KR100788350B1 - 수직형 씨모스 이미지 센서 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금속 이온 게터링(gettering)을 위한 게터링 영역을 효율적으로 형성한 수직형 씨모스 이미지 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명의 수직형 씨모스 이미지 센서는 픽셀 어레이 영역과, 그 주위에 더미 영역 및 상기 더미 영역을 둘러싼 주변 영역이 형성된 실리콘 기판과, 상기 실리콘 기판 상에 차례로 전면 형성된 제 1 에피층 및 제 2 에피층과, 상기 실리콘 기판의 픽셀 어레이 영역에 형성된 제 1 포토 다이오드와, 상기 제 1, 제 2 에피층 각각에 상기 제 1 포토 다이오드 형성부위와 오버랩되어 형성된 제 2, 제 3 포토 다이오드와, 상기 실리콘 기판 상의 상기 더미 영역의 소정 부위에 요부를 구비하여, 상기 요부 하부에 형성된 제 1 게터링부와, 상기 제 1 에피층에 상기 요부 주변에 대응되어 형성된 제 2 게터링부 및 상기 제 2 에피층에 상기 요부 상부에 대응되어 형성된 제 3 게터링부를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
수직형 이미지 센서, 금속 이온, 게터링(gettering), 제로 마스크(zero mask)
Description
도 1은 일반적인 수직형 씨모스 이미지 센서를 나타낸 평면도
도 2는 도 1의 I~I'선상의 구조 단면도
도 3은 본 발명의 수직형 씨모스 이미지 센서를 나타낸 평면도
도 4는 도 3의 Ⅱ~Ⅱ' 선상의 구조 단면도
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 수직형 씨모스 이미지 센서에 이용되는 제 1, 제 2 제로 마스크의 패턴을 나타낸 도면
도 6은 본 발명의 수직형 씨모스 이미지 센서의 더미 영역 및 포토 다이오드 영역을 나타낸 단면도
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100 : 이미지 센서 101 : 실리콘 기판
102 : 제 1 게터링부 103 : 제 1 포토 다이오드
104 : 제 1 에피층 105 : 제 2 게터링부
106 : 제 2 포토 다이오드 107 : 제 2 에피층
108 : 제 3 포토 다이오드 109 : 제 3 게터링부
110 : 픽셀 어레이부 120 : 더미 영역
130 : 주변 영역 135 : 제로 마스크의 패턴 대응 부위
135a : 제 1 제로 마스크 패턴 135b : 제 2 제로 마스크 패턴
본 발명은 씨모스 이미지 센서에 관한 것으로 특히, 금속 이온 게터링(gettering)을 위한 게터링 영역을 효율적으로 형성한 수직형 씨모스 이미지 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 씨모스 이미지 센서라 함은 광학 영상(optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 이중에서 전하 결합 소자(CCD: Charge Coupled Device)는 개개의 MOS(Metal-Oxide Silicon) 캐패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 커패시터에 저장되고 이송되는 소자이다.
한편, 씨모스 이미지 센서는 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소 수 만큼의 포토다이오드와 이에 연결되어 채널을 열고 닫는 트랜지스터들을 만들고 상기 트랜지스터들을 이용하여 차례로 적색(RED), 녹색(GREEN) 및 청색(BLUE)의 광학 신호를 검출하여 스위칭 방식에 의해 출력하는 소자이다.
상기와 같은 씨모스 이미지 센서는 낮은 소비전력, 낮은 공정 단가 및 높은 수준의 집적도 등의 많은 장점들을 가지고 있다. 특히 최근의 기술적 진보로 인해 씨모스 이미지 센서는 여러 응용 분야에서 고체촬상소자(Charge Coupled Devices; CCD)의 대안으로 각광을 받고 있다.
상기와 같은 CMOS 이미지 센서는 트랜지스터의 개수에 따라 3T형, 4T형, 5T형 등으로 구분된다. 3T형은 1개의 포토다이오드와 3개의 트랜지스터로 구성되며, 4T형은 1개의 포토다이오드와 4개의 트랜지스터로 구성된다.
일반적인 3T형 씨모스 이미지 센서의 단위 화소는, 1개의 포토다이오드(PD; Photo Diode)와 3개의 nMOS 트랜지스터(T1, T2, T3)로 구성된다. 상기 포토다이오드(PD)의 캐소드는 제 1 nMOS 트랜지스터(T1)의 드레인 및 제 2 nMOS 트랜지스터(T2)의 게이트에 접속되어 있다.
