KR20040095944A - Cmos image sensor and method of manufacturing the same - Google Patents

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이원호
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매그나칩 반도체 유한회사
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Abstract

PURPOSE: A CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor and a method for manufacturing the same are provided to reduce reference broadening effect due to RC delay of a drive and a select transistors connected to an output terminal by forming a mini P-well in a portion of the transistor. CONSTITUTION: A transistor region(200) for a drive and a select transistor is designated in a high doped P-type substrate(50). A low doped P-type epitaxial layer(51) is formed in the substrate. A mini P-well(57) is partially formed in a portion of the transistor region. A high doped N-type region(58) is formed in both surface of the mini P-well and surface of the epitaxial layer.

Description

씨모스 이미지센서 및 그 제조방법{CMOS IMAGE SENSOR AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}CMOS image sensor and its manufacturing method {CMOS IMAGE SENSOR AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 CMOS 이미지센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 기준확대효과를 억제할 수 있는 CMOS 이미지센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a CMOS image sensor and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a CMOS image sensor and a method of manufacturing the same that can suppress the reference magnification effect.

일반적으로, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지센서 (image sensor)는 광학영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 빛을 감지하는 광감지 부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 로직회로 부분으로 구성되어 있으며, CMOS 기술을 이용하여 화소 수만큼 MOS 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용한다.In general, a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal, and processes a light sensing portion and a sensed light into an electrical signal. It consists of a logic circuit part to make data, and adopts a switching method of making MOS transistors by the number of pixels using CMOS technology and sequentially detecting output using them.

이러한 CMOS 이미지센서는 화소영역과 주변영역으로 이루어지고, 화소영역에는 화소 어레이(pixel array)가 형성되고 주변영역에는 NMOS 및 PMOS 트랜지스터가 각각 형성되며, 화소 어레이의 단위화소는 도 1에 도시된 바와 같이, 수광소자인 1개의 포토다이오드(PD)와 4개의 트랜지스터(Tx, Rx, Dx, Sx)로 구성되고, 4개의 트랜지스터는 포토다이오드에 집속된 광전하를 플로팅노드(F)로 운송하는 전송트랜지스터(Transfer transistor; Tx), 플로팅노드(F)에 저장되어 있는 전하를 배출하여 리셋시키는 리셋트랜지스터(Reset transistor; Rx), 소오스팔로워버퍼증폭기 (source follower buffer amplifier)로서 작용하는 구동트랜지스터(Drive transistor; Dx) 및 스위칭(switching) 및 어드레싱(addressing) 역할을 하는 선택트랜지스터(Select transistor; Sx)로 이루어진다. 또한, 단위화소의 플로팅노드(F)에는 캐패시턴스(Cfd)가 존재하며, 단위화소 외부에는 출력신호를 읽을 수 있도록 로드트랜지스터가 형성되어 있다.The CMOS image sensor includes a pixel region and a peripheral region, a pixel array is formed in the pixel region, and NMOS and PMOS transistors are formed in the peripheral region, respectively, and the unit pixels of the pixel array are shown in FIG. Similarly, it is composed of one photodiode PD and four transistors Tx, Rx, Dx, and Sx, which are light-receiving elements, and four transistors transport the photocharges focused on the photodiode to the floating node F. Transistor (Tx), Reset transistor (Rx) for discharging and resetting charges stored in floating node (F), Drive transistor acting as source follower buffer amplifier (Source follower buffer amplifier) Dx) and a select transistor (Sx) that plays a role of switching and addressing. In addition, a capacitance Cfd is present at the floating node F of the unit pixel, and a load transistor is formed outside the unit pixel to read an output signal.

