KR20030057677A - Image sensor with improved charge capacity and fabricating method of the same - Google Patents

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KR20030057677A
KR20030057677A KR1020010087751A KR20010087751A KR20030057677A KR 20030057677 A KR20030057677 A KR 20030057677A KR 1020010087751 A KR1020010087751 A KR 1020010087751A KR 20010087751 A KR20010087751 A KR 20010087751A KR 20030057677 A KR20030057677 A KR 20030057677A
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Abstract

PURPOSE: An image sensor and a method for manufacturing the same are provided to be capable of increasing the charge capacity of a photodiode in a unit pixel. CONSTITUTION: The first impurity diffusion region(34) of the second conductive type is formed in a semiconductor layer(30) of the first conductive type. The second impurity diffusion region(36) of the first conductive type is formed between the first impurity diffusion region(34) and the surface of the semiconductor layer(30). An HSG(Hemispherical Silicon Grain) is formed on the second impurity diffusion region(36). Preferably, the first conductive type is a P-type and the second conductive type is an N-type.

Description

전하용량을 향상시키기 위한 이미지센서 및 그 제조 방법{Image sensor with improved charge capacity and fabricating method of the same}Image sensor with improved charge capacity and fabricating method of the same}

본 발명은 이미지센서에 관한 것으로 특히, 포토다이오드의 전하용량(Charge capacity)을 향상시킬 수 있는 이미지센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an image sensor, and more particularly, to an image sensor and a method of manufacturing the same that can improve the charge capacity (charge capacity) of the photodiode.

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, a CMOS image sensor is composed of a photodiode for detecting light and a portion of a CMOS logic circuit for processing the detected light into an electrical signal to make data. To increase 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 통상적인 CMOS 이미지센서의 단위 화소(Unit Pixer) 회로도로서, 광감도(Sensitivity)를 높이고, 단위 화소간의 크로스 토크 효과를 줄이기 위하여 서브미크론 CMOS Epi 공정을 적용하였다.FIG. 1 is a unit pixel circuit diagram of a conventional CMOS image sensor, and a submicron CMOS Epi process is applied to increase sensitivity and reduce cross talk effects between unit pixels.

단위 화소 내에는 1개의 저전압 베리드 포토 다이오드(Buried Photodiode)와 4개의 NMOS 트랜지스터로 구성되어 있는데, 저전압 베리드 포토 다이오드 구조는 기존의 포토 게이트 구조와 달리 광감지 영역(Light Sensing Region)이 폴리실리콘으로 덮여있지 않아 단파장의 청색광에 대한 광감도가 우수할 뿐 만아니라 광감지영역에서의 공핍층 깊이(Depletion Depth)를 증가시킬 수 있어 장파장의 적색광 또는 적외선에 대한 광감도 또한 우수한 특성을 갖는다. 한편, 저전압 베리드 포토 다이오드 구조를 사용하면 광감지영역에 모인 광전하(Photogenerated Charge)를 플로팅 센싱 노드(Floating Sensing Node)로 완전히 운송할 수 있어서 전하 운송 효율(Charge Transfer Efficiency)을 현저하게 증가시킬 수 있는 장점이 있다.The unit pixel is composed of one low voltage buried photodiode and four NMOS transistors. Unlike the conventional photo gate structure, the low voltage buried photodiode has a polysilicon with a light sensing region. Not only is it covered, it has excellent light sensitivity for short wavelength blue light as well as increase the depth of depletion in the light sensing area, so the light sensitivity for long wavelength red or infrared light is also excellent. On the other hand, the low-voltage buried photodiode structure allows photogenerated charges in the photosensitive area to be completely transported to the Floating Sensing Node, which significantly increases the charge transfer efficiency. There are advantages to it.

