KR100789624B1 - 시모스 이미지 센서 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 시모스 이미지 센서는 광학적 영상을 전기적 신호로 변환하기 위한 시모스 이미지 센서에 있어서, 상기 시모스 이미지 센서의 단위 화소는, 액티브 영역의 일측에 형성되는 포토 다이오드와,상기 액티브 영역에서 각각 오버랩되는 다수의 게이트 전극과, 상기 게이트 전극의 하측부를 제외한 부분에서 불순물이 주입된 소스/드레인 영역이 포함되고, 상기 게이트 전극에는 포토 다이오드에서 생성된 광전하를 플로팅 디퓨션층(floating diffusion layer)으로 운반하는 역할을 수행하는 트랜스퍼 트랜지스터와, 상기 플로팅 디퓨션층의 리셋 기능을 수행하는 리셋 트랜지스터와, 소스 폴로어(source follower)로서 역할을 수행하는 드라이브 트랜지스터와, 단위 화소의 신호를 읽도록 스위칭하는 셀렉트 트랜지스터가 포함되고, 상기 드라이브 트랜지스터의 폴리실리콘은 상기 리셋 트랜지스터와 트랜스퍼 트랜지스터 사이의 영역까지 연장형성되는 것을 특징으로 한다.
시모스 이미지 센서, 리셋 트랜지스터
Description
도 1은 종래기술에 따라 제조된 시모스 이미지 센서의 단위 화소를 나타내는 레이아웃도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 시모스 이미지 센서의 단위 화소를 나타내는 레이아웃도.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 시모스 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면.
본 발명은 시모스 이미지 센서에 대한 것으로서, 상세하게는, 단위 화소 내 부팅 컨택(butting contact) 형성 공정의 안정성을 도모할 수 있는 시모스 이미지 센서의 제조 방법에 대한 것이다.
일반적으로, 이미지 센서는 광학적 영상을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 전하 결합 소자(charge coupled device:CDD)와 시모스(CMOS;Complementary Metal Oxide Silicon) 이미지 센서로 구분될 수 있다.
최근에는, 차세대 이미지 센서로서 시모스 이미지 센서가 주목을 받고 있으며, 상기 시모스 이미지 센서느 제어회로 및 신호처리회로등을 주변회로로 사용하는 시모스 기술을 이용하여 단위 화소의 수량에 해당하는 모스 트랜지스터들을 반도체 기판에 형성함으로써 상기 모스 트랜지스터들에 의해 각 단위 화소의 출력량에 해당하는 모스 트랜지스터들을 반도체 기판에 형성함으로써, 상기 모스 트랜지스터들에 의해 각 단위 화소의 출력을 순차적으로 검출하는 스위칭 방식을 채용한 소자이다.
도 1은 종래기술에 따라 제조된 시모스 이미지 센서의 단위 화소를 나타내는 레이아웃도이다.
도 1을 참조하면, 4T형 시모스 이미지 센서의 단위화소는 액티브 영역(1)이 정의되어 액티브 영역(1)중 폭이 넓은 부분에 1개의 포토 다이오드(2)가 형성되고, 상기 나머지 부분의 액티브 영역(1)에 각각 오버랩되는 4개의 트랜지스터의 제 1 내지 제 4 게이트 전극(11,12,13,14)이 형성된다.
즉, 상기 제 1 게이트 전극(11)에 의해 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)가 형성되고, 제 2 게이트 전극(12)에 의해 리셋 트랜지스터(Rx)가 형성되고, 제 3 게이트 전극(13)에 의해 드라이브 트랜지스터(Dx)가 형성되며, 제 4 게이트 전극(14)에 의해 셀렉트 트랜지스터(Sx)가 형성된다.
여기서, 상기 각 트랜지스터의 액티브 영역(1)에는 각 게이트 전극(11,12,13,14) 하측부를 제외한 부분에 불순물 이온이 주입되어 각 트랜지스터의 소스/드레인 영역이 형성된다.
따라서, 상기 리셋 트랜지스터(Rx)와 드라이브 트랜지스터(Dx) 사이의 소스/드레인 영역에는 전원 전압(Vdd)가 인가되고, 상기 셀렉트 트랜지스터(Sx) 일측의 소스/드레인 영역에는 전원 전압(Vss)가 인가된다.
