KR20030067946A - 포토 다이오드를 갖는 이미지 센서 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 포토 다이오드의 전자 수용 능력을 개선함과 동시에, 포토 다이오드의 감도 특성 및 접합 누설 특성을 개선시킬 수 있는 포토 다이오드를 갖는 이미지 센서 및 그 제조방법을 개시한다. 개시된 본 발명의 포토 다이오드를 갖는 이미지 센서는, 반도체 기판의 선택된 영역에 P형 포토 다이오드 영역이 형성되고, 상기 P형 포토 다이오드 영역의 계면과 접하도록 P형 포토 다이오드 영역 하부에 제 1 N형 포토 다이오드 영역이 형성된다. 또한, 상기 제 1 N형 포토 다이오드 영역을 감싸도록 제 2 N형 포토 다이오드 영역이 형성된다. 여기서, 상기 제 1 N형 포토 다이오드 영역을 구성하는 불순물은 제 2 N형 포토 다이오드 영역을 구성하는 불순물에 보다 투사 거리 및 확산도가 작음이 바람직하다.
Description
본 발명은 포토 다이오드를 갖는 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 포토 다이오드의 전자 수용 능력을 개선함과 동시에, 포토 다이오드의 감도 특성 및 접합 누설 특성을 개선시킬 수 있는 포토 다이오드를 갖는 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
공지된 바와 같이, 핀드 포토 다이오드(pinned Photo diode)는 씨모스(CMOS) 공정으로 제작되는 이미지 센서(이하, CMOS 이미지 센서) 또는 CCD(charge coupled device) 이미지 센서가 외부로 부터 빛을 감지하여 광전하를 생성 및 집적시키는데 이용된다. 이러한 핀드 포토 다이오드는 기판 내부에 매립된 PNP(또는 NPN) 접합 구조를 가지고 있으므로, 베리드(buried) 포토 다이오드라고 불리운다. 여기서, CMOS 이미지 센서는 CCD 이미지 센서에 비하여 전력 소모가 적고, CCD 이미지 센서에 비하여 단순한 공정으로 형성되며, 신호 처리 회로와 원칩이 가능하므로, 차세대 이미지 센서로 각광을 받고 있다.
이러한 핀드 포토 다이오드를 갖는 CMOS 이미지 센서에 대하여 도 1 및 도 2를 통하여 개략적으로 설명하도록 한다.
여기서, 도 1은 일반적인 이미지 센서의 단위 화소 회로도로서, 이미지 센서의 단위 화소(pix)는 1개의 포토 다이오드(PD)와, 4개의 MOS 트랜지스터로 구성된다. 이를 보다 구체적으로 설명하면, 포토 다이오드에는 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 소오스(또는 드레인)가 연결되고, 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 드레인(또는 소오스)에는 리셋 트랜지스터(Rx)의 소오스가 연결된다. 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 드레인과 리셋 트랜지스터의 소오스 사이에는 플로팅-확산 캐패시터(Cfd)가 형성된다. 또한, 리셋 트랜지스터(Rx)의 소오스에는 드라이브 트랜지스터(MD)의 게이트가 연결되고, 드라이브 트랜지스터(MD)의 소오스에는 셀렉트 게이트의 소오스의 드레인(또는 소오스)이 연결된다. 이때, 리셋 트랜지스터(Rx)의 드레인과 드라이브 트랜지스터(MD)의 드레인에는 전원 전압이 공급된다. 단위 화소(pix) 외곽의 셀렉트 게이트의 소오스(또는 드레인)에는 부하 트랜지스터(Vb)가 연결되고, 셀렉트 게이트의 소오스가 이미지 센서의 출력이 된다.
이러한 이미지 센서의 단위 화소를 반도체 기판에 집적한 도면이 도 2에 도시되어 있다. 도 2에서는 포토 다이오드, 트랜스퍼 트랜지스터 및 리셋 트랜지스터에 대하여만 도시한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(10) 상부에 공지의 방식에 따라 소자 분리막(11)을 형성한다. 그후, 반도체 기판(10) 상부에 게이트 산화막(12) 및 도전층(14)을 증착한다음, 이들을 소정 부분 패터닝하여 트랜스퍼 게이트(Tg)와 리셋 게이트(Rg)를 형성한다.
