KR101033362B1 - 이미지센서 및 그 제조방법 - Google Patents

이미지센서 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101033362B1
KR101033362B1 KR1020080100579A KR20080100579A KR101033362B1 KR 101033362 B1 KR101033362 B1 KR 101033362B1 KR 1020080100579 A KR1020080100579 A KR 1020080100579A KR 20080100579 A KR20080100579 A KR 20080100579A KR 101033362 B1 KR101033362 B1 KR 101033362B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
trench
forming
region
insulating layer
interlayer insulating
Prior art date
Application number
KR1020080100579A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20100041412A (ko
Inventor
한창훈
Original Assignee
주식회사 동부하이텍
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 동부하이텍 filed Critical 주식회사 동부하이텍
Priority to KR1020080100579A priority Critical patent/KR101033362B1/ko
Priority to US12/511,336 priority patent/US20100025687A1/en
Publication of KR20100041412A publication Critical patent/KR20100041412A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101033362B1 publication Critical patent/KR101033362B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14636—Interconnect structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • H01L27/14607—Geometry of the photosensitive area
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14689—MOS based technologies

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

실시예에 따른 이미지센서는 제1 기판에 형성된 리드아웃 회로(Readout Circuitry); 상기 제1 기판에 형성된 제1 층간절연층; 상기 제1 층간절연층에 상기 리드아웃 회로와 전기적으로 연결되어 형성된 배선; 상기 제1 층간절연층 상에 형성된 제2 층간절연층; 제1 레이저 어닐링된 제1 트렌치를 포함하며, 상기 제2 층간절연층 상에 형성된 이미지감지부(Image Sensing Device); 및 상기 제1 레이저 어닐링된 제1 트렌치와 상기 제2 층간절연층을 관통하여 형성되며 상기 이미지감지부와 상기 배선을 전기적으로 연결하는 컨택플러그;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이미지센서, 포토다이오드, 리드아웃 회로

Description

이미지센서 및 그 제조방법{Image Sensor and Method for Manufacturing thereof}
실시예는 이미지센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
이미지센서(Image sensor)는 광학적 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체소자로서, 전하결합소자(Charge Coupled Device: CCD)와 씨모스(CMOS) 이미지센서(Image Sensor)(CIS)로 구분된다.
종래의 기술에서는 기판에 포토다이오드(Photodiode)를 이온주입 방식으로 형성시킨다. 그런데, 칩사이즈(Chip Size) 증가 없이 픽셀(Pixel) 수 증가를 위한 목적으로 포토다이오드의 사이즈가 점점 감소함에 따라 수광부 면적 축소로 이미지 특성(Image Quality)이 감소하는 경향을 보이고 있다.
또한, 수광부 면적 축소만큼의 적층높이(Stack Height)의 감소가 이루어지지 못하여 에어리 디스크(Airy Disk)라 불리는 빛의 회절현상으로 수광부에 입사되는 포톤(Photon)의 수 역시 감소하는 경향을 보이고 있다.
이를 극복하기 위한 대안 중 하나로 포토다이오드를 비정질 실리콘(amorphous Si)으로 증착하거나, 웨이퍼 대 웨이퍼 본딩(Wafer-to-Wafer Bonding) 등의 방법으로 리드아웃 서킷(Readout Circuitry)은 실리콘 기판(Si Substrate)에 형성시키고, 포토다이오드는 리드아웃 서킷 상부에 형성시키는 시도(이하 "3차원 이미지센서"라고 칭함)가 이루어지고 있다. 포토다이오드와 리드아웃 서킷은 배선(Metal Line)을 통해 연결된다.
한편, 종래기술에 의하면 포토다이오드의 픽셀별 소자분리를 위해 소자분리 공정이 진행된다. 그런데, 포토다이오드의 픽셀 경계를 식각하여 소자분리공정이 진행될 경우 그 경계에서 발생하는 격자구조의 부정합으로 인해 댕글링본드가 발생하고, 이에 따라 암전류가 발생하는 문제가 있다. 특히, 리드아웃 회로 측면에 포토다이오드가 형성되는 구조에서는 배선공정 전에 암전류를 보상할 수 있는 어닐링공정이 가능하였으나, 포토다이오드가 배선공정 후에 형성되었을 때에는 고온의 어닐공정을 진행할 수 있는 방법이 없다. 또한, 종래기술 중 포토다이오드를 관통하는 컨택플러그를 형성하는 공정이 진행되는 경우에 상기 컨택플러그를 형성하기 위한 포토다이오드 식각 공정에서 식각된 포토다이오드 표면이 격자구조 부정합에 의해 암전류가 발생하는 문제가 있다.
