KR20040058692A - CMOS image sensor with shield layer protecting surface of photo diode and method for fabricating thereof - Google Patents

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KR20040058692A
KR20040058692A KR1020020085068A KR20020085068A KR20040058692A KR 20040058692 A KR20040058692 A KR 20040058692A KR 1020020085068 A KR1020020085068 A KR 1020020085068A KR 20020085068 A KR20020085068 A KR 20020085068A KR 20040058692 A KR20040058692 A KR 20040058692A
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황준
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    • H01L27/1461Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements characterised by the photosensitive area

Abstract

PURPOSE: A CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor and a manufacturing method thereof are provided to protect a surface of a photodiode by forming sequentially an oxide layer and a nitride layer on the photodiode. CONSTITUTION: A CMOS image sensor includes a heavily doped p-type substrate, a lightly doped p-type epitaxial layer, a doping region for a photodiode, an oxide layer and a nitride layer. The epitaxial layer(22) is formed on the substrate(21). The doping region for a photodiode is formed in the epitaxial layer. The doping region includes an n-type ion-implanted region(27) and a p-type ion-implanted region(29). The oxide layer(24) and the nitride layer(25) are sequentially formed on the epitaxial layer corresponding to the doping region to prevent surface damage of the doping region.

Description

포토다이오드의 표면을 보호하는 막을 구비한 시모스 이미지센서 및 그 제조방법{CMOS image sensor with shield layer protecting surface of photo diode and method for fabricating thereof}CMOS image sensor with shield layer protecting surface of photo diode and method for fabricating

본 발명은 시모스 이미지센서 및 그 제조방법에 관한 것으로 특히, 포토다이오드용 도핑영역을 포함한 에피층 상부에 산화막과 질화막을 적층,형성하여 각종 후속공정에서 발생하는 데미지(damage)로부터 포토다이오드의 표면을 보호하여 전자함정의 발생을 방지하여 저조도에서의 특징을 향상시킨 시모스 이미지센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a CMOS image sensor and a method of manufacturing the same. In particular, an oxide film and a nitride film are laminated and formed on an epitaxial layer including a photodiode doped region, thereby preventing the surface of the photodiode from damage generated in various subsequent steps. The present invention relates to a CMOS image sensor and a method for manufacturing the same, wherein the protection prevents the occurrence of an electronic trap and improves the characteristics in low light.

일반적으로, 이미지센서라 함은 광학 영상(optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 이중에서 전하결합소자(CCD : charge coupled device)는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 커패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 커패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, 시모스(Complementary MOS) 이미지센서는 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소수 만큼의 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. Among them, a charge coupled device (CCD) includes individual metal-oxide-silicon (MOS) capacitors. A device in which charge carriers are stored and transported in a capacitor while being in close proximity to each other. Complementary MOS image sensors use CMOS technology that uses a control circuit and a signal processing circuit as peripheral circuits. A device employing a switching scheme that creates MOS transistors as many as pixels and sequentially detects outputs using the MOS transistors.

CCD(charge coupled device)는 구동 방식이 복잡하고 전력소모가 많으며, 마스크 공정 스텝 수가 많아서 공정이 복잡하고 시그날 프로세싱 회로를 CCD 칩내에 구현 할 수 없어 원칩(One Chip)화가 곤란하다는 등의 여러 단점이 있는 바, 최근에 그러한 단점을 극복하기 위하여 서브-마이크론(sub-micron) CMOS 제조기술을 이용한 CMOS 이미지센서의 개발이 많이 연구되고 있다. CMOS 이미지센서는 단위 화소(Pixel) 내에 포토다이오드와 모스트랜지스터를 형성시켜 스위칭 방식으로 차례로 신호를 검출함으로써 이미지를 구현하게 되는데, CMOS 제조기술을 이용하므로 전력 소모도 적고 마스크 수도 20개 정도로 30∼40개의 마스크가 필요한 CCD 공정에 비해 공정이 매우 단순하며 여러 신호 처리 회로와 원칩화가 가능하여 차세대 이미지센서로 각광을 받고 있다.CCD (charge coupled device) has many disadvantages such as complicated driving method, high power consumption, high number of mask process steps, complicated process, and difficult to implement signal processing circuit in CCD chip. In order to overcome such drawbacks, the development of a CMOS image sensor using a sub-micron CMOS manufacturing technology has been studied in recent years. The CMOS image sensor forms an image by forming a photodiode and a MOS transistor in a unit pixel and sequentially detects signals in a switching method, and implements an image by using a CMOS manufacturing technology, which consumes less power and uses 30 to 40 masks as many as 20 masks. Compared to CCD process that requires two masks, the process is very simple, and it is possible to make various signal processing circuits and one chip, which is attracting attention as the next generation image sensor.