다음, 트랜스퍼 트랜지스터 일측의 드레인 영역(혹은 소오스 영역)에 P 타입 불순물 예를들어 보론(B) 이온을 주입하여, P형 포토 다이오드 영역(15)을 형성한다. 이어서, P형 포토 다이오드 영역(15) 하부에 N형의 불순물 예를들어, 비소(As) 또는 인(P)등과 같은 5족 불순물 이온을 주입하여, N형 포토 다이오드 영역(20)을 형성한다. 이에따라, P형 및 N형 포토 다이오드가 완성된다. 그후, 트랜스퍼 게이트(Tg)의 양측벽 및 리셋 게이트(Rg)의 양측벽에 스페이서(22)를 공지의 방식으로 형성한다. 이어서, 스페이서(22)의 양측에 N형의 불순물을 주입하여, 공통 소오스 영역(24) 및 리셋 트랜지스터의 드레인 영역(26)을 형성한다.
그러나, 종래의 N 타입 포토 다이오드 영역(20)은 비소 또는 인과 같은 단일의 이온들을 주입하여 형성되므로써, 다음과 같은 문제점이 발생되었다.
우선, 비소를 주입하여 N 타입 포토 다이오드 영역(20)을 형성하는 경우, 비소 이온은 투사 거리(△Rp) 및 확산도(diffusivity)가 작기 때문에, 공핍 길이가 짧아져서 단위 면적당 고농도를 유지하게 되어, 접합 캐패시턴스가 증대된다. 이에따라, 포토 다이오드의 전자 수용 능력이 향상된다. 그러나, 이러한 비소 이온은 상기한 바와 같이 투사 거리 및 확산도가 작으므로 인하여, 대면적으로 형성하기 어려워, 포토 다이오드의 감도 특성이 저하되고, 접합 프로파일이 완만하지 않아, 접합 누설이 발생할 위험이 높다.
한편, 인을 이온 주입하여 N 타입 포토 다이오드(20)를 형성하는 경우, 인 이온은 투사 거리 및 확산도가 크기 때문에, 대면적 포토 다이오드를 형성하는데 유리하여 감도 향상에는 기여할 수 있으며, 접합 계면의 프로파일을 완화시켜 접합 누설을 감소시킬 수 있다는 장점은 있다. 하지만, 인 이온은 투사 거리 및 확산도가 큼으로 인하여, 공핍 길이가 길어져서 단위 면적당 농도가 낮아지게 되어 접합캐패시턴스가 작아진다. 이로 인하여, 포토 다이오드의 전자 수용 능력이 저하된다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제를 달성하기 위하여, 포토 다이오드의 전자 수용 능력을 개선함과 동시에, 포토 다이오드의 감도 특성 및 접합 누설 특성을 개선시킬 수 있는 포토 다이오드를 갖는 이미지 센서를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기한 포토 다이오드를 갖는 이미지 센서의 제조방법을 제공하는 것이다.
도 1은 일반적인 이미지 센서의 단위 화소를 나타낸 회로도이다.
도 2는 종래의 포토 다이오드를 갖는 이미지 센서의 단면도이다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 실시예 1에 따른 포토 다이오드를 갖는 이미지 센서를 설명하기 위한 각 공정별 단면도이다.
도 4a는 종래의 N형 포토 다이오드 영역(비소 또는 인)의 횡방향(a-a') 도핑 프로 파일을 나타낸 그래프이다.
도 4b는 본 발명에 따른 N형 포토 다이오드(비소 및 인)의 횡방향 도핑 프로파일을 나타낸 그래프이다.
도 5a는 종래의 N형 포토 다이오드 영역(비소 또는 인 이온)의 종방향 도핑 프로 파일을 나타낸 그래프이다.
