KR20030057710A - CMOS Image sensor for sensitivity improvement and method for fabricating the same - Google Patents

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KR20030057710A
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Abstract

PURPOSE: A CMOS image sensor and a method for manufacturing the same are provided to be capable of reducing parasitic capacitance of a floating diffusion region and improving sensitivity and saturation level. CONSTITUTION: An n- diffusion layer(36) is formed in a p- epitaxial layer(32). A gate electrode(34) is formed on the p- epitaxial layer(32) while aligning one edge thereof to one edge of the n- diffusion layer(36). A spacer(38) is formed at both sidewalls of the gate electrode. A p0 diffusion layer(39) is formed in the n- diffusion layer(36) to align one edge of the spacer(38). An n- VLDD(Very Lightly Doped Drain)(37) having the same depth to the n- diffusion layer(36) is formed in the epitaxial layer to align the other edge of the gate electrode. An n+ source/drain(40) having a relatively deep depth compared to the n- VLDD is formed in the epitaxial layer to contact the n- VLDD(37). Charge transfers from the n- diffusion layer(36) to the source/drain(40) via the n- VLDD(37).

Description

감도개선을 위한 씨모스 이미지센서 및 그의 제조 방법{CMOS Image sensor for sensitivity improvement and method for fabricating the same}CMOS image sensor for sensitivity improvement and method for fabricating the same

본 발명은 반도체소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 CMOS 이미지센서의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a CMOS image sensor.

일반적으로, 이미지센서는 광학 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체장치로서, 전하결합소자(Charge Coupled Device; CCD)는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 캐패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, CMOS 이미지센서는 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소(pixel)수 만큼 MOS 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 순차적으로 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.In general, an image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal, and a charge coupled device (CCD) is located at a position where individual metal-oxide-silicon (MOS) capacitors are very close to each other. Charge carriers are stored and transported in capacitors, and CMOS image sensors use CMOS technology that uses control circuits and signal processing circuits as peripheral circuits. It is a device that adopts a switching method that makes transistors and sequentially detects output using them.

이러한 이미지센서는 외부로부터의 빛을 받아 광전하를 생성 및 축적하는 광감지부분 상부에 칼라 필터가 배열되어 있으며, 칼라필터어레이(Color Filter Array; CFA)는 레드(Red), 그린(Green) 및 블루(Blue)의 3가지 칼라로 이루어지거나, 옐로우(Yellow), 마젠타(Magenta) 및 시안(Cyan)의 3가지 칼라로 이루어진다.The image sensor has a color filter arranged on the upper part of the light sensing portion that receives and receives the light from the outside to generate and accumulate photocharges. The color filter array (CFA) is red, green, and It consists of three colors of Blue, or three colors of Yellow, Magenta, and Cyan.

또한, 이미지센서는 빛을 감지하는 광감지부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 로직회로 부분으로 구성되어 있는바, 광감도를 높이기 위하여 전체 이미지센서 소자에서 광감지부분의 면적이 차지하는 비율(Fill Factor)을크게 하려는 노력이 진행되고 있지만, 근본적으로 로직회로 부분을 제거할 수 없기 때문에 제한된 면적 하에서 이러한 노력에는 한계가 있다.In addition, the image sensor is composed of a light sensing part for detecting light and a logic circuit part for processing the detected light as an electrical signal to make data. The ratio of the area of the light sensing part to the overall image sensor element is increased to increase the light sensitivity. Efforts are being made to increase the fill factor, but these efforts are limited in a limited area because the logic circuit part cannot be removed.

따라서, 광감도를 높여주기 위하여 광감지부분 이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 바꿔서 광감지부분으로 모아주는 집광기술이 등장하였는데, 이러한 집광을 위하여 이미지센서는 칼라필터 상에 마이크로렌즈(microlens)를 형성하는 방법을 사용하고 있다.Therefore, in order to increase the light sensitivity, a light converging technology has emerged that changes the path of light incident to the area other than the light sensing part and collects the light into the light sensing part. For this purpose, the image sensor uses a microlens on the color filter. The method of forming is used.

도 1은 통상적인 CMOS 이미지센서의 단위화소(Unit Pixel)를 나타낸 등가회로도이다.1 is an equivalent circuit diagram illustrating a unit pixel of a conventional CMOS image sensor.

