select transistor Sx in the active region ACT are arranged at regular intervals. Therefore, one unit pixel has four transistors and one photodiode in a planar quadrilateral shape (or polygonal shape).

도 2에서는 특정 파장대의 빛만을 통과시키는 하나의 칼라필터 하부의 단위 화소에서 액티브 영역(ACT)과 4개의 트랜지스터를 이루는 게이트만을 도시하였으나, 실제 단위 화소의 동작을 위해서는 소스/드레인 접합과 메탈 콘택과 메탈라인 및 비아 콘택 등을 포함하여야 한다. In FIG. 2, only the gate forming the active region ACT and four transistors in a unit pixel under one color filter passing only light in a specific wavelength range is illustrated. However, source / drain junctions, metal contacts, Metal lines and via contacts should be included.

이처럼 하나의 단위 화소는 단일 칼라 필터를 사용하여 단일 칼라의 이미지를 얻는다.As such, one unit pixel uses a single color filter to obtain a single color image.

도 3은 3개의 칼라를 모두 포함하기 위한 최소한의 단위 화소의 배열을 도시한 평면도이다. 3 is a plan view illustrating an arrangement of a minimum unit pixel to include all three colors.

도 3을 참조하면, 레드(R) 칼라의 이미지를 얻기 위한 제1화소(U/C1)와, 그린(G) 칼라의 이미지를 얻기 위한 제2 및 제3화소(U/C2, U/C3)와, 블루(B) 칼라의 이미지를 얻기 위한 제4화소(U/C4)가 2*2의 구조로 배열되어 있으며, 각각의 단위 화소는 4개의 트랜지스터와 1개의 포토다이오드를 포함하고 있다.Referring to FIG. 3, a first pixel U / C1 for obtaining an image of a red (R) color, and second and third pixels U / C2 and U / C3 for an image of a green (G) color are obtained. ) And a fourth pixel (U / C4) for obtaining an image of a blue (B) color are arranged in a structure of 2 * 2, and each unit pixel includes four transistors and one photodiode.

도 3에 도시된 바와 같이, 하나의 화소에서 하나의 칼라에 대한 이미지 만을 얻고, 이웃하는 다른 칼라의 단위 화소의 데이타를 이용하여 보간함으로써, 해당 화소에 대한 3가지의 칼라를 얻었다.As shown in FIG. 3, only one image of one color is obtained in one pixel, and three colors of the pixel are obtained by interpolating using data of unit pixels of another neighboring color.

따라서, 이를 위해서는 최소 3개 이상(3∼9)의 단위 화소가 있어야 이미지센서가 모든 가시광선 영역 즉, 자연색에 대한 이미지를 전기적으로 변환할 수 있다.Therefore, at least three (3 to 9) unit pixels are required for the image sensor to electrically convert an image for all visible light regions, that is, natural colors.

이는 현재 CMOS 이미지센서의 집적도 및 해상도 측면에서 가장 큰 취약점이다.This is currently the biggest weakness in terms of the density and resolution of CMOS image sensors.

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 본 발명은, 집적도 및 해상도를 동시에 높일 수 있는 CMOS 이미지센서의 구조 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention proposed to solve the problems of the prior art as described above, the object of the present invention is to provide a structure and a manufacturing method of a CMOS image sensor that can increase the integration and resolution at the same time.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, λ1>λ2>λ3의 관계를 갖는 3가지의 칼라에 대한 이미지를 생성하기 위한 CMOS 이미지센서에 있어서, λ1에 해당하는 칼라의 이미지를 생성하기 위한 제1포토다이오드; 상기 제1포토다이오드 상부에 배치되며 λ2에 해당하는 칼라의 이미지를 생성하기 위한 제2포토다이오드; 및 상기 제2포토다이오드 상부에 배치되며 λ3에 해당하는 칼라의 이미지를 생성하기 위한 제3포토다이오드를 포함하는 CMOS 이미지센서를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a CMOS image sensor for generating an image for three colors having a relationship of λ1> λ2> λ3, the first photo for generating an image of a color corresponding to λ1 diode; A second photodiode disposed on the first photodiode and generating an image of a color corresponding to λ2; And a third photodiode disposed on the second photodiode and configured to generate an image having a color corresponding to λ 3.

또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, λ1>λ2>λ3의 관계를 갖 는 3가지의 칼라에 대한 이미지를 생성하기 위한 CMOS 이미지센서에 있어서, 제1도전형의 실리콘 기판에 형성되며, λ1의 칼라 이미지 생성을 위한 제1포토다이오드; 상기 기판에 형성된 복수의 트랜지스터; 상기 제1포토다이오드 상에 형성된 제1도전형의 제1실리콘층; 상기 제1실리콘층에 형성되며, λ2의 칼라 이미지 생성을 위한 제2포토다이오드; 상기 제2포토다이오드 상에 형성된 제1도전형의 제2실리콘층; 및 상기 제2실리콘층에 형성되며, λ3의 칼라 이미지 생성을 위한 제3포토다이오드를 포함하는 CMOS 이미지센서를 제공한다.In addition, in order to achieve the above object, the present invention is formed on a silicon substrate of the first conductivity type in a CMOS image sensor for generating an image for three colors having a relationship of λ1> λ2> λ3, a first photodiode for generating a color image of λ1; A plurality of transistors formed on the substrate; A first silicon layer of a first conductivity type formed on the first photodiode; A second photodiode formed on the first silicon layer and configured to generate a color image of λ2; A second silicon layer of a first conductivity type formed on the second photodiode; And a third photodiode formed on the second silicon layer, the third photodiode for generating a color image of λ3.

또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, λ1>λ2>λ3의 관계를 갖는 3가지의 칼라에 대한 이미지를 생성하기 위한 CMOS 이미지센서 제조 방법에 있어서, 제1도전형의 실리콘 기판에 λ1의 칼라 이미지 생성을 위한 제1포토다이오드를 형성하는 단계; 상기 제1포토다이오드가 형성된 전면에 제1절연막을 형성하는 단계; 상기 제1절연막 상에 복수의 트랜지스터를 형성하는 단계; 상기 복수의 트랜지스터가 형성된 전면에 제2포토다이오드 및 제3포토다이오드를 합한 두께보다 두껍게 제2절연막을 형성하는 단계; 상기 제2절연막을 선택적으로 식각하여 적어도 상기 제1포토다이오드 상부를 노출시키는 단계; 상기 노출된 영역에 소정의 두께로 제1도전형의 제1실리콘층을 형성하는 단계; 상기 제1실리콘층에 제2포토다이오드를 형성하는 단계; 상기 제2포토다이오드 상에 제3절연막을 형성하는 단계; 상기 제3절연막 상에 소정의 두께로 제1도전형의 제2실리콘층을 형성하는 단계; 및 상기 제2실리콘층에 제3포토다이오드를 형성하는 단계를 포함하는 CMOS 이미지센서 제조 방법을 제공한다.In addition, in order to achieve the above object, the present invention provides a CMOS image sensor manufacturing method for generating an image for three colors having a relationship of λ1> λ2> λ3. Forming a first photodiode for color image generation; Forming a first insulating film on an entire surface of the first photodiode; Forming a plurality of transistors on the first insulating layer; Forming a second insulating layer on the entire surface where the plurality of transistors are formed to be thicker than the thickness of the sum of the second photodiode and the third photodiode; Selectively etching the second insulating layer to expose at least an upper portion of the first photodiode; Forming a first silicon layer of a first conductivity type in a predetermined thickness in the exposed region; Forming a second photodiode on the first silicon layer; Forming a third insulating film on the second photodiode; Forming a second silicon layer of a first conductivity type on the third insulating layer at a predetermined thickness; And it provides a CMOS image sensor manufacturing method comprising the step of forming a third photodiode on the second silicon layer.

본 발명은 평면상으로 3개의 단위 화소를 합쳐 놓은 모양을 갖도록 포토다이오드를 적층 구조로 배치하고, 각각의 트랜지스터는 최하부의 포토다이오드와 동일한 평면 상에 배치한다.According to the present invention, photodiodes are arranged in a stacked structure so that three unit pixels are put together in a plane, and each transistor is disposed on the same plane as the lowermost photodiode.

