KR100851757B1 - 이미지센서 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 이미지센서는 기판상에 형성된 액티브 영역과 소자분리영역; 상기 액티브 영역에 형성된 포토다이오드 영역과 트랜지스터영역; 상기 트랜지스터 영역 상에 형성된 게이트 절연막; 및 상기 게이트 절연막과 상기 포토다이오드 영역 상에 형성된 게이트;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이미지센서, 씨모스 이미지센서, 컨택
Description
도 1은 종래기술에 의한 이미지센서의 평면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이미지센서의 평면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이미지센서의 단면도.
본 발명의 실시예는 이미지센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지 센서(Image sensor)는 광학적 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로써, 크게 전하결합소자(charge coupled device: CCD)와 씨모스(CMOS; Complementary Metal Oxide Silicon) 이미지 센서(Image Sensor)(CIS)로 구분된다.
씨모스 이미지 센서는 단위 화소 내에 포토 다이오드와 모스 트랜지스터를 형성시킴으로써 스위칭 방식으로 각 단위 화소의 전기적 신호를 순차적으로 검출하여 영상을 구현한다.
도 1은 종래기술에 의한 이미지센서의 평면도이다.
종래기술에 의한 이미지센서는 3Tr형으로서 1개의 포토다이오드 영역(30)와 3개의트랜지스터인 리셋트랜지스터(60), 드라이브트랜지스터(50), 셀렉트랜지스터(70)로 구성된다.
한편, 종래기술에 의하면 포토다이오드 영역(30)과 드라이브트랜지스터(50)를 전기적으로 연결하기 위해 포토다이오드 영역(30)의 한 부분과 드라이브트랜지스터(50)의 한 부분에 컨택(Contact)(90)을 각각 연결한 후 메탈(Metal)(80)로 둘을 연결하는 방법을 사용한다.
그런데, 종래기술에 의한 경우 포토다이오드 영역(30)에 컨택(Contact)(90)을 형성하기 위해 식각공정을 가해야 하므로 포토다이오드 영역(30) 결정에 영향을 주어 다크디펙트(Dark defect) 등의 노이즈(noise)를 유발할 수 있다.
또한, 종래기술에 의한 경우 컨택(90)과 메탈(80)이 포토다이오드 영역(30) 상부에 존재하게 되므로 포토다이오드 영역(30)에 입사하는 빛을 가려 광전효율을 떨어트리고, 트랜지스터 영역에서 포토다이오드 영역(30)을 향해 입사하는 빛을 선택적으로 막아 이미지(image) 출력 시 좌우 이미지(image) 편차를 유발하기도 한다.
본 발명의 실시예는 배선디자인의 마진(margin)을 확보할 수 있고, 좌우 색 편차 문제 등의 이미지품질(image quality)을 개선할 수 있는 이미지센서 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지센서는 기판상에 형성된 액티브 영역과 소자분리영역; 상기 액티브 영역에 형성된 포토다이오드 영역과 트랜지스터영역; 상기 트랜지스터 영역 상에 형성된 게이트 절연막; 및 상기 게이트 절연막과 상기 포토다이오드 영역 상에 형성된 게이트;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법은 기판상에 액티브 영역과 소자분리영역을 정의하는 단계; 상기 액티브 영역에 포토다이오드 영역과 트랜지스터영역을 형성하는 단계; 상기 트랜지스터 영역 상에 게이트 절연막을 형성하는 단계; 및 상기 게이트 절연막과 상기 포토다이오드 영역 상에 게이트를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명의 실시예에 의하면 포토다이오드 영역과 드라이브트랜지스터를 연결하는 컨택(Contact)과 메탈배선이 없어져 컨택(Contact)을 형성할 때 대미지(damage)로 인한 포토다이오드 영역 상부의 실리콘(Si) 어택(attack)을 줄일 수 있어 노이즈(noise) 측면에서 유리하며, 또한 트랜지스터 영역에서 들어오는 빛을 가리는 현상이 줄어들어 좌우 색 편차 등의 이미지(image) 문제점이 개선될 수 있고 나아가 픽셀(Pixel)부분의 디자인(design) 시 메탈배선 마진(margin)을 더 많이 가지게 되어 공간 활용에 유리한 장점이 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 이미지센서 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 실시 예의 설명에 있어서, 각 층의 "상/아래(on/under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상/아래는 직접(directly)와 또는 다른 층을 개 재하여(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.