전술한 바와 같은 종래기술에 의한 시모스 이미지 센서의 제조에 있어서는 다음과 같은 문제점이 발생한다.
트랜지스터들중에서 리셋 트랜지스터(Rx)와 드라이브 트랜지스터(Dx)간에도 메탈 라인의 연결이 필요하므로, 복잡한 메탈 라인의 배선으로 인해 픽셀의 필 팩터(fill factor) 감소는 물론 메탈 라인간의 디자인 준수를 위하여 단위 화소당 레이아웃 면적이 증가하는 문제점이 발생한다.
본 발명은 상기되는 문제점을 해결하기 위하여 제안되는 것으로서, 드라이브 트랜지스터와 드라이브 트랜지스터의 입력(input)을 액티브 영역과 폴리실리콘간의 컨택을 통해 연결함으로써, 메탈 배선의 복잡성을 감소시켜 단위 화소의 필 팩터를 증가시키고, 나아가 단위 픽셀 크기를 감소시킬 수 있는 시모스 이미지 센서 및 이의 제조 방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.
상기되는 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 시모스 이미지 센서는광학적 영상을 전기적 신호로 변환하기 위한 시모스 이미지 센서에 있어서, 상기 시모스 이미지 센서의 단위 화소는, 액티브 영역의 일측에 형성되는 포토 다이오드와, 상기 액티브 영역에서 각각 오버랩되는 다수의 게이트 전극과, 상기 게이트 전극의 하측부를 제외한 부분에서 불순물이 주입되어 있는 소스 및 드레인 영역이 포함되고, 상기 게이트 전극에는 포토 다이오드에서 생성된 광전하를 플로팅 디퓨션층(floating diffusion layer)으로 운반하는 역할을 수행하는 트랜스퍼 트랜지스터와, 상기 플로팅 디퓨션층의 리셋 기능을 수행하는 리셋 트랜지스터와, 소스 폴로어(source follower)로서 역할을 수행하는 드라이브 트랜지스터와, 단위 화소의 신호를 읽도록 스위칭하는 셀렉트 트랜지스터가 포함되고, 상기 드라이브 트랜지스터의 폴리실리콘은 상기 리셋 트랜지스터와 트랜스퍼 트랜지스터 사이에 위치하는 액티브 영역의 상부에까지 연장형성되는 것을 특징으로 한다.
다른 측면에 따른 본 발명의 시모스 이미지 센서의 제조 방법은 시모스 이미지 센서를 구성하는 단위 화소에 있어서, 기판 내에 액티브 영역을 정의하기 위한 소자 분리막을 형성하는 단계; 상기 기판 상에 폴리실리콘을 형성하는 단계; 상기 폴리실리콘의 측벽에 스페이서를 형성하고, 상기 스페이서를 이온 주입 마스크로 이용하여 불순물 이온을 주입하는 단계; 상기 스페이서를 제거하는 단계; 상기 폴리실리콘 상에 산화막을 증착하는 단계; 및 상기 산화막을 식각하여 컨택홀을 형성하고, 상기 컨택홀 내에 금속을 증착하여 컨택 플러그를 형성하는 단계;가 포함된다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상의 범위 내에 든다고 할 것이다.
첨부되는 도면에는 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 그 두께가 확대되어 도시된다. 그리고, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 시모스 이미지 센서의 단위 화소를 나타내는 레이아웃도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 시모스 이미지 센서는 액티브 영역(100)이 정의되고, 상기 액티브 영역(100)중 어느 일측에 포토 다이오드(101)가 형성된다.
그리고, 상기 나머지 부분의 액티브 영역(100)에 각각 오버랩되는 4개의 트랜지스터의 게이트 전극(110,120,130,140)이 형성된다.
상세히, 상기 게이트 전극은 제 1 게이트 전극(110)에 의해 형성되는 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)와, 제 2 게이트 전극(120)에 의해 형성되는 리셋 트랜지스터(Rx)와, 제 3 게이트 전극(130)에 의해 형성되는 드라이브 트랜지스터(Dx)와, 제 4 게이트 전극(140)에 의해 형성되는 셀렉트 트랜지스터(Sx)로 이루어진다.
