KR101010443B1 - 이미지 센서 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
실시 예는 이미지 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
실시 예에 따른 이미지 센서 제조 방법은, 기판상에 제1 층을 형성하고, 상기 제1 층에 이온주입에 의해 제1 포토다이오드를 형성하는 단계; 상기 제1 포토다이오드 상에 제2 층 및 제3 층을 형성하는 단계; 상기 제3 층에 제2 포토다이오드를 형성하는 단계; 상기 제2 포토다이오드 상에 제4 층 및 제5 층을 형성하는 단계; 및 상기 제5 층에 제3 포토다이오드를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이미지센서, 포토다이오드, 이온주입
Description
실시 예는 이미지 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
종래기술에 의한 CIS 소자는 빛 신호를 받아서 전기 신호로 바꾸어 주는 포토다이오드(Photo Diode) 영역과, 이 전기 신호를 처리하는 트랜지스터 영역으로 구분할 수 있다.
한편, 이미지센서 중 컬러필터(Color Filter)를 필요로 하지 않는 적층형 포토다이오드(Stacked Photodiode) 구조의 CIS를 형성하기 위한 기존방법은 먼저 적색광(Red Light)을 수광하기 위한 레드 포토다이오드를 형성한 뒤, 에피실리콘(Epi-Si) 성장하여 실리콘 웨이퍼와 같은 결정층을 형성한다.
이후, 초록색광(Green Light)을 수광하기 위한 포토다이오드(Photodiode)를 형성한 뒤, 다시 위의 방법을 반복하여 청색광(Blue Light)을 수광하기 위한 포토다이오드를 적층하여 만든다.
하지만, 종래기술에 의하면 포토다이오드를 형성하기 위한 이온 주입 농도가 높을수록 생성된 전자들이 소멸될 가능성이 높으며, 이온 주입 농도가 낮을수록 생성된 전자가 회로로 전달될 수 있는 가능성이 낮아지게 되어, 새츄레이션(Saturation) 특성을 향상시키는데 한계를 갖는 문제점이 발생한다.
실시 예는 컬러필터(Color Filter)를 사용하지 않는 적층형 포토다이오드(Stacked Photodiode) 구조의 CIS를 형성하는데 있어, 층간 실리콘-게르마늄 에피층(SiGe Epi Layer)을 성장시켜 CIS의 감도를 향상시키기 위한 이미지 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
실시 예에 따른 이미지 센서 제조 방법은, 기판상에 제1 층을 형성하고, 상기 제1 층에 이온주입에 의해 제1 포토다이오드를 형성하는 단계; 상기 제1 포토다이오드 상에 제2 층 및 제3 층을 형성하는 단계; 상기 제3 층에 제2 포토다이오드를 형성하는 단계; 상기 제2 포토다이오드 상에 제4 층 및 제5 층을 형성하는 단계; 및 상기 제5 층에 제3 포토다이오드를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
실시 예에 따른 이미지 센서는, 적층형 포토다이오드 구조를 가지는 이미지 센서를 형성함에 있어서, 제1 포토다이오드, 제2 포토다이오드, 제3 포토다이오드를 순차적으로 적층하고 각 포토다이오드 사이의 층간에 실리콘-게르마늄 에피층(Si-Ge Epi Layer)이 형성되는 것을 특징으로 한다.
실시 예에 따른 이미지 센서 및 그 제조방법에 의하면, 레드 포토다이오드를 형성한 단계에서 실리콘-게르마늄 에피층을 형성하고 연속적으로 실리콘 에피층을 증착하고, 녹색광을 수광하기 위한 포토다이오드를 형성하고, 다시 실리콘-게르마늄 에피층을 형성하고 연속적으로 실리콘 에피층을 증착하고, 청색광을 수광하기 위한 포토다이오드를 형성함으로써, 칼라 필터(Color Filter)를 사용하지 않는 적층형 포토다이오드 구조의 CIS를 형성하는데 있어, 층간 실리콘-게르마늄을 성장시켜 포토다이오드에 스트레스를 가함으로써 전자의 이동도를 향상시켜 포토다이오드의 감도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이하, 실시예에 따른 이미지 센서 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되므로 본 발명의 기술적 사상과 직접적인 관련이 있는 핵심적인 구성부만을 언급하기로 한다.