또한, 종래기술에 의하면 트랜스퍼트랜지스터 양단의 소스 및 드레인 모두 고농도 N형으로 도핑(Doping)되어 있으므로 전하공유(Charge Sharing)현상이 발생하게 되는 문제가 있다. 전하공유(Charge Sharing)현상이 발생하면 출력이미지의 감도를 낮추게 되며, 이미지 오류를 발생시킬 수도 있다.
또한, 종래기술에 의하면 포토다이오드와 리드아웃 서킷 사이에 포토차지(Photo Charge)가 원활히 이동하지 못해 암전류가 발생하거나, 새츄레이 션(Saturation) 및 감도의 하락이 발생하고 있다.
실시예는 이미지감지부의 픽셀경계 또는 이미지감지부의 식각표면에서 암전류를 감소시킬 수 있는 이미지센서 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 필팩터를 높이면서 전하공유(Charge Sharing)현상이 발생하지 않을 수 있는 이미지센서 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 포토다이오드와 리드아웃서킷 사이에 포토차지(Photo Charge)의 원활한 이동통로를 만들어 줌으로써 암전류소스를 최소화하고, 새츄레이션(Saturation) 및 감도의 하락을 방지할 수 있는 이미지센서 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 이미지센서는 제1 기판에 형성된 리드아웃 회로(Readout Circuitry); 상기 제1 기판에 형성된 제1 층간절연층; 상기 제1 층간절연층에 상기 리드아웃 회로와 전기적으로 연결되어 형성된 배선; 상기 제1 층간절연층 상에 형성된 제2 층간절연층; 제1 레이저 어닐링된 제1 트렌치를 포함하며, 상기 제2 층간절연층 상에 형성된 이미지감지부(Image Sensing Device); 및 상기 제1 레이저 어닐링된 제1 트렌치와 상기 제2 층간절연층을 관통하여 형성되며 상기 이미지감지부와 상기 배선을 전기적으로 연결하는 컨택플러그;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법은 제1 기판에 리드아웃 회로(Readout Circuitry)를 형성하는 단계; 상기 제1 기판에 제1 층간절연층을 형성 하는 단계; 상기 제1 층간절연층에 상기 리드아웃 회로와 전기적으로 연결되는 배선을 형성하는 단계; 상기 배선 상에 제2 층간절연층을 형성하는 단계; 상기 제2 층간절연층 상에 이미지감지부(Image Sensing Device)를 형성하는 단계; 상기 이미지감지부를 관통하는 제1 트렌치를 형성하는 단계: 상기 제1 트렌치 측벽에 제1 레이저 어닐링을 진행하는 단계; 상기 제1 레이저 어닐링된 제1 트렌치에 컨택플러그를 형성하는 단계; 및 상기 제1 트렌치를 메우는 제1 절연층을 상기 컨택플러그 상에 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
실시예에 따른 이미지센서 및 그 제조방법에 의하면 결정의 연속성이 깨진 이미지감지부의 픽셀경계 또는 컨택플러그를 위한 식각표면에 국부적으로 레이저어닐링을 진행함으로써 댕글링본드를 제거하여 암전의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 결정의 연속성이 깨진 이미지감지부의 픽셀경계의 계면에 p+층을 얇게 형성하고 이를 활성화시키기 위하여 국부적으로 레이저어닐링을 진행함으로써 픽셀 경계의 댕글링본드를 제거하여 픽셀경계에서의 암전의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 트랜스퍼 트랜지스터(Tx) 양단의 소스/드레인 간에 전압차(Potential Difference)가 있도록 소자 설계하여 포토차지(Photo Charge)의 완전한 덤핑(Fully Dumping)이 가능해질 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 포토다이오드와 리드아웃서킷 사이에 전하 연결영역을 형성하여 포토차지(Photo Charge)의 원할한 이동통로를 만들어 줌으로써 암전류 소스를 최소화하고, 새츄레이션(Saturation) 및 감도의 하락을 방지할 수 있다.
이하, 실시예에 따른 이미지센서 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
실시예의 설명에 있어서, 각 층의 "상/아래(on/under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상/아래는 직접(directly)와 또는 다른 층을 개재하여(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.
본 발명은 씨모스 이미지센서에 한정되는 것이 아니며, 포토다이오드가 필요한 이미지센서에 적용이 가능하다.
(제1 실시예)
도 1은 제1 실시예에 따른 이미지센서의 단면도이다.