도 1을 참조하면, 하나의 포토다이오드(Photodiode; PD)와 네 개의 NMOS(Tx,Rx,Sx,Dx)로 구성되며, 네 개의 NMOS(Tx,Rx,Sx,Dx)는 포토다이오드(PD)에서 집속된 광전하(Photo-generated charge)를 플로팅디퓨젼영역(Floating Diffusion; FD)으로 운송하기 위한 트랜스퍼트랜지스터(Transfer transistor; Tx), 원하는 값으로 노드의 전위를 세팅하고 전하(Cpd)를 배출하여 플로팅디퓨젼영역(FD)을 리셋(Reset)시키기 위한 리셋트랜지스터(Reset transistor; Rx), 소오스팔로워-버퍼증폭기(Source Follower Buffer Amplif ier) 역할을 하는 드라이브트랜지스터(Drive transistor; Dx), 스위칭으로 어드레싱(Addressing)을 할 수 있도록 하는 셀렉트트랜지스터(Select transistor; Sx)로 구성된다.Referring to FIG. 1, one photodiode (PD) and four NMOSs (Tx, Rx, Sx, and Dx) are configured, and four NMOSs (Tx, Rx, Sx, and Dx) are photodiodes (PD). Transfer transistor (Tx) for transporting the photo-generated charge to Floating Diffusion (FD), set the potential of the node to the desired value and charge (C pd ) A reset transistor (Rx), a drive transistor (Dx) serving as a source follower buffer amplifier (Source transistor) to reset the floating diffusion region (FD) by discharge. It consists of a select transistor (Sx) that allows addressing (Addressing).

여기서 트랜스퍼트랜지스터(Tx) 및 리셋트랜지스터(Rx)는 네이티브트랜지스터(Native NMOS)를 이용하고 드라이브트랜지스터(Dx) 및 셀렉트트랜지스터(Sx)는 일반적인 트랜지스터(Normal NMOS)를 이용하며, 리셋트랜지스터(Rx)는CDS(Correlated Double Sampling)를 위한 트랜지스터이다.Here, the transfer transistor (Tx) and the reset transistor (Rx) use a native transistor (Native NMOS), the drive transistor (Dx) and the select transistor (Sx) use a common transistor (Normal NMOS), and the reset transistor (Rx) A transistor for correlated double sampling (CDS).

상기와 같은 CMOS 이미지센서의 단위화소(Unit Pixel)는 네이티브트랜지스터(Native Transistor)를 사용하여 포토다이오드영역(PD)에서 가시광선파장대역의 광을 감지한 후 감지된 광전하(Photogenerated charge)를 플로우팅디퓨전영역(FD)으로, 즉 드라이브트랜지스터(Dx)의 게이트로 전달한 양을 출력단(Vout)에서 전기적신호로 출력한다.The unit pixel of the CMOS image sensor flows the detected photogenerated charge after detecting the light of the visible wavelength band in the photodiode region PD using a native transistor. The amount transferred to the TD diffusion region FD, that is, the gate of the drive transistor Dx, is output as an electrical signal at the output terminal Vout.

도 2는 종래기술에 따라 제조된 CMOS 이미지센서의 소자 단면도이다.2 is a device cross-sectional view of a CMOS image sensor manufactured according to the prior art.

도 2를 참조하여 이미지센서의 제조 방법을 간략히 설명하면, 먼저, 고농도의 p형 불순물이 도핑된 p+-기판(11)상에 저농도 p형 불순물이 도핑된 p-에피층(12)을 성장시킨 다음, p-에피층(12)의 소정 부분에 LOCOS(Local oxidation of silicon)법으로 단위화소간 격리를 위한 필드산화막(13)을 형성한다.2, a method of manufacturing an image sensor will be briefly described. First, a p- epi layer 12 doped with a low concentration p-type impurity is grown on a p + -substrate 11 doped with a high concentration of p-type impurity. After that, a field oxide film 13 for inter-unit pixel isolation is formed in a predetermined portion of the p-epi layer 12 by LOCOS (Local oxidation of silicon) method.

다음으로, 후속 열공정에 의한 측면확산을 통해 드라이브게이트(Dx)와 셀렉트게이트(Sx)를 내포할 수 있도록 p-웰(14)을 p-에피층(12)의 소정 영역에 형성한다.Next, the p-well 14 is formed in a predetermined region of the p-epi layer 12 so as to contain the drive gate Dx and the select gate Sx through lateral diffusion by a subsequent thermal process.

다음으로, p-웰(14)상에 드라이브트랜지스터(Dx)와 셀렉트트랜지스터(Sx)의 게이트전극(15a, 15b)을 형성하고, p-에피층(12)상에 트랜스퍼트랜지스터(Tx)와 리셋트랜지스터(Rx)의 게이트전극(15c, 15d)을 형성한다. 이 때, 4개 트랜지스터의 게이트전극(15a, 15b, 15c, 15d)은 폴리실리콘과 텅스텐실리사이드막으로 이루어진 폴리사이드전극 형태이다.Next, the gate electrodes 15a and 15b of the drive transistor Dx and the select transistor Sx are formed on the p-well 14, and the transfer transistor Tx and the reset are formed on the p-epi layer 12. Gate electrodes 15c and 15d of the transistor Rx are formed. At this time, the gate electrodes 15a, 15b, 15c, and 15d of the four transistors are in the form of polyside electrodes made of polysilicon and tungsten silicide films.

