KR20020045864A - Photodiode in image sensor and method for fabricating the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A photodiode of an image sensor is provided to improve light sensitivity regarding light of a short wavelength, by overcoming a decrease of the light sensitivity and charge capacitance and by preventing the characteristic of the image sensor from being deteriorated by interference of adjacent pixels. CONSTITUTION: The photodiode of the image sensor has a field oxide layer(4) and a gate electrode(7) of a transfer transistor. An impurity layer of the second conductivity type is formed under a semiconductor substrate(1) of the first conductivity type. A partial region of the impurity layer is separated at the edge of the field oxide layer, and the impurity layer is aligned with an edge of the gate electrode. An epi layer(12) of the first conductivity type is formed on the impurity layer including the partial region, separated at the edge of the gate electrode. The impurity layer of the second conductivity type is completely depleted when a reverse bias is applied, and a depletion region extends to the semiconductor substrate and the epi layer.

Description

이미지 센서의 포토다이오드 및 그 제조 방법{Photodiode in image sensor and method for fabricating the same}Photodiode of image sensor and method of manufacturing the same {Photodiode in image sensor and method for fabricating the same}

본 발명은 반도체 소자의 제조 기술 분야로서, 더욱 상세하게는 이미지센서 소자의 포토다이오드 및 그를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the field of manufacturing semiconductor devices, and more particularly, to a photodiode of an image sensor device and a method for manufacturing the same.

화상 인식 소자로 사용되는 이미지센서의 단위화소 내부에는 그 구성 요소의 일부로써 포토다이오드를 사용하고 있다. 포토다이오드는 단위화소로 입사하는 빛을 전자로 바꾸어 주는 역할을 하기 때문에 센서의 특성을 좌우하는 주요 부분이다. 통상 포토다이오드를 실리콘 기판위에 불순물 이온 주입 공정을 통하여 형성시킨 불순물 접합층으로 구성된다.A photodiode is used as part of its component inside a unit pixel of an image sensor used as an image recognition device. The photodiode converts light incident on the unit pixel into electrons, which is a major factor in determining the characteristics of the sensor. Usually, the photodiode is composed of an impurity bonding layer formed on a silicon substrate through an impurity ion implantation process.

이렇게 구성된 불순물 접합층에 바이어스를 가함으로써 공핍층을 형성시키고, 일정 시간 동안 입사하는 빛에 의해 실리콘 기판에서 생성된 전자를 공핍층에 모으고 이를 회로적으로 읽어내는 방식을 통하여 화상 신호를 구현한다.A depletion layer is formed by applying a bias to the impurity bonding layer configured as described above, and an image signal is realized by collecting electrons generated in the silicon substrate in the depletion layer by the incident light for a predetermined time and reading them in a circuit.

따라서 포토다이오드의 광감응 효율을 크게하는 것이 중요하며 포토다이오드의 광감응 효율을 높이기 위해서는 포토다이오드의 면적뿐 만 아니라 불순물의 접합층에서 발생하는 공핍층의 폭을 크게하여 포토다이오드 내부에 형성되는 3차원적인 공핍층의 크기를 증가시켜 주어야 한다.Therefore, it is important to increase the photosensitive efficiency of the photodiode. In order to increase the photosensitive efficiency of the photodiode, not only the area of the photodiode but also the width of the depletion layer generated in the junction layer of impurities is increased. The size of the dimensional depletion layer should be increased.

도 1은 통상적인 이미지센서의 단위화소 일부 구조를 나타내는 단면도로서, 종래기술에서는 이온 주입 공정을 통하여 포토다이오드 영역의 실리콘기판 내부에 불순물 접합층을 형성하여 포토다이오드를 제조하게 된다. 이를 구체적으로 살펴본다.1 is a cross-sectional view illustrating a partial structure of a unit pixel of a conventional image sensor. In the related art, an impurity bonding layer is formed inside a silicon substrate in a photodiode region through an ion implantation process to manufacture a photodiode. Let's look at this in detail.