제1 실시예에 따른 이미지센서는 제1 기판(100)에 형성된 리드아웃 회로(Readout Circuitry)(120); 상기 제1 기판(100)에 형성된 제1 층간절연층(160); 상기 제1 층간절연층(160)상 상기 리드아웃 회로(120)와 전기적으로 연결되어 형성된 배선(150); 상기 제1 층간절연층(160) 상에 형성된 제2 층간절연층(162); 제1 레이저 어닐링된 제1 트렌치(T1)를 포함하며, 상기 제2 층간절연층(162) 상에 형성된 이미지감지부(Image Sensing Device)(210); 및 상기 제1 레이저 어닐링된 제1 트렌치(T1)와 상기 제2 층간절연층(162)을 관통하여 형성되며 상기 이미지감지부(210)와 상기 배선(150)을 전기적으로 연결하는 컨택플러그(230);를 포함할 수 있다.
상기 이미지감지부(210)는 포토다이오드일 수 있으나 이에 한정되는 것이 아니고 포토게이트, 포토다이오드와 포토게이트의 결합형태 등이 될 수 있다. 한편, 실시예는 포토다이오드가 결정형 반도체층에 형성된 예를 들고 있으나 이에 한정되는 것이 아니며 비정질 반도체층에 형성된 것을 포함한다.
도 1의 도면 부호 중 미설명 도면 부호는 이하 제조방법에서 설명하기로 한다.
이하, 도 2 내지 도 13을 참조하여 1 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법을 설명한다.
도 2는 배선(150)이 형성된 제1 기판(100)의 개략도이며, 도 3은 이에 대한 상세도이다. 이하, 도 3을 기준으로 상세히 설명한다.
우선, 도 3과 같이 배선(150)과 리드아웃 회로(Circuitry)(120)가 형성된 제1 기판(100)을 준비한다. 예를 들어, 제2 도전형 제1 기판(100)에 소자분리막(110)을 형성하여 액티브영역을 정의하고, 상기 액티브영역에 트랜지스터를 포함하는 리드아웃 회로(120)를 형성한다. 예를 들어, 리드아웃 회로(120)는 트랜스퍼트랜지스터(Tx)(121), 리셋트랜지스터(Rx)(123), 드라이브트랜지스터(Dx)(125), 실렉트랜지스터(Sx)(127)를 포함하여 형성할 수 있다. 이후, 플로팅디퓨젼영역(FD)(131), 상기 각 트랜지스터에 대한 소스/드레인영역(133, 135, 137)을 포함하는 이온주입영역(130)을 형성할 수 있다.
실시예는 상기 제1 기판(100)에 전기접합영역(140)을 형성하는 단계 및 상기 전기접합영역(140) 상부에 상기 배선(150)과 연결되는 제1 도전형 연결영역(147)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 전기접합영역(140)은 PN 졍션(junction)(140) 일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 전기접합영역(140)은 제2 도전형 웰(141) 또는 제2 도전형 에피층 상에 형성된 제1 도전형 이온주입층(143), 상기 제1 도전형 이온주입층(143) 상에 형성된 제2 도전형 이온주입층(145)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 PN 졍션(junction)(140)은 도 2와 같이 P0(145)/N-(143)/P-(141) Junction 일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제1 기판(100)은 제2 도전형으로 도전되어 있을 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 의하면 트랜스퍼 트랜지스터(Tx) 양단의 소스/드레인 간에 전압차(Potential Difference)가 있도록 소자 설계하여 포토차지(Photo Charge)의 완전한 덤핑(Fully Dumping)이 가능해질 수 있다. 이에 따라, 포토다이오드에서 발생한 포토차지(Photo Charge)가 플로팅디퓨젼 영역으로 덤핑됨에 따라 출력이미지 감도를 높일 수 있다.
즉, 실시예는 도 3과 같이 리드아웃 회로(120)가 형성된 제1 기판(100)에 전기접합영역(140)을 형성시킴으로써 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)(121) 양단의 소스/드레인 간에 전압차가 있도록 하여 포토차지의 완전한 덤핑이 가능해질 수 있다.
이하, 실시예의 포토차지의 덤핑구조에 대해서 구체적으로 설명한다.
실시예에서 N+ 졍션인 플로팅디퓨젼(FD)(131) 노드(Node)와 달리, 전기접합영역(140)인 P/N/P 졍션(140)은 인가전압이 모두 전달되지 않고 일정 전압에서 핀치오프(Pinch-off) 된다. 이 전압을 피닝볼티지(Pinning Voltage)이라 부르며 피닝 볼티지(Pinning Voltage)는 P0(145) 및 N-(143) 도핑(Doping) 농도에 의존한다.