그리고 4개의 트랜지스터 중에서 광전하를 운송하는 역할을 하는 트랜스퍼 게이트(Transfer Gate, Tx) 즉, 게이트전극과 리셋 게이트(Reset Gate, Rx)는 양의 문턱 전압(Positive Threshold Voltage)으로 인한 전압 강하로 전자가 손실되어 전하 운송 효율이 저하되는 현상을 방지하기 위하여 음의 문턱 전압을 갖는 Native NMOS 트랜지스터로 구성하며 아울러 이와같이 하면 N-LDD 이온 주입을 생략함으로써 게이트전극 및 리셋 게이트와 플로팅 센싱 노드와의 오버랩 캐패시턴스(Overlap Capacitance)를 저하시킬 수 있어 운송되는 전하량에 따른 플로팅 센싱 노드의 전위 변화량을 증폭시킬 수 있다.(△ V-△Q/C)In addition, the transfer gate (Tx), that is, the gate electrode and the reset gate (Rx), which transfer photocharges among the four transistors, is caused by a voltage drop due to a positive threshold voltage. In order to prevent the loss of charge transport efficiency, the NMOS transistor has a negative threshold voltage. In this case, the N-LDD ion implantation is omitted so that the overlap capacitance between the gate electrode and the reset gate and the floating sensing node is reduced. (Overlap Capacitance) can be lowered, so that the potential change of the floating sensing node can be amplified according to the amount of charge carried. (△ V-ΔQ / C)

한편, 소스 팔로워(Source Follower) 역할을 하는 드라이브 게이트(Drive Gate, Sx)는 일반적인 서브미크론 NMOS 트랜지스터로 이루어져 있다. 이와같은 구조는 서브미크론 CMOS Epi 공정을 최소한으로 바꾸면서 구성되었고, 특히 열공정(Thermal Cycle)은 전혀 변화가 없도록 고안되었다. 한편, 칼라 이미지 구현을 위해서 이와같은 단위 화소 배열(Unit Pixel Array)위에 레드(Red), 그린(Green), 블루(Blue) 또는 엘로우(Yellow), 마젠타(Magenta), Cyan등으로 구성된 칼라 필터 배열(Color Filter Array) 형성 공정을 진행한다.Meanwhile, the drive gate (Sx) serving as a source follower is composed of a general submicron NMOS transistor. This structure was constructed with minimal changes to the submicron CMOS Epi process, and the thermal cycle was designed to be completely unchanged. On the other hand, a color filter array composed of red, green, blue, or yellow, magenta, cyan, and the like on a unit pixel array for implementing a color image. (Color Filter Array) The process of forming.

이러한 단위 화소로부터 출력을 얻어내는 동작원리를 살펴보면 다음과 같다.The operation principle of obtaining an output from such a unit pixel is as follows.

가. Tx, Rx, Sx를 오프 시킨다. 이때 저전압 베리드 포토 다이오드는 완전한 공핍(Fully depletion) 상태이다.end. Turn off Tx, Rx, Sx. The low voltage buried photodiode is then fully depletion.

나. 광전하(Photogenerated Charge)를 저전압 Buried 포토 다이오드에 모은다.I. Photogenerated charge is collected in a low voltage buried photo diode.

다. 적정 인터그레이션(Integration) 시간후에 Rx를 온시켜 플로팅 센싱 노드(Floating Sensing Node)를 1차 리셋(Reset) 시킨다.All. After a proper integration time, the Rx is turned on to reset the floating sensing node first.

라. Sx를 온시켜 단위 화소를 온시킨다.la. The unit pixel is turned on by turning on Sx.

마. 소스 팔로워 버퍼(Source Follower Buffer)의 출력전압(V1)을 측정한다. 이 값은 단지 플로팅 센싱 노드(Floating Sensing Node; 이하 FD라 함)의 직류 전위 변화(CD level shift)를 의미한다.hemp. Measure the output voltage (V1) of the source follower buffer. This value simply means the CD level shift of the Floating Sensing Node (FD).

바. Tx를 온 시킨다.bar. Turn on Tx.

사. 모든 광전하(Photogenerated Charge)는 FD로 운송된다.four. All photogenerated charges are shipped in FD.

아. Tx를 오프 시킨다.Ah. Turn off Tx.

자. 소스 팔로워 버퍼(Source Follower Buffer)의 출력전압(V2)을 측정한다.character. Measure the output voltage (V2) of the source follower buffer.