도1a는 통상의 CMOS 이미지센서에서 1개의 포토다이오드(PD)와 4개의 MOS 트랜지스터로 구성된 단위화소(Unit Pixel)를 도시한 회로도로서, 빛을 받아 광전하를 생성하는 포토다이오드(100)와, 포토다이오드(100)에서 모아진 광전하를 플로팅확산영역(102)으로 운송하기 위한 트랜스퍼 트랜지스터(101)와, 원하는 값으로 플로팅확산영역의 전위를 세팅하고 전하를 배출하여 플로팅확산영역(102)를 리셋시키기 위한 리셋 트랜지스터 (103)와, 소스 팔로워 버퍼 증폭기(Source Follower Buffer Amplifier) 역할을 하는 드라이브 트랜지스터(104), 및 스위칭(Switching) 역할로 어드레싱(Addressing)을 할 수 있도록 하는 셀렉트 트랜지스터(105)로 구성된다. 단위 화소 밖에는 출력신호(Output Signal)를 읽을 수 있도록 로드(load) 트랜지스터(106)가 형성되어 있다.FIG. 1A is a circuit diagram showing a unit pixel composed of one photodiode PD and four MOS transistors in a conventional CMOS image sensor, and includes a photodiode 100 for generating photocharges by receiving light. The transfer transistor 101 for transporting the photocharges collected from the photodiode 100 to the floating diffusion region 102 and resets the floating diffusion region 102 by setting the potential of the floating diffusion region to a desired value and discharging electric charges. A reset transistor (103), a drive transistor (104) serving as a source follower buffer amplifier, and a select transistor (105) for addressing (switching). It is composed. Outside the unit pixel, a load transistor 106 is formed to read an output signal.

도1b는 도1a에 도시된 이미지센서의 단위화소에서 포토다이오드와 트랜스퍼 트랜지스터(101)를 중심으로 그 단면구조를 도시한 도면으로, 단위화소를 구성하는 4개의 트랜지스터 중에서 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트 전극(16)만 도시하였으며 나머지 트랜지스터들은 도시하지 않았다.FIG. 1B illustrates a cross-sectional structure of a photodiode and a transfer transistor 101 in the unit pixel of the image sensor illustrated in FIG. 1A. The gate electrode 16 of the transfer transistor among the four transistors constituting the unit pixel is shown in FIG. ) And the remaining transistors are not shown.

이러한 점을 참조하면 설명하면 먼저, 상대적으로 고농도인 p형 반도체 기판(11) 상에 에피택셜 성장된 저농도의 p형 에피층(12)이 도시되어 있으며, p형 에피층(12)의 내부에는 활성영역과 필드영역을 정의하는 필드산화막(13)이 트렌치 구조를 이용하여 형성되어 있다. 그리고 도시된 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트 전극(16)의 양 측벽에는 스페이서(17)가 형성되어 있다.Referring to this point, first, a low concentration p-type epitaxial layer 12 epitaxially grown on a relatively high concentration p-type semiconductor substrate 11 is shown, and inside the p-type epitaxial layer 12 A field oxide film 13 defining an active region and a field region is formed using a trench structure. Spacers 17 are formed on both sidewalls of the gate electrode 16 of the illustrated transfer transistor.

p/n/p형 포토다이오드를 구성하는 p형 이온주입영역(14)은 일측은 스페이서(17)에 정렬되고 타측은 소자분리막(13)에 정렬되어 p형 에피층(12)의 표면으로부터 일정깊이에 형성되어 있으며, p형 이온주입영역(14)의 하부에는 n형 이온주입영역(15)이 에피층에 깊숙히 형성되어 있는데, n형 이온주입영역(15)의 일측은 게이트전극(16)에 정렬되어 있으며 타측은 소자분리막(13)에 정렬되어 있다. 이와 같이, 반도체 기판 표면근처에 형성된 p형 이온주입영역(14)과 그 하부에 위치한 n형 이온주입영역(15) 그리고 p형 에피층(12)이 pn 접합을 이루면서 p/n/p포토다이오드 역할을 하게 된다.The p-type ion implantation region 14 constituting the p / n / p-type photodiode has one side aligned with the spacer 17 and the other side aligned with the device isolation layer 13 so as to be constant from the surface of the p-type epilayer 12. The n-type ion implantation region 15 is formed deeply in the epi layer below the p-type ion implantation region 14, and one side of the n-type ion implantation region 15 is the gate electrode 16. The other side is aligned with the device isolation film 13. As described above, the p-type ion implantation region 14 formed near the surface of the semiconductor substrate, the n-type ion implantation region 15 and the p-type epitaxial layer 12 located below the p / n / p photodiode are formed. It will play a role.