도 5b는 본 발명에 따른 N형 포토 다이오드 영역(비소 및 인 이온)의 종방향 도핑 프로파일을 나타낸 그래프이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 실시예 2에 따른 포토 다이오드를 갖는 이미지 센서를 설명하기 위한 각 공정별 단면도이다.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
100,200 : 반도체 기판 135,245 : 보론 포토 다이오드 영역
145,255 : 비소 포토 다이오드 영역 155,235 : 인 포토 다이오드 영역
본 발명의 목적과 더불어 그의 다른 목적 및 신규한 특징은, 본 명세서의 기재 및 첨부 도면에 의하여 명료해질 것이다.
본원에서 개시된 발명중, 대표적 특징의 개요를 간단하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명의 일견지에 따른 포토 다이오드를 갖는 이미지 센서는, 반도체 기판의 선택된 영역에 P형 포토 다이오드 영역이 형성되고, 상기 P형 포토 다이오드 영역의 계면과 접하도록 P형 포토 다이오드 영역 하부에 제 1 N형 포토 다이오드 영역이 형성된다. 또한, 상기 제 1 N형 포토 다이오드 영역을 감싸도록 제 2 N형 포토 다이오드 영역이 형성된다. 여기서, 상기 제 1 N형 포토 다이오드 영역을 구성하는 불순물은 제 2 N형 포토 다이오드 영역을 구성하는 불순물에 보다 투사거리 및 확산도가 작음이 바람직하다.
또한, 상기 제 1 N형 포토 다이오드 영역을 구성하는 불순물은 비소(As) 이온이고, 제 2 N형 포토 다이오드 영역을 구성하는 불순물은 인(P) 이온일 수 있으며, 상기 P형 포토 다이오드 영역을 구성하는 불순물은 보론(B) 이온일 수 있다.
아울러, 상기 제 2 N형 포토 다이오드 영역은 제 1 N형 포토 다이오드 영역에 비하여 넓게 형성됨이 바람직하다.
또한 본 발명의 다른 실시예에 따른 포토 다이오드를 갖는 이미지 센서는 반도체 기판의 소정 부분에 일정 간격을 두고 트랜스퍼 게이트 및 리셋 게이트가 형성된다. 상기 트랜스퍼 게이트의 일측에는 포토 다이오드 영역이 형성되고, 상기 트랜스퍼 게이트와 리셋 게이트 사이에 형성되는 공통 소오스 영역이 형성되며, 상기 리셋 게이트의 타측에는 리셋 트랜지스터의 드레인 영역이 형성된다. 이때, 상기 포토 다이오드 영역은, 상기 포토 다이오드 영역의 반도체 기판 표면에 형성된 P형 포토 다이오드 영역과, 상기 P형 포토 다이오드 영역의 계면과 접하도록, P형 포토 다이오드 영역 하부에 형성되는 제 1 N형 포토 다이오드 영역, 및 상기 제 1 N형 포토 다이오드 영역을 감싸도록 형성되는 제 2 N형 포토 다이오드 영역을 포함하며, 상기 제 1 N형 포토 다이오드 영역을 구성하는 불순물은 제 2 N형 포토 다이오드 영역을 구성하는 불순물에 보다 투사 거리 및 확산도가 작음이 바람직하다.
또한, 본 발명의 다른 견지에 다른 포토 다이오드를 갖는 이미지 센서의 제조방법은 다음과 같다. 먼저, 반도체 기판상의 소정 부분에 일정 간격을 두고 트랜스퍼 게이트와 리셋 게이트를 형성하고, 상기 트랜스퍼 게이트의 일측 영역이 노출되도록 포토레지스트 패턴을 형성한다. 다음, 상기 노출된 반도체 기판 영역에 P형 불순물을 제 1 이온 주입 에너지를 가지고 주입하여, P형 포토 다이오드 영역을 형성하고, 상기 P형 포토 다이오드 영역 하부에 제 1 N형 불순물을 제 2 이온 주입 에너지를 가지고 주입하여, 제 1 N형 포토 다이오드 영역을 형성한다. 이어서, 상기 제 1 N형 포토 다이오드 영역을 감싸도록, 제 2 N형 불순물을 제 3 이온 주입 에너지를 가지고 주입하여, 제 2 N형 포토 다이오드 영역을 형성한다. 그리고나서, 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 P형 불순물은 보론이 이용된다.
