KR101517849B1 - 불순물 거름막을 갖는 시모스 이미지 센서의 반도체 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
고농도 소오스 드레인 이온 주입 시 불필요한 금속이온 불순물이 플로팅 확산층(floating diffusion)에 유입되어 발생하는 백점(white spot) 및 암전류 문제점이 개선된 이미지 센서를 제공 한다.
플로팅 확산층 영역에 유입되는 불필요한 금속이온 불순물을 방지하기 위하여, 게이트 전극 및 기판 상에 불순물 거름막으로 사용될 제 1 스페이서 질화막층을 형성하고, 상기 제 1 스페이서 질화막 거름막층을 관통하는 플로팅 확산 영역 고농도 불순물층을 형성하고, 주변 회로 영역 게이트 전극 측벽에 제 2 스페이서를 형성하고, 플로팅 확산 영역은 제 2 스페이서를 형성하지 않고 블로킹 막을 형성하여, 고농도 소오스 드레인 불순물 형성시 유입되는 불필요한 금속이온 불순물이 플로팅 확산층에 유입되지 않아서 백점 현상 및 암전류 또는 노이즈를 감소시키는 이미지 센서 디바이스를 제공한다.
Description
본 발명은 반도체 시모스 이미지 센서 소자 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 백점(white spot)을 방지 할 수 있는 불순물 거름막을 가지며 암전류 또는 노이즈가 감소된 이미지 센서 구조를 얻을 수 있는 방법 및 이를 이용하는 반도체 소자의 구조 및 제조 방법에 관한 것이다.
이미지 센서는 광학 영상을 전기 신호로 변환 시킨다. 최근 들어 정보 통신 산업 발달과 전자기기의 디지털 화에 따라 디지털 카메라, 캠코더, 휴대폰, PCS(personal communication system), 게임기기, 경비용 카메라, 의료용 마이크로 카메라 등 다양한 분야에서 성능이 향상된 이미지 센서들이 사용 되고 있다.
이미지 센서의 증대된 해상도를 충족시키기 위해서 픽셀의 집적도를 증가 시킬수록 단위 픽셀 당 광전 변환 소자, 예컨대 포토다이오드의 체적이 작아져서 감도(sensitivity)가 떨어진다.
반도체 소자가 고집적화 됨에 따라 단위 셀이 차지하는 면적은 감소하고 있다. 최근의 급속한 고집적화의 요구는, 인접 픽셀간 거리가 가까워져서 주변 공정 진행시 불필요하게 포토다이오드 또는 플로팅 확산층으로 불순물들이 유입 확산되 어 백점(white spot) 및 암전류가 발생한다.
일반적인 시모스 이미지 센서(10)는 도 1에 도시한 바와 같이 능동 픽셀 어레이 영역 (20) 및 시모스 제어 회로 (30)를 포함한다. 능동 픽셀 어레이 영역(20)은 매트리그(matrix) 형태로 배치된 복수의 단위 픽셀 (22)를 포함한다. 상기 능동 픽셀 어레이 영역(20)의 주위에 위치되어 있는 상기 CMOS 제어회로(30)는 복수의 CMOS 트랜지스터로 구성되며, 상기 능동 픽셀 어레이 영역(20)의 각 단위 픽셀(22)에 일정한 신호를 제공하거나 출력 신호를 제어한다.
도 2는 도 1의 단위 픽셀(22)의 등가 회로도이다.
도 2를 참조하면, 상기 단위 픽셀(22)은 광을 인가 받아 광 전하를 생성하는 포토다이오드(PD), 상기 포토다이오드(PD)에서 생성된 전하를 플로팅 확산영역(FD: floating diffusion region)에 운송하는 트랜스퍼 트랜지스터(Tx), 상기 플로팅 확산 영역(FD)에 저장되어 있는 전하를 주기적으로 리셋(reset) 시키는 리셋 트랜지스터(Rx), 소스 팔로워 버퍼 증폭시(source follower buffer amplifier) 역할을 하며 상기 플로팅 확산 영역(FD)에 충전된 전하에 따른 신호를 버퍼링(buffering)하는 드라이브 트랜지스터(DX), 그리고 상기 픽셀(22)을 선택하기 위한 스위치 역할을 하는 셀렉트 트랜지스터(Sx)를 포함한다.
도 3은 도 2의 등가 회로를 구현하는 CMOS 이미지센서의 주요 구성을 보여주는 단면도이다.
반도체 기판 (50)에 포토다이오드(60,65)층이 형성 되어 있고, 트랜스퍼 게이트는, 제 2 도전형 제 1 체널(75)와 제 1 도전형 제 2 체널(70)을 가지며, 측면 으로 플로팅 확산 영역을 비롯하여, 주변회로 트랜지스터(80) 및 저농도, 고농도 소오스 드레인(90, 95)등으로 구성되어 있다.
상기와 같은 구성으로 만들어지는 일반적인 CMOS 구조는 플로팅 확산 영역과 일반적인 저농도, 고농도 소오스 드레인 형성 시, 동일 마스크를 사용하는 경우, 불순물을 블로킹 시키는 방법이 없어서 필요하지 않는 불순물이 플로팅 확산 영역이나, 포토다이오드 영역으로 침투하여 백점(white spot) 및 암전류의 근원이 된다.
이러한 전형적인 구조의 이미지 센서 셀은 미세화 되면 될 수록 이웃 픽셀 간격이 좁아져 인접 구조를 만드는 공정에서 원하지 않는 불순물 등의 영향으로 이미지 센서 동작이 불량을 일으킨다.
본 발명은 이러한 문제가 없는 불순물 거름막을 갖는 미세한 시모스 이미지 센서 구조 및 형성 방법에 관한 것이다.
최근 정보통신 산업 발달과 전자기기의 디지털 화에 따라 디지털 카메라, 캠코더, 휴대폰, PCS(personal communication system), 게임기기, 경비용 카메라, 의료용 마이크로 카메라 등 다양한 분야에서 성능이 향상된 이미지 센서들이 사용 되고 있다. 반도체 제품의 고집적화가 가속화됨에 따라 단위 셀 면적이 크게 감소하면서, 패턴의 선폭 및 패턴들의 간격이 현저하게 좁아지고 있다. 그리고 단위 셀 면적은 감소되나 디바이스에서 요구하는 전기적인 특성은 유지되어야 하고 저전력을 요구한다.
일반적으로 이미지 센서 셀은 포토다이오드를 포함하는 APS (active pixel sensor) 어레이 영역과 주변 회로 영역으로 구성 된다.
상기 APS (active pixel sensor) 어레이 영역을 상세히 살펴보면 포토다이오드(PD)와 플로팅 확산 영역을 사이에 두고 트랜스퍼 트랜지스터가 형성 되어 있다. 공정의 단순화를 위해서 플로팅 확산 영역과 주변회로를 형성시 동일 마스크를 이용하나, 불순물을 블로킹하는 불순물 여과층이 없이 불순물을 이온주입 공정을 통하여 형성하는 경우, 원하지 않는 금속 오염 이온 등이 상기 플로팅 확산 영역이나 포토다이오드 영역으로 유입되어 백점(white spot) 또는 암전류를 유발하여 해상도가 떨어지고 화상이 왜곡되는 현상이 발생 한다.