이와같이 구성된 종래의 이미지센서에서는, 포토다이오드용 도핑영역에 해당하는 에피층의 표면(A)이 각종 후속공정에서 데미지를 입게되는 문제가 있었다. 즉, 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트 전극(16)을 패터닝하기 위한 식각공정과, 스페이서(17)를 형성하기 위한 전면식각 공정과, 포토다이오드용 도핑영역(14, 15)을 형성하기 위한 이온주입공정과, 각종 식각공정 후 실시되는 화학적 세정공정 등에서 포토다이오드용 도핑영역에 해당하는 에피층의 표면(A)이 데미지를 입게 되어 에피층의 표면(A)에 존재한 실리콘 격자구조에는 오정렬(dislocation)이 발생하였다.In the conventional image sensor configured as described above, there is a problem that the surface A of the epi layer corresponding to the photodiode doping region is damaged in various subsequent steps. That is, an etching process for patterning the gate electrode 16 of the transfer transistor, a front etching process for forming the spacers 17, an ion implantation process for forming the doped regions 14 and 15 for photodiodes, In the chemical cleaning process performed after various etching processes, the surface A of the epi layer corresponding to the photodiode doping region is damaged, causing a dislocation in the silicon lattice structure existing on the surface A of the epi layer. It was.

이와같은 실리콘 격자구조의 오정렬 부분은 전자들을 포획하는 전자함정(electron trap) 역할을 하기 때문에, 시모스 이미지센서의 저조도 특성을 악화시키는 원천요인(main source)으로 작용하고 있다.Since the misalignment part of the silicon lattice structure serves as an electron trap for trapping electrons, it serves as a main source of deterioration of low light characteristics of the CMOS image sensor.

즉, 저조도 환경에서는 포토다이오드로 입사하는 빛의 양이 적기때문에 그 만큼 포토다이오드에서 광전변환되는 전하의 양도 적어야 하지만, 전술한 바와같은 전자함정에 포획된 전자들이 트랜스퍼 트랜지스터(16)를 경유하여 이미지 재현에 사용됨으로써 저조도 환경에서 이미지센서의 특성이 저하되는 것이다.That is, in the low light environment, since the amount of light incident on the photodiode is small, the amount of charge photoelectrically converted in the photodiode must be small, but the electrons trapped in the electron trap as described above are transferred to the image via the transfer transistor 16. By being used for reproduction, the characteristics of the image sensor are degraded in a low light environment.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 에피층 표면 상에 산화막과 질화막을 적층,형성한 이후에 후속공정을 진행함으로써 포토다이오드 표면의 데미지를 감소시켜 저조도 특성을 향상시킨 시모스 이미지센서 및 그 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.The present invention is to solve the above-described problems, the CMOS image sensor to improve the low light characteristics by reducing the damage of the surface of the photodiode by performing a subsequent process after the oxide film and the nitride film is laminated and formed on the epi layer surface And it aims to provide a manufacturing method thereof.

도1a는 4개의 트랜지스터와 포토다이오드로 구성된 시모스 이미지센서의 단위화소를 도시한 회로도,1A is a circuit diagram showing a unit pixel of a CMOS image sensor composed of four transistors and a photodiode;

도1b은 종래기술에 따른 시모스 이미지센서에서 포토다이오드와 트랜스퍼 트랜지스터를 중심으로 단위화소의 구성을 도시한 단면도,Figure 1b is a cross-sectional view showing the configuration of a unit pixel around the photodiode and the transfer transistor in the CMOS image sensor according to the prior art,

도2a 내지 도2e는 본 발명의 일실시예에 따른 시모스 이미지센서의 제조공정을 도시한 공정단면도.Figures 2a to 2e is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the CMOS image sensor according to an embodiment of the present invention.