차. 출력신호(V1-V2)는 V1과 V2 사이의 차이에서 얻어진 광전하 운송의 결과이며, 이느 노이즈(Noise)가 배제된 순수 시그날 값이 된다. 이러한 방법을 CDS(Corelated Double Sampling)라고 한다.car. The output signals V1-V2 are the result of the photocharge transport resulting from the difference between V1 and V2 and are pure signal values without noise. This method is called CDS (Corelated Double Sampling).

카. '가' ∼ '차' 과정을 반복한다. 단, 저전압 베리드 포토 다이오드는 '사' 과정에서 완전한 공핍상태(Fully Depletion)로 되어 있다.Ka. Repeat the process of 'a' to 'tea'. However, the low voltage buried photodiode is fully depleted during the 'dead' process.

도 2는 종래기술에 따른 이미지센서를 도시한 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing an image sensor according to the prior art.

도 2를 참조하면, 반도체층(10) 내부에 P0와 n- 구조의 포토다이오드(Photo Diode; 이하 PD라 함)가 이온주입 등의 공정을 통해 형성되어 있으며, 이러한 이웃하는 PD간의 데이타 간섭에 따른 크로스 토크를 방지하기 위한 P형의 채널스탑영역(Channel STop; 이하 CST라 함)이 형성되어 있는 바, CST는 통상적으로 P형 불순물 이온주입을 통하여 필드절연막(Fox) 하부에 형성된다. 또한, PD와 일측이 접하는 반도체층(10) 상에 트랜스퍼 게이트(이하 Tx라 함)가 형성되어 있으며, Tx의 타측에 접하는 FD가 형성되어 있다.Referring to FIG. 2, a P0 and an n- structure photodiode (hereinafter referred to as PD) are formed in the semiconductor layer 10 through a process such as ion implantation, and the data interference between neighboring PDs is prevented. A P-type channel stop region (hereinafter referred to as CST) is formed to prevent cross talk, and CST is typically formed under the field insulating film Fox through P-type impurity ion implantation. In addition, a transfer gate (hereinafter referred to as Tx) is formed on the semiconductor layer 10 in which one side is in contact with the PD, and an FD is formed in contact with the other side of the Tx.

여기서, 반도체층(10)은 고농도의 P++층 P-Epi층이 적층된 구조 또는 P-웰(Well) 등을 포함한다.Here, the semiconductor layer 10 includes a structure in which a high concentration of P ++ layer P-Epi layer is stacked or a P-well.

부연하자면, 전술한 이미지센서의 포토다이오드는 외부의 광신호를 전기적인 신호로 변환시키는 역할을 수행하며, 포토다이오드 자체에 수용될 수 있는 최대 전하용량은 포토다이오드 자체의 사이즈와 접합(Junction) 형성을 위한 이온주입 조건과 관련을 갖는 다. 즉, 반도체층에 평판 캐패시터 형태의 구성을 가지기 때문에 화소의 사이즈가 감소함에 따라 포토다이오드 자체의 면적이 비례적으로 감소되는특성 때문에 선폭(Line width)이 감소함에 따라 이미지센서의 기본적인 동적영역(Dynamic range)의 감소와 포화(Saturation) 특성을 열화시키는 문제가 발생한다. 또한, 이러한 문제의 해결을 위하여 포토다이오드 형성을 위한 이온주입 공정을 조정(Tuning)하는 방법이 있을 수 있으나, 이는 전하운송효율(Charge transfer efficiency)과 암신호(Dark signal) 특성 등 다른 변수 들과 트레이드-오프(Trade-off) 관계에 있으므로, 그 한계가 드러나고 있는 실정이다.In other words, the photodiode of the image sensor described above plays a role of converting an external optical signal into an electrical signal, and the maximum charge capacity that can be accommodated in the photodiode itself is the size and junction of the photodiode itself. Related to ion implantation conditions. That is, since the semiconductor layer has a flat capacitor configuration, the area of the photodiode itself decreases proportionally as the size of the pixel decreases, so that the line width decreases, so that the basic dynamic area of the image sensor is reduced. There is a problem of reducing the range and deteriorating the saturation characteristic. In addition, there may be a method of tuning the ion implantation process for forming a photodiode to solve this problem, but it is different from other variables such as charge transfer efficiency and dark signal characteristics. Since the trade-off relationship, the limit is being revealed.