또한, 상기 제 1 N형 불순물은 비소일 수 있고, 상기 비소 이온은 1×1012/㎠∼9×1012/㎠의 농도로 이온 주입되고, 상기 제 2 이온 주입 에너지는 상기 제 1 이온 주입 에너지에 비하여 크다.
또한, 상기 제 2 N형 불순물은 인 이온일 수 있고, 상기 인 이온은 5×1011/㎠∼9×1011/㎠의 농도로 이온 주입하며, 상기 제 3 이온 주입 에너지는 상기 제 1 및 제 2 이온 주입 에너지에 비하여 크다.
상기 P형 포토 다이오드 영역을 형성하는 단계와, 상기 제 1 N형 포토 다이오드 영역을 형성하는 단계, 및 상기 제 2 N형 포토 다이오드 영역을 형성하는 단계는 서로 순서를 바꾸어 실시할 수 있다.
상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계 이후에, 상기 트랜스퍼 게이트 및리셋 게이트의 양측벽에 스페이서를 형성하고, 상기 트랜스퍼 게이트와 리셋 게이트 사이 및 상기 리셋 게이트의 일측에 N형 불순물을 주입하여, 접합 영역을 형성할 수 있다.
본 발명에 의하면, 보론 포토 다이오드 영역 하부에 비소 포토 다이오드 영역을 형성하고, 비소 포토 다이오드 영역을 감싸도록 인 포토 다이오드 영역을 형성한다.
이에따라, 보론 포토 다이오드 영역과 비소 포토 다이오드 영역의 접합면에서 접합 캐패시턴스가 크게 증대되어, 포토 다이오드의 전자 수용 능력이 개선된다.
또한, 인 포토 다이오드 영역이 비소 포토 다이오드 영역을 감싸도록 형성되어, 접합 계면에서의 도핑 프로파일이 완만해져서 접합 누설이 감소된다. 또한, 인 포토 다이오드 영역이 비교적 넓은 영역에 걸쳐 형성되므로, 감도 특성을 개선할 수 있다.
이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이며, 도면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다. 또한, 어떤 층이 다른층 또는 반도체 기판의 "상"에 있다라고 기재되는 경우에, 어떤 층은 상기 다른 층 또는 반도체 기판에 직접 접촉하여 존재할 수 있고, 또는, 그 사이에 제 3의 층이 개재되어질 수 있다.
(실시예 1)
첨부한 도면 도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 실시예 1에 따른 포토 다이오드를 갖는 이미지 센서를 설명하기 위한 각 공정별 단면도이다. 본 도면들 역시, 이미지 센서의 트랜스퍼 트랜지스터, 리셋 트랜지스터 및 포토 다이오드 영역만을 나타낸다.
먼저, 도 3a를 참조하여, 반도체 기판(100) 예를들어, P형의 실리콘 기판 상부에 공지의 기술에 의하여 소자 분리막(110)을 형성한다. 소자 분리막(110)은 예를들어, STI(shallow trench isolation) 혹은 로코스(LOCOS)방식으로 형성될 수 있다. 소자 분리막(110)에 의하여 액티브 영역이 한정된 반도체 기판(100) 상부에 게이트 산화막(115) 및 도전층 예를들어, 도핑된 폴리실리콘막(120)을 순차적으로 적층한다. 그리고나서, 도핑된 폴리실리콘막 및 게이트 산화막을 소정 부분 패터닝하여 트랜스퍼 게이트(Tg)와 리셋 게이트(Rg)를 형성한다.
그후, 도 3b에 도시된 바와 같이, 트랜스퍼 게이트의 일측(예를들어 드레인 영역), 즉, 포토 다이오드 예정 영역이 노출되도록 공지의 포토리소그라피 공정에 의하여 포토레지스트 패턴(125)을 형성한다. 이어서, 노출된 포토 다이오드 영역에 P형 불순물, 예를들어 보론(B)을 제 1 이온 주입 에너지로 이온 주입한다. 이때,보론은 반도체 기판(100) 표면에 위치할 수 있도록, 낮은 이온 주입 에너지로 주입됨이 바람직하다. 그후, 반도체 기판(100)내에 이온 주입된 보론 이온을 활성화시켜서, 보론 포토 다이오드 영역(135)을 형성한다.