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

21 : p형 기판21: p-type substrate

22 : p형 에피층22: p-type epi layer

23 : 트렌치 소자분리막23 trench isolation film

24 : 산화막24: oxide film

25 : 질화막25: nitride film

26 : 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트26: gate of the transfer transistor

27 : n형 이온주입영역27: n-type ion implantation region

28 : 스페이서28: spacer

29 : p형 이온주입영역29: p-type ion implantation region

30 : 플로팅확산영역30: floating diffusion area

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 상대적으로 고농도의 제 1 도전형의 기판; 상기 기판 상에 형성된 저농도의 제 1 도전형의 에피층; 상기 에피층 내에 형성된 포토다이오드용 도핑영역; 상기 포토다이오드용 도핑영역에 대응하는 상기 에피층 상에 형성된 산화막; 및 상기 산화막 상에 형성된 질화막을 포함하여 이루어진다.The present invention for achieving the above object, a relatively high concentration of the first conductivity type substrate; A low concentration first conductive epitaxial layer formed on the substrate; A doped region for photodiode formed in the epi layer; An oxide film formed on the epi layer corresponding to the doped region for the photodiode; And a nitride film formed on the oxide film.

또한 본 발명은, 포토다이오드와 트랜스퍼 트랜지스터를 포함하는 시모스 이미지센서의 제조방법에 있어서, 상대적으로 고농도인 제 1 도전형의 기판 상에 저농도의 제 1 도전형의 에피층을 형성하는 단계; 상기 에피층 내에 트렌치 소자분리막을 형성하는 단계; 상기 에피층 상에 산화막과 질화막을 적층하여 형성하는 단계; 소정영역의 상기 산화막과 질화막을 제거하고 상기 에피층 상에 트랜스퍼 트랜지스터를 형성하는 단계; 및 상기 소자분리막과 상기 트랜스퍼 트랜지스터 사이에 포토다이오드용 도핑영역을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.The present invention also provides a method for manufacturing a CMOS image sensor comprising a photodiode and a transfer transistor, comprising: forming an epitaxial layer of a first conductivity type having a low concentration on a relatively high concentration of a first conductivity type substrate; Forming a trench isolation layer in the epi layer; Stacking an oxide film and a nitride film on the epi layer; Removing the oxide film and the nitride film of a predetermined region and forming a transfer transistor on the epi layer; And forming a doped region for photodiode between the device isolation layer and the transfer transistor.

본 발명은 상대적으로 고농도인 기판과 저농도인 에피층을 사용하는 시모스 이미지센서에서, 에피층 상에 산화막과 질화막을 적층,형성하고 이를 이용하여 포토다이오드의 표면을 데미지로부터 보호하여 저조도에서의 특성을 향상시킨 발명이다. 즉, 에피층 상에 산화막과 질화막이 적층된 상태에서 게이트 폴리실리콘 식각공정, 스페이서 형성공정, 이온주입공정, 세정공정 등을 수행함으로써 포토다이오드의 표면을 데미지로부터 보호한다.According to the present invention, in a CMOS image sensor using a relatively high concentration of substrate and a low concentration of epi layer, an oxide film and a nitride film are laminated and formed on the epi layer, and the surface of the photodiode is protected from damage to protect the surface of the photodiode from damage. It is an improved invention. That is, the surface of the photodiode is protected from damage by performing a gate polysilicon etching process, a spacer forming process, an ion implantation process, and a cleaning process in a state where an oxide film and a nitride film are stacked on the epitaxial layer.

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 설명한다.Hereinafter, the most preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily implement the technical idea of the present invention.

도2a 내지 도2e에 도시된 구조는 4개의 트랜지스터와 1개의 포토다이오드로 구성된 단위화소 중에서, 트랜스퍼 트랜지스터와 포토다이오드를 중심으로 그 구조를 도시한 도면으로, 통상적으로 시모스 이미지 센서에서는 4개의 트랜지스터와 1개의 포토다이오드로 구성된 단위화소를 복수개 구비하여 단위화소 어레이를 구성한다.2A to 2E illustrate a structure of a transfer pixel and a photodiode among unit pixels including four transistors and one photodiode. In the CMOS image sensor, four transistors and A unit pixel array is formed by providing a plurality of unit pixels composed of one photodiode.

