KR101106310B1 - Cmos image sensor having gate metal contact in active region - Google Patents

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Abstract

본 발명은 드라이브 트랜지스터 및 셀렉트 트랜지스터의 게이트전극의 메탈 콘택을 액티브 영역 상에서 이루도록 함으로써, 수광 영역의 면적을 증가시킬 수 있는 CMOS 이미지센서를 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은, 포토다이오드; 상기 포토다이오드로부터 확장되어 배치된 액티브 영역; 및 상기 액티브 영역을 따라 차례로 배치된 리셋 트랜지스터와 드라이브 트랜지스터와 셀렉트 트랜지스터를 구비하며, 상기 드라이브 트랜지스터와 상기 셀렉트 트랜지스터의 게이트전극에 대한 메탈 콘택이 상기 액티브 영역에서 형성된 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서를 제공한다.The present invention is to provide a CMOS image sensor that can increase the area of the light receiving area by making a metal contact of the gate electrode of the drive transistor and the select transistor on the active region, the present invention comprises: a photodiode; An active region extending from the photodiode; And a reset transistor, a drive transistor, and a select transistor sequentially disposed along the active region, wherein metal contacts to the gate electrode of the drive transistor and the select transistor are formed in the active region. do.

CMOS 이미지센서, 게이트 전극, 메탈 콘택, 액티브 영역, 드라이브 트랜지스터, 셀렉트 트랜지스터. CMOS image sensor, gate electrode, metal contact, active region, drive transistor, select transistor.

Description

액티브 영역에서 게이트 메탈 콘택을 갖는 CMOS 이미지센서{CMOS IMAGE SENSOR HAVING GATE METAL CONTACT IN ACTIVE REGION}CMOS image sensor with gate metal contact in the active region {CMOS IMAGE SENSOR HAVING GATE METAL CONTACT IN ACTIVE REGION}

도 1은 하나의 포토다이오드와 4개의 트랜지스터를 갖는 종래기술에 따른 CMOS 이미지센서의 단위화소를 도시한 평면도.1 is a plan view showing a unit pixel of a conventional CMOS image sensor having one photodiode and four transistors.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 CMOS 이미지센서의 단위화소를 도시한 평면도.2 is a plan view illustrating unit pixels of a CMOS image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

PD : 포토다이오드 Tx : 트랜스퍼 트랜지스터PD: Photodiode Tx: Transfer Transistor

Rx : 리셋 트랜지스터 Dx : 드라이브 트랜지스터Rx: Reset Transistor Dx: Drive Transistor

Sx : 셀렉트 트랜지스터 M1 : 제1메탈라인Sx: Select transistor M1: First metal line

Vdd : 전원전압용 메탈라인 Vout : 출력용 메탈라인Vdd: Metal line for power supply voltage Vout: Metal line for output

본 발명은 CMOS 이미지센서의 제조 방법에 관한 것으로 특히, 집적도가 증가하더라도 수광 영역의 면적을 증가시킬 수 있는 CMOS 이미지센서의 메탈 콘택 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a CMOS image sensor, and more particularly, to a metal contact structure of a CMOS image sensor that can increase the area of a light receiving area even if the degree of integration is increased.

이미지센서는 광학 영상(Optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자이다. 이 중에서 전하결합소자(CCD : Charge Coupled Device)는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 캐패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 소자이다.The image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal. Among them, a charge coupled device (CCD) is a device in which charge carriers are stored and transported in capacitors while individual MOS (Metal-Oxide-Silicon) capacitors are located in close proximity to each other.

반면, CMOS(Complementary MOS; 이하 CMOS) 이미지센서는 제어회로(Control circuit) 및 신호처리회로(Signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하며, 화소 수 만큼 MOS 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(Output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.On the other hand, CMOS (Complementary MOS) image sensors use CMOS technology that uses a control circuit and a signal processing circuit as peripheral circuits. It is a device that adopts a switching system that sequentially detects output.