그리고 나서, 도 3c에서와 같이, 노출된 포토 다이오드 예정 영역에 제 1 N형 불순물을 제 2 이온 주입 에너지로 주입한다. 이때, 제 1 N형 불순물로는 투사 거리(△Rp) 및 확산도가 작은 비소(As) 이온(140)을 사용하고, 예를 들어, 1×1012/㎠∼9×1012/㎠의 농도로 이온 주입된다. 아울러, 비소 이온(140)은 보론 포토 다이오드 영역(135) 하부에 위치할 수 있도록, 제 1 이온 주입 에너지보다 큰 제 2 이온 주입 에너지로 주입하며, 바람직하게는 반도체 기판(10) 표면으로 부터 약 0.5㎛ 투사 거리로 주입한다. 그후, 보론 포토 다이오드 영역(135) 하부에 이온 주입된 비소 이온(150)을 활성화시켜서, 비소 포토 다이오드 영역(145)을 형성한다. 이때, 비소 이온은 이온 특성상 투사 거리 및 확산도가 적으므로, 비소 포토 다이오드 영역(145)은 보론 포토 다이오드 영역(135)의 경계와 맞닿으면서 비교적 좁은 영역을 차지하도록 형성된다.
다음으로, 도 3d에 도시된 바와 같이, 노출된 보론 포토 다이오드 영역(135) 및 비소 포토 다이오드 영역(145)에 제 2 N형 불순물 예를들어, 인(P) 이온(150)을 제 3 이온 주입 에너지로 주입한다. 이때, 인 이온(150)은 약 5×1011/㎠∼9×1011/㎠ 정도의 농도로 이온 주입한다. 아울러, 인 이온(150)은 비소 포토 다이오드 영역(145) 하부 및 측부를 감쌀수 있도록, 제 1 및 제 2 이온 주입 에너지보다 큰 제3 이온 주입 에너지로 주입한다. 바람직하게는, 인 이온(150)은 반도체 기판(100) 표면으로 부터 약 1 내지 1.5㎛의 투사 거리로 주입됨이 바람직하다. 그후, 비소 포토 다이오드 영역(145) 하부에 이온 주입된 P 불순물(150)을 활성화시켜서, P 포토 다이오드 영역(155)을 형성한다. 이때, P 이온은 비소 이온에 비하여 투사 거리도 길고 확산도 역시 매우 크므로, P 포토 다이오드 영역(155)은 비소 포토 다이오드 영역(145)을 감싸안으면서 비교적 넓은 영역을 차지하도록 형성된다.
그후, 도 3e에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(125)을 공지의 플라즈마 에슁(plasma ashing) 방식으로 제거한다. 그리고나서, 트랜스퍼 게이트(Tg) 및 리셋 게이트(Rg)의 양측벽에 공지의 방식으로 스페이서(160)를 형성한다. 이어서, 포토 다이오드 영역(135,145,155) 영역을 제외한 게이트(Tg,Rg) 양측의 반도체 기판(100) 영역에 N형 불순물을 주입하여, 트랜스퍼 트랜지스터 및 리세트 트랜지스터의 공통 소오스 영역(165a)과, 리세트 트랜지스터의 드레인 영역(165b)을 형성한다. 이에따라, 포토 다이오드를 갖는 이미지 센서가 완성된다.
여기서, 도 4a는 종래의 N형 포토 다이오드 영역(비소 또는 인)의 횡방향(a-a') 도핑 프로 파일을 나타내고, 도 4b는 본 발명에 따른 N형 포토 다이오드(비소 및 인)의 횡방향 도핑 프로파일을 나타낸다. 도 4a에 의하면, 비소 이온(혹은 인 이온)만이 주입??으므로, 접합 계면이 급경사를 이룸을 알 수 있다. 한편, 도 4b에 도시된 바와 같이, 비소 이온과 인 이온을 순차적으로 모두 주입하면, 인 이온에 비하여 비소 이온의 농도가 더 크므로, 접합면에서의 도핑 프로파일이 계단형을 이루며 완만하게 형성된다.
