KR100871798B1 - 이미지 센서 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른 이미지 센서는, 중앙 영역 및 에지 영역을 포함하는 반도체 기판; 상기 중앙 영역 및 에지 영역에 배치된 게이트; 상기 중앙 영역 및 에지 영역의 게이트의 일측의 상기 반도체 기판 내부에 배치된 제1 불순물 영역; 상기 중앙 영역 및 에지 영역의 게이트의 일측의 상기 반도체 기판 표면에 배치된 제2 불순물 영역: 상기 중앙 영역 및 에지 영역의 게이트 타측의 반도체 기판 표면에 배치된 플로팅 확산 영역; 및 상기 에지 영역의 게이트 일측의 반도체 기판 내부에 배치된 제3 불순물 영역을 포함한다.
이미지 센서, 포토다이오드,
Description
실시예에서는 이미지 센서 및 그 제조방법이 개시된다.
이미지 센서는 광학 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 빛을 감지하는 광감지 영역과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화 하는 로직회로 부분을 포함한다.
특히, 씨모스(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서는 화소수 만큼 포토다이오드 및 모스 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례로 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용한다.
씨모스 이미지 센서는 수십 내지 수백만개의 단위화소(Unit pixel)가 모여서 구성된 픽셀 어레이에서 빛을 수광하여 이를 전기적인 신호로 바꾸어 이미지를 재현한다. 또한, 상기 픽셀 어레이에는 단위화소 마다 빛을 집광하는 마이크로 렌즈 및 상기 픽셀 어레이의 전체를 커버하는 메인렌즈를 포함한다.
상기 메인 렌즈를 통해 입사되는 빛은 각각의 마이크로 렌즈를 통해 단위화소로 집광되는데, 이때 상기 픽셀 어레이의 중앙 영역과 에지 영역에서 빛의 집광 률에 차이가 있을 수 있다.
즉, 상기 픽셀 어레이의 중앙 영역으로는 빛이 수직으로 입사되어 이미지의 왜곡이 거의 없는 반면, 상기 픽셀 어레이의 에지 영역으로는 빛이 경사각을 가지고 입사되어 집광률이 떨어지므로 선명한 이미지를 얻을 수 없다.
실시예에서는 픽셀 어레이의 에지 영역에서의 광 전하의 생산성을 향상시킬 수 있는 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공한다.
실시예에 따른 이미지 센서는, 중앙 영역 및 에지 영역을 포함하는 반도체 기판; 상기 중앙 영역 및 에지 영역에 배치된 게이트; 상기 중앙 영역 및 에지 영역의 게이트의 일측의 상기 반도체 기판 내부에 배치된 제1 불순물 영역; 상기 중앙 영역 및 에지 영역의 게이트의 일측의 상기 반도체 기판 표면에 배치된 제2 불순물 영역: 상기 중앙 영역 및 에지 영역의 게이트 타측의 반도체 기판 표면에 배치된 플로팅 확산 영역; 및 상기 에지 영역의 게이트 일측의 반도체 기판 내부에 배치된 제3 불순물 영역을 포함한다.
실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법은, 반도체 기판의 중앙 영역 및 에지 영역 상에 게이트를 형성하는 단계; 상기 중앙 영역 및 에지 영역의 게이트 일측의 상기 반도체 기판 내부에 제1 불순물 영역을 형성하는 단계; 상기 에지 영역의 게이트 일측의 반도체 기판 내부에 제3 불순물 영역을 형성하는 단계; 상기 중앙 영역 및 에지 영역의 게이트 일측의 상기 반도체 기판 표면에 제2 불순물 영역을 형성하는 단계: 및 상기 중앙 영역 및 에지 영역의 게이트 타측의 반도체 기판 표면에 플로팅 확산 영역을 형성하는 단계를 포함한다.