이는 가시광선의 각 파장(R, G, B)이 실리콘의 깊이에 따라서 광효율이 다르다는 점을 이용한 것이다. 본 발명은 이와 같이 각 파장에 반응하는 포토다이오드를 수직 방향으로 3개로 나누어서 전기적으로 변환하도록 설계한다. 기존의 수평 방향으로 4개의 화소들이 각각의 칼라 필터를 이용하여 각각의 파장에 대하여 전기적으로 반응하는 방식에 비하여 본 발명은 수직적으로 3개의 포토다이오드를 배치하여 칼라필터를 사용하지 않고 가시광선이 실리콘의 깊이에 따라서 전기적인 신호를 생성할 수 있도록 함으로써, CMOS 이미지센서의 집적도를 2 ∼ 3배 정도 증가시킨다.This is based on the fact that each wavelength (R, G, B) of visible light varies in light efficiency depending on the depth of silicon. The present invention is designed to convert the photodiode in response to each wavelength in three in the vertical direction to be converted electrically. Compared to the conventional method in which four pixels in the horizontal direction electrically react to each wavelength using each color filter, the present invention vertically arranges three photodiodes so that visible light is not used without using a color filter. By enabling the generation of electrical signals in accordance with the depth of the, the integration degree of the CMOS image sensor is increased by two to three times.

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 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 4개의 트랜지스터와 1개의 포토다이오드를 단위 화소로 갖는 3개의 단위 화소를 도시한 CMOS 이미지센서의 평면도이다.4 is a plan view of a CMOS image sensor showing three unit pixels having four transistors and one photodiode as unit pixels according to an embodiment of the present invention.

여기서는 3가지의 칼라 예컨대, RGB 또는 YMgCy 중 RGB를 빛의 3원색으로 하여 설명하는 바, λ1(R)>λ2(G)>λ3(B)의 관계를 갖는다.Here, three colors, for example, RGB or YMgCy, are described as RGB as the three primary colors of light, and have a relationship of λ 1 (R)> λ 2 (G)> λ 3 (B).

도 4를 참조하면, λ1에 해당하는 칼라의 이미지를 생성하기 위한 제1포토다 이오드(PD1)가 최하부에 배치되어 있으며, 제1포토다이오드(PD1) 상부에 λ2에 해당하는 칼라의 이미지를 생성하기 위한 제2포토다이오드(PD2)가 배치되어 있으며, 제2포토다이오드(PD2) 상부에 λ3에 해당하는 칼라의 이미지를 생성하기 위한 제3포토다이오드(PD3)가 배치되어 있다.Referring to FIG. 4, a first photodiode PD1 for generating an image of a color corresponding to λ1 is disposed at a lowermost portion, and an image of a color corresponding to λ2 is generated on an upper portion of the first photodiode PD1. A second photodiode PD2 is disposed, and a third photodiode PD3 for generating an image of a color corresponding to λ3 is disposed above the second photodiode PD2.

제1포토다이오드(PD1)와 단위 화소를 이루기 위한 제1트랜스퍼 트랜지스터(Tx1)와 제1리셋 트랜지스터(Rx1)와 제1드라이브 트랜지스터(Dx1) 및 제1셀렉트 트랜지스터(Sx1)가 제1포토다이오드(PD1)와 동일 평면상에 집적되어 있다.The first transfer transistor Tx1, the first reset transistor Rx1, the first drive transistor Dx1, and the first select transistor Sx1 to form the unit pixel with the first photodiode PD1 are connected to the first photodiode. It is integrated on the same plane as PD1).

또한, 제2포토다이오드(PD2)와 단위 화소를 이루기 위한 제2트랜스퍼 트랜지스터(Tx2)와 제2리셋 트랜지스터(Rx2)와 제2드라이브 트랜지스터(Dx2) 및 제2셀렉트 트랜지스터(Sx2)가 제1포토다이오드(PD1)와 동일 평면상에 집적되어 있으며, 제3포토다이오드(PD3)와 단위 화소를 이루기 위한 제3트랜스퍼 트랜지스터(Tx3)와 제3리셋 트랜지스터(Rx3)와 제3드라이브 트랜지스터(Dx3) 및 제3셀렉트 트랜지스터(Sx3)가 제1포토다이오드(PD1)와 동일 평면상에 집적되어 있다.In addition, the second transfer transistor Tx2, the second reset transistor Rx2, the second drive transistor Dx2, and the second select transistor Sx2 for forming the unit pixel with the second photodiode PD2 are connected to the first photodiode. It is integrated on the same plane as the diode PD1, and has a third transfer transistor Tx3, a third reset transistor Rx3, a third drive transistor Dx3 for forming a unit pixel with the third photodiode PD3, and The third select transistor Sx3 is integrated on the same plane as the first photodiode PD1.

한편, 하나의 단위 화소에 3개의 트랜지스터(리셋 트랜지스터, 드라이브 트랜지스터, 셀렉트 트랜지스터)를 갖는 구조의 경우 각 트랜스터 트랜지스터(Tx1, Tx2, Tx3)가 생략될 것이다.On the other hand, in the case of a structure having three transistors (reset transistor, drive transistor, select transistor) in one unit pixel, each of the transistors Tx1, Tx2, and Tx3 will be omitted.

즉, 각 포토다이오드(PD1 ∼ PD3)에서 빛을 받아 형성된 전자를 다루는 모든 트랜지스터들은 제1포도다이오드(PD1)와 같이 실리콘 기판 상에 형성된다. That is, all transistors that handle electrons formed by receiving light from each of the photodiodes PD1 to PD3 are formed on the silicon substrate like the first grape diode PD1.

따라서, 실리콘 기판이 P형의 도전형이고, 모든 트랜지스터들이 NMOS 트랜지스터일 때, 제2포토다이오드(PD2)와 제3포토다이오드(DP3)는 각각 제2트랜스퍼 트 랜지스터(Tx2)의 소스와 제3트랜스퍼 트랜지스터(Tx3)의 소스와 메탈 콘택을 통해 연결된다.Therefore, when the silicon substrate is a P-type conductive type and all the transistors are NMOS transistors, the second photodiode PD2 and the third photodiode DP3 are respectively the source and the second transistor Tx2. The source of the three transfer transistor Tx3 is connected through a metal contact.

PD1 ∼ PD3의 3개의 포토다이오드를 수직적으로 배치한 이유는 마이크로렌즈를 통해 들어 온 각 파장대의 빛이 실리콘 내의 각기 다른 깊이에서 전자-정공 쌍(Electron-Hole pair)을 생성하기 때문에 칼라 필터를 사용하지 않고 각 포토다이오드 PD1 ∼ PD3로써 각기 다른 파장(λ1(R)>λ2(G)>λ3(B))에 대한 전기적 신호를 검출할 수 있기 때문이다.The reason why the three photodiodes of PD1 to PD3 are arranged vertically is that color filters are used because the light in each wavelength band coming in through the microlenses generates electron-hole pairs at different depths in the silicon. This is because electrical signals for different wavelengths (λ1 (R)> λ2 (G)> λ3 (B)) can be detected with each of the photodiodes PD1 to PD3.

보다 자세히 설명하면, 블루(B) 계열의 파장(λ3)의 빛은 실리콘 기판 표면으로부터 약 500Å 이내에서 흡수되어 전자-정공 쌍을 생성시키고, 그린(G) 계열의 파장(λ2)의 빛은 500Å ∼ 1000Å, 레드(R) 계열의 파장(λ1)의 빛은 1000Å ∼ 2㎛의 깊이에서 전자-정공 쌍을 생성시킨다.In more detail, the light of blue (B) wavelength (λ3) is absorbed within about 500 mW from the surface of the silicon substrate to generate an electron-hole pair, and the light of the green (G) wavelength (λ2) is 500 mW. The light of wavelength? 1 of the red (R) series produces a electron-hole pair at a depth of 1000 mW to 2 m.

따라서, 블루(B)와 같이 짧은 파장(λ3)의 빛은 실리콘 기판으로부터 가장 상층에 위치한 제3포토다이오드(PD3)에서 전기적 신호로 검출하고, 그린(G)과 같은 중간 파장(λ2)의 빛은 중간 층에 위치한 제2포토다이오드(DP2)에서 검출하며, 레드(R)와 같이 긴 파장(λ1)을 갖는 가식광선은 최하부에 위치한 제1포토다이오드(PD1)에서 검출한다.Accordingly, light having a short wavelength λ 3, such as blue B, is detected as an electrical signal at the third photodiode PD3 located on the uppermost layer from the silicon substrate, and light having a medium wavelength λ 2 such as green G is detected. Is detected by the second photodiode DP2 positioned in the middle layer, and the decorative light having a long wavelength λ1 such as red (R) is detected by the first photodiode PD1 positioned at the bottom.

이 때, 제3포토다이오드(PD3)와 제2포토다이오드(PD2)는 각각 400Å ∼ 600Å의 두께를 가지며, 제1포토다이오드(PD1)는 15000Å ∼ 20000Å의 두께를 갖도록 한다. 한편, 상기한 두께는 실제 포토다이오드의 두께가 아닌 중간에 삽입된 층을 포함한 두께이다.At this time, the third photodiode PD3 and the second photodiode PD2 have a thickness of 400 kPa to 600 kPa, respectively, and the first photodiode PD1 has a thickness of 15000 kPa to 20000 kPa. On the other hand, the above thickness is not the thickness of the actual photodiode but the thickness including the intervening layer.

