KR101241473B1 - Semiconductor device and method of semiconductor - Google Patents
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Abstract
반도체 소자 및 이의 제조방법이 개시된다. 반도체 소자의 제조방법은 제 1 도전형의 기판 상에 제 1 도전형의 제 1 서브 에피층을 형성하는 단계; 상기 제 1 서브 에피층에 제 1 도전형의 불순물을 주입하여, 제 1 주입 영역을 형성하는 단계; 상기 제 1 서브 에피층 상에 제 1 도전형의 제 2 서브 에피층을 형성하는 단계; 상기 제 2 서브 에피층에 제 1 도전형의 불순물을 주입하여, 제 2 주입 영역을 형성하는 단계; 및 상기 제 1 주입 영역 및 상기 제 2 주입 영역을 열처리하여, 소자분리 영역을 형성하는 단계를 포함한다.Disclosed are a semiconductor device and a method of manufacturing the same. A method of manufacturing a semiconductor device includes forming a first sub epitaxial layer of a first conductivity type on a substrate of a first conductivity type; Implanting impurities of a first conductivity type into the first sub epitaxial layer to form a first injection region; Forming a second sub epi layer of a first conductivity type on the first sub epi layer; Implanting impurities of a first conductivity type into the second sub epitaxial layer to form a second implantation region; And heat treating the first injection region and the second injection region to form an isolation region.
Description
실시예는 반도체 소자 및 반도체 소자의 제조방법에 관한 것이다.The embodiment relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device.
최근에는 차세대 이미지 센서로서 씨모스 이미지 센서가 주목을 받고 있다. 씨모스 이미지 센서는 제어회로 및 신호처리회로 등을 주변회로로 사용하는 씨모스 기술을 이용하여 단위 화소의 수량에 해당하는 모스 트랜지스터들을 반도체 기판에 형성함으로써 모스 트랜지스터들에 의해 각 단위 화소의 출력을 순차적으로 검출하는 스위칭 방식을 채용한 소자이다. 즉, 씨모스 이미지 센서는 단위 화소 내에 포토다이오드와 모스 트랜지스터를 형성시킴으로써 스위칭 방식으로 각 단위 화소의 전기적 신호를 순차적으로 검출하여 영상을 구현한다.Recently, CMOS image sensors have attracted attention as next generation image sensors. The CMOS image sensor uses CMOS technology that uses a control circuit and a signal processing circuit as a peripheral circuit to form MOS transistors corresponding to the number of unit pixels on a semiconductor substrate, thereby outputting each unit pixel by the MOS transistors. It is a device that employs a switching method that detects sequentially. That is, the CMOS image sensor implements an image by sequentially detecting an electrical signal of each unit pixel by a switching method by forming a photodiode and a MOS transistor in the unit pixel.
씨모스 이미지 센서는 씨모스 제조 기술을 이용하므로 적은 전력 소모, 적은 포토공정 스텝에 따른 단순한 제조공정 등과 같은 장점을 갖는다. 또한, 씨모스 이미지 센서는 제어회로, 신호처리회로, 아날로그/디지털 변환회로 등을 이미지 센서 칩에 집적시킬 수가 있으므로 제품의 소형화가 용이하다는 장점을 갖고 있다. 따라서, 씨모스 이미지 센서는 현재 디지털 정지 카메라(digital still camera), 디지털 비디오 카메라 등과 같은 다양한 응용 부분에 널리 사용되고 있다.CMOS image sensor has advantages such as low power consumption, simple manufacturing process according to few photo process steps because of CMOS technology. In addition, since the CMOS image sensor can integrate a control circuit, a signal processing circuit, an analog / digital conversion circuit, and the like into an image sensor chip, the CMOS image sensor has an advantage of miniaturization of a product. Therefore, CMOS image sensors are now widely used in various application areas such as digital still cameras, digital video cameras, and the like.
실시예는 높은 풀 웰 커패시터(full well capacitor) 성능을 가지고, 저조도 노이즈를 억제하는 반도체 소자 및 제조방법을 제공하고자 한다.Embodiments provide a semiconductor device and a method for manufacturing a semiconductor device having high full well capacitor performance and suppressing low illumination noise.
실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법은 제 1 도전형의 기판 상에 제 1 도전형의 제 1 서브 에피층을 형성하는 단계; 상기 제 1 서브 에피층에 제 1 도전형의 불순물을 주입하여, 제 1 주입 영역을 형성하는 단계; 상기 제 1 서브 에피층 상에 제 1 도전형의 제 2 서브 에피층을 형성하는 단계; 상기 제 2 서브 에피층에 제 1 도전형의 불순물을 주입하여, 제 2 주입 영역을 형성하는 단계; 및 상기 제 1 주입 영역 및 상기 제 2 주입 영역을 열처리하여, 소자분리 영역을 형성하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment includes forming a first sub epitaxial layer of a first conductivity type on a substrate of a first conductivity type; Implanting impurities of a first conductivity type into the first sub epitaxial layer to form a first injection region; Forming a second sub epi layer of a first conductivity type on the first sub epi layer; Implanting impurities of a first conductivity type into the second sub epitaxial layer to form a second implantation region; And heat treating the first injection region and the second injection region to form an isolation region.
