KR100825804B1 - Ｃｍｏｓ 이미지 센서 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
포토다이오드의 크기가 감소하여도 입사되는 빛의 량에 대한 생성되는 광전하의 양을 개선하는 CMOS 이미지 센서 및 그 제조방법을 제시한다. 그 센서 및 방법은 포토다이오드의 일측의 반도체 기판 상에 투명한 물질을 포함하여 이루어진 트랜스퍼 게이트와 포토다이오드에 대향되며 트랜스퍼 게이트의 일측의 반도체 기판 내에 광전하를 수용하는 플로팅 확산영역을 포함한다. 또한, 트랜스퍼 게이트 아래에 형성되고 포토다이오드의 일측에 접촉되어 전하를 운송하는 채널영역을 포함한다.
포토다이오드, 이미지 센서, 투명, 트랜스퍼 게이트
Description
도 1a는 종래의 트랜스퍼 게이트가 포함된 이미지 센서를 설명하기 위한 평면도이다. 도 1b는 도 1a의 1B-1B선을 따라 절단한 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 의한 트랜스퍼 게이트가 포함된 이미지 센서를 설명하기 위한 평면도이다. 도 2b는 도 2a의 2B-2B선을 따라 절단한 단면도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 이미지 센서를 제조하는 방법을 나타낸 공정단면도들이다.
도 6a는 본 발명의 다른 실시예에 의한 트랜스퍼 게이트가 포함된 이미지 센서를 설명하기 위한 평면도이다. 도 6b는 도 6a의 6B-6B선을 따라 절단한 단면도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 이미지 센서를 제조하는 방법을 나타낸 공정단면도들이다.
도 9는 투명한 트랜스퍼 게이트에 의한 녹색(G)광선에 대한 감도를 알아보기 위하여 렌즈를 포함한 이미지 센서를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 10은 도 9의 센서를 이용하여 측정한 투명한 트랜스퍼 게이트의 폭과 녹색(G)광선의 감도에 관한 그래프이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
100, 200; 이미지 센서 102; 반도체기판
108; 소자분리막 110; 포토다이오드
114; 플로팅 확산영역 120; 채널영역
132, 150; 트랜스퍼 게이트
본 발명은 CMOS 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 투명한 물질을 포함하여 이루어진 트랜스퍼 게이트(transfer gate)를 갖는 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
포토다이오드는 광신호를 전기적 신호로 변환시키는 수광소자이다. 포토다이오드는 CD-ROM, DVD 등과 같은 광 픽업(pick-up) 장치나 광통신 등에 광범위하게 활용되고 있다. 포토다이오드에 광이 입사되면, 공핍영역에서 전자-정공 쌍이 생성된다. 생성된 전자-정공 쌍은 외부와 연결된 게이트나 배선라인을 통해 전송된다. 즉, 포토다이오드에서의 전류는 본질적으로 캐리어의 광학적 생성율에 따라 변화되며, 상기 전류는 시간적으로 변화하는 광신호를 전기적 신호로 변환시키는 역할을 한다.
포토다이오드가 포함된 이미지센서, 예컨대 CMOS 이미지센서(CIS)는 크게 포 토감지영역과 주변영역으로 구분할 수 있다. 포토감지영역은 복수개의 단위화소(pixel)가 배열된 부분이며, 단위화소는 하나의 포토다이오드와 트랜스퍼 게이트를 포함한 다수개의 게이트로 이루어진다. 다수개의 게이트는 포토다이오드에서 생성된 전류를 주변영역으로 전달하는 역할을 한다. 주변영역은 포토감지영역으로부터 전달된 전류를 다수개의 회로들에 의해 디지털 신호로 변환하여 이미지 정보를 얻는다.
도 1a는 종래의 트랜스퍼 게이트가 포함된 이미지 센서를 설명하기 위한 평면도이다. 도 1b는 도 1a의 1B-1B선을 따라 절단한 단면도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 종래의 이미지센서는 소자분리막(16)에 의해 분리되어, 반도체기판(10)에 형성된 포토다이오드(20)를 포함한다. 반도체기판(10)에는 고농도로 이온주입된 제1 p-웰(12)과 상대적으로 작은 농도를 가진 제2 p-웰(14)이 순차적으로 배치되어 있다. 포토다이오드(20)는 일반적으로 p형-포토다이오드(21)와 n형-포토다이오드(22)로 이루어진다. 게이트절연막(24)을 개재한 트랜스퍼 게이트(26)는 포토다이오드(20)에서 생성된 광전하를 반도체기판(10)의 채널영역(30)을 통하여 플로팅 확산영역(28)으로 운송시킨다.