다음으로, 게이트전극(15a, 15b, 15c, 15d) 중 트랜스퍼트랜지스터(Tx)의 게이트전극(15c)의 일측 p-에피층(12)에 고에너지로 저농도 n형 불순물( n_)을 이온주입하여 깊은 n_-확산층(deep n-diffusion region)(16)을 형성한다.Next, ion implantation of low concentration n-type impurity n _ at high energy into one p-epi layer 12 of the gate electrode 15c of the transfer transistor Tx among the gate electrodes 15a, 15b, 15c, and 15d is performed. the deep n _ - to form a - (diffusion region deep n) ( 16) diffusion layer.

다음으로, 드라이브트랜지스터(Dx)와 셀렉트트랜지스터(Sx)의 LDD(Lightly Doped Drain) 구조(17)를 형성하기 위한 1019∼1020정도의 도즈량을 갖는 불순물을 이온주입한 후, 전면에 스페이서용 절연막을 증착한 후, 절연막을 전면식각하여 4개 게이트전극(15a, 15b, 15c, 15d)의 양측벽에 접하는 스페이서(18)를 형성한다.Next, after ion implanting impurities having a dose amount of about 10 19 to 10 20 to form a lightly doped drain (LDD) structure 17 of the drive transistor Dx and the select transistor Sx, the spacer is formed on the front surface of the spacer. After the deposition of the insulating film for deposition, the entire surface of the insulating film is etched to form a spacer 18 in contact with both side walls of the four gate electrodes 15a, 15b, 15c, and 15d.

계속해서, 블랭킷(blanket) 이온주입법으로 저에너지로 p형 불순물(po)을 이온주입하여 p-에피층(12)의 표면근처와 n_-확산층(16)의 상부에 po-확산층(19)을 형성한다. 이 때, n_-확산층(16)내에 형성되는 po-확산층(19)은 스페이서(17)의 두께만큼 격리된다.On top of the diffusion layer (16) p o - - Next, a blanket (blanket) by ion implantation to form low-energy p impurity (p o) in the ion implantation near the surface of the p- epitaxial layer 12 and n diffusion layers _ (19 ). At this time, n _ - o p which is formed in the diffusion layer 16-diffusion layer 19 is isolated by the thickness of the spacer 17.

상술한 p 형 불순물의 이온주입을 통해 po-확산층(19)과 n_-확산층(16)으로 이루어지는 얕은(shallow) pn 접합을 형성하고, p-에피층(12)/n_-확산층(16)/po-확산층(19)으로 이루어지는 pnp형 포토다이오드가 형성된다.Through the implantation of the p-type impurity described above, a shallow pn junction formed of the p o -diffusion layer 19 and the n _ -diffusion layer 16 is formed, and the p-epi layer 12 / n _ -diffusion layer ( A pnp type photodiode consisting of 16) / p o -diffusion layer 19 is formed.

다음으로, 소스/드레인과 플로팅디퓨젼영역(20, 21)을 형성하기 위한 고농도 불순물의 이온주입공정을 실시한다. 즉, 2개의 일반적인 NMOS 트랜지스터인 드라이브트랜지스터(Dx)와 셀렉트트랜지스터(Sx)의 소스/드레인(20)과 2개의 네이티브 NMOS 트랜지스터인 트랜스퍼트랜지스터(Tx)와 리셋트랜지스터(Rx)의 공통접속단인플로팅디퓨젼영역(21)와 리셋트랜지스터의 일측 소스/드레인(20)을 형성한다.Next, a high concentration impurity ion implantation step for forming the source / drain and the floating diffusion regions 20 and 21 is performed. In other words, floating D, which is a common connection terminal of two common NMOS transistors, a source transistor / drain 20 of a drive transistor Dx and a select transistor Sx, and two native NMOS transistors, a transfer transistor Tx and a reset transistor Rx. The fusion region 21 and one source / drain 20 of the reset transistor are formed.

상술한 도 2에 의하면, 종래 트랜스퍼트랜지스터(Tx)는 전하전송 특성 및 플로팅디퓨젼영역(21)의 캐패시턴스의 증가에 따른 이미지센서의 감도(sensitivity) 및 포화(saturation) 특성의 열화를 방지하기 위하여 드라이브트랜지스터(Dx)와 셀렉트트랜지스터(Sx)와는 다르게 기본적으로 LDD(Lightly Doped Drain) 구조를 채택하고 있지 않은 단일 n+-확산층 구조의 소스/드레인(20)을 갖는다.Referring to FIG. 2 described above, the conventional transfer transistor Tx prevents deterioration of sensitivity and saturation characteristics of the image sensor due to an increase in charge transfer characteristics and capacitance of the floating diffusion region 21. Unlike the drive transistor Dx and the select transistor Sx, a source / drain 20 having a single n + -diffusion layer structure that does not basically adopt a lightly doped drain (LDD) structure is provided.

