KR100672710B1 - 시모스 이미지 센서 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광감지 소자 영역을 제외한 영역에 광차폐층을 형성하여 광에너지(light energy)에 의한 누설전류를 방지하여 암신호 노이즈(dark signal noise)를 감소시켜 조도특성이 개선한 시모스 이미지 센서 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 광감지 소자와 트랜지스터 영역으로 구분되는 반도체 기판에 소자간 격리를 위하여 소자격리막을 형성하는 단계; 상기 반도체 기판의 상기 트랜지스터 영역에 다수의 게이트전극을 형성하는 단계; 상기 광감지 소자와 상기 트랜지스터 영역의 상기 반도체 기판에 불순물 확산영역을 형성하는 단계; 상기 게이트전극을 포함하는 반도체 기판 상에 절연막을 형성하는 단계; 상기 절연막 상에 금속배선을 형성하는 단계; 상기 금속배선을 포함하는 상기 절연막 상에 층간절연막을 형성하는 단계; 상기 층간절연막 상의 상기 광감지 소자를 제외한 나머지 영역에 광차폐막을 형성하는 단계를 포함한다.
시모스 이미지 센서, 조도, 광차폐막
Description
도 1은 종래기술의 4 개의 트랜지스터를 가지는 시모스 이미지 센서의 단위 화소 회로도
도 2는 본 발명에 따른 시모스 이미지 센서의 공정단면도
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
210 : 기판 211 : 에피층
213 : 저농도 N 형 확산영역 214, 215 : 게이트전극
217 : 고농도 N 형 확산영역 218 : STI
220 : 광감지 소자 영역 226 :티타늄층
본 발명은 시모스 이미지 센서 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 특히 광감지 소자 영역을 제외한 영역에 광차폐층을 형성하여 광에너지(light energy)에 의한 누설전류를 방지하여 암신호 노이즈(dark signal noise)를 감소시켜 조도특성이 개선한 시모스 이미지 센서 및 그의 제조방법에 관한 것으로,
일반적으로 이미지 센서는 광학 영상(optical image)을 전기신호로 변환시키는 반도체 소자로써, 개별 모스(MOS:metal-oxide-silicon) 캐패시터(capacitor)가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 이중결합소자(CCD:charge coupled device)와 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로에 사용하는 시모스(CMOS)기술을 이용하여 화소수 만큼 모스 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용한 시모스(CMOS:complementary MOS) 이미지 센서가 있다.
그리고 피사체의 정보를 전기적인 신호로 변환하는 시모스 이미지 센서는 포토다이오드가 들어있는 시그날 처리칩 들로 구성되어 있으며, 칩 하나에 증폭기(Amplifier), 아날로그/디지탈 변환기(A/D converter), 내부 전압 발생기(Internal voltage generator), 타이밍 제너레이터(Timing generator) 그리고 디지털 로직(Digital logic) 등이 결합되기도 하는데, 이는 공간과 전력 그리고 비용절감에 큰 장점을 갖고 있다. 이중결합소자(CCD)가 전문공정을 통하여 제조하지만, 시모스 이미지 센서는 이중결합소자보다 가격이 저렴한 실리콘 웨이퍼(Wafer)의 식각 공정을 통하여 대량생산이 가능하며, 집적도에서도 장점이 있다.
시모스 이미지센서는 광감지 소자에서 광에너지(light energy)를 전기적 에너지(electrical energy)로 변환시켜 광세기(light intensity)를 디지털 이미지(digital image)로 구현하게 되는 데, 광감지 소자이외의 영역에 광에너지가 전달되어 불필요한 노이즈(noise) 신호가 플로팅확산영역 등에서도 발생하여 저저도 특 성이 저하되는 문제가 있다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 종래 기술의 시모스 이미지 센서에 대하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래기술의 4 개의 트랜지스터를 가지는 시모스 이미지 센서의 단위 화소 회로도이다.