도 1을 참조하면, 필드산화막(4)이 형성된 P형의 실리콘기판(1) 상에 트랜스퍼트랜지스터의 게이트(7)가 형성되어 있고, 게이트(7) 측벽에는 스페이서(8)가 형성되어 있으며, 게이트(7) 일측면의 실리콘기판(1) 표면 아래에는 N형 불순물층(3) 및 P형 불순물층(2)이 적층 형성되고, 게이트(7)의 타측면의 실리콘기판(1) 표면 아래에는 고농도 N형 불순물층인 센싱영역(6)이 형성된다.Referring to FIG. 1, a gate 7 of a transfer transistor is formed on a P-type silicon substrate 1 on which a field oxide film 4 is formed, and spacers 8 are formed on sidewalls of the gate 7. An N-type impurity layer 3 and a P-type impurity layer 2 are laminated and formed under the surface of the silicon substrate 1 on one side of the gate 7, and below the surface of the silicon substrate 1 on the other side of the gate 7. In the sensing region 6, which is a high concentration N-type impurity layer, is formed.

포토다이오드는 P형 불순물층(2)과 N형 불순물층(3) 및 P형 실리콘기판(1)에 의해 PNP 접합 구조를 이루게 되고, 이러한 포토다이오드는 P형 실리콘 기판(1)에 고에너지 N형 불순물 이온주입 및 저에너지 P형 불순물 이온 주입 공정을 연속적으로 진행하여 N형 불순물층(3) 및 P형 불순물층(2)이 형성되게 하므로써 제조되게 된다.The photodiode forms a PNP junction structure by the P-type impurity layer 2, the N-type impurity layer 3, and the P-type silicon substrate 1, and the photodiode has a high energy N on the P-type silicon substrate 1 The type impurity ion implantation and the low energy P-type impurity ion implantation process are continuously performed to form the N-type impurity layer 3 and the P-type impurity layer 2.

이때, N형 불순물층(3)에 바이어스를 가함으로써 N형 불순물층(3)을 완전히 공핍시키면 N형 불순물층(3)뿐 만 아니라 P형 불순물층(2) 및 실리콘 기판(1)으로도 공핍층이 형성되며, 특히 실리콘기판(1)의 농도가 N형 불순물층(3)의 농도에 비해 낮기 때문에 공핍되는 폭이 크다.At this time, if the N-type impurity layer 3 is completely depleted by applying a bias to the N-type impurity layer 3, not only the N-type impurity layer 3 but also the P-type impurity layer 2 and the silicon substrate 1 The depletion layer is formed. In particular, since the concentration of the silicon substrate 1 is lower than that of the N-type impurity layer 3, the depletion width is large.

한편, 소형화되고 고해상도를 갖는 이미지센서 소자를 제조하기 위해서는 작은 크기의 단위화소 설계와 고도화된 반도체 제조 기술의 적용이 요구된다. 단위 화소에는 포토다이오드 뿐만 아니라 신호 검출을 위한 회로가 혼재되어 있기 때문에 칩 소형화시 설계를 통한 포토다이오드의 면적 증가에는 한계가 있다.Meanwhile, in order to manufacture a miniaturized and high resolution image sensor device, a small unit pixel design and an advanced semiconductor manufacturing technology are required. Since the unit pixel contains not only a photodiode but also a circuit for signal detection, there is a limit in increasing the area of the photodiode through the design of chip miniaturization.

또한 고도화된 반도체 제조 공정에서는 소자 격리를 위한 거리가 작아지게되므로 이온 주입 공정을 통한 불순물층 형성 깊이가 작아지기 때문에 불순물 접합층에서 발생하는 공핍층의 폭도 줄어들게 된다.In addition, since the distance for device isolation is reduced in the advanced semiconductor manufacturing process, the depth of the impurity layer formation through the ion implantation process is reduced, thereby reducing the width of the depletion layer generated in the impurity junction layer.

따라서 포토다이오드의 광감응 효율과 축적할 수 있는 전하 용량이 감소하여 센서의 특성을 열화시킨다.As a result, the photosensitive efficiency and accumulating charge capacity of the photodiode are reduced to deteriorate the characteristics of the sensor.

또한 소자 간 거리가 좁아진 소형화된 이미지센서에서 종래와 같은 이온 주입 공정을 통하여 포토다이오드의 내부에 접합층을 형성시키게 되면 불순물층의 확산 및 공핍층의 확장으로 인해 인접 화소와 간섭이 발생하여 센서의 특성을 열화시키게 되는 문제점이 있다.In addition, when the junction layer is formed inside the photodiode through a conventional ion implantation process in a miniaturized image sensor having a shorter distance between devices, interference with adjacent pixels occurs due to diffusion of an impurity layer and expansion of a depletion layer. There is a problem of deteriorating characteristics.