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 본 발명은, 단위 화소에서의 포토다이오드의 전하용량을 증가시킬 수 있는 이미지센서 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention proposed to solve the above problems of the prior art, an object thereof is to provide an image sensor and a method of manufacturing the same that can increase the charge capacity of the photodiode in the unit pixel.

도 1은 통상적인 CMOS 이미지센서의 단위 화소 회로도,1 is a unit pixel circuit diagram of a conventional CMOS image sensor;

도 2는 종래기술에 따른 이미지센서를 도시한 단면도,2 is a cross-sectional view showing an image sensor according to the prior art,

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서 제조 공정을 도시한 단면도,3A to 3C are cross-sectional views illustrating an image sensor manufacturing process according to an embodiment of the present invention;

도 4는 본 발명의 반구형 실리콘 그레인 형성을 도시한 모식도.Figure 4 is a schematic diagram showing the formation of hemispherical silicon grains of the present invention.

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

30 : 반도체층31 : 필드절연막30 semiconductor layer 31 field insulating film

32 : 게이트절연막33 : 게이트전극용 전도먹32: gate insulating film 33: conductive electrode for gate electrode

34 : n-영역35 : 스페이서34: n-region 35: spacer

36 : P0영역37 : 센싱확산영역36: P0 area 37: sensing diffusion area

39 : 반구형 실리콘 그레인39: Hemispherical Silicon Grain

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 제1도전형의 반도체층; 상기 반도체층 내에 상기 반도체층 표면으로부터 확장되어 형성된 제2도전형의 포토다이오드용 제1불순물영역; 상기 제1불순물영역 상부의 상기 반도체층 표면에 형성된 제1도전형의 포토다이오드용 제2불순물영역; 및 상기 제2불순물영역 상에 형성된 포토다이오드용 반구형 실리콘 그레인을 포함하는 이미지센서를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention, the first conductive semiconductor layer; A first impurity region for a photodiode of a second conductivity type formed in the semiconductor layer and extending from the surface of the semiconductor layer; A second impurity region for a photodiode of a first conductivity type formed on a surface of the semiconductor layer above the first impurity region; And a hemispherical silicon grain for photodiode formed on the second impurity region.

또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 제1도전형의 반도체층 내에 제2도전형의 포토다이오드용 제1불순물영역을 형성하는 단계; 상기 제1불순물 영역상부의 상기 반도체층 표면에 제1도전형의 포토다이오드용 제2불순물영역을 형성하는 단계; 및 상기 제2불순물영역 상의 상기 반도체층 표면에 반구형 실리콘 그레인을 형성하는 단계를 포함하는 이미지센서 제조 방법을 제공한다.In addition, to achieve the above object, the present invention, forming a first impurity region for the photodiode of the second conductive type in the semiconductor layer of the first conductive type; Forming a second impurity region for a photodiode of a first conductivity type on a surface of the semiconductor layer above the first impurity region; And forming a hemispherical silicon grain on the surface of the semiconductor layer on the second impurity region.

본 발명은, DRAM(Dynamic Random Access Memory) 등에서 사용되는 MPS(Metastable Polysilicon) 또는 HSG(Hemispherical Silicom Glass)를 포토다이오드에 형성하여 포토다이오드의 표면적을 증대시킴으로써, 이미지센서의 광감도 및 포화 특성을 개선하는 것을 기술적 특징으로 한다.The present invention is to improve the light sensitivity and saturation characteristics of the image sensor by forming a surface of the photodiode by forming a metastable polysilicon (MPS) or Hemispherical Silicom Glass (HSG) (HSG) used in the DRAM (Dynamic Random Access Memory), etc. It is a technical feature.

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 설명하는 바, 도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서 제조 공정을 도시한 단면도이며, 도 3c는 최종 완성된 본 발명의 이미지센서를 도시하며, 도 4는 본 발명의 반구형 실리콘 그레인 형성을 도시한 모식도이다.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. 3A to 3C are cross-sectional views illustrating an image sensor manufacturing process according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3C shows an image sensor of the present invention, which is finally completed, and FIG. 4 shows a hemispherical silicon grain formation of the present invention. It is a schematic diagram showing.