제1포토다이오드(PD1)와 제2포토다이오드(PD2) 사이 및 제2포토다이오드(PD2)와 제3포토다이오드(PD3) 사이에는 각 포토다이오드 간을 격리시키기 위한 얇은 절연막이 배치된다. 이 절연막은 50Å ∼ 300Å의 두께를 가지며, 광 투광 특성이 우수하여야 한다.A thin insulating film is disposed between the first photodiode PD1 and the second photodiode PD2 and between the second photodiode PD2 and the third photodiode PD3 to isolate each photodiode. This insulating film should have a thickness of 50 kPa to 300 kPa and be excellent in light transmitting properties.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 3개의 단위 화소를 도시한 CMOS 이미지센서의 단면도이다.6 is a cross-sectional view of a CMOS image sensor showing three unit pixels according to an embodiment of the present invention.

여기서는 3가지의 칼라 예컨대, RGB 또는 YMgCy 중 RGB를 빛의 3원색으로 하여 설명하는 바, λ1(R)>λ2(G)>λ3(B)의 관계를 갖는다.Here, three colors, for example, RGB or YMgCy, are described as RGB as the three primary colors of light, and have a relationship of λ 1 (R)> λ 2 (G)> λ 3 (B).

도 6을 참조하면, 고농도 P형(P++) 영역과 그 상부의 P형 에피층(P-epi)이 적층된 구조를 갖는 실리콘 기판(100)이 제공되며, 기판(100)에는 국부적으로 STI(Shallow Trench Isolation) 구조의 소자분리막(101)이 형성되어 있으며, 실리콘 기판(100)에는 가장 긴 파장(λ1)의 칼라 이미지 생성을 위한 제1포토다이오드(PD1)가 형성되어 있다.Referring to FIG. 6, a silicon substrate 100 having a structure in which a high concentration P-type (P ++) region and a P-type epi layer (P-epi) thereon is stacked is provided, and the substrate 100 has a locally STI ( A device isolation film 101 having a shallow trench isolation structure is formed, and a first photodiode PD1 is formed on the silicon substrate 100 to generate a color image having the longest wavelength λ1.

기판(100) 상에는 게이트 절연막(102)이 형성되어 있으며, 게이트 절연막(102) 상에는 게이트 전도막(103)이 패터닝되어 제1 및 제2트랜스퍼 트랜지스터(Tx1, Tx2)의 게이트를 이룬다.A gate insulating layer 102 is formed on the substrate 100, and a gate conductive layer 103 is patterned on the gate insulating layer 102 to form gates of the first and second transfer transistors Tx1 and Tx2.

게이트 절연막(102)은 게이트 절연막으로서의 역할 뿐만 아니라 제2포토다이오드(PD1)와 제2포토다이오드(DP2)를 서로 격리시키는 역할을 한다. 따라서, 게이트 절연막(102)은 광 투과도가 높은 산화막 계열의 물질을 사용하며 50Å ∼ 300Å의 두께를 갖도록 한다.The gate insulating layer 102 not only serves as a gate insulating layer but also isolates the second photodiode PD1 and the second photodiode DP2 from each other. Therefore, the gate insulating film 102 uses an oxide-based material having high light transmittance and has a thickness of 50 kPa to 300 kPa.

제1포토다이오드(PD1)는 게이트 전도막(103)의 일측에 얼라인되며 깊은 이온주입에 의해 형성되는 N형 불순물 영역(104, 이하 n1-영역이라 함)과 얕은 이온주입에 의해 스페이서(105)에 얼라인되도록 n1-영역(104) 상에 형성된 P형 불순물 영역(107, 이하 P10영역이라 함)으로 이루어진다.The first photodiode PD1 is aligned on one side of the gate conductive film 103 and is formed by the deep ion implantation (N-type impurity region 104, hereinafter referred to as n1-region) and the spacer 105 by shallow ion implantation. P-type impurity region 107 (hereinafter referred to as P10 region) formed on the n1-region 104 so as to be aligned with the?

하나의 단위 화소에 4개의 트랜지스터를 포함하는 경우, 도 4의 평면도에 도시된 바와 같이 제1포토다이오드(PD1)와 단위 화소를 이루기 위한 제1트랜스퍼 트랜지스터(Tx1)와 제1리셋 트랜지스터(Rx1)와 제1드라이브 트랜지스터(Dx1) 및 제1셀렉트 트랜지스터(Sx1)가 제1포토다이오드(PD1)와 동일 평면상에 집적될 것이며, 제2포토다이오드(PD2)와 단위 화소를 이루기 위한 제2트랜스퍼 트랜지스터(Tx2)와 제2리셋 트랜지스터(Rx2)와 제2드라이브 트랜지스터(Dx2) 및 제2셀렉트 트랜지스터(Sx2)가 제1포토다이오드(PD1)와 동일 평면상에 집적될 것이며, 제3포토다이오드(PD3)와 단위 화소를 이루기 위한 제3트랜스퍼 트랜지스터(Tx3)와 제3리셋 트랜지스터(Rx3)와 제3드라이브 트랜지스터(Dx3) 및 제3셀렉트 트랜지스터(Sx3)가 제1포토다이오드(PD1)와 동일 평면상에 집적될 것이다.When four transistors are included in one unit pixel, as illustrated in the plan view of FIG. 4, a first transfer transistor Tx1 and a first reset transistor Rx1 for forming a unit pixel with the first photodiode PD1. And the first drive transistor Dx1 and the first select transistor Sx1 will be integrated on the same plane as the first photodiode PD1, and a second transfer transistor for forming a unit pixel with the second photodiode PD2. Tx2, the second reset transistor Rx2, the second drive transistor Dx2, and the second select transistor Sx2 will be integrated on the same plane as the first photodiode PD1, and the third photodiode PD3. ) And the third transfer transistor Tx3, the third reset transistor Rx3, the third drive transistor Dx3, and the third select transistor Sx3 are coplanar with the first photodiode PD1 to form a unit pixel. Will be integrated in.

한편, 하나의 단위 화소에 3개의 트랜지스터(리셋 트랜지스터, 드라이브 트랜지스터, 셀렉트 트랜지스터)를 갖는 구조의 경우 각 트랜스터 트랜지스터(Tx1, Tx2, Tx3)가 생략될 것이다.On the other hand, in the case of a structure having three transistors (reset transistor, drive transistor, select transistor) in one unit pixel, each of the transistors Tx1, Tx2, and Tx3 will be omitted.

아울러, 상부에 형성되는 제2포토다이오드(PD)와 제3포토다이오드(PD)는 각각 메탈 콘택(120a ∼ 120d)을 통해 해당 단위 화소의 트랜지스터와 연결된다.In addition, the second photodiode PD and the third photodiode PD formed on the upper portion are connected to the transistors of the corresponding unit pixels through the metal contacts 120a to 120d, respectively.

여기서, 도면부호 '106a'는 제1트랜스퍼 트랜지스터(Tx1)의 소스 즉, 제1플 로팅 센싱노드이며, 도면부호 '106b'는 제2트랜스퍼 트랜지스터(Tx2)의 소스 즉, 제2플로팅 센싱노드이며, 도면부호 '106c'는 제2트랜스퍼 트랜지스터(Tx2)의 드레인이다.Here, reference numeral 106a denotes a source of the first transfer transistor Tx1, that is, a first floating sensing node, and reference numeral 106b denotes a source of a second transfer transistor Tx2, that is, a second floating sensing node. And reference numeral 106c denotes a drain of the second transfer transistor Tx2.

복수의 트랜지스터가 형성된 전면에 제1절연막(108)이 형성되어 있다. 제1절연막(108)으로는 실리콘 산화막 계열의 절연막을 사용하며, 후속 실리콘 형성시 제2 및 제2포토다이오드(PD2, PD3)가 형성되는 이외의 영역에서의 실리콘이 형성되는 것을 방지하기 위한 것이다.The first insulating layer 108 is formed on the entire surface where the plurality of transistors are formed. As the first insulating film 108, a silicon oxide film-based insulating film is used, and it is to prevent silicon from being formed in regions other than the second and second photodiodes PD2 and PD3 are formed during subsequent silicon formation. .

아울러, 제1절연막(108)은 제2포토다이오드(PD)와 제3포토다이오드(PD)의 두께 보다는 두꺼워야 한다.In addition, the first insulating layer 108 should be thicker than the thicknesses of the second photodiode PD and the third photodiode PD.

제1절연막(108)이 식각되어 오픈된 영역에 일정 두께 예컨대, 500Å ∼ 2000Å의 P형의 제1실리콘층(109)이 형성되어 있으며, 제1실리콘층(109)에는 λ2의 칼라 이미지 생성을 위한 제2포토다이오드(PD2)가 형성되어 있다.A P-type first silicon layer 109 having a predetermined thickness, for example, 500 mW to 2000 mW is formed in an area where the first insulating film 108 is etched and opened, and a color image of lambda 2 is generated in the first silicon layer 109. The second photodiode PD2 is formed.