도2e를 참조하면 설명하면, 본 발명의 일실시예에 따른 시모스 이미지센서는 상대적으로 고농도의 p형 기판(21)과, p형 기판(21) 상에 형성된 저농도의 p형 에피층(22)과, p형 에피층(22)의 일정영역에 형성되어 활성영역과 필드영역을 정의 하는 트렌치 소자분리막(23)과, p형 에피층(22) 상에 형성되되, p형 에피층(22)의 일정부분을 노출시키는 산화막(24)과, 산화막(24) 상에 형성된 질화막(25)과, 노출된 p형 에피층(22) 상에 형성된 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트 전극(26)과, 트랜스퍼 트랜지스터 게이트전극(26)의 양 측벽에 구비된 스페이서(28)와, 일측은 스페이서(28)에 정렬되고 타측은 소자분리막(23)에 정렬되어 p형 에피층(22) 표면으로부터 반도체 기판(21) 쪽으로 확장되어 형성된 p0 이온주입영역(29)과, 일측은 트랜스퍼 트랜지스터 게이트전극(26)에 정렬되고 타측은 소자분리막(23)에 정렬되어 p0 이온주입영역(29) 하부에 형성된 n형 이온주입영역(27)과, 트랜스퍼 트랜지스터 (26)의 타측에 형성된 플로팅확산영역(30)을 포함하여 이루어진다.Referring to FIG. 2E, the CMOS image sensor according to the exemplary embodiment of the present invention has a relatively high concentration of the p-type substrate 21 and a low concentration of the p-type epi layer 22 formed on the p-type substrate 21. And a trench isolation layer 23 formed in a predetermined region of the p-type epitaxial layer 22 to define an active region and a field region, and formed on the p-type epitaxial layer 22, and the p-type epitaxial layer 22. An oxide film 24 exposing a portion of the oxide film, a nitride film 25 formed on the oxide film 24, a gate electrode 26 of a transfer transistor formed on the exposed p-type epi layer 22, and a transfer transistor gate. Spacers 28 disposed on both sidewalls of the electrode 26, one side of which is aligned with the spacer 28, and the other side of which is aligned with the device isolation layer 23, from the surface of the p-type epi layer 22 toward the semiconductor substrate 21. P0 ion implantation region 29 formed to be expanded and one side thereof are aligned with transfer transistor gate electrode 26 Side, is arranged on the isolation film (23) comprises a floating diffusion region 30 formed at the other side of the n-type ion-implanted region 27 and a transfer transistor 26 formed on a lower p0 ion implantation area (29).

도2e를 참조하면 종래의 시모스 이미지센서의 단위화소의 구조에서,에피층(22) 상에 추가로 산화막(24)과 질화막(25)이 적층, 형성되어 있음을 알 수 있으며, 이러한 산화막(24)과 질화막(25)은 트렌치 소자분리막(23)이 형성된 직후에 에피층(22) 상에 형성되며, 단위화소를 구성하는 각 트랜지스터의 소오스/드레인 영역을 형성하기 위한 이온주입공정시까지도 잔존하고 있어 포토다이오드 표면의 손상을 방지한다. 본 발명의 일실시예에서 포토다이오드의 표면이라 함은 p형 이온주입영역(29)이 형성되어 있는 에피층(22)의 표면을 가리킨다.Referring to FIG. 2E, in the structure of the unit pixel of the conventional CMOS image sensor, it can be seen that an oxide film 24 and a nitride film 25 are further stacked and formed on the epi layer 22. ) And the nitride film 25 are formed on the epi layer 22 immediately after the trench device isolation film 23 is formed, and remain even during the ion implantation process to form source / drain regions of each transistor constituting the unit pixel. To prevent damage to the surface of the photodiode. In one embodiment of the present invention, the surface of the photodiode refers to the surface of the epi layer 22 in which the p-type ion implantation region 29 is formed.

다만, 단위화소에서 트랜스퍼 트랜지스터를 비롯한 복수개의 트랜지스터들은 소정의 특성을 갖는 게이트 산화막(미도시)을 구비하여야 하므로, 각각의 트랜지스터의 게이트 폴리실리콘이 형성될 영역에 해당하는 에피층(22)의 표면은 산화막(24)과 질화막 (25)은 제거하여 노출시켰다.However, since the plurality of transistors including the transfer transistor in the unit pixel should have a gate oxide film (not shown) having a predetermined characteristic, the surface of the epi layer 22 corresponding to the region where the gate polysilicon of each transistor is to be formed is formed. The silver oxide film 24 and the nitride film 25 were removed and exposed.

이와같이 에피층(22) 표면에 적층되어 형성된 산화막(24)과 질화막(25)은 게이트 폴리실리콘(26) 식각공정과, 스페이서(28) 형성을 위한 전면식각공정, 포토다이오드용 도핑영역(27, 29)을 형성하기 위한 이온주입공정, 각종 식각공정 후 수행되는 세정공정 등에서도 포토다이오드의 표면에 잔존하고 있으므로, 데미지로부터 포토다이오드의 표면을 보호할 수가 있다.The oxide layer 24 and the nitride layer 25 formed on the epitaxial layer 22 surface in this manner may be etched with the gate polysilicon 26, the front side etching process for forming the spacer 28, and the doped region 27 for photodiode. In the ion implantation step for forming 29) and the cleaning step performed after various etching processes, etc., the photodiode remains on the surface of the photodiode, thereby protecting the surface of the photodiode from damage.