구체적으로, 포토다이오드(210)에서 생성된 전자는 PNP 졍션(140)으로 이동하게 되며 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)(121) 온(On)시, FD(131) 노드로 전달되어 전압으로 변환된다.
P0/N-/P- 졍션(140)의 최대 전압값은 피닝볼티지가 되고 FD(131) Node 최대 전압값은 Vdd-Rx Vth이 되므로, Tx(131) 양단간 전위차로 인해 차지쉐어링(Charge Sharing) 없이 칩(Chip) 상부의 포토다이오드(210)에서 발생한 전자가 FD(131) Node로 완전히 덤핑(Dumping) 될 수 있다.
즉, 실시예에서 제1 기판(100)인 실리콘 서브(Si-Sub)에 N+/P-well Junction이 아닌 P0/N-/P-well Junction을 형성시킨 이유는 4-Tr APS Reset 동작시 P0/N-/P-well Junction에서 N-(143)에 + 전압이 인가되고 P0(145) 및 P-well(141)에는 Ground 전압이 인가되므로 일정전압 이상에서는 P0/N-/P-well Double Junction이 BJT 구조에서와 같이 Pinch-Off가 발생하게 된다. 이를 Pinning Voltage라고 부른다. 따라서 Tx(121) 양단의 Source/Drain에 전압차가 발생하게 되어 Tx On/Off 동작 시 포토차지가 N-well에서 Tx를 통해 FD로 완전히 덤핑되어 Charge Sharing 현상을 방지할 수 있다.
따라서 종래기술과 같이 단순히 포토다이오드가 N+ Junction으로 연결된 경우와 달리, 실시예에 의하면 새츄레이션(Saturation) 저하 및 감도 하락 등의 문제를 피할 수 있다.
다음으로, 실시예에 의하면 포토다이오드와 리드아웃서킷 사이에 제1 도전형 연결영역(147)을 형성하여 포토차지(Photo Charge)의 원할한 이동통로를 만들어 줌으로써 암전류소스를 최소화하고, 새츄레이션(Saturation) 저하 및 감도의 하락을 방지할 수 있다.
이를 위해, 제1 실시예는 P0/N-/P- 졍션(140)의 표면에 오미컨택(Ohmic Contact)을 위한 제1 도전형 연결영역(147)으로서 n+ 도핑영역을 형성할 수 있다. 상기 N+ 영역(147)은 상기 P0(145)를 관통하여 N-(143)에 접촉하도록 형성할 수 있다.
한편, 이러한 제1 도전형 연결영역(147)이 리키지 소스(Leakage Source)가 되는 것을 최소화하기 위해 제1 도전형 연결영역(147)의 폭을 최소화할 수 있다. 이를 위해, 실시예는 제1 메탈컨택(151a) 에치(Etch) 후 플러그 임플란트(Plug Implant)를 진행할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 다른 예로 이온주입패턴(미도시)을 형성하고 이를 이온주입마스크로 하여 제1 도전형 연결영역(147)을 형성할 수도 있다.
즉, 제1 실시예와 같이 컨택(Contact) 형성 부에만 국부적으로 N+ Doping을 한 이유는 다크시그널(Dark Signal)을 최소화하면서 오믹컨택(Ohmic Contact) 형성을 원활히 해 주기 위함이다. 종래기술과 같이, Tx Source 부 전체를 N+ Doping 할 경우 기판표면 댕글링본드(Si Surface Dangling Bond)에 의해 Dark Signal이 증가할 수 있다.
그 다음으로, 상기 제1 기판(100) 상에 제1 층간절연층(160)을 형성하고, 배선(150)을 형성할 수 있다. 상기 배선(150)은 제1 메탈컨택(151a), 제1 메탈(151), 제2 메탈(152), 제3 메탈(153) 및 제4 메탈컨택(154a)을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이후, 상기 제1 층간절연층(160) 상에 제2 층간절연층(162)을 형성할 수 있다.
다음으로, 도 4와 같이 상기 제2 층간절연층(162) 상에 이미지감지부(210)를 형성한다. 예를 들어, 상기 이미지감지부(210)는 결정형 반도체층에 형성된 포토다이오드일 수 있으나 이에 한정되는 것이 아니며 비정질 포토다이오드일수도 있다. 예를 들어, 상기 이미지감지부(210)는 결정형 반도체층에 N+층, N-층, P+층을 포함하는 포토다이오드일 수 있다.