제2포토다이오드(PD2)는 깊은 이온주입에 의해 형성되는 N형 불순물 영역(111, 이하 n2-영역이라 함)과 얕은 이온주입에 의해 n2-영역(111) 상의 제1실리콘층(109)에 형성된 P형 불순물 영역(112, 이하 P20영역이라 함)으로 이루어진다.The second photodiode PD2 is formed on the N-type impurity region 111 (hereinafter referred to as n2-region) formed by deep ion implantation and the first silicon layer 109 on the n2-region 111 by shallow ion implantation. It is formed of a P-type impurity region 112 (hereinafter referred to as P20 region).

제2포토다이오드(PD2)로부터 생성된 광전하를 제2트랜스퍼 트랜지스터(Tx2)의 소스(106b)로 전달하기 위한 불순물 영역(113)이 n2-영역(111)과 접하도록 제1실리콘층(109)에 형성되어 있다.The first silicon layer 109 such that the impurity region 113 for transferring the photocharge generated from the second photodiode PD2 to the source 106b of the second transfer transistor Tx2 is in contact with the n2-region 111. ) Is formed.

제2포토다이오드(PD2)의 P20영역(112) 상에는 제1포토다이오드(PD1)와 제2포토다이오드(PD2)를 격리시키기 위한 제2절연막(110)이 형성되어 있다. 제2절연막 (110)은 광 투과도가 높은 산화막 계열의 물질을 사용하며 50Å ∼ 300Å의 두께를 갖도록 한다.A second insulating film 110 is formed on the P20 region 112 of the second photodiode PD2 to isolate the first photodiode PD1 and the second photodiode PD2. The second insulating film 110 is formed of an oxide-based material having high light transmittance and has a thickness of 50 kPa to 300 kPa.

제1절연막(108)이 식각되어 오픈된 영역의 제2절연막(110) 상에 일정 두께 예컨대, 500Å ∼ 2000Å의 P형의 제2실리콘층(114)이 형성되어 있으며, 제2실리콘층(114)에는 λ3의 칼라 이미지 생성을 위한 제3포토다이오드(PD3)가 형성되어 있다.A second silicon layer 114 having a predetermined thickness, for example, 500 mW to 2000 mW, is formed on the second insulating film 110 in a region where the first insulating film 108 is etched and opened, and the second silicon layer 114 is formed. ) Is formed with a third photodiode PD3 for generating a color image of [lambda] 3.

제3포토다이오드(PD3)는 깊은 이온주입에 의해 형성되는 N형 불순물 영역(116, 이하 n3-영역이라 함)과 얕은 이온주입에 의해 n3-영역(116) 상의 제2실리콘층(114)에 형성된 P형 불순물 영역(117, 이하 P30영역이라 함)으로 이루어진다.The third photodiode PD3 is formed on the n-type impurity region (116, hereinafter referred to as n3-region) formed by deep ion implantation and the second silicon layer 114 on the n3-region 116 by shallow ion implantation. It is formed of a P-type impurity region 117 (hereinafter referred to as P30 region).

제3포토다이오드(PD3)로부터 생성된 광전하를 제3트랜스퍼 트랜지스터(도시하지 않음)의 소스로 전달하기 위한 불순물 영역(118)이 n3-영역(118)과 접하도록 제2실리콘층(114)에 형성되어 있다.The second silicon layer 114 such that the impurity region 118 for transferring the photocharge generated from the third photodiode PD3 to the source of the third transfer transistor (not shown) is in contact with the n3-region 118. It is formed in.

제3포토다이오드(PD3)의 P30영역(117) 상에는 제3포토다이오드(PD3)와 그 상부를 격리시키기 위한 제3절연막(115)이 형성되어 있다. 제3절연막(115)은 광 투과도가 높은 산화막 계열의 물질을 사용하며 50Å ∼ 300Å의 두께를 갖도록 한다.A third insulating layer 115 is formed on the P30 region 117 of the third photodiode PD3 to isolate the third photodiode PD3 from an upper portion thereof. The third insulating layer 115 is formed of an oxide-based material having high light transmittance and has a thickness of 50 kPa to 300 kPa.

기타의 모든 멀티 레이어의 두께를 감안하였을 경우 각 포토다이오드를 이루는 영역의 두께의 예를 살펴본다.Considering the thickness of all other multilayers, an example of the thickness of the regions constituting each photodiode will be described.

P10영역 및 n1-영역의 깊이는 200Å ∼ 1500Å으로 하고, P20영역 및 n2-영역의 깊이는 150Å ∼ 400Å으로 하며, P30영역 및 n3-영역의 깊이는 0Å ∼ 500Å으로 한다.The depths of the P10 region and the n1-region are 200 kPa to 1500 kPa, the depths of the P20 region and the n2-region are 150 kPa to 400 kPa, and the depths of the P30 region and the n3- area are 0 kPa to 500 kPa.

한편, 각 P0영역은 수직으로 100Å ∼ 500Å의 깊이를 갖도록 하는 것이 바람직하다.On the other hand, it is preferable that each P0 region has a depth of 100 kV to 500 kV vertically.

또한, 각 n-영역의 평균 불순물 농도는 1E18 atoms/㎤ ∼ 9E18 atoms/㎤로 하며, 각 P0영역의 평균 불순물 농도는 1E18 atoms/㎤ ∼ 9E18 atoms/㎤로 한다.The average impurity concentration of each n-region is 1E18 atoms / cm 3 to 9E18 atoms / cm 3, and the average impurity concentration of each P 0 region is 1E18 atoms / cm 3 to 9E18 atoms / cm 3.

제1절연막(108) 및 제4절연막(115) 상에는 제1 ∼ 제3포토다이오드(PD1 ∼ PD3) 이외의 영역으로 광이 입사하는 것을 차단하기 위한 광차단용 제5절연막(119)이 형성되어 있다. 제5절연막(119)은 절연 특성을 가지면서 광 차단 특성을 가져야 한다.A fifth insulating film 119 for blocking light is formed on the first insulating film 108 and the fourth insulating film 115 to block light from entering the regions other than the first to third photodiodes PD1 to PD3. have. The fifth insulating layer 119 should have an insulating characteristic and a light blocking characteristic.

제5절연막(119)이 식각되어 제1 ∼ 제3포토다이오드(PD1 ∼ PD3) 상부를 노출시키고 있다. 제5절연막(119)과 제1절연막(108) 및 게이트 절연막(102)이 식각되어 제1트랜스퍼 트랜지스터(Tx1)의 N형(n+)의 소스(106a)를 노출시키고 있으며, 노출된 부분을 매립하는 메탈 콘택(120a)이 형성되어 있으며, 메탈 콘택(120a)은 그 상부의 메탈라인(121a)와 접속된다.The fifth insulating layer 119 is etched to expose the upper portions of the first to third photodiodes PD1 to PD3. The fifth insulating layer 119, the first insulating layer 108, and the gate insulating layer 102 are etched to expose the source 106a of the N type (n +) of the first transfer transistor Tx1, and the exposed portion is buried. The metal contact 120a is formed, and the metal contact 120a is connected to the upper metal line 121a.

제5절연막(119)과 제2실리콘층(114)이 식각되어 불순물 영역(113)을 노출시키고 있으며, 노출된 부분을 매립하는 메탈 콘택(120b)이 형성되어 있다. The fifth insulating layer 119 and the second silicon layer 114 are etched to expose the impurity region 113, and a metal contact 120b is formed to fill the exposed portion.

제5절연막(119)과 제1절연막(108) 및 게이트 절연막(102)이 식각되어 제2트랜스퍼 트랜지스터(Tx2)의 N형(n+)의 소스(106b)를 노출시키고 있으며, 노출된 부분을 매립하는 메탈 콘택(120c)이 형성되어 있으며, 메탈 콘택(120b)과 메탈 콘택(120c)은 그 상부의 메탈라인(121b)에 공통으로 접속된다.The fifth insulating layer 119, the first insulating layer 108, and the gate insulating layer 102 are etched to expose the N-type (n +) source 106b of the second transfer transistor Tx2, and the exposed portion is buried. The metal contact 120c is formed, and the metal contact 120b and the metal contact 120c are commonly connected to the upper metal line 121b.

제5절연막(119)과 제1절연막(108) 및 게이트 절연막(102)이 식각되어 제2트 랜스퍼 트랜지스터(Tx2)의 N형(n+)의 드레인(106c)를 노출시키고 있으며, 노출된 부분을 매립하는 메탈 콘택(120d)이 형성되어 있으며, 메탈 콘택(120d)은 그 상부의 메탈라인(121c)와 접속된다.The fifth insulating layer 119, the first insulating layer 108, and the gate insulating layer 102 are etched to expose the drain 106c of the N-type (n +) of the second transfer transistor Tx2 and is exposed. The metal contact 120d for filling the gap is formed, and the metal contact 120d is connected to the metal line 121c at the upper portion thereof.

