KR100802295B1 - 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 씨모스 이미지센서는 초기 에피층에 형성된 레드포토다이오드; 상기 레드포토다이오드의 일부 영역에 콘택영역을 남기고 형성된 분리층; 상기 분리층 표면에 형성된 그린포토다이오드; 상기 그린포토다이오드와 이격되어 상기 콘택영역에 형성된 콘택; 상기 그린포토다이오드가 형성된 초기 에피층 상에 형성된 제1 에피층; 상기 제1 에피층 내에 상기 그리포토다이오드와 콘택에 연결되는 복수로 형성된 플러그; 상기 플러그의 내측의 상기 제1 에피층에 형성된 소자분리막; 상기 그린포토다이오드 상측의 상기 제1 에피층의 표면에 형성된 블루포토다이오드; 및 상기 플러그 상측의 상기 제1 에피층의 표면에 형성된 웰;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
씨모스 이미지센서, 에피층, 크리스탈 디펙트

Description

씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법{CMOS image sensor and Method for manufacturing the same}
도 1은 종래기술에 의한 씨모스 이미지센서의 단면도.
도 2는 본발명의 실시예에 따른 씨모스 이미지센서의 단면도.
도 3 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 씨모스 이미지센서의 제조방법의 공정 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>
110: 초기에피층 120: 레드포토다이오드
130: 분리층 150: 그린포토다이오드
160: 제1 에피층 170: 플러그
180: 소자분리막 190: 웰
200: 블루포토다이오드
본 발명은 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지 센서(Image sensor)는 광학적 영상(optical image)을 전 기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로써, 크게 전하결합소자(charge coupled device: CCD)와 씨모스(CMOS; Complementary Metal Oxide Silicon) 이미지 센서(Image Sensor)(CIS)로 구분된다.
한편, CCD는 구동 방식이 복잡하고, 전력 소비가 클 뿐만 아니라, 다단계의 포토 공정이 요구되므로 제조 공정이 복잡한 단점을 갖고 있으므로, 최근에는 상기 전하 결합 소자의 단점을 극복하기 위한 차세대 이미지 센서로서 씨모스 이미지 센서가 주목을 받고 있다.
씨모스 이미지 센서는 단위 화소 내에 포토 다이오드와 모스 트랜지스터를 형성시킴으로써 스위칭 방식으로 각 단위 화소의 전기적 신호를 순차적으로 검출하여 영상을 구현한다.
그런데 최근에 씨모스 이미지센서 중에서 컬러필터를 사용하지 않고, 빛의 파장에 따라 흡수되는 정도와 투과 깊이가 다름을 이용하여 집광부의 깊이를 다르게하여 제조하는 수직형 씨모스 이미지센서(Vertical CMOS Image Sensor)가 개발되고 있다.
이러한 수직형 씨모스 이미지센서는 컬러필터나 마이크로렌즈(micro lens)가 필요하지 않고 하나의 픽셀(Pixel)로 레드(R), 그린(G), 블루(B)를 모두 구현하는 장점이 있다.
도 1은 종래기술에 의한 수직형 씨모스 이미지센서의 단면도이다.
종래기술에 의한 수직형 씨모스 이미지센서는 초기 에핑층(Initial EPI)(10)에 레드포토다이오드 이온주입(Red PD implant)(12)을 한다.
그리고, 초기 에핑층(Initial EPI)(10) 상에 제1 에피층(1st EPI)(20)을 형성하고, 상기 제1 에피층(1st EPI)(20)에 제1 플러그 이온주입(Plug 1 implant)(22)을 행한다.
다음으로, 상기 제1 에피층(1st EPI)(20)의 표면에 그린포토다이오드 이온주입(Greed PD implant)(26)을 행한다. 이때, 제1 콘택영역(24)도 동시에 이온주입된다.