실시예에 따른 반도체 소자는 제 1 도전형의 기판; 상기 제 1 도전형의 기판 상에 배치되는 제 1 도전형의 에피층; 및 상기 에피층에 형성되고, 상기 제 1 도전형의 기판에 접촉하고, 제 1 도전형의 불순물이 주입된 소자분리 영역을 포함한다.In an embodiment, a semiconductor device may include a substrate of a first conductivity type; An epitaxial layer of a first conductivity type disposed on the substrate of the first conductivity type; And an isolation region formed in the epitaxial layer, in contact with the substrate of the first conductivity type, and implanted with impurities of the first conductivity type.
실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법은 다수 개의 서브 에피층들 및 다수 개의 주입 영역들을 번갈아 형성하여, 깊이에 따라서 균일한 폭을 가지는 소자분리 영역을 형성할 수 있다.In the method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment, a plurality of sub epi layers and a plurality of injection regions may be alternately formed to form an isolation region having a uniform width according to depth.
이에 따라서, 얇은 폭을 가지는 소자분리영역에 의해서, 포토다이오드 등이 다른 반도체 소자들과 효과적으로 분리될 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법은 향상된 집적도를 가질 수 있다.Accordingly, the photodiode or the like can be effectively separated from other semiconductor devices by the device isolation region having a thin width. Therefore, the manufacturing method of the semiconductor device according to the embodiment may have an improved degree of integration.
또한, 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법은 에피층과 같은 도전형(예를 들어, 제 1 도전형)의 불순물을 사용하여, 상기 소자분리 영역을 형성한다. 이때, 스왈로우 트렌치 아이솔레이션(shallow trench isolation;STI) 구조 및 N채널 필드 스탑 이온의 주입 없이도 상기 소자분리 영역이 형성됨에 따라서, 제 1 도전형의 불순물이 포토다이오드의 제 2 도전형의 영역으로 확산되는 현상이 최대한 억제될 수 있다. 따라서, 포토다이오드 등과 같은 소자의 크기가 극대화될 수 있다.In addition, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment, the device isolation region is formed by using an impurity of a conductive type (eg, a first conductive type) such as an epitaxial layer. In this case, as the device isolation region is formed without a shallow trench isolation (STI) structure and an N-channel field stop ion implantation, impurities of a first conductivity type diffuse into a region of a second conductivity type of a photodiode. The phenomenon can be suppressed as much as possible. Therefore, the size of an element such as a photodiode can be maximized.
따라서, 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법은 포토다이오드 등의 면적을 극대화할 수 있고, 향상된 풀 웰 커패시터 성능을 가지는 반도체 소자를 제공할 수 있다.Accordingly, the method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment can maximize the area of a photodiode or the like and can provide a semiconductor device having improved full well capacitor performance.
또한, 물리적인 소자 분리 방식인 STI 공정이 아니라, 불순물 주입/확산을 통해 소자분리 영역이 형성된다. 따라서, STI 구조를 형성하기 위한 식각 공정에서 발생되는 결함이 감소될 수 있다. 이로 인하여, 실시예에 따른 반도체 소자는 저조도 노이즈를 현저히 억제할 수 있다. In addition, the device isolation region is formed through impurity implantation / diffusion, not an STI process, which is a physical device isolation method. Thus, defects generated in the etching process for forming the STI structure can be reduced. For this reason, the semiconductor device according to the embodiment can significantly suppress low illumination noise.
또한, 상기 소자분리 영역은 제 1 도전형의 기판과 직접 접촉될 수 있다. 따라서, 상기 소자분리 영역은 인접하는 픽셀로부터 유입되는 전기적 크로스토크 등과 같은 노이즈를 효과적으로 차단할 수 있다. 즉, 상기 노이즈는 상기 소자분리 영역을 통하여, 상기 반도체 기판에 흘러서 제거될 수 있다In addition, the isolation region may be in direct contact with the substrate of the first conductivity type. Therefore, the device isolation region can effectively block noise such as electrical crosstalk introduced from adjacent pixels. That is, the noise may be removed by flowing through the semiconductor substrate through the device isolation region.
도 1 내지 도 8은 제 1 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법을 도시한 단면도들이다.
도 9는 제 1 실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 회로도이다.