메탈라인(121a ∼ 121c) 상에는 보호용 절연막(122)과 평탄화용 절연막(123)이 형성되어 있으며, 평탄화용 절연막(123) 상에는 칼라필터 어레이 없이 마이크로렌즈가 형성되어 있다.A protective insulating film 122 and a planarizing insulating film 123 are formed on the metal lines 121a to 121c, and a microlens is formed on the planarizing insulating film 123 without a color filter array.

이하에서는 상기한 도 6의 구조를 갖는 이미지센서의 제조 공정을 첨부된 도면을 참조하여 살펴본다.Hereinafter, a manufacturing process of the image sensor having the structure of FIG. 6 will be described with reference to the accompanying drawings.

도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서 제조 공정을 도시한 단면도이다.5A to 5F are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of an image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 5a에 도시된 바와 같이 고농도 P형(P++) 영역과 P형의 에피층(P-epi)이 적층된 구조를 갖는 P형의 기판(100)에 STI 구조의 소자분리막(101)을 형성한다.As shown in FIG. 5A, an isolation layer 101 having an STI structure is formed on a P-type substrate 100 having a structure in which a high concentration P-type (P ++) region and a P-type epitaxial layer (P-epi) are stacked. .

게이트 절연막(102)과 게이트 전도막(103)을 차례로 증착한 다음, 게이트 전도막(103)을 선택적으로 식각하여 복수의 트랜지스터의 게이트전극을 형성한다.After the gate insulating film 102 and the gate conductive film 103 are sequentially deposited, the gate conductive film 103 is selectively etched to form gate electrodes of a plurality of transistors.

여기서는 제1트랜스퍼 트랜지스터(Tx)와 제2트랜스퍼 트랜지스터(Tx2) 만이 도시된다.Here, only the first transfer transistor Tx and the second transfer transistor Tx2 are shown.

게이트 절연막(102)은 산화막 계열을 절연막을 포함하며, 게이트 전도막(103)은 폴리실리콘막과 텅스텐막, 텅스텐 실리사이드 등이 단독 또는 적층된 구조를 포함한다. 게이트 절연막(102)은 50Å ∼ 300Å의 두께를 갖도록 한다. The gate insulating film 102 includes an oxide-based insulating film, and the gate conductive film 103 includes a structure in which a polysilicon film, a tungsten film, a tungsten silicide, or the like is singly or laminated. The gate insulating film 102 has a thickness of 50 kPa to 300 kPa.

깊은 이온주입 공정을 실시하여 게이트전극의 측면에 얼라인되는 포토다이오 드용 n1-영역(104)을 형성한다.A deep ion implantation process is performed to form the n1-region 104 for photodiodes aligned on the side of the gate electrode.

전면에 스페이서용 절연막을 증착한 다음, 전면식각을 통해 게이트전극의 측벽에 스페이서(105)를 형성한다.The spacer insulating film is deposited on the entire surface, and then the spacer 105 is formed on the sidewall of the gate electrode through the entire surface etching.

얕은 이온주입 공정을 실시하여 n1-영역(104) 상의 기판(100) 표면 하부에 P10영역(107)을 형성하여 p10영역(107)/n1-영역(104의 적층 구조를 갖는 제1포토다이오드(PD1)를 형성한다.The first photodiode having a stacked structure of p10 region 107 / n1-region 104 is formed by performing a shallow ion implantation process to form a P10 region 107 under the surface of the substrate 100 on the n1-region 104. PD1).

제1포토다이오드(PD1)는 가장 긴 파장의 빛 예컨대, 레드(R) 또는 옐로우(Y) 칼라의 파장에 해당한다.The first photodiode PD1 corresponds to a light having the longest wavelength, for example, a wavelength of a red (R) or yellow (Y) color.

한편, 이온주입은 스크린막의 형성과 이온주입 마스크의 형성과 이온주입 마스크와 스크린막의 제거 및 이온주입 후의 불순물 확산을 위한 열처리 공정 등을 포함하나 도면의 간략화를 위해 생략한다.On the other hand, ion implantation includes the formation of a screen film, the formation of an ion implantation mask, the removal of the ion implantation mask and the screen film, and a heat treatment process for diffusion of impurities after ion implantation, but are omitted for simplicity of the drawings.

P10영역(107) 형성을 위한 이온주입 전에 소스/드레인 형성을 위한 이온주입 공정을 실시하여 106a ∼ 106c의 소스/드레인 접합 영역을 형성한다.An ion implantation process for source / drain formation is performed prior to ion implantation for forming the P10 region 107 to form source / drain junction regions 106a to 106c.

트랜스퍼 트랜지스터와 리셋 트랜지스터를 제외한 대부분의 트랜지스터는 웰에 형성되고 LDD(Lightly Doped Drain) 구조를 가지므로, 스페이서(105) 형성 전에 LDD 구조 형성을 위한 추가의 이온주입 공정을 실시한다.Most of the transistors except the transfer transistor and the reset transistor are formed in a well and have a lightly doped drain (LDD) structure, so that an additional ion implantation process for forming the LDD structure is performed before forming the spacer 105.

도 5b에 도시된 바와 같이, 전면에 제1절연막(108)을 형성한다.As shown in FIG. 5B, the first insulating layer 108 is formed on the entire surface.

제1절연막(108)은 실리콘 형성공정시 제2 및 제3포토다이오드가 형성되는 이외의 영역에서 실리콘이 형성되는 것을 방지하기 위한 것으로 실리콘 산화막 등의 산화막 계열의 절연막을 사용한다.The first insulating layer 108 is used to prevent silicon from being formed in a region other than the second and third photodiodes in the silicon forming process. An insulating layer based on an oxide film such as a silicon oxide film is used.

제1절연막(108)을 선택적으로 식각하여 적어도 제1포토다이오드(PD)를 노출시킨 다음, 노출된 부분에 제1실리콘층(109)을 형성한다. 이때, 제1실리콘층(109)은 증착공정을 통해 증착한 후 에치백(etch back) 공정을 통해 일정 두께로 식각하여 형성하거나, 또는 실리콘 시드층(seed layer)을 형성한 후 상기 시드층을 통해 성장시켜 형성할 수 있다. The first insulating layer 108 is selectively etched to expose at least the first photodiode PD, and then a first silicon layer 109 is formed on the exposed portion. In this case, the first silicon layer 109 is formed by deposition through a deposition process and then etched to a predetermined thickness through an etch back process, or after forming a silicon seed layer (seed layer) Can be formed by growing through.

제1실리콘층(109) 형성공정시 As 또는 P 등의 P형 불순물을 주입하여 P형의 도전형을 갖도록 하며, 500Å ∼ 2000Å의 두께로 형성한다. In the process of forming the first silicon layer 109, P-type impurities such as As or P are implanted to have a P-type conductivity, and are formed to have a thickness of 500 kPa to 2000 kPa.

도 5c에 도시된 바와 같이, 제1실리콘층(109) 상에 제2절연막(110)을 형성한다. 제2절연막(110)은 50Å ∼ 300Å의 두께를 갖도록 한다. As shown in FIG. 5C, a second insulating layer 110 is formed on the first silicon layer 109. The second insulating film 110 has a thickness of 50 kPa to 300 kPa.

제2절연막(110)은 제2포토다이오드(PD2)와 제3포토다이오드를 격리시키는 역할을 하며 제2포토다이오드 형성시 스크린막의 역할을 할 수도 있다(별도의 스크린막을 사용할 수도 있다). 제2절연막(110)으로는 광 투과 특성이 우수한 실리콘 산화막 등의 산화막 계열의 절연막을 사용한다. The second insulating film 110 serves to isolate the second photodiode PD2 and the third photodiode and may serve as a screen film when forming the second photodiode (a separate screen film may be used). As the second insulating film 110, an oxide film-based insulating film such as a silicon oxide film having excellent light transmission characteristics is used.

제1실리콘층(109)에 깊은 이온주입에 의한 n2-영역(111)과 얕은 이온주입에 의한 P20영역(112)을 형성하여 P20영역(112)/n2-영역(111)의 적층 구조를 갖는 제2포토다이오드(PD2)를 형성한다.An n2-region 111 by deep ion implantation and a P20 region 112 by shallow ion implantation are formed in the first silicon layer 109 to have a stacked structure of P20 region 112 / n2-region 111. The second photodiode PD2 is formed.

이어서, 이온주입 공정을 실시하여 n2-영역(111)과 접하도록 불순물 영역(113)을 형성한다.Next, an ion implantation process is performed to form the impurity region 113 in contact with the n2-region 111.