다음으로, 상기 제1 에피층(1st EPI)(20) 상에 제2 에피층(2nd EPI)(30)이 형성된다. 그리고, 상기 제2 에피층(2nd EPI)(30) 내에 제2 플러그 이온주입(PLUG 2 implant)(32)이 진행된다.
그 다음으로, 상기 제2 에피층(2nd EPI)(30) 내에 소자분리막(38)이 형성되고, 블루포토다이오드 이온주입(BLUE PD Implant)(34)이 진행된다. 이때, 제2 콘택영역(36)도 동시에 형성된다.
그런데 종래기술에 의하면, 도 1에서 볼 수 있듯이 제1 플러그(22)의 콘택불량(B)이 발생할 수 있다. 이에 따라, 집광으로 형성된 전자-홀 페어(election-hole pair)가 흐르지 못함으로써 노이즈(noise)가 발생하거나 커런트(Current)가 부족한 현상이 발생한다.
또한, 종래기술에 의하면 제1 플러그(22)의 프로파일의 굴곡으로 디플리션이 굴곡(A)을 가지고 형성됨에 따라 씨모스 이미지센서를 디자인할 때 그리포토다이오드(26)와 제1 플러그(22)와의 사이를 넓게 형성해야함으로써 씨모스 이미지센서의 크기가 비대해져야 하는 문제가 있다.
또한, 종래기술에 의하면 에피층의 공정이 2번 진행됨에 따라 도 1에서 볼 수 있듯이 에피층 성장 공정 중에서 크리스탈 디펙트(C)가 발생하는 문제가 있다.
또한, 종래기술에 의하면 2번의 에피층 성장공정, 2번의 플러그 패턴공정, 2 번의 플러그 이온주입공정 등에 의해 수직형이 아닌 일반적인 씨모스 이미지센서의 비해 전(Front) 공정 수가 너무 많은 문제가 있다.
본 발명은 수직형 씨모스 이미지센서에 있어서 안정적인 콘택을 제공할 수 있는 씨모스 이미지센서 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 종래의 수직형 이미지센서보다 소형의 이미지센서을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 크리스탈 디펙트 등의 디펙트를 최소화할 수 있는 씨모스 이미지센서 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 종래의 수직형 이미지센서보다 간단한 공정에 의해 수율도 향상시킬 수 있는 씨모스 이미지센서의 제조방법을 제공하고자 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 씨모스 이미지센서는 초기 에피층에 형성된 레드포토다이오드; 상기 레드포토다이오드의 일부 영역에 콘택영역 을 남기고 형성된 분리층; 상기 분리층 표면에 형성된 그린포토다이오드; 상기 그린포토다이오드와 이격되어 상기 콘택영역에 형성된 콘택; 상기 그린포토다이오드가 형성된 초기 에피층 상에 형성된 제1 에피층; 상기 제1 에피층 내에 상기 그리포토다이오드와 콘택에 연결되는 복수로 형성된 플러그; 상기 플러그의 내측의 상기 제1 에피층에 형성된 소자분리막; 상기 그린포토다이오드 상측의 상기 제1 에피층의 표면에 형성된 블루포토다이오드; 및 상기 플러그 상측의 상기 제1 에피층의 표면에 형성된 웰;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 씨모스 이미지센서의 제조방법은 초기 에피층에 레드포토다이오드를 형성하는 단계; 상기 레드포토다이오드의 일부 영역에 콘택영역을 남기고 이온주입하여 분리층을 형성하는 단계; 상기 분리층 표면에 그린포토다이오드와 상기 콘택영역에 콘택을 각각 이격하여 형성하는 단계; 상기 그린포토다이오드가 형성된 초기 에피층 상에 제1 에피층을 형성하는 단계; 상기 제1 에피층 내에 상기 그리포토다이오드와 콘택에 연결되는 복수의 플러그를 형성하는 단계; 상기 플러그의 내측의 상기 제1 에피층에 소자분리막을 형성하는 단계; 상기 플러그 상측의 상기 제1 에피층의 표면에 웰을 형성하는 단계; 및 상기 웰과 상기 소자분리막에 의해 이격되어 상기 제1 에피층의 표면에 블루포토다이오드를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 의하면 레드포토다이오드와 전기적으로 연결되는 플러그를 형성하지 않아도 됨으로써 종래기술과 같은 콘택 디펙트가 발생되지 않고, 그린포토다이오드와 콘택의 이격거리가 줄어듦으로써 초소형의 씨모스 이미지센서 을 얻을 수 있는 장점이 있다. 또한, 본 발명에 의하면 그린포토다이오드를 위한 에피층의 형성이 불필요하여 에피층 형성에 따른 크리스탈 디펙트 등이 대폭 예방되는 장점이 있다.