도 3c를 참조하면, 본 발명의 이미지센서는 고농도의 P++ 기판과 P에피층이 적층된 P형의 반도체층(30)과, 반도체층(30)에 국부적으로 형성된 필드절연막(31)과, 필드절연막(31)과 떨어진 반도체층(30) 상에 형성되며, 게이트절연막(32)과 게이트전극용 전도막(33)과 그 측벽에 형성된 스페이서(35)를 포함하는 게이트전극 예컨대, 트랜스퍼 게이트과, 게이트전극과 필드절연막(31) 사이의 반도체층(30) 하부에 형성된 포토다이오드용 N형 불순물영역(34, 이하 n-영역이라 함)과, n-영역 상부의 반도체층(30) 표면에 형성된 P형 불순물영역(36, 이하 P0영역이라 함)과, P0영역(36) 상에 형성된 반구형 실리콘 그레인(39)과 고농도의 N형 불순물영역인 센싱확산영역(37, 이하 n+영역이라 함)을 구비하여 구성된다.Referring to FIG. 3C, the image sensor of the present invention includes a P-type semiconductor layer 30 in which a high concentration P ++ substrate and a P epi layer are stacked, a field insulating film 31 formed locally on the semiconductor layer 30, and a field. A gate electrode formed on the semiconductor layer 30 separated from the insulating film 31, and including a gate insulating film 32, a conductive film 33 for the gate electrode, and a spacer 35 formed on the sidewall thereof, for example, a transfer gate, and a gate. N-type impurity region 34 (hereinafter referred to as n-region) for a photodiode formed under the semiconductor layer 30 between the electrode and the field insulating film 31 and P formed on the surface of the semiconductor layer 30 above the n-region. Type impurity region 36 (hereinafter referred to as P0 region), hemispherical silicon grain 39 formed on P0 region 36, and a sensing diffusion region (hereinafter referred to as n + region) which is a high concentration N-type impurity region. It is configured by.

전술한 바와 같이, 본 발명은 전술한 반구형 실리콘 그레인(39)을 포토다이오드 상부 표면에 형성함으로써 포토다이오드의 표면적을 증대시켜 포토다이오드의 전하용량을 증대시킬 수 있다.As described above, the present invention can increase the surface area of the photodiode to increase the charge capacity of the photodiode by forming the above-mentioned hemispherical silicon grain 39 on the photodiode upper surface.

이하, 전술한 이미지센서의 제조 공정을 후술한다.Hereinafter, the manufacturing process of the above-described image sensor will be described later.

먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이 P형의 반도체층(30)에 STI(Shallow Trench Isolation) 또는 LOCOS(LOCal Oxidation of Silicon) 구조의 필드절연막(31)을 형성하는 바, 여기서 반도체층(30)은 고농도인 P++층 및 P-에피층이 적층된 것을 이용하는 바, 도면의 간략화를 위해 생략하였다.First, as shown in FIG. 3A, a field insulating film 31 having a shallow trench isolation (STI) or a LOCal oxide of silicon (LOCOS) structure is formed in a P-type semiconductor layer 30, where the semiconductor layer 30 is formed. Since the high concentration of the P + + layer and the P- epi layer is used as a stack, it is omitted for the sake of simplicity of the drawings.

이어서, 반도체층(30) 상에 게이트절연막(32)과 게이트전도막(33)을 구비하는 게이트전극을 형성한 다음, 이온주입 마스크를 형성한다. 이어서, 이온주입 마스크를 이용하여 게이트전극에 얼라인되며 필드절연막(31)에 접하는 포토다이오드용 n-영역(34)을 형성한다.Subsequently, a gate electrode including the gate insulating film 32 and the gate conductive film 33 is formed on the semiconductor layer 30, and then an ion implantation mask is formed. Subsequently, an n-region 34 for photodiode aligned with the gate electrode and in contact with the field insulating film 31 is formed using an ion implantation mask.

계속해서, 이온주입 마스크(도시하지 않음)를 제거한 다음, P0영역 형성을 위한 이온주입 마스크(38)를 형성한 다음, 이온주입 마스크(38)를 이용하여 고농도, 저에너지의 이온주입을 통해 n-영역(34) 상부의 반도체층(30)과 접하는 P0영역(35)을 형성한다.Subsequently, after removing the ion implantation mask (not shown), the ion implantation mask 38 for forming the P0 region is formed, and then the ion implantation mask 38 is used to implant n- by high concentration and low energy ion implantation. The P0 region 35 is formed in contact with the semiconductor layer 30 on the region 34.