도 10은 제 1 실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 도면이다.
도 11 내지 도 14는 제 2 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법을 도시한 단면도들이다.1 to 8 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the image sensor according to the first embodiment.
9 is a circuit diagram showing an image sensor according to the first embodiment.
10 is a diagram illustrating an image sensor according to a first embodiment.
11 to 14 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the image sensor according to the second embodiment.
실시 예의 설명에 있어서, 각 기판, 패턴, 영역 또는 층 등이 각 기판, 패턴, 영역 또는 층 등의 "상(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 구성요소의 상 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 또한, 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.In the description of the embodiments, in the case where each substrate, pattern, region or layer is described as being formed "on" or "under" of each substrate, pattern, region or layer, "On" and "under" include both being formed "directly" or "indirectly" through other components. In addition, the upper or lower reference of each component is described with reference to the drawings. In addition, the size of each component in the drawings may be exaggerated for the sake of explanation and does not mean a size actually applied.
도 1 내지 도 8은 제 1 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법을 도시한 단면도들이다. 도 9는 제 1 실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 회로도이다. 도 10은 제 1 실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 도면이다.1 to 8 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the image sensor according to the first embodiment. 9 is a circuit diagram showing an image sensor according to the first embodiment. 10 is a diagram illustrating an image sensor according to a first embodiment.
도 1을 참조하면, 제 1 도전형의 반도체 기판(100) 상에 제 1 도전형의 제 1 서브 에피층(210)이 형성된다. 상기 반도체 기판(100)은 플레이트 형상을 가지며, 실리콘으로 이루어진다. 상기 반도체 기판(100)은 제 1 도전형의 불순물을 고농도로 포함한다. 예를 들어, 상기 반도체 기판(100)은 p형 불순물을 고농도로 포함할 수 있다. 상기 p형 불순물의 예로서는 인듐, 갈륨, 붕소 또는 알루미늄 등을 들 수 있다.Referring to FIG. 1, a first sub
상기 제 1 서브 에피층(210)은 에피텍셜 공정에 의해서 형성된다. 이에 따라서, 상기 제 1 서브 에피층(210)은 상기 반도체 기판(100)과 동일한 결정 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 서브 에피층(210)은 상기 반도체 기판(100)과 동일한 결정 구조로 실리콘이 상기 반도체 기판(100)의 상면에 성장하여 형성될 수 있다.The first sub
상기 제 1 서브 에피층(210)의 두께(T1)는 약 1.5㎛ 내지 약 2㎛일 수 있다.The thickness T1 of the first sub
상기 제 1 서브 에피층(210)은 상기 제 1 도전형의 불순물을 상기 반도체 기판(100)보다 더 낮은 농도로 포함할 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 1 서브 에피층(210)은 상기 p형 불순물을 상기 반도체 기판(100)보다 더 낮은 농도로 포함할 수 있다.The first sub
도 2를 참조하면, 상기 제 1 서브 에피층(210)에 선택적으로 제 1 도전형의 불순물이 주입되어, 제 1 주입 영역(310)이 형성된다. 상기 제 1 주입 영역(310)은 상기 제 1 서브 에피층(210)의 상부에 형성된다. 상기 제 1 주입 영역(310)은 탑측에서 보았을 때, 포토다이오드(PD)가 형성될 영역의 주위를 둘러쌀 수 있다.Referring to FIG. 2, impurities of a first conductivity type are selectively implanted into the first
도 3을 참조하면, 상기 제 1 주입 영역(310)이 형성된 후, 상기 제 1 서브 에피층(210) 상에 제 2 서브 에피층(220)이 형성된다. 상기 제 2 서브 에피층(220)은 상기 제 1 서브 에피층(210)과 동일한 농도로 에피텍셜 공정에 의해서 형성된다. 이에 따라서, 상기 제 2 서브 에피층(220)은 상기 제 1 서브 에피층(210) 및 상기 반도체 기판(100)과 동일한 결정 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 서브 에피층(220)은 상기 제 1 서브 에피층(210) 및 상기 반도체 기판(100)과 동일한 결정 구조로 실리콘이 성장하여 형성될 수 있다.Referring to FIG. 3, after the
상기 제 2 서브 에피층(220)의 두께(T2)는 약 0.5㎛ 내지 약 1.5㎛일 수 있다.The thickness T2 of the second sub
도 4를 참조하면, 상기 제 2 서브 에피층(220)에 선택적으로 제 1 도전형의 불순물이 주입되어, 제 2 주입 영역(320)이 형성도며, 상기 제 2 주입 영역(320)은 상기 제 1 주입 영역(310)과 동일한 농도로 주입되거나, 더 고농도로 주입될 수 있다. 상기 제 2 주입 영역(320)은 상기 제 1 주입 영역(310)에 대응될 수 있다. 즉, 상기 제 2 주입 영역(320)은 상기 제 1 주입 영역(310)에 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 따라서, 상기 제 2 주입 영역(320)은 탑측에서 보았을 때, 포토다이오드(PD)가 형성될 영역의 주위를 둘러쌀 수 있다.Referring to FIG. 4, impurities of a first conductivity type may be selectively injected into the second sub
도 5를 참조하면, 상기 제 2 주입 영역(320)이 형성된 후, 상기 제 2 서브 에피층(220) 상에 제 3 서브 에피층(230)이 형성된다. 상기 제 3 서브 에피층(230)은 상기 제 1 서브 에피층(210)과 동일한 농도로 에피텍셜 공정에 의해서 형성된다. 이에 따라서, 상기 제 3 서브 에피층(230)은 상기 제 2 서브 에피층(220)과 동일한 결정 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제 3 서브 에피층(230)은 상기 제 2 서브 에피층(220)과 동일한 결정 구조로 실리콘이 성장하여 형성될 수 있다.Referring to FIG. 5, after the
상기 제 3 서브 에피층(230)의 두께(T3)는 약 0.5㎛ 내지 약 1.5㎛일 수 있다.The thickness T3 of the third
도 6을 참조하면, 상기 제 3 서브 에피층(230)에 선택적으로 제 1 도전형의 불순물이 주입되어, 제 3 주입 영역(330)이 형성되며, 상기 제 3 주입 영역(330)에는 상기 제 1 주입 영역(310)과 동일한 농도 또는 더 고농도로 불순물이 주입될 수 있다. 상기 제 3 주입 영역(330)은 상기 제 2 주입 영역(320)에 대응될 수 있다. 즉, 상기 제 3 주입 영역(330)은 상기 제 2 주입 영역(320)에 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 따라서, 상기 제 3 주입 영역(330)은 탑측에서 보았을 때, 포토다이오드(PD)가 형성될 영역의 주위를 둘러쌀 수 있다.Referring to FIG. 6, impurities of the first conductivity type are selectively implanted into the third
상기 제 3 주입 영역(330)은 상기 제 3 서브 에피층(230)의 중간 부분에 형성될 수 있다.The
이와 같이, 본 실시예에서는 상기 제 1 서브 에피층(210), 상기 제 2 서브 에피층(220), 상기 제 3 서브 에피층(230), 상기 제 1 주입 영역(310), 상기 제 2 주입 영역(320) 및 상기 제 3 주입 영역(330)이 형성되는 것으로 기술하였다. 하지만, 이에 한정되지 않고, 상기 제 3 서브 에피층(230) 위에 하나 이상의 서브 에피층들 및 주입 영역들이 더 형성될 수 있다. 예를 들어, 서브 에피층들(210, 220, 230...)의 개수는 3개 내지 10개 일 수 있고, 각각의 에피층(210, 220, 230...)에 주입 영역들(310, 320, 330...)이 각각 형성될 수 있다.As described above, in the present exemplary embodiment, the first
도 7을 참조하면, 상기 서브 에피층들(210, 220, 230...)은 하나의 에피층(200)을 형성한다. 상기 에피층(200)이 형성된 후, 상기 주입 영역들(310, 320, 330...)은 열처리된다. 예를 들어, 상기 에피층(200)이 형성된 반도체 기판(100)은 약 600℃ 내지 약 850℃의 온도로 약 30초 내지 10분 동안 열처리될 수 있다.Referring to FIG. 7, the sub epi layers 210, 220, 230... Form one
이에 따라서, 상기 주입 영역들(310, 320, 330...)에 주입된 제 2 도전형 불순물들은 확산된다. 이에 따라서, 상기 에피층(200)에 소자분리 영역(300)이 형성된다. 상기 소자분리 영역(300)에 의해서 소자 영역(DR)이 정의된다. 상기 소자분리 영역(300)은 상기 소자 영역(DR)의 주위를 둘러싼다.Accordingly, the second conductivity type impurities implanted into the
즉, 상기 열처리 공정에 의해서, 상기 주입 영역들(310, 320, 330...)은 확장되고, 서로 중첩되어, 상기 소자분리 영역(300)이 형성된다.That is, by the heat treatment process, the
이와 같이, 상기 서브 에피층들(210, 220, 230...) 및 상기 주입 영역들(310, 320, 330...)은 서로 교대로 형성된다. 이에 따라서, 상기 소자분리 영역(300)은 상기 에피층(200)에 원하는 깊이로 형성될 수 있다.As such, the sub epi layers 210, 220, 230... And the
도 8을 참조하면, 상기 소자분리 영역(300)에 제 1 도전형 불순물 및 제 2 도전형 불순물이 서로 다른 깊이로 주입되어 포토다이오드(PD)가 형성된다. 상기 제 1 도전형 불순물은 상기 에피층(200)에 얕은 깊이로 주입되고, 상기 제 2 도전형 불순물은 상기 에피층(200)에 깊은 깊이로 형성된다.Referring to FIG. 8, a first conductive impurity and a second conductive impurity are implanted into the
즉, 상기 포토다이오드(PD)는 제 1 도전형의 영역(410) 및 제 2 도전형의 영역(420)을 포함한다. 상기 제 1 도전형의 영역(410)은 상기 에피층(200)의 상면에 인접하여 배치되고, 상기 제 2 도전형의 영역(420)은 상기 제 1 도전형의 영역(410) 아래에 배치된다.That is, the photodiode PD includes a first