입사되는 빛의 량에 대한 생성되는 광전하의 양은 감도로 정의되고, 감도는 렌즈의 개구율(Numerical Aperture; NA), 막질 들의 두께 및 기판의 포텐셜 등에 의해 영향을 받는다. 그런데, 단위화소의 크기를 줄이려는 디자인 룰의 축소로 인하여, 상기 감도는 줄어들고 있다. 이에 따라, 단위화소의 크기가 줄어들어, 포토다이오드(20)의 크기의 감소에 따른 상기 감도를 개선하는 것이 요구되고 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 포토다이오드의 크기가 감소하여도 입사되는 빛의 량에 대한 생성되는 광전하의 양을 개선하는 CMOS 이미지 센서를 제공하는 데 있다. 또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 이미지 센서의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 의한 CMOS 이미지 센서는 반도체기판과 상기 반도체기판의 상부에 형성된 포토다이오드를 포함한다. 또한, 상기 포토다이오드에 축적된 광전하를 끌어내기 위하여, 상기 포토다이오드의 일측의 상기 반도체 기판 상에 투명한 물질을 포함하여 이루어진 트랜스퍼 게이트를 포함한다. 상기 포토다이오드에 대향되며 상기 트랜스퍼 게이트의 일측의 상기 반도체 기판 내에 상기 광전하를 수용하는 플로팅 확산영역을 포함한다. 상기 트랜스퍼 게이트 아래에 형성되고 상기 포토다이오드의 일측에 접촉되어 상기 광전하를 운송하는 채널영역을 포함한다.
상기 포토다이오드에 축적된 광전하는 상기 포토다이오드 및 상기 채널영역에서 생성된다.
본 발명에 있어서, 상기 투명한 물질은 주기율표에서 13족 원소를 포함하는 질화물의 일부, 10족 또는 12족 원소를 포함하는 산화물의 일부, 12족과 16족의 화합물의 일부, ITO(In tin oxide) 또는 SiC 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 트랜스퍼 게이트는 전체가 투명한 물질로 이루어지거나 투명한 물질 층과 불투명한 물질층의 복합물로 이루어질 수 있다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 의한 CMOS 이미지 센서의 제조방법은 먼저 반도체기판의 상부에 포토다이오드를 형성한다. 그후, 상기 포토다이오드에 대하여 소정의 간격만큼 이격된 상기 반도체 기판 내 광전하를 수용하기 위한 플로팅 확산영역을 형성한다. 상기 포토다이오드에 축적된 상기 광전하를 끌어내기 위하여, 상기 포토다이오드의 일측의 상기 반도체 기판 상에 투명한 물질을 포함하여 이루어진 트랜스퍼 게이트를 형성한다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예들은 당분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 실시예 전체에 걸쳐서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 발명의 실시예들은 투명한 트랜스퍼 게이트를 사용하는 CMOS 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공할 것이다. 상기 트랜스퍼 게이트는 투명한 물질을 일부 포함할 수 있고, 전부가 투명한 물질로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예들은 트랜스퍼 게이트의 구조에 따라 구분되어 설명될 것이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 의한 트랜스퍼 게이트(132)가 포함된 이미지 센서(100)를 설명하기 위한 평면도이다. 도 2b는 도 2a의 2B-2B선을 따라 절단한 단면도이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 상기 이미지센서(100)는 소자분리막(108)에 의해 분리되어, 반도체기판(102)에 형성된 포토다이오드(110)를 포함한다. 반도체기판(102)에는 고농도로 이온주입된 제1 p-웰(104)과 상대적으로 작은 농도를 가진 제2 p-웰(106)이 순차적으로 배치되어 있다. 포토다이오드(110)는 일반적으로 p형 포토다이오드(111)와 n형 포토다이오드(112)로 이루어진다. 게이트절연막(130)을 개재한 트랜스퍼 게이트(132)는 포토다이오드(110)에서 생성된 광전하를 반도체기판(102)의 채널영역(120)을 통하여 플로팅 확산영역(114)로 운송시킨다.