이러한 일반적인 CMOS 이미지 센서가 가지고 있는 문제점을 해결하기 위해서 본 발명은, 불순물 거름막층을 이용하여, 고농도 소오스 드레인층 형성 시 플로팅 확산 영역과 일반 회로 영역을 서로 다른 마스크를 사용하여 원하지 않는 금속 오염원이 플로팅 확산 영역이나 포토다이오드 영역으로 유입되는 것을 막아 백점(white spot)현상, 암전류, 노이즈가 없는 시모스 이미지 센서를 제공한다.
본 발명의 목적은, 시모스 이미지 센서의 셀 구조에서 플로팅 확산 영역(FD)과 주변 회로 트랜지스터의 소오스 드레인 형성시, 불순물 거름막층을 형성하고, 플로팅 확산(FD)영역과 주변 일반회로 트랜지스터 고농도 소오스 드레인 불순물층 형성시 서로 다른 마스크를 사용하여, 고농도 소오스 드레인 물순물 형성시 원하지 않는 금속 오염 물질이 플로팅 확산(FD) 영역이나 포토다이오드에 유입되는 것을 막아서 백점 현상이 발생하지 않는 구조를 갖는 반도체 디바이스를 만드는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 시모스 이미지 센서의 셀 구조에서 플로팅 확산 영역(FD)과 주변 트랜지스터의 소오스 드레인 형성시, 불순물 거름막층을 형성하고, 플로팅 확산(FD)영역과 주변 일반 트랜지스터 고농도 소오스 드레인 불순물층 형성시 서로 다른 마스크를 사용하여, 고농도 소오스 드레인 물순물 형성시 원하지 않는 금속 오염 물질이 플로팅 확산(FD) 영역이나 포토다이오드에 유입 되는 것을 막고, 층간 절연막 및 금속 배선층을 형성하고, 반도체 기판 일부를 제거하고 핸들링 기판을 형성후 상기 일부 제거된 반도체 기판위에 컬러 필터 및 렌즈를 형성 백점 현상이 발생하지 않는 백사이드 일루민네이션(back side illumination) 이미지 센서 구조를 갖는 반도체 디바이스를 만드는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 언급한 셀 구조를 갖는 디바이스를 활용하여 시스템을 만드는 방법을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 시모스 이미지 센서 셀 제조 방법은, 반도체 제 1 도전형 형 기판상에 제2 도전형 에피층을 형성하고, 상기 제 2 도전형 에피층에 서로 다른 도전형 웰층을 형성하고, 트랜스퍼 트랜지스터가 될 영역에 제 1, 제2 채널을 형성하고, 포토다이오드를 형성하고, 게이트 전극 형성 후 저농도 소오스 드레인 불순물층을 형성하고, 상기 게이트 전극 및 반도체 기판에 불순물 거름막층으로 사용될 제 1 스페이서층을 형성하고, 플로팅 확 산 영역만 오픈하여 고농도 불순물층을 형성하고, 상기 제 1 스페이서층상에 제 2 스페이서층을 형성하고, 상기 플로팅 확산영역 및 포토다이오드층 상의 제 2 스페이서층은 블로킹 마스크로 덮고 나머지 영역은 이방성 식각을 통해서 스페이서를 형성하고, 상기 형성된 스페이서 및 플로팅 확산영역 및 포토다이오드 상의 제2 스페이서층을 마스크로 일반 회로 영역 트랜지스터가 형성된 기판에 고농도 소오스 드레인 불순물을 형성하면, 상기 플로팅 확산영역 및 포토다이오드 영역은 일반회로 영역 고농도 소오스 드레인 불순물 형성시 오염된 금속 불순물이 차단되다. 추후 일반적인 시모스 이미지 센서공정을 진행한다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서 백사이드 일루민네이션(back side illumination) 시모스 이미지 센서 셀 제조 방법은, 반도체 제 1 도전형 형 기판상에 제2 도전형 에피층을 형성하고, 상기 제 2 도전형 에피층에 서로 다른 도전형 웰층을 형성하고, 트랜스퍼 트랜지스터가 될 영역에 제 1, 제2 채널을 형성하고, 포토다이오드를 형성하고, 게이트 전극 형성 후 저농도 소오스 드레인 불순물층을 형성하고, 상기 게이트 전극 및 반도체 기판에 불순물 거름막층으로 사용될 제 1 스페이서층을 형성하고, 플로팅 확산 영역만 오픈하여 고농도 불순물층을 형성하고, 상기 제 1 스페이서층상에 제 2 스페이서층을 형성하고, 상기 플로팅 확산영역 및 포토다이오드층 상의 제 2 스페이서층을 블로킹 마스크로 덮고 나머지 영역은 이방성 식각을 통해서 스페이서를 형성하고, 상기 형성된 스페이서 및 플로팅 확산영역 및 포토다이오드 상의 제2 스페이서층을 마스크로 일반 회로 영역 트랜지스터가 형성된 기판에 고농도 소오스 드레인 불순물을 형성하면, 상기 플로팅 확산영역 및 포토다이오드 영역은 일반회로 영역 고농도 소오스 드레인 불순물 형성시 오염된 금속 불순물이 차단되다. 추후 일반적인 시모스 이미지 센서공정을 진행하여 보호막을 형성후 핸들링 기판을 부착하고, 상기 반도체 기판 일부를 재거 컬러 필터층 및 렌즈를 형성 배면 입사광 구조를 갖는 시모스 이미지 센서를 형성한다.
본 발명의 실시예에서 만들어진 시모스 이미지 센서 셀 구조는, 플로팅 확산 영역에 형성되는 불순물층은 불순물 거름층을 통과 형성되고, 일반 주변회로 고농도 소오스 드레인은 플로팅 확산 영역과 포토다이오드 영역상에 질화막 마스크가 형성된 상태에서 형성되어, 상기 주변회로 고농도 소오스 드레인 불순물 주입시 불필요한 금속 오염 물질이 플로팅 확산 영역이나 포토다이오드 영역으로 유입 될 수 없어서 백점(white spot) 및 노이즈가 없는 미세한 셀 구조를 매우 간단한 방법으로 형성하는 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 시모스 이미지 센서 장치 및 그 제조 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않은 범위 내에서 본 발명을 다양한 형태로 구현 할 수 있을 것이다.
상술한 것과 같이 본 발명에 의하면, 시모스 이미지 센서 셀 구조는, 포토다이오드 및 플로팅 확산 영역 상에 질화막 거름막이 존재하여 주변회로 영역 고농도 소오스 드레인 물순물 주입시 발생 할 수 있는 필요하지 않는 금속 오염 물질을 차단하여 백점(white spot), 암전류 및 노이즈가 감소된 시모스 이미지 센서를 만들 수 있다.