그리고, 상기 제 1, 제 2 nMOS 트랜지스터(T1, T2)의 소오스는 모두 기준 전압(VR)이 공급되는 전원선에 접속되어 있고, 제 1 nMOS 트랜지스터(T1)의 게이트는 리셋신호(RST)가 공급되는 리셋선에 접속되어 있다.
또한, 제 3 nMOS 트랜지스터(T3)의 소오스는 상기 제 2 nMOS 트랜지스터의 드레인에 접속되고, 상기 제 3 nMOS 트랜지스터(T3)의 드레인은 신호선을 통하여 판독회로(도면에는 도시되지 않음)에 접속되고, 상기 제 3 nMOS 트랜지스터(T3)의 게이트는 선택 신호(SLCT)가 공급되는 열 선택선에 접속되어 있다.
따라서, 상기 제 1 nMOS 트랜지스터(T1)는 리셋 트랜지스터(Rx)로 칭하고, 제 2 nMOS 트랜지스터(T2)는 드라이브 트랜지스터(Dx), 제 3 nMOS 트랜지스터(T3)는 선택 트랜지스터(Sx)로 칭한다.
이 경우, 일반적인 씨모스 이미지 센서의 경우, 포토 다이오드를 포함하여 구동 등을 위한 트랜지스터들이 수평 상으로 형성되며, 단위 픽셀은 적색(R), 녹색 (G), 청색(B)의 컬러 필터를 이용하여 해당 색상의 광을 감지하게 된다.
이 때, 일반적인 씨모스 이미지 센서에 있어서는, 하나의 단위 픽셀은 평면상으로 형성되는 상기 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 컬러필터를 모두 포함하여 대응되어야 하므로, 그 크기가 크게 되며, 따라서, 이러한 일반적인 씨모스 이미지 센서의 경우, 픽셀 집적도가 저하된다.
이와 같이, 일반적인 이미지 센서의 집적도 저하 문제를 개선하기 위해 수직형 이미지 센서가 제안되었다.
이를 개선하기 위해서 수직형 이미지 센서가 개발되었는데, 이러한 수직형 이미지센서는 단위 픽셀당 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 신호를 모두 감지할 수 있도록 적/녹/청색 포토다이오드가 수직적 구조로 되어 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 수직형 씨모스 이미지 센서를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 일반적인 수직형 씨모스 이미지 센서를 나타낸 평면도이며, 도 2는 도 1의 I~I'선상의 구조 단면도이다.
도 1 및 도 2와 같이, 종래의 수직형 이미지 센서는 수직형 이미지 센서(10)는, 포토다이오드는 n+형으로 도핑되어 형성된 웰(well) 형상으로 이루어지며, 단위 픽셀당 신호를 모두 감지할 수 있도록 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 포토다이오드(3, 6, 8)가 수직적 구조로 되어 있다.
여기서, 상기 종래의 수직형 이미지 센서(10)는 그 영역이 크게, 복수개의 단위 픽셀들이 형성되는 픽셀 영역(20)과 상기 픽셀 영역(20)에 형성되는 소자들( 미도시) 및 각 포토 다이오드(3, 6, 8)에 신호를 인가하는 소정의 단자 및 그라운딩 단자(미도시)들을 포함하는 주변 영역(40)이 형성된다. 이러한 종래의 수직형 이미지 센서(10)는 그라운딩(Grounding)를 위해 상기 주변 영역(40)에 P+형의 소오스/드레인 임플런트 공정을 적용하여 그라운딩(GND)단자로 사용하게 된다. 특히, 단위 픽셀(R, G, B 포토 다이오드를 하나씩 포함)에 존재하는 P+형의 더미(dummy) 영역(30)은 그라운딩 역할뿐 아니라 상기 수직형 이미지 센서(10)를 이루는 제 1 또는 제 2 에피층(4, 7)의 형성 공정상 발생된 금속 양이온(metal impurity)의 게터링(gettering) 효과를 높이기 위해 추가되었다. 즉 P+ 이온주입(boron implant)이 더미 모우트(dummy moat) 영역(9, 19, 29)에 적용되도록 함으로써(예 Fe-B 결합) 에피층에 남아있는 금속 이온(M+)을 게터링할 수 있어, 금속 이온 잔류에 의한 오염(metal ion contamination)을 제거 할 수 있다.