본 발명의 일 실시예에 의한 트랜스퍼 게이트(132)는 전부 투명한 물질로 이루어졌다. 투명한 물질은 주기율표에서 13족 원소를 포함하는 질화물의 일부, 10족 또는 12족 원소를 포함하는 산화물의 일부, 12족과 16족의 화합물의 일부, ITO(In tin oxide) 및 실리카(SiC) 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
13족 원소를 포함하는 질화물은 예를 들어 알루미늄(Al), 인듐(In) 및 갈륨(Ga)을 적어도 하나 이상 포함하는 질화물일 수 있다. 구체적으로, 상기 질화물은 질화갈륨(GaN), 알루미늄 질화갈륨(AlGaN), 인듐 질화갈륨(InGaN) 및 알루미늄 인듐 질화갈륨(AlInGaN) 등이 있다. 10족 또는 12족 원소를 포함하는 산화물은 예를 들어 아연(Zn) 또는 니켈(Ni) 중에서 적어도 하나를 포함하는 산화물일 수 있다. 구체적으로, 상기 산화물은 산화아연(ZnO), 산화니켈(NiO) 또는 아연 알루미늄 산화갈륨(ZnAlGaO)일 수 있다. 또한, 12족과 16족의 화합물은 아연셀레늄(ZnSe) 화합물일 수 있다.
트랜스퍼 게이트(132)를 투명하게 하면, 입사되는 빛이 투명한 게이 트(132)를 투과하여 기판(102)의 채널영역(120)에 도달할 수 있다. 채널영역(120)에 도달한 빛은 채널영역(120)에 광전하를 생성시킬 수 있다. 생성된 광전하는 p형 포토다이오드(111)에 축적된다. 즉, 본 발명에 의하면, 채널영역(120)도 광전하를 생성하는 영역으로 활용될 수 있다. 이에 따라, 빛에 의하여 광전하를 생성할 수 있는 영역이 늘어남으로써, 단위화소의 크기가 작아져도 생성되는 광전하의 량이 증가하여 감도를 개선시킬 수 있다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 이미지 센서(100)를 제조하는 방법을 나타낸 공정단면도들이다.
도 3을 참조하면, 반도체 기판(102), 예를 들어 n형 실리콘 기판에 고농도의 p형 불순물을 이온주입하여 제1 p-웰(104)을 형성한다. 제1 p-웰(104)은 캐리어 이동에 대한 저항을 줄이기 위한 것이다. 그후, 제1 p-웰(104) 상에 저농도의 제2 p-웰(106)을 소정의 두께로 형성한다. 제2 p-웰(106)의 두께 및 비저항은 포토다이오드의 에너지 변환효율 및 신호처리 속도에 중요한 영향을 미친다. 제2 p-웰(106)의 두께는 8 내지 12㎛, 비저항은 100 내지 200Ωcm인 것이 바람직하다.
그후, 소자분리장벽(108)의 일측에 p형 포토다이오드(111)와 n형 포토다이오드(112)로 이루어진 포토다이오드(110)를 형성한다. N형 포토다이오드(112)는 비소(As)를 이온주입한 후, 비소이온을 활성화하여 형성할 수 있다. P형 포토다이오드(111)는 p형 불순물, 예를 들어 보론(B)을 이온주입한 후 활성화하여 형성할 수 있다.
소자분리막(108)과 포토다이오드(110) 사이의 제2 p-웰(106)의 상부에는 포토다이오드(110)와 이후에 형성될 트랜스퍼 게이트만큼 이격된 플로팅 확산영역(114)을 형성한다.
도 4를 참조하면, 포토다이오드(110) 및 소자분리막(108) 등이 형성된 기판(102)의 전면에 게이트절연막용 물질층(130a)과 투명한 트랜스퍼 게이트용 물질층(132a)을 증착한다. 게이트절연막용 물질층(130a)은 SiO2, H2fO, SiNx, SiNxOy, 강유전체 물질 중에서 선택된 적어도 하나 또는 이들의 조합으로 이루어진 투명한 물질이다.