상기 이미지감지부(210)는 상기 제2 층간절연층(162)과 접촉하도록 본딩 후에 이미지감지부를 남기고 나머지 결정형 반도체층은 제거된다.
이후, 상기 이미지감지부(210) 상에 하드마스크(220)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 산화막으로 하드마스크(220)를 형성할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 도 5와 같이 컨택플러그 형성을 위한 제1 감광막 패턴(310)을 형성하고, 상기 하드마스크(220)를 일부 식각할 수 있다.
다음으로, 도 6과 같이 상기 이미지감지부를 관통하는 제1 트렌치(T1)를 형성한다. 예를 들어, 상기 제1 감광막 패턴(310) 또는 상기 하드마스크(220)를 식각마스크로 하여 이미지감지부(210) 및 제2 층간절연층(162)을 식각하여 상기 배선(150)의 상측을 노출하는 제1 트렌치(T1)를 형성할 수 있다.
이후, 도 7과 같이 상기 제1 트렌치(T1) 측벽에 제1 레이저 어닐링(1 LA)을 진행할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 레이저 어닐링(1 LA)은 600mJ/cm2~1200mJ/cm2의 에너지로 진행할 수 있다.
실시예에 따르면, 결정의 연속성이 깨진 컨택플러그를 위한 이미지감지부 식각표면에 국부적으로 레이저어닐링을 진행함으로써 댕글링본드를 제거하여 암전의 발생을 방지할 수 있다.
다음으로, 도 8과 같이 상기 제1 레이저 어닐링된 제1 트렌치(T1)에 컨택플러그(230)를 형성한다. 예를 들어, 제1 트렌치(T1)를 메우는 금속층(미도시)을 형성한 후 전면식각 또는 에치백 등에 의해 숏트가 되지 않도록 이미지감지부의 P+ 층 영역의 금속층을 제거하여 컨택플러그를 형성할 수 있다.
다음으로, 도 9와 같이 상기 컨택플러그(230) 형성공정 후에, 상기 제1 트렌치(T1) 측벽에 제2 레이저 어닐링(2 LA)을 진행하는 단계를 더 포함할 수 있다. 실시예에 따르면, 결정의 연속성이 깨진 컨택플러그를 위한 이미지감지부 식각표면에 국부적으로 레이저어닐링을 진행함으로써 댕글링본드를 제거하여 암전의 발생을 방지할 수 있다.
다음으로, 도 10과 같이 상기 제1 트렌치(T1)를 메우는 제1 절연층(240)을 상기 컨택플러그(230) 상에 형성할 수 있다. 이후, 제2 감광막 패턴(320)을 식각마스크로 하여 픽셀경계의 제1 절연층(240)을 일부 제거할 수 있다.
다음으로, 도 11과 같이 상기 제2 감광막 패턴(320)을 식각마스크로 하여 상기 이미지감지부의 픽셀 경계에 제2 트렌치(T2)를 형성할 수 있다.
다음으로, 도 12와 같이 상기 제2 트렌치(T2)의 측벽에 대해 제3 레이저 어닐링(3 LA)을 진행할 수 있다. 상기 제3 레이저 어닐링(3 LA)은 600mJ/cm2~1200mJ/cm2의 에너지로 진행할 수 있다. 실시예에 따르면, 결정의 연속성이 깨진 컨택플러그를 위한 이미지감지부 픽셀경계에 국부적으로 레이저어닐링을 진행함으로써 댕글링본드를 제거하여 암전의 발생을 방지할 수 있다.
실시예는 상기 제2 트렌치(T2) 측벽에 제2 도전형 이온주입영역(미도시)을 형성하는 단계를 더 진행할 수 있다. 예를 들어, 제2 트렌치(T2) 측벽에 고농도(5E12/cm2~5E14/cm2)의 P+ 이온주입영역을 형성할 수 있다. 또한, 예를 들어 제2 도전형 이온주입영역은 B 또는 BF2 사용할 수 있다.
한편, 실시예는 상기 제2 트렌치(T2) 측벽에 제2 도전형 이온주입영역을 형성하기 전에, 상기 제2 트렌치(T2) 측벽에 표면격자를 손상시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 이미지감지부의 정전용량의 확보를 위해 제2 도전형 이온주입영역이 얇게 형성될 수 있다. 이를 위해 상기 제2 도전형 이온주입영역의 이온 주입 전에 GeF2를 이온주입하여 표면의 격자를 손상시킨 후 B또는 BF2를 이온 주입할 수 있다. 여기서 발생된 격자손상은 레이저 어닐링으로 다시 결정의 회복이 이루어진다.