불순물 영역(113)은 제2포토다이오드(PD2)에서 생성된 광전자를 제2트랜스퍼 트랜지스터(Tx2)의 소스(106b)로 전달하기 위한 메탈 콘택이 이루어지는 부분이다.The impurity region 113 is a portion where a metal contact is made to transfer the photoelectrons generated in the second photodiode PD2 to the source 106b of the second transfer transistor Tx2.

도 5d에 도시된 바와 같이, 제1절연막(108)이 식각되어 노출된 부분의 제2절연막(110) 상에 제2실리콘층(114)을 형성한다. 이때, 제2실리콘층(114)은 증착공정을 통해 증착한 후 에치백(etch back) 공정을 통해 일정 두께로 식각하여 형성하거나, 또는 실리콘 시드층(seed layer)을 형성한 후 상기 시드층을 통해 성장시켜 형성할 수 있다. As shown in FIG. 5D, the first silicon layer 108 is etched to form a second silicon layer 114 on the exposed second insulating layer 110. In this case, the second silicon layer 114 is formed by deposition through a deposition process and then etched to a predetermined thickness through an etch back process, or after forming a silicon seed layer (seed layer) to form the seed layer. Can be formed by growing through.

제2실리콘층(114) 형성공정시 As 또는 P 등의 P형 불순물을 주입하여 P형의 도전형을 갖도록 하며, 500Å ∼ 2000Å의 두께로 형성한다. In the process of forming the second silicon layer 114, P-type impurities such as As or P are implanted to have a P-type conductivity, and are formed to have a thickness of 500 kPa to 2000 kPa.

제2실리콘층(114) 상에 제3절연막(115)을 형성한다. 제2절연막(115)은 50Å ∼ 300Å의 두께를 갖도록 한다. The third insulating layer 115 is formed on the second silicon layer 114. The second insulating film 115 has a thickness of 50 kPa to 300 kPa.

한편, 제2실리콘층(114) 형성공정시 제2절연막(115)의 두께까지 고려하여 공정을 진행할 수도 있고, 제2절연막(115) 증착 후 평탄화 공정을 통해 제2절연막(115)이 50Å ∼ 300Å의 두께를 갖도록 할 수도 있다.In the process of forming the second silicon layer 114, the process may be performed in consideration of the thickness of the second insulating film 115, and the second insulating film 115 may be formed in a range of 50 kPa to a planarization process after deposition of the second insulating film 115. It may be made to have a thickness of 300.

제3절연막(115)은 제3포토다이오드(PD3)와 그 상부를 격리시키는 역할을 하며 제3포토다이오드 형성시 스크린막의 역할을 할 수도 있다(별도의 스크린막을 사용할 수도 있다). 제3절연막(115)으로는 광 투과 특성이 우수한 실리콘 산화막 등의 산화막 계열의 절연막을 사용한다. The third insulating layer 115 serves to isolate the third photodiode PD3 and the upper portion thereof, and may also serve as a screen layer when forming the third photodiode (a separate screen layer may be used). As the third insulating film 115, an oxide film-based insulating film such as a silicon oxide film having excellent light transmission characteristics is used.

제2실리콘층(114)에 깊은 이온주입에 의한 n3-영역(116)과 얕은 이온주입에 의한 P30영역(117)을 형성하여 P30영역(117)/n3-영역(116)의 적층 구조를 갖는 제3포토다이오드(PD3)를 형성한다.An n3-region 116 by deep ion implantation and a P30 region 117 by shallow ion implantation are formed in the second silicon layer 114 to have a stacked structure of P30 region 117 / n3-region 116. The third photodiode PD3 is formed.

이어서, 이온주입 공정을 실시하여 n3-영역(117)과 접하도록 불순물 영역(118)을 형성한다.Next, an ion implantation process is performed to form the impurity region 118 so as to contact the n3-region 117.

불순물 영역(118)은 제3포토다이오드(PD3)에서 생성된 광전자를 제3트랜스퍼 트랜지스터(도시하지 않음)의 소스로 전달하기 위한 메탈 콘택이 이루어지는 부분이다.The impurity region 118 is a portion where a metal contact is made to transfer the photoelectrons generated in the third photodiode PD3 to a source of a third transfer transistor (not shown).

제1절연막(108) 및 제4절연막(115) 상에 광 차단용 제5절연막(119)을 형성한 다음, 선택적으로 식각하여 제1 ∼ 제3포토다이오드(PD1 ∼ PD3)의 상부를 노출시 킨다.When the fifth insulating film 119 for blocking light is formed on the first insulating film 108 and the fourth insulating film 115, and selectively etched to expose the upper portions of the first to third photodiodes PD1 to PD3. Turn on.

제1절연막(108)은 제1 ∼ 제3포토다이오드(PD1 ∼ PD3) 이외의 영역으로 광이 입사하는 것을 차단하기 위한 것으로, 절연 특성을 가지면서 광 차단 특성을 갖는 물질을 사용한다.The first insulating film 108 is for blocking light from entering the regions other than the first to third photodiodes PD1 to PD3. A first insulating film 108 is formed of a material having insulating properties and light blocking properties.

이어서, 하나의 마스크 공정을 통해 메탈 콘택을 위한 오픈부를 형성한 다음, 메탈 콘택(120a ∼ 120d)을 형성하고 그 상부에 메탈라인(121a ∼12c)을 형성한다.Subsequently, an open portion for the metal contact is formed through one mask process, and then the metal contacts 120a to 120d are formed and the metal lines 121a to 12c are formed thereon.

메탈 콘택(120a)은 제5절연막(119)과 제1절연막(108) 및 게이트 절연막(102)이 식각되어 제1트랜스퍼 트랜지스터(Tx1)의 N형(n+)의 소스(106a)를 노출시키는 오픈부를 매립하고 있으며, 상부의 메탈라인(121a)과 접속된다.The metal contact 120a is open to expose the N-type (n +) source 106a of the first transfer transistor Tx1 by etching the fifth insulating layer 119, the first insulating layer 108, and the gate insulating layer 102. The part is embedded and connected to the upper metal line 121a.

메탈 콘택(120b)은 제5절연막(119)과 제2실리콘층(114)이 식각되어 불순물 영역(113)을 노출시키는 오픈부를 매립하고 있으며, 메탈 콘택(120c)은 제5절연막(119)과 제1절연막(108) 및 게이트 절연막(102)이 식각되어 제2트랜스퍼 트랜지스터(Tx2)의 N형(n+)의 소스(106b)를 노출시키는 오픈부를 매립하고 있다. 메탈 콘택(120b)와 메탈 콘택(120c)는 그 상부의 메탈라인(121b)에 공통으로 접속된다.The metal contact 120b fills an open portion in which the fifth insulating layer 119 and the second silicon layer 114 are etched to expose the impurity region 113, and the metal contact 120c is formed of the fifth insulating layer 119. The first insulating film 108 and the gate insulating film 102 are etched to fill the open portions that expose the N-type (n +) source 106b of the second transfer transistor Tx2. The metal contact 120b and the metal contact 120c are commonly connected to the metal line 121b thereon.

메탈 콘택(120d)은 제5절연막(119)과 제1절연막(108) 및 게이트 절연막(102)이 식각되어 제2트랜스퍼 트랜지스터(Tx2)의 N형(n+)의 드레인(106c)를 노출시키는 오픈부를 매립하고 있으며, 상부의 메탈라인(121c)과 접속된다.The metal contact 120d is open to expose the drain 106c of the N-type (n +) of the second transfer transistor Tx2 by etching the fifth insulating layer 119, the first insulating layer 108, and the gate insulating layer 102. The part is embedded and connected to the upper metal line 121c.

도 5f에 도시된 바와 같이, 전면에 보호용 절연막(122)과 평탄화용 절연막(123)을 형성한 다음, 평탄화용 절연막(123) 상에 마이크로렌즈(124, ML)를 형성한 다.As shown in FIG. 5F, the protective insulating film 122 and the flattening insulating film 123 are formed on the entire surface, and then the microlenses 124 and ML are formed on the flattening insulating film 123.

전술한 바와 같이 이루어지는 본 발명은, 평면상으로 3개의 단위 화소를 합쳐 놓은 모양을 갖도록 포토다이오드를 적층 구조로 배치하고, 각각의 트랜지스터는 최하부의 포토다이오드와 동일한 평면 상에 배치함으로써, 집적도를 기존에 비해 2∼3배 높일 수 있음을 실시예를 통해 알아보았다.According to the present invention made as described above, the photodiodes are arranged in a stacked structure in such a manner that three unit pixels are put together in a plane, and each transistor is disposed on the same plane as the lowermost photodiode, thereby increasing the degree of integration. It can be seen through the Example that can be increased 2-3 times compared to.