트랜스퍼 게이트용 물질층(132a)은 주기율표에서 13족 원소를 포함하는 질화물의 일부, 10족 또는 12족 원소를 포함하는 산화물의 일부, 12족과 16족의 화합물의 일부, ITO(In tin oxide) 및 SiC 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 13족 원소를 포함하는 질화물은 예를 들어 알루미늄(Al), 인듐(In) 및 갈륨(Ga)을 적어도 하나 이상 포함하는 질화물일 수 있다. 구체적으로, 상기 질화물은 질화갈륨(GaN), 알루미늄 질화갈륨(AlGaN), 인듐 질화갈륨(InGaN) 및 알루미늄 인듐 질화갈륨(AlInGaN) 등이 있다. 10족 또는 12족 원소를 포함하는 산화물은 예를 들어 아연(Zn) 또는 니켈(Ni) 중에서 적어도 하나를 포함하는 산화물일 수 있다. 구체적으로, 상기 산화물은 산화아연(ZnO), 산화니켈(NiO) 또는 아연 알루미늄 산화갈륨(ZnAlGaO)일 수 있다. 또한, 12족과 16족의 화합물은 아연셀레늄(ZnSe)화합물일 수 있다.
상기 물질층(132a)을 형성하는 방법은 제한이 없으나, Sputtering, MBE(Molecular Beam Epitaxy), E-beam evaporation, ALE(Atomic Layer Epitaxy), PLD(Pulsed Laser Deposition), CVD(Chemical Vapor Deposition), Sol-Gel법 및 ALD(Atomic Layer Deposition)으로 제조할 수 있다. 필요에 따라, 트랜스퍼 게이트용 물질층(132a)의 도전성을 향상시키기 위하여, 고농도의 불순물을 상기 물질층(132a)에 도핑할 수 있다.
도 5를 참조하면, 포토다이오드(110)과 플로팅 확산영역(114) 사이의 저농도의 제2 p-웰(106) 상부의 트랜스퍼 게이트용 물질층(132a) 상에 트랜스퍼 게이트(132)를 정의하는 포토레지스트 패턴(140)을 형성한다. 이어서, 포토레지스트 패턴(140)의 형상대로 트랜스퍼 게이트용 물질층(132a)과 게이트절연막용 물질층(130a)을 식각하여 트랜스퍼 게이트(132)와 게이트절연막(130)을 형성한다. 마지막으로, 포토레지스터 패턴(140)을 통상의 방식으로 제거하여 도 2b의 이미지 센서(100)를 완성한다.
도 6a는 본 발명의 다른 실시예에 의한 트랜스퍼 게이트(150)가 포함된 이미지 센서(200)를 설명하기 위한 평면도이다. 도 6b는 도 6a의 6B-6B선을 따라 절단한 단면도이다. 이때, 상기 이미지센서(200)는 트랜스퍼 게이트(150)를 제외하고, 도 2a 및 도 2b에서 설명한 이미지 센서(100)와 동일하다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 이미지 센서(200)는 일부는 투명한 물질층(152)으로 이루어지고 일부는 불투명한 물질층(151)로 이루어진 트랜스퍼 게이트(150)을 포함한다. 투명한 물질층(152)은 포토다이오드(110)에 접하며, 불투명한 물질층(151)은 플로팅 확산영역(114)에 접하면서 서로 연결되어 있다.
투명한 물질층(152)은 주기율표에서 13족 원소를 포함하는 질화물의 일부, 10족 또는 12족 원소를 포함하는 산화물의 일부, 12족과 16족의 화합물의 일부, ITO(In tin oxide) 및 SiC 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 13족 원소를 포함하는 질화물은 예를 들어 알루미늄(Al), 인듐(In) 및 갈륨(Ga)을 적어도 하나 이상 포함하는 질화물일 수 있다. 구체적으로, 상기 질화물은 질화갈륨(GaN), 알루미늄 질화갈륨(AlGaN), 인듐 질화갈륨(InGaN) 및 알루미늄 인듐 질화갈륨(AlInGaN) 등이 있다. 10족 또는 12족 원소를 포함하는 산화물은 예를 들어 아연(Zn) 또는 니켈(Ni) 중에서 적어도 하나를 포함하는 산화물일 수 있다. 구체적으로, 상기 산화물은 산화아연(ZnO), 산화니켈(NiO) 또는 아연 알루미늄 산화갈륨(ZnAlGaO)일 수 있다. 또한, 12족과 16족의 화합물은 아연셀레늄(ZnSe)화합물일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 트랜스퍼 게이트(150)에 의하면, 입사되는 빛이 투명한 게이트(152)를 투과하여 채널영역(120)에 도달할 수 있다. 채널영역(120)에 도달한 빛은 채널영역(120)에 광전하를 생성시킬 수 있다. 또한, 외부에 입사된 빛의 일부는 불투명 물질층(151)의 측면에 반사되어 채널영역(120) 또는 포토다이오드(110)으로 향할 수 있다. 이에 따라, 포토다이오드(110)로 향하는 빛을 더욱 확보할 수 있다.