(실시예)
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이미지센서의 평면도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이미지센서의 단면도이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 이미지센서는 기판(110)상에 형성된 액티브 영역(미도시)과 소자분리영역(120); 상기 액티브 영역에 형성된 포토다이오드 영역(130)과 트랜지스터 영역(140); 상기 트랜지스터 영역(140) 상에 형성된 게이트 절연막(152); 및 상기 게이트 절연막(152)과 상기 포토다이오드 영역(130) 상에 형성된 게이트(154);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제1 실시예에서 상기 이미지 센서는 3 Tr형태의 씨모스 이미지센서이며, 상기 트랜지스터(150)는 드라이브트랜지스터일 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에서 상기 게이트(154)는 상기 포토다이오드 영역(130)과 상기 트랜지스터 영역(140)을 전기적으로 연결할 수 있다.
또한, 상기 게이트(154)는 폴리실리콘으로 형성됨으로써 상기 포토다이오드 영역(130)과 상기 트랜지스터 영역(140)을 전기적으로 연결할 수 있다.
또한, 상기 트랜지스터 영역(140)과 상기 포토다이오드 영역(130)은 상기 소자분리막(120)에 의해 전기적으로 분리되어 있으며, 상기 게이트 절연막(152)은 상기 트랜지스터 영역(140) 상에 형성될 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에서 빛이 칩(chip) 내부로 들어오면 포토다이오드 영역(130)에서 실리콘(Si)과 광전효과를 일으켜 발생한 전자의 양을 신호로 바꾸어 이미지(image)를 만들어 낸다.
상기 포토다이오드 영역(130)은 제1 이온주입영역(132)과 상기 제1 이온주입영역 상의 제2 이온주입영역(134)으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 액티브 영역 중에 N+로 도핑(doping)된 영역(132)과 그 상측에 P+로 도핑된 영역(134)이 PN접합을 이루어 공핍층(미도시)을 가지게 된다.
이 공핍층에서 광전효과가 일어나게 되면 전자는 N+영역(132)쪽으로 이동하여 포토다이오드 영역(130)에 모이게 된다. 이때 빛의 양에 대비하여 포토다이오드 영역(130)에 모이는 전자의 양이 감도를 결정하며 이것은 광전효과에 의한 전자를 모을 수 있는 포토다이오드 영역(130) 주변 공핍층의 양에 영향을 받는다.
이때, 포토다이오드 영역(130)과 드라이브 트랜지스터(Drive Transistor)(150)는 전기적으로 연결되어 있으며 같은 전위를 가진다. 포토다이오드 영역(130)에 빛이 들어오면 광전효과에 의해 전자가 생성되고 포토다이오드 영역(130)에 모인다. 이로 인해 포토다이오드 영역(130)의 전위가 작아 지고 함께 드라이브트랜지스터(150)에 걸린 전위도 작아 진다. 드라이브트랜지스터(150)의 전위 변화에 의해 Vdd(미도시)에서 드라이브트랜지스터(150)를 통과하여 신호 출력되는 전압이 작아지고 이 전압의 변화를 신호로 읽어 출력하는 방법으로 이미지(image)를 구현할 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 이미지센서에 의하면 포토다이오드 영역에 만들어졌던 포토다이오드 영역과 드라이브트랜지스터를 연결하는 컨택(contact)과 메탈배선이 없어지므로 트랜지스터 영역에서 들어오는 빛을 가리는 현상이 줄어들 어 좌우 색 편차 등의 이미지(image) 문제점이 개선될 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면 포토다이오드 영역과 드라이브트랜지스터를 연결하는 컨택(Contact)과 메탈배선이 없어져 픽셀(Pixel)부분의 디자인(design) 시 메탈배선 마진(margin)을 더 많이 가지게 되어 공간 활용에 유리한 효과가 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법을 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.
우선, 기판(110)상에 액티브 영역(미도시)과 소자분리영역(120)을 정의한다. 예를 들어, 상기 소자분리영역(120)은 얕은 소자분리막(Shallow Trench Isolation: STI) 또는 로코스(LOCOS) 등으로 형성할 수 있다.
다음으로, 상기 액티브 영역에 포토다이오드 영역(130)과 트랜지스터 영역(140)을 형성한다. 상기 포토다이오드 영역(130)은 포토다이오드가 형성되는 영역이며, 트랜지스터 영역(140)은 각종 트랜지스터가 형성될 영역이다. 예를 들어, 상기 액티브 영역에 소정의 이온을 주입하여 포토다이오드 영역(130)과 트랜지스터 영역(140)을 형성할 수 있다.
다음으로, 상기 트랜지스터 영역(140) 상에 게이트 절연막(152)을 형성한다.
예를 들어, 상기 트랜지스터 영역(140) 상에 게이트 절연막(152)을 형성하는 단계는 상기 액티브 영역을 포함하는 기판(110)의 전면에 절연막(미도시)을 형성한다. 이후, 상기 절연막을 식각하여 상기 트랜지스터 영역(140) 상에 게이트 절연막(152)을 형성한다.