도 1에서와 같이, 광전하를 생성하는 광감지 소자(100)와 게이트로 Tx 신호를 인가받아 광감지 소자(100)에서 모아진 광전하를 플로팅확산영역(FD)(102)으로 운송하기 위한 트랜스퍼 트랜지스터(transfer transistor)(101)와 게이트로 Rx 신호를 인가받아 원하는 값으로 플로팅확산영역의 전위를 세팅하고 전하를 배출하여 플로팅확산영역(102)을 리셋(reset)시키기 위한 리셋 트랜지스터(reset transistor)(103)와, 게이트로 Dx 신호를 인가받아 소오스 팔로워 버퍼 증폭기(source follower buffer amplifier) 역할을 하는 드라이버 트랜지스터(drive transistor)(104)와, 어드레싱(addressing) 역할을 하는 셀렉트 트랜지스터(select transistor)(105)로 구성된다.
광에너지(light energy)는 광감지 소자(100)에만 조사되어야 하지만, 광감지 소자(100)와 동시에 트랜스퍼 트랜지스터(transfer transistor)(101), 리셋 트랜지스터(reset transistor)(103), 플로팅확산영역(102), 드라이버 트랜지스터(drive transistor)(104), 셀렉트 트랜지스터(select transistor)(105) 등에 조사되어 광에너지에 의한 광전하(photon) 생성 효과를 가져와 이미지 센서의 이미지 품질을 저하시키는 문제가 있다. 즉 광감지 소자(100)이외의 영역은 노이즈 소오스(noise source)로 작용한다.
이와 같은 종래 기술의 시모스 이미지 센서 및 그의 소자 제조방법은 다음과 같은 문제가 있다.
시모스 이미지센서는 광감지 소자에서 광에너지(light energy)를 전기적 에너지(electrical energy)로 변환시켜 광세기(light intensity)를 디지털 이미지(digital image)로 구현하게 되는 데, 광감지 소자 이외의 영역에 광에너지가 전달되어 불필요한 노이즈(noise) 신호가 플로팅확산영역 등에서도 발생하여 저저도 특성이 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 이와 같은 종래기술의 시모스 이미지 센서 및 그의 제조방법에 대한 문제를 해결하기 위한 것으로, 광감지 소자 이외의 영역에 차폐막을 형성하여 노이즈 신호의 발생을 억제하여 이미지 품질을 개선한 반도체 시모스 이미지 센서 및 그의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 따른 시모스 이미지 센서는 광감지 소자와 트랜지스터 영역으로 구분되는 반도체 기판; 상기 반도체 기판에 소자간 격리를 위하여 형성되는 소자격리막; 상기 반도체 기판의 상기 트랜지스터 영역에 형성되는 게이트전극; 상기 광감지 소자와 상기 트랜지스터 영역의 상기 반도체 기판에 형성된 불순물 확산영역; 상기 게이트전극을 포함하는 반도체 기판상에 형성되는 절연막; 상기 절연막 상의 금속배선; 상기 금속배을 포함하는 상기 절연막 상의 층간절연막; 상기 층간절연막 상에 형성되며 상기 광감지 소자를 제외한 나머지 영역에 형성된 광차폐막을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 시모스 이미지 센서에 있어서, 상기 광차폐층은 티타늄층으로 형성하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 시모스 이미지 센서의 제조방법은 광감지 소자와 트랜지스터 영역으로 구분되는 반도체 기판에 소자간 격리를 위하여 소자격리막을 형성하는 단계; 상기 반도체 기판의 상기 트랜지스터 영역에 다수의 게이트전극을 형성하는 단계; 상기 광감지 소자와 상기 트랜지스터 영역의 상기 반도체 기판에 불순물 확산영역을 형성하는 단계; 상기 게이트전극을 포함하는 반도체 기판 상에 절연막을 형성하는 단계; 상기 절연막 상에 금속배선을 형성하는 단계; 상기 금속배선을 포함하는 상기 절연막 상에 층간절연막을 형성하는 단계; 상기 층간절연막 상의 상기 광감지 소자를 제외한 나머지 영역에 광차폐막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 시모스 이미지 센서에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 시모스 이미지 센서의 공정단면도이다.
도 2에서와 같이, 고농도 P 형 기판(210) 상에 저농도 P 형의 에피층(211)을 성장시키고, 에피층(211)에 소자간의 격리를 위하여 트렌치를 형성하고 절연막을 충진시키는 STI(shallow trench isolation)(218)을 형성한다.
그리고 에피층(211) 상에 게이트절연막(216)을 형성하고, 게이트절연막(216) 상에 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트전극(214), 리셋 트랜지스터의 게이트전극(215), 드라이브 트랜지스터와 셀렉트 트랜지스터의 게이트 전극(도시하지 않음)을 형성한다.