그러나, 단일 n+-확산층 구조는 트랜스퍼트랜지스터의 게이트전극(15c)과 플로팅디퓨젼영역(21)간의 오버랩이 발생되지 않아 기생캐패시턴스를 줄이고 플로팅디퓨젼영역(21)의 전하-전압 변환팩터(factor)는 충분하게 크게 할 수 있으나, 포토다이오드(PD)에서 플로팅디퓨젼영역(21)으로의 전송 특성은 저하되는 단점이 있다.However, since the single n + -diffusion layer structure does not generate overlap between the gate electrode 15c and the floating diffusion region 21 of the transfer transistor, the parasitic capacitance is reduced and the charge-voltage conversion factor of the floating diffusion region 21 is reduced. ) May be sufficiently large, but the transmission characteristics from the photodiode PD to the floating diffusion region 21 are deteriorated.

한편, LDD 구조의 플로팅디퓨젼영역인 경우에는 트랜스퍼트랜지스터의 게이트와 플로팅디퓨젼영역간의 기생캐패시턴스가 커서 플로팅디퓨젼영역의 전하-전압변화팩터가 작아 감도가 떨어지는 단점이 있다.On the other hand, in the case of the floating diffusion region of the LDD structure, the parasitic capacitance between the gate and the floating diffusion region of the transfer transistor is large, so that the charge-voltage change factor of the floating diffusion region is small and thus the sensitivity is inferior.

특히, 단위화소의 크기가 감소되는 최근에는 이미지센서의 감도 손실은 점점 열악해지고 있는 실정이며, 이를 극복하기 위한 방법이 요구되고 있는 실정이다.In particular, the sensitivity loss of an image sensor is becoming more and more deteriorated in recent years when the size of unit pixels is reduced, and a method for overcoming this is required.

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 트랜스퍼게이트와 플로팅디퓨전영역간 캐패시턴스를 감소시키고, 감도 및 포화레벨을 개선시키는데 적합한 이미지센서 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the problems of the prior art, and an object thereof is to provide an image sensor suitable for reducing the capacitance between the transfer gate and the floating diffusion region, and improving the sensitivity and the saturation level.

도 1은 일반적 CMOS 이미지센서의 등가회로도,1 is an equivalent circuit diagram of a general CMOS image sensor;

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

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 CMOS 이미지센서를 도시한 소자 단면도,3 is a device cross-sectional view showing a CMOS image sensor according to an embodiment of the present invention;

도 4a 내지 도 4c는 도 3에 도시된 CMOS 이미지센서의 제조 방법을 도시한 공정 단면도.4A to 4C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the CMOS image sensor shown in FIG. 3.

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

31 : p+-기판 32 : p-에피층31: p + -substrate 32: p- epi layer

33 : 필드산화막 34 : 게이트전극33: field oxide film 34: gate electrode

35 : 이온주입마스크 36 : n_-확산층35: ion implantation mask 36: n _ -diffusion layer

37 : n--VLDD 38 : 스페이서37: n - VLDD 38 spacer

39 : po-확산층 40 : n+-소스/드레인39: p o -Diffusion layer 40: n + -Source / drain

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 씨모스 이미지센서는 제1도전형 반도체층, 상기 반도체층의 내부에 형성된 제2도전형 제1확산층, 상기 제1확산층의 일측 에지에 일측 에지가 정렬되면서 상기 반도체층상에 형성된 게이트전극, 상기 게이트전극의 양측벽에 형성된 스페이서, 상기 스페이서의 폭만큼 이격되어 상기 반도체층 표면 근처의 상기 제1확산층내에 형성된 제1도전형 제2확산층, 상기 게이트전극의 타측 에지에 정렬되면서 상기 제1확산층과 동일한 깊이로 상기 반도체층내에 형성된 제2도전형 제3확산층, 및 상기 스페이서에 정렬되면서 상기 제3확산층에 접하며 상기 제3확산층보다 깊은 깊이를 갖고 상기 반도체층내에 형성된 제2도전형 제4확산층을 포함하여, 상기 제1확산층에서 완전공핍이 이루어지고, 상기 제1확산층으로부터 상기 제3확산층을 통해 상기 제4확산층으로 전하가 전송되는 것을 특징으로 한다.The CMOS image sensor of the present invention for achieving the above object is the first conductive semiconductor layer, the second conductive type first diffusion layer formed inside the semiconductor layer, while one side edge is aligned with one side edge of the first diffusion layer A gate electrode formed on the semiconductor layer, a spacer formed on both side walls of the gate electrode, a first conductive type second diffusion layer formed in the first diffusion layer near the surface of the semiconductor layer by a width of the spacer, and the other side of the gate electrode A third conductive type diffusion layer formed in the semiconductor layer at the same depth as the first diffusion layer while being aligned at an edge, and in contact with the third diffusion layer and aligned with the spacer and having a depth deeper than the third diffusion layer in the semiconductor layer. Including the formed second conductive diffusion layer, a complete depletion in the first diffusion layer, the first diffusion layer from the 3 through the diffusion layer is characterized in that the charge is transferred to said fourth diffusion layer.