이러한 종래의 수직형 씨모스 이미지 센서는 실리콘 기판(1)과, 상기 실리콘 기판(1)의 소정 부위에 형성된 적색 광을 감지하는 제 1 포토 다이오드(3)와, 상기 실리콘 기판(1) 상에 형성된 제 1 에피층(epitaxial layer)(4)과, 상기 제 1 에피층(4) 상에 상기 제 1 포토 다이오드(3)와 오버랩되어 형성된 제 2 포토 다이오드(6)과, 상기 제 1 에피층(4) 상에 형성된 제 2 에피층(7)과, 상기 제 2 에피층(7) 상에 상기 제 2 포토 다이오드(6)와 오버랩되어 형성된 제 3 포토 다이오드(8)와, 상기 제 2 에피층(6) 상의 소정 부위에 P+형의 이온이 불순물이 주입되어 형성되며, 각 실리콘 기판 및 제 1, 제 2 에피층의 해당 포토 다이오드와 이격된 부위에 형성된 제 1 내지 제 3 더미 모우트(dummy moat)(9, 19, 29)를 포함하여 이루어진 다.
종래의 수직형 씨모스 이미지 센서(vertical-type CMOS image sensor)(10)는 적, 녹, 청 3개의 포토다이오드가 수직으로 형성되므로 동일하게 3개의 에피층이 필요하다. 이때, 에피층 증착 공정시 발생된 Fe, Ni, Cu 등의 금속이온 오염(metal ion contamination)으로 인해 원치 않은 누설전류가 증가되어 결국 이미지 센서의 품질이 나빠지게 된다. 이 때, 금속이온을 제거하는 방법 중 하나는 이미지 센서 회로의 더미 영역(dummy region)(30)에 P+ 이온 주입(B, boron implant)을 적용하는 것이다. 이를 좁은 의미의 게더링(gettering)이라고 한다. 예를 들어, Fe 이온은 Fe-B 결합으로 오염을 제거할 수 있다.
종래의 수직형 씨모스 이미지 센서에 있어서는, 기판 및 각각의 에피층에 대하여 상기 더미 영역(30)에 P+형의 이온을 주입하여, 더미 모우트 영역(9, 19, 29)을 형성함으로써, 각 더미 모우트 영역에서 금속이온을 게터링(gettering)하게 된다. 즉, 각 픽셀 어레이부의 형성 공정에서, P+형의 불순물을 주입하기 위한 소정의 마스크를 구비하여, 상기 더미 영역(30)의 3개의 기판 및 제 1, 제 2 에피층 성장후 각각 P+ 이온주입을 실시하여, 상기 더미 영역(30)의 소정 부위에 더미 모우트(dummy moat)(9, 19, 29)를 추가하게 된다.
이와 같이, 종래의 수직형 씨모스 이미지 센서는 최상부의 제 2 에피층(7) 외에 실리콘 기판(1)과, 제 1 에피층(4)에도 더미 모우트 영역(9, 19)을 형성하기 때문에, 이를 위해 마스크를 이용한 불순물 주입 공정 등이 더 개입되어, 형성 공정이 복잡해지므로 시간, 생산성, 자원 측면에서 문제점을 갖고 있다.
여기서, 설명하지 않은 부호 25는 상기 실리콘 기판(1) 및 제 1 에피층(4)에 소자 등을 패터닝시 얼라인을 위한 마크로 이용되는 패턴이다. 이러한 정렬 패턴(25)은 상기 실리콘 기판(1)이나 제 1 에피층(4) 형성시 최초에 정의되는 정렬 패턴(25)이며, 실제 표시가 이루어지지 않는 주변 영역(4)에 대응되어 형성된다.
그러나, 상기와 같은 종래의 씨모스 이미지 센서는 다음과 같은 문제점이 있었다.
종래의 수직형 씨모스 이미지 센서는 최상부의 에피층과 함께 실리콘 기판과, 제 1 에피층에도 더미 모우트 영역을 형성하기 때문에, 이를 위해 마스크를 이용한 불순물 주입 공정 등이 더 개입되어, 형성 공정이 복잡해지므로 시간, 생산성, 자원 측면에서 문제점을 갖고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 금속 이온 게터링(gettering)을 위한 게터링 영역을 효율적으로 형성한 수직형 씨모스 이미지 센서 및 이의 제조 방법을 제공하는 데, 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이미지 센서는 픽셀 어레이 영역, 상기 픽셀 어레이 영역을 둘러싼 더미 영역 및 상기 더미 영역 주위의 주변 영역이 형성된 실리콘 기판과, 상기 실리콘 기판 상에 차례로 전면 형성된 제 1 에피층 및 제 2 에피층과, 상기 실리콘 기판의 픽셀 어레이 영역에 형성된 제 1 포토 다이오드와, 상기 제 1, 제 2 에피층 각각에 상기 제 1 포토 다이오드 형성부위와 오버랩되어 형성된 제 2, 제 3 포토 다이오드와, 상기 실리콘 기판 상의 상기 더미 영역의 소정 부위에 요부를 구비하여, 상기 요부 하부에 형성된 제 1 게터링부와, 상기 제 1 에피층에 상기 요부 주변에 대응되어 형성된 제 2 게터링부 및 상기 제 2 에피층에 상기 요부 상부에 대응되어 형성된 제 3 게터링부를 포함하여 이루어짐에 그 특징이 있다.
상기 제 1 내지 제 3 게터링부는 상기 더미 영역 내에 형성된다.
상기 제 2 게터링부는 상기 제 1 에피층 상의 표면으로부터 소정 깊이 식각된 후, 더미 폴리층을 더 형성되며, 상기 더미 폴리층 내에 불순물이 주입된다.
상기 제 1 내지 제 3 포토 다이오드는 제 1형의 불순물 이온이 주입되며, 상기 제 1 내지 제 3 게터링부에는 제 2 형의 불순물 이온이 주입된다. 상기 제 1 형의 불순물 이온은 n+형이며, 상기 제 2형의 불순물 이온은 p+형이다. 이 때, 상기 제 2형의 불순물 이온은 B(Boron)이다.
또한, 동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수직형 씨모스 이미지 센서의 제조 방법은 픽셀 어레이 영역, 상기 픽셀 어레이 영역 주위의 더미 영역 및 주변 영역이 정의된 실리콘 기판을 준비하는 단계와, 제 1 정렬 마크 형성을 위한 제 1 제로 마스크를 이용하여 상기 실리콘 기판의 주변 영역의 모서리 및 상기 더미 영역의 소정 부위를 제 1 깊이 식각하여, 제 1 정렬 마크 및 제 1 게터링부를 형성하는 단계와, 상기 제 1 게터링부에 제 1 불순물 이온을 주입하는 단계와, 상기 픽셀 어레이 영역에 제 1 포토 다이오드를 형성하는 단계와, 상기 실리콘 기판 상에 제 1 에피층을 형성하는 단계와, 제 2 정렬 마크 형성을 위한 제 2 제로 마스크를 이용하여 상기 제 1 에피층의 주변 영역의 모서리 및 상기 제 1 게터링부의 외곽부에 대응되는 소정 부위를 제 2 깊이 식각하여, 제 2 정렬 마크 및 제 2 게터링부를 형성하는 단계와, 상기 제 2 게터링부 상부에 더미폴리를 형성하는 단계와, 상기 더미 폴리에 제 1 불순물 이온을 주입하는 단계와, 상기 픽셀 어레이 영역의 제 1 에피층에 제 2 포토 다이오드를 형성하는 단계와, 상기 제 1 에피층 상에 제 2 에피층을 형성하는 단계와, 상기 제 1 게터링부에 대응되는 상기 제 2 에피층에 제 1 불순물 이온을 주입하여 제 3 게터링부를 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐에 또 다른 특징이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 수직형 씨모스 이미지 센서 및 이의 제조 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 수직형 씨모스 이미지 센서를 나타낸 평면도이며, 도 4는 도 3의 Ⅱ~Ⅱ' 선상의 구조 단면도이다.
본 발명의 수직형 이미지 센서는 수직형 이미지 센서(100)는, 포토다이오드는 n+형으로 도핑되어 형성된 웰(well) 형상으로 이루어지며, 단위 픽셀당 신호를 모두 감지할 수 있도록 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 포토다이오드가 수직적 구조로 되어 있다.
도 3과 같이, 상기 본 발명의 수직형 이미지 센서(100)는 그 영역이 크게, 복수개의 단위 픽셀들이 형성되는 픽셀 어레이부(110)와, 상기 픽셀 어레이부(110) 주변에 형성된 더미 영역(120) 및 상기 더미 영역(120) 주변에 형성된 주변 영역(130)을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 픽셀 어레이부(110)는 복수개의 단위 픽셀이 구비되며, 각 단위 픽셀마다, 수직 방향으로, R, G, B, 포토 다이오드(103, 106, 108)이 적층 구조 로 형성된다. 여기서, 상기 주변 영역에는 상기 픽셀 영역(120)에 형성되는 소자들 및 포토 다이오드에 신호를 인가하는 신호 단자(미도시) 및 그라운딩 단자(미도시)가 형성되며, 상기 더미 영역(110)은 상기 픽셀 어레이부(110)의 게터링을 수행하는 제 1 내지 제 3 게터링부(102, 105, 109)가 형성된다.
이러한 본 발명의 수직형 씨모스 이미지 센서는 실리콘 기판(101)과, 상기 실리콘 기판(101)의 소정 부위에 형성된 적색 광을 감지하는 제 1 포토 다이오드(103)와, 상기 실리콘 기판(101) 상에 형성된 제 1 에피층(epitaxial layer)(104)과, 상기 제 1 에피층(104) 상에 상기 제 1 포토 다이오드(103)와 오버랩되어 형성된 제 2 포토 다이오드(106)과, 상기 제 1 에피층(104) 상에 형성된 제 2 에피층(107)과, 상기 제 2 에피층(107) 상에 상기 제 2 포토 다이오드(106)와 오버랩되어 형성된 제 3 포토 다이오드(108)와, 상기 제 2 에피층(106) 상의 소정 부위에 P+형의 이온이 불순물이 주입되어 형성되며, 각 실리콘 기판 및 제 1, 제 2 에피층의 해당 포토 다이오드와 이격된 더미 영역(120)에 형성된 제 1 내지 제 3 게터링부(102, 105, 109)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 제 1 내지 제 3 게터링부(102, 105, 109)는 상기 더미 영역 내에 형성된다.
이 때, 상기 제 1 게터링부(102)는 상기 실리콘 기판(101)의 표면으로부터 소정 깊이 식각되어 식각되어 노출된 표면에 B(Boron)과 같은 p+형의 불순물을 주입하여 정의된다. 그리고, 상기 제 2 게터링부(105)는 상기 제 1 에피층(104) 상의 표면으로부터 소정 깊이 식각된 후, 더미 폴리층(105 형성 부위)이 더 형성되며, 상기 더미 폴리층 내에 불순물이 주입되어 정의된다.
상기 제 1 내지 제 3 포토 다이오드(103, 106, 108)는 n+형의 불순물 이온이 주입되며, 상기 제 1 내지 제 3 게터링부에는 모두 동일한 p+형의 불순물 이온이 주입된다.
한편, 수직형 씨모스 이미지 센서(vertical-type CMOS image sensor)는 적, 녹, 청 3개의 포토다이오드가 수직으로 형성되므로 동일하게 3개의 에피층이 필요하다. 이 때, 각 에피층 증착 공정시 발생된 Fe, Ni, Cu 등의 금속이온 오염(metal ion contamination)으로 인해 원치 않은 누설전류가 증가되어 결국 이미지 센서의 품질이 나빠지게 된다. 이 때, 금속이온을 제거하는 방법 중 하나는 이미지 센서 회로의 더미 영역(dummy region)(120)에 P+ 이온 주입(B, boron implant)을 적용하는 것이다. 이를 좁은 의미의 게터링(gettering)이라고 한다. 예를 들어, Fe 이온은 Fe-B 결합으로 오염을 제거할 수 있다.
본 발명의 수직형 씨모스 이미지 센서는, 종래의 씨모스 이미지 센서에서, 별도의 마스크를 이용하여 P+ 형 불순물을 주입하는 게더링 방법을 보완하여 실리콘 기판이나 각 에피층에 소자 형성을 위해 초기 정렬 마크를 형성시 이용하는 제로 마스크에 더미패턴을 적용함으로써 보다 간단한 공정을 구현할 수 있기 때문에 시간, 생산성, 자원 측면에서 큰 개선효과를 가져 올 수 있다.
또한, 본 발명은 수직형 시모스 이미지센서에서 금속이온의 게더링을 위해 추가적인 패턴공정 없이 간단하게 기존의 제로(Zero) 패턴으로 생성하는 방법 (pattern generation or mask tooling method)에 대한 것이다. 종래기술은 추가적 인 2번의 P+S/D 패턴을 사용하기 때문에 복잡한 공정으로 인해 효율적이지 못하다. 이를 위해 동일한 게더링 효과를 갖고 보다 간단한 공정이 가능하도록 더미패턴(dummy pattern)을 추가한 제로(Zero) 마스크 제작 방법을 새롭게 제안하였다.
도 3에서, 설명하지 않은 부호 135는 상기 실리콘 기판(101) 및 제 1 에피층(104)에 소자 등을 패터닝시 얼라인을 위한 마크로 이용되는 패턴(정렬 마크)이다. 이러한 정렬 마크(135)은 상기 실리콘 기판(101)이나 제 1 에피층(104) 형성시 최초에 정의되는 것으로, 실제 표시가 이루어지지 않는 주변 영역(130)에 대응되어 형성된다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 수직형 씨모스 이미지 센서에 이용되는 제 1, 제 2 제로 마스크의 패턴을 나타낸 도면이다.
도 5a와 같이, 상기 실리콘 기판(101)에 대한 정렬 마크(135)에 대응되어 소정의 개구부를 구비한 제 1 제로 마스크(미도시)에 상기 더미 영역(120)의 소정 부위에 대응되어 일 이상의 제 1 패턴(135a)이 더 형성되도록 형성한다. 이 경우, 상기 제 1 제로 마스크(미도시)를 이용하여 상기 실리콘 기판(101) 상에 정렬 마크 형성시, 정렬 마크에 대응되는 부위가 소정 깊이로 식각되는데, 마찬가지로, 상기 제 1 패턴(135a)에 대응되는 부위도 상기 제 1 게터링부(102)와 같이, 상기 실리콘 기판(101) 표면으로부터 소정 깊이 식각된다.
여기서, 상기 제 1 마스크에서 상기 패턴(135a)이나 상기 정렬 마크(135)에 대응되는 패턴(미도시)은 개구부로 정의하며, 상기 개구부를 통해 노광된 상기 실리콘 기판(101)의 부위가 소정 깊이 제거되게 된다.
도 5b와 같이, 상기 제 1 에피층(104)에 대한 정렬 마크(135)에 대응되어 소정의 개구부를 구비한 제 2 제로 마스크(미도시)는 상기 제 1 제로 마스크의 제 1 패턴(135a)의 외곽부위에 대응되는 부위에 제 2 패턴(135b)을 구비하고 있다. 이러한 상기 제 2패턴(135b)는 상기 제 1 패턴(135a)의 외곽부에 형성되기 때문에, 서로 다른 위치에 형성되며, 이에 따라, 동일 부위가 계속적으로 식각되어, 상대적으로 에피층들의 표면에서 상대적으로 단차를 가짐을 완화할 수 있다. 이 경우, 상기 제 2 제로 마스크(미도시)를 이용하여 상기 제 1 에피층(104) 상에 정렬 마크 형성시, 정렬 마크에 대응되는 부위가 소정 깊이로 식각되며, 마찬가지로, 상기 제 2 패턴(135b)에 대응되는 부위도 상기 제 2 게터링부(105)와 같이, 상기 제 1 에피층(104) 표면으로부터 소정 깊이 식각된다. 이 때, 식각시의 단차 발생을 완화하기 위해 제 2 제로 마스크의 제 2 패턴을 이용한 식각시 정의되는 상기 제 2 게터링부(105)에 더미 폴리를 더 형성하기도 한다. 이러한 더미 폴리는 상기 픽셀 어레이부의 소정의 소자 형성시 함께 형성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 수직형 씨모스 이미지 센서의 더미 영역 및 포토 다이오드 영역을 나타낸 단면도이다.