이후, 상기 제2 트렌치(T2)의 제2 도전형 이온주입영역에 대해 제3 레이저 어닐링을 진행할 수 있다. 예를 들어, 상기 레이저 어닐링은 600mJ/cm2~1200mJ/cm2 의 에너지로 진행하여 제2 도전형 이온주입영역을 활성화시킬 수 있다.
실시예에 의하면, 결정의 연속성이 깨진 이미지감지부의 픽셀경계의 계면에 p+층을 얇게 형성하고 이를 활성화시키기 위하여 국부적으로 레이저어닐링을 진행함으로써 픽셀 경계의 댕글링본드를 제거하여 픽셀경계에서의 암전의 발생을 방지할 수 있다.
다음으로, 도 13과 같이 상기 제3 레이저 어닐링된 제2 트렌치(T2)에 소자분리영역(250)을 형성한다. 이후, 상부 그라운드를 형성하기 위한 콘택 형성공정과 전도체를 증착하고 이를 패터닝하여 그라운드를 연결하는 공정 등을 진행할 수 있다.
(제2 실시예)
도 14은 제2 실시예에 따른 이미지센서의 단면도로서, 배선(150)이 형성된 제1 기판에 대한 상세도이다.
제2 실시예에 따른 이미지센서는 제1 기판(100)에 형성된 리드아웃 회로(Readout Circuitry)(120); 상기 제1 기판(100)에 형성된 제1 층간절연층(160); 상기 제1 층간절연층(160)상 상기 리드아웃 회로(120)와 전기적으로 연결되어 형성된 배선(150); 상기 제1 층간절연층(160) 상에 형성된 제2 층간절연층(162); 제1 레이저 어닐링된 제1 트렌치(T1)를 포함하며, 상기 제2 층간절연층(162) 상에 형성된 이미지감지부(Image Sensing Device)(210); 및 상기 제1 레이저 어닐링된 제1 트렌치(T1)와 상기 제2 층간절연층(162)을 관통하여 형성되며 상기 이미지감지부(210)와 상기 배선(150)을 전기적으로 연결하는 컨택플러그(230);를 포함할 수 있다.
제2 실시예는 상기 제1 실시예의 기술적인 특징을 채용할 수 있다.
예를 들어, 제2 실시예에 의하면 결정의 연속성이 깨진 이미지감지부의 픽셀경계 또는 컨택플러그를 위한 식각표면에 국부적으로 레이저어닐링을 진행함으로써 댕글링본드를 제거하여 암전의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 제2 실시예에 의하면 결정의 연속성이 깨진 이미지감지부의 픽셀경계의 계면에 p+층을 얇게 형성하고 이를 활성화시키기 위하여 국부적으로 레이저어닐링을 진행함으로써 픽셀 경계의 댕글링본드를 제거하여 픽셀경계에서의 암전의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 제2 실시예에 의하면 트랜스퍼 트랜지스터(Tx) 양단의 소스/드레인 간에 전압차(Potential Difference)가 있도록 소자 설계하여 포토차지(Photo Charge)의 완전한 덤핑(Fully Dumping)이 가능해질 수 있다.
또한, 제2 실시예에 의하면 포토다이오드와 리드아웃서킷 사이에 전하 연결영역을 형성하여 포토차지(Photo Charge)의 원할한 이동통로를 만들어 줌으로써 암전류소스를 최소화하고, 새츄레이션(Saturation) 및 감도의 하락을 방지할 수 있다.
한편, 제2 실시예는 제1 실시예와 달리 전기접합영역(140)의 일측에 제1 도전형 연결영역(148)이 형성된 예이다.
실시예에 의하면 P0/N-/P- Junction(140)에 Ohmic Contact을 위한 N+ 연결영역(148)을 형성할 수 있는데, 이때 N+ 연결영역(148) 및 M1C Contact(151a) 형성공 정에서 리키지소스(Leakage Source)가 발생할 수 있다. 왜냐하면, P0/N-/P- Junction(140)에 Reverse Bias가 인가된 채로 동작하므로 기판 표면(Si Surface)에 전기장(EF)이 발생할 수 있다. 이러한 전기장 내부에서 Contact 형성 공정 중에 발생하는 결정결함은 리키지소스가 된다.
또한, 실시예에 의하면 N+ 연결영역(148)을 P0/N-/P- Junction(140) 표면에 형성시킬 경우 N+/P0 Junction(148/145)에 의한 E-Field가 추가되므로 이 역시 Leakage Source가 될 수 있다.