광감지소자 영역(220)의 에피층(211)에는 저농도 N 형 확산영역(213)을 형성하고, 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트전극(214)과 리셋 트랜지스터의 게이트전극(215) 사이와 리셋 트랜지스터의 게이트전극(215)의 양측의 에피층(211)에는 고농도 N 형 확산영역(217)을 형성한다.
그리고 저농도 N 형 확산영역(213) 상의 에피층(211)에 에피층(211) 보다 높은 농도의 P 형 확산영역(219)을 형성한다. 그리고 트랜스퍼 트랜지스터 및 리셋 트랜지스터의 게이트전극(214, 215)을 포함하는 에피층(211) 상에 산화막(220)을 형성하고, 산화막(220) 상에 제 1 금속배선(221)을 형성한다. 제 1 금속배선(221)을 포함한 산화막(220) 상에 제 1 층간절연막(222)을 적층하고 평탄화한 후에, 제 1 층간절연막(222) 상에 제 2 금속배선(223)을 형성한다.
그리고 제 2 금속배선(223) 상에 제 2 층간절연막(224)을 형성하고 평탄화한다. 그리고 제 2 층간절연막(224) 상에 광차폐막으로 티타늄(titanium)층(도시하지 않음)을 형성하고, 저농도 N 형 확산영역(213)이 형성되어 있는 광감지 소자영역(225)을 개구하는 티타늄층 패턴(226)을 형성한다. 티타늄층 패턴(226)을 포함하는 제 2 층간절연막(224) 상에 소자보호막(passivation layer)(227)을 형성한다. 그리고 소자보호막 상에 도시하지 않았지만 컬러필터층 및 마이크로 렌즈 등을 형성한다.
티타늄층 패턴(226)에 의해 광감지 소자영역(225)을 제외한 다른 영역에서는 광에너지가 투과되지 않고 전반사되고, 노이즈를 차단할 수 있고, 또한 티타늄층 패턴(226)은 MIM 형성시 동시에 감광막 마스크에 의해 패터닝되므로 추가적인 공정수의 증가는 없다.
또한 광에너지로부터 트랜스퍼 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 플로팅확산영역, 드라이버 트랜지스터, 셀렉트 트랜지스터가 차폐된다.
이와 같은 본 발명에 따른 시모스 이미지 센서 및 그의 제조 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
광감지 소자영역을 제외한 다른 영역에 광차폐막을 형성하여 광에너지(light energy)에 의한 누설전류를 방지하여 암신호 노이즈(dark signal noise)가 감소시키고, 이로 인해 조도특성이 개선되는 효과가 있다.
Claims (3)
- 광감지 소자와 트랜지스터 영역으로 구분되는 반도체 기판;상기 반도체 기판에 소자간 격리를 위하여 형성되는 소자격리막;상기 반도체 기판의 상기 트랜지스터 영역에 형성되는 게이트전극;상기 광감지 소자와 상기 트랜지스터 영역의 상기 반도체 기판에 형성된 불순물 확산영역;상기 게이트전극을 포함하는 반도체 기판상에 형성되는 절연막;상기 절연막 상의 금속배선;상기 금속배을 포함하는 상기 절연막 상의 층간절연막;상기 층간절연막 상에 형성되며, 상기 광감지 소자를 제외한 나머지 영역에 형성된 광차폐막을 포함하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서,상기 광차폐층은 티타늄층으로 형성하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서.
- 광감지 소자와 트랜지스터 영역으로 구분되는 반도체 기판에 소자간 격리를 위하여 소자격리막을 형성하는 단계;상기 반도체 기판의 상기 트랜지스터 영역에 다수의 게이트전극을 형성하는 단계;상기 광감지 소자와 상기 트랜지스터 영역의 상기 반도체 기판에 불순물 확산영역을 형성하는 단계;상기 게이트전극을 포함하는 반도체 기판 상에 절연막을 형성하는 단계;상기 절연막 상에 금속배선을 형성하는 단계;상기 금속배선을 포함하는 상기 절연막 상에 층간절연막을 형성하는 단계;상기 층간절연막 상의 상기 광감지 소자를 제외한 나머지 영역에 광차폐막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서의 제조방법.
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