그리고, 본 발명이 씨모스 이미지센서의 제조 방법은 제1도전형 반도체층상에 게이트전극을 형성하는 단계, 상기 반도체층내에 상기 게이트전극의 일측 에지에 정렬되는 제2도전형 제1확산층과 상기 게이트전극의 타측 에지에 정렬되는 제2도전형 제2확산층을 동시에 형성하는 단계, 상기 게이트전극의 양측벽에 접하는 스페이서를 형성하는 단계, 상기 스페이서의 폭만큼 거리를 두고 상기 제1확산층내에제1도전형 제3확산층을 형성하는 단계, 및 상기 반도체층내에 상기 제2확산층상의 상기 스페이서에 정렬되면서 상기 제2확산층에 접하는 제2도전형 제4확산층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.The present invention provides a method of manufacturing a CMOS image sensor, comprising: forming a gate electrode on a first conductive semiconductor layer, a second conductive first diffusion layer aligned with one edge of the gate electrode in the semiconductor layer, and the gate Simultaneously forming a second conductive diffusion layer aligned with the other edge of the electrode; forming a spacer in contact with both sidewalls of the gate electrode; and forming a first conductive layer in the first diffusion layer at a distance equal to the width of the spacer. Forming a third type diffusion layer, and forming a second conductive type fourth diffusion layer in contact with the second diffusion layer while being aligned with the spacer on the second diffusion layer in the semiconductor layer.

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 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the preferred 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. .

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 CMOS 이미지센서의 소자 단면도이다.3 is a device cross-sectional view of a CMOS image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와같이, p+-반도체기판(31)상에 성장된 p-에피층(32)의 내부에 n--확산층(36)이 형성되고, p-에피층(32) 표면 근처의 n--확산층(36)내에 po-확산층(39)이 형성된다.As shown in Fig. 3, p + - in the interior of the p- epitaxial layer 32 is grown on the semiconductor substrate (31) n - - diffusion layer 36 is formed, p- epi layer 32 near the surface A p o -diffusion layer 39 is formed in the n -- diffusion layer 36.

여기서, p-에피층(32), n--확산층(36), po-확산층(39)은 pnp 구조의 포토다이오드(PD)를 이룬다.Here, the p-epitaxial layer 32, the n -diffusion layer 36, and the p o -diffusion layer 39 form a photodiode PD having a pnp structure.

그리고, n--확산층(36)의 일측 에지에 일측 에지가 정렬되면서 p-에피층(32)상에 게이트전극(34)이 형성되고, 게이트전극의 양측벽에 스페이서(38)가 형성된다.Then, the gate electrode 34 is formed on the p-epitaxial layer 32 while the one edge is aligned with one edge of the n − diffusion layer 36, and spacers 38 are formed on both sidewalls of the gate electrode.

여기서, 게이트전극(34)은 트랜스퍼트랜지스터의 게이트전극이다.Here, the gate electrode 34 is a gate electrode of the transfer transistor.

그리고, 게이트전극(34)의 타측 에지에 정렬되면서 n--확산층(36)과 동일한깊이 및 농도를 갖고 p-에피층(32)내에 n--VLDD(37)이 형성되고, 스페이서(38)에 정렬되면서 n--VLDD(37)에 접하는 n+-소스/드레인(40)이 p-에피층(32)내에 형성된다.Then, n -VLDD 37 is formed in the p- epi layer 32 having the same depth and concentration as the n − diffusion layer 36 while being aligned with the other edge of the gate electrode 34, and the spacer 38. N + -source / drain 40 is formed in p-epitaxial layer 32 in contact with n -VLDD 37 while being aligned with.

여기서, n+-소스/드레인(40)의 깊이는 n--확산층(36)과 n--VLDD(37)보다 더 깊고, 불순물의 농도또한 더 높다.Here, n + - depth of the source / drain 40 is n - - diffusion layer 36 and the n - more than -VLDD (37) deep, the concentration of the impurities also higher.

한편, n--VLDD(37)에 접하는 n+-소스/드레인(40)은 플로팅디퓨젼영역(FD)을 이룬다.On the other hand, n + -source / drain 40 in contact with n -- VLDD 37 forms a floating diffusion region FD.

도 4a 내지 도 4c는 도 3에 도시된 CMOS 이미지센서의 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다.4A to 4C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the CMOS image sensor shown in FIG. 3.

도 4a에 도시된 바와 같이, 고농도의 p형 불순물이 도핑된 p+-기판(31)상에 저농도 p형 불순물이 도핑된 p-에피층(32)을 성장시킨 다음, p-에피층(32)의 소정 부분에 LOCOS법으로 단위화소간 격리를 위한 필드산화막(33)을 형성한다.As shown in FIG. 4A, a p- epi layer 32 doped with a low concentration p-type impurity is grown on a p + -substrate 31 doped with a high concentration of p-type impurity, followed by a p- epi layer 32. A field oxide film 33 for inter-unit pixel isolation is formed in a predetermined portion of the?