CMOS 이미지센서의 단위 픽셀은 3개 또는 4개의 트랜지스터와 1개의 포토다이오드를 구비한다. 예컨대, 하나의 단위화소에 4개의 트랜지스터를 포함하는 CMOS 이미지센서는 포토다이오드와, 트랜스퍼 트랜지스터와, 리셋 트랜지스터와, 드라이브 트랜지스터 및 셀렉트 트랜지스터로 이루어진다.The unit pixel of a CMOS image sensor includes three or four transistors and one photodiode. For example, a CMOS image sensor including four transistors in one unit pixel includes a photodiode, a transfer transistor, a reset transistor, a drive transistor, and a select transistor.

도 1은 하나의 포토다이오드와 4개의 트랜지스터를 갖는 종래기술에 따른 CMOS 이미지센서의 단위화소를 도시한 평면도이다.1 is a plan view showing a unit pixel of a CMOS image sensor according to the related art having one photodiode and four transistors.

도 1을 참조하면, 정방정 형태의 포토다이오드(PD)가 배치되어 있으며, 포토다이오드로부터 연장된 액티브 영역이 상측과 좌측으로 연장된 후 다시 하측으로 꺾여 전체가 하나의 정방정 형태를 이루고 있다.Referring to FIG. 1, a tetragonal photodiode PD is disposed, and an active region extending from the photodiode extends to the upper side and the left side and is bent downward to form a whole tetragonal form.

포토다이오드(PD)로부터 액티브 영역을 따라 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)와 리셋 트랜지스터(Rx)와 드라이브 트랜지스터(Dx)와 셀렉트 트랜지스터(Sx)가 차례로 배치되어 있다.The transfer transistor Tx, the reset transistor Rx, the drive transistor Dx, and the select transistor Sx are sequentially arranged along the active region from the photodiode PD.

트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 드레인단과 리셋 트랜지스터(Rx)의 소스단 및 드라이브 트랜지스터(Dx)의 게이트단은 제1메탈라인(M1)을 통해 상호 접속된다.The drain terminal of the transfer transistor Tx, the source terminal of the reset transistor Rx, and the gate terminal of the drive transistor Dx are connected to each other through the first metal line M1.

도면에 도시되지는 않았지만, 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 소스단은 출력용 메탈라인(Vout)과 접속된다.Although not shown, the source terminal of the select transistor Sx is connected to the output metal line Vout.

도 1에 도시된 바와 같이 4개의 트랜지스터들은 모두 단위화소 내에 위치하므로 이들 트랜지스터가 차지하는 면적이 감소할수록 수광 영역은 증가할 것이다.As shown in FIG. 1, since all four transistors are located in a unit pixel, the light receiving area will increase as the area occupied by these transistors decreases.

트랜지스터의 게이트전극 물질로는 폴리실리콘을 사용하며, 게이트전극에 제어신호를 인가하기 위해서는 제어라인과 게이트전극이 접속되어야 하며, 이는 메탈 콘택을 통해 이루어진다.Polysilicon is used as the gate electrode material of the transistor, and in order to apply a control signal to the gate electrode, the control line and the gate electrode must be connected, which is made through a metal contact.

도 1에 도시된 바와 같이, 액티브 영역 상에서 실제 동작이 이루어지는 드라이브 트랜지스터(Dx) 및 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 게이트전극 상으로는 메탈 콘택 형성을 위한 콘택홀 형성 공정을 실시하지 못한다.As shown in FIG. 1, a contact hole forming process for forming a metal contact may not be performed on the gate electrodes of the drive transistors Dx and the select transistor Sx, which are actually operated in the active region.

이는, 액티브 영역 상에서 실제 동작이 이루어지는 게이트전극 상으로는 메탈 콘택이 이루어질 경우에는 다음과 같은 문제점이 있기 때문이다.This is because the following problems occur when the metal contact is made on the gate electrode where the actual operation is performed on the active region.