본 발명의 일실시예에서는 산화막(24)은 100 ∼ 300Å 의 두께를 갖게 형성하였으며, 질화막(25)은 500 ∼ 1000Å 의 두께를 갖게 형성하였다.In one embodiment of the present invention, the oxide film 24 was formed to have a thickness of 100 to 300 kPa, and the nitride film 25 was formed to have a thickness of 500 to 1000 kPa.

이어서 도2a 내지 도2e를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 시모스 이미지센서의 제조방법을 설명한다. 도2a 내지 도2e는 본 발명의 일실시예에 따른 시모스 이미지센서의 제조방법을 포토다이오드와 트랜스퍼 트랜지스터를 중심으로 도시한 공정단면도로서, 이를 참조하면 먼저, 도2a에 도시된 바와같이 고농도의 p형 반도체 기판(21) 상에 저농도의 p형 에피층(22)을 성장시킨다.Next, a method of manufacturing a CMOS image sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2A to 2E. 2A through 2E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a CMOS image sensor in accordance with an embodiment of the present invention, focusing on a photodiode and a transfer transistor. Referring to this, first, as shown in FIG. The low concentration p-type epitaxial layer 22 is grown on the type semiconductor substrate 21.

도2a에 도시된 바와같이 고농도의 p형 기판(21) 상에 저농도의 p형 에피층(22)을 사용하는 이유는 첫째, 저농도의 p 에피층이 존재하므로 포토다이오드의 공핍영역(Depletion region)을 크고 깊게 증가시킬 수 있어 광전하를 모으기 위한 포토다이오드의 능력(ability)을 증가시킬 수 있다. 둘째, p형 에피층(22)의 하부에 고농도의 p+기판(21)을 갖게되면, 이웃하는 단위화소(pixel)로 전하가 확산되기 전에 이 전하가 빨리 재결합(Recombination)되기 때문에 광전하의 불규칙 확산(Random Diffusion)을 감소시켜 광전하의 전달 기능 변화를 감소시킬 수 있다.As shown in FIG. 2A, the reason for using the low concentration p-type epitaxial layer 22 on the high concentration p-type substrate 21 is as follows: First, since there is a low concentration p epi layer, a depletion region of the photodiode is used. Can be increased greatly and deeply to increase the photodiode's ability to collect photocharges. Second, when the p-type epitaxial layer 22 has a high concentration of p + substrate 21, photocharge irregularities because the charge is quickly recombined before the charge is diffused to neighboring pixel units. It is possible to reduce the change in the transfer function of the photocharge by reducing the diffusion (Random Diffusion).

다음으로 도2a에 도시된 바와같이 p형 에피층(22)의 일정영역에, 활성영역과 필드영역을 정의하는 트렌치 소자분리막(23)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 2A, a trench isolation layer 23 defining an active region and a field region is formed in a predetermined region of the p-type epitaxial layer 22.

이어서 도2b에 도시된 바와같이, 트랜치 소자분리막(23)을 포함하는 전체 구조상에 산화막(24)과 질화막(25)을 적층하여 형성한다. 산화막(24)은 100 ∼ 300Å의 두께를 갖게 형성하며, 질화막은 500 ∼ 1000Å의 두께를 갖게 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 2B, an oxide film 24 and a nitride film 25 are laminated on the entire structure including the trench isolation film 23. The oxide film 24 is formed to have a thickness of 100 to 300 GPa, and the nitride film is formed to have a thickness of 500 to 1000 GPa.