본 발명은 단위화소가 작아지고 포토다이오드가 면적이 작아지더라도 3차원적인 포토다이오드의 공핍층을 크게할 수 있어, 칩이 소형화 및 고해상도를 갖게됨에 따라 단위화소의 크기가 줄어서 발생하는 광감응 효율 및 전하 용량의 저하를 극복할 수 있는 이미지센서의 포토다이오드 및 그 제조 방법을 제공하는데 목적이 있다.The present invention can increase the depletion layer of the three-dimensional photodiode even if the unit pixel is small and the area of the photodiode is small, so that the photosensitive efficiency caused by the reduction in the size of the unit pixel as the chip has a small size and high resolution And a photodiode of an image sensor capable of overcoming a decrease in charge capacity and a method of manufacturing the same.

또한, 본 발명은 인접화소와의 간섭에 의해 이미지 센서의 특성이 열화되는 것을 방지할 수 있는 이미지센서의 포토다이오드 및 그 제조 방법을 제공하는데 목적이 있다.It is also an object of the present invention to provide a photodiode of an image sensor and a method of manufacturing the same that can prevent deterioration of characteristics of an image sensor due to interference with adjacent pixels.

도 1은 종래기술에 따른 이미지센서의 포토다이오드 구조를 보여주는 단면도,1 is a cross-sectional view showing a photodiode structure of an image sensor according to the prior art,

도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일실시예에 따른 포토다이오드 제조 공정을 보여주는 단면도,2A to 2D are cross-sectional views illustrating a photodiode manufacturing process according to an embodiment of the present invention;

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 포토다이오드 구조를 보여주는 단면도.3 is a cross-sectional view showing a photodiode structure according to another embodiment of the present invention.

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

1 : 실리콘기판 4 : 필드산화막1: silicon substrate 4: field oxide film

5 : 포토다이오드영역 6 : 센싱영역5: photodiode area 6: sensing area

7 : 게이트전극 8 : 스페이서7 gate electrode 8 spacer

9 : 층간절연막 10 : N형 불순물층9: interlayer insulating film 10: N-type impurity layer

12 : 에피층 13 : P형 불순물층12 epitaxial layer 13 p-type impurity layer

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 포토다이오드는, 필드산화막 및 트랜스퍼트랜지스터의 게이트전극을 구비하는 이미지센서에서의 포토다이오드에 있어서, 제1도전형(P형)의 반도체기판의 표면 아래에 형성되며, 상기 필드산화막의 에지에서 일부영역이 이격되어 형성되고 상기 게이트전극의 일측 에지에 정렬되어 형성되는 제2도전형(N형)의 불순물층; 및 상기 일부영역을 포함하는 상기 제2도전형(N형)의 불순물층 상부에 형성되며, 상기 게이트전극의 일측 에지에서 이격되어 형성된 제1도전형(P형)의 에피층을 포함하여 구성되며, 역바이어스 인가시 상기 제2도전형(N형)의 불순물층이 완전공핍되면서 상기 반도체기판 및 상기 에피층으로 공핍영역이 확장되는 것을 특징으로 한다.The photodiode of the present invention for achieving the above object is formed under the surface of the first conductive type (P type) semiconductor substrate in a photodiode in an image sensor having a field oxide film and a gate electrode of a transfer transistor. A second conductive type (N-type) impurity layer formed at a portion of the field oxide film spaced apart from each other and aligned at one edge of the gate electrode; And an epitaxial layer of a first conductivity type (P type) formed on an impurity layer of the second conductivity type (N type) including the partial region and spaced apart from one edge of the gate electrode. When the reverse bias is applied, the second conductive type (N-type) impurity layer is completely depleted, and the depletion region extends to the semiconductor substrate and the epi layer.

또한 본 발명은 상기 일부영역의 반도체기판 표면 하부와 상기 제2도전형(N형)의 불순물층 하부의 상기 반도체기판 내부에 형성되는 제1도전형((P형)의 불순물층을 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.In addition, the present invention further includes a first conductive type (P type) impurity layer formed in the semiconductor substrate under the semiconductor substrate surface of the partial region and under the impurity layer of the second conductive type (N type). Characterized in that made.

상기한 구조의 본 발명의 포토다이오드는 에피층을 성장시켜 반도체기판 상부에 형성시켜주기 때문에, 반도체기판 내부가 아닌 상부의 에피층으로 공핍층을 유도할 수 있다. 따라서 단위화소가 작아지고 포토다이오드의 면적이 작아지더라도 3차원적인 포토다이오드의 공핍층은 크게 할 수 있다. 즉, 칩이 소형화, 고해상도를 갖게됨에 따라 단위화소의 크기가 줄어서 발생하는 광감응 효율 및 전하 용량의 저하를 극복할 수 있다.Since the photodiode of the present invention having the above structure grows and forms the epitaxial layer on the semiconductor substrate, the depletion layer can be induced into the epitaxial layer on the upper side of the semiconductor substrate rather than inside the semiconductor substrate. Therefore, even if the unit pixel becomes smaller and the area of the photodiode becomes smaller, the depletion layer of the three-dimensional photodiode can be increased. That is, as the chip becomes smaller and has a higher resolution, it is possible to overcome a decrease in photosensitive efficiency and charge capacity caused by the reduction in the size of the unit pixel.

뿐만 아니라 빛을 전자로 바꾸어 주는 포토다이오드 영역 내의 주된 공핍층을 에피층에 형성 시켜 줄 수 있기 때문에, 고도화된 반도체 제조 기술 적용에 따라 소자간 격리 거리가 좁아지더라도 불순물층의 확산 및 공핍층의 확장으로 인한 인접화소와의 간섭에 의해 이미지 센서의 특성이 열화되는 것을 억제 또는 방지할 수 있다.In addition, since the main depletion layer in the photodiode region that converts light into electrons can be formed in the epi layer, the diffusion of the impurity layer and the depletion layer It is possible to suppress or prevent deterioration of the characteristics of the image sensor due to interference with adjacent pixels due to expansion.

그리고 에피층의 두께만큼 포토다이오드 영역이 반도체기판 상부로 높아져 있기 때문에, 종래보다 입사되는 빛이 포토다이오드 영역에 도달하기 위해 통과하는 거리가 짧아지는 효과도 얻을 수 있다. 따라서 입사하는 빛이 포토다이오드에 도달하는 투과도 측면에서 유리한 효과를 얻을 수 있고, 이로 인해 광감응 효율이 더 좋아진다. 특히 투과도가 낮은 단파장의 블루(Blue) 빛에 대한 광감응 효율을 개선시킬 수 있다.In addition, since the photodiode region is raised above the semiconductor substrate by the thickness of the epi layer, it is also possible to obtain an effect of shortening the distance that the incident light passes to reach the photodiode region than before. Therefore, an advantageous effect can be obtained in terms of the transmittance of the incident light reaching the photodiode, which results in better photosensitive efficiency. In particular, it is possible to improve the photosensitivity of the blue light having low transmittance.

또한 종래 기술에 의해 형성되는 포토다이오드의 경우 반도체기판 표면의 P형 불순물층(도1의 2)의 확산으로 인해 N형 불순물층(도1의 3)에서 센싱영역(도1의 6)으로 전하를 전송하는데 방해를 하는 장벽전위를 형성시킨다.In addition, in the case of the photodiode formed by the prior art, the charge is transferred from the N-type impurity layer (3 in FIG. 1) to the sensing region (6 in FIG. 1) due to the diffusion of the P-type impurity layer (2 in FIG. 1) on the surface of the semiconductor substrate. It forms a barrier potential that interferes with transmission.

그러나 본 발명에서 의해 형성되는 포토다이오드는 완전공핍되는 제2도전형(N형)의 불순물층이 바로 트랜스퍼트랜지스터의 게이트전극에 연결되어 있기 때문에 전하 운송 효율 측면에서도 효과를 얻을 수 있다.However, since the photodiode formed in the present invention is directly connected to the gate electrode of the transfer transistor, the impurity layer of the second conductive type (N type), which is completely depleted, can be obtained in terms of charge transport efficiency.

한편, 본 발명은 제1도전형((P형)의 불순물층을 더 포함하게 될 경우, 상기한 작용효과 이외에도 반도체기판 내부에서 공핍층이 과도하게 확장되어 인접화소와 간섭을 일으키는 것을 효과적으로 방지하는 작용효과를 더 얻을 수 있다.On the other hand, in the present invention, when the impurity layer of the first conductivity type (P type) is further included, the depletion layer is excessively expanded inside the semiconductor substrate to effectively prevent interference with adjacent pixels, in addition to the above-described effects. More effect can be obtained.

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

도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 포토다이오드 제조 공정을 보여준다. 본 발명의 완성을 위한 공정의 설명은 단위화소를 구성하는 소자 중에서 포토다이오드 영역 및 트랜스퍼트랜지스터 및 센싱영역을 주요부분으로 하여 설명하고자 한다.2a to 2d show a photodiode manufacturing process according to a preferred embodiment of the present invention. Description of the process for the completion of the present invention will be described with the main portion of the photodiode region, the transfer transistor and the sensing region of the elements constituting the unit pixel.

도 2a는 통상의 방법으로 P형 실리콘 기판(1)위에 소자간 격리를 위한 필드산화막(4)을 형성하고 포토다이오드 영역(5)에서 센싱영역(6)으로 전하를 전송하기 위한 게이트로 사용되는 트랜스퍼트랜지스터의 게이트전극(7)을 형성시킨 상태이다.FIG. 2A shows a field oxide film 4 for isolation between devices on a P-type silicon substrate 1 in a conventional manner, and is used as a gate for transferring charge from the photodiode region 5 to the sensing region 6. The gate electrode 7 of the transfer transistor is formed.

이어서, 도 2b는 이온 주입 공정을 통하여 포토다이오드에 불순물층의 접합을 형성하는 단계이다. 종래기술과는 다르게 본 발명에서는 마스크 및 이온주입공정을 통해 포토다이오드 영역(5)에 저에너지 N형 불순물 이온주입을 실시하여, 실리콘기판(1)의 표면 아래에 N형 불순물층(10)을 형성시킨다.Next, FIG. 2B is a step of forming a junction of an impurity layer on the photodiode through an ion implantation process. Unlike the prior art, in the present invention, low energy N-type impurity ions are implanted into the photodiode region 5 through a mask and an ion implantation process to form an N-type impurity layer 10 under the surface of the silicon substrate 1. Let's do it.

그 다음에 게이트전극 측벽에 스페이서(8)를 형성시키고 역시 마스크 및 이온주입공정을 통해 센싱영역(6)을 형성한 다음, 층간절연물질(9)을 증착한다.Then, the spacer 8 is formed on the sidewalls of the gate electrode, and the sensing region 6 is formed through the mask and ion implantation process, and then the interlayer insulating material 9 is deposited.

N형 불순물층(10)은 실리콘 기판(1) 표면 근처에 도핑될 수 있을 정도의 에너지를 사용한다. 이렇게 하는 이유는 이미지센서 소자 동작시 N형 불순물층(10)에 가해지는 바이어스에 의해 공핍되는 P형 실리콘 기판(1)의 공핍층이 넓게 확장되어 인접하는 화소와 간섭을 일으키는 것을 방지하기 위함이다. 또한 이 N형 불순물층(10)의 농도는 P형의 에피층 또는 기판에 의해서 완전히 공핍될 수 있는 적정량을 선택한다.The N-type impurity layer 10 uses energy enough to be doped near the surface of the silicon substrate 1. The reason for doing this is to prevent the depletion layer of the P-type silicon substrate 1, which is depleted by the bias applied to the N-type impurity layer 10 during the operation of the image sensor element, to be widely expanded to cause interference with adjacent pixels. . In addition, the concentration of the N-type impurity layer 10 selects an appropriate amount that can be completely depleted by the P-type epitaxial layer or the substrate.

그리고 N형 불순물층(10)은 트랜스퍼트랜지스터의 게이트 일측 에지에 정렬되어 형성되도록 하므로써 전기적으로 연결되도록 한다. 그 이유는 이 N형 불순물층(10)에 모인 전자를 센싱영역(6)으로 용이하게 전송해 주기 위함이다.In addition, the N-type impurity layer 10 is electrically aligned by being formed in alignment with one edge of a gate of the transfer transistor. The reason is that the electrons collected in the N-type impurity layer 10 can be easily transferred to the sensing region 6.

또한 N형 불순물층(10)의 다른 한쪽은 도 2b에서 원형의 점선으로 표시된 바와 같이 필드산화막(4)과 일부영역(평면적으로) 이격을 두도록 하는데 그 이유는 후속 공정에서 포토다이오드 영역(5)에 성장할 P형 에피층과 실리콘기판을 전기적으로 연결시켜 주기 위함이다. 그래야만 낮은 동작 전압에서 N형 불순물층(10)이 안정적으로 완전공핍을 이룰 수 있다.In addition, the other side of the N-type impurity layer 10 is to be spaced apart from the field oxide film 4 and a partial region (planarly) as indicated by a dotted line in FIG. 2B because the photodiode region 5 is formed in a subsequent process. This is to connect the P-type epilayer and silicon substrate to be grown electrically. Only then can the N-type impurity layer 10 be completely depleted at low operating voltage.

이어서, 도 2c에 도시된 바와 같이 포토다이오드 영역(5) 상부의 층간절연물질(9)을 선택적으로 식각하기 위해 감광막(11)을 도포한 후 마스크 공정을 진행하고, 이어서 층간절연물질의 식각 공정을 연속적으로 진행하여 포토다이오드 영역(5)의 실리콘기판(1)의 표면이 드러난 홀을 형성한다.Subsequently, as illustrated in FIG. 2C, the photoresist film 11 is applied to selectively etch the interlayer insulating material 9 on the photodiode region 5, and then a mask process is performed, followed by an etching process of the interlayer insulating material. Are continuously performed to form holes in which the surface of the silicon substrate 1 of the photodiode region 5 is exposed.

이때 식각되어 형성된 홀이 트랜스퍼트랜지스터의 게이트전극(7)의 스페이서(8)와 이격을 두도록 한다. 그 이유는 N형 불순물층(10)을 트랜스퍼트랜지스터의 채널과 확실하게 연결시켜주기 위함이다.At this time, the hole formed by etching is spaced apart from the spacer 8 of the gate electrode 7 of the transfer transistor. The reason is to reliably connect the N-type impurity layer 10 with the channel of the transfer transistor.

다음은, 도 2d에 도시된 바와 같이 실리콘기판(1)이 드러난 부분에 선택적으로 실리콘 에피층(12)을 성장시킨다.Next, as shown in FIG. 2D, the silicon epitaxial layer 12 is selectively grown on the portion where the silicon substrate 1 is exposed.

이때 실리콘 에피층은 P형으로 도핑될 수 있는 분위기에서 성장시키고, 그농도는 실리콘기판(1) 표면의 N형 불순물층(10)이 완전히 공핍될 수 있도록 선택한다. 이렇게 하여 P형의 실리콘기판(1)과 전기적으로 연결된 P형의 실리콘 에피층(12)을 형성시킬 수 있다.At this time, the silicon epitaxial layer is grown in an atmosphere that can be doped with a P-type, the concentration is selected so that the N-type impurity layer 10 on the surface of the silicon substrate 1 can be completely depleted. In this way, the P-type silicon epitaxial layer 12 electrically connected to the P-type silicon substrate 1 can be formed.

또한 에피층(12)의 두께는 이미지센서의 광감응 효율 및 전하 용량을 고려하여 적정 두께로 선택할 수 있다. 성장된 에피층의 두께가 층간절연물질(9)에 비해 두껍게 형성되어 큰 단차를 유발하더라도 포토다이오드 영역(5)의 상부에는 금속 배선이나 금속 배선을 연결하기 위한 콘택이 형성되지 않기 때문에 문제가 되지 않는다.In addition, the thickness of the epi layer 12 may be selected to an appropriate thickness in consideration of the photosensitive efficiency and the charge capacity of the image sensor. Even if the thickness of the grown epitaxial layer is thicker than the interlayer insulating material 9, causing a large step, there is no problem because a contact for connecting the metal wires or the metal wires is not formed on the upper portion of the photodiode region 5. Do not.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 포토다이오드 구조를 보여준다. 도2의 일실시예에서와 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 인용하였으며, 그에 대한 설명은 생략한다.3 shows a photodiode structure according to another embodiment of the present invention. Like reference numerals refer to like elements as in the exemplary embodiment of FIG. 2, and descriptions thereof will be omitted.

본 발명의 다른 실시예에서는 포토다이오드 영역내의 N형 불순물층(10)에 의하여 저농도의 P형 실리콘 기판(1)에서 발생하는 공핍층이 확장되어 인접 화소와 접촉되는 것을 효과적으로 방지하기 위해, 저에너지 N형 불순물층(10)을 형성하는 이온 주입 공정에 앞에 고에너지 P형 불순물층(13) 형성을 위한 이온 주입 공정을 진행한다. 고에너지 P형 불순물의 농도는 공핍층의 확장 정도를 고려하여 적절히 선택한다. 이렇게 하면 실리콘기판(1) 내부에서 발생하는 P형의 공핍층의 폭을 제어하기 용이 할 뿐만 아니라 실리콘기판 표면의 N형 불순물층(10)의 농도를 선택할 수 있는 폭이 넓어진다.In another embodiment of the present invention, in order to effectively prevent the depletion layer generated in the low concentration P-type silicon substrate 1 from being extended by the N-type impurity layer 10 in the photodiode region and contacting adjacent pixels, the low-energy N The ion implantation process for forming the high energy P-type impurity layer 13 is performed before the ion implantation process for forming the impurity layer 10. The concentration of the high energy P-type impurity is appropriately selected in consideration of the degree of expansion of the depletion layer. This makes it easier to control the width of the P-type depletion layer generated inside the silicon substrate 1, and the width of the N-type impurity layer 10 on the surface of the silicon substrate can be widened.

그리고 상기 P형 불순물층(13)은 포토다이오드 영역(5) 전체에 걸쳐 형성되게 하여 도 3의 점선 안 영역을 통해 실리콘기판(1)과 실리콘 에피층(12)이 전기적으로 연결되는 것을 도울 수 있도록 한다.In addition, the P-type impurity layer 13 may be formed over the entire photodiode region 5 to help the silicon substrate 1 and the silicon epitaxial layer 12 to be electrically connected through the dotted inner region of FIG. 3. Make sure

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 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. 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.

본 발명의 이미지센서의 포토다이오드는, 칩이 소형화, 고해상도에 상응하는 광감응 효율 저하 및 전하 용량의 저하를 극복할 수 있고, 인접화소와의 간섭에 의해 이미지 센서의 특성이 열화되는 것을 억제 또는 방지할 수 있으며, 입사하는 빛이 포토다이오드에 도달하는 투과도 측면에서 유리한 효과를 얻을 수 있어 특히 투과도가 낮은 단파장 빛에 대한 광감응 효율을 개선시킬 수 있다. 또한 완전공핍되는 N형 불순물층이 바로 트랜스퍼트랜지스터의 채널에 연결되어 있기 때문에 전하 운송 효율 측면에서도 효과를 얻을 수 있다.The photodiode of the image sensor of the present invention can overcome the miniaturization of the chip, the decrease in the photosensitive efficiency corresponding to the high resolution, and the decrease in the charge capacity, and suppress the deterioration of the characteristics of the image sensor due to interference with adjacent pixels or It can be prevented, and an advantageous effect can be obtained in terms of the transmittance of the incident light to the photodiode, thereby improving the photosensitivity efficiency, especially for short wavelength light having low transmittance. In addition, since the fully depleted N-type impurity layer is directly connected to the channel of the transfer transistor, the effect of charge transport efficiency can be obtained.

Claims (4)

필드산화막 및 트랜스퍼트랜지스터의 게이트전극을 구비하는 이미지센서에서의 포토다이오드에 있어서,A photodiode in an image sensor having a field oxide film and a gate electrode of a transfer transistor, 제1도전형의 반도체기판의 표면 아래에 형성되며, 상기 필드산화막의 에지에서 일부영역이 이격되어 형성되고 상기 게이트전극의 일측 에지에 정렬되어 형성되는 제2도전형의 불순물층; 및An impurity layer of a second conductive type formed under the surface of the first conductive type semiconductor substrate and formed to be spaced apart from the edge of the field oxide layer and aligned with one edge of the gate electrode; And 상기 일부영역을 포함하는 상기 제2도전형의 불순물층 상부에 형성되며, 상기 게이트전극의 일측 에지에서 이격되어 형성된 제1도전형의 에피층을 포함하여,An epitaxial layer of a first conductivity type formed on the impurity layer of the second conductivity type including the partial region and spaced apart from one edge of the gate electrode; 역바이어스 인가시 상기 제2도전형의 불순물층이 완전공핍되면서 상기 반도체기판 및 상기 에피층으로 공핍영역이 확장되는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 포토다이오드.And a depletion region extends to the semiconductor substrate and the epi layer as the impurity layer of the second conductive type is completely depleted upon application of reverse bias. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 일부영역의 반도체기판 표면 하부와 상기 제2도전형의 불순물층 하부의 상기 반도체기판 내부에 형성되는 제1도전형의 불순물층을 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 이미지센서의 포토다이오드.And a first conductive type impurity layer formed inside the semiconductor substrate under the semiconductor substrate surface of the partial region and under the impurity layer of the second conductive type. 포토다이오드를 갖는 이미지센서 제조 방법에 있어서,In the image sensor manufacturing method having a photodiode, 제1도전형의 반도체기판에 필드산화막 및 트랜스퍼트랜지스터의 게이트전극을 형성하는 단계;Forming a gate electrode of a field oxide film and a transfer transistor on a first conductive semiconductor substrate; 마스크 및 이온주입공정을 통해 상기 반도체기판의 표면 근처에 형성되고 상기 필드산화막의 에지에서 일부영역이 이격되어 형성되며 상기 게이트전극의 일측 에지에 정렬되어 형성되도록 제2도전형의 불순물층을 형성하는 단계;The impurity layer of the second conductivity type is formed to be formed near the surface of the semiconductor substrate through a mask and ion implantation process, and a partial region is spaced apart from the edge of the field oxide layer, and is aligned with one edge of the gate electrode. step; 상기 게이트전극 측벽에 스페이서를 형성하고, 마스크 및 이온주입공정을 통해 상기 게이트전극 타측의 상기 반도체기판에 형성되는 고농도의 제2도전형 불순물층인 센싱영역을 형성하는 단계;Forming a spacer on a sidewall of the gate electrode and forming a sensing region as a second concentration impurity layer formed on the semiconductor substrate on the other side of the gate electrode through a mask and an ion implantation process; 전체구조 상에 층간절연막을 형성하는 단계;Forming an interlayer insulating film on the entire structure; 마스크 및 식각 공정을 통해 상기 층간절연막을 식각하여 상기 일부영역을 포함하고 상기 게이트전극에서 이격되는 홀을 형성하는 단계; 및Etching the interlayer insulating layer through a mask and an etching process to form a hole including the partial region and spaced apart from the gate electrode; And 상기 에피택셜 성장에 의해 상기 홀 내부에 에피층을 형성하는 단계Forming an epitaxial layer in the hole by the epitaxial growth 를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.Image sensor manufacturing method characterized in that it comprises a. 포토다이오드를 갖는 이미지센서 제조 방법에 있어서,In the image sensor manufacturing method having a photodiode, 제1도전형의 반도체기판에 필드산화막 및 트랜스퍼트랜지스터의 게이트전극을 형성하는 단계;Forming a gate electrode of a field oxide film and a transfer transistor on a first conductive semiconductor substrate; 마스크 및 이온주입공정을 통해 상기 반도체기판의 표면 아래에 형성되고 상기 필드산화막의 에지와 상기 게이트전극의 일측 에지에 정렬되어 형성되도록 제1도전형의 불순물층을 형성하는 단계;Forming an impurity layer of a first conductivity type to be formed under the surface of the semiconductor substrate through a mask and an ion implantation process and aligned with an edge of the field oxide film and one edge of the gate electrode; 마스크 및 이온주입공정을 통해 상기 반도체기판의 표면 근처에 형성되고 상기 필드산화막의 에지에서 일부영역이 이격되어 형성되며 상기 게이트전극의 일측 에지에 정렬되어 형성되도록 제2도전형의 불순물층을 형성하는 단계;The impurity layer of the second conductivity type is formed to be formed near the surface of the semiconductor substrate through a mask and ion implantation process, and a partial region is spaced apart from the edge of the field oxide layer, and is aligned with one edge of the gate electrode. step; 상기 게이트전극 측벽에 스페이서를 형성하고, 마스크 및 이온주입공정을 통해 상기 게이트전극 타측의 상기 반도체기판에 형성되는 고농도의 제2도전형 불순물층인 센싱영역을 형성하는 단계;Forming a spacer on a sidewall of the gate electrode and forming a sensing region as a second concentration impurity layer formed on the semiconductor substrate on the other side of the gate electrode through a mask and an ion implantation process; 전체구조 상에 층간절연막을 형성하는 단계;Forming an interlayer insulating film on the entire structure; 마스크 및 식각 공정을 통해 상기 층간절연막을 식각하여 상기 일부영역을 포함하고 상기 게이트전극에서 이격되는 홀을 형성하는 단계; 및Etching the interlayer insulating layer through a mask and an etching process to form a hole including the partial region and spaced apart from the gate electrode; And 상기 에피택셜 성장에 의해 상기 홀 내부에 에피층을 형성하는 단계Forming an epitaxial layer in the hole by the epitaxial growth 를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.Image sensor manufacturing method characterized in that it comprises a.
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