첫째, 콘택홀 형성에 따라 동작이 이루어지는 게이트전극에 가해지는 전계 분포가 달라지는 문제점이 있다.First, there is a problem in that the electric field distribution applied to the gate electrode in which the operation is performed depends on the formation of the contact hole.

둘째, 미스 얼라인에 의해 콘택홀이 액티브 영역까지 연결될 경우 단락이 발 생하는 문제점이 있다.Second, there is a problem that a short circuit occurs when the contact hole is connected to the active area by the misalignment.

셋째, 실제 게이트전극의 콘택 사이즈가 콘택홀의 사이즈 보다 작아서 고려하지 않은 문제점이 있다.Third, there is a problem in that the contact size of the actual gate electrode is smaller than the size of the contact hole and not considered.

이렇듯, 드라이브 트랜지스터(Dx) 및 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 게이트전극의 메탈 콘택을 의무적으로 필드 영역 상부에서만 실시하여야 하므로, 집적도를 높이기에 가장 적합한 레이아웃을 적용하는 것이 불가능하므로, 트랜지스터의 불필요한 면적 증가를 초래하며, 이는 결국 수광 영역을 감소시켜 필팩터(Fill factor)를 줄이게 된다.As such, since the metal contacts of the gate electrodes of the drive transistors Dx and the select transistor Sx must be made only in the upper part of the field region, it is impossible to apply a layout that is most suitable for increasing the degree of integration. This, in turn, reduces the light receiving area, which in turn reduces the fill factor.

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 본 발명은, 드라이브 트랜지스터 및 셀렉트 트랜지스터의 게이트전극의 메탈 콘택을 액티브 영역 상에서 이루도록 함으로써, 수광 영역의 면적을 증가시킬 수 있는 CMOS 이미지센서를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention proposed to solve the problems of the prior art as described above, by providing a metal contact of the gate electrode of the drive transistor and the select transistor in the active region, to provide a CMOS image sensor that can increase the area of the light receiving region. The purpose is.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 포토다이오드; 상기 포토다이오드로부터 확장되어 배치된 액티브 영역; 및 상기 액티브 영역을 따라 차례로 배치된 리셋 트랜지스터와 드라이브 트랜지스터와 셀렉트 트랜지스터를 구비하며, 상기 드라이브 트랜지스터와 상기 셀렉트 트랜지스터의 게이트전극에 대한 메탈 콘택이 상 기 액티브 영역에서 형성된 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서를 제공한다.The present invention, in order to achieve the above object; An active region extending from the photodiode; And a reset transistor, a drive transistor, and a select transistor sequentially disposed along the active region, wherein metal contacts to the gate electrode of the drive transistor and the select transistor are formed in the active region. to provide.

본 발명은 CMOS 이미지센서의 단위화소를 이루는 셀렉트 트랜지스터와 드라이브 트랜지스터의 게이트 메탈 콘택을 필드 영역에서 따로 뽑지 않고 액티브 영역에서 바로 뽑아 냄으로써 포토다이오드 영역과 액티브 영역 사이의 간격을 좁혀 남는 공간을 포토다이오드 공간으로 활용할 수 있어 필팩터를 증가시킨다. 이로 인해, 현재 0.18㎛의 디자인 룰이 적용되는 CMOS 이미지센서에서 약 12%의 필팩터 상승 효과를 기대할 수 있다.According to the present invention, the gate and metal contacts of the select transistor and the drive transistor forming the unit pixel of the CMOS image sensor are directly extracted from the active region instead of being pulled out from the field region. It can be used to increase the fill factor. As a result, about 12% fill factor increase can be expected in a CMOS image sensor to which a design rule of 0.18 μm is currently applied.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 CMOS 이미지센서의 단위화소를 도시한 평면도이다.2 is a plan view illustrating unit pixels of a CMOS image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 정방정 형태의 포토다이오드(PD)가 배치되어 있으며, 포토다이오드로부터 상측으로 연장된 액티브 영역(ACT)이 죄측으로 꺽여서 연장된 후 다시 하측으로 꺾여 연장됨으로써, 포토다이오드(PD)와 액티브 영역(ACT) 전체가 하나의 정방정 형태를 이루고 있다.Referring to FIG. 2, a tetragonal photodiode PD is disposed, and the active region ACT extending upward from the photodiode is extended to the left side and then extended downward to extend the photodiode PD. The entire PD) and the active region ACT form one tetragonal form.

포토다이오드(PD)로부터 액티브 영역(ACT)을 따라 트랜스퍼 트랜지스터(Tx) 와 리셋 트랜지스터(Rx)와 드라이브 트랜지스터(Dx)와 셀렉트 트랜지스터(Sx)가 차례로 배치되어 있다.The transfer transistor Tx, the reset transistor Rx, the drive transistor Dx, and the select transistor Sx are sequentially arranged along the active region ACT from the photodiode PD.

한편, 단위화소에 3개의 트랜지스터를 포함하는 경우에는 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)는 생략될 것이다.On the other hand, when three transistors are included in a unit pixel, the transfer transistor Tx will be omitted.

트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 드레인단과 리셋 트랜지스터(Rx)의 소스단 및 드라이브 트랜지스터(Dx)의 게이트단은 제1메탈라인(M1)을 통해 상호 접속된다.The drain terminal of the transfer transistor Tx, the source terminal of the reset transistor Rx, and the gate terminal of the drive transistor Dx are connected to each other through the first metal line M1.

도면에 도시되지는 않았지만, 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 소스단은 출력용 메탈라인(Vout)과 접속된다.Although not shown, the source terminal of the select transistor Sx is connected to the output metal line Vout.

한편, 종래의 경우 드라이브 트랜지스터(Dx)와 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 게이트 메탈 콘택이 액티브 영역(ACT)으로부터 포토다이오드(PD) 방향으로 확장된 필드 영역에서 이루어졌으나, 본 발명에서는 액티브 영역(ACT)에서 이루어지도록 하였다.Meanwhile, in the related art, although the gate metal contact of the drive transistor Dx and the select transistor Sx is made in the field region extended from the active region ACT to the photodiode PD, in the present invention, the active region ACT To be done.

한편, 현재의 게이트전극은 폴리실리콘만의 단독 구조가 아닌 폴리실리콘과 금속 또는 금속 반응물의 적층 구조이므로 폴리실리콘으로 직접 콘택이 이루어지더라도 전계에 비치는 영향이 거의 없다. 아울러, 폴리실리콘만의 단독 구조인 경우에도 적용이 가능하다.On the other hand, the current gate electrode is not a polysilicon alone structure, but a laminated structure of polysilicon and a metal or metal reactant, so even if a direct contact is made of polysilicon, there is little effect on the electric field. In addition, it is also applicable to the case of the polysilicon alone structure.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 셀렉트 트랜지스터(Sx)와 드라이브 트랜지스터(Dx)의 액티브 영역(ACT)을 디자인 룰이 허용되는 한도 내에서 최대한 포토다이오드(PD) 방향으로 당긴다. 그러면, 인접한 단위화소의 포토다이오드(PD) 영역을 'A1' 만큼 증가시킬 수 있으며, 자신의 단위화소에서도 'A2'만큼의 면적을 증가시킬 수 있다.As shown in FIG. 2, in the present invention, the active regions ACT of the select transistor Sx and the drive transistor Dx are pulled in the direction of the photodiode PD as much as possible within the allowable design rule. Then, the area of the photodiode PD of the adjacent unit pixel can be increased by 'A1', and the area of its unit pixel can be increased by 'A2'.

이는 전원전압용 메탈라인(Vdd)과 출력단용 메탈라인(Vout) 사이의 간격과 포토다이오드의 세로 방향의 길이의 곱에 해당하는 만큼의 면적 증가를 의미한다.This means an increase in the area corresponding to the product of the interval between the power voltage metal line Vdd and the output terminal metal line Vout and the length of the photodiode in the vertical direction.

전술한 바와 같이 이루어지는 본 발명은, 전계 효과가 동작점에 민감하게 작용하는 트랜지스터가 아닌 셀렉트 트랜지스터와 드라이브 트랜지스터의 경우 두꺼운 폴리실리콘의 단독 구조 또는 폴리실리콘과 금속(금속 반응물)의 적층 구조의 메탈 콘택을 필드 영역이 아닌 액티브 영역에서 이루도록 함으로써, 트랜지스터의 면적을 줄여 포토다이오드를 포함하는 수광 영역을 증가시킬 수 있음을 실시예를 통해 알아보았다.According to the present invention made as described above, in the case of a select transistor and a drive transistor which are not transistors in which the electric field effect is sensitive to an operating point, a metal contact having a single structure of thick polysilicon or a laminated structure of polysilicon and a metal (metal reactant) In the embodiment, the light receiving area including the photodiode can be increased by reducing the area of the transistor by forming the active area instead of the field area.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

예컨대, 상술한 본 발명의 실시예에서는 하나의 단위화소에 4개의 트랜지스터를 포함하는 것을 그 예로 하였으나, 이외에도 3개의 트랜지스터를 포함하는 구조 및 2개의 트랜지스터를 포함하는 구조에도 적용이 가능하다.For example, in the above-described embodiment of the present invention, four transistors are included in one unit pixel, but the present invention may be applied to a structure including three transistors and a structure including two transistors.

상술한 본 발명은, 트랜지스터의 콘택 영역이 차지하는 면적을 줄여 수광 영역의 면적을 증가시킴으로써, 광감도와 집적도를 증가시키는 효과가 있다.The present invention described above has the effect of increasing the light sensitivity and the degree of integration by reducing the area occupied by the contact region of the transistor to increase the area of the light receiving region.

Claims (3)

CMOS 이미지센서로서,As a CMOS image sensor, 포토다이오드;Photodiode; 상기 포토다이오드로부터 확장되어 배치된 액티브 영역; 및An active region extending from the photodiode; And 상기 액티브 영역을 따라 차례로 배치된 리셋 트랜지스터와 드라이브 트랜지스터와 셀렉트 트랜지스터를 구비하며,A reset transistor, a drive transistor, and a select transistor, which are sequentially disposed along the active region, 상기 드라이브 트랜지스터와 상기 셀렉트 트랜지스터의 게이트전극에 대한 메탈 콘택이 상기 액티브 영역에서 형성되는, CMOS 이미지센서.And a metal contact to the gate electrode of the drive transistor and the select transistor is formed in the active region. CMOS 이미지센서로서,As a CMOS image sensor, 포토다이오드;Photodiode; 상기 포토다이오드로부터 확장되어 배치된 액티브 영역; 및An active region extending from the photodiode; And 상기 액티브 영역을 따라 차례로 배치된 트랜스퍼 트랜지스터와 리셋 트랜지스터와 드라이브 트랜지스터와 셀렉트 트랜지스터를 구비하며,A transfer transistor, a reset transistor, a drive transistor, and a select transistor, which are sequentially disposed along the active region, 상기 드라이브 트랜지스터와 상기 셀렉트 트랜지스터의 게이트전극에 대한 메탈 콘택이 상기 액티브 영역에서 형성되는, CMOS 이미지센서.And a metal contact to the gate electrode of the drive transistor and the select transistor is formed in the active region. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 게이트전극은 폴리실리콘과 메탈을 포함하는 물질이 적층된 구조인, CMOS 이미지센서.The gate electrode has a structure in which a material containing polysilicon and a metal is stacked.
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