생성된 광전하는 p형 포토다이오드(111)에 축적된다. 즉, 채널영역(120)도 광전하를 생성하는 영역으로 활용될 수 있다. 이에 따라, 빛에 의하여 광전하를 생성할 수 있는 영역이 늘어남으로써, 단위화소의 크기가 작아져도 생성되는 광전하의 량이 증가하여 감도를 개선시킬 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 이미지 센서(200)를 제조하는 방법을 나타낸 공정단면도들이다. 이때, 포토다이오드(110), 소자분리막(108) 및 플로팅 확산영역(114)를 포함하는 반도체기판(102)에 대해서는 도 3을 참조하기로 한다.
도 7을 참조하면, 포토다이오드(110) 및 소자분리막(108) 등이 형성된 기판(102)의 전면에 게이트절연막용 물질층(130a)을 형성한다. 그후, 도시된 바와 같이 포토다이오드(110)과 플로팅 확산영역(114) 사이의 제2 p-웰(106) 상부의 게이트절연막용 물질층(132a) 상에 투명한 트랜스퍼 게이트용 물질층(152a)과 불투명한 트랜스퍼 게이트용 물질층(151a)을 동일한 두께의 단일층으로 형성한다.
구체적으로, 게이트절연막용 물질층(132a) 상에 불투명한 트랜스퍼 게이트용 물질층(151a)을 증착한 후, 투명한 트랜스퍼 게이트(152)가 형성될 부분을 식각하여 게이트절연막용 물질층(132a)을 노출시킨다. 이어서, 도 4에서 설명한 방식대로 투명한 트랜스퍼 게이트용 물질층(152a)을 채운 다음, 트랜스퍼 게이트용 물질층(151a)의 표면이 노출되도록 평탄화한다. 이때, 공정마진을 확보하기 위하여 투명한 트랜스퍼 게이트용 물질층(152a)는 포토다이오드(110)의 상부에도 형성될 수 있다. 이때, 투명한 트랜스퍼 게이트용 물질층(152a) 및 불투명한 트랜스퍼 게이트용 물질층(151a)의 도전성을 향상시키기 위하여, 고농도의 불순물을 상기 물질층(151a, 152a)에 도핑할 수 있다.
불투명한 게이트용 물질층(151a)은 비정질 폴리실리콘, 도핑된 폴리실리콘, 폴리-SiGe 및 도전성 금속을 함유하는 물질 중에 선택된 단일층 또는 복합층으 로 형성할 수 있다. 도전성 금속을 함유하는 물질은 텅스텐 및 몰리브덴과 같은 금속, 티타늄질화막, 탄탈륨질화막 및 텅스텐질화막과 같은 도전성 금속질화막 중에 선택된 적어도 하나의 층으로 이루어질 수 있다.
도 8을 참조하면, 포토다이오드(110)과 플로팅 확산영역(114) 사이의 제2 p-웰(106) 상부의 투명한 트랜스퍼 게이트용 물질층(152)과 불투명한 트랜스퍼 게이트용 물질층(151a) 상에 트랜스퍼 게이트(150)를 정의하는 포토레지스트 패턴(140)을 형성한다. 이어서, 포토레지스트 패턴(140)의 형상대로 불투명한 트랜스퍼 게이트용 물질층(151a), 투명한 트랜스퍼 게이트용 물질층(152a) 및 게이트절연막용 물질층(130a)를 식각하여 트랜스퍼 게이트(150)와 게이트절연막(130)을 형성한다. 마지막으로, 포토레지스터 패턴(140)을 통상의 방식으로 제거하여 도 6b의 이미지 센서(200)를 완성한다.
(실험 예)
도 9는 투명한 트랜스퍼 게이트에 의한 녹색(G)광선에 대한 감도를 알아보기 위하여 렌즈를 포함한 이미지 센서를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 10은 도 9의 센서를 이용하여 측정한 투명한 트랜스퍼 게이트의 폭과 녹색(G)광선의 감도에 관한 그래프이다. 이때, 트랜스퍼 게이트는 도 2a의 트랜스퍼 게이트(132)를 적용하였다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 트랜스퍼 게이트(132)가 형성된 기판(102) 상에 복수개의 차광막 패턴(204)을 포함하는 층간절연막 상에 칼라필터를 형성하기 위한 층간절연막(204)이 배치된다. 상기 층간절연막(204) 상에는 녹색(G) 및 적 색(G)광선에 대한 감도가 큰 칼라필터들이 교대로 배치되고, 칼라필터 상에는 평탄화를 위한 평탄화층(206)이 놓여진다. 평탄화층(206) 상에는 포토다이오드(110)를 향하여 빛을 집속시키는 마이크로 렌즈(208)가 위치한다.