이하, 본 발명에 따른 씨모스 이미지센서 및 그 제조방법의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 씨모스 이미지센서의 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 씨모스 이미지센서는 초기 에피층(110)에 형성된 레드포토다이오드(120); 상기 레드포토다이오드(120)의 일부 영역에 콘택영역을 남기고 형성된 분리층(130); 상기 분리층(130) 표면에 형성된 그린포토다이오드(150); 상기 그린포토다이오드(150)와 이격되어 상기 콘택영역에 형성된 콘택(140); 상기 그린포토다이오드가 형성된 초기 에피층 상에 형성된 제1 에피층(160); 상기 제1 에피층 내에 상기 그리포토다이오드와 콘택에 연결되는 복수로 형성된 플러그(170); 상기 플러그의 내측의 상기 제1 에피층에 형성된 소자분리막(180); 상기 그린포토다이오드 상측의 상기 제1 에피층의 표면에 형성된 블루포토다이오드(200); 및 상기 플러그 상측의 상기 제1 에피층의 표면에 형성된 웰(190);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 분리층(130)은 상기 레드포토다이오드(120)와 반대 도전형으로 이온주입되어 있다. 이에 따라, 상기 분리층(130)은 상기 레드포토다이오드(120)와 상기 그린포토다이오드(150)를 절연시킨다.
그리고, 상기 분리층(130)은 상기 레드포토다이오드(120)의 상부 일측에 콘 택영역을 남기고 이온주입하여 형성된다. 이로써, 상기 분리층(130)은 상기 콘택영역과 상기 레드포토다이오드(120)가 연결되도록 형성된다.
본 발명에 따른 씨모스 이미지센서에 의하면 콘택(140)영역에 레드포토다이오드(120)와 전기적으로 연결되는 플러그를 형성하지 않아도 됨으로써 종래기술과 같은 콘택 디펙트가 발생될 염려가 없는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 콘택(140)영역에 레드포토다이오드(120)와 전기적으로 연결되는 플러그가 없음으로써 콘택영역의 프로파일이 일정하여 디플리션영역의 플로파일도 균일함으로써 결국 그린포토다이오드와 콘택의 이격거리가 줄어듦으로써 초소형의 씨모스 이미지센서을 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 그린포토다이오드(150)가 초기 에피층의 분리층(130)내에 형성됨으로써 그린포토다이오드를 위한 에피층의 형성이 불필요하여 에피층 형성에 따른 크리스탈 디펙트 등이 대폭 예방되는 효과가 있다.
이하, 본 발명에 따른 씨모스 이미지센서의 제조방법의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 씨모스 이미지센서의 제조방법의 공정 단면도이다.
우선, 도 3과 같이 초기 에피층(110)에 인(P), 아세닉(As) 등의 N 타입의 이온을 주입하여 레드포토다이오드(120)를 형성한다.
다음으로, 도 4와 같이 마스크 패턴(135)을 이용하여 상기 레드포토다이오드(120)의 일부 영역에 콘택영역을 남기고 이온주입하여 분리층(130)을 형성한다.
상기 분리층(130)은 상기 레드포토다이오드(120)의 반대 도전형의 이온주입을 행하여 형성된다. 예를 들어, 붕소(B) 등의 P 타입 이온을 주입하여 카운터 도핑(Counter doping)을 실시할 수 있다.