실시예에 따른 이미지 센서 및 그 제조방법에 의하면, 반도체 기판의 에지 영역에서의 쉐이딩 특성을 개선함으로써 이미지 센서의 이미지 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
실시예에 따른 이미지 센서 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
실시예의 설명에 있어서, 각 층의 "상/위(on/over)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상/위(on/over)는 직접(directly)와 또는 다른 층을 개재하여(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 6은 실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 단면도이다.
도 6을 참조하여, 반도체 기판(10)의 중앙 영역(A)과 에지 영역(B) 상에는 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트(120, 220)가 배치되어 있다. 상기 게이트(120, 220)의 하부인 반도체 기판(10)에는 채널부(110, 210)가 배치되어 있다.
예를 들어, 상기 반도체 기판(10)은 고농도의 p형 기판(p++)일 수 있고, 상기 반도체 기판(10) 상에는 에피택셜(epitaxial) 공정을 실시하여 저농도의 p형 에피층(p-Epi)이 배치될 수 있다.
상기 반도체 기판(10)에는 복수개의 단위픽셀이 형성되는데, 그 중에서 입사 광이 수직으로 입사되는 영역을 중앙 영역(A)이라 칭하고, 입사광이 경사각을 가지고 입사되는 영역을 에지 영역(B)이라 칭한다.
상기 중앙 영역(A)의 게이트(120) 일측에는 포토다이오드가 배치되고, 상기 게이트(120)의 타측에는 플로팅 디퓨전 영역(170)이 배치되어 있다.
상기 중앙 영역(A)의 포토다이오드는 제1 불순물 영역(130)과 제2 불순물 영역(160)을 포함한다. 예를 들어, 상기 제1 불순물 영역(130)은 n형 불순물 영역이고, 상기 제2 불순물 영역(160)은 p형 불순물 영역일 수 있다.
상기 제1 불순물 영역(130)은 상기 중앙 영역(A)의 반도체 기판(10) 내부에 배치되고, 상기 제2 불순물 영역(160)은 상기 반도체 기판(10)의 표면에 배치될 수 있다.
상기 에지 영역(B)의 게이트(220) 일측에는 포토다이오드가 배치되고, 상기 게이트(220)의 타측에는 플로팅 디퓨전 영역(270)이 배치되어 있다.
상기 포토다이오드는 제1 불순물 영역(230), 제3 불순물 영역(240) 및 제2 불순물 영역(260)을 포함한다. 예를 들어, 상기 제1 및 제3 불순물 영역(230,240)은 n형 불순물 영역이고, 상기 제2 불순물 영역(260)은 p형 불순물 영역일 수 있다.
상기 제1 불순물 영역(230)과 상기 제3 불순물 영역(240)은 상기 에지 영역(B)의 게이트(220) 일측의 반도체 기판(10) 내부의 동일한 영역에 형성될 수 있다. 따라서, 상기 에지 영역(B)의 포토다이오드용 n형 불순물 영역은 상기 중앙 영역(A)의 포토다이오드용 n형 불순물 영역보다 불순물의 농도가 높아지게 된다. 또 한, 상기 제2 불순물 영역(260)은 상기 에지 영역(B)의 반도체 기판(10)의 표면에 배치될 수 있다.
상기와 같이 반도체 기판(10)에 형성된 단위픽셀의 포토다이오드는 상기 중앙 영역(A)에 비하여 상기 에지 영역(B)에서의 n형 불순물 영역의 농도가 높게 형성됨을 알 수 있다.
즉, 상기 중앙 영역(A)은 n형 불순물 주입에 의하여 제1 불순물 영역(230)이 형성되고, 상기 에지 영역(B)은 2차에 걸친 n형 불순물 주입에 의하여 제1 및 제3 불순물 영역(240)이 형성되므로 에지 영역(B)의 n형 불순물 농도가 높아질 수 있다.
상기와 같이 중앙 영역(A) 보다 에지 영역(B)에서의 포토다이오드의 불순물 농도를 높게 형성함으로써 상기 에지 영역에서의 쉐이딩(shading) 특성을 향상시킬 수 있다.