다음으로, p-에피층(32)상에 트랜스퍼트랜지스터(Tx) 및 리셋트랜지스터(Rx)의 게이트전극(34)(이하, '게이트전극(34)'이라 약칭함)을 형성한다. 이때, 도면에 도시되지 않았지만, 드라이브트랜지스터(Dx) 및 셀렉트트랜지스터(Sx)의 게이트전극도 동시에 형성되고, 이들 트랜지스터의 게이트전극은 폴리실리콘과 텅스텐실리사이드막으로 이루어진 폴리사이드전극 형태를 갖는다.Next, the gate electrode 34 (hereinafter, abbreviated as 'gate electrode 34') of the transfer transistor Tx and the reset transistor Rx is formed on the p-epitaxial layer 32. At this time, although not shown in the drawings, the gate electrodes of the drive transistors Dx and the select transistor Sx are also formed at the same time, and the gate electrodes of these transistors have a polyside electrode type made of polysilicon and a tungsten silicide film.

다음으로, 드라이브트랜지스터(Dx)와 셀렉트트랜지스터(Sx)의 LDD(도시 생략)를 형성하기 위한 1019∼1020정도의 도즈량을 갖는 불순물을 이온주입한다.Next, impurities are implanted with impurities having a dose amount of about 10 19 to 10 20 for forming LDD (not shown) of the drive transistor Dx and the select transistor Sx.

다음으로, 게이트전극(34)을 포함한 전면에 감광막을 도포하고 노광 및 현상으로 패터닝하여 포토다이오드(PD)와 플로팅디퓨젼영역(FD)을 제외한 반도체기판(31)의 전영역을 덮는 이온주입마스크(35)를 형성한다.Next, an ion implantation mask is applied to the entire surface including the gate electrode 34 and patterned by exposure and development to cover the entire region of the semiconductor substrate 31 except for the photodiode PD and the floating diffusion region FD. (35) is formed.

이때, 이온주입마스크(35)는 종래 포토다이오드를 이룰 n--확산층을 형성하기 위한 이온주입마스크를 개조(revision)하여 추가 마스크공정없이 형성한다.At this time, the ion implantation mask 35 is conventionally achieved a photodiode n - - by modifying an ion implantation mask for forming a diffusion layer (revision) are formed with no additional masking process.

다음으로, 이온주입마스크(25)에 의해 노출된 p-에피층(22)에 고에너지로 저농도 n형 불순물(n_)을 이온주입하여 게이트전극(24)의 일측에 정렬되는 포토다이오드(PD)를 이룰 n_-확산층(36)과 게이트전극(34)의 타측에 정렬되는 플로팅디퓨젼영역(FD)을 이룰 n--VLDD(Very Low Doped Drain)(37)을 동시에 형성한다.Next, a photodiode PD aligned with one side of the gate electrode 24 by ion implanting a low concentration n-type impurity n _ at a high energy into the p-epi layer 22 exposed by the ion implantation mask 25. ) to achieve n _ - forms a -VLDD (Very Low Doped Drain) (37) at the same time-diffusion layer 36 and the gate electrode 34, the floating diffusion region (FD) n fulfill is aligned with the other side of.

이때, 저농도 n형 불순물(n-)을 이온주입할 때, 불순물농도는 1015∼1017이로서, 통상적으로 실시되는 LDD 영역을 형성하기 위한 n형 불순물의 이온주입 농도보다 낮다.At this time, when the low concentration n-type impurity (n ) is ion-implanted, the impurity concentration is 10 15 to 10 17 or less, which is lower than the ion implantation concentration of the n-type impurity for forming the LDD region which is commonly performed.

도 4b에 도시된 바와 같이, 이온주입마스크(35)를 제거한 후, 전면에 스페이서용 절연막을 증착한 후, 절연막을 전면식각하여 게이트전극(34)의 양측벽에 접하는 스페이서(38)를 형성한다.As shown in FIG. 4B, after the ion implantation mask 35 is removed, a spacer insulating film is deposited on the entire surface, and then the insulating film is etched entirely to form spacers 38 contacting both sidewalls of the gate electrode 34. .

계속해서, 블랭킷 이온주입법으로 저에너지로 p형 불순물(po)을 이온주입하여 p-에피층(32)의 표면근처와 n_-확산층(36)의 상부에 po-확산층(39)을 형성한다. 이 때, n_-확산층(36)내에 형성되는 po-확산층(39)은 스페이서(37)의 두께만큼 격리된다.Subsequently, a blanket ion implantation to the p-type impurity in a low energy (p o), the ion implantation to p- epitaxial layer 32 near the surface of the n _ - forming a diffusion layer (39) - p o on the upper portion of the diffusion layer 36 do. At this time, the p o -diffusion layer 39 formed in the n _ -diffusion layer 36 is separated by the thickness of the spacer 37.