또한, 실시 예를 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
또한, 실시 예에 따른 도 1 내지 도 6에서 도시한 동일한 구성 요소에는 동일한 참조 부호를 부여하여 설명한다.
본 발명은 씨모스이미지센서에 한정되는 것이 아니며, CCD 이미지센서 등 모든 이미지센서에 적용이 가능하다.
도 1은 실시 예에 따른 이미지 센서의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 실시 예에 따른 이미지 센서는 칼라 필터(Color Filter)를 사용하지 않는 적층형 포토다이오드 구조의 CIS를 형성하기 위해, 제1 포토다이오드(114), 제2 포토다이오드(122), 제3 포토다이오드(130)가 형성되고, 상기 포토다이오드 사이의 층간에 실리콘-게르마늄 에피층(Si-Ge Epi Layer)(116,124)이 형성된다.
예를 들면, 상기 제1 포토다이오드(114)는 적색광(Red Light)을 수광하기 위한 레드 포토다이오드(Red Photodiode)가 될 수 있으며, 제2 포토다이오드(122)는 녹색광(Green Light)을 수광하기 위한 그린 포토다이오드(Green Photodiode)가 될 수 있으며, 제3 포토다이오드(130)는 청색광(Blue Light)을 수광하기 위한 블루 포토다이오드(Blue Photodiode)가 될 수 있다.
상기 레드 포토다이오드(114)를 형성한 단계에서 실리콘-게르마늄 에피층을 형성하고 연속적으로 실리콘 에피층을 증착하며, 녹색광을 수광하기 위한 그린 포토다이오드(122)를 형성하고, 다시 실리콘-게르마늄 에피층을 형성하고 연속적으로 실리콘 에피층을 증착하고, 청색광을 수광하기 위한 블루 포토다이오드(130)를 형 성한다.
여기서, 상기 실리콘-게르마늄 에피층의 증착은 각각 증착 초기, 중기, 말기로 구분되어 화학양론비를 Si -> Si1-xGex -> Si 순으로 연속적으로 변화시키며, 상기 x값은 0.2~0.5이다.
또한, 상기 실시예에서, 제1 포토다이오(114)는 레드 포토다이오드, 제2 포토다이오드(122)는 그린 포토다이오드 및 제3 포토다이오드(130)는 블루 포토다이오드를 예로 하여 설명하나 이에 한정되는 것은 아니다.
이를 통해, 칼라 필터(Color Filter)를 사용하지 않는 적층형 포토다이오드 구조의 CIS를 형성하는데 있어, 층 간 실리콘-게르마늄을 성장시켜 포토다이오드에 스트레스를 가함으로써 전자의 이동도를 향상시켜 포토다이오드의 감도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 2 내지 도 6은 실시 예에 따른 이미지센서의 제조방법의 공정을 나타내는 단면도이다.
도 2을 참조하면, 제1 기판(110)에 이온주입에 의해 제1 포토다이오드(114)를 형성한다. 여기서, 상기 제1 포토다이오드(114)는 레드 포토다이오드(Red photodiode)가 될 수 있다.
예를 들면, 적층형 포토다이오드(Stacked Photodiode)의 적색광(Red Light)을 수광하기 위한 레드 포토다이오드(Red Photodiode)(114)를 형성하기 위하여 P형의 기판(110)에 제1 층(112)을 형성하고 N형 이온주입(implantation)공정을 수행하 고 어닐링공정을 진행할 수 있다. 상기 어닐링은 급속열처리(Rapid Thermal Processing: RTP)에 의할 수 있다.
이때, 상기 제1 포토다이오드(114) 형성 전에 상기 제1 층(112) 상측 일부에 픽셀분리를 위한 제1 P형 이온을 주입하여 제1 배리어층(미도시)이 형성될 수 있다.
다음으로, 도 3을 참조하면, 상기 제1 층(112)의 제1 포토다이오드(114) 상에 CVD 방법을 이용하여 제2 층(116)을 증착하고, 다시 제 3층(118)을 증착한다.
여기서, 상기 제2 층(116)은 실리콘-게르마늄 에피층으로 0.1nm~0.5nm 두께로 증착되고, 상기 제3 층(118)은 실리콘 에피층으로 1.0um~1.5um 두께로 증착될 수 있다.
여기서, 상기 실리콘-게르마늄 에피층의 증착은 각각 증착 초기, 중기, 말기로 구분되어 화학양론비를 Si -> Si1-xGex -> Si 순으로 연속적으로 변화시키며, 상기 x값은 0.2~0.5이다.