본 발명의 실험 예는 투명한 트랜스퍼 게이트(132)에 의하여 녹색(G)광선의 감도를 알아보기 위한 것이다. 이에 따라, 입사되는 빛은 약 500 nm의 파장을 갖는 광선이 이용되었다. 트랜스퍼 게이트(132)의 폭은 소자분리막(108)을 기점으로 정하였으며, 상기 폭이 크다는 것은 소자분리막(108)으로부터 포토다이오드(110)으로 침범되는 영역이 크다는 것을 의미한다. 위와 같은 폭의 개념은 녹색(G)광선에 감도가 큰 칼라필터 하부의 포토다이오드(110)에도 적용될 수 있다.
도 10을 참조하면, 폴리실리콘의 경우, 트랜스퍼 게이트(132)의 폭이 증가할수록 녹색(G)광선에 대한 감도가 현저하게 줄어 들었다. 예컨대, 폭이 0.5㎛일 때, 폴리실리콘의 상기 감도는 산화아연(ZnO)이나 알루미늄 질화갈륨(AlGaN)에 비해 약 5% 감소하였다. 나아가, 폭이 약 0.75㎛일 때, 폴리실리콘의 상기 감도는 산화아연(ZnO)이나 알루미늄 질화갈륨(AlGaN)에 비해 약 20% 감소하였다.
이에 반해, 산화아연(ZnO)이나 알루미늄 질화갈륨(AlGaN)은 트랜스퍼 게이트의 폭이 증가하여도, 녹색(G)광선에 대한 감도는 줄어들지 않았다. 다만, 실리카(SiC)와 인듐 질화갈륨(InGaN)의 경우는 폭이 0.5㎛를 지나면서, 상기 감도가 서서히 줄어들었다.
이상, 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당분야에 서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
상술한 본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서 및 그 제조방법에 의하면, 투명한 트랜스퍼 게이트에 의하여 광전하를 생성할 수 있는 영역이 늘어남으로써, 단위화소의 크기가 작아져도 생성되는 광전하의 량이 증가하여 감도를 개선시킬 수 있다.
Claims (20)
- 반도체기판;상기 반도체기판의 상부에 형성된 포토다이오드;상기 포토다이오드에 축적된 광전하를 끌어내기 위하여, 상기 포토다이오드의 일측의 상기 반도체 기판 상에 투명한 물질을 포함하여 이루어진 트랜스퍼 게이트;상기 포토다이오드에 대향되며 상기 트랜스퍼 게이트의 일측의 상기 반도체 기판 내에 상기 광전하를 수용하는 플로팅 확산영역; 및상기 트랜스퍼 게이트 아래에 형성되고 상기 포토다이오드의 일측에 접촉되어 상기 광전하를 운송하는 채널영역을 포함하는 CMOS 이미지 센서.
- 제1항에 있어서, 상기 포토다이오드에 축적된 광전하는 상기 포토다이오드 및 상기 채널영역에서 생성된 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.
- 제1항에 있어서, 상기 투명한 물질은 주기율표에서 13족 원소를 포함하는 질화물의 일부, 10족 또는 12족 원소를 포함하는 산화물의 일부, 12족과 16족의 화합물의 일부, ITO(In tin oxide) 또는 SiC 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.
- 제3항에 있어서, 상기 13족 원소를 포함하는 질화물은 알루미늄(Al), 인듐(In) 및 갈륨(Ga)을 적어도 하나 이상 포함하는 질화물인 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.
- 제4항에 있어서, 상기 질화물은 질화갈륨(GaN), 알루미늄 질화갈륨(AlGaN), 인듐 질화갈륨(InGaN) 및 알루미늄 인듐 질화갈륨(AlInGaN) 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.
- 제3항에 있어서, 상기 10족 또는 12족 원소를 포함하는 산화물은 아연(Zn) 또는 니켈(Ni) 중에서 적어도 하나를 포함하는 산화물인 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.