상기 에피층(200) 상에는 다수 개의 절연층 및 금속 배선들이 더 형성될 수 있다. 또한, 실시예에 따른 이미지 센서는 상기 포토다이오드(PD) 이외에 다수 개의 트랜지스터들을 더 포함할 수 있다.A plurality of insulating layers and metal wires may be further formed on the
예를 들어, 도 9을 참조하면, 실시예에 따른 이미지 센서는 하나의 화소(Pixel, P)를 구성하도록, 상기 포토다이오드(PD) 및 상기 포토다이오드(PD)에 저장된 전하들의 전송 및/또는 출력 등을 제어하는 트랜스퍼 트랜지스터(Tx), 리셋 트랜지스터(Rx), 셀렉트 트랜지스터(Sx) 및 억세스 트랜지스터(Ax)를 포함할 수 있다.For example, referring to FIG. 9, the image sensor according to the embodiment may transfer and / or transfer charges stored in the photodiode PD and the photodiode PD to configure one pixel Pi and P. FIG. It may include a transfer transistor Tx, a reset transistor Rx, a select transistor Sx, and an access transistor Ax that controls an output or the like.
상기 포토다이오드(PD)에는 상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx) 및 상기 리셋 트랜지스터(Rx)가 직렬로 접속된다. 상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 소오스는 상기 포토다이오드(PD)와 접속하고, 상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 드레인(430)은 상기 리셋 트랜지스터(Sx)의 소오스와 접속한다. 상기 리셋 트랜지스터(Sx)의 드레인(430)에는 전원 전압(Vdd)이 인가된다.The transfer transistor Tx and the reset transistor Rx are connected in series to the photodiode PD. The source of the transfer transistor Tx is connected to the photodiode PD, and the drain 430 of the transfer transistor Tx is connected to the source of the reset transistor Sx. A power supply voltage Vdd is applied to the drain 430 of the reset transistor Sx.
상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 드레인(430)은 부유 확산층(FD, floating diffusion) 역할을 한다. 상기 부유 확산층(FD)은 상기 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 게이트에 접속된다. 상기 셀렉트 트랜지스터(Sx) 및 상기 억세스 트랜지스터(Ax)는 직렬로 접속된다. 즉, 상기 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 소오스와 상기 억세스 트랜지스터(Ax)의 드레인(430)은 서로 접속한다. 상기 억세스 트랜지스터(Ax)의 드레인(430) 및 상기 리셋 트랜지스터(Rx)의 소오스에는 상기 전원 전압(Vdd)이 인가된다. 상기 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 드레인(430)은 출력단(Out)에 해당하고, 상기 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 게이트에는 선택 신호(Row)가 인가된다.The drain 430 of the transfer transistor Tx serves as a floating diffusion (FD). The floating diffusion layer FD is connected to the gate of the select transistor Sx. The select transistor Sx and the access transistor Ax are connected in series. That is, the source of the select transistor Sx and the drain 430 of the access transistor Ax are connected to each other. The power supply voltage Vdd is applied to the drain 430 of the access transistor Ax and the source of the reset transistor Rx. The drain 430 of the select transistor Sx corresponds to an output terminal Out, and a select signal Row is applied to a gate of the select transistor Sx.
상술한 구조의 이미지 센서의 화소(P)의 동작을 간략히 설명한다. 먼저, 상기 리셋 트랜지스터(Rx)를 턴 온(turn on)시켜 상기 부유 확산층(FD)의 전위를 상기 전원 전압(Vdd)과 동일하게 한 후에, 상기 리셋 트랜지스터(Rx)를 턴 오프(turn off)시킨다. 이러한 동작을 리셋 동작이라 정의한다.The operation of the pixel P of the image sensor having the above-described structure will be briefly described. First, the reset transistor Rx is turned on to make the potential of the floating diffusion layer FD equal to the power supply voltage Vdd, and then the reset transistor Rx is turned off. Let's do it. This operation is defined as a reset operation.
외부의 광이 상기 포토다이오드(PD)에 입사되면, 상기 포토다이오드(PD)내에 전자-홀 쌍(EHP; electron-hole pair)들이 생성되어 신호 전하들이 상기 포토다이오드(PD)내에 축적된다. 이어서, 상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)가 턴 온됨에 따라 상기 포토다이오드(PD)내 축적된 신호 전하들은 상기 부유 확산층(FD)으로 출력되어 상기 부유 확산층(FD)에 저장된다. 이에 따라, 상기 부유 확산층(FD)의 전위는 상기 포토다이오드(PD)에서 출력된 전하의 전하량에 비례하여 변화되고, 이로 인해 상기 억세스 트랜지스터(Ax)의 게이트의 전위가 변한다. 이때, 선택 신호(Row)에 의해 상기 셀렉트 트랜지스터(Sx)가 턴 온되면, 데이타가 출력단(Out)으로 출력된다. 데이타가 출력된 후에, 화소(P)는 다시 리셋 동작을 수행한다. 상기 화소(P)는 이러한 과정들을 반복하여 광을 전기적 신호로 변환시켜 출력한다.When external light is incident on the photodiode PD, electron-hole pairs (EHP) are generated in the photodiode PD and signal charges are accumulated in the photodiode PD. Subsequently, as the transfer transistor Tx is turned on, the signal charges accumulated in the photodiode PD are output to the floating diffusion layer FD and stored in the floating diffusion layer FD. Accordingly, the potential of the floating diffusion layer FD is changed in proportion to the charge amount of the charge output from the photodiode PD, thereby changing the potential of the gate of the access transistor Ax. At this time, when the select transistor Sx is turned on by the selection signal Row, data is output to the output terminal Out. After the data is output, the pixel P again performs a reset operation. The pixel P repeats these processes to convert light into an electrical signal and outputs the light.
또한, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 소자분리 영역(300)은 상기 포토다이오드(PD)를 둘러쌀 수 있다. 더 자세하게, 상기 소자분리 영역(300)은 상기 포토다이오드(PD)만 둘러쌀 수 있다. 이와는 다르게, 상기 소자분리 영역(300)은 상기 포토다이오드(PD) 뿐만 아니라, 상기 트랜지스터들도 둘러쌀 수 있다.In addition, as shown in FIG. 10, the
또한, 도 10과 다르게, 상기 소자분리 영역(300)은 폐루프 형상을 가질 수 있다.In addition, unlike FIG. 10, the
실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법은 다수 개의 서브 에피층들(210, 220, 230...) 및 다수 개의 주입 영역들(310, 320, 330...)을 번갈아 형성한다. 이에 따라서, 상기 소자분리 영역(300)의 폭은 깊이에 따라서 균일할 수 있다. 또한, 상기 소자분리 영역(300)은 상기 에피층(200)에서 원하는 깊이로 형성될 수 있다.In the method of manufacturing the image sensor according to the embodiment, a plurality of sub epi layers 210, 220, 230... And a plurality of
이에 따라서, 얇은 폭을 가지는 상기 소자분리 영역(300)에 의해서, 상기 포토다이오드(PD)가 다른 반도체 소자들과 효과적으로 분리될 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법은 일반적인 소자 분리 방식인 STI 구조의 소자 분리막과 비교했을 때, 향상된 집적도를 가질 수 있다.Accordingly, the photodiode PD may be effectively separated from other semiconductor devices by the
또한, 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법은 상기 에피층(200)과 동일한 도전형(예를 들어, 제 1 도전형)의 불순물을 사용하여, 얇은 폭의 소자분리 영역(300)을 형성한다. 이에 따라서, 제 1 도전형의 불순물이 상기 포토다이오드(PD)의 제 2 도전형의 영역(420)으로 확산되는 현상이 억제될 수 있다. 따라서, 상기 포토다이오드(PD)의 크기가 극대화될 수 있다.In addition, in the method of manufacturing the image sensor according to the embodiment, the
종래의 소자분리 방식은 STI방식으로 소자분리막을 형성한 후, 추가적인 N채널 필드 스탑 이온(제 1 도전형)주입을 하기 때문에, 제 1 도전형 불순물이 상기 포토다이오드(PD)의 제 2 도전형 영역(420)으로 확산되는 현상을 허용할 수 밖에 없으며, 이로 인해 풀 웰 커패시터의 손실이 발생될 수 있다.In the conventional device isolation method, since the device isolation film is formed by the STI method, additional N-channel field stop ions (first conductivity type) are implanted, so that the first conductivity type impurities are the second conductivity type of the photodiode PD. The diffusion into the
하지만, 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법은 상기 소자분리 영역(300)을 형성하여, 상기 포토다이오드(PD)의 면적을 극대화할 수 있고, 향상된 풀 웰 커피시터 성능을 가지는 이미지 센서를 제공할 수 있다.
However, the method of manufacturing the image sensor according to the embodiment may form the
도 11 내지 도 14는 제 2 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법을 도시한 단면도들이다. 본 실시예에서는 앞서 설명한 이미지 센서 및 이의 제조방법을 참조한다. 즉, 앞선 이미지 센서 및 이의 제조방법에 대한 설명은 변경된 부분을 제외하고, 본 이미지 센서 및 이의 제조방법에 대한 설명에 본질적으로 결합될 수 있다.11 to 14 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the image sensor according to the second embodiment. In this embodiment, reference is made to the image sensor described above and a method of manufacturing the same. That is, the foregoing description of the image sensor and its manufacturing method may be essentially combined with the description of the present image sensor and its manufacturing method, except for the changed part.
도 11을 참조하면, 제 1 도전형의 반도체 기판(100) 상에 제 1 도전형의 제 1 서브 에피층(210)이 형성된다. 상기 제 1 서브 에피층(210)의 두께(T4)는 약 0.5㎛ 내지 약 1.5㎛일 수 있다.Referring to FIG. 11, a first
상기 제 1 서브 에피층(211)은 상기 반도체 기판(100)의 상면에 직접 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 1 서브 에피층(211)은 상기 반도체 기판(100)의 상면에 에피텍셜 공정에 의해서 실리콘이 성장하여, 형성될 수 있다.The first
이후, 상기 제 1 서브 에피층(211)에 선택적으로 제 1 도전형의 불순물이 주입되어, 제 1 주입 영역(310)이 형성된다. 상기 제 1 주입 영역(310)은 상기 제 1 서브 에피층(211)의 중간 부분에 형성된다. 상기 제 1 주입 영역(310)은 탑측에서 보았을 때, 포토다이오드(PD)가 형성될 영역의 주위를 둘러쌀 수 있다.Thereafter, a first conductivity type impurity is selectively injected into the first
도 12를 참조하면, 상기 제 1 주입 영역(310)이 형성된 후, 상기 제 1 서브 에피층(211) 상에 제 2 서브 에피층(220)이 형성된다. 상기 제 2 서브 에피층(220)은 에피텍셜 공정에 의해서 형성된다. 이에 따라서, 상기 제 2 서브 에피층(220)은 상기 제 1 서브 에피층(211) 및 상기 반도체 기판(100)과 동일한 결정 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 서브 에피층(220)은 상기 제 1 서브 에피층(211) 및 상기 반도체 기판(100)과 동일한 결정 구조로 실리콘이 성장하여 형성될 수 있다.Referring to FIG. 12, after the
상기 제 2 서브 에피층(220)의 두께(T5)는 약 0.5㎛ 내지 약 1.5㎛일 수 있다.The thickness T5 of the second
이후, 상기 제 2 서브 에피층(220)에 선택적으로 제 1 도전형의 불순물이 주입되어, 제 2 주입 영역(320)이 형성된다. 상기 제 2 주입 영역(320)은 상기 제 1 주입 영역(310)에 대응될 수 있다. 즉, 상기 제 2 주입 영역(320)은 상기 제 1 주입 영역(310)에 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 따라서, 상기 제 2 주입 영역(320)은 탑측에서 보았을 때, 포토다이오드(PD)가 형성될 영역의 주위를 둘러쌀 수 있다.Thereafter, a first conductivity type impurity is selectively injected into the second
도 13을 참조하면, 상기 제 2 서브 에피층(220) 상에, 차례로, 제 3 서브 에피층, 제 3 주입 영역(330), 제 4 서브 에피층, 제 4 주입 영역(340), 제 5 서브 에피층, 제 5 주입 영역(350), 제 6 서브 에피층 및 제 6 주입 영역(360)이 형성된다.Referring to FIG. 13, on the second
도 12를 참조하면, 상기 제 1 내지 제 6 서브 에피층(211, 220...)은 에피층(201)을 형성한다. 또한, 상기 제 1 내지 제 6 주입 영역(310...360)은 열처리되고, 소자분리 영역(301)이 형성된다.Referring to FIG. 12, the first to sixth sub epi layers 211, 220... Form an
상기 소자분리 영역(301)은 상기 반도체 기판(100)과 직접 접촉될 수 있다. 즉, 상기 소자분리 영역(301)은 상기 반도체 기판(100)의 상면과 직접 접촉될 수 있다. 상기 소자분리 영역(301)은 상기 에피층(201)을 관통할 수 있다.The
이에 따라서, 상기 소자분리 영역(301)은 상기 포토다이오드(PD)를 효과적을 격리시킬 수 있다. 즉, 상기 소자분리 영역(301)은 상기 포토다이오드(PD)를 인접하는 포토다이오드(PD) 등과 같은 소자와 효율적으로 분리시킬 수 있다.Accordingly, the
따라서, 상기 소자분리 영역(301)은 인접하는 소자로부터의 크로스토크(crosstalk) 등과 같은 노이즈를 효과적으로 차단할 수 있다.Accordingly, the
따라서, 실시예에 따른 이미지 센서는 향상된 감도를 가질 수 있다.Thus, the image sensor according to the embodiment may have improved sensitivity.
또한, 이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.In addition, the features, structures, effects and the like described in the embodiments are included in at least one embodiment of the present invention, and are not necessarily limited to only one embodiment. Furthermore, the features, structures, effects, and the like illustrated in each embodiment may be combined or modified with respect to other embodiments by those skilled in the art to which the embodiments belong. Therefore, it should be understood that the present invention is not limited to these combinations and modifications.
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.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, but, on the contrary, It will be understood that various modifications and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiments can be modified and implemented. It is to be understood that all changes and modifications that come within the meaning and range of equivalency of the claims are therefore intended to be embraced therein.
Claims (13)
상기 제 1 서브 에피층에 제 1 도전형의 불순물을 주입하여, 제 1 주입 영역을 형성하는 단계;
상기 제 1 서브 에피층 상에 제 1 도전형의 제 2 서브 에피층을 형성하는 단계;
상기 제 2 서브 에피층에 제 1 도전형의 불순물을 주입하여, 제 2 주입 영역을 형성하는 단계; 및
상기 제 1 주입 영역 및 상기 제 2 주입 영역을 열처리하여, 소자분리 영역을 형성하는 단계
상기 소자분리 영역에 의해서 정의되는 소자 영역 내에 위치하고, 상기 소자 분리 영역에 의해 둘러싸이는 포토다이오드를 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조방법.Forming a first sub epitaxial layer of a first conductivity type on a substrate of a first conductivity type;
Implanting impurities of a first conductivity type into the first sub epitaxial layer to form a first injection region;
Forming a second sub epi layer of a first conductivity type on the first sub epi layer;
Implanting impurities of a first conductivity type into the second sub epitaxial layer to form a second implantation region; And
Heat treating the first injection region and the second injection region to form an isolation region;
And forming a photodiode positioned within the device region defined by the device isolation region and surrounded by the device isolation region.
상기 제 2 서브 에피층에 제 1 도전형의 불순물을 주입하여, 제 2 주입 영역을 형성하는 단계 이후에,
상기 제 2 서브 에피층 상에 제 1 도전형의 제 3 서브 에피층을 형성하는 단계; 및
상기 제 3 서브 에피층에 제 1 도전형의 불순물을 주입하여, 제 3 주입 영역을 형성하는 단계를 더 포함하는 반도체 소자의 제조방법.The method of claim 1,
After the step of implanting the first conductivity type impurities in the second sub epitaxial layer to form a second injection region,
Forming a third sub epi layer of a first conductivity type on the second sub epi layer; And
And injecting impurities of a first conductivity type into the third sub epitaxial layer to form a third injection region.
상기 제 1 주입 영역, 상기 제 2 주입 영역 및 상기 제 3 주입 영역을 열처리하는 반도체 소자의 제조방법.The method of claim 4, wherein in the forming of the device isolation region,
And manufacturing the first injection region, the second injection region, and the third injection region.
상기 제 1 도전형의 기판 상에 배치되는 제 1 도전형의 에피층
상기 제 1 도전형의 에피층 상에 배치되는 제 2 도전형의 에피층
상기 제 2 도전형의 에피층 상에 배치되는 제 3 도전형의 에피층; 및
상기 제 1 내지 제 3 에피층에 형성되고, 상기 제 1 도전형의 기판에 접촉하고, 제 1 도전형의 불순물이 주입된 소자분리 영역; 및
상기 소자분리 영역에 의해서 정의되는 소자 영역 내에 배치되고, 상기 소자 분리 영역에 의해 둘러싸이는 포토다이오드를 포함하는 반도체 소자.A substrate of a first conductivity type;
An epitaxial layer of a first conductivity type disposed on the first conductivity type substrate.
Epi layer of the second conductivity type disposed on the epi layer of the first conductivity type
An epitaxial layer of a third conductivity type disposed on the epitaxial layer of the second conductivity type; And
An isolation region formed in the first to third epitaxial layers, in contact with the substrate of the first conductivity type, and implanted with impurities of the first conductivity type; And
And a photodiode disposed within the device region defined by the device isolation region, wherein the photodiode is surrounded by the device isolation region.
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