따라서, 제2 실시예는 P0 층으로 도핑(Doping)되지 않고 N+ 연결영역(148)으로 이루어진 Active 영역에 제1 컨택플러그(151a)를 형성하고, 이를 N- Junction(143)과 연결시키는 Layout을 제시한다.
제2 실시예에 의하면 Si 표면의 E-Field가 발생하지 않게 되고 이는 3차원 집적(3-D Integrated) CIS의 암전류(Dark Current) 감소에 기여할 수 있다.
본 발명은 기재된 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 청구항의 권리범위에 속하는 범위 안에서 다양한 다른 실시예가 가능하다.
도 1은 제1 실시예에 따른 이미지센서의 단면도.
도 2 내지 도 13은 제1 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법의 공정단면도.
도 14는 제2 실시예에 따른 이미지센서의 단면도.

Claims (20)

  1. 제1 기판에 형성된 리드아웃 회로(Readout Circuitry);
    상기 제1 기판에 상기 리드아웃 회로와 전기적으로 연결되어 형성된 전기접합영역;
    상기 제1 기판에 형성된 제1 층간절연층;
    상기 제1 층간절연층에 상기 리드아웃 회로와 전기적으로 연결되어 형성된 배선;
    상기 전기접합영역과 상기 배선 사이에 형성된 제1 도전형 연결영역;
    상기 제1 층간절연층 상에 형성된 제2 층간절연층;
    제1 레이저 어닐링된 제1 트렌치를 포함하며, 상기 제2 층간절연층 상에 형성된 이미지감지부(Image Sensing Device); 및
    상기 제1 레이저 어닐링된 제1 트렌치와 상기 제2 층간절연층을 관통하여 형성되며 상기 이미지감지부와 상기 배선을 전기적으로 연결하는 컨택플러그;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 이미지감지부의 픽셀 경계에 형성된 제2 트렌치;
    상기 제2 트렌치 측벽에 제3 레이저 어닐링된 제2 도전형 이온주입영역; 및
    상기 제2 트렌치에 형성된 소자분리영역;을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서.
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 전기접합영역은
    상기 제1 기판에 형성된 제1 도전형 이온주입영역; 및
    상기 제1 도전형 이온주입영역 상에 형성된 제2 도전형 이온주입영역;을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 리드아웃회로는 트랜지스터를 포함하고,
    상기 트랜지스터 양측의 소스 및 드레인의 전압차(Potential Difference)가 있는 것을 특징으로 하는 이미지센서.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 전기접합영역은
    PN 졍션(junction)인 것을 특징으로 하는 이미지센서.
  7. 삭제
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 도전형 연결영역은
    상기 전기접합영역 상부에 상기 배선과 전기적으로 연결되어 형성된 제1 도전형 연결영역인 것을 특징으로 하는 이미지센서.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 도전형 연결영역은
    상기 전기접합영역 일측에 상기 배선과 전기적으로 연결되어 형성된 제1 도전형 연결영역인 것을 특징으로 하는 이미지센서.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 전기전합영역은
    PNP 졍선인 것을 특징으로 하는 이미지센서.
  11. 제1 기판에 리드아웃 회로(Readout Circuitry)를 형성하는 단계;
    상기 제1 기판에 제1 층간절연층을 형성하는 단계;
    상기 제1 층간절연층에 상기 리드아웃 회로와 전기적으로 연결되는 배선을 형성하는 단계;
    상기 배선 상에 제2 층간절연층을 형성하는 단계;
    상기 제2 층간절연층 상에 이미지감지부(Image Sensing Device)를 형성하는 단계;
    상기 이미지감지부를 관통하는 제1 트렌치를 형성하는 단계:
    상기 제1 트렌치 측벽에 제1 레이저 어닐링을 진행하는 단계;
    상기 제1 레이저 어닐링된 제1 트렌치에 컨택플러그를 형성하는 단계; 및
    상기 제1 트렌치를 메우는 제1 절연층을 상기 컨택플러그 상에 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 컨택플러그 형성공정 후에,
    상기 제1 트렌치 측벽에 제2 레이저 어닐링을 진행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 이미지감지부를 형성하는 단계 후에,
    상기 이미지감지부의 픽셀 경계에 제2 트렌치를 형성하는 단계;
    상기 제2 트렌치의 측벽에 대해 제3 레이저 어닐링을 진행하는 단계; 및
    상기 제3 레이저 어닐링된 트렌치에 소자분리영역을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제2 트렌치를 형성하는 단계 후에,
    상기 제2 트렌치 측벽에 제2 도전형 이온주입영역을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 픽셀 경계에 제2 트렌치를 형성하는 단계 후에,
    상기 제2 트렌치 측벽에 표면격자를 손상시키는 단계를 더 포함한 후 상기 제2 도전형 이온주입영역을 형성하는 단계를 진행하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
  16. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 기판에 상기 리드아웃 회로와 전기적으로 연결되는 전기접합영역을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 리드아웃회로는 트랜지스터를 포함하고,