상술한 p 형 불순물의 이온주입을 통해 po-확산층(39)과 n_-확산층(36)으로 이루어지는 얕은 pn 접합을 형성하고, p-에피층(32)/n_-확산층(36)/po-확산층(39)으로 이루어지는 pnp형 포토다이오드가 형성된다.Through the ion implantation of p-type impurities, the above-described o p - diffusion layers 39 and n _ - form a shallow pn junction formed of a diffusion layer 36, p- epitaxial layer (32) / _ n - diffusion layer 36 / A pnp type photodiode consisting of a p o -diffusion layer 39 is formed.

도 4c에 도시된 바와 같이, 플로팅디퓨젼영역(FD)을 이룰 n+-소스/드레인(40)을 형성하기 위한 이온주입공정을 실시한다. 즉, 포토다이오드가 형성된 전면에 감광막을 도포하고 노광 및 현상으로 패터닝하여 포토다이오드를 덮는 이온주입마스크(도시 생략)를 형성한 후, 이온주입마스크에 의해 노출된 게이트전극(34)의 타측에 노출된 p-에피층(32)에 고농도 n+불순물을 이온주입하여 스페이서(37)에 정렬되는 n+-소스/드레인(40)을 형성한다.As shown in FIG. 4C, an ion implantation process is performed to form n + -source / drain 40 to form the floating diffusion region FD. That is, an ion implantation mask (not shown) covering the photodiode is formed by applying a photoresist film to the entire surface on which the photodiode is formed and patterning by exposure and development, and then exposing it to the other side of the gate electrode 34 exposed by the ion implantation mask. to form a source / drain (40), - the ion-implanted at a high concentration n + impurities in the p- epitaxial layer 32 and n + is aligned with the spacer 37.

결국, 플로팅디퓨젼영역(FD)은 n--VLDD(37)와 n+-소스/드레인(40)으로 이루어진다.As a result, the floating diffusion region FD is composed of n -VLDD 37 and n + − source / drain 40.

상술한 실시예에 의하면, 플로팅디퓨젼영역이 n--VLDD(37)를 가지므로 전송효율이 개선되고, 트랜스퍼트랜지스터의 게이트전극(34)과 플로팅디퓨젼영역(FD)간오버랩캐패시턴스가 감소하여 플로팅디퓨젼영역(FD)의 기생캐패시턴스가 감소한다.According to the embodiment described above, since the floating diffusion region has n -VLDD 37, the transmission efficiency is improved, and the overlap capacitance between the gate electrode 34 and the floating diffusion region FD of the transfer transistor is reduced. The parasitic capacitance of the floating diffusion region FD is reduced.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명이 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and the present invention may be variously substituted, modified, and changed without departing from the spirit of the present invention. It will be apparent to those of ordinary skill in Esau.

상술한 바와 같은 본 발명은 플로팅디퓨젼영역측에 이온주입에 의해 VLDD구조를 형성하므로써 포토다이오드로부터 플로팅디퓨젼영역으로의 전송효율을 개선시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention as described above has the effect of improving the transfer efficiency from the photodiode to the floating diffusion region by forming the VLDD structure by ion implantation on the floating diffusion region side.

그리고, 트랜스퍼트랜지스터의 게이트전극과 플로팅디퓨젼영역간에 오버랩을 발생시켜 기생캐패시턴스를 작아지게 하므로 플로팅디퓨젼영역의 전하-전압 변환 팩터를 크게할 수 있어 감도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, since the parasitic capacitance is reduced by generating an overlap between the gate electrode and the floating diffusion region of the transfer transistor, the charge-voltage conversion factor of the floating diffusion region can be increased, thereby improving sensitivity.

Claims (9)