- 제6항에 있어서, 상기 산화물은 산화아연(ZnO), 산화니켈(NiO) 또는 아연 알루미늄 산화갈륨(ZnAlGaO) 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.
- 제7항에 있어서, 상기 12족과 16족의 화합물은 아연셀레늄(ZnSe)화합물인 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.
- 제1항에 있어서, 상기 트랜스퍼 게이트는 전체가 투명한 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.
- 제1항에 있어서, 상기 트랜스퍼 게이트는 투명한 물질층과 불투명한 물질층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.
- 제10항에 있어서, 상기 투명한 물질층은 상기 포토다이오드에 접하며, 상기 불투명한 물질층은 상기 플로팅 확산영역에 접하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.
- 제10항에 있어서, 상기 불투명한 물질층은 비정질 폴리실리콘, 도핑된 폴리실리콘, 폴리-SiGe 및 도전성 금속을 함유하는 물질 중에 선택된 단일층 또는 복합층인 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.
- 제12항에 있어서, 상기 도전성 금속을 함유하는 물질은 텅스텐 및 몰리브덴과 같은 금속, 티타늄질화막, 탄탈륨질화막 및 텅스텐질화막과 같은 도전성 금속질화막 중에 선택된 적어도 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.
- 제1항에 있어서, 상기 트랜스퍼 게이트를 이루는 상기 투명한 물질은 폴리실리콘에 비해 녹색에 대한 감도가 5~20% 큰 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센 서.
- 제1항에 있어서, 상기 투명한 물질은 3족 원소 또는 5족 원소로 이루어진 불순물로 도핑된 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.
- 반도체기판의 상부에 포토다이오드를 형성하는 단계;상기 포토다이오드와 이격된 상기 반도체 기판 내 광전하를 수용하기 위한 플로팅 확산영역을 형성하는 단계; 및상기 포토다이오드에 축적된 상기 광전하를 끌어내기 위하여, 상기 포토다이오드의 일측의 상기 반도체 기판 상에 투명한 물질을 포함하여 이루어진 트랜스퍼 게이트를 형성하는 단계를 포함하는 CMOS 이미지 센서의 제조방법.
- 제16항에 있어서, 상기 트랜스퍼 게이트를 형성하는 단계는상기 포토다이오드와 상기 플로팅 확산영역이 형성된 상기 반도체기판 상에 투명한 트랜스퍼 게이트용 물질층을 증착하는 단계;상기 트랜스퍼 게이트용 물질층 상에 포토다이오드와 상기 플로팅 확산영역 사이의 영역에 한정되는 상기 트랜스퍼 게이트를 정의하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및상기 포토레지스트 패턴의 형상대로 상기 트랜스퍼 게이트용 물질층을 식각하여 상기 트랜스퍼 게이트를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서의 제조방법.
- 제16항에 있어서, 상기 트랜스퍼 게이트를 형성하는 단계는상기 포토다이오드와 상기 플로팅 확산영역이 형성된 상기 반도체기판 상의 상기 포토다이오드와 상기 플로팅 확산영역 사이에 투명한 트랜스퍼 게이트용 물질층과 불투명한 트랜스퍼 게이트용 물질층이 위치하도록 동일한 두께의 단일층으로 형성하는 단계;상기 단일층 상에 상기 트랜스퍼 게이트를 정의하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및상기 포토레지스트 패턴의 형상대로 상기 단일층을 식각하여 상기 트랜스퍼 게이트를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서의 제조방법.
- 제18항에 있어서, 상기 투명한 트랜스퍼 게이트용 물질층은 상기 포토다이오드의 일부를 덮는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서의 제조방법.
- 제17항 또는 18항에 있어서, 상기 투명한 트랜스퍼 게이트용 물질층을 형성하는 단계 이후에, 3족 원소 또는 5족 원소로 이루어진 불순물로 상기 물질층을 도핑하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서의 제조방법.
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- 2008-01-24 US US12/010,349 patent/US7875491B2/en active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20050115813A (ko) * | 2004-06-04 | 2005-12-08 | 삼성전자주식회사 | 이미지 센서 및 그 제조 방법 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190015008A (ko) | 2017-08-05 | 2019-02-13 | (주)옵토레인 | Cmos 이미지 센서 및 이의 제조 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20090179239A1 (en) | 2009-07-16 |
| US7875491B2 (en) | 2011-01-25 |
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