또한, 예를 들어 상기 포토다이오드 영역(130) 접하는 절연막(미도시)을 제거하여 상기 트랜지스터 영역(140) 상에 게이트 절연막(152)을 형성할 수 있다.
다음으로, 상기 게이트 절연막(152)과 상기 포토다이오드 영역(130) 상에 게이트(154)를 형성한다.
즉, 상기 게이트(154)를 형성하는 단계는 상기 포토다이오드 영역(130)과 상기 트랜지스터 영역(140)을 전기적으로 연결하는 공정이다.
또한, 상기 게이트(154)를 형성하는 단계는 폴리실리콘으로 형성됨으로써 게이트의 역할과 메탈배선으로서의 역할을 동시에 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법은 드라이브트랜지스터(150) 형성 시 포토다이오드 영역(130)과 일부 겹치게 형성하고, 겹치는 부분의 절연막만을 제거하여 게이트(154)에 의해 포토다이오드 영역(130)과 전기적으로 연결되고 Vdd(미도시)와 출력단자 사이의 부분은 절연막을 남겨놓아 신호를 증폭 전달하는 기능을 수행 할 수 있도록 형성할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법은 기존의 포토다이오드 영역과 드라이브트랜지스터를 연결하는 컨택이나 메탈배선은 형성하지 않는다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법에 의하면 포토다이오드 영역과 드라이브트랜지스터를 연결하는 컨택(Contact)과 메탈배선이 없어져 컨택(Contact)을 형성할 때 대미지(damage)로 인한 포토다이오드 영역 상부의 실리콘(Si) 어택(attack)을 줄일 수 있어 노이즈(noise) 측면에서 유리한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면 포토다이오드 영역에 만들어졌던 포토다이 오드 영역과 드라이브트랜지스터를 연결하는 컨택(contact)과 메탈배선이 없어지므로 트랜지스터 영역에서 들어오는 빛을 가리는 현상이 줄어들어 좌우 색 편차 등의 이미지(image) 문제점이 개선될 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면 포토다이오드 영역과 드라이브트랜지스터를 연결하는 컨택(Contact)과 메탈배선이 없어져 픽셀(Pixel)부분의 디자인(design) 시 메탈배선 마진(margin)을 더 많이 가지게 되어 공간 활용에 유리한 효과가 있다.
본 발명은 전술한 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 하기 된 청구항의 권리범위에 속하는 범위 안에서 다양한 다른 실시예가 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 이미지센서 및 그 제조방법에 의하면 포토다이오드 영역과 드라이브트랜지스터를 연결하는 컨택(Contact)과 메탈배선이 없어져 컨택(Contact)을 형성할 때 대미지(damage)로 인한 포토다이오드 영역 상부의 실리콘(Si) 어택(attack)을 줄일 수 있어 노이즈(noise) 측면에서 유리한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면 포토다이오드 영역에 만들어졌던 포토다이오드 영역과 드라이브트랜지스터를 연결하는 컨택(contact)과 메탈배선이 없어지므로 트랜지스터 영역에서 들어오는 빛을 가리는 현상이 줄어들어 좌우 색 편차 등의 이미지(image) 문제점이 개선될 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면 포토다이오드 영역과 드라이브트랜지스터 를 연결하는 컨택(Contact)과 메탈배선이 없어져 픽셀(Pixel)부분의 디자인(design) 시 메탈배선 마진(margin)을 더 많이 가지게 되어 공간 활용에 유리한 효과가 있다.
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- 기판상에 액티브 영역과 소자분리영역을 정의하는 단계;상기 액티브 영역에 포토다이오드 영역과 트랜지스터영역을 형성하는 단계;상기 트랜지스터 영역 상에 게이트 절연막을 형성하는 단계; 및상기 게이트 절연막과 상기 포토다이오드 영역 상에 게이트를 형성하는 단계;를 포함하고,상기 게이트 절연막과 상기 게이트에 의해 드라이브 트랜지스터가 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
- 제6 항에 있어서,상기 게이트를 형성하는 단계는상기 포토다이오드 영역과 상기 트랜지스터 영역을 전기적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
- 제6 항에 있어서,상기 게이트를 형성하는 단계는,상기 게이트를 폴리실리콘으로 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
- 제6 항에 있어서,상기 트랜지스터 영역 상에 게이트 절연막을 형성하는 단계는,상기 액티브 영역을 포함하는 기판의 전면에 절연막을 형성하는 단계; 및상기 절연막을 선택적으로 식각하여 상기 트랜지스터 영역 상에 게이트 절연막을 잔존하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
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