또한, 도 5a는 종래의 N형 포토 다이오드 영역(비소 또는 인 이온)의 종방향 도핑 프로 파일을 나타내고, 도 5b는 본 발명에 따른 N형 포토 다이오드 영역(비소 및 인 이온)의 종방향 도핑 프로파일을 나타낸다. 도 5a에 의하면, B 영역 하부에 비소 이온 영역만이 존재하고, 비소 이온이 확산도가 작으므로 좁은 영역에 걸쳐 비소 이온 영역이 형성된다. 한편, 도 5b에 도시된 바와 같이, 비소 이온과 P 이온을 모두 주입하면, P이온이 비소 이온에 비하여 확산도가 크므로, 비소 하부에 넓게 퍼져 있음을 알 수 있다.
또한, 알려진 바와 같이, 접합 캐패시턴스는 다음의 식으로 표현된다.
여기서, C는 접합 캐패시턴스를 나타내고, Nd는 접합 영역 즉, 비소 포토 다이오드 영역의 농도를 나타낸다.
상술한 식에서와 같이, 접합 캐패시턴스는 포토 다이오드 영역의 농도에 비례한다. 이에따라, 본 발명과 같이 공핍 길이가 짧으면서 고농도를 유지하는 비소 포토 다이오드 영역을 보론 다이오드 영역의 하부에 배치시키면 접합 캐패시턴스가 향상된다.
또한, 이러한 비소 포토 다이오드 영역 하부에 투사 거리 및 확산도가 큰 인 이온을 주입하면, 비소 포토 다이오드 영역을 감싸면서 비교적 넓은 영역으로 인 포토 다이오드 영역이 형성된다. 이에따라, 포토 다이오드의 감도가 향상되고, 접합된 부분에서 도핑 프로파일이 완만하여 접합 누설이 감소된다.
(실시예 2)
첨부한 도면 도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 실시예 2에 따른 포토 다이오드를 갖는 이미지 센서를 설명하기 위한 각 공정별 단면도이다.
먼저, 도 6a를 참조하여, 반도체 기판(200) 예를들어, P형의 실리콘 기판 상부에 소자 분리막(210)을 형성한다. 소자 분리막(110)에 의하여 액티브 영역이 한정된 반도체 기판(200) 상부에 게이트 산화막(215) 및 도전층 예를들어, 도핑된 폴리실리콘막(220)을 순차적으로 적층한다. 그리고나서, 도핑된 폴리실리콘막 및 게이트 산화막을 소정 부분 패터닝하여 트랜스퍼 게이트(Tg)와 리셋 게이트(Rg)를 형성한다. 그 다음, 트랜스퍼 게이트의 일측(예를들어 드레인 영역), 즉, 포토 다이오드 예정 영역이 노출되도록 공지의 포토리소그라피 공정에 의하여 포토레지스트 패턴(225)을 형성한다. 이어서, 노출된 포토 다이오드 영역에 투사도 및 확산도가 큰 제 1 N형 불순물, 예를들어, 인 이온(230)을 이온 주입한다. 이때, 인 이온(230)은 포토 다이오드 영역으로 한정된 반도체 기판(100)내에 넓고, 깊게 주입될 수 있도록 비교적 큰 제 1 이온 주입 에너지로 주입한다. 그후, 인 이온(230)을 활성화시켜, 인 포토 다이오드 영역(230)을 형성한다.
다음, 도 6b에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(225)에 의하여 노출된 인 포토 다이오드 영역(235)의 표면에 P형의 불순물인 보론 이온을 상기 제 1 이온 주입 에너지보다 적은 제 2 이온 주입 에너지로 이온 주입한다. 그후, 기판(100)내에 이온 주입된 보론 이온을 활성화시켜, 보론 포토 다이오드 영역(245)을 형성한다.