이어서, 도2c에 도시된 바와같이 적층된 산화막(24)과 질화막(25)의 일정부분을 제거하여 p형 에피층(22)의 표면을 노출시킨다. 이는 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트 산화막과 게이트 폴리실리콘을 형성하기 위해서이며, 트랜지스터의 적절한 동작을 위해서는 소정의 특정을 갖는 게이트 절연막이 요구되므로, 노출된 에피층(22) 상에 게이트 절연막(미도시)과 게이트 폴리실리콘(26)을 차례로 형성한다. 종래에는 형성된 게이트 폴리실리콘을 원하는 모양으로 패터닝하는 식각공정에서 포토다이오드의 표면이 데미지를 입는 문제가 있엇으나 본 발명의 일실시예에서는 산화막(24)과 질화막(25)이 포토다이오드의 표면을 덮고 있으므로 데미지를 방지할 수 있다.Next, as shown in FIG. 2C, a portion of the stacked oxide film 24 and nitride film 25 are removed to expose the surface of the p-type epi layer 22. This is for forming the gate oxide film and the gate polysilicon of the transfer transistor, and since a gate insulating film having a predetermined specificity is required for proper operation of the transistor, a gate insulating film (not shown) and a gate are formed on the exposed epitaxial layer 22. Polysilicon 26 is formed in turn. Conventionally, in the etching process of patterning the formed gate polysilicon into a desired shape, there is a problem in that the surface of the photodiode is damaged, but in one embodiment of the present invention, the oxide film 24 and the nitride film 25 cover the surface of the photodiode. Therefore, damage can be prevented.

다음으로 도2d에 도시된 바와같이 포토다이오드용 n형 이온주입영역(27)을 형성한다. n형 이온주입영역(27)의 일측은 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트(26)에 정렬되며 타측은 소자분리막(23)에 정렬되므로, 이에 맞는 이온주입 마스크(미도시)를 제작하여 n형 이온주입영역(27)을 형성한다. 이온주입공정 역시 포토다이오드의 표면에 손상을 입힐 수도 있으나, 전술한 바와같은 산화막(24), 질화막(25)의 존재때문에 손상이 방지된다.Next, as shown in FIG. 2D, an n-type ion implantation region 27 for photodiode is formed. Since one side of the n-type ion implantation region 27 is aligned with the gate 26 of the transfer transistor and the other side is aligned with the device isolation layer 23, an ion implantation mask (not shown) corresponding thereto is manufactured to produce an n-type ion implantation region ( 27). The ion implantation process may also damage the surface of the photodiode, but the damage is prevented due to the presence of the oxide film 24 and the nitride film 25 as described above.

이어서 도2e에 도시된 바와같이 게이트 전극(26)의 양 측벽에 스페이서(28)를 형성하는데, 스페이서용 절연막을 도포하고 이를 전면식각함으로써 스페이서를 형성하는 것이 일반적인 스페이서 형성공정이다. 이와같은 전면식각공정에서 포토다이오드의 표면이 손상을 받을 우려가 있으나, 본 발명의 일실시예에서는 산화막(24)과 질화막(25)이 포토다이오드의 표면을 덮고 있으므로 이러한 손상을 방지할 수 있다.Subsequently, as shown in FIG. 2E, spacers 28 are formed on both sidewalls of the gate electrode 26. A spacer is generally formed by applying an insulating film for spacers and etching the entire surface. The surface of the photodiode may be damaged in such an entire surface etching process, but in one embodiment of the present invention, since the oxide film 24 and the nitride film 25 cover the surface of the photodiode, such damage may be prevented.

다음으로 포토다이오드용 p형 이온주입영역(29)을 형성하는데, p형 이온주입영역(29)은 일측은 스페이서(28)에 정렬되고 타측은 소자분리막(23)에 정렬되므로 이에 맞는 이온주입마스크(미도시)를 제작하여 p형 이온주입영역(29)을 형성한다.Next, the p-type ion implantation region 29 for photodiode is formed, and the p-type ion implantation region 29 is aligned with the spacer 28 and the other side is aligned with the device isolation layer 23. (Not shown) is fabricated to form the p-type ion implantation region 29.

마찬가지로, 산화막(24)과 질화막(25)이 포토다이오드의 표면을 덮고 있으므로, p형 이온주입영역(29)을 형성하기 위한 이온주입공정시, 포토다이오드의 표면이 손상받는 것을 방지할 수 있다. 다음으로, 트랜스퍼 트랜지스터의 타측에 플로팅확산영역(30)을 형성한다.Similarly, since the oxide film 24 and the nitride film 25 cover the surface of the photodiode, the surface of the photodiode can be prevented from being damaged during the ion implantation process for forming the p-type ion implantation region 29. Next, the floating diffusion region 30 is formed on the other side of the transfer transistor.

전술한 여러가지 식각공정이 수행되고 난 후에는 세정공정이 수행되는데, 세정공정 역시, 포토다이오드 표면의 미세한 결정격자를 손상시킬 수 있다. 하지만 본 발명의 일실시예에서는 산화막(24)과 질화막(25)이 포토다이오드의 표면을 덮고 있으므로 손상을 방지할 수 있다.After the various etching processes described above are performed, the cleaning process may be performed. The cleaning process may also damage the fine crystal lattice on the surface of the photodiode. However, in one embodiment of the present invention, since the oxide film 24 and the nitride film 25 cover the surface of the photodiode, damage can be prevented.