그리고, 상기 각 트랜지스터의 액티브 영역(100)에는 제 1 내지 제 4 게이트 전극(110,120,130,140)의 하측부에는 P형 불순물 영역이 형성되고, 상기 제 1 내지 제 4 게이트 전극(110,120,130,140)의 하측부를 제외한 부분에는 불순물 이온이 주입된 소스/드레인 영역이 형성된다.
그리고, 상기 드라이브 트랜지스터(Dx)와 리셋 트렌지스터(Rx) 사이에는 전원 전압(Vdd)가 인가되고, 상기 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 일측의 소스/드레인 영역에는 전원 전압(Vss)가 인가된다.
여기서, 상기 트랜지스터 트랜지스터(Tx)는 상기 포토 다이오드(101)에서 생성된 광전하를 플로팅 디퓨션층(Floating Diffusion layer)으로 운반하는 역할을 수행하며, 상기 리셋 트랜지스터(Rx)는 상기 플로팅 디퓨션층의 전위 조절 및 리셋 기능을 수행하며, 상기 드라이브 트랜지스터(Dx)는 소스 플로워(Source Follower)로서의 역할을 수행하며, 상기 셀렉트 트랜지스터(Sx)는 단위 화소의 신호를 읽도록 스위칭하는 역할을 수행한다.
특히, 상기 드라이브 트랜지스터(Dx)의 폴리실리콘은 상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)와 리셋 트랜지스터(Rx)의 사이의 영역까지 연장되어 형성되며, 이를 통해 단위 화소 구조에 있어서의 메탈 라인의 감소가 이루어진다.
그리고, 본 발명에 의해서는, 상기 드라이브 트랜지스터(Dx)의 폴리실리콘이 상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)와 리셋 트랜지스터(Rx) 사이의 영역에까지 연장형성되는 것과 함께, 액티브 영역(100)과 트랜지스터를 구성하는 폴리실리콘 간의 컨택(예컨대, 부팅 컨택(butting contact)) 안정성을 위하여 상기 폴리실리콘의 측벽에 산화물등으로 이루어진 스페이서가 형성되지 않도록 한다.
이러한 구조를 갖는 시모스 이미지 센서를 제조하는 방법에 대해서는 도 3 내지 도 6을 참조하여 설명하기로 한다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 시모스 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
그리고, 도 3 내지 도 6에 도시되어 있는 공정 단면도는 앞선 도 2에 A-A'로 도시된 부분의 영역을 확대한 단면도이다.
먼저, 도 3을 참조하면, 기판(200)내에 액티브 영역을 정의하기 위한 소자분리막(STI, shallow trench isolation)(210)을 형성하고, 상기 기판(200) 상에 게이트 전극 형성을 위한 폴리실리콘(220)을 형성한다.
그리고, 상기 폴리실리콘(220)의 측벽에 이온 주입공정시 이온 주입 마스크로 이용할 수 있는 스페이서(230)를 형성한다. 여기서, 상기 스페이서(230) 및 폴리실리콘(220) 형성 공정은 일반적인 반도체 소자의 제조 공정과 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
그리고, 상기 스페이서(230)를 식각하여 제거하기 위하여 상기 폴리실리콘(220) 및 기판(200) 상에 포토 레지스트(240)를 도포한다.
특히, 상기 포토 레지스트(240)를 이용한 포토 리소그라피 공정이 수행되는 이유는 앞서 설명한 드라이브 트랜지스터(Dx)의 폴리실리콘을 연장하여 형성함에 따른 액티브 영역과의 컨택 안정성을 향상시키기 위함이다.
즉, 상기 드라이브 트랜지스터(Dx)도 일반적인 게이트 전극 형성을 위한 공정이 수행됨에 따라 게이트 전극의 측벽에 스페이서가 형성되는데, 이를 제거하기 위한 공정이 더 수행된다.
상기 스페이서(230)를 제거하지 않는 종래기술에 의할 경우에, 상기 스페이서(230) 자체가 가지는 면적에 의하여 컨택 플러그(후술함)의 접촉면적이 좁아지게 되고, 이로 인해 층간 접속이 원활히 수행되지 않을 수 있다.
따라서, 상기 스페이서(230)가 가지는 면적에 의하여 층간 접속이 원활히 수행되지 않는 것을 방지하기 위하여, 컨택 플러그를 형성하기 위한 컨택홀 형성공정 전에 상기 스페이서(230)를 제거하기 위한 공정이 수행된다.