이에 따라, 상기 분리층(130)을 형성함으로써 상기 레드포토다이오드(120)와 이후 형성되는 그린포토다이오드(150)를 절연시킬 수 있다.
특히, 종래기술과 달리 그린포토다이오드(150)가 초기 에피층의 분리층(130)내에 형성됨으로써 그린포토다이오드를 위한 에피층의 형성이 불필요하여 에피층 형성에 따른 크리스탈 디펙트 등이 대폭 예방되는 효과가 있다.
또한, 상기 분리층(130)은 상기 콘택영역과 상기 레드포토다이오드(120)가 연결되도록 분리층이 이온주입되어 형성된다. 이는, 상기 레드포토다이오드(120)의 상부 일측에 콘택영역을 남겨지고 이온주입하여 분리층을 형성됨으로써 달성될 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 의하면 콘택(140)영역에 레드포토다이오드(120)와 전기적으로 연결되는 플러그를 형성하지 않아도 됨으로써 종래기술과 같은 콘택 디펙트가 발생될 염려가 없는 효과가 있다.
다음으로, 도 5와 같이 상기 분리층(130) 표면에 그린포토다이오드(150)와 상기 콘택영역에 콘택(140)을 각각 이격하여 형성한다. 이때, 상기 그린포토다이오드(150)와 상기 콘택(140)은 N 타입 이온주입에 의해 동시에 형성될 수 있다.
특히, 본 발명에 의하면 콘택(140)영역에 레드포토다이오드(120)와 전기적으로 연결되는 플러그가 없음으로써 콘택영역의 프로파일이 일정하여 디플리션영역의 플로파일도 균일함으로써 결국 그린포토다이오드(150)와 콘택(140)의 이격거리가 줄어듦으로써 초소형의 씨모스 이미지센서을 얻을 수 있는 효과가 있다.
다음으로 도 6과 같이, 상기 그린포토다이오드(150)가 형성된 초기 에피층(110) 상에 제1 에피층(160)을 형성한다.
다음으로, 도 7과 같이 상기 제1 에피층(160) 내에 상기 그린포토다이오드(150)와 콘택(140)에 연결되는 복수의 플러그(170, 175)를 형성한다.
다음으로, 도 8과 같이 상기 플러그(170, 175)의 내측의 상기 제1 에피층(160)에 소자분리막(180)을 형성하고, 상기 플러그 상측의 상기 제1 에피층(160)의 표면에 웰(190)을 형성한다. 이때, 상기 웰(190)은 N 타입 웰로 형성될 수 있다.
다음으로, 도 9와 같이 상기 웰(190)과 상기 소자분리막(180)에 의해 이격되어 상기 제1 에피층(160)의 표면에 N 타입 이온을 주입하여 블루포토다이오드(200)를 형성한다.
이상에서 기술한 같이, 본 발명의 실시예에 따른 씨모스 이미지센서의 제조방법에 의하면 레드포토다이오드를 위한 플러그 패턴공정, 레드포토다이오드를 위한 플러그 이온주입공정, 그린포토다이오드 형성을 위한 에피층 형성공정 등이 생략될 수 있음으로써 제조공정이 간략 신속해짐으로써 수율이 현저히 향상될 수 있는 효과가 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 씨모스 이미지센서 및 그 제조방법에 의하면 콘택영역에 레드포토다이오드와 전기적으로 연결되는 플러그를 형성하지 않아도 됨으로써 종래기술과 같은 콘택 디펙트가 발생될 염려가 없다.