도 1 내지 도 6을 참조하여 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법을 설명한다.
도 1을 참조하여, 상기 반도체 기판(10)의 중앙 영역(Center region:A)과 에지 영역(Edge region:B) 상에 게이트(120, 220)가 형성된다.
상기 반도체 기판(10)은 고농도의 p형 기판(p++)일 수 있다. 또 상기 반도체 기판(10) 상에는 에피택셜(epitaxial) 공정을 실시하여 저농도의 p형 에피층(p-Epi)이 형성될 수 있다.
상기 반도체 기판(10) 상에 액티브 영역과 필드 영역을 정의하는 복수개의 소자분리층(20)이 형성되어 있다.
상기 반도체 기판(10)은 중앙 영역(A)과 에지 영역(B)으로 구분할 수 있다. 상기 반도체 기판(10)의 중앙 영역(A)은 빛이 수직으로 입사하는 영역일 수 있고, 상기 에지 영역(B)은 빛이 경사각으로 입사하는 영역일 수 있다. 따라서, 상기 중앙 영역(A)의 주변에 에지 영역(B)이 형성될 수 있다.
상기 중앙 영역(A)과 에지 영역(B)의 표면에 채널부(110, 210)가 형성되어 있다. 상기 채널부(110, 210)은 문턱 전압을 조절하고 포토다이오드에서 생성된 전하를 이동시키는 역할을 한다.
상기 중앙 영역(A)과 에지 영역(B) 상에 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트(120, 220)가 각각 형성된다. 상기 게이트(120, 220)는 게이트 절연막과 게이트 전도막을 증착한 다음 패터닝하여 형성될 수 있다.
도 2를 참조하여, 상기 중앙 영역(A) 및 에지 영역(B)의 게이트(120, 220) 일측에 포토다이오드용 제1 불순물 영역(130, 230)이 형성된다.
상기 제1 불순물 영역(130, 230)을 형성하기 위해서는 상기 중앙 영역(A) 및 에지 영역(B) 상에 상기 게이트(120, 220)의 타측은 가리고 일측은 노출시키는 제1 포토레지스트 패턴(300)을 형성한다. 그리고, 상기 제1 포토레지스트 패턴(300)을 이온주입 마스크로 사용하여 n형 불순물을 이온주입한다. 그러면 상기 게이트(120, 220)의 일측에 제1 불순물 영역(130, 230)이 형성된다. 예를 들어, 상기 제1 불순물 영역(130, 230)은 비소(As) 이온을 180~220KeV 에너지로 2.6×1012~3.0×1012 dose/㎠ 주입하여 형성될 수 있다.
이후, 상기 제1 포토레지스트 패턴(300)은 애싱공정에 의하여 제거된다.
도 3을 참조하여, 상기 에지 영역(B)의 게이트(220) 일측에 포토다이오드용 제3 불순물 영역(240)이 형성된다. 상기 제3 불순물 영역(240)은 상기 제1 불순물 영역(230)과 겹쳐지도록 형성될 수 있다.
상기 제3 불순물 영역(240)을 형성하기 위해서는 상기 에지 영역(B) 상에 상기 제1 불순물 영역(230)을 노출시키고 나머지 영역은 가리는 제2 포토레지스트 패턴(310)을 형성한다. 그리고, 상기 제2 포토레지스트 패턴(310)을 이온주입 마스크로 사용하여 n형 불순물을 이온주입하면 상기 에지 영역(B)의 게이트(220)의 일측에는 제3 불순물 영역(240)이 형성된다. 예를 들어, 상기 제3 불순물 영역(240)은 비소(As) 이온을 180~220KeV 에너지로 0.2×1012~0.5×1012 dose/㎠ 주입하여 형성될 수 있다.
상기 에지 영역(B)에만 제1 불순물 영역(230) 및 제3 불순물 영역(240) 영역이 형성되어 상기 에지 영역(B)은 상기 중앙 영역(A)보다 n형 불순물 농도가 높아진다. 즉, 상기 반도체 기판(10)의 가장자리 영역에 위치한 에지 영역(B)의 포토다이오드용 n형 불순물 영역은 2차에 걸친 n형 불순물 이온의 주입에 의하여 상기 중앙 영역(A)의 n형 불순물 영역보다 이온주입 농도가 높기 때문에 광전하 발생률을 향상시킬 수 있다.
이후, 상기 제2 포토레지스트 패턴(310)을 애싱 공정에 의하여 제거한 후, 상기 게이트(120, 220)의 타측면에 스페이서(150, 250)가 형성될 수 있다.
도 4를 참조하여, 상기 중앙 영역(A) 및 에지 영역(B)의 게이트(120, 220) 일측에 포토다이오드용 제2 불순물 영역(160,260)이 형성된다.
상기 제2 불순물 영역(160,260)을 형성하기 위해서는, 상기 중앙 영역(A) 및 에지 영역(B) 상에 상기 게이트(120, 220)의 타측은 가리고 일측은 노출시키는 제3 포토레지스트 패턴(320)을 형성한다. 그리고, 상기 제3 포토레지스트 패턴(320)을 이온주입 마스크로 사용하여 p형 불순물을 이온주입하면 상기 게이트(120, 220)의 일측에 제2 불순물 영역(160,260)이 형성된다. 예를 들어, 상기 제2 불순물 영역(160,260)은 보론(B) 이온을 5~10KeV 에너지로 3.5×1011~4.5×1011 dose/㎠ 주입하여 형성될 수 있다.
상기 제2 불순물 영역(160,260)은 상기 제1 및 제3 불순물 영역(230, 240)보다 낮은 에너지에 의하여 이온주입되어 상기 중앙 영역(A)과 에지 영역(B)의 표면에 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2 불순물 영역(160,260)은 상기 채널부(110, 210)와 접하도록 형성될 수 있다.
이후, 상기 제3 포토레지스트 패턴(320)은 일반적인 애싱공정 등에 의하여 제거된다.
도 5를 참조하여, 상기 중앙 영역(A)과 에지 영역(B)의 상기 게이트(120, 220)의 타측에 포토다이오드에서 생성된 광 전자를 전달받는 플로팅 디퓨전 영역(170, 270)이 형성된다.
상기 플로팅 디퓨전 영역(170, 270)을 형성하기 위해서는 상기 게이트(120, 220)의 일측인 포토다이오드를 가리고 타측은 노출시키는 제4 포토레지스트 패턴(330)을 형성한다. 그리고, 상기 제4 포토레지스트 패턴(330)을 이온주입 마스크 로 사용하여 n+ 불순물을 이온주입하면 상기 게이트(120, 220)의 타측에 플로팅 디퓨전 영역(170,270)이 형성된다.
상기와 같이 반도체 기판(10)에 형성된 단위픽셀의 포토다이오드는 상기 중앙 영역(A)에 비하여 상기 에지 영역(B)에서의 n형 불순물 영역의 농도가 높게 형성된다.
즉, 상기 중앙 영역(A)의 포토다이오드는 n형 불순물을 일회 주입하여 제1 불순물 영역(230)이 형성되고, 상기 에지 영역(B)의 포토다이오드는 n형 불순물을 2차에 걸쳐 주입하여 제1 및 제3 불순물 영역(230,240)이 형성되므로 상기 에지 영역(B)의 n형 불순물 농도가 높아질 수 있다.
상기와 같이 중앙 영역(A)과 에지 영역(B)에서의 포토다이오드의 불순물 농도를 다르게 형성함으로써 상기 에지 영역(B)에서의 쉐이딩(shading) 특성을 향상시킬 수 있다. 이것은 상기 중앙 영역(A)의 포토다이오드로는 입사광이 수직으로 입사되어 광전하 발생률이 높지만, 상기 에지 영역(B)의 포토다이오드로는 입사광이 경사각으로 입사되어 상기 중앙 영역(A)에 비하여 광전하 발생률이 감소될 수 있다. 이를 개선하기 위하여 실시예에서는 상기 에지 영역(B)에 n형 불순물의 도핑 농도를 중앙 영역(A)보다 높게 형성함으로써 에지 영역(B)에서의 광전하 발생률이 향상될 수 있다.
따라서, 상기 에지 영역(B)에서의 쉐이딩 특성을 개선함으로써 이미지 센서의 이미지 특성을 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 실시예는 전술한 실시에 및 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 실시예의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 명백할 것이다.
도 1 내지 도 6은 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 공정을 나타내는 단면도이다.
Claims (10)
- 중앙 영역 및 에지 영역을 포함하는 반도체 기판;상기 중앙 영역 및 에지 영역에 형성된 게이트;상기 중앙 영역 및 에지 영역에서 상기 게이트의 일측의 상기 반도체 기판의 깊은 영역에 이온주입하여 형성된 제1 불순물 영역;상기 중앙 영역 및 에지 영역에서 상기 게이트의 일측의 상기 반도체 기판의 얕은 영역에 이온주입하여 형성된 제2 불순불 영역:상기 중앙 영역 및 에지 영역의 게이트 타측의 반도체 기판의 얕은 영역에 이온주입하여 형성된 플로팅 확산 영역; 및상기 에지 영역에서 상기 게이트 일측의 반도체 기판의 깊은 영역에 상기 제1 불순물 영역과 동일한 불순물이 이온주입되어 상기 중앙 영역의 제1 불순물 영역 보다 더 높은 도핑농도를 가지도록 형성된 제3 불순물 영역을 포함하는 이미지 센서.
- 제1항에 있어서,상기 제1 불순물 영역 및 제3 불순물 영역은 n형 불순물로 형성되고, 상기 제2 불순물 영역은 p형 불순물로 형성된 이미지 센서.
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 게이트의 타측면에 스페이서가 배치된 이미지 센서.
- 반도체 기판의 중앙 영역 및 에지 영역 상에 게이트를 형성하는 단계;상기 중앙 영역 및 에지 영역에서 상기 게이트 일측의 상기 반도체 기판의 깊은 영역에 제1 불순물을 이온주입하여 제1 불순물 영역을 형성하는 단계;상기 에지 영역의 상기 제1 불순물 영역으로 제1 불순물 영역과 동일한 불순물을 이온주입하여 상기 제1 불순물 영역보다 높은 도핑농도를 가지는 제3 불순물 영역을 형성하는 단계;상기 중앙 영역 및 에지 영역에서 상기 게이트 일측의 상기 반도체 기판의 얕은 영역에 제2 불순물을 이욘주입하여 제2 불순물 영역을 형성하는 단계: 및상기 중앙 영역 및 에지 영역의 게이트 타측의 반도체 기판에 플로팅 확산 영역을 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제5항에 있어서,상기 제3 불순물 영역을 형성하는 단계는,상기 제1 불순물 영역을 형성한 다음 상기 에지 영역의 제1 불순물 영역에 해당하는 상기 반도체 기판의 표면을 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 상기 에지 영역의 반도체 기판에 상기 제1 불순물 이온주입공정을 진행하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제5항에 있어서,상기 제1 불순물 영역 및 제3 불순물 영역에는 n형 불순물이 이온주입되고, 상기 제2 불순물 영역에는 p형 불순물이 이온주입되어 형성되는 이미지 센서의 제조방법.
- 제5항에 있어서,상기 제1 불순물 영역에 주입되는 도펀트는 2.5×1012 ~ 3.0×1012 dose/㎠ 이고, 상기 제3 불순물 영역에 주입되는 도펀트는 0.2×1012 ~ 0.5×1012 dose/㎠ 인 것을 포함하는 이미지 센서의 제조방법.
- 삭제
- 제5항에 있어서,상기 제2 불순물 영역을 형성한 다음 상기 중앙 영역과 에지 영역의 게이트 타측면에 스페이서를 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조방법.
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