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. Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

상술한 본 발명은, CMOS 이미지센서의 집적도 및 해상도를 동시에 높일 수 있어, 이미지센서의 성능 및 가격 경쟁력을 높이는 효과가 있다.The present invention described above can increase the density and resolution of the CMOS image sensor at the same time, thereby improving the performance and price competitiveness of the image sensor.

Claims (19)

λ1>λ2>λ3의 관계를 갖는 3가지의 칼라에 대한 이미지를 생성하기 위한 CMOS 이미지센서에 있어서,In a CMOS image sensor for generating images for three colors having a relationship of λ1> λ2> λ3, λ1에 해당하는 칼라의 이미지를 생성하기 위한 제1포토다이오드;a first photodiode for generating an image of a color corresponding to [lambda] 1; 상기 제1포토다이오드 상부에 배치되며 λ2에 해당하는 칼라의 이미지를 생성하기 위한 제2포토다이오드; 및A second photodiode disposed on the first photodiode and generating an image of a color corresponding to λ2; And 상기 제2포토다이오드 상부에 배치되며 λ3에 해당하는 칼라의 이미지를 생성하기 위한 제3포토다이오드A third photodiode disposed on the second photodiode to generate an image having a color corresponding to λ 3; 를 포함하는 CMOS 이미지센서.CMOS image sensor comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1포토다이오드와 상기 제2포토다이오드 사이 및 상기 제2포토다이오드와 상기 제3포토다이오드 사이에는 각 포토다이오드 간을 격리시키기 위한 절연막이 배치된 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서.And an insulating film disposed between the first photodiode and the second photodiode and between the second photodiode and the third photodiode so as to isolate each photodiode. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 제3포토다이오드와 상기 제2포토다이오드는 각각 400Å 내지 600Å의 두께를 가지며, 상기 제1포토다이오드는 15000Å 내지 20000Å의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서.And the third photodiode and the second photodiode have a thickness of 400 mW to 600 mW, respectively, and the first photodiode has a thickness of 15000 mW to 20000 mW. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 제1포토다이오드와 제1단위 화소를 이루기 위해 상기 제1포토다이오드와 동일 평면 상에 집적되는 제1트랜스퍼 트랜지스터와 제1리셋 트랜지스터와 제1드라이브 트랜지스터 및 제1셀렉트 트랜지스터를 더 구비하고, And a first transfer transistor, a first reset transistor, a first drive transistor, and a first select transistor integrated on the same plane as the first photodiode to form the first photodiode and the first unit pixel. 상기 제2포토다이오드와 제2단위 화소를 이루기 위해 상기 제1포토다이오드와 동일 평면 상에 집적되는 제2트랜스퍼 트랜지스터와 제2리셋 트랜지스터와 제2드라이브 트랜지스터 및 제2셀렉트 트랜지스터를 더 구비하며,And a second transfer transistor, a second reset transistor, a second drive transistor, and a second select transistor integrated on the same plane as the first photodiode to form the second photodiode and the second unit pixel. 상기 제3포토다이오드와 제3단위 화소를 이루기 위해 상기 제1포토다이오드와 동일 평면 상에 집적되는 제3트랜스퍼 트랜지스터와 제3리셋 트랜지스터와 제3드라이브 트랜지스터 및 제3셀렉트 트랜지스터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서.And a third transfer transistor, a third reset transistor, a third drive transistor, and a third select transistor integrated on the same plane as the first photodiode to form the third photodiode and the third unit pixel. CMOS image sensor. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 제1포토다이오드와 제1단위 화소를 이루기 위해 상기 제1포토다이오드와 동일 평면 상에 집적되는 제1리셋 트랜지스터와 제1드라이브 트랜지스터 및 제1 셀렉트 트랜지스터를 더 구비하고, And a first reset transistor, a first drive transistor, and a first select transistor integrated on the same plane as the first photodiode to form the first photodiode and the first unit pixel. 상기 제2포토다이오드와 제2단위 화소를 이루기 위해 상기 제1포토다이오드와 동일 평면 상에 집적되는 제2리셋 트랜지스터와 제2드라이브 트랜지스터 및 제2셀렉트 트랜지스터를 더 구비하며,And a second reset transistor, a second drive transistor, and a second select transistor integrated on the same plane as the first photodiode to form the second photodiode and a second unit pixel. 상기 제3포토다이오드와 제3단위 화소를 이루기 위해 상기 제1포토다이오드와 동일 평면 상에 집적되는 제3리셋 트랜지스터와 제3드라이브 트랜지스터 및 제3셀렉트 트랜지스터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서.And a third reset transistor, a third drive transistor, and a third select transistor integrated on the same plane as the first photodiode to form the third photodiode and the third unit pixel. . λ1>λ2>λ3의 관계를 갖는 3가지의 칼라에 대한 이미지를 생성하기 위한 CMOS 이미지센서에 있어서,In a CMOS image sensor for generating images for three colors having a relationship of λ1> λ2> λ3, 제1도전형의 실리콘 기판에 형성되며, λ1의 칼라 이미지 생성을 위한 제1포토다이오드;A first photodiode formed on the first conductive silicon substrate and configured to generate a color image of λ1; 상기 기판에 형성된 복수의 트랜지스터;A plurality of transistors formed on the substrate; 상기 제1포토다이오드 상에 형성된 제1도전형의 제1실리콘층;A first silicon layer of a first conductivity type formed on the first photodiode; 상기 제1실리콘층에 형성되며, λ2의 칼라 이미지 생성을 위한 제2포토다이오드;A second photodiode formed on the first silicon layer and configured to generate a color image of λ2; 상기 제2포토다이오드 상에 형성된 제1도전형의 제2실리콘층; 및A second silicon layer of a first conductivity type formed on the second photodiode; And 상기 제2실리콘층에 형성되며, λ3의 칼라 이미지 생성을 위한 제3포토다이오드A third photodiode formed on the second silicon layer for generating a color image of λ3 를 포함하는 CMOS 이미지센서.CMOS image sensor comprising a. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 제1포토다이오드와 상기 제1실리콘층 사이에 형성된 제1절연막과, 상기 제2포토다이오드와 상기 제2실리콘층 사이에 형성된 제2절연막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서.And a second insulating film formed between the first photodiode and the first silicon layer, and a second insulating film formed between the second photodiode and the second silicon layer. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,The method according to claim 6 or 7, 상기 제3포토다이오드 상부에 그 사이에 게재된 칼라필터 어레이 없이 배치된 마이크로렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서.And a microlens disposed on the third photodiode without a color filter array interposed therebetween. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 제1 내지 제3포토다이오드 이외의 영역으로 광이 입사하는 것을 차단하기 위해 상기 제3포토다이오드와 상기 마이크로렌즈 사이에 배치된 광차단용 절연막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서.And a light blocking insulating layer disposed between the third photodiode and the microlens to block light from being incident to a region other than the first to third photodiodes. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,The method according to claim 6 or 7, 상기 제1 내지 제3포토다이오드는,The first to third photodiode, 각각 상부의 제1도전형의 제1불순물영역과 하부의 제2도전형의 제2불순물 영역으로 이루어진 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서.And a first impurity region of an upper first conductive type and a second impurity region of a lower second conductive type, respectively. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 제3포토다이오드와 상기 제2포토다이오드는 각각 400Å 내지 600Å의 두께를 가지며, 상기 제1포토다이오드는 15000Å 내지 20000Å의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서.And the third photodiode and the second photodiode have a thickness of 400 mW to 600 mW, respectively, and the first photodiode has a thickness of 15000 mW to 20000 mW. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 제1절연막은 상기 복수의 트랜지스터의 게이트 절연막인 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서.And the first insulating film is a gate insulating film of the plurality of transistors. 제 6 항 또는 제 12 항에 있어서,The method of claim 6 or 12, 상기 복수의 트랜지스터는, The plurality of transistors, 상기 제1포토다이오드와 제1단위 화소를 이루기 위한 제1트랜스퍼 트랜지스 터와 제1리셋 트랜지스터와 제1드라이브 트랜지스터 및 제1셀렉트 트랜지스터와,A first transfer transistor, a first reset transistor, a first drive transistor, and a first select transistor for forming the first photodiode and a first unit pixel; 상기 제2포토다이오드와 제2단위 화소를 이루기 위한 제2트랜스퍼 트랜지스터와 제2리셋 트랜지스터와 제2드라이브 트랜지스터 및 제2셀렉트 트랜지스터와,A second transfer transistor, a second reset transistor, a second drive transistor, and a second select transistor for forming the second photodiode and a second unit pixel; 상기 제3포토다이오드와 제3단위 화소를 이루기 위한 제3트랜스퍼 트랜지스터와 제3리셋 트랜지스터와 제3드라이브 트랜지스터 및 제3셀렉트 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서.And a third transfer transistor, a third reset transistor, a third drive transistor, and a third select transistor for forming the third photodiode and the third unit pixel. 제 6 항 또는 제 12 항에 있어서,The method of claim 6 or 12, 상기 복수의 트랜지스터는, The plurality of transistors, 상기 제1포토다이오드와 제1단위 화소를 이루기 위한 제1리셋 트랜지스터와 제1드라이브 트랜지스터 및 제1셀렉트 트랜지스터와,A first reset transistor, a first drive transistor, and a first select transistor for forming the first photodiode and a first unit pixel; 상기 제2포토다이오드와 제2단위 화소를 이루기 위한 제2리셋 트랜지스터와 제2드라이브 트랜지스터 및 제2셀렉트 트랜지스터와,A second reset transistor, a second drive transistor, and a second select transistor for forming the second photodiode and a second unit pixel; 상기 제3포토다이오드와 제3단위 화소를 이루기 위한 제3리셋 트랜지스터와 제3드라이브 트랜지스터 및 제3셀렉트 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서.And a third reset transistor, a third drive transistor, and a third select transistor for forming the third photodiode and the third unit pixel. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 제2포토다이오드와 상기 제3포토다이오드는 각각 메탈 콘택을 통해 해당 단위 화소의 트랜지스터와 연결된 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서.And the second photodiode and the third photodiode are connected to transistors of corresponding unit pixels through metal contacts, respectively. λ1>λ2>λ3의 관계를 갖는 3가지의 칼라에 대한 이미지를 생성하기 위한 CMOS 이미지센서 제조 방법에 있어서,In the CMOS image sensor manufacturing method for generating an image for three colors having a relationship of λ1> λ2> λ3, 제1도전형의 실리콘 기판에 λ1의 칼라 이미지 생성을 위한 제1포토다이오드를 형성하는 단계;Forming a first photodiode for generating a color image of λ1 on a first conductive silicon substrate; 상기 제1포토다이오드가 형성된 전면에 제1절연막을 형성하는 단계;Forming a first insulating film on an entire surface of the first photodiode; 상기 제1절연막 상에 복수의 트랜지스터를 형성하는 단계;Forming a plurality of transistors on the first insulating layer; 상기 복수의 트랜지스터가 형성된 전면에 제2포토다이오드 및 제3포토다이오드를 합한 두께보다 두껍게 제2절연막을 형성하는 단계;Forming a second insulating layer on the entire surface where the plurality of transistors are formed to be thicker than the thickness of the sum of the second photodiode and the third photodiode; 상기 제2절연막을 선택적으로 식각하여 적어도 상기 제1포토다이오드 상부를 노출시키는 단계;Selectively etching the second insulating layer to expose at least an upper portion of the first photodiode; 상기 노출된 영역에 소정의 두께로 제1도전형의 제1실리콘층을 형성하는 단계;Forming a first silicon layer of a first conductivity type in a predetermined thickness in the exposed region; 상기 제1실리콘층에 제2포토다이오드를 형성하는 단계;Forming a second photodiode on the first silicon layer; 상기 제2포토다이오드 상에 제3절연막을 형성하는 단계;Forming a third insulating film on the second photodiode; 상기 제3절연막 상에 소정의 두께로 제1도전형의 제2실리콘층을 형성하는 단계; 및Forming a second silicon layer of a first conductivity type on the third insulating layer at a predetermined thickness; And 상기 제2실리콘층에 제3포토다이오드를 형성하는 단계Forming a third photodiode on the second silicon layer 를 포함하는 CMOS 이미지센서 제조 방법.CMOS image sensor manufacturing method comprising a. 제 16 항에 있어서,The method of claim 16, 상기 제3포토다이오드를 형성하는 단계 후,After forming the third photodiode, 상기 제1 내지 제3포토다이오드 이외의 영역으로 광이 입사하는 것을 차단하기 위해 전면에 광차단용 제4절연막을 형성하는 단계와,Forming a fourth insulating film for blocking light on a front surface thereof to prevent light from being incident to a region other than the first to third photodiodes; 상기 제4절연막과 상기 제2실리콘층과 상기 제2절연막과 상기 제1절연막을 선택적으로 식각하여 상기 복수의 트랜지스터와 상기 제3포토다이오드 및 상기 제2포토다이오드의 콘택이 이루어질 부분을 오픈시키는 단계와,Selectively etching the fourth insulating layer, the second silicon layer, the second insulating layer, and the first insulating layer to open a portion where the plurality of transistors, the third photodiode, and the second photodiode contact are to be made; Wow, 상기 오픈된 부분을 통해 콘택된 복수의 메탈라인을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서 제조 방법.And forming a plurality of metal lines contacted through the open portion. 제 17 항에 있어서,The method of claim 17, 상기 복수의 메탈라인을 형성하는 단계 후,After the forming of the plurality of metal lines, 전면에 평탄화용 제5절연막을 형성하는 단계와, 상기 제5절연막 상에 칼라필터 어레이 없이 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서 제조 방법.Forming a planarization fifth insulating film on the entire surface, and forming a microlens without a color filter array on the fifth insulating film. 제 16 항에 있어서,The method of claim 16, 상기 제1 내지 제3포토다이오드는,The first to third photodiode, 각각 상부의 제1도전형의 제1불순물영역과 하부의 제2도전형의 제2불순물 영역으로 이루어진 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서 제조 방법.And a second impurity region of a first conductive type and a second impurity region of a lower conductive type, respectively.
KR1020040115912A 2004-12-30 2004-12-30 Cmos image sensor with improved integration and method for fabrication thereof KR100664863B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040115912A KR100664863B1 (en) 2004-12-30 2004-12-30 Cmos image sensor with improved integration and method for fabrication thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040115912A KR100664863B1 (en) 2004-12-30 2004-12-30 Cmos image sensor with improved integration and method for fabrication thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20060077117A KR20060077117A (en) 2006-07-05
KR100664863B1 true KR100664863B1 (en) 2007-01-03