이러한 백점(white spot) 현상을 예방 할 수 있는 미세한 이미지 센서 셀 구조를 질화막 스페이서 형성 이라는 단순한 공정을 통하여 형성 할 수 있어, 대용량 이미지 센서를 손쉽게 만들 수 있고, 이온 주입 시 서로 다른 마스크 사용으로 인접 공간에 영향을 적게 줌으로 소자 크기를 줄여서 반도체 기판의 단면적에 비하여 훨씬 많은 셀을 구현 고집적 이미지 센서 디바이스를 얻을 수 있고, 이러한 디바이스를 여러 디지털 시스템을 만들 때 응용함으로써 고해상도 구현이 가능한 디지털 제품을 만들 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
불순물
거름막이
있는
CMOS
이미지 센서 셀 형성하는 방법
실시예
1
도 4를 참조하면, 반도체 기판 (100)은 크게는 APS 어레이 및 공유소자가 형성될 영역으로 구분 되지만 본 발명의 특성을 보다 쉽고 명확하게 하기 위해서, 포토다이오드가 형성될 영역은 A, 트랜스퍼 게이트 및 플로팅 확산 영역은 B, 액티브 픽셀 센서(Active Pixel Sensor: 이하 APS )APS 트랜지스터 영역은 C, 주변 로직 CMOS 트랜지스터 영역은 D로 구분된다.
본 발명의 모든 실시예는 N 형 또는 P형 반도체 기판을 사용한다.
반도체 기판 (100)상에 제 1 도전형 에피층(105)을 형성한다. 제 1 도전형 에피층(105)은 깊은 웰 등 많은 반도체 구조가 형성될 공간이 됨으로 5 내지 15um 두께로 성장한다.
상기 반도체 기판(100)상에 형성된 제 1 도전형 에피층(105)안에 C 영역에는 제 1 도전형 웰(110)과, D 영역에는 제1, 제 2 도전형 웰(110, 115)을 형성한다.
도 5를 참조하면, 상기 형성된 웰 및 포토다이오드가 형성될 공간에 서로의 소자들이 격리 될 수 있도록 소자 분리막층 (120)을 형성 한다. 소자 분리막층(120)은 포토다이오드 사이에 형성될 소자 분리막과 일반적인 소자를 격리시키는 소자분리막의 깊이를 서로 다르게 형성 할 수 도 있다.
소자 분리막은 소자 서로간 격리를 시키는 것이 주 목적으로 일반적인 소자의 작동은 기판 표면 채널에서 전자나 정공에 의해서 디바이스가 작동이 되나, 포토다이오드의 작동은 청색광, 녹생광, 적색광이 에피층 (105)에 흡수되어 포토다이오드에 축적 감도를 증가시켜 동작된다. 가장 파장이 긴 적색광은 파장이 0.4에서 5um 이므로 포도다이오드의 깊이는 최소한 2um 이상은 되어야 한다.
일반적인 소자는 2um이내에서 모든 소자가 작동되고 격리 될 수 있으나 포토다이오드는 2um이내의 소자 분리막 깊이를 갖는다면 이웃하는 픽셀간 크로스토크를 충분히 잡을 수 없다. 그러므로 소자분리막을 모두 2um보다 깊게 형성하면 좋겠지만 깊게 할수록 옆으로의 공간도 넓어져야 함으로 일반회로 공간도 깊게 형성할 경우 디바이스 집적도를 올릴 수 없다. 그러므로 포토다이오드간만 깊게 형성 할 수 있다.
소자 분리막(120) 형성후 트랜스퍼 트랜지스터가 형성될 공간에 제 1 채널 영역(125)과 제 2 채널 영역(130)을 형성하기 위해서 감광액 마스크(122)를 이용하여 제 1 도전형 불순물, 제 2 도전형 불순물을 차례로 주입한다.
도 6을 참조하면, 포토다이오드가 형성될 영역 A에 포토다이오드 (140)를 형성 한다. 포토다이오드(140)를 형성하는 공정은 제 1 도전형 에피층에 포토다이오드를 형성하기 때문에 수직형 다이오드를 형성하기 위해서는 아래층에 제 2 도전형 불순물층을 형성하고, 상부층에 제 1 도전형 불순물층을 형성하는 순서로 형성하여야만 포토다이오드 (140)와 제 1 도전형 에피층 (105)이 접하는 부분이 공핍영역이 형성되어 디바이스가 작동 될 수 있다.
그리고 포토다이오드의 깊이는 적색광의 최대 파장보다 깊을 때 모든 적색광을 캡쳐하여 감도를 높일 수 있음으로, 제 2 도전형 불순물층이 5um 깊이까지 형성 될 수 있도록 에너지를 조절하여 형성한다.
포토다이오드(140) 아래 영역은 제 1 도전형 에피층 (105)상에 공핍영역이 형성될 공간으로 공핍영역이 넓으면 전기적 크로스토크 발생률을 줄일 수 있음으로 제 1 도전형 에피층(105) 형성시 적절한 농도를 관리해야 한다.
상기의 포토다이오드 깊이는 측면에 있는 트랜스퍼 트랜지스터의 채널의 깊이와 잘 조화 될 수 있도록 제 1 채널(125) 및 제 2 채널(130) 형성시 조절 한다.
도 7을 참조하면, APS 어레이 영역 A, B, C 및 주변회로 영역 D 상에 게이트 절연막 (145)를 형성하고 게이트 전극 (150)을 형성한다. 포토다이오드 영역과 트랜스퍼 트랜지스터 영역에 감광액 마스크(158, 빗금 없음) 및 PMOS가 형성될 영역을 감광액 마스크(158, 빗금 있음)를 이용하여 덮고 제 2 도전형 저농도 불순물층(160)을 형성 한다.
도면에는 불순물 거름막(155)을 형성후 상기 공정을 진행하는 것으로 도시 되었으나 불순물 거름막 형성 전후는 크게 문제 되지 않는다.
상기 불순물 거름막(155)은 제 1 스페이서 질화막으로 200Å 정도로 CVD, 또는 ALD 공정으로 반도체 기판 전면에 형성 된다. 불순물 거름막(155)은 이온주입 장비를 이용하여 이온주입 시 필요하지 않는 금속 불순물이 반도체 기판(100)으로 침투하는 것을 막는 역할을 한다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 플로팅 확산 영역 B만을 오픈하고 모든 부분을 커버하는 감광액 마스크(163)를 형성 후 제 2 도전형 고농도 불순물층(165)을 플로팅 확산 영역에 형성 한다.
앞서 제 2 도전형 저농도 불순물층(160)은 불순물 거름막(155)이 없이도 형성하였지만 고농도 불순물층(165)은 반드시 불순물 거름막(155)이 있는 상태에서 주입해야 한다. 그리고 또한 주변회로의 트랜지스터는 거름막 (155) 및 감광액 마스크(163)로 잘 커버되어야 한다.
PMOS가 될 부분은 오픈하고 나머지 영역은 커버하는 마스크(168)를 이용하여 제 1 도전형 저농도 불순물층(170)을 형성 한다.
도 10을 참조하면, 불순물 거름막(155)상에 측벽으로 사용할 제 2 스페이서 질화막(175)을 형성 한다. 상기 제 2 스페이서 질화막은 CVD 공정으로 약 500Å 정도 형성 한다. 제 2 스페이서 질화막(175) 형성 후, 포토다이오드 영역 A와 플로팅 확산 영역 B를 감광액 마스크(178)로 커버하고 에치백 식각 공정을 통하여 게이트 전극 측벽 스페이서(180)을 형성 한다.
이때 불순물 거름막(155)층인 질화막도 함께 식각하여 제거해도 된다. 본 발명의 도면에서는 추후 식각 방지막으로 사용하기 위해서 제거하지 않았다. 그러나 현실적인 공정에서는 불순물 거름막(155)을 제거하고 다시 식각 방지막을 형성 한다.
그러면 포토다이오드 영역 A와 플로팅 확산 영역 B는 제 2 스페이서질화막(175)이 반도체 기판(100)상 및 게이트 전극(150)상에 남아 블로킹 마스크막이 되고, 나머지 액티브 픽셀 센서(Active Pixel Sensor) 트랜지스터 C 및 주변 회로 영역 D에는 질화막이 게이트 전극(150) 측벽에 스페이스 형태로 존재하여 측벽 스페이서(180)가 된다.
이후 감광마스크를 다시 사용하여 주변회로 영역 C 및 D 영역에 제 1, 제 2 도전형 고농도 불순물층(185, 190)을 형성 할 수 있고, 상기 질화막 블로킹 마스크 만 이용하여 고 농도 불순물층을 형성 할 수 있다.
도 11을 참조하면, 불순물 주입 마스크(178)를 제거하고 세정을 실시한다. 필요에 따라서는 반도체 기판 전면에 식각 방지막으로 사용될 질화막을 형성 할 수 있으나 본 발명에서는 불순물 거름막이 반도체 기판 전면에 형성되어 있음으로 식각 방지막 형성 공정을 생략 할 수 있다.
지금까지 형성된 시모스 이미지 센서의 구조적인 특징을 살펴보면, 포토다이오드 영역 A에는 포토다이오드(140)가 형성 되어있고, 플로팅 확산 영역 B에는 트랜스퍼 게이트 전극 아래에 제 1, 제 2 채널(125, 130)이 형성되어 있으며, 트랜스퍼 게이트와 액티브 픽셀 센서(Active Pixel Sensor ) 트랜지스터 및 주변 회로 사이는 고농도(165) 및 저농도(160) 소오스 드레인으로 연결 되어 있다.
플로팅 확산 영역 B에 있는 고농도 소오스 드레인(165)은 액티브 픽셀 센서(Active Pixel Sensor) 트랜지스터 영역 C 및 주변회로 트랜지스터영역 D의 고농도 소오스 드레인(185)과 동일 마스크를 사용하지 않으며, 불순물 거름막(155)을 통과하느냐, 통과하지 않느냐의 차이로 같은 이온주입 에너지를 가지고 형성하여도 고농도 불순물 정션의 차이가 생긴다. 자세하게는 플로팅 확산 영역에 있는 고농도 불순물 정션이 주변회로 트랜지스터 고농도 소오스 드레인 정션보다 얇다.
플로팅 확산 영역 B에 있는 고농도 불순물층(165)은 다른 영역의 고농도 불순물층(185)보다 얇은 정션을 가지고 있고, 불순물 거름막(155)를 통하여 불순물이 형성되는 관계로 이온주입 공정시 발생 할 수 있는 필요하지 않은 금속 오염 물질이 없는 고순도 고농도 불순물 층이다.
이렇게 하여 형성된 플로팅 확산 영역의 불순물층(165)은 원하지 않는 금속 오염 물질이 없음으로 백점(white spot)이 없는 이미지 센서를 제공 할 수 있다.
도 12, 13 및 14를 참조하면, 반도체 기판(100) 및 게이트 전극(150)상에 제1 층간 절연막 (195)를 형성한다. 제1 층간 절연막은 HDP, CVD 등으로 형성하며 평탄화후 콘텍홀을 형성 금속 플러그를 형성 한다.
제 1 층간 절연막(195)상에 식각 방지막(205)를 형성하고 제 2 층간 절연막(210)을 형성 한다. 제 2 층간 절연막(210) 또한 제 1 층간 절연막(195)과 같이 PVD, CVD 등으로 형성하고 평탄화 후 콘텍 홀을 형성후 금속 배선층(215)를 형성 한다.
제 2 층간 절연막(210)상에 식각 방지막 (220)을 형성하고 상기 식각 방지막(220)상에 제 3 층간 절연막(225)을 형성 한다. 제 3 층간 절연막 또한 PVD, CVD 등으로 형성 한다.
도 15를 참조하면, 제 3층간 절연막(225)안에 최종 금속 배선층( 230)을 형성하고 보호막 (235)을 형성한다. 보호막(235) 형성후 포토 다이오드 영역 A에 광투과용 홀 (240)을 형성 한다. 상기 광투과 홀 (240)은 많은 층간절연막 및 식각 방지막 등의 굴절률에 따라 광투과시 많은 빛이 손실을 얻을 수 있음으로 단일 투과 레진층을 형성하기 위해서다.
도 16을 참조하면, 광투과 홀에 투명 레진막 (250) 형성후 컬러 필터층 (도시하지 않음)을 형성하기 위하여 평탄화를 하여 기판 표면을 균일하게 한다. 상기 투명 레진막(250)상에 컬러 필터층(도시하지 않음)을 형성한다. 도면은 편의상 1개 의 광 투과 부위를 도시하고 있지만, 레드(red), 그린(green), 블루(blue)에 의한 컬러 필터 어레이 (color filter array: CFA)를 사용하는 컬러 이미지 센서의 경우 최소한 3개 이상의 광투과 투명 레진층 (250) 및 포토다이오드(140)로 셀을 구성해야 한다.
상기 컬러 필터층(도시하지 않음)은 APS 어레이 부위만 필요하기 때문에 주변회로 부위는 제거하고 차광막층(255)을 형성 한다.
상기 컬러 필터층(도시하지 않음)상부에 마이크로 렌즈(260)를 형성 한다.
마이크로 렌즈(260)를 통과한 이미지 영상 빛은 컬러 필터(도시하지 않음)에 의해서 선택적으로 필요한 색광만 선택되고, 선택된 색광은 광투과 투명 레진층(250)을 통하여 포토다이오드 (140)에 축적된다.
본 발명의 실시예처럼 플로팅 확산 영역 B에 있는 고농도 불순물층(165)은 다른 영역의 고농도 불순물층(185)보다 얇은 정션을 가지고 있고, 불순물 거름막(155)을 통하여 불순물층이 형성되는 관계로 이온주입 공정시 발생 할 수 있는 필요하지 않은 금속 오염 물질 유입이 없는 고순도 고농도 불순물 층이다.
이렇게 하여 형성된 플로팅 확산 영역의 불순물층(165)은 원하지 않는 금속 오염 물질이 없음으로 백점(white spot)이 없는 이미지 센서를 제공 할 수 있다.
불순물 거름막이 있는 CMOS 이미지 센서 셀 형성하는 방법 실시예 2
도 17를 참조하면, 반도체 기판 (300)은 N형 기판으로 출발한다.
반도체 기판 (300)은 실시예 1과 마찬가지로, 크게는 APS 어레이 및 공유소 자가 형성될 영역으로 구분 되지만 본 발명의 특성을 보다 쉽고 명확하게 하기 위해서, 포토다이오드가 형성될 영역은 A, 트랜스퍼 게이트 및 플로팅 확상 영역은 B, 액티브 픽셀 센서(Active Pixel Sensor: 이하 APS )APS 트랜지스터 영역은 C, 주변 로직 트랜지스터 영역은 D로 구분된다.