도 3 내지 도 6과 같이, 본 발명의 수직형 씨모스 이미지 센서는 픽셀 어레이부(110) 영역 및 그 주위에 더미 영역(120), 주변 영역(130)이 형성된 실리콘 기판(101)과, 상기 실리콘 기판(101) 상에 차례로 전면 형성된 제 1 에피층(104) 및 제 2 에피층(107)과, 상기 실리콘 기판(101)의 픽셀 어레이부에 형성된 제 1 포토 다이오드(103)과, 상기 제 1, 제 2 에피층(104, 107) 각각에 상기 제 1 포토 다이 오드(103) 형성부위와 오버랩되어 형성된 제 2, 제 3 포토 다이오드(106, 108)와, 상기 실리콘 기판(101) 상의 상기 더미 영역의 소정 부위에 요부를 구비하여, 상기 요부 하부에 형성된 제 1 게터링부(102)와, 상기 제 1 에피층(104)에 상기 요부 주변에 대응되어 형성된 제 2 게터링부(105) 및 상기 제 2 에피층(107)에 상기 요부 상부에 대응되어 형성된 제 3 게터링부(109)를 포함하여 이루어진다.
그리고, 본 발명의 수직형 씨모스 이미지 센서의 제조 방법은 다음과 같다.
먼저, 픽셀 어레이부, 상기 픽셀 어레이부 주위에 더미 영역 및 주변 영역이 정의된 실리콘 기판(101)을 준비한다.
이어, 제 1 제로 마스크(미도시)를 이용하여 상기 실리콘 기판(101)의 주변 영역의 모서리 및 상기 더미 영역(120)의 소정 부위를 제 1 깊이 식각하여, 제 1 정렬 마크(135) 및 제 1 게터링부(102)를 형성한다.
이어, 상기 제 1 게터링부(102)에 제 1 불순물 이온을 주입한다.
이어, 상기 픽셀 어레이부(110)에 제 1 포토 다이오드(103)를 형성한다.
이어, 상기 실리콘 기판(101) 상에 제 1 에피층(104)을 형성한다.
이어, 제 2 제로 마스크(미도시)를 이용하여 상기 제 1 에피층(104)의 주변 영역의 모서리 및 상기 제 1 게터링부(102)의 외곽부에 대응되는 소정 부위를 제 2 깊이 식각하여, 제 2 정렬 마크(135 부위) 및 제 2 게터링부(105)를 형성한다. 이 때, 상기 제 2 게터링부(105)에는 더미폴리를 형성하여, 인접한 부위와의 단차를 줄일 수 있다.
이어, 상기 제 2 게터링부(105)에 제 1 불순물 이온을 주입한다.
이어, 상기 픽셀 어레이부(110)의 제 1 에피층(104)에 제 2 포토 다이오드(106)를 형성한다.
이어, 상기 제 1 에피층(104) 상에 제 2 에피층(107)을 형성한다.
이어, 상기 제 1 게터링부(102)에 대응되는 상기 제 2 에피층(107)에 제 1 불순물 이온을 주입하여 제 3 게터링부(109)를 형성한다.
이와 같이, 본 발명은 수직형 씨모스 이미지 센서에서는, 얼라인(alignment) 이외에 다른 기능이 없는 제 1, 제 2 제로 마스크에 있어서, 소정의 패턴을 더 추가하여, 게터링을 위한 영역을 정의하도록 한다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기와 같은 본 발명의 수직형 씨모스 이미지 센서 및 이의 제조 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
게터링을 위해 각 포토 다이오드가 형성되는 기판이나 에피층들에 형성되는 게터링부를 별도의 마스크를 이용하지 않고, 정렬을 위해 요구되는 제로 마스크에 정렬 패턴 외에 상기 게터링부를 정의하는 패턴을 더 형성함으로써, 마스크 공정이 더 필요치 않고, 게터링부를 정의할 수 있게 된다.
또한, 기판과 제 1 에피층에 형성되는 게터링부에 대하여 서로 다른 부위에 형성함으로써, 게터링부 정의시 식각 부위에 대응되는 부위가 제거됨에 의해 기판이나 타 에피층의 표면으로부터 갖는 단차를 줄일 수 있다. 또한, 단차를 줄이기 위해 더미 폴리를 형성하기도 한다.
이와 같이, 상기 게터링부 형성시 제로 마스크에 더미 패턴을 더 구비하여 형성할 수 있기 때문에, 보다 간단한 공정으로 게터링부의 구현이 가능하여, 시간, 생산성, 및 자원 측면에서 큰 개선 효과를 가져올 수 있다.
Claims (7)
- 픽셀 어레이 영역, 상기 픽셀 어레이 영역을 둘러싼 더미 영역 및 상기 더미 영역 주위의 주변 영역이 형성된 실리콘 기판;상기 실리콘 기판 상에 차례로 전면 형성된 제 1 에피층 및 제 2 에피층;상기 실리콘 기판의 픽셀 어레이 영역에 형성된 제 1 포토 다이오드;상기 제 1, 제 2 에피층 각각에 상기 제 1 포토 다이오드 형성부위와 오버랩되어 형성된 제 2, 제 3 포토 다이오드;상기 실리콘 기판 상의 상기 더미 영역의 소정 부위에 요부를 구비하여, 상기 요부 하부에 형성된 제 1 게터링부 및 이와 동일층에 대응되어 상기 실리콘 기판의 주변 영역의 모서리에 형성된 제 1 정렬 마크;상기 제 1 에피층에, 상기 요부 주변에 대응되어 형성된 제 2 게터링부 및 상기 제 1 에피층 주변 영역의 모서리에 형성된 제 2 정렬 마크; 및상기 제 2 에피층에 상기 요부 상부에 대응되어 형성된 제 3 게터링부를 포함하여 이루어진 수직형 씨모스 이미지 센서.
- 제 1항에 있어서,상기 제 2 및 제 3 게터링부는 상기 더미 영역 내에 형성된 것을 특징으로 하는 수직형 씨모스 이미지 센서.
- 제 1항에 있어서,상기 제 2 게터링부는 상기 제 1 에피층 상의 표면으로부터 소정 깊이 식각된 후, 더미 폴리들이 채워져 형성되며, 상기 더미 폴리층 내에 불순물이 주입된 것을 특징으로 하는 수직형 씨모스 이미지 센서.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1 내지 제 3 포토 다이오드는 제 1형의 불순물 이온이 주입되며, 상기 제 1 내지 제 3 게터링부에는 제 2 형의 불순물 이온이 주입된 것을 특징으로 하는 수직형 씨모스 이미지 센서.
- 제 4 항에 있어서,상기 제 1 형의 불순물 이온은 n+형이며, 상기 제 2형의 불순물 이온은 p+형인 것을 특징으로 하는 수직형 씨모스 이미지 센서.
- 제 5항에 있어서,상기 제 2형의 불순물 이온은 B(Boron)인 것을 특징으로 하는 수직형 씨모스 이미지 센서.
- 픽셀 어레이 영역, 상기 픽셀 어레이 영역 주위를 둘러싼 더미 영역 및 상기 더미 영역 주위의 주변 영역이 정의된 실리콘 기판을 준비하는 단계;제 1 정렬 마크 형성을 위한 제 1 제로 마스크를 이용하여 상기 실리콘 기판의 주변 영역의 모서리 및 상기 더미 영역의 소정 부위를 제 1 깊이 식각하여, 제 1 정렬 마크 및 제 1 게터링부를 형성하는 단계;상기 제 1 게터링부에 제 1 불순물 이온을 주입하는 단계;상기 픽셀 어레이 영역에 제 1 포토 다이오드를 형성하는 단계;상기 실리콘 기판 상에 제 1 에피층을 형성하는 단계;제 2 정렬 마크 형성을 위한 제 2 제로 마스크를 이용하여 상기 제 1 에피층의 주변 영역의 모서리 및 상기 제 1 게터링부의 외곽부에 대응되는 소정 부위를 제 2 깊이 식각하여, 제 2 정렬 마크 및 제 2 게터링부를 형성하는 단계;상기 제 2 게터링부 상부에 더미폴리를 형성하는 단계;상기 더미 폴리에 제 1 불순물 이온을 주입하는 단계;상기 픽셀 어레이 영역의 제 1 에피층에 제 2 포토 다이오드를 형성하는 단계;상기 제 1 에피층 상에 제 2 에피층을 형성하는 단계;상기 제 1 게터링부에 대응되는 상기 제 2 에피층에 제 1 불순물 이온을 주입하여 제 3 게터링부를 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 수직형 씨모스 이미지 센서의 제조 방법.
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