또한, 본 발명에 의하면 콘택영역에 레드포토다이오드와 전기적으로 연결되는 플러그가 없음으로써 콘택영역의 프로파일이 일정하여 디플리션영역의 플로파일도 균일함으로써 결국 그린포토다이오드와 콘택의 이격거리가 줄어듦으로써 초소형의 씨모스 이미지센서을 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 그린포토다이오드가 초기 에피층의 분리막내에 형성됨으로써 그린포토다이오드를 위한 에피층의 형성이 불필요하여 에피층 형성에 따른 크리스탈 디펙트 등이 대폭 예방되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 레드포토다이오드를 위한 플러그 패턴공정, 레드포토다이오드를 위한 플러그 이온주입공정, 그린포토다이오드 형성을 위한 에피층 형성공정 등이 생략될 수 있음으로써 제조공정이 간략 신속해짐으로써 수율이 현저히 향상될 수 있는 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 초기 에피층에 형성된 레드포토다이오드;
    상기 레드포토다이오드의 상부 일측에 콘택영역을 남기고 형성된 분리층;
    상기 분리층 표면에 형성된 그린포토다이오드;
    상기 그린포토다이오드와 이격되어 상기 레드포토다이오드과 연결되도록 상기 콘택영역에 형성된 콘택;
    상기 그린포토다이오드가 형성된 초기 에피층 상에 형성된 제1 에피층;
    상기 제1 에피층 내에 상기 그린포토다이오드와 콘택에 각각 연결되도록 복수로 형성된 플러그;
    상기 플러그들 사이의 상기 제1 에피층에, 이격되어 형성된 소자분리막;
    상기 소자분리막 사이의 상기 제1 에피층의 표면에 형성된 블루포토다이오드; 및
    상기 플러그 상측의 상기 제1 에피층의 표면에 형성된 웰;을 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지센서.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 분리층은
    상기 레드포토다이오드와 반대 도전형으로 이온주입된 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지센서.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 분리층은 상기 레드포토다이오드와 상기 그린포토다이오드를 절연시키는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지센서.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 분리층은
    상기 콘택영역과 상기 레드포토다이오드가 연결되도록 이온주입되어 형성된 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지센서.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 분리층은
    상기 레드포토다이오드의 상부 일측에 콘택영역을 남기고 이온주입하여 형성된 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지센서.
  6. 초기 에피층에 레드포토다이오드를 형성하는 단계;
    상기 레드포토다이오드의 상부 일측에 콘택영역을 남기고 이온주입하여 분리층을 형성하는 단계;
    상기 분리층 표면에 그린포토다이오드를 형성하는 단계;
    상기 그린포토다이오드와 이격하여 상기 레드포토다이오드과 연결되도록 상기 콘택영역에 콘택을 형성하는 단계;
    상기 그린포토다이오드가 형성된 초기 에피층 상에 제1 에피층을 형성하는 단계;
    상기 제1 에피층 내에 상기 그린포토다이오드와 콘택에 각각 연결되는 복수의 플러그를 형성하는 단계;
    상기 플러그들 사이의 상기 제1 에피층에, 이격하여 소자분리막을 형성하는 단계;
    상기 플러그 상측의 상기 제1 에피층의 표면에 웰을 형성하는 단계; 및
    상기 소자분리막 사이의 상기 제1 에피층의 표면에 블루포토다이오드를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지센서의 제조방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 분리층을 형성하는 단계는
    상기 레드포토다이오드와 반대 도전형의 이온주입을 행하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지센서의 제조방법.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 분리층을 형성함으로써 상기 레드포토다이오드와 상기 그린포토다이오드를 절연시키는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지센서의 제조방법.
  9. 제6 항에 있어서,
    상기 분리층을 형성하는 단계는
    상기 콘택영역과 상기 레드포토다이오드가 연결되도록 분리층이 이온주입되는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지센서의 제조방법.
  10. 제6 항에 있어서,
    상기 그린포토다이오드를 형성하는 단계와 상기 콘택을 형성하는 단계는 동시에 진행되는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지센서의 제조방법.
  11. 제6 항에 있어서,
    상기 그린포토다이오드와 상기 콘택은 동시에 형성되는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지센서의 제조방법.
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