다음으로, 도 3b에 도시된 바와 같이 P0 이온주입 마스크(38)를 이용하여 노출된 P0영역(36) 상부의 반도체층(30) 표면에 반구형 실리콘 그레인(39)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 3B, a hemispherical silicon grain 39 is formed on the surface of the semiconductor layer 30 on the exposed P0 region 36 using the P0 ion implantation mask 38.

구체적으로, 전하저장의 표면에 요철을 주어 유효 면적을 증가시키므로서 축전량을 확보하려는 시도인 반구형 실리콘 그레인(39) 즉, MPS는 저압화학기상증착(Low Pressure Chemical Vaper Deposition; 이하 LPCVD라 함) 시스템에서 실리콘을 580 ℃ 근방에서 증착할 때, 폴리실리콘 표면이 반구형되면서 증착되는 것으로 일반적으로는 HSG라고도 한다. 580 ℃의 온도는 증착된 실리콘의 구조가 비정질에서 다결정으로 변하는 천이 구역에 해당되며, 이 천이 구역은 온도와 압력, SiH4의 유속 등의 증착 변수 함수이다. 전극의 표면을 이처럼 요철을 만들어 표면적을 증가시킬 경우, DRAM 등에서 평탄화 전극 구조에 비해 약 2 배 가량 전극용량을 증가시킬 수 있다.Specifically, the hemispherical silicon grain 39, ie, MPS, is an attempt to secure a storage capacity by giving an unevenness to the surface of the charge storage to increase the effective area. When silicon is deposited in the system near 580 ° C, the polysilicon surface is deposited as hemispherical, commonly referred to as HSG. The temperature of 580 ° C. corresponds to a transition zone where the structure of the deposited silicon changes from amorphous to polycrystalline, which is a function of deposition parameters such as temperature and pressure and the flow rate of SiH 4 . When the surface of the electrode is made of irregularities to increase the surface area, the electrode capacity can be increased by about twice that of the planarized electrode structure in DRAM or the like.

이를 도 4를 참조하여 살펴보면, 도 4의 (a)에서와 같이 실리콘 표면의 핵형성(Nucleation)이 이루어지며, 이어서, 도 4의 (b)에서와 같이 이동도(Mobility)가 큰 원자들이 원자핵(Nucleus) 표면으로 올라가게 되며, 이어서, 도 4의 (c)에서와 같이 원자핵이 확대되어 그레인을 형성하게 된다.Referring to FIG. 4, as shown in FIG. 4A, nucleation of the silicon surface is performed. Subsequently, as shown in FIG. 4B, atoms having high mobility are atomized. (Nucleus) is raised to the surface, and then the nucleus is expanded to form grains as shown in (c) of FIG.

다음으로, 도 3c에 도시된 바와 같이 이온주입 마스크(38)를 제거한 다음 고농도의 N형 센싱확산영역(37, n+)를 형성한다.Next, as shown in FIG. 3C, the ion implantation mask 38 is removed, and a high concentration of the N-type sensing diffusion regions 37 and n + is formed.

전술한 본 발명은, PD의 상부에 반구형 실리콘 그레인을 형성하여 포토다이오드의 표면적을 증대시킴으로써, 포토다이오드의 전하용량을 증가시키며 광감도 및 동적영역을 개선시킬 수 있음을 실시예를 통해 알아 보았다.The present invention described above has been found through the embodiment that the hemispherical silicon grains are formed on the PD to increase the surface area of the photodiode, thereby increasing the charge capacity of the photodiode and improving the light sensitivity and dynamic region.

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, 단위화소 내에서 차지하는 포토다이오드의 표면적을 넓힘으로써 포토다이오드의 광감도 및 동적영역을 향상시킬 수 있어, 궁극적으로 이미지센서의 성능을 크게 향상시킬 수 있는 탁월한 효과를 기대할 수 있다.The present invention described above can improve the light sensitivity and dynamic range of the photodiode by widening the surface area of the photodiode occupied in the unit pixel, and ultimately, an excellent effect of greatly improving the performance of the image sensor can be expected.