    상기 트랜지스터 양측의 소스 및 드레인의 전압차(Potential Difference)가 있는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
  18. 제16 항에 있어서,
    상기 전기접합영역과 상기 배선 사이에 제1 도전형 연결영역을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 제1 도전형 연결영역은
    상기 전기접합영역 상부에 상기 배선과 전기적으로 연결되어 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
  20. 제18 항에 있어서,
    상기 제1 도전형 연결영역은
    상기 전기접합영역 일측에 상기 배선과 전기적으로 연결되어 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
KR1020080100579A 2008-07-29 2008-10-14 이미지센서 및 그 제조방법 KR101033362B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080100579A KR101033362B1 (ko) 2008-10-14 2008-10-14 이미지센서 및 그 제조방법
US12/511,336 US20100025687A1 (en) 2008-07-29 2009-07-29 Image sensor and method for manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080100579A KR101033362B1 (ko) 2008-10-14 2008-10-14 이미지센서 및 그 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100041412A KR20100041412A (ko) 2010-04-22
KR101033362B1 true KR101033362B1 (ko) 2011-05-09

Family

ID=42217160

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080100579A KR101033362B1 (ko) 2008-07-29 2008-10-14 이미지센서 및 그 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101033362B1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100421294B1 (ko) * 2001-12-22 2004-03-09 동부전자 주식회사 반도체소자의 제조방법
KR100528798B1 (ko) * 2004-04-19 2005-11-15 주식회사 하이닉스반도체 낸드 플래시 메모리 소자의 소자 분리막 형성 방법
KR20050117674A (ko) * 2004-06-11 2005-12-15 이상윤 3차원 구조의 영상센서와 그 제작방법
KR20060120260A (ko) * 2006-08-25 2006-11-24 에스.오.아이. 테크 실리콘 온 인슐레이터 테크놀로지스 광검출장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100421294B1 (ko) * 2001-12-22 2004-03-09 동부전자 주식회사 반도체소자의 제조방법
KR100528798B1 (ko) * 2004-04-19 2005-11-15 주식회사 하이닉스반도체 낸드 플래시 메모리 소자의 소자 분리막 형성 방법
KR20050117674A (ko) * 2004-06-11 2005-12-15 이상윤 3차원 구조의 영상센서와 그 제작방법
KR20060120260A (ko) * 2006-08-25 2006-11-24 에스.오.아이. 테크 실리콘 온 인슐레이터 테크놀로지스 광검출장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20100041412A (ko) 2010-04-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100997343B1 (ko) 이미지센서 및 그 제조방법
KR101024770B1 (ko) 이미지센서 및 그 제조방법
KR100922924B1 (ko) 이미지센서 및 그 제조방법
KR100898473B1 (ko) 이미지센서
KR100882979B1 (ko) 이미지센서 및 그 제조방법
KR100884903B1 (ko) 이미지 센서 및 그 제조방법
KR101046798B1 (ko) 이미지센서 및 그 제조방법
KR100997328B1 (ko) 이미지센서 및 그 제조방법
KR101024815B1 (ko) 이미지센서 및 그 제조방법
KR101033353B1 (ko) 이미지센서 및 그 제조방법
KR101087842B1 (ko) 이미지센서 및 그 제조방법
KR101087933B1 (ko) 이미지센서 및 그 제조방법
KR101053773B1 (ko) 이미지센서 및 그 제조방법
KR20100069940A (ko) 이미지센서 및 그 제조방법
KR101135791B1 (ko) 이미지센서 및 그 제조방법
KR101124857B1 (ko) 이미지센서 및 그 제조방법
US20100025687A1 (en) Image sensor and method for manufacturing the same
KR101033362B1 (ko) 이미지센서 및 그 제조방법
KR101002104B1 (ko) 이미지센서 및 그 제조방법
KR101024774B1 (ko) 이미지센서의 제조방법
KR20100077564A (ko) 이미지센서 및 그 제조방법
KR101063728B1 (ko) 이미지센서 및 그 제조방법
KR101038886B1 (ko) 이미지센서 및 그 제조방법
KR101016505B1 (ko) 이미지센서 및 그 제조방법
KR100898472B1 (ko) 이미지센서의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee