KR100788483B1 - Pixel structure of image sensor and manufacturing method - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따르면, 이미지 센서를 구성하는 트랜지스터에 있어서, 상기 트랜지스터의 기반을 구성하는 반도체 기판, 상기 반도체 기판 내의 소정 부분에 리세스되어 형성된 홀, 상기 홀 하부 표면 소정 부분에 형성되는 게이트 산화막, 상기 게이트 산화막 상부에 반도체 기판과 단차가 없도록 형성되는 게이트, 상기 반도체 기판 내의 상기 게이트 주변에 절연 물질로 형성되는 게이트 사이드 월 및 상기 게이트의 양측에 형성되는 소스와 드레인-상기 소스와 드레인에 주입되는 저농도의 n- 이온은 고농도로 도핑된 n+ 이온을 포함함-을 포함하는 트랜지스터를 제공할 수 있다.According to an aspect of the present invention, in a transistor constituting an image sensor, a semiconductor substrate constituting the base of the transistor, a hole formed by being recessed in a predetermined portion of the semiconductor substrate, a gate formed in a predetermined portion of the lower surface of the hole An oxide layer, a gate formed on the gate oxide layer so that there is no step difference between the semiconductor substrate, a gate sidewall formed of an insulating material around the gate in the semiconductor substrate, and a source and a drain formed on both sides of the gate. The implanted low concentration of n− ions may include a high concentration of doped n + ions.

이미지 센서, 트랜지스터 Image sensor, transistor

Description

이미지 센서의 픽셀 구조 및 그 제조 방법{Pixel structure of image sensor and manufacturing method}Pixel structure of image sensor and manufacturing method thereof

도 1은 종래 4-T(4-Transistor) 구조의 단위 픽셀 회로도를 도시한 도면.1 is a unit pixel circuit diagram of a conventional 4-T (4-Transistor) structure.

도 2는 종래 이미지 픽셀을 구성하는 트랜지스터의 제조 과정을 도시한 도면.2 is a diagram illustrating a manufacturing process of a transistor constituting a conventional image pixel.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 구성하는 트랜지스터의 단면을 도시한 도면.3 is a cross-sectional view of a transistor constituting an image sensor according to an embodiment of the present invention;

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 구성하는 트랜지스터의 제조공정을 표현한 도면.4 is a view showing a manufacturing process of a transistor constituting the image sensor according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서를 구성하는 트랜지스터의 단면을 도시한 도면.5 is a cross-sectional view of a transistor constituting an image sensor according to another embodiment of the present invention;

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서를 구성하는 트랜지스터의 제조공정을 표현한 도면.6 is a view showing a manufacturing process of a transistor constituting an image sensor according to another embodiment of the present invention.

도 7은 상기 도 6에서의 이미지 센서를 구성하는 트랜지스터를 도시한 평면도.FIG. 7 is a plan view illustrating a transistor constituting the image sensor shown in FIG. 6; FIG.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

11,121: 반도체 기판 12,122: 절연막11,121: semiconductor substrate 12,122: insulating film

13,124: 게이트 산화막 14,126: 게이트13,124: gate oxide film 14,126: gate

15: 산화막 16,128: n- 이온15: oxide film 16128: n-ion

18,129: n+ 이온 123: 홀18,129: n + ion 123: hole

125: 사이드 월 127: 게이트 사이드 월125: sidewall 127: gate sidewall

본 발명은 이미지 픽셀을 구성하는 반도체 소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이미지 센서의 픽셀 구조 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device constituting an image pixel, and more particularly, to a pixel structure of an image sensor and a method of manufacturing the same.

일반적으로, 이미지 센서라 함은 광학 영상(optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 크게 전하 결합소자와 시모스를 포함한다. 상기 전하 결합소자(CCD : charge coupled device)는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 커패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 커패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, 시모스(Complementary MOS) 이미지 센서는 제어 회로(control circuit) 및 신호 처리 회로(signal processing circuit)를 주변 회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소수 만큼의 MOS 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(output)을 검출하는 스위칭 방식을 채택하여 사용하는 소자이다.In general, an image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal and includes a charge coupling device and a CMOS. The charge coupled device (CCD) is a device in which charge carriers are stored and transported in a capacitor while individual metal-oxide-silicon (MOS) capacitors are located in close proximity to each other, and a MOS image sensor It adopts a switching method that uses a CMOS technology that uses a control circuit and a signal processing circuit as peripheral circuits to make as many MOS transistors as the number of pixels, and then sequentially detects the output using them. Device to be used.

이러한 이미지 센서는 디지털 카메라, 디지털 캠코더, 이동통신 수단 및 스캐너 등에 주로 사용되어 그 이용이 급증하고 있으며, 이미지 센서에서 사용되는 이미지 정보는 빛의 정보라 할 수 있는데 밝기와 색상으로 구분하여 표현이 가능하다. 이미지 센서는 여러개의 픽셀이 2차원 구조로 배열되어 있으며 각 픽셀은 상기 픽셀에 들어오는 빛의 밝기에 따라서 이를 전기적인 신호로 변환시키게 되는데, 이러한 전기 신호를 측정하면 각 픽셀에 들어오는 빛의 양을 알 수 있고 이를 이용하여 픽셀 단위의 이미지를 구성할 수 있다. 이러한 이미지 센서는 수십만에서 수백만개의 픽셀로 이루어진 픽셀 어레이와 픽셀에서 감지한 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 바꿔주는 장치와 수백에서 수천개의 저장장치 등으로 구성된다.These image sensors are mainly used in digital cameras, digital camcorders, mobile communication means and scanners, and their use is increasing rapidly. Image information used in image sensors can be called light information, which can be expressed by brightness and color. Do. In the image sensor, several pixels are arranged in a two-dimensional structure, and each pixel converts it into an electrical signal according to the brightness of light entering the pixel. When the electrical signal is measured, the amount of light entering each pixel is known. This can be used to construct an image in units of pixels. These image sensors consist of a pixel array of hundreds of thousands to millions of pixels, a device that converts analog data sensed by pixels into digital data, and hundreds to thousands of storage devices.

일반적으로 4TR 구조의 씨모스 이미지 센서는 4개의 트랜지스터와 2개의 캐패시턴스 구조로 이루어지고, 광 감지수단인 포토 다이오드(PD)와 4개의 NMOSFET으로 구성된다. 4개의 NMOSFET 중 전송 트랜지스터(Tx)는 포토 다이오드(PD)에서 생성된 광전하를 플로팅 확산노드(FD)로 운송하는 역할을 하고, 리셋 트랜지스터(Rx)는 신호검출을 위해 플로팅 확산노드(FD)에 저장되어 있는 전하를 배출하는 역할을 하고, 드라이브 트랜지스터(Dx)는 소스 팔로워(Source Follower)로서 역할하며, 셀렉트 트랜지스터(Sx)는 스위칭(Switching) 및 어드레싱(Addressing)을 위한 소자이다. 나머지 하나의 트랜지스터(LD)는 바이어스 전압(Bias Voltage; V b)에 의해 구동되는 로드 트랜지스터이다.In general, a CMOS image sensor having a 4TR structure is composed of four transistors and two capacitance structures, and is composed of a photodiode (PD) as a light sensing means and four NMOSFETs. Of the four NMOSFETs, the transfer transistor Tx is responsible for transporting the photocharges generated by the photodiode PD to the floating diffusion node FD, and the reset transistor Rx is the floating diffusion node FD for signal detection. The drive transistor Dx serves as a source follower, and the select transistor Sx is a device for switching and addressing. The other transistor LD is a load transistor driven by a bias voltage V b.

도 1은 종래 4-T(4-Transistor) 구조의 단위 픽셀 회로도를 도시한 도면이 다.1 is a diagram illustrating a unit pixel circuit diagram of a conventional 4-T (4-Transistor) structure.

상기 도 1을 참조하면, 단위 픽셀은 빛을 전자(electron)로 바꾸어 주는 1개의 포토 다이오드(Photo Diode : PD)와 4개의 NMOS 트랜지스터로 구성되어 있다. 4개의 NMOS 트랜지스터는 상기 리셋 게이트 신호에 상응하여 포토 다이오드의 전위를 리셋하는 리셋 트랜지스터(Rx), 상기 전달 신호에 상응하여 포토 다이오드에 충전된 전자를 플로팅 확산 영역으로 넘기는 전송 트랜지스터(Tx), 플로팅 확산 영역의 전극 전압 변화에 따라 소스 팔로워 회로의 전류를 변화시켜 단위 픽셀의 출력 전압을 바꾸어주는 드라이브 트랜지스터(Dx) 및 상기 선택 게이트 신호에 상응하여 플로팅 확신 영역의 전압 변화에 따라 발생된 단위 픽셀의 출력 전압을 아날로그적으로 출력하는 셀렉트 트랜지스터(Sx)로 구성된다. Referring to FIG. 1, a unit pixel includes one photo diode (PD) and four NMOS transistors that convert light into electrons. The four NMOS transistors include a reset transistor Rx for resetting the potential of the photodiode in response to the reset gate signal, a transfer transistor Tx for passing electrons charged in the photodiode to the floating diffusion region in response to the transfer signal, and floating. The drive transistor Dx changes the output voltage of the unit pixel by changing the current of the source follower circuit according to the change of the electrode voltage of the diffusion region, and the unit pixel generated according to the voltage change of the floating certain region corresponding to the selection gate signal. It consists of a select transistor Sx which outputs an output voltage analogously.

보다 상세히, 상기 전송 트랜지스터(Tx)의 게이트가 그 일측에 포토 다이오드(PD)가 형성될 활성영역에 소정폭 오버랩되면서 형성되고, 전송 트랜지스터(Tx)의 게이트 타측 아래 활성영역에는 플로팅 확산노드(FD)가 형성된다. 여기서, 포토 다이오드(PD)는 상대적으로 넓은 면적을 갖고 상기 포토 다이오드(PD)로부터 플로팅 확산노드(FD)로는 병목 효과(bottle neck effect)를 주면서 그 면적이 좁아진다. 그리고, 플로팅 확산노드(FD)를 중심으로 시계 방향으로 리셋 트랜지스터(Rx), 드라이브 트랜지스터(Dx), 셀렉트 트랜지스터(Sx)가 형성될 활성영역이 연장되어 형성된다. 여기서, 각 트랜지스터의 게이트가 소정 간격을 두고 활성영역의 상부를 가로지르면서 배열된다. 위와 같은 픽셀은 5개의 콘택(M1CT)을 갖는데, 전송 트랜지스터(Tx)의 게이트에 제어신호 Tx를 인가하기 위한 'Tx CT', 플로팅 확산노드 (FD)와 드라이브 트랜지스터(Dx)의 게이트를 연결하기 위한 'FD CT'과 'Dx CT', 전원 전압이 공급되는 'VDD CT', 픽셀출력단을 위한 'output CT'가 있다.More specifically, the gate of the transfer transistor Tx is formed while overlapping a predetermined width in an active region in which the photodiode PD is to be formed on one side thereof, and the floating diffusion node FD in the active region under the other side of the gate of the transfer transistor Tx. ) Is formed. Here, the photodiode PD has a relatively large area, and the area of the photodiode PD becomes narrow while giving a bottle neck effect from the photodiode PD to the floating diffusion node FD. The active region in which the reset transistor Rx, the drive transistor Dx, and the select transistor Sx are formed extends in a clockwise direction around the floating diffusion node FD. Here, the gates of the transistors are arranged while crossing the upper portion of the active region at predetermined intervals. The above pixel has five contacts M1CT, which are 'Tx CT' for applying the control signal Tx to the gate of the transfer transistor Tx, and connecting the gate of the floating diffusion node FD and the drive transistor Dx. There are 'FD CT' and 'Dx CT' for this, 'VDD CT' for supplying power voltage, and 'output CT' for pixel output stage.

도 2는 종래 이미지 픽셀을 구성하는 트랜지스터의 제조 과정을 도시한 도면이다.2 is a view illustrating a manufacturing process of a transistor constituting a conventional image pixel.

일반적으로, 센서의 광학 수신부는 큰 영역 트랜지스터의 게이트로서 형성된다. 상기 광학 수신부는 종종 포토-게이트(photo-gate) 또는 금속 산화물 반도체 트랜지스터의 소스-드레인 접속부로 일컬어진다. 포토-게이트 트랜지스터의 형성 과정은 빛을 전기 에너지로 변환시키기 위해 빛이 트랜지스터의 실리콘 게이트를 통과하는 것을 요구하고 있다. 결과적으로, 포토-게이트 트랜지스터의 형성 과정은 감도를 감소시켰다. 게다가, 공핍 영역(depletion region)은 일반적으로 얇기 때문에(1 마이크론 이하임) 적색광 흡수(red light absorption)에 의해 유입된 수집효과를 감소시키게 된다. 종래의 포토-게이트 트랜지스터의 형성 과정은 표면 재결합에 의해 만들어진 잡음에 대해 민감하다.Generally, the optical receiver of the sensor is formed as a gate of a large area transistor. The optical receiver is often referred to as a source-drain connection of a photo-gate or metal oxide semiconductor transistor. The process of forming a photo-gate transistor requires that light pass through the transistor's silicon gate to convert light into electrical energy. As a result, the formation process of the photo-gate transistor reduced the sensitivity. In addition, the depletion region is generally thin (less than 1 micron), which reduces the collection effect introduced by red light absorption. The formation process of conventional photo-gate transistors is sensitive to noise produced by surface recombination.

소스-드레인 접속부는 트랜지스터의 동작에 적합한 접속부를 가지고 있다. 그리고 적색광에 의해 유입된 캐리어들을 비효과적으로 수집하는 얇은 접속부를 가지고 있다. 소스-드레인 접속부 형성의 단점은 접속부가 접속 공핍 영역의 폭을 제한하는 고밀도로 도핑된 영역(1016원자/cm3 보다 큼)에서 형성된다는 것이다. 그리하여, 적색광 흡수에 의해 유입된 캐리어들의 수집효과를 감소시키게 된다. 게다 가, 이러한 고밀도로 도핑된 영역 내에서 접속부를 형성하는 것은 광감지 소자로부터 다른 전자소자로 전달되는 전하의 양을 감소시키는 커다란 용량을 발생시키게 된다. The source-drain connection has a connection suitable for the operation of the transistor. It has a thin connection that ineffectively collects carriers introduced by red light. A disadvantage of forming source-drain junctions is that the junctions are formed in densely doped regions (greater than 10 16 atoms / cm 3) that limit the width of the junction depletion region. Thus, the collection effect of carriers introduced by the red light absorption is reduced. In addition, forming connections in these densely doped regions results in large capacitances that reduce the amount of charge transferred from the photosensitive device to other electronic devices.

상기 도 2를 참조하면, 도 2a와 같이 반도체 기판(11) 위에 질화막을 증착하여 절연막(12)을 형성하고, 트렌치를 형성할 영역의 질화막을 제거한다. 다음 질화막을 마스크로 하여 n- 이온(16) 깊이에 상당하는 깊이로 반도체 기판(11)에 트렌치를 만들고, 트렌치 하부의 반도체 기판(11)에 쇼트채널현상을 방지하기 위한 불순물(미도시)을 주입한다. 다음으로 도 2b와 같이 산화공정을 실시하여 트렌치 부위의 반도체 기판(11)을 산화시켜서 게이트 산화막(13)을 만들고, 트렌치와 절연막(12)의 전면에 폴리실리콘을 두껍게 증착한 뒤, 질화막이 드러날 정도로 에치백하여 폴리실리콘으로 만든 게이트(14)를 형성한다. 도 2c와 같이 n- 이온(16)을 반도체 기판(11)에 주입하여 도핑시킴으로써 저농도 n형 소스 및 드레인 영역(16)을 형성한다. 이어서 절연막(12)을 제거하고 산화공정을 실시하여 폴리실리콘의 노출부위 및 반도체 기판(11)을 산화시켜서 산화막(15)을 형성한다. 도 2d와 같이 게이트(14) 및 반도체 기판(11) 전체를 산화시켜 산화막(15)을 형성시킨 후, 비등방성식각으로 산화막(15)을 식각한다. 이때 산화속도의 차이에 의하여 폴리실리콘의 주변에 더 두꺼운 산화막(15)이 형성되므로 식각후에는 폴리실리콘 게이트(14) 둘레에만 산화막(15)이 잔류한다. 도 2e와 같이 에피택샬(epi-taxial)공정으로 n+형 에피층을 성장시켜서 고농도의 소스 및 드레인 영역(18)을 만든다. Referring to FIG. 2, as shown in FIG. 2A, a nitride film is deposited on the semiconductor substrate 11 to form an insulating film 12, and the nitride film of a region to form a trench is removed. Next, a trench is formed in the semiconductor substrate 11 to a depth corresponding to the depth of n-ion 16 using the nitride film as a mask, and impurities (not shown) are formed in the semiconductor substrate 11 under the trench to prevent short channel phenomenon. Inject. Next, as shown in FIG. 2B, an oxide process is performed to oxidize the semiconductor substrate 11 in the trench to form a gate oxide film 13, and thick polysilicon is deposited on the entire surface of the trench and the insulating film 12, whereby the nitride film is exposed. It is etched back to a degree to form a gate 14 made of polysilicon. As shown in FIG. 2C, the low concentration n-type source and drain regions 16 are formed by implanting and doping n-ions 16 into the semiconductor substrate 11. Subsequently, the insulating film 12 is removed and an oxidation process is performed to oxidize the exposed portion of the polysilicon and the semiconductor substrate 11 to form the oxide film 15. As shown in FIG. 2D, the entirety of the gate 14 and the semiconductor substrate 11 are oxidized to form the oxide film 15, and then the oxide film 15 is etched by anisotropic etching. At this time, since a thicker oxide film 15 is formed around the polysilicon due to the difference in oxidation rate, the oxide film 15 remains only around the polysilicon gate 14 after etching. As shown in FIG. 2E, an n + type epitaxial layer is grown by an epitaxial process to form a high concentration of source and drain regions 18.

플로팅 확산노드(FD)에서 가장 큰 캐패시턴스를 가지는 캐패시터는 상기 플 로팅 확산노드(FD)에 연결된 소스 팔로워 부의 트랜지스터에 의해 생기는 캐패시터이다. 기본적으로 LDD 구조를 사용하는 상기 트랜지스터는 게이트(14)와 드레인, 게이트(14)와 소스 간의 캐패시턴스가 클 수 밖에 없다. 상기 소스로부터 드레인으로 전달되는 전하량은 상기 드레인 부분에 형성되는 큰 용량의 캐패시터로 인하여 컨버젼스 게인(convergence gain)이 줄어들 수 밖에 없는 문제점이 존재한다.The capacitor having the largest capacitance in the floating diffusion node FD is a capacitor generated by the transistor of the source follower connected to the floating diffusion node FD. Basically, the transistor using the LDD structure has a large capacitance between the gate 14 and the drain, and the gate 14 and the source. The amount of charge transferred from the source to the drain has a problem in that convergence gain is inevitably reduced due to the large capacitance formed in the drain portion.

본 발명은 이미지 센서의 픽셀 구조에 관한 것으로 플로팅 확산노드(FD) 영역과 전기적으로 연결되어 있는 트랜지스터의 캐패시터를 최소화하여 전하의 컨버젼스 게인(conversion gain)을 최대화하기 위한 이미지 센서의 픽셀 구조 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pixel structure of an image sensor, and to fabricating a pixel structure of an image sensor for maximizing conversion gain of charge by minimizing a capacitor of a transistor electrically connected to a floating diffusion node (FD) region. It is an object to provide a method.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 이미지 센서를 구성하는 트랜지스터의 제조 공정에 있어서, 반도체 기판 상에 게이트를 형성하는 단계; 상기 게이트의 주변에 절연 물질로 형성되는 사이드 월을 형성하는 단계; 및 상기 반도체 기판의 하부에 저농도의 n- 이온과 고농도의 n+ 이온을 도핑하는 단계-상기 반도체 기판의 하부에 도핑되는 저농도의 n- 이온은 고농도로 도핑된 n+ 이온을 포함하도록 서로 다른 각도로 각각 주입됨-를 포함하는 트랜지스터 제조 공정을 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 이미지 센서를 구성하는 트랜지스터의 제조 공정에 있어서, 반도체 기판에 질화막을 증착한 후, 질화막의 일부를 상기 반도체 기판이 노출되도록 패터닝하여 질화막 마스크를 형성하고, 상기 질화막 마스크를 이용하여 반도체 기판을 식각하여 홀을 형성하는 단계; 상기 홀의 측벽에 사이드 월을 형성하는 단계; 상기 반도체 기판을 소정의 깊이로 식각하고 상기 반도체 기판 하부에 이온층을 형성하는 단계; 상기 홀의 표면에 게이트 산화막을 형성하고 상기 홀의 상부에 게이트를 형성하는 단계; 상기 사이드 월을 제거하고 절연막으로 구성된 게이트 사이드 월을 형성하는 단계; 및 상기 반도체 기판의 하부에 저농도의 n- 이온과 고농도의 n+ 이온을 도핑하는 단계를 포함하는 트랜지스터 제조 공정을 제공할 수 있다.
여기에서, 상기 반도체 기판의 하부에 저농도의 n- 이온과 고농도의 n+ 이온을 도핑하는 단계는, 상기 반도체 기판의 하부에 저농도의 n- 이온과 고농도의 n+ 이온을 복수회 연속하여 반복 주입함으로써 n- 이온을 반도체 기판 하부에 깊게 주입할 수 있다.
또한, 상기 반도체 기판의 하부에 저농도의 n- 이온과 고농도의 n+ 이온을 4회 연속하여 반복 주입할 수 있다.
또한, 상기 반도체 기판의 하부에 저농도의 n- 이온과 고농도의 n+ 이온을 도핑하는 단계는, 상기 반도체 기판의 하부에 저농도의 n- 이온과 고농도의 n+ 이온을 서로 다른 각도를 통해 주입함으로써 상기 게이트와 소스 또는 게이트와 드레인 사이의 캐패시턴스를 줄이거나, 저농도의 n- 이온은 고농도의 n+ 이온보다 에너지(energy)를 크게 하여 주입하는 것 중 어느 하나에 의해 이루어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 이미지 센서를 구성하는 트랜지스터의 제조 공정에 있어서, 반도체 기판 상에 게이트를 형성하는 단계; 상기 게이트의 주변에 절연 물질로 형성되는 사이드 월을 형성하는 단계; 및 상기 반도체 기판의 하부에 저농도의 n- 이온과 고농도의 n+ 이온을 도핑하는 단계-상기 반도체 기판의 하부에 도핑되는 상기 저농도의 n- 이온은 고농도의 n+ 이온보다 에너지(energy)를 크게 하여 주입됨-를 포함하는 트랜지스터 제조 공정을 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 이미지 센서를 구성하는 트랜지스터에 있어서, 상기 트랜지스터의 기반을 구성하는 반도체 기판; 상기 반도체 기판 상부에 상기 반도체 기판과 단차가 없도록 형성되는 게이트; 상기 게이트 주변에 절연 물질로 형성되는 게이트 사이드 월; 및 상기 게이트의 양측에 형성되는 소스와 드레인-상기 소스와 드레인에 주입되는 저농도의 n- 이온은 고농도로 도핑된 n+ 이온을 포함하도록 서로 다른 각도로 각각 주입됨-을 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜지스터를 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 이미지 센서를 구성하는 트랜지스터에 있어서, 상기 트랜지스터의 기반을 구성하는 반도체 기판; 상기 반도체 기판 내의 소정 부분에 리세스되어 형성된 홀; 상기 홀 하부 표면 소정 부분에 형성되는 게이트 산화막; 상기 게이트 산화막 상부에 반도체 기판과 단차가 없도록 형성되는 게이트; 상기 반도체 기판 내의 상기 게이트 주변에 절연 물질로 형성되는 게이트 사이드 월; 및 상기 게이트의 양측에 형성되는 소스와 드레인-상기 소스와 드레인에 주입되는 저농도의 n- 이온은 고농도로 도핑된 n+ 이온을 포함함-을 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜지스터를 제공할 수 있다.
여기에서, 상기 트랜지스터는 플로팅 확산노드(FD)과 연결된 드라이브 트랜지스터(Dx)일 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 이미지 센서를 구성하는 트랜지스터에 있어서, 상기 트랜지스터의 기반을 구성하는 반도체 기판; 상기 반도체 기판 상부에 상기 반도체 기판과 단차가 없도록 형성되는 게이트; 상기 게이트 주변에 절연 물질로 형성되는 게이트 사이드 월; 및 상기 게이트의 양측에 형성되는 소스와 드레인-상기 소스와 드레인에 주입되는 상기 저농도의 n- 이온은 고농도의 n+ 이온보다 에너지(energy)를 크게 하여 주입됨-을 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜지스터를 제공할 수 있다.
In order to achieve the above object, according to an aspect of the present invention, in the manufacturing process of the transistor constituting the image sensor, forming a gate on a semiconductor substrate; Forming a sidewall formed of an insulating material around the gate; And doping low concentrations of n- ions and high concentrations of n + ions in the lower portion of the semiconductor substrate, wherein the low concentrations of n- ions doped in the lower portion of the semiconductor substrate are each at different angles to include high concentrations of n + ions. And a transistor manufacturing process comprising implanted.
According to another aspect of the invention, in the manufacturing process of the transistor constituting the image sensor, after depositing a nitride film on a semiconductor substrate, a portion of the nitride film is patterned to expose the semiconductor substrate to form a nitride film mask, the nitride film mask Etching the semiconductor substrate to form holes; Forming sidewalls on sidewalls of the holes; Etching the semiconductor substrate to a predetermined depth and forming an ion layer under the semiconductor substrate; Forming a gate oxide layer on a surface of the hole and forming a gate on the hole; Removing the sidewall and forming a gate sidewall formed of an insulating film; And doping low concentrations of n- ions and high concentrations of n + ions in the lower portion of the semiconductor substrate.
Here, the step of doping the low concentration of n- ions and high concentration of n + ions in the lower portion of the semiconductor substrate, by repeatedly implanting a low concentration of n- ions and a high concentration of n + ions in the lower portion of the semiconductor substrate n times Ions can be implanted deeply below the semiconductor substrate.
In addition, a low concentration of n − ions and a high concentration of n + ions may be repeatedly injected four times in a lower portion of the semiconductor substrate.
In addition, the step of doping low concentration n- ions and high concentration n + ions in the lower portion of the semiconductor substrate, by injecting the low concentration n- ions and high concentration n + ions in the lower portion of the semiconductor substrate through different angles And reduce the capacitance between the source or the gate and the drain, or the low concentration of n- ions can be achieved by implanting at a higher energy than the high concentration of n + ions.
According to still another aspect of the present invention, there is provided a manufacturing method of a transistor constituting an image sensor, the method comprising: forming a gate on a semiconductor substrate; Forming a sidewall formed of an insulating material around the gate; And doping a low concentration of n- ions and a high concentration of n + ions in the lower portion of the semiconductor substrate. The low concentration of n- ions doped in the lower portion of the semiconductor substrate is implanted with a greater energy than the high concentration of n + ions. To provide a transistor manufacturing process.
According to another aspect of the invention, a transistor constituting the image sensor, comprising: a semiconductor substrate constituting the base of the transistor; A gate formed on the semiconductor substrate such that there is no step with the semiconductor substrate; A gate sidewall formed of an insulating material around the gate; And a source and a drain formed at both sides of the gate, wherein the low concentration of n− ions implanted into the source and drain is implanted at different angles to contain a high concentration of doped n + ions. Can be provided.
According to another aspect of the invention, a transistor constituting the image sensor, comprising: a semiconductor substrate constituting the base of the transistor; Holes formed in the semiconductor substrate by recessed portions; A gate oxide film formed on a predetermined portion of the lower surface of the hole; A gate formed on the gate oxide layer such that there is no step with the semiconductor substrate; A gate sidewall formed of an insulating material around the gate in the semiconductor substrate; And a source and a drain formed on both sides of the gate, wherein a low concentration of n− ions injected into the source and drain includes a high concentration of doped n + ions.
The transistor may be a drive transistor Dx connected to a floating diffusion node FD.
According to another aspect of the invention, a transistor constituting the image sensor, comprising: a semiconductor substrate constituting the base of the transistor; A gate formed on the semiconductor substrate such that there is no step with the semiconductor substrate; A gate sidewall formed of an insulating material around the gate; And a source and a drain formed at both sides of the gate, wherein the low concentration of n− ions implanted into the source and drain is implanted with greater energy than a high concentration of n + ions. Can provide.

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이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명은 이하 제시되는 실시예에 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 범위 내에서 구성요소의 부가, 한정, 삭제, 추가 등에 의하여 동일 범위의 발명이 제시될 수 있을 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention is not limited to the embodiments presented below, and the same scope of the invention will be presented by the addition, limitation, deletion, addition, etc. of components within the scope obvious to those skilled in the art. Could be.

이하 도 3 내지 도 4를 바탕으로 반도체 기판을 식각하여 홀을 형성하고, 상기 홀의 내부에 게이트가 형성되는 트랜지스터의 제조 공정 및 구성를 설명하며, 도 5 내지 도 6을 기초로 평평한 반도체 기판 위에 게이트가 형성되는 트랜지스터의 제조 공정 및 구성을 설명한다.Hereinafter, a semiconductor substrate is etched to form holes based on FIGS. 3 to 4, and a manufacturing process and a configuration of a transistor in which a gate is formed in the hole is described. The gate is formed on a flat semiconductor substrate based on FIGS. 5 to 6. The manufacturing process and configuration of the transistor to be formed will be described.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 구성하는 트랜지스터의 단면을 도시한 도면이다.3 is a cross-sectional view of a transistor constituting an image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 전체 회로의 지지대 역할을 담당하는 단결정 실리콘 웨이퍼인 p형 기판과, 고농도로 도핑된 n+ 이온(129) 영역과, 저농도로 도핑된 n- 이온(128) 영역과 상기 기판의 표면 위에 전기적인 절연 특성이 양호한 얇은(0.02~0.1㎛2) 이산화 실리콘(SiO2)층이 성장되어 있으며, 상기 층이 소스와 드레인 영역 사이의 면적을 덮고 있다. 이 산화층 위에 금속이 증착되어 소자의 게이트(gate electrode)(126)를 형성하고 있다. 상기 게이트(126)의 외측면을 산화막인 사이드 월이 감싸고 있다.Referring to FIG. 3, a p-type substrate, which is a single crystal silicon wafer serving as a support for the entire circuit, a heavily doped n + ion 129 region, a lightly doped n− ion 128 region, and a substrate A thin (0.02-0.1 μm 2 ) silicon dioxide (SiO 2 ) layer with good electrical insulating properties is grown on the surface, and the layer covers the area between the source and drain regions. Metal is deposited on the oxide layer to form a gate electrode 126 of the device. An outer sidewall of the gate 126 is surrounded by an oxide film.

상기 고농도로 도핑된 n+ 이온(129) 영역은 저농도로 도핑된 상기 n- 이온(128) 영역 내부에 포함되어 형성됨으로써, 상기 게이트(126)와 드레인, 게이트 (126)와 소스 사이의 캐패시턴스를 대폭 줄이게 된다. 이에 대해서는 이하 상세히 설명한다.The heavily doped n + ion 129 region is formed to be contained in the lightly doped n− ion 128 region, thereby greatly reducing the capacitance between the gate 126 and the drain, the gate 126, and the source. Will be reduced. This will be described in detail below.

상기 이미지 센서는 반도체 기판(121)에 의해 형성된 하부의 p 형 기판과 그 위에 형성되는 인헨스먼트 층(미도시)을 포함한다. 상기 이미지 센서의 하부 기판 일부분에 웰이 형성된다. 상기 웰의 표면 도핑 농도는 최소한 1 X 1016 원자/cm3 가 된다. 일반적으로 상기 p형 기판에 다른 CMOS 장치들을 형성하기 위해서, 상기 웰의 깊이는 일반적으로 인핸스먼트 층의 깊이보다 얇게 형성된다. 상기 인핸스먼트 층의 깊이는 약 2-4 마이크론 정도이다. The image sensor includes a lower p-type substrate formed by the semiconductor substrate 121 and an enhancement layer (not shown) formed thereon. A well is formed in a portion of the lower substrate of the image sensor. The surface doping concentration of the wells is at least 1 × 10 16 atoms / cm 3 . In general, to form other CMOS devices in the p-type substrate, the depth of the well is generally formed thinner than the depth of the enhancement layer. The depth of the enhancement layer is on the order of about 2-4 microns.

상기 이미지 센서의 광 감지소자 또는 영상포착 소자는 n형 전도영역을 포함한다. 상기 n형 전도영역은 p형 하부 기판과 p-n 접속부를 형성한다. 상기 p-n 접속부는 적색 파장들내에 있는 빛을 쉽게 감지하기 위해서 기판의 표면으로부터 약 0.5 마이크론이 되는 곳에 형성된다. 상기 n형 전도 영역은 n- 이온(128)으로 가볍게 도핑된 부분과, n+ 이온(129)으로 고농도로 도핑된 부분을 포함하며, 상기 n+ 이온(129)과 n- 이온(128) 영역의 제조 공정에 따라, 상기 게이트(126)와 드레인, 게이트(126)와 소스 사이의 캐패시턴스가 달라지게 된다.The light sensing device or the image capturing device of the image sensor includes an n-type conductive region. The n-type conductive region forms a p-type lower substrate and a p-n connection portion. The p-n junction is formed about 0.5 microns from the surface of the substrate to easily detect light in the red wavelengths. The n-type conductive region includes a portion lightly doped with n− ions 128 and a portion heavily doped with n + ions 129, and fabrication of the n + ions 129 and n− ions 128 region. Depending on the process, the capacitance between the gate 126 and the drain, the gate 126 and the source is changed.

전달 트랜지스터(Tx), 즉 CMOS 트랜지스터는 n형 전도영역의 부근에 형성된다. 그러므로, 상기 n형 전도영역의 한 부분은 트랜지스터의 소스를 형성하게 된다. 상기 n형 전도영역은 마스크 작업을 통해 형성된다. 상기 마스크는 트랜지스터의 게이트(126)의 한 부분을 포함하고 있으며, 트랜지스터의 게이트(126)에 이르는 부분의 표면의 부분을 노출시키는 구멍을 가지고 있다. The transfer transistor Tx, i.e., the CMOS transistor, is formed in the vicinity of the n-type conductive region. Therefore, one portion of the n-type conduction region forms the source of the transistor. The n-type conductive region is formed through a mask operation. The mask includes a portion of the gate 126 of the transistor and has a hole that exposes a portion of the surface of the portion leading to the gate 126 of the transistor.

LDD 구조의 트랜지스터는 사이드 월(Sidewall) 형성 전에 LDD n- 이온(128)을 이온 주입하기 때문에 게이트(126)-드레인 또는 게이트(126)-소스 간의 캐패시턴스가 커질 수 밖에 없다. 이 문제를 해결하기 위하여 사이드 월 형성 후에 n+ 이온(129)을 주입하는 단계에서 연속적으로 4회 반복(rotation)하면서 n- 이온(128)을 게이트(126) 아래로 깊게 주입 하거나 또는 상기 n- 이온(128)의 주입 각을 상대적으로 크게 하고, 상기 n+ 이온(129)은 기존 조건 대로 주입한다면 종래 공정을 통해 제작된 트랜지스터의 물리적 특성은 유지하면서 게이트(126)와 드레인, 게이트(126)와 소스 간의 오버랩(overlap) 캐패시턴스를 크게 줄일 수 있다. 따라서 플로팅 확산노드(FD) 영역의 총 캐패시터도 크게 줄어든다. 상기 플로팅 확산노드(FD) 영역의 총 캐패시터가 줄어들면서 컨버젼스 게인(conversion Gain)을 크게 증가시킬 수 있다.Since the transistor of the LDD structure implants LDD n- ions 128 before sidewall formation, the capacitance between the gate 126-the drain or the gate 126-the source becomes large. In order to solve this problem, in the step of implanting n + ions 129 after the sidewall formation, the n-ions 128 are deeply injected below the gate 126 or the n- ions are continuously injected four times. If the implant angle of (128) is relatively large, and the n + ions 129 are implanted according to the existing conditions, the gate 126 and the drain, the gate 126 and the source are maintained while maintaining the physical characteristics of the transistor manufactured by the conventional process. Overlap capacitance of the liver can be greatly reduced. Therefore, the total capacitor of the floating diffusion node (FD) region is also greatly reduced. As the total capacitor of the floating diffusion node (FD) region decreases, the conversion gain can be greatly increased.

특히 상기 플로팅 확산노드(FD)과 연결된 드라이브 트랜지스터(Dx)에서 발생하는 캐패시턴스를 최소하기 위해 상기 드라이브 트랜지스터는(Dx)는 전형적인 LDD 구조의 트랜지스터 제조 공정을 채택하는 대신 n+ 이온(129)을 주입하는 단계에서 n+ 이온(129) 과 n- 이온(128)을 반도체 기판(121)에 주입하여 게이트(126)-드레인 게이트(126)-소스 간의 캐패시턴스를 줄이게 된다. 상기 n+ 이온(129) 및 n- 이온(128) 주입 단계에서 농도가 낮은 이온을 주입할 경우에는 농도가 높은 이온을 주입할 경우보다 에너지(energy)를 크게 하여 주입하거나 틸트(tilt) 각을 크게 하여 농도가 낮은 조건에서 게이트(126)와 오버랩(overlap)이 최소화 되도록 조절한다.In particular, in order to minimize capacitance generated in the drive transistor Dx connected to the floating diffusion node FD, the drive transistor Dx implants n + ions 129 instead of adopting a transistor manufacturing process having a typical LDD structure. In this step, n + ions 129 and n− ions 128 are implanted into the semiconductor substrate 121 to reduce the capacitance between the gate 126, the drain gate 126, and the source. In the case of implanting ions having a low concentration in the n + ion 129 and n- ion 128 implantation steps, the implantation is performed by increasing the energy or increasing the tilt angle than the implantation of ions having a high concentration. In this case, the overlap with the gate 126 is minimized under low concentration.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 구성하는 트랜지스터의 제조공정을 표현한 도면이다.4 is a view illustrating a manufacturing process of a transistor constituting an image sensor according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 도 4a와 같이 반도체 기판(121) 상에 질화막을 증착하여 절연막(122)을 형성한 후, 게이트(126) 패턴을 형성하기 위하여 게이트(126) 영역보다 LDD길이 만큼씩 더 넓은 영역의 포토 레지스트 패턴을 절연막(122) 상에 형성하고 이 패턴을 마스크로 하여서 패턴 하부의 절연막(122)을 상기 반도체 기판(121)이 노출되도록 식각하여 절연막 마스크를 형성한다. 그러므로, 상기 반도체 기판(121)은 소정의 게이트(126) 영역과 상기 게이트(126) 영역의 양측으로 LDD길이의 2배만큼을 합친 영역이 외부로 노출된다. 게이트 패턴을 실제 길이보다 (2×LDD 길이)만큼 길게 형성하기 때문에 공정완료 후 제조되는 게이트(126)는 포토 공정의 한계보다 훨씬 작은 크기로 형성될 수 있다. 상기 포토 레지스트 제거 후, 절연막 마스크를 이용하여서 반도체 기판(121)의 노출된 부분을 소정 깊이로 식각하여 홀(123)을 형성한다. 상기 홀(123)은 노출부위의 반도체 기판(121)을 기판과 n- 이온(128)/n+ 이온(129)의 접합 깊이만큼 식각함으로써 형성되는 데, 식각하는 깊이는 약 0.1μm정도가 된다. Referring to FIG. 4, after forming the insulating film 122 by depositing a nitride film on the semiconductor substrate 121 as shown in FIG. 4A, an LDD length is longer than that of the gate 126 region to form a gate 126 pattern. A wide area photoresist pattern is formed on the insulating film 122, and the insulating film 122 under the pattern is etched to expose the semiconductor substrate 121 using the pattern as a mask to form an insulating film mask. Therefore, the semiconductor substrate 121 is exposed to the outside of the predetermined gate 126 region and the region of the gate 126 region combined by twice the LDD length. Since the gate pattern is formed to be longer than the actual length (2 × LDD length), the gate 126 manufactured after the completion of the process may be formed to a size much smaller than the limit of the photo process. After removing the photoresist, the exposed portion of the semiconductor substrate 121 is etched to a predetermined depth using an insulating film mask to form a hole 123. The hole 123 is formed by etching the semiconductor substrate 121 on the exposed portion by the junction depth of the substrate and the n− ions 128 / n + ions 129, and the etching depth is about 0.1 μm.

다음으로, 상기 홀(123)의 표면을 포함하는 반도체 기판(121) 상에 CVD 방법으로 산화막을 증착한 후 에치백하여 상기 홀(123)의 측벽을 따라 절연막(122) 보다 높게 사이드 월(125)을 형성한다. 그러므로, 상기 반도체 기판(121)은 상기 사이드 월(125)에 의하여 상기 홀(123)의 중앙의 게이트(126)가 형성될 부분만 노출된다. Next, an oxide film is deposited on the semiconductor substrate 121 including the surface of the hole 123 by CVD and then etched back to increase the sidewall 125 higher than the insulating layer 122 along the sidewall of the hole 123. ). Therefore, only a portion of the semiconductor substrate 121 where the gate 126 in the center of the hole 123 is formed is exposed by the side wall 125.

이어서 상기 사이드 월(125)을 이용하여서 반도체 기판(121)의 홀(123)저부를 약 0.1μm정도 깊이로 리세스 식각하여 새로운 홀(123)을 형성한다. 상기 홀(123)을 장비의 식각 한계의 폭을 갖도록 형성하였다면 상기 사이드 월(125)을 이용하여서 반도체 기판(121)의 상기 홀(123) 저부를 리세스 식각하여 형성된 새로운 홀(123)은 장비의 식각 한계 이하의 폭을 갖게 될 수 있다.Subsequently, the sidewall 125 is used to recess-etch the bottom of the hole 123 of the semiconductor substrate 121 to a depth of about 0.1 μm to form a new hole 123. If the hole 123 is formed to have a width of the etching limit of the device, the new hole 123 formed by recess etching the bottom of the hole 123 of the semiconductor substrate 121 using the sidewall 125 is formed. It may have a width less than the etching limit of.

그리고 펀치쓰루(punch-through) 스톱 이온층을 형성하기 위한 이온주입을 실시하여 게이트(126)를 형성할 영역 즉, 반도체 기판(121)의 홀(123)의 하부에 이온층(미도시)을 형성한다. 이때 펀치쓰루 스톱을 위한 이온주입이 채널영역에서만 실시되므로써 기생 캐패시턴스(n+/p)가 n+ 이온(129) 밑에 발생하지 않도록 하기 위한 것이다. 다음으로 산화공정을 통해 홀(123)과 사이드 월(125)의 표면에 게이트 산화막(124)을 형성한다. Then, ion implantation is performed to form a punch-through stop ion layer to form an ion layer (not shown) in the region where the gate 126 is to be formed, that is, under the hole 123 of the semiconductor substrate 121. . At this time, since the ion implantation for punch-through stop is performed only in the channel region, the parasitic capacitance (n + / p) does not occur below the n + ion (129). Next, a gate oxide film 124 is formed on the surface of the hole 123 and the side wall 125 through an oxidation process.

그리고 도 4b와 같이 홀(123)에 폴리실리콘을 채워서 반도체 기판(121)의 표면 보다 높게 게이트(126)를 형성한다. 이때, 게이트(126)는 장비의 식각 한계 이하의 폭을 갖는 리세스 식각된 홀(123) 내에 형성되므로 게이트(126)의 길이는 장비의 식각 한계 이하의 폭을 가질 수 있다. 4B, the gate 126 is formed higher than the surface of the semiconductor substrate 121 by filling polysilicon in the hole 123. In this case, since the gate 126 is formed in the recess etched hole 123 having a width less than the etching limit of the equipment, the length of the gate 126 may have a width less than the etching limit of the equipment.

도 4c와 같이 습식 식각으로 기판 상부의 질화막(122) 및 산화막 사이드 월(125)을 순차적으로 제거한다. 이때, 상기 산화막 사이드 월(125)이 제거된 부분에 홈이 형성된다. As shown in FIG. 4C, the nitride layer 122 and the oxide sidewall 125 on the substrate are sequentially removed by wet etching. In this case, a groove is formed in a portion where the oxide side wall 125 is removed.

다음 공정은 상기 홈 내에 산화막으로 게이트 사이드 월(127)구조를 형성하는 것이다. 종래 n- 이온(128)을 주입한 뒤 게이트 사이드 월(127)이 형성되어 게이트(126)와 드레인, 게이트(126)와 소스 간의 캐패시턴스가 증가되는 문제점이 있었으나, 상기 게이트 사이드 월(127)을 먼저 형성함으로써, 총 캐패시턴스를 최소화할 수 있다.The next step is to form a gate sidewall 127 structure with an oxide film in the groove. Although the gate sidewall 127 is formed after the n-ion 128 is implanted, capacitance between the gate 126 and the drain, the gate 126, and the source is increased. By forming first, the total capacitance can be minimized.

다음 공정은 상기 반도체 기판(121)에 n형의 불순물을 저농도로 이온 주입하여 홈의 저면에 LDD구조를 이루는 n- 이온(128) 영역의 저농도 소스 및 드레인 영역(128)을 형성한다. 끝으로 n+ 이온(129)을 주입하여 고농도 소스 및 드레인 영역(129)을 만든다.The next step is to implant a low concentration of n-type impurities into the semiconductor substrate 121 to form a low concentration source and drain region 128 in the n-ion 128 region forming an LDD structure on the bottom of the groove. Finally, n + ions 129 are implanted to form a high concentration source and drain region 129.

본 발명은 트랜지스터의 제조 공정을 변경함으로써 정션 캐패시턴스를 감소시킬 수 있다. 즉 본 발명의 사상에 따른 트랜지스터의 제조공정을 통하여 n 이온으로 도핑된 반도체 기판(121) 아래 기생 캐패시턴스를 줄임으로써 소자의 동작속도가 개선되는 장점이 있다.The present invention can reduce the junction capacitance by changing the fabrication process of the transistor. That is, the operation speed of the device can be improved by reducing the parasitic capacitance under the semiconductor substrate 121 doped with n ions through the manufacturing process of the transistor according to the spirit of the present invention.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서를 구성하는 트랜지스터의 단면을 도시한 도면이다.5 is a cross-sectional view of a transistor constituting an image sensor according to another exemplary embodiment of the present invention.

상기 도 5를 참조하면, 전체 회로의 기초가 되는 단결정 실리콘 웨이퍼인 p형 기판과, 고농도로 도핑된 n+ 이온(129) 영역과, 저농도로 도핑된 n- 이온(128) 영역과 상기 기판의 표면 위에 전기적인 절연 특성이 양호한 얇은(0.02~0.1㎛)2 이산화 실리콘(SiO2)층이 성장되어 있다. 이 산화층 위에 게이트(gate electrode)(126) 소자가 형성되며, 상기 게이트(126) 소자의 외측면을 산화막인 게이트 사이드 월(127)이 감싸고 있다.Referring to FIG. 5, a p-type substrate, which is a single crystal silicon wafer that is the basis of the entire circuit, a highly doped n + ion 129 region, a lightly doped n− ion 128 region, and a surface of the substrate A thin (0.02 to 0.1 µm) 2 silicon dioxide (SiO 2 ) layer with good electrical insulating properties is grown on the top. A gate electrode 126 element is formed on the oxide layer, and an outer surface of the gate 126 element is surrounded by a gate sidewall 127 as an oxide film.

상기 고농도로 도핑된 n+ 이온(129) 영역은 저농도로 도핑된 상기 n- 이온(128) 영역 내부에 포함되어 형성됨으로써, 상기 게이트(126)와 드레인, 게이트(126)와 소스 사이의 캐패시턴스를 대폭 줄이게 된다.The heavily doped n + ion 129 region is formed to be included in the lightly doped n− ion 128 region, thereby greatly reducing the capacitance between the gate 126 and the drain, the gate 126, and the source. Will be reduced.

상기 이미지 센서의 광 감지소자 또는 영상포착 소자는 n형 전도영역을 포함한다. 상기 n형 전도영역은 p형 하부 기판과 p-n 접속부를 형성한다. 상기 p-n 접속부는 적색 파장들 내에 있는 빛을 쉽게 감지하기 위해서 기판의 표면으로부터 약 0.5 마이크론이 되는 곳에 형성된다.The light sensing device or the image capturing device of the image sensor includes an n-type conductive region. The n-type conductive region forms a p-type lower substrate and a p-n connection portion. The p-n junction is formed about 0.5 microns from the surface of the substrate to easily detect light within the red wavelengths.

상기 n형 전도 영역은 n- 이온(128)으로 가볍게 도핑된 부분과, n+ 이온(129)으로 고농도로 도핑된 부분을 포함하며, 상기 n+ 이온(129)과 n- 이온(128) 영역의 제조 공정에 따라, 상기 게이트(126)와 드레인, 게이트(126)와 소스 사이의 캐패시턴스가 달라지게 된다.The n-type conductive region includes a portion lightly doped with n− ions 128 and a portion heavily doped with n + ions 129, and fabrication of the n + ions 129 and n− ions 128 region. Depending on the process, the capacitance between the gate 126 and the drain, the gate 126 and the source is changed.

상기 n형 전도영역의 일측은 트랜지스터의 소스를 형성하며, 타측은 드레인을 형성하게 된다. LDD 구조의 트랜지스터는 게이트 사이드 월(Sidewall)(127) 형성 전에 상기 반도체 기판(121)에 LDD n- 이온(128)을 이온 주입하기 때문에 게이트(126)-드레인 또는 게이트(126)-소스 간의 캐패시턴스가 커질 수 밖에 없다. 이 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 상기 게이트 사이드 월(127) 형성 후에 n+ 이온(129)을 주입하는 단계에서 연속적으로 4회 반복(rotation)하면서 n- 이온(128)을 게이트(126) 아래로 깊게 주입 하거나 또는 상기 n- 이온(128)의 주입 각을 상대적 으로 크게 하고, 상기 n+ 이온(129)은 기존 조건 대로 주입한다면 종래 공정을 통해 제작된 트랜지스터의 물리적 특성은 유지하면서 게이트(126)와 드레인, 게이트(126)와 소스 간의 오버랩(overlap) 캐패시턴스를 크게 줄일 수 있다. 따라서 플로팅 확산노드(FD) 영역의 총 캐패시터도 크게 줄어든다. 상기 플로팅 확산노드(FD) 영역의 총 캐패시터가 줄어들면서 컨버젼스 게인(conversion Gain)을 크게 증가시킬 수 있다.One side of the n-type conductive region forms a source of a transistor, and the other side forms a drain. The transistor of the LDD structure implants LDD n- ions 128 into the semiconductor substrate 121 before the gate sidewall 127 is formed, so that the capacitance between the gate 126-the drain or the gate 126-the source is increased. Is bound to grow. In order to solve this problem, the present invention rotates the n− ions 128 below the gate 126 while performing four consecutive rotations in the step of implanting n + ions 129 after the gate sidewall 127 is formed. If the implantation is deeply implanted or the implantation angle of the n− ion 128 is relatively large, and the n + ion 129 is implanted according to the existing conditions, the gate 126 and the gate 126 may be maintained while maintaining the physical characteristics of the transistor manufactured through the conventional process. Overlap capacitance between the drain, gate 126 and the source can be greatly reduced. Therefore, the total capacitor of the floating diffusion node (FD) region is also greatly reduced. As the total capacitor of the floating diffusion node (FD) region decreases, the conversion gain can be greatly increased.