이를 통해, 칼라 필터(Color Filter)를 사용하지 않는 적층형 포토다이오드 구조의 CIS를 형성하는데 있어, 층 간 실리콘-게르마늄을 성장시켜 포토다이오드에 스트레스를 가함으로써 전자의 이동도를 향상시켜 포토다이오드의 감도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
다음으로, 도 4를 참조하면, 상기 제3 층(118)에 제2 포토다이오드(122)를 형성한다. 여기서, 상기 제2 포토다이오드(122)는 그린 포토다이오드(Green photodiode)가 될 수 있다.
예를 들면, 그린 포토다이오드(Green Photodiode)(122)를 형성하기 위하여 P형의 제3 층(118)에 N형 이온주입(implantation)공정을 수행하고 어닐링공정을 진행할 수 있다. 상기 어닐링은 급속열처리(Rapid Thermal Processing: RTP)에 의할 수 있다.
이때, 상기 제2 포토다이오드(122) 형성 전에 상기 제3 층(118) 상측 일부에 픽셀분리를 위한 제2 P형 이온을 주입하여 제2 배리어층(123)이 형성될 수 있다.
이후, 상기 제1 포토다이오드(114)와 전기적으로 연결되는 제1 플러그(120) 이온 주입단계를 진행할 수 있다. 예를 들어, 레드 포토다이오드(114)와 전기적으로 연결되는 제1 플러그(120)를 N형 이온주입에 의해 형성할 수 있다. 상기 제1 플러그(120)는 복수의 이온주입에 의해 형성될 수 있다.
다음으로, 도 5를 참조하면, 상기 제2 포토다이오드(122) 상에 제4 층(124)을 증착하고, 다시 제 5층(126)을 증착한다.
여기서, 상기 제4 층(124)은 실리콘-게르마늄 에피층으로 0.1nm~0.5nm 두께로 증착되고, 상기 제5 층(126)은 실리콘 에피층으로 1.0um~1.5um 두께로 증착될 수 있다.
여기서, 상기 실리콘-게르마늄의 증착은 각각 증착 초기, 중기, 말기로 구분되어 화학양론비를 Si -> Si1-xGex -> Si 순으로 연속적으로 변화시키며, 상기 x값은 0.2~0.5이다.
이를 통해, 칼라 필터(Color Filter)를 사용하지 않는 적층형 포토다이오드 구조의 CIS를 형성하는데 있어, 층 간 실리콘-게르마늄을 성장시켜 포토다이오드에 스트레스를 가함으로써 전자의 이동도를 향상시켜 포토다이오드의 감도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
다음으로, 도 6을 참조하면, 상기 제5 층(126)에 소자분리 영역(128)을 형성한다. 예를 들어, STI(Shallow Trench Isolation)에 의해 소자분리 영역(128)을 형성할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이후, 상기 제5 층(126)에 이온주입에 의해 제3 포토다이오드(130)를 형성한다. 여기서, 상기 제3 포토다이오드(130)는 블루 포토다이오드(Blue photodiode)가 될 수 있다.
예를 들면, 블루 포토다이오드(Blue Photodiode)(130)를 형성하기 위하여 P형의 제5 기판(126)에 N형 이온주입(implantation)공정을 수행하고 어닐링공정을 진행할 수 있다. 상기 어닐링은 급속열처리(Rapid Thermal Processing: RTP)에 의할 수 있다.
이후, 상기 제1 플러그(120)와 전기적으로 연결되는 제2 플러그(132) 이온주입단계를 진행할 수 있다. 상기 제2 플러그(132)는 복수의 이온주입에 의해 형성될 수 있다.
실시예는 상기 제2 플러그(132) 이온주입단계에서 상기 제2 포토다이오드(122)와 전기적으로 연결되는 제3 플러그(134)의 이온 주입단계와 함께 진행할 수 있다. 이후, 어닐링을 진행할 수 있다.
상기 실시예에서, 제1 포토다이오(114)는 레드 포토다이오드, 제2 포토다이오드(122)는 그린 포토다이오드 및 제3 포토다이오드(130)는 블루 포토다이오드를 예로 하여 설명하나 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이, 본 실시 예는 레드 포토다이오드를 형성한 단계에서 실리콘-게르마늄 에피층을 형성하고 연속적으로 실리콘 에피층을 증착하며, 녹색광을 수광하기 위한 포토다이오드를 형성하고, 다시 실리콘-게르마늄 에피층을 형성하고 연속적으로 실리콘 에피층을 증착하고, 청색광을 수광하기 위한 포토다이오드를 형성한다.