그리고 나서, 도 6c에서와 같이, 노출된 보론 포토 다이오드 영역(245) 저부에, 인 이온에 비하여 투사거리 및 확산도가 작은 제 2 N형 불순물 예를들어, 비소 이온(250)을 제 3 이온 주입 에너지로 주입한다. 이때, 비소 이온은 인 포토 다이오드 영역(235)의 내부에 위치하면서, 보론 포토 다이오드 영역(245) 저부에 위치할 수 있도록, 제 1 이온 주입 에너지보다는 작고, 제 2 이온 주입 에너지보다는 큰 제 3 이온 주입 에너지로 주입할 수 있다. 다음, 이온 주입된 비소 이온을 활성화시켜, 비소 불순물 영역(255)을 형성한다. 그후, 도면에는 도시되지 않았지만, 상술한 도 3e에서와 같이, 공지의 방법으로 포토레지스트 패턴을 제거하고, 트랜지스터를 형성한다.
이때, 본 실시예에서는 인 포토 다이오드 영역을 형성한 후, 보론 포토 다이오드 영역 및 비소 포토 다이오드 영역을 형성하였지만, 이들 순서를 바꾸어 형성하여도 상술한 실시예 1과 동일한 효과를 발휘할 수 있다.
이상에서 자세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 보론 포토 다이오드 영역 하부에 비소 포토 다이오드 영역을 형성하고, 비소 포토 다이오드 영역을 감싸도록 인 포토 다이오드 영역을 형성한다.
이에따라, 보론 포토 다이오드 영역과 비소 포토 다이오드 영역의 접합면에서 접합 캐패시턴스가 크게 증대되어, 포토 다이오드의 전자 수용 능력이 개선된다.
또한, 인 포토 다이오드 영역이 비소 포토 다이오드 영역을 감싸도록 형성되어, 접합 계면에서의 도핑 프로파일이 완만해져서 접합 누설이 감소된다. 또한, 인 포토 다이오드 영역이 비교적 넓은 영역에 걸쳐 형성되므로, 감도 특성을 개선할 수 있다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형이 가능하다.
Claims (20)
- 반도체 기판;반도체 기판의 선택된 영역에 형성되는 P형 포토 다이오드 영역;상기 P형 포토 다이오드 영역의 계면과 접하도록, P형 포토 다이오드 영역 하부에 형성되는 제 1 N형 포토 다이오드 영역; 및상기 제 1 N형 포토 다이오드 영역을 감싸도록 형성되는 제 2 N형 포토 다이오드 영역을 포함하며,상기 제 1 N형 포토 다이오드 영역을 구성하는 불순물은 제 2 N형 포토 다이오드 영역을 구성하는 불순물에 보다 투사 거리 및 확산도가 작은 것을 특징으로 하는 포토 다이오드를 갖는 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 N형 포토 다이오드 영역을 구성하는 불순물은 비소(As) 이온인 것을 특징으로 하는 포토 다이오드를 갖는 이미지 센서.
- 제 2 항에 있어서,상기 제 2 N형 포토 다이오드 영역을 구성하는 불순물은 인(P) 이온인 것을 특징으로 하는 포토 다이오드를 갖는 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서,상기 P형 포토 다이오드 영역을 구성하는 불순물은 보론(B) 이온인 것을 특징으로 하는 포토 다이오드를 갖는 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 N형 포토 다이오드 영역은 제 1 N형 포토 다이오드 영역에 비하여 넓게 형성되는 것을 특징으로 하는 포토 다이오드를 갖는 이미지 센서.
- 반도체 기판과, 상기 반도체 기판의 소정 부분에 일정 간격을 두고 형성되는 트랜스퍼 게이트 및 리셋 게이트와, 상기 트랜스퍼 게이트의 일측에 형성되는 포토 다이오드 영역과, 상기 트랜스퍼 게이트와 리셋 게이트 사이에 형성되는 공통 소오스 영역, 및 상기 리셋 게이트의 타측에 형성되는 리셋 트랜지스터의 드레인 영역을 포함하는 포토 다이오드를 갖는 이미지 센서로서,상기 포토 다이오드 영역은,상기 포토 다이오드 영역의 반도체 기판 표면에 형성된 P형 포토 다이오드 영역;상기 P형 포토 다이오드 영역의 계면과 접하도록, P형 포토 다이오드 영역 하부에 형성되는 제 1 N형 포토 다이오드 영역; 및상기 제 1 N형 포토 다이오드 영역을 감싸도록 형성되는 제 2 N형 포토 다이오드 영역을 포함하며,상기 제 1 N형 포토 다이오드 영역을 구성하는 불순물은 제 2 N형 포토 다이오드 영역을 구성하는 불순물에 보다 투사 거리 및 확산도가 작은 것을 특징으로 하는 포토 다이오드의 이미지 센서.