특히 상기 플로팅 확산노드(FD)과 연결된 드라이브 트랜지스터(Dx)에서 발생하는 캐패시턴스를 최소하기 위해 상기 드라이브 트랜지스터는(Dx)는 전형적인 LDD 구조의 트랜지스터 제조 공정을 채택하는 대신 n+ 이온(129)을 주입하는 단계에서 n+ 이온(129) 과 n- 이온(128)을 반도체 기판(121)에 주입하여 게이트(126)-드레인 게이트(126)-소스 간의 캐패시턴스를 줄이게 된다.In particular, in order to minimize capacitance generated in the drive transistor Dx connected to the floating diffusion node FD, the drive transistor Dx implants n + ions 129 instead of adopting a transistor manufacturing process having a typical LDD structure. In this step, n + ions 129 and n− ions 128 are implanted into the semiconductor substrate 121 to reduce the capacitance between the gate 126, the drain gate 126, and the source.

상기 n+ 이온(129) 및 n- 이온(128) 주입 단계에서 농도가 낮은 이온을 주입할 경우에는 농도가 높은 이온을 주입할 경우보다 에너지(energy)를 크게 하여 주입하거나 틸트(tilt) 각을 크게 하여 농도가 낮은 조건에서 게이트(126)와 오버랩(overlap)이 최소화 되도록 조절한다. 상기 상기 n+ 이온(129)은 n- 이온(128)에 포함되도록 형성되며, 이는 깊이 뿐만 아니라 넓이 면에서도 n- 이온(128)이 n+ 이온(129)을 포함하게 된다.In the case of implanting ions having a low concentration in the n + ion 129 and n- ion 128 implantation steps, the implantation is performed by increasing the energy or increasing the tilt angle than the implantation of ions having a high concentration. In this case, the overlap with the gate 126 is minimized under low concentration. The n + ions 129 are formed to be included in the n− ions 128, and the n− ions 128 include the n + ions 129 not only in depth but also in width.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서를 구성하는 트랜지스터의 제조공정을 표현한 도면이다. 6 is a view illustrating a manufacturing process of a transistor constituting an image sensor according to another exemplary embodiment of the present invention.

상기 도 6을 참조하면, 도 6a와 같이 반도체 기판(121)의 식각 없이 게이트(126)는 상기 반도체 기판(121) 상에 형성된다. 다음 도 6b와 같이 상기 반도체 기판(121) 상에 형성되는 상기 게이트(126)의 측벽에 게이트 사이드 월(127)을 형성한다. 이어서 도 6c와 같이 상기 게이트 사이드 월(127) 저부에 고농도의 n+ 이온(129)와 저농도의 n- 이온(128)을 주입한다. 이로써, 반도체 기판(121)의 게이트(126) 하부에 이온층이 형성된다. 종래 n- 이온(128)을 주입한 뒤 게이트 사이드 월(127)이 형성되어 게이트(126)와 드레인, 게이트(126)와 소스 간의 캐패시턴스가 증가되는 문제점이 있었으나, 상기 게이트 사이드 월(127)을 먼저 형성하고 n+ 이온(129)과 n- 이온(128)을 주입함으로써, 총 캐패시턴스를 최소화할 수 있다.Referring to FIG. 6, the gate 126 is formed on the semiconductor substrate 121 without etching the semiconductor substrate 121 as shown in FIG. 6A. Next, as shown in FIG. 6B, gate sidewalls 127 are formed on sidewalls of the gate 126 formed on the semiconductor substrate 121. Subsequently, a high concentration of n + ions 129 and a low concentration of n− ions 128 are implanted into the bottom of the gate sidewall 127 as shown in FIG. 6C. As a result, an ion layer is formed under the gate 126 of the semiconductor substrate 121. Although the gate sidewall 127 is formed after the n-ion 128 is implanted, capacitance between the gate 126 and the drain, the gate 126, and the source is increased. The total capacitance can be minimized by first forming and implanting n + ions 129 and n− ions 128.

즉, 상기 반도체 기판(121)에 n형의 불순물을 저농도로 이온 주입하여 홈의 저면에 LDD구조를 이루는 n- 이온(128) 영역의 저농도 소스 및 드레인 영역(128)을 형성한다. 끝으로 n+ 이온(129)을 주입하여 고농도 소스 및 드레인 영역(129)을 만든다.That is, n-type impurities are implanted at low concentration into the semiconductor substrate 121 to form a low concentration source and drain region 128 in the n-ion 128 region forming an LDD structure on the bottom of the groove. Finally, n + ions 129 are implanted to form a high concentration source and drain region 129.

도 7은 상기 도 6에서의 이미지 센서를 구성하는 트랜지스터를 도시한 평면도이다.FIG. 7 is a plan view illustrating a transistor constituting the image sensor shown in FIG. 6.

상기 도 7을 참조하면, 단결정 실리콘 웨이퍼인 p형 기판 상에 고농도로 도핑된 n+ 이온(129) 영역과, 저농도로 도핑된 n- 이온(128) 영역이 형성된다. 상기 n+ 이온(129)은 상기 n- 이온(128)에 깊이 뿐만 아니라 넓이 면에서도 포함되도록 형성되며, 이 때 상기 n- 이온(128)은 상기 기판 하부의 액티브 영역(active region) 과 일치하게 된다. 상기 액티브 영역 상부에 게이트(gate electrode)(126) 소자가 형성되며, 상기 게이트(126) 소자의 외측면을 산화막인 게이트 사이드 월이 감싸고 있다.Referring to FIG. 7, a heavily doped n + ion 129 region and a lightly doped n− ion 128 region are formed on a p-type substrate which is a single crystal silicon wafer. The n + ions 129 are formed to be included in the n− ion 128 not only in depth but also in width, wherein the n− ions 128 coincide with an active region under the substrate. . A gate electrode 126 element is formed on the active region, and an outer surface of the gate 126 element is surrounded by a gate sidewall, which is an oxide film.

상기 저농도로 도핑된 상기 n- 이온(128) 영역은 고농도로 도핑된 n+ 이온(129) 영역에 비하여 주입 에너지가 커 접합 깊이가 깊을 수도 있으며, 상기 도 7에서와 같이 평면도상 보다 큰 면적을 가지게 된다.The lightly doped n− ion 128 region may have a deeper implantation depth than the heavily doped n + ion region 129, and may have a deeper junction depth, as shown in FIG. 7. do.

본 발명은 트랜지스터의 제조 공정을 변경함으로써 정션 캐패시턴스를 감소시킬 수 있다. 즉 본 발명의 사상에 따른 트랜지스터의 제조공정을 통하여 n 이온으로 도핑된 반도체 기판(121) 아래 기생 캐패시턴스를 줄임으로써 소자의 동작속도가 개선되는 장점이 있다.The present invention can reduce the junction capacitance by changing the fabrication process of the transistor. That is, the operation speed of the device can be improved by reducing the parasitic capacitance under the semiconductor substrate 121 doped with n ions through the manufacturing process of the transistor according to the spirit of the present invention.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 물론이다. The present invention is not limited to the above embodiments, and many variations are possible by those skilled in the art within the spirit of the present invention.

본 발명은 이미지 센서의 픽셀 구조에 관한 것으로 플로팅 확산노드(FD) 영역과 전기적으로 연결되어 있는 트랜지스터의 캐패시터를 최소화하여 전하의 컨버젼스 게인(conversion gain)을 최대화하기 위한 이미지 센서의 픽셀 구조 및 그 제조 방법을 제공하는 효과가 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pixel structure of an image sensor, and to fabricating a pixel structure of an image sensor for maximizing conversion gain of charge by minimizing a capacitor of a transistor electrically connected to a floating diffusion node (FD) region. It has the effect of providing a method.

Claims (10)

이미지 센서를 구성하는 트랜지스터의 제조 공정에 있어서,In the manufacturing process of the transistor constituting the image sensor, 반도체 기판 상에 게이트를 형성하는 단계;Forming a gate on the semiconductor substrate; 상기 게이트의 주변에 절연 물질로 형성되는 사이드 월을 형성하는 단계; 및Forming a sidewall formed of an insulating material around the gate; And 상기 반도체 기판의 하부에 저농도의 n- 이온과 고농도의 n+ 이온을 도핑하는 단계-상기 반도체 기판의 하부에 도핑되는 저농도의 n- 이온은 고농도로 도핑된 n+ 이온을 포함하도록 서로 다른 각도로 각각 주입됨-Doping low concentrations of n- ions and high concentrations of n + ions into the lower portion of the semiconductor substrate—low concentrations of n- ions doped into the lower portion of the semiconductor substrate are implanted at different angles to include high concentrations of doped n + ions being- 를 포함하는 트랜지스터 제조 공정.Transistor manufacturing process comprising a. 이미지 센서를 구성하는 트랜지스터의 제조 공정에 있어서,In the manufacturing process of the transistor constituting the image sensor, 반도체 기판에 질화막을 증착한 후, 질화막의 일부를 상기 반도체 기판이 노출되도록 패터닝하여 질화막 마스크를 형성하고, 상기 질화막 마스크를 이용하여 반도체 기판을 식각하여 홀을 형성하는 단계;Depositing a nitride film on a semiconductor substrate, patterning a portion of the nitride film to expose the semiconductor substrate to form a nitride mask, and etching the semiconductor substrate using the nitride mask to form holes; 상기 홀의 측벽에 사이드 월을 형성하는 단계;Forming sidewalls on sidewalls of the holes; 상기 반도체 기판을 소정의 깊이로 식각하고 상기 반도체 기판 하부에 이온층을 형성하는 단계;Etching the semiconductor substrate to a predetermined depth and forming an ion layer under the semiconductor substrate; 상기 홀의 표면에 게이트 산화막을 형성하고 상기 홀의 상부에 게이트를 형성하는 단계;Forming a gate oxide layer on a surface of the hole and forming a gate on the hole; 상기 사이드 월을 제거하고 절연막으로 구성된 게이트 사이드 월을 형성하는 단계; 및Removing the sidewall and forming a gate sidewall formed of an insulating film; And 상기 반도체 기판의 하부에 저농도의 n- 이온과 고농도의 n+ 이온을 도핑하는 단계Doping a low concentration of n- ions and a high concentration of n + ions into the lower portion of the semiconductor substrate 를 포함하는 트랜지스터 제조 공정.Transistor manufacturing process comprising a. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 반도체 기판의 하부에 저농도의 n- 이온과 고농도의 n+ 이온을 도핑하는 단계는, 상기 반도체 기판의 하부에 저농도의 n- 이온과 고농도의 n+ 이온을 복수회 연속하여 반복 주입함으로써 n- 이온을 반도체 기판 하부에 깊게 주입하는 것을 특징으로 하는 트랜지스터 제조 공정.Doping low concentration n- ions and high concentration n + ions into the lower portion of the semiconductor substrate may include repeating injection of low concentration n- ions and high concentration n + ions into the lower portion of the semiconductor substrate a plurality of times in succession. Transistor manufacturing process, characterized in that deeply injected into the lower portion of the semiconductor substrate. 제 3항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 반도체 기판의 하부에 저농도의 n- 이온과 고농도의 n+ 이온을 4회 연속하여 반복 주입하는 것을 특징으로 하는 트랜지스터 제조 공정.And sequentially injecting low concentrations of n- ions and high concentrations of n + ions into the semiconductor substrate four times in succession. 제 2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 반도체 기판의 하부에 저농도의 n- 이온과 고농도의 n+ 이온을 도핑하는 단계는, 상기 반도체 기판의 하부에 저농도의 n- 이온과 고농도의 n+ 이온을 서로 다른 각도를 통해 주입함으로써 상기 게이트와 소스 또는 게이트와 드레인 사이의 캐패시턴스를 줄이거나, 저농도의 n- 이온은 고농도의 n+ 이온보다 에너지(energy)를 크게 하여 주입하는 것 중 어느 하나에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 트랜지스터 제조 공정.Doping a low concentration of n- ions and a high concentration of n + ions into the lower portion of the semiconductor substrate may include injecting the low concentration of n- ions and high concentration of n + ions into the lower portion of the semiconductor substrate through different angles. Or reducing the capacitance between the gate and the drain, or by injecting a low concentration of n− ions to a greater energy than the high concentration of n + ions. 이미지 센서를 구성하는 트랜지스터의 제조 공정에 있어서,In the manufacturing process of the transistor constituting the image sensor, 반도체 기판 상에 게이트를 형성하는 단계;Forming a gate on the semiconductor substrate; 상기 게이트의 주변에 절연 물질로 형성되는 사이드 월을 형성하는 단계; 및Forming a sidewall formed of an insulating material around the gate; And 상기 반도체 기판의 하부에 저농도의 n- 이온과 고농도의 n+ 이온을 도핑하는 단계-상기 반도체 기판의 하부에 도핑되는 상기 저농도의 n- 이온은 고농도의 n+ 이온보다 에너지(energy)를 크게 하여 주입됨-Doping a low concentration of n- ions and a high concentration of n + ions in the lower portion of the semiconductor substrate-the low concentration of n- ions doped in the lower portion of the semiconductor substrate is implanted with a greater energy than the high concentration of n + ions - 를 포함하는 트랜지스터 제조 공정.Transistor manufacturing process comprising a. 이미지 센서를 구성하는 트랜지스터에 있어서,In the transistor constituting the image sensor, 상기 트랜지스터의 기반을 구성하는 반도체 기판;A semiconductor substrate constituting the base of the transistor; 상기 반도체 기판 상부에 형성되는 게이트;A gate formed on the semiconductor substrate; 상기 게이트 주변에 절연 물질로 형성되는 게이트 사이드 월; 및A gate sidewall formed of an insulating material around the gate; And 상기 게이트의 양측에 형성되는 소스와 드레인-상기 소스와 드레인에 주입되는 저농도의 n- 이온은 고농도로 도핑된 n+ 이온을 포함하도록 서로 다른 각도로 각각 주입됨-Sources and drains formed on both sides of the gate, wherein low concentrations of n- ions implanted into the source and drain are implanted at different angles to contain highly doped n + ions. 을 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜지스터.Transistor comprising a. 이미지 센서를 구성하는 트랜지스터에 있어서,In the transistor constituting the image sensor, 상기 트랜지스터의 기반을 구성하는 반도체 기판;A semiconductor substrate constituting the base of the transistor; 상기 반도체 기판 내의 소정 부분에 리세스되어 형성된 홀;Holes formed in the semiconductor substrate by recessed portions; 상기 홀 하부 표면 소정 부분에 형성되는 게이트 산화막;A gate oxide film formed on a predetermined portion of the lower surface of the hole; 상기 게이트 산화막 상부에 형성되는 게이트;A gate formed on the gate oxide layer; 상기 반도체 기판 내의 상기 게이트 주변에 절연 물질로 형성되는 게이트 사이드 월; 및A gate sidewall formed of an insulating material around the gate in the semiconductor substrate; And 상기 게이트의 양측에 형성되는 소스와 드레인-상기 소스와 드레인에 주입되는 저농도의 n- 이온은 고농도로 도핑된 n+ 이온을 포함함-Source and drain formed on both sides of the gate, wherein the low concentration of n− ions implanted into the source and drain comprises a high concentration of doped n + ions; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜지스터.Transistor comprising a. 제 7항 또는 제 8항에 있어서,The method according to claim 7 or 8, 상기 트랜지스터는 플로팅 확산노드(FD)과 연결된 드라이브 트랜지스터(Dx)인 것을 특징으로 하는 트랜지스터.And the transistor is a drive transistor (Dx) connected to a floating diffusion node (FD). 이미지 센서를 구성하는 트랜지스터에 있어서,In the transistor constituting the image sensor, 상기 트랜지스터의 기반을 구성하는 반도체 기판;A semiconductor substrate constituting the base of the transistor; 상기 반도체 기판 상부에 형성되는 게이트;A gate formed on the semiconductor substrate; 상기 게이트 주변에 절연 물질로 형성되는 게이트 사이드 월; 및A gate sidewall formed of an insulating material around the gate; And 상기 게이트의 양측에 형성되는 소스와 드레인-상기 소스와 드레인에 주입되는 상기 저농도의 n- 이온은 고농도의 n+ 이온보다 에너지(energy)를 크게 하여 주입됨-Source and drain formed on both sides of the gate, wherein the low concentration of n− ions implanted into the source and drain is implanted with greater energy than the high concentration of n + ions; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜지스터.Transistor comprising a.
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