Claims (6)

이미지센서에 있어서,In the image sensor, 제1도전형의 반도체층;A first conductive semiconductor layer; 상기 반도체층 내에 상기 반도체층 표면으로부터 확장되어 형성된 제2도전형의 포토다이오드용 제1불순물영역;A first impurity region for a photodiode of a second conductivity type formed in the semiconductor layer and extending from the surface of the semiconductor layer; 상기 제1불순물영역 상부의 상기 반도체층 표면에 형성된 제1도전형의 포토다이오드용 제2불순물영역; 및A second impurity region for a photodiode of a first conductivity type formed on a surface of the semiconductor layer above the first impurity region; And 상기 제2불순물영역 상에 형성된 포토다이오드용 반구형 실리콘 그레인Hemispherical silicon grain for photodiode formed on the second impurity region 을 포함하는 이미지센서.Image sensor comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반도체층은,The semiconductor layer, 제1도전형의 기판; 및A first conductive substrate; And 상기 기판 상부의 제1도전형의 에피층Epi layer of the first conductivity type on the substrate 을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서.Image sensor comprising a. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 제1도전형은 P형이며, 상기 제2도전형은 N형인 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.The first conductive type is a P-type, the second conductive type is an image sensor manufacturing method, characterized in that the N-type. 제1도전형의 반도체층 내에 제2도전형의 포토다이오드용 제1불순물영역을 형성하는 단계;Forming a first impurity region for a photodiode of the second conductivity type in the semiconductor layer of the first conductivity type; 상기 제1불순물 영역 상부의 상기 반도체층 표면에 제1도전형의 포토다이오드용 제2불순물영역을 형성하는 단계; 및Forming a second impurity region for a photodiode of a first conductivity type on a surface of the semiconductor layer above the first impurity region; And 상기 제2불순물영역 상의 상기 반도체층 표면에 반구형 실리콘 그레인을 형성하는 단계Forming hemispherical silicon grain on the surface of the semiconductor layer on the second impurity region 를 포함하는 이미지센서 제조 방법.Image sensor manufacturing method comprising a. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 반구형 실리콘 그레인을 형성하는 단계에서 상기 제2불순물 형성을 위한 이온주입 마스크를 이용하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.And forming an ion implantation mask for forming the second impurity in the forming of the hemispherical silicon grains. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 제1도전형은 P형이며, 상기 제2도전형은 N형인 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.The first conductive type is a P-type, the second conductive type is an image sensor manufacturing method, characterized in that the N-type.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007180536A (en) * 2005-12-28 2007-07-12 Dongbu Electronics Co Ltd Cmos image sensor and method of manufacturing same
KR100767629B1 (en) * 2006-01-05 2007-10-17 한국과학기술원 Complementary Metal Oxide Semiconductor image sensor having high photosensitivity and method for fabricating thereof
EP1667233A3 (en) * 2004-12-03 2009-11-18 OmniVision Technologies, Inc. Image sensor and pixel having a polysilicon layer over the photodiode
KR101025923B1 (en) * 2003-12-22 2011-03-30 매그나칩 반도체 유한회사 Self aligned buried ldd extension type high voltage transistor and method for manufacturing thereof

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101025923B1 (en) * 2003-12-22 2011-03-30 매그나칩 반도체 유한회사 Self aligned buried ldd extension type high voltage transistor and method for manufacturing thereof
EP1667233A3 (en) * 2004-12-03 2009-11-18 OmniVision Technologies, Inc. Image sensor and pixel having a polysilicon layer over the photodiode
JP2007180536A (en) * 2005-12-28 2007-07-12 Dongbu Electronics Co Ltd Cmos image sensor and method of manufacturing same
KR100769124B1 (en) * 2005-12-28 2007-10-22 동부일렉트로닉스 주식회사 CMOS image sensor and method for manufacturing the same
KR100767629B1 (en) * 2006-01-05 2007-10-17 한국과학기술원 Complementary Metal Oxide Semiconductor image sensor having high photosensitivity and method for fabricating thereof

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