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.

본 발명을 시모스 이미지센서에 적용하면 각종 공정에서 기인하는 포토다이오드 표면의 손상을 방지할 수 있어, 전자함정의 발생을 억제할 수 있으므로 저조도에서 이미지센서의 특성이 향상되는 효과가 있다.When the present invention is applied to the CMOS image sensor, it is possible to prevent damage to the surface of the photodiode due to various processes, and to suppress the occurrence of electronic traps, thereby improving the characteristics of the image sensor at low illumination.

Claims (6)

상대적으로 고농도의 제 1 도전형의 기판;A relatively high concentration of a first conductivity type substrate; 상기 기판 상에 형성된 저농도의 제 1 도전형의 에피층;A low concentration first conductive epitaxial layer formed on the substrate; 상기 에피층 내에 형성된 포토다이오드용 도핑영역;A doped region for photodiode formed in the epi layer; 상기 포토다이오드용 도핑영역에 대응하는 상기 에피층 상에 형성된 산화막; 및An oxide film formed on the epi layer corresponding to the doped region for the photodiode; And 상기 산화막 상에 형성된 질화막Nitride film formed on the oxide film 을 포함하여 이루어지는 시모스 이미지센서.CMOS image sensor comprising a. 상대적으로 고농도인 제 1 도전형의 기판과 상기 기판 상에 형성된 저농도의 제 1 도전형의 에피층;A relatively high concentration of the first conductivity type substrate and a low concentration of the first conductivity type epi layer formed on the substrate; 상기 에피층 내에 형성된 트렌치 소자분리막;A trench isolation layer formed in the epi layer; 상기 에피층 상에 형성된 트랜스퍼 트랜지스터;A transfer transistor formed on the epi layer; 상기 소자분리막과 상기 트랜스퍼 트랜지스터 사이의 상기 에피층 내부에 형성된 포토다이오드용 도핑영역;A doped region for photodiode formed in the epi layer between the device isolation layer and the transfer transistor; 상기 트랜스퍼 트랜지스터가 형성된 영역를 제외한 상기 에피층 상에 형성된 산화막; 및An oxide film formed on the epi layer except for a region where the transfer transistor is formed; And 상기 산화막 상에 형성된 질화막Nitride film formed on the oxide film 을 포함하여 이루어진 시모스 이미지센서.CMOS image sensor comprising a. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 산화막은 100 ∼ 300Å의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서.The oxide film has a CMOS image sensor, characterized in that having a thickness of 100 ~ 300Å. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 질화막은 500 ∼ 1000Å의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서.The nitride film has a thickness of 500 ~ 1000Å CMOS sensor. 포토다이오드와 트랜스퍼 트랜지스터를 포함하는 시모스 이미지센서의 제조방법에 있어서,In the method of manufacturing a CMOS image sensor comprising a photodiode and a transfer transistor, 상대적으로 고농도인 제 1 도전형의 기판 상에 저농도의 제 1 도전형의 에피층을 형성하는 단계;Forming an epitaxial layer of a low concentration of the first conductivity type on a relatively high concentration of the first conductivity type substrate; 상기 에피층내에 트렌치 소자분리막을 형성하는 단계;Forming a trench isolation layer in the epi layer; 상기 에피층 상에 산화막과 질화막을 적층하여 형성하는 단계;Stacking an oxide film and a nitride film on the epi layer; 소정영역의 상기 산화막과 질화막을 제거하고 상기 에피층 상에 트랜스퍼 트랜지스터를 형성하는 단계; 및Removing the oxide film and the nitride film of a predetermined region and forming a transfer transistor on the epi layer; And 상기 소자분리막과 상기 트랜스퍼 트랜지스터 사이에 포토다이오드용 도핑영역을 형성하는 단계Forming a doped region for photodiode between the device isolation layer and the transfer transistor 를 포함하여 이루어지는 시모스 이미지센서의 제조방법.Method of manufacturing a CMOS image sensor comprising a. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, wherein 상기 포토다이오드용 도핑영역을 형성하는 단계에서,In the step of forming a doped region for the photodiode, 포토다이오드용 도핑영역을 형성하기 위한 이온주입은 상기 산화막과 질화막을 뚫고 실시되는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.A method of manufacturing a CMOS image sensor, characterized in that the ion implantation for forming the doped region for the photodiode is carried out through the oxide film and the nitride film.
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