이를 통해, 칼라 필터(Color Filter)를 사용하지 않는 적층형 포토다이오드 구조의 CIS를 형성하는데 있어, 층 간 실리콘-게르마늄을 성장시켜 포토다이오드에 스트레스를 가함으로써 전자의 이동도를 향상시켜 포토다이오드의 감도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 실시 예에 따른 이미지 센서의 단면도를 나타내는 도면.
도 2 내지 도 6은 실시 예에 따른 이미지센서의 제조방법의 공정을 나타내는 단면도.
Claims (9)
- 기판상에 제1 층을 형성하고,상기 제1 층에 이온주입에 의해 제1 포토다이오드를 형성하는 단계;상기 제1 포토다이오드 상에 제2 층 및 제3 층을 형성하는 단계;상기 제3 층에 제2 포토다이오드를 형성하는 단계;상기 제2 포토다이오드 상에 제4 층 및 제5 층을 형성하는 단계; 및상기 제5 층에 제3 포토다이오드를 형성하는 단계;를 포함하며,상기 제2 층은 상기 제1 포토다이오드 및 상기 제2 포토다이오드 사이에 형성되며, 상기 제4층은 상기 제2 포토다이오드 및 상기 제3 포토다이오드 사이에 형성되며,상기 제2층 및 상기 제4층은 실리콘-게르마늄 에피층(Si-Ge Epy Layer)이고,상기 제2 층 및 상기 제4 층은 0.1nm~0.5nm 두께로 형성되고, 상기 제1 층, 상기 제3층 및 상기 제5층은 1.0㎛~1.5㎛의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 제1 포토다이오드 형성 단계 전에, 상기 제1 층 상측에 픽셀분리를 위한 제1 P형 이온을 주입하여 제1 배리어층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 제3 층에 제2 포토다이오드를 형성하는 단계는,상기 제2 포토다이오드 형성 전에 상기 제2 층 상측에 픽셀분리를 위한 제2 P형 이온을 주입하여 제2 배리어층을 형성하는 단계;상기 제3 층에 제2 포토다이오드를 형성하는 단계; 및상기 제1 포토다이오드와 전기적으로 연결되는 제1 플러그 이온주입단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 제5 층에 제3 포토다이오드를 형성하는 단계는,소자분리 영역을 형성하는 단계;상기 제5 층에 제3 포토다이오드를 형성하는 단계; 및상기 제1 플러그와 전기적으로 연결되는 제2 플러그 이온주입단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 4항에 있어서,상기 제2 플러그 이온주입단계는,상기 제2 포토다이오드와 전기적으로 연결되는 제3 플러그 이온주입단계와 함께 진행되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 삭제
- 제1 항에 있어서,상기 실리콘-게르마늄 에피층의 증착은 각각 증착 초기, 중기, 말기로 구분되어 Si -> Si1-xGex -> Si 순으로 연속적으로 변화시키며, 상기 x값은 0.2~0.5인 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 적층형 포토다이오드 구조를 가지는 이미지 센서를 형성함에 있어서,제1 층에 형성된 제1 포토다이오드;제3 층에 형성된 제2 포토다이오드;제5층에 형성된 제3 포토다이오드;상기 제1 포토다이오드와 상기 제2 포토다이오드 사이에 형성되는 제2 층; 및상기 제2 포토다이오드와 상기 제3 포토다이오드 사이에 형성된 제4층;을 포함하고,상기 제2층 및 상기 제4층은 실리콘-게르마늄 에피층(Si-Ge Epy Layer)이고,상기 제2 층 및 상기 제4 층은 0.1nm~0.5nm 두께로 형성되고, 상기 제1 층, 상기 제3층 및 상기 제5층은 1.0㎛~1.5㎛의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 8항에 있어서,상기 실리콘-게르마늄 에피층(Si-Ge Epy Layer)은 접하는 각각의 포토다이오드에 스트레스를 가하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
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2008
- 2008-08-13 KR KR1020080079417A patent/KR101010443B1/ko not_active IP Right Cessation
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