- 제 6 항에 있어서,상기 제 1 N형 포토 다이오드 영역을 구성하는 불순물은 비소(As) 이온인 것을 특징으로 하는 포토 다이오드를 갖는 이미지 센서.
- 제 7 항에 있어서,상기 제 2 N형 포토 다이오드 영역을 구성하는 불순물은 인(P) 이온인 것을 특징으로 하는 포토 다이오드를 갖는 이미지 센서.
- 제 6 항에 있어서,상기 P형 포토 다이오드 영역을 구성하는 불순물은 보론(B) 이온인 것을 특징으로 하는 포토 다이오드를 갖는 이미지 센서.
- 제 6 항에 있어서,상기 제 2 N형 포토 다이오드 영역은 제 1 N형 포토 다이오드 영역에 비하여 넓게 형성되는 것을 특징으로 하는 포토 다이오드를 갖는 이미지 센서.
- 반도체 기판상의 소정 부분에 일정 간격을 두고 트랜스퍼 게이트와 리셋 게이트를 형성하는 단계;상기 트랜스퍼 게이트의 일측 영역이 노출되도록 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;상기 노출된 반도체 기판 영역에 P형 불순물을 제 1 이온 주입 에너지를 가지고 주입하여, P형 포토 다이오드 영역을 형성하는 단계;상기 P형 포토 다이오드 영역 하부에 제 1 N형 불순물을 제 2 이온 주입 에너지를 가지고 주입하여, 제 1 N형 포토 다이오드 영역을 형성하는 단계;상기 제 1 N형 포토 다이오드 영역을 감싸도록, 제 2 N형 불순물을 제 3 이온 주입 에너지를 가지고 주입하여, 제 2 N형 포토 다이오드 영역을 형성하는 단계; 및상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토 다이오드를 갖는 이미지 센서의 제조방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 P형 불순물은 보론인 것을 특징으로 하는 포토 다이오드를 갖는 이미지 센서의 제조방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 제 1 N형 불순물은 비소인 것을 특징으로 하는 포토 다이오드를 갖는 이미지 센서의 제조방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 비소 이온은 1×1012/㎠∼9×1012/㎠의 농도로 이온 주입하는 것을 특징으로 하는 포토 다이오드를 갖는 이미지 센서의 제조방법.
- 제 14 항에 있어서,상기 제 2 이온 주입 에너지는 상기 제 1 이온 주입 에너지에 비하여 큰 것을 특징으로 하는 포토 다이오드를 갖는 이미지 센서의 제조방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 제 2 N형 불순물은 인 이온인 것을 특징으로 하는 포토 다이오드를 갖는 이미지 센서의 제조방법.
- 제 16 항에 있어서,상기 인 이온은 5×1011/㎠∼9×1011/㎠의 농도로 이온 주입하는 것을 특징으로 하는 포토 다이오드를 갖는 이미지 센서의 제조방법.
- 제 17 항에 있어서,상기 제 3 이온 주입 에너지는 상기 제 1 및 제 2 이온 주입 에너지에 비하여 큰 것을 특징으로 하는 포토 다이오드를 갖는 이미지 센서의 제조방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 P형 포토 다이오드 영역을 형성하는 단계와, 상기 제 1 N형 포토 다이오드 영역을 형성하는 단계, 및 상기 제 2 N형 포토 다이오드 영역을 형성하는 단계는 서로 순서를 바꾸어 실시하는 것을 특징으로 하는 포토 다이오드를 갖는 이미지 센서의 제조방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계 이후에,상기 트랜스퍼 게이트 및 리셋 게이트의 양측벽에 스페이서를 형성하는 단계; 및상기 트랜스퍼 게이트와 리셋 게이트 사이 및 상기 리셋 게이트의 일측에 N형 불순물을 주입하여, 접합 영역을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 포토 다이오드를 갖는 이미지 센서의 제조방법.
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