제1도전형 반도체층;A first conductive semiconductor layer; 상기 반도체층의 내부에 형성된 제2도전형 제1확산층;A second conductive type first diffusion layer formed in the semiconductor layer; 상기 제1확산층의 일측 에지에 일측 에지가 정렬되면서 상기 반도체층상에 형성된 게이트전극;A gate electrode formed on the semiconductor layer with one edge aligned with one edge of the first diffusion layer; 상기 게이트전극의 양측벽에 형성된 스페이서;Spacers formed on both sidewalls of the gate electrode; 상기 스페이서의 폭만큼 이격되어 상기 반도체층 표면 근처의 상기 제1확산층내에 형성된 제1도전형 제2확산층;A first conductive type diffusion layer spaced apart by a width of the spacer and formed in the first diffusion layer near the surface of the semiconductor layer; 상기 게이트전극의 타측 에지에 정렬되면서 상기 제1확산층과 동일한 깊이로 상기 반도체층내에 형성된 제2도전형 제3확산층; 및A second conductive type diffusion layer aligned in the other edge of the gate electrode and formed in the semiconductor layer to the same depth as the first diffusion layer; And 상기 스페이서에 정렬되면서 상기 제3확산층에 접하며 상기 제3확산층보다 깊은 깊이를 갖고 상기 반도체층내에 형성된 제2도전형 제4확산층을 포함하여,A second conductive type diffusion layer formed in the semiconductor layer while being aligned with the spacer and in contact with the third diffusion layer and having a depth deeper than that of the third diffusion layer, 상기 제1확산층에서 완전공핍이 이루어지고, 상기 제1확산층으로부터 상기 제3확산층을 통해 상기 제4확산층으로 전하가 전송되는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지센서.Complete depletion is performed in the first diffusion layer, and charge is transferred from the first diffusion layer to the fourth diffusion layer through the third diffusion layer. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1확산층과 상기 제3확산층은 동일한 농도를 갖는 것을 특징으로 하는씨모스 이미지센서.And the first diffusion layer and the third diffusion layer have the same concentration. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제4확산층은 상기 제1확산층과 상기 제3확산층보다 농도가 더 높은 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지센서.And the fourth diffusion layer has a higher concentration than the first diffusion layer and the third diffusion layer. 제1도전형 반도체층상에 게이트전극을 형성하는 단계;Forming a gate electrode on the first conductive semiconductor layer; 상기 반도체층내에 상기 게이트전극의 일측 에지에 정렬되는 제2도전형 제1확산층과 상기 게이트전극의 타측 에지에 정렬되는 제2도전형 제2확산층을 동시에 형성하는 단계;Simultaneously forming a second conductive diffusion layer aligned with one edge of the gate electrode and a second conductive diffusion layer aligned with the other edge of the gate electrode in the semiconductor layer; 상기 게이트전극의 양측벽에 접하는 스페이서를 형성하는 단계;Forming a spacer in contact with both sidewalls of the gate electrode; 상기 스페이서의 폭만큼 거리를 두고 상기 제1확산층내에 제1도전형 제3확산층을 형성하는 단계; 및Forming a first conductive type third diffusion layer in the first diffusion layer at a distance of the spacer; And 상기 반도체층내에 상기 제2확산층상의 상기 스페이서에 정렬되면서 상기 제2확산층에 접하는 제2도전형 제4확산층을 형성하는 단계Forming a second conductive fourth diffusion layer in the semiconductor layer in contact with the second diffusion layer while being aligned with the spacer on the second diffusion layer 를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 씨모스 이미지센서의 제조 방법.Manufacturing method of the CMOS image sensor characterized in that comprises a. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 제1확산층과 상기 제2확산층을 동시에 형성하는 단계에서,In the step of forming the first diffusion layer and the second diffusion layer at the same time, 상기 제1확산층과 상기 제2확산층은 동일한 깊이로 형성되는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미제센서의 제조 방법.The first diffusion layer and the second diffusion layer is a manufacturing method of the CMOS image sensor, characterized in that formed in the same depth. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 제4확산층은 상기 제1확산층과 상기 제2확산층보다 더 깊게 형성되는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지센서의 제조 방법.And the fourth diffusion layer is formed deeper than the first diffusion layer and the second diffusion layer. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 제1확산층과 상기 제2확산층을 동시에 형성하는 단계는,Simultaneously forming the first diffusion layer and the second diffusion layer, 상기 게이트전극 및 상기 게이트전극 양측의 상기 반도체층 표면을 노출시키는 제1마스크를 형성하는 단계; 및Forming a first mask exposing the gate electrode and a surface of the semiconductor layer on both sides of the gate electrode; And 상기 제1마스크와 상기 게이트전극을 이온주입마스크로 하여 상기 반도체층 표면에 제2도전형 불순물을 이온주입하는 단계Implanting a second conductive impurity onto the surface of the semiconductor layer using the first mask and the gate electrode as an ion implantation mask 를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 씨모스 이미지센서의 제조 방법.Manufacturing method of the CMOS image sensor characterized in that comprises a. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 제4확산층을 형성하는 단계는,Forming the fourth diffusion layer, 상기 제1확산층 및 상기 게이트전극을 덮고 상기 제2확산층 표면을 노출시키는 제2마스크를 형성하는 단계; 및Forming a second mask covering the first diffusion layer and the gate electrode and exposing a surface of the second diffusion layer; And 상기 제2마스크를 이온주입마스크로 하여 상기 노출된 제2확산층 표면에 제2도전형 불순물을 이온주입하는 단계Implanting a second conductive impurity into the exposed second diffusion layer surface using the second mask as an ion implantation mask 를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 씨모스 이미지센서의 제조 방법.Manufacturing method of the CMOS image sensor characterized in that comprises a. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 제4확산층의 불순물 농도는 상기 제1확산층과 상기 제2확산층보다 상대적으로 높은 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지센서의 제조 방법.The impurity concentration of the fourth diffusion layer is a manufacturing method of the CMOS image sensor, characterized in that the relatively higher than the first diffusion layer and the second diffusion layer.
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