Family

ID=37169234

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020040115912A KR100664863B1 (en) 2004-12-30 2004-12-30 Cmos image sensor with improved integration and method for fabrication thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100664863B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100953338B1 (en) 2007-12-26 2010-04-20 주식회사 동부하이텍 Vertical type CMOS Image sensor

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100800310B1 (en) * 2006-02-16 2008-02-01 마루엘에스아이 주식회사 Light sensing device for sensing visible light and infrared light, and method for fabricating the same
KR20080062060A (en) 2006-12-29 2008-07-03 동부일렉트로닉스 주식회사 Cmos image sensor and method of manufaturing thereof
KR100882932B1 (en) 2007-06-11 2009-02-10 삼성전자주식회사 Semiconductor substrate and method of fabricating the same, method of fabricating semiconductor device and method of fabricating image sensor
KR20090051790A (en) * 2007-11-20 2009-05-25 (주)실리콘화일 A unit pixel of the image sensor having photodiode of stacking structure
CN101459184B (en) * 2007-12-13 2011-03-23 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 System and method for sensing image on CMOS
JP6081694B2 (en) * 2010-10-07 2017-02-15 株式会社半導体エネルギー研究所 Photodetector
CN117596908B (en) * 2024-01-19 2024-04-05 武汉楚兴技术有限公司 Pixel unit, image sensor and manufacturing method thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100953338B1 (en) 2007-12-26 2010-04-20 주식회사 동부하이텍 Vertical type CMOS Image sensor

Also Published As

Publication number Publication date
KR20060077117A (en) 2006-07-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7417273B2 (en) Image sensor with embedded photodiode region and fabrication method thereof
KR102553314B1 (en) Image sensor
US20040232314A1 (en) CMOS image sensor and method of fabrication
US20060255372A1 (en) Color pixels with anti-blooming isolation and method of formation
CN101764142A (en) Image sensor and manufacturing method thereof
US11670661B2 (en) Image sensor and method of fabricating same
US11322530B2 (en) Image sensor
KR20170084519A (en) Image sensors
SG179550A1 (en) Color-optimized image sensor
CN111048539A (en) Image sensor with a plurality of pixels
US20210335862A1 (en) Image sensor
US11393854B2 (en) Image sensor with photoelectric part and transfer gate on opposite sides of the substrate
KR102637626B1 (en) Image sensor
KR100664863B1 (en) Cmos image sensor with improved integration and method for fabrication thereof
US11348960B2 (en) Semiconductor device
US20070145443A1 (en) CMOS Image Sensor and Method of Manufacturing the Same
US20230083953A1 (en) Image sensor
US20230017156A1 (en) Image sensor
CN115692440A (en) Image sensor with a plurality of pixels
US11881496B2 (en) Image sensor
US11837615B2 (en) Image sensor with increased gate pattern width
US20230282667A1 (en) Image sensor
US20220216250A1 (en) Image sensor with pixel separation structure
US20220109014A1 (en) Image sensor with trench structures
KR20210081217A (en) Image sensor and method of forming the same

Legal Events

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

Payment date: 20111129

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee