KR20030000648A - Forming method of photodiode - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로 특히, 이미지센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 화소(Pixel)간 크로스 토크(Cross talk)를 방지할 수 있는 포토다이오드 형성 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to an image sensor, and more particularly, to a photodiode forming method capable of preventing cross talk between pixels.
일반적으로, 이미지센서라 함은 광학 영상(Optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체소자로서, 이중 전하결합소자(CCD : Charge Coupled Device)는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 커패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 커패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, CMOS(Complementary MOS; 이하 CMOS) 이미지센서는 제어회로(Control circuit) 및 신호처리회로(Signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소수만큼 MOS트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(Output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.In general, an image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal. In a double charge coupled device (CCD), individual metal-oxide-silicon (MOS) capacitors are very different from each other. A device in which charge carriers are stored and transported in a capacitor while being located in close proximity, and CMOS (Complementary MOS) image sensor is a CMOS technology that uses a control circuit and a signal processing circuit as peripheral circuits. Is a device that employs a switching method that creates MOS transistors by the number of pixels and sequentially detects the output using them.
이러한 다양한 이미지센서를 제조함에 있어서, 이미지센서의 감광도(Photo sensitivity)를 증가시키기 위한 노력들이 진행되고 있는 바, 그 중 하나가 집광기술이다. 예컨대, CMOS 이미지센서는 빛을 감지하는 포토다이오드와 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 CMOS 로직회로부분으로 구성되어 있는 바,광감도를 높이기 위해서는 전체 이미지센서 면적에서 포토다이오드의 면적이 차지하는 비율(이를 통상 Fill Factor"라 한다)을 크게 하려는 노력이 진행되고 있다.In manufacturing such various image sensors, efforts are being made to increase the photo sensitivity of the image sensor, and one of them is a light condensing technology. For example, the CMOS image sensor is composed of a photodiode for detecting light and a portion of a CMOS logic circuit for processing the detected light as an electrical signal to make data. In order to increase the light sensitivity, the ratio of the photodiode to the total image sensor area is increased. Efforts have been made to increase (usually referred to as Fill Factor).
도 1은 종래기술에 따른 포토다이오드를 도시한 단면측 개략도이다.1 is a cross-sectional side view illustrating a photodiode according to the prior art.
도 1을 참조하면, P형의 기판(10)에 국부적으로 필드 절연막(11)이 형성되어 있는 바, STI 또는 LOCOS(LOCal Oxidation of Silicon) 등의 구조로 형성되어 있으며, 필드 절연막(11)과 떨어진 영역에 게이트전극 예컨대, 트랜스퍼 게이트(Transfer gate)가 형성되나 여기서는 생략하였으며, 이는 포토다이오드에서 플로팅 센싱 노드(Floating sensing node; 이하 FD라 함)로 광전자를 운반하기 위한 역할을 한다. 필드 절연막(11)의 하부에는 P형의 채널 스탑 영역(12)이 기판(10) 내부로 형성되어 있으며, 필드 절연막(11)과 게이트전극(도시하지 않음)에 접하는 포토다이오드용 불순물 영역(n-, 13)이 기판(10) 내부에 소정의 깊이로 형성되어 있으며, 이는 높은 에너지 예컨대, 160KeV 내지 180KeV의 에너지를 이용하여 저농도로 도핑된 것이다. n- 영역(13)의 상부와 기판(10) 표면에 접하는 불순물 영역(P0, 14)이 형성되어 있다.Referring to FIG. 1, a field insulating film 11 is locally formed on a P-type substrate 10. The field insulating film 11 is formed in a structure such as STI or LOCOS (LOCal Oxidation of Silicon). A gate electrode, eg, a transfer gate, is formed in the distant region, but is omitted here, and serves to transport the photoelectrons from the photodiode to the floating sensing node (hereinafter referred to as FD). A P-type channel stop region 12 is formed in the substrate 10 under the field insulating film 11, and an impurity region n for photodiode in contact with the field insulating film 11 and the gate electrode (not shown) is provided. 13 is formed to a predetermined depth inside the substrate 10, which is lightly doped using high energy, for example, energy of 160 KeV to 180 KeV. Impurity regions P0 and 14 in contact with the top of n-region 13 and the surface of substrate 10 are formed.
즉, PNP 구조의 포토다이오드를 이루며 n- 영역(13)이 높은 포텐셜을 갖게 되어 입사광에 의해 기판(20) 내부에서 생성된 광전자가 n- 영역(13)으로 모이게 된다.That is, the n- region 13 has a high potential, forming a photodiode having a PNP structure, and photoelectrons generated inside the substrate 20 by the incident light are collected in the n- region 13.
한편, 상기한 바와 같은 종래의 이미지센서에 있어서, 장파장의 빛이 비스듬히 입사하여 기판(10) 내부에서 광전자를 생성시키면, 이러한 광전자는 인접 단위 화소의 포토다이오드로 이동하는 현상인 크로스 토크를 발생시킨다.On the other hand, in the conventional image sensor as described above, when long-wavelength light is incident at an angle to generate photoelectrons inside the substrate 10, such photoelectrons generate cross talk, which is a phenomenon of moving to photodiodes of adjacent unit pixels. .
도 2a는 도 1을 A-A' 방향으로 절단한 불순물 농도 분포를 도시한 그래프로서, n- 영역(13)으로 광전자가 모이게 되며, 도 2b은 도 1을 A-A'으로 절단한 불순물 영역의 포텐셜(Potential) 분포를 도시한 그래프로서, 장파장의 빛에 의해서 기판(10) 내부에서 생성되는 광전자의 경우 도시된 바와 같이 n- 영역(13)으로 이동하게 되며, 이때 비스듬히 입사하는 장파장의 빛에 의해 생성되는 광전자의 경우에는 인접 단위 화소의 포토다이오드로 이동하게 되어 크로스 토크를 발생시킨다.FIG. 2A is a graph illustrating an impurity concentration distribution of FIG. 1 taken along the AA ′ direction, in which photoelectrons are collected in the n− region 13, and FIG. 2B is a potential of the impurity region taken along the line AA ′ of FIG. 1. (Potential) is a graph showing the distribution, the photoelectrons generated inside the substrate 10 by the long wavelength of light is moved to the n-region 13 as shown, at this time by the long wavelength of light incident at an angle In the case of generated photoelectrons, the photoelectrons are moved to photodiodes of adjacent unit pixels, thereby generating crosstalk.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 본 발명은, 포토다이오드 내의 포텐셜 분포를 적절히 분포하도록 함으로써 크로스 토크를 방지할 수 있는 포토다이오드 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention proposed to solve the problems of the prior art as described above, an object of the present invention is to provide a method of forming a photodiode that can prevent cross talk by properly distributing the potential distribution in the photodiode.
도 1은 종래기술에 따른 포토다이오드를 도시한 단면측 개략도,1 is a cross-sectional side view showing a photodiode according to the prior art,
도 2a는 도 1을 A-A' 방향으로 절단한 불순물 농도 분포를 도시한 그래프,FIG. 2A is a graph illustrating an impurity concentration distribution of FIG. 1 taken along the line A-A ',
도 2b는 도 1을 A-A'으로 절단한 불순물 영역의 포텐셜 분포를 도시한 그래프,FIG. 2B is a graph showing the potential distribution of the impurity region obtained by cutting AA of FIG. 1;
도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 포토다이오드 형성 공정을 도시한 단면도,3A to 3B are cross-sectional views illustrating a photodiode forming process according to an embodiment of the present invention;
도 4a는 도 3b를 A-A' 방향으로 절단한 불순물 농도 분포를 도시한 그래프,4A is a graph illustrating an impurity concentration distribution of FIG. 3B taken along a line A-A ';
도 4b는 도 3b를 A-A'으로 절단한 불순물 영역의 포텐셜 분포를 도시한 그래프.FIG. 4B is a graph showing the potential distribution of impurity regions obtained by cutting AA of FIG. 3B.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10 : 기판10: substrate
11 : 필드 절연막11: field insulating film
12a : 채널 스탑 영역12a: channel stop area
12b, 14 : P형 불순물 영역12b, 14: P-type impurity region
13 : N형 불순물 영역13: N-type impurity region
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 제1도전형의 기판 상에 국부적으로 필드 절연막을 형성하는 제1단계; 이온주입을 실시하여 상기 필드 절연막 하부의 상기 기판 내에 제1도전형의 채널 스탑 영역을 형성함과 동시에 수광 영역 내의 상기 기판 내에 전위 장벽 역할을 하는 제1도전형의 제1불순물 영역을 형성하는 제2단계; 이온주입을 실시하여 상기 기판 내의 상기 제1불순물 영역 상부에 오버랩되는 제2도전형의 제2불순물 영역을 형성하는 제3단계; 및 상기 제2불순물 영역 상부 및 상기 기판 표면에 접하는 제1도전형의 제3불순물 영역을 형성하는 제4단계를 포함하여 이루어지는 포토다이오드 형성 방법을 제공한다.The present invention to achieve the above object, the first step of forming a field insulating film locally on the substrate of the first conductivity type; Ion implantation to form a channel stop region of the first conductivity type in the substrate under the field insulating film and to form a first impurity region of the first conductivity type that serves as a potential barrier in the substrate in the light receiving region; Step 2; Performing a ion implantation to form a second impurity region of a second conductivity type overlapping the first impurity region in the substrate; And a fourth step of forming a third impurity region of a first conductivity type in contact with the surface of the second impurity region and the surface of the substrate.
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 설명하기로 한다.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. do.
도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 포토다이오드 형성 공정을 도시한 단면도로서, 이하 도 3a 내지 도 3b를 참조하여 상세하게 설명한다.3A to 3B are cross-sectional views illustrating a photodiode forming process according to an embodiment of the present invention, which will be described in detail with reference to FIGS. 3A to 3B.
먼저, 이후 열공정에 의한 측면 확산(Lateral Diffusion)을 통해 소스 팔로워(Source Follower) 역할을 하는 드라이브 게이트(Drive Gate, Dx)와 스위칭(Switching) 역할로 어드레싱(Addressing)을 할 수 있도록 하는 셀렉트 게이트(Select Gate, Sx)를 내포할 수 있도록 P-well(도시하지 않음)을 형성시키는 공정을 실시한다.First of all, the drive gate (Dx) serving as a source follower and the switching gate (addressing) can be addressed by switching. A step of forming a P-well (not shown) is carried out so as to contain (Select Gate, Sx).
이어서, 도 3a에 도시된 바와 같이, 기판(10) 상에 국부적으로 필드 절연막(11)을 형성한 다음, 이온주입을 실시하여 필드 절연막(11) 하부의 기판(10)내에 P형 채널 스탑 영역(12a)을 형성함과 동시에 수광 영역 내의 기판(10) 내에 전위 장벽 역할을 하는 P형 불순물 영역(12b)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 3A, the field insulating film 11 is locally formed on the substrate 10, and then ion implanted to form a P-type channel stop region in the substrate 10 under the field insulating film 11. While forming 12a, a P-type impurity region 12b is formed in the substrate 10 in the light receiving region, which serves as a potential barrier.
구체적으로, 다위 화소 이외의 주변 회로 영역의 필드절연막(11) 부분과 단위 화소 내에서 수광 영역과 수광 영역 주변의 필드 절연막(11) 영역에 동시에 이온주입을 실시하여 필드 절연막(11) 하부에는 P형 채널 스탑 영역(12a)이 형성되도록 하고 수광영역에는 후속 n- 영역 하부에 위치하도록 높은 에너지를 이용하여깊은 레벨로 P형 불순물 영역(12b)을 형성하는 바, 필드 절연막(11)에 의해 도시된 바와 같은 프로파일을 얻을 수 있게 된다.Specifically, ion implantation is simultaneously performed in the field insulating film 11 portion of the peripheral circuit region other than the multi-pixel pixel and in the light receiving region and the region of the field insulating film 11 around the light receiving region in the unit pixel. The P-type impurity region 12b is formed at a deep level by using high energy so that the type channel stop region 12a is formed and is located below the n-region in the light receiving region, as shown by the field insulating film 11. It is possible to obtain a profile as shown.
따라서, 별도의 마스크 공정 추가없이 P형 불순물 영역(12b)이 형성되며, 이 P형 불순물 영역(12b)은 전위 장벽 역할을 하여 경사 입사하는 장파에 의해 생성된 광전자의 이동을 방지할 수 있도록 한다.Accordingly, the P-type impurity region 12b is formed without the addition of a separate mask process, and the P-type impurity region 12b serves as a potential barrier to prevent the movement of photoelectrons generated by obliquely incident long waves. .
다음으로 도 3b에 도시된 바와 같이, 이온주입을 실시하여 기판(10) 내의 P형 불순물 영역(12b) 상부에 오버랩되는 포토다이오드용 N형 불순물 영역(13)을 형성한 다음, N형 불순물 영역(13) 상부 및 기판(10) 표면에 접하는 P형 불순물 영역(14)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 3B, ion implantation is performed to form an N-type impurity region 13 for photodiodes that overlaps the upper portion of the P-type impurity region 12b in the substrate 10, and then the N-type impurity region. (13) P-type impurity regions 14 in contact with the top and the surface of the substrate 10 are formed.
구체적으로, 이온주입 마스크(도시하지 않음)를 이용하여 필드 절연막(23)에 접하는 포토다이오드용 N형 불순물 영역(13)을 기판(10) 내부에 소정의 깊이로 형성하는 바, 높은 에너지를 이용하여 저농도로 도핑한 다음, 피알 스트립(PR strip)을 통해 이온주입 마스크(도시하지 않음)를 제거한다. 이 때, N형 불순물 영역(13) 형성시 상기 P형 불순물 영역(12b) 형성시의 에너지 보다 더 낮은 에너지를 이용하여 두층이 오버랩되도록 한다.Specifically, an N-type impurity region 13 for photodiode in contact with the field insulating film 23 is formed to a predetermined depth inside the substrate 10 by using an ion implantation mask (not shown). Doping to low concentration, and then removing the ion implantation mask (not shown) through the PR strip. At this time, when the N-type impurity region 13 is formed, the two layers overlap by using a lower energy than the energy when the P-type impurity region 12b is formed.
다음으로, 도면에 도시되지는 않았지만, 질화막 등을 전면에 증착한 후 전면식각을 통해 게이트전극 측벽에 스페이서를 형성한, 센싱노드 형성을 위한 고농도의 N형 불순물을 이온주입하여 n+(소스/드레인)를 형성한 후, 포토다이오드용 P형 전극 형성을 위한 이온주입을 실시하여 N형 불순물 영역(13)의 상부와 기판(10) 표면에 접하는 포토다이오드용 P형 불순물 영역(14)을 형성함으로써, P/N/P 접합에의해 공핍영역이 형성되면서 포토다이오드가 형성되고 P/N 접합의 FD(n+)가 형성된다.Next, although not shown in the drawings, a nitride film or the like is deposited on the entire surface, and a spacer is formed on the sidewall of the gate electrode through front etching to ion implant a high concentration of N-type impurities for forming a sensing node, and then n + (source / drain). ), And then ion implantation for forming the P-type electrode for the photodiode is performed to form the P-type impurity region 14 for the photodiode in contact with the top of the N-type impurity region 13 and the surface of the substrate 10. As the depletion region is formed by the P / N / P junction, the photodiode is formed and the FD (n +) of the P / N junction is formed.
도 4a는 도 3b를 A-A' 방향으로 절단한 불순물 농도 분포를 도시한 그래프로서, 도시된 바와 같이 N형 불순물 영역(13)의 농도가 높아 광전자가 모이게 되며 'A'와 같이 P형 불순물 영역(12b)에 의해 그 프로파일이 변화됨을 알 수 있다. 도 4b은 도 3b를 A-A'으로 절단한 불순물 영역의 포텐셜 분포를 도시한 그래프로서, 도시된 'B'와 같이 P형 불순물 영역(12b)에 의해 전위 장벽이 형성되어 비스듬히 입사하는 장파장의 빛에 의해 생성된 광전자의 이동을 억제할 수 있게 된다. 따라서, 광전자의 이동에 따른 크로스 토크를 방지할 수 있게 된다.FIG. 4A is a graph illustrating an impurity concentration distribution of FIG. 3B taken along the AA ′ direction. As shown in FIG. 4A, the concentration of the N-type impurity region 13 is high and thus photoelectrons are collected. It can be seen that the profile is changed by 12b). FIG. 4B is a graph showing the potential distribution of the impurity region obtained by cutting A-A 'of FIG. 3B. As shown in FIG. 4B, the potential barrier is formed by the P-type impurity region 12b to form an oblique long incident wavelength. The movement of the photoelectrons generated by light can be suppressed. Therefore, crosstalk due to the movement of the photoelectrons can be prevented.
상기한 바와 같이 이루어지는 본 발명은, 포토다이오드의 저농도 N형 불순물 영역 하부에 별도의 마스크 형성 공정 없이 P형 불순물 영역을 형성하여 전위 장벽을 형성함으로써, 경사 입사하는 장파장 빛에 의해 생성된 광전자의 이동을 억제하여 크로스 토크를 방지할 수 있음을 실시예를 통해 알아 보았다.According to the present invention as described above, the photoelectron generated by the oblique long-wavelength light is formed by forming a potential barrier by forming a P-type impurity region under a low concentration N-type impurity region of the photodiode without a separate mask forming process. It was found through the embodiment that the crosstalk can be prevented by suppressing the crosstalk.
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.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.
상술한 본 발명은, 별도의 추가 공정 없이 포토다이오드의 크로스 토크를 방지할 수 있어, 궁극적으로 포토다이오드의 성능 및 수율을 크게 향상시킬 수 있는 탁월한 효과를 기대할 수 있다.The present invention described above can prevent the cross talk of the photodiode without any additional process, it can be expected to have an excellent effect that can ultimately greatly improve the performance and yield of the photodiode.
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| KR101004802B1 (en) * | 2003-03-03 | 2011-01-04 | 매그나칩 반도체 유한회사 | Method for manufacturing photo diode by using cmos process |
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|---|---|---|---|---|
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2001
- 2001-06-26 KR KR1020010036702A patent/KR100730470B1/en not_active IP Right Cessation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| KR100730470B1 (en) | 2007-06-19 |
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