본 실시예는 실시예 1의 사상을 이용하여 후면에서 입사광을 얻는 백사이드 일루민네이션(back side illumination)이 가능한 시모스 이미지 센서의 구조를 얻는 것으로 전반부 부분에서 실시예 1과 동일한 부분은 설명은 생략하고, 실시예 1에서 언급하지 못한 사항이나 백사이드 일루민네이션(back side illumination) 구조가 될 때 필요한 사항을 첨부하여 설명을 하고자 한다.
반도체 기판 (300)상에 제 1 도전형 에피층(305)을 형성한다. 제 1 도전형 에피층(305)은 깊은 웰 등 많은 반도체 구조가 형성될 공간이 됨으로 5 내지 15um 두께로 성장한다.
상기 반도체 기판(300)상에 형성된 제 1 도전형 에피층(305)안에 C 영역에는 제 1 도전형 웰(310)과, D 영역에는 제1, 제 2 도전형 웰(310, 315)을 형성한다. 상기의 웰 공정은 본 발명의 특징적인 부분이 아니라 부수적인 부분임으로 간단하게 제 1 도전형 및 제 2 도전형 웰로 설명되고 있지만 실제적인 공정에서는 깊은 웰 등 다양한 웰 들이 존재한다. 그러나 그러한 것이 본 발명의 특징이 아님으로 다른 공정은 생략 한다.
도 18을 참조하면, 상기 형성된 웰 및 포토다이오드가 형성될 공간에 서로의 소자들이 격리 될 수 있도록 소자 분리막층 (320)을 형성 한다. 소자 분리막 층(320)은 포토다이오드 사이에 형성될 소자 분리막과 일반적인 소자를 격리시키는 소자분리막의 깊이를 서로 다르게 형성 할 수 도 있다.
소자 분리막은 소자 서로간 격리를 시키는 것이 주 목적으로 일반적인 소자의 작동은 기판 표면 채널에서 전자나 정공에 의해서 디바이스가 작동이 되나, 포토다이오드의 작동은 청색광, 녹생광, 적색광이 에피층 (305)에 흡수되어 포토다이오드에 축적 감도를 증가시켜 동작된다. 가장 파장이 긴 적색광은 파장이 0.4에서 5um 이므로 포도다이오드의 깊이는 최소한 2um 이상은 되어야 한다.
일반적인 소자는 2um이내에서 모든 소자가 작동되고 격리 될 수 있으나 포토다이오드는 2um이내의 소자 분리막 깊이를 갖는다면 이웃하는 픽셀간 크로스토크를 충분히 잡을 수 없다. 그러므로 소자분리막을 모두 2um보다 깊게 형성하면 좋겠지만 깊게 할수록 옆으로의 공간도 넓어져야 함으로 일반회로 공간도 깊게 형성할 경우 디바이스 집적도를 올릴 수 없다. 그러므로 포토다이오드간만 깊게 형성 할 수 있다.
그리고 본 실시예 2에서 사용되는 시모스 이미지 센서는 백사이드 일루민네이션(back side illumination)이 가능한 구조가 됨으로 후면에서 광이 조사 될 때 인접한 픽셀에 혼색이 되지 않도록 하기 위해서는 포토다이오드 영역 A안에 형성되는 소자 분리막(320)은 반도체 기판 (300)과 근접하게 형성하거나, 도시되지는 않았지만 소자분리막 형성용 트렌치 홀 형성 후 반도체 기판 (300)과 맞닿게 소자 분리용 불순물층을 형성하여 불순물층이 백사이드 일루민네이션(back side illumination)시 혼색이 일어나지 않게 형성할 수 있다. 혼색이 일어나지 않는 원 리는 소자분리막(320) 및 불순물층(보이지 않음)이 각각의 포토다이오드를 감싸는 구조를 만들면, 후면에서 조사되는 빛이 옆 포토다이오드로 굴절되지 않고 차단 될 수 있어 혼색이 일어나지 않는다.
소자 분리막(320) 형성후 트랜스퍼 트랜지스터가 형성될 공간에 제 1 채널 영역(325)과 제 2 채널 영역(330)을 형성하기 위해서 감광액 마스크(322)를 이용하여 제 1 도전형 불순물, 제 2 도전형 불순물을 차례로 주입한다.
도 19를 참조하면, 포토다이오드가 형성될 영역 A에 포토다이오드 (340)를 형성 한다. 포토다이오드(340)를 형성하는 공정은 포토다이오드 마스크(332)를 이용하여 영역 A에 불순물층으로 다이오드를 형성 한다.
제 1 도전형 에피층에 포토다이오드를 형성하기 때문에 수직형 다이오드를 형성하기 위해서는 아래층에 제 2 도전형 불순물층을 형성하고, 상부층에 제 1 도전형 불순물층을 형성하는 순서로 형성하여야만 포토다이오드 (340)와 제 1 도전형 에피층 (305)이 접하는 부분이 공핍영역이 형성되어 디바이스가 작동 될 수 있다.
그리고 포토다이오드의 깊이는 적색광의 최대 파장보다 깊을 때 모든 적색광을 캡쳐하여 감도를 높일 수 있음으로, 제 2 도전형 불순물층이 5um 깊이에서 형성 될 수 있도록 에너지를 조절하여 형성한다.
포토다이오드(340) 아래 영역은 제 1 도전형 에피층 (305)상에 공핍영역이 형성될 공간으로 공핍영역이 넓으면 전기적 크로스토크 발생률을 줄일 수 있음으로 제 1 도전형 에피층(305) 형성시 적절한 농도를 관리해야 한다.
상기의 포토다이오드(340) 깊이는 측면에 있는 트랜스퍼 트랜지스터의 채널 의 깊이와 잘 조화 될 수 있도록 제 1 채널(325) 및 제 2 채널(330) 형성시 조절 한다. 상기의 제 1 채널(325) 및 제 2 채널 (330)은 포토다이오드와 불순물 도전층이 상하로 서로 다르게 형성 된다.
도 20을 참조하면, 포토다이오드 및 APS 어레이 영역 A, B, C와 주변회로 영역 D 상에 게이트 절연막 (345)를 형성하고 게이트 전극 (350)을 형성한다. 포토다이오드 영역 A와 트랜스퍼 트랜지스터 영역에 감광액 마스크(358, 빗금 없음), PMOS가 형성될 영역을 감광액 마스크(358, 빗금 있음)를 이용하여 커버하고, 나머지 공간을 제 2 도전형 저농도 불순물층(360)을 형성 한다.
도면에는 불순물 거름막(355)을 형성후 저농도 불순물층 공정을 진행하는 것만 도시 되었으나, 불순물 거름막(355) 형성 전에 형성 할 수 있고, 형성 이후 형성하여도 문제가 없다. 불순물 거름막 형성후 저농도 불순물층 공정을 진행하면 이온 공정 시 발생하는 필요하지 않은 오염된 금속 불순물을 막을 수 있어 본 발명의 효과를 극대화 할 수 있다.
상기 불순물 거름막(355)은 제 1 스페이서 질화막으로 200Å 정도로 CVD, 또는 ALD 공정으로 반도체 기판 전면에 형성 된다. 불순물 거름막(355)은 이온주입 장비를 이용하여 이온주입 시 필요하지 않는 금속 불순물이 반도체 기판(300)으로 침투하는 것을 막는 역할을 한다.
도 21 및 도 22를 참조하면, 플로팅 확산 영역 B만을 오픈하고 모든 부분을 커버하는 감광액 마스크(363)를 형성 후 제 2 도전형 고농도 불순물층(365)을 플로팅 확산 영역에 형성 한다.
앞서 제 2 도전형 저농도 불순물층(360)은 불순물 거름막(355)이 없이도 형성하였지만 고농도 불순물층(365)은 반드시 불순물 거름막(355)이 있는 상태에서 주입해야 한다. 그리고 또한 주변회로의 트랜지스터는 거름막 (355) 및 감광액 마스크(363)로 잘 커버되어야 한다.
PMOS가 될 부분은 오픈하고 나머지 영역은 커버하는 마스크(368)를 이용하여 제 1 도전형 저농도 불순물층(370)을 형성 한다.
도 23을 참조하면, 불순물 거름막(355)상에 측벽으로 사용할 제 2 스페이서 질화막(375)을 형성 한다. 상기 제 2 스페이서 질화막은 CVD 공정으로 약 500Å 정도 형성 한다. 제 2 스페이서 질화막(375) 형성 후, 포토다이오드 영역 A와 플로팅 확산 영역 B를 감광액 마스크(378)로 커버하고 에치백 식각 공정을 통하여 게이트 전극 측벽 스페이서(380)을 형성 한다.
이때 불순물 거름막(355)층인 질화막도 함께 식각하여 제거해도 된다. 본 발명의 도면에서는 추후 식각 방지막으로 사용하기 위해서 제거하지 않았다. 그러나 현실적인 공정에서는 불순물 거름막(355)을 제거하고 다시 식각 방지막을 형성하는 것이 공정을 컨트롤하기 쉽다.
그러면 포토다이오드 영역 A와 플로팅 확산 영역 B는 제 2 스페이서 질화막(375)이 반도체 기판(300)상 및 게이트 전극(350)상에 남아있고, 나머지 액티브 픽셀 센서(Active Pixel Sensor) 트랜지스터 C, 주변 회로 영역 D에는 제 2 스페이서 질화막이 게이트 전극(350) 측벽에 스페이스 형태로 존재하여 측벽 스페이서(380)형성 한다.
이후 마스크를 다시 사용하여 주변회로 영역 C 및 D 영역에 제 1, 제 2 도전형 고농도 불순물층(385, 390)을 형성 한다.
도 24를 참조하면, 불순물 주입 마스크(378)를 제거하고 세정을 실시한다. 필요에 따라서는 반도체 기판 전면에 식각 방지막으로 사용될 질화막을 형성 할 수 있으나 본 발명에서는 불순물 거름막(355)이 반도체 기판 전면에 형성되어 있음으로 식각 방지막 형성 공정을 생략 할 수 있다.
그러나 앞서 언급하였듯이 불순물 거름막(355)이 스페이서 형성 시 같이 식각되어 잔여하기 어렵기 때문에 식각 방지막을 형성하는 것이 좋다.
지금까지 형성된 시모스 이미지 센서의 구조적인 특징을 살펴보면, 포토다이오드 영역 A에는 포토다이오드(340)가 형성 되어있고, 플로팅 확산 영역 B에는 트랜스퍼 게이트 전극 아래에 제 1, 제 2 채널(325, 330)이 형성되어 있으며, 트랜스퍼 게이트와 액티브 픽셀 센서(Active Pixel Sensor ) 트랜지스터 및 주변 회로 사이는 고농도(365) 및 저농도(360) 소오스 드레인으로 연결 되어 있다.
플로팅 확산 영역 B에 있는 고농도 소오스 드레인(365)은 액티브 픽셀 센서(Active Pixel Sensor) 트랜지스터 영역 C 및 주변회로 트랜지스터영역 D의 고농도 소오스 드레인(385)과 동일 마스크를 사용하지 않고 불순물 거름막(355)을 통과하여 형성되거나, 통과하지 않고 형성되는 불순물 정션 차이 등으로 동일한 형태의 고농도 불순물층이 되지 않는다.
플로팅 확산 영역 B에 있는 고농도 불순물층(365)는 다른 영역의 고농도 불순물(385)보다 얇은 정션을 가지고 있고, 불순물 거름막(355)를 통하여 불순물이 형성되는 관계로 이온주입 공정시 발생 할 수 있는 필요하지 않은 금속 오염 물질이 없는 고순도 고농도 불순물 층이다.
이렇게 하여 형성된 플로팅 확산 영역의 불순물층(365)은 원하지 않는 금속 오염 물질이 없음으로 백점(white spot)이 없는 이미지 센서를 제공 할 수 있다.
도 25, 26 및 27을 참조하면, 반도체 기판(300) 및 게이트 전극(350)상에 제1 층간 절연막 (395)을 형성한다. 제1 층간 절연막은 HDP, CVD 등으로 형성하며 평탄화후 콘텍홀을 형성 금속 플러그를 형성 한다.
제 1 층간 절연막(395)상에 식각 방지막(405)를 형성하고 제 2 층간 절연막(410)을 형성 한다. 제 2 층간 절연막(410) 또한 제 1 층간 절연막(395)과 같이 PVD, CVD 등으로 형성하고 평탄화 후 콘텍 홀을 형성후 금속 배선층(415)를 형성 한다.
제 2 층간 절연막(410)상에 식각 방지막 (420)을 형성하고 상기 식각 방지막(420)상에 제 3 층간 절연막(425)을 형성 한다. 제 3 층간 절연막 또한 PVD, CVD 등으로 형성 한다.
제 3층간 절연막(425)안에 최종 금속 배선층( 430)을 형성하고 보호막 (435, 440)을 형성한다.
도 28을 참조하면, 상기 보호막(435, 440)상에 핸들링 웨이퍼(450)를 붙인다. 핸들링 웨이퍼(450) 부착후 반도체 기판 전체를 상하로 뒤집어 핸들링 웨이퍼(450)가 하부가 되도록 하고, 그동안 하부로 있던 반도체 기판 (300)을 디닝(thinning) 공정을 통하여 제거하여 제 1 도전형 에피층(305)이 노출되도록 한 다.
노출된 제 1 도전형 에피층(305)상에 차광막층(455)을 형성하고, 포토다이오드 영역 A 부분만 차광막층(455)을 제거하여 마이크로 렌즈가 형성될 홀(458)을 형성 한다.
도 29를 참조하면, 상기 마이크로렌즈 홀(458)안에 마이크로 렌즈(460)를 형성 한다. 도면은 간략하게 마이크로 렌즈 하나만 도시하였으나 컬러 필터층(도시되지 않음)을 비롯하여 다수의 렌즈로 구성된 시모스 컬러 이미지 센서의 구성 요소들을 형성 한다.
그러면 백사이드 일루민네이션(back side illumination)이 가능한 구조의 시모스 이미지 센서를 얻을 수 있으며, 실시예 1에서처럼 플로팅 확산 영역 B에 있는 고농도 불순물층(365)는 다른 영역의 고농도 불순물층(385)보다 얇은 정션을 가지고 있고, 불순물 거름막(355)를 통하여 불순물이 형성되는 관계로 이온주입 공정시 발생 할 수 있는 필요하지 않은 금속 오염 물질이 없는 고순도 고농도 불순물 층이 형성되어 백점(white spot)이 없는 이미지 센서가 제공된다.
불순물 가름막을 있는 CMOS 이미지 센서를 갖는 시스템 실시예 3
도 30은 불순물 거름막이 있는 CMOS 이미지 센서를 갖는 다른 실시예를 도시한 블록다이어그램이다.
도 30를 참조하면, CMOS 이미지 센서 (510)를 갖는 시스템(500)은 CMOS 이미지 센서 (510)의 출력 이미지를 처리하는 시스템이다. 시스템 (500)은 컴퓨터 시스 템, 카메라 시스템, 스캐너, 이미지 안전화 시스템 등 CMOS 이미지 센서 (510)를 장착한 어떠한 시스템도 가능하다.
컴퓨터 시스템과 같은 프로세서 기반 시스템(500)은 버스(505)를 통해서 입출력 I/O소자(530)와 커뮤니케이션을 할 수 있는 마이크로프로세서 등과 같은 중앙처리장치(CPU)(520)를 포함한다. 버스 (505)를 통해서 플로피 디스크 드라이브(550) 및 / 또는 CD ROM 드라이브(555), 및 포트 (560), RAM(540)과 중앙처리장치는 서로 연결되어 데이터를 주고받아, CMOS 이미지 센서(510) 데이터를 출력 이미지를 재생한다.
포트 (560)는 비디오카드, 사운드 카드, 메모리 카드, USB 소자 등을 커플링하거나, 또 다른 시스템과 데이터를 통신 할 수 있는 포트일 수 있다.
CMOS 이미지 센서 (510)는 CPU, 디지털 신호 처리 장치(DSP) 또는 마이크로프로세서와 함께 같이 집적 될 수 있거나, 메모리와 함께 집적 될 수 있다. 물론 경우에 따라서는 프로세서와 별개의 칩으로 집적 될 수 있다.
시스템 (500)은 최근 발달되고 있는 디지털 기기중 카메라폰, 디지털 카메라 등의 시스템 블록다이어그램이 될 수 있고 앞의 실시예에서 보여준 CMOS 이미지센서 제조방법으로 만들어진 불순물 거름막이 있는 본 발명의 CMOS 이미지 센서(710)가 장착된 시스템이다.
불순물 거름막이 있는 CMOS 이미지 센서 실시예 4
도 31은 별개의 칩으로 구성된 불순물 거름막이 있는 CMOS 이미지 센서를 도 시한 블록다이어그램이다.
도 31를 참조하면, CMOS 이미지 센서 (600)는, 타이밍 제너레이터(timing generator)(605), APS 어레이 (615), CDS(crrelated double sampling)(620), 컴페레이터(comparator) (625), ADC(analog-to-digital convertor)(630), 버퍼(buffer) (640) 및 컨트롤 리지스터 블록 (control resister block)(650) 등으로 구성 되어 있다.
APS 어레이(615)의 광학렌즈에 포집된 피사체 빛 데이터는 전자로 변환 (electron conversion)을 통하여, 이러한 전자들이 전압으로 전환(voltage conversion) 증폭되어, CDS(crrelated double sampling)(620)에서 노이즈가 제거되고 필요한 신호만 선택되어서, 컴페레이터(comparator) (625)에서 선택된 신호들을 비교하여 일치여부를 확인하고, 일치된 신호 데이터를 ADC(analog-to-digital convertor)(630)에서 아날로그 신호가 디지털화 되어서 디지털 이미지 데이터 신호가 버퍼(buffer) (640)등을 통과해서, DSP 등을 거쳐 시스템을 통해 피사체 이미지가 재생된다.
본 발명의 CMOS 이미지 센서의 특징은 APS 어레이(615) 구조에 있어서 앞의 실시예에서 보여준 불순물 거름막으로 백점 현상을 막아주는 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
불순물 거름막이 있는 CMOS 이미지 센서를 갖는 시스템 실시예 5 도 32는 불순물 거름막이 있는 CMOS 이미지 센서를 사용하는 또 다른 실시예중 카메라폰을 도시한 도면이다.
도 32를 참조하면, 카메라폰 (700)은 카메라 컨트롤러 (보이지 않음), 이미지 시그널 프로세서( 보이지 않음) 등이 내장되어있는 DSP (710)가 있고 이러한 DSP (710)에 실시예 4에서 보여준 이미지 센서 칩(600)이 전기적으로 연결되는 형태로 시스템이 구성 되어 있다.
전체적인 시스템 구성은 실시예 3의 블럭다이아그램에서 카메라폰에 적합하게 구성 요소를 제거하거나 첨가하여 구성하면 된다. CMOS 이미지 센서 칩 (600)은 설명하기 좋게 탈착식으로 구성되어 있게 도시되어 있지만 시스템에 함께 기판위에 하나의 모듈로 구성 되어 있다.
본 발명은 상기 CMOS 이미지 센서 칩(600)이 앞의 실시예에서 설명한 불순물 거름막을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 특징인 백점(white spot) 막을 수 있는 불순물 거름막을 갖는 CMOS 이미지 센서를 장착한 카메라폰 (700)은 감도가 우수하고 백점 현상이 없어 선명한 칼라화면을 재생할 수 있는 능력이 뛰어나다. 화상 통화가 가능한 휴대폰 (700)인 경우는 선명한 화면으로 현장감 있는 화면을 재생하거나 전송 할 수 있어 휴대폰의 성능을 배가 시킬 수 있다.
본 발명의 CMOS 이미지 센서는 백점(white spot) 막을 수 있는 불순물 거름막을 갖는 구조를 가지고 있어 디지털 기기 감도가 우수하고 백점 현상이 없어 선명한 칼라화면을 재생할 수 있는 능력이 뛰어나다.
본 발명은 CMOS 이미지 센서는 뛰어난 디지털 화면 데이터를 저장 할 수 있 는 메모리 카드 (보이지 않음)에 저장하여 언제든지 재상 가능하고 편집 가능한 디지털 기기를 실현 할 수 있도록 한다.
상기 설명한 것과 같이, 백점(white spot) 막을 수 있는 불순물 거름막을 갖는 CMOS 이미지 센서는, 백점(white spotdl 발생하지 않아서, 선명하고 고집적 이미지 시스템을 용이하게 만들 수 있다.
그리고 이러한 CMOS 이미지 센서를 장착한 시스템은 NAND 또는 NOR 플래시를 이용한 메모리 카드와 연결되어 고화질 화면을 저장하여 간단하게 재생하거나 편집할 수 있는 기능을 제공 할 수 있다.
또한 각종 이미지 센서가 필요한 디지털 기기에 장착되어 선명한 컬러 화면을 얻을 수 있어, 실시간 현장감 있는 이미지를 얻어서 응용 적용 할 수 있고, 화상 전송 시스템과 연결시 언제 어디서나 동시에 실감나는 화상 정보를 얻어서, 오락, 경비 시스템, 원격 진료 등을 실현 할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명했지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 일반적인 CMOS 이미지 센서를 나타내는 레이아웃 이다.
도 2 는 일반적인 CMOS 이미지 센서를 나타내는 회로도이다.
도 3은 일반적인 CMOS 이미지 센서 구조의 단면도이다.
도 4 및 도 16는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 17 및 29는 본 발명에 제2 실시예에 따라 만들어진 CMOS 이미지 센서 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 30은 본 발명에 의해서 만들어진 CMOS 이미지 센서를 사용하는 시스템 블록다이어그램.
도 31은 본 발명에 의해서 만들어진 CMOS 이미지 센서 칩의 블록다이어그램.
도 32는 본 발명에 의해서 만들어진 CMOS 이미지 센서 칩을 이용하는 디지털 카메라 폰이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100, 300 : 반도체 기판 105, 305: 제 1 도전형 에피층
110, 310: N 웰 115, 315: P 웰
120, 320: 소자 분리막 125, 130, 325, 330: 제 1, 제 2 채널
140, 340: 포토다이오드 145, 345: 게이트 유전막
150, 350: 게이트 전극 155, 355: 불순물 거름막
175, 375: 스페이서 질화막 180, 380: 게이트 측벽 스페이서
195, 395: 제 1 층간 절연막 210, 410: 제 2 층간 절연막
225, 425: 제 3 층간 절연막 215, 230, 415, 430: 금속 배선
235, 435, 440: 보호막 250: 투명 레진막
260, 460: 렌즈 255, 455: 차광막
500: 이미지 시스템 505: 버스 510: CMOS 이미지 센서
520: CPU 530: I/O 소자 540: RAM
550: 프로피 디스크 드라이버 555: CD ROM 드라이버
560: 포트
600: CMOS 이미지 센서 605: 타이밍 제너레이터
610: ROW 드라이버 615: APS 어레이
620: CDS 625: 컴퍼레이터 630: ADC
650:control resister block 660: RAMP GEN.
6400: 버퍼
700: 카메라폰 710: DSP
Claims (20)
- 포토다이오드 영역과 플로팅 확산 영역과 APS 어레이 회로 영역과 주변 회로 영역으로 구분된 반도체 기판;상기 반도체 기판상에 형성된 제 1 도전형 불순물을 갖은 에피층;상기 에피층 포토다이오드 영역에 형성된 불순물 포토다이오드;상기 에피층 플로팅 확산 영역에 제 1 채널과 제2 채널을 가지고 있는 트랜스퍼 트랜지스터;상기 에피층 APS 어레이 회로 영역과 주변 회로 영역상에 형성된 다수의 CMOS 트랜지스터들; 및상기 트랜스퍼 트랜지스터 전극과 APS 어레이 회로 영역간에 형성된 불순물 거름막층을 포함하고,상기 불순물 거름막 아래에 형성된 불순물층과 상기 CMOS 트랜지스터의 불순물층은 서로 다른 마스크로 형성되어 불순물 정션(junction) 깊이에 차이가 있고, 상기 불순물 거름막은 상기 트랜스퍼 트랜지스터의 상부 및 상기 CMOS 트랜지스터들의 상부를 각각 덮는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 APS 어레이 회로 영역 및 상기 주변회로 영역의 트랜지스터 전극 측벽은 질화막 측벽 스페이서가 형성되어 있고, 상기 포토다이오드 영역 및 상기 플로팅 확산 영역의 트랜스퍼 트랜지스터는 블로킹 질화막이 덮여 있는 것이 특징인 반도체 장치.
- 제 4항에 있어서, 상기 전극 측벽 스페이서는 제 1, 제 2 질화막 스페이서층으로 형성된 것이 특징인 반도체 장치.
- 삭제
- 포토다이오드 영역과 플로팅 확산 영역과 APS 어레이 회로 영역과 주변 회로 영역으로 구분된 반도체 기판;상기 반도체 기판상에 형성된 제 1 도전형 불순물을 갖는 에피층;상기 에피층 포토다이오드 영역에 형성된 불순물 포토다이오드;상기 에피층 플로팅 확산 영역에 제 1 채널과 제2 채널을 가지고 있는 트랜스퍼 트랜지스터;상기 에피층 APS 어레이 회로 영역과 주변 회로 영역상에 형성된 다수의 CMOS 트랜지스터;상기 트랜스퍼 전극과 APS 어레이 회로 영역간에 형성된 불순물 거름막층;서로 다른 마스크로 형성되어 불순물 정션 깊이가 차이가 나는 상기 불순물 거름막 아래에 형성된 불순물층과 상기 CMOS 트랜지스터의 불순물층; 및상기 반도체 기판 및 게이트 전극상에 형성된 다수의 층간 절연막 및 금속 배선층과 포토다이오드층상에 형성된 광투과 영역 및 렌즈를 포함하고,상기 불순물 거름막은 상기 트랜스퍼 트랜지스터의 상부 및 상기 CMOS 트랜지스터들의 상부를 각각 덮는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
- 제 7항에 있어서, 상기 불순물 거름막 아래에 형성된 불순물층은 상기 CMOS 트랜지스터의 불순물층보다 얇게 형성된 것이 특징인 반도체 장치
- 제 7항에 있어서, 상기 불순물 거름막은 질화막인 것이 특징인 반도체 장치.
- 제7항에 있어서, 상기 광투과 영역 상에 컬러 필터층이 형성된 것이 특징인 반도체 장치.
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- 포토다이오드 영역과 플로팅 확산 영역과 APS 어레이 회로 영역과 주변 회로 영역으로 구분된 반도체 기판상에 제 1 도전형 불순물을 갖은 에피층을 형성하는 단계;상기 에피층 플로팅 확산 영역에 제 1 채널 및 제2 채널을 형성하는 단계;상기 에피층 포토다이오드 영역에 불순물 포토다이오드를 형성하는 단계;상기 에피층상에 트랜스퍼 전극 및 다수의 CMOS 트랜지스터 전극을 형성하는 단계; 및상기 트랜스퍼 전극과 APS 어레이 회로 전극간에 불순물 거름막층을 형성하는 단계를 포함하고,서로 다른 마스크를 사용하여 불순물 정션 깊이가 차이가 나도록, 상기 불순물 거름막 아래에 불순물층과 상기 CMOS 트랜지스터의 소오스 드레인 불순물층을 각각 형성하고, 상기 불순물 거름막은 상기 트랜스퍼 트랜지스터의 상부 및 상기 CMOS 트랜지스터들의 상부를 각각 덮는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 방법.
- 13항에 있어서, 상기 불순물층 형성 전 게이트 측벽 형성층을 형성할 질화막층을 형성한 후, 상기 포토다이오드 영역 및 상기 플로팅 확산 영역은 감광액 마스크로 덥고 나머지 영역은 게이트 측벽 스페이서를 형성하는 것이 특징인 반도체 제조 방법.
- 13항에 있어서, 상기 불순물 거름막층 형성 공정은 질화막을 사용하는 것이 특징인 반도체 제조방법.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| AMND | Amendment | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| J201 | Request for trial against refusal decision | ||
| A107 | Divisional application of patent | ||
| B701 | Decision to grant | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190329 Year of fee payment: 5 |