그 다음, 도 4를 참조하면, 상기 포토 레지스트(240)를 상기 스페이서(230)를 식각하기 위한 식각 마스크로 이용하여, 상기 스페이서(230)를 상기 폴리실리콘(220)의 측벽으로부터 제거하는 선택적 식각 공정이 수행된다.
그 다음, 도 5를 참조하면, 상기 스페이서(230)를 제거한 다음에는, 도포된 상기 포토 레지스트(240)를 제거하고, 기판(200) 상에 산화막(250)을 증착한다.
그리고, 증착된 상기 산화막(250)을 식각하여 도시된 바와 같은 컨택홀(260)을 형성시킨다.
그 다음, 도 6을 참조하면, 상기 컨택홀(260) 내부에 금속을 증착시켜 상부층과 하층간의 신호 전달이 수행되도록 하는 컨택 플러그(270)를 형성한다.
즉, 전술한 본 발명의 실시예는 드라이브 트랜지스터를 구성하는 폴리실리콘을 리셋 트랜지스터와 트랜스퍼 트랜지스터 사이의 영역까지 연장하여 형성함으로써, 별도의 메탈 라인을 형성할 필요가 없게 된다.
그리고, 상기 드라이브 트랜지스터의 폴리실리콘이 연장형성됨에 따른 액티브 영역과 게이트 전극간의 컨택 효율을 향상시키기 위하여 폴리실리콘의 측벽에 형성되는 스페이서의 제거 공정이 수행되는 것을 개시한다.
제안되는 바와 같은 시모스 이미지 센서 및 이의 제조 방법에 의해서, 드라이브 트랜지스터와 리셋 트랜지스터간의 별도의 메탈 라인을 형성할 필요가 없게 되는 장점이 있다.
그리고, 단위 화소 내 부팅 컨택(butting contact) 형성부의 스페이서만을 선택적으로 제거함으로써, 부팅 컨택 형성 공정의 안정성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
Claims (4)
- 광학적 영상을 전기적 신호로 변환하기 위한 시모스 이미지 센서에 있어서,상기 시모스 이미지 센서의 단위 화소는,액티브 영역의 일측에 형성되는 포토 다이오드와,상기 액티브 영역에서 각각 오버랩되는 다수의 게이트 전극과,상기 게이트 전극의 하측부를 제외한 부분에서 불순물이 주입되어 있는 소스 및 드레인 영역이 포함되고,상기 게이트 전극에는 포토 다이오드에서 생성된 광전하를 플로팅 디퓨션층(floating diffusion layer)으로 운반하는 역할을 수행하는 트랜스퍼 트랜지스터와, 상기 플로팅 디퓨션층의 리셋 기능을 수행하는 리셋 트랜지스터와, 소스 폴로어(source follower)로서 역할을 수행하는 드라이브 트랜지스터와, 단위 화소의 신호를 읽도록 스위칭하는 셀렉트 트랜지스터가 포함되고,상기 드라이브 트랜지스터의 폴리실리콘은 상기 리셋 트랜지스터와 트랜스퍼 트랜지스터 사이에 위치하는 액티브 영역의 상부에까지 연장형성되는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서.
- 시모스 이미지 센서를 구성하는 단위 화소에 있어서,기판 내에 액티브 영역을 정의하기 위한 소자 분리막을 형성하는 단계;상기 기판 상에 폴리실리콘을 형성하는 단계;상기 폴리실리콘의 측벽에 스페이서를 형성하고, 상기 스페이서를 이온 주입 마스크로 이용하여 불순물 이온을 주입하는 단계;상기 스페이서를 제거하는 단계;상기 폴리실리콘 상에 산화막을 증착하는 단계; 및상기 산화막을 식각하여 컨택홀을 형성하고, 상기 컨택홀 내에 금속을 증착하여 컨택 플러그를 형성하는 단계;가 포함되는 시모스 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 폴리실리콘에 의해 형성되는 게이트 전극은 리셋 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 스페이서를 제거하는 단계는 상기 폴리실리콘 상에 포토 레지스트를 도포한 후, 상기 포토 레지스트를 식각 마스크로 이용하여 상기 스페이서를 상기 폴리실리콘의 측벽으로부터 제거하기 위한 식각을 수행하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서의 제조 방법.
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