여기서, 주변영역의 NMOS 트랜지스터는 노멀(normal) NMOS 트랜지스터이고, 단위화소의 전송 및 리셋트랜지스터(Tx, Rx)는 플로팅노드(F)의 완전한 리셋을 위하여 낮은 문턱전압 또는 공핍모드(depletion)의 NMOS 트랜지스터로 이루어지고, 구동 및 선택트랜지스터(Dx, Sx)는 통상의 증가모드(enhancement mode) NMOS 트랜지스터로 이루어진다. 이에 따라, 전송 및 리셋트랜지스터(Tx, Rx)는 P웰의 형성없이 네이티브 NMOS 트랜지스터로 형성되고, 주변영역의 NMOS 트랜지스터와 구동 및 선택트랜지스터(Dx, Sx) 영역에는 P웰이 형성된다. 통상적으로 주변영역의 P웰은 노멀 P웰이라 하고 구동 및 선택트랜지스터(Dx, Sx)의 P웰은 노멀 P웰보다 크기가 작으므로 미니(mini) P웰이라 한다.Here, the NMOS transistor in the peripheral region is a normal NMOS transistor, and the transfer and reset transistors Tx and Rx of the unit pixel are NMOSs of low threshold voltage or depletion mode for complete reset of the floating node F. The transistors, and the driving and selection transistors Dx and Sx, are made of a conventional enhancement mode NMOS transistor. Accordingly, the transfer and reset transistors Tx and Rx are formed as native NMOS transistors without forming P wells, and P wells are formed in the NMOS transistors of the peripheral region and the driving and selection transistors Dx and Sx regions. Typically, the P wells in the peripheral region are called normal P wells, and the P wells of the driving and selection transistors Dx and Sx are smaller than the normal P wells.

한편, 상술한 CMOS 이미지센서에서는 통상적으로 상호연관된 이중샘플링 (Correlated Double Sampling; CDS) 방법에 의해 광전하에 대응하는 전기적신호를 검출한다. 그러나, CDS 방법 중 출력단(Vo)의 소정 전압을 기준레벨(Reference Level)로 잡을 때, 출력단(Vo)과 연결된 구동트랜지스터(Dx)와 선택트랜지스터(Sx)에 의해 야기되는 RC 딜레이(delay)로 인하여 기준레벨이 일정레벨로 급격히 증가하지 못하고 넓게 분포하는 이른바 기준확대효과(Reference Broadening Effect) 또는 기준벤딩효과(Reference Bending Effect)가 발생하게 된다.On the other hand, the CMOS image sensor described above typically detects an electrical signal corresponding to the photocharge by a correlated double sampling (CDS) method. However, when the predetermined voltage of the output terminal Vo is set as the reference level in the CDS method, the RC delay caused by the driving transistor Dx and the selection transistor Sx connected to the output terminal Vo is used. As a result, a so-called Reference Broadening Effect or Reference Bending Effect may occur, in which the reference level does not increase rapidly to a certain level but is widely distributed.

좀 더 자세히 설명하면, 예컨대 저항과 캐패시터가 직렬연결된 RC 회로의 경우 하기의 식(1)(2) 및 도 2의 그래프에 나타낸 바와 같이, 통상적으로 시정수인 τ값, 즉 RC 값이 크면 클수록 V/R에서 (V/R)·e-1로 도달하는 시간이 증가하므로 RC 값이 소자의 딜레이에 중요한 영향을 미치는 것을 알 수 있다.In more detail, for example, in the case of an RC circuit in which a resistor and a capacitor are connected in series, as shown in the following equation (1) (2) and the graph of FIG. The time to reach (V / R) e -1 at V / R increases, indicating that the RC value has a significant effect on the device delay.

i(t) = (V/R)·e-(1/RC)·t‥‥‥‥‥‥ 식(1)i (t) = (V / R) e- (1 / RC) t ...

τ= RC ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 식(2)τ = RC ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ equation (2)

여기서, i는 시간에 따라 변화하는 전류(A), R은 저항값(Ω), V는 인가전압(V), C는 캐패시턴스(F), t는 시간, τ는 시정수를 각각 나타낸다.Here, i represents a current (A) that changes with time, R represents a resistance value (Ω), V represents an applied voltage (V), C represents capacitance (F), t represents time, and τ represents time constant.

또한, 이러한 RC 딜레이에 의해 도 3에 도시된 바와 같이 기준레벨의 펄스파형이 감소되어 발생될 뿐만 아니라 A 및 B의 경우와 같이 동일화소내에서 각각 다르게 관찰되어, 기준레벨을 읽어들이는 특정 클럭시간(clock time)을 τ라 할 때, τ에서 A 및 B가 A' 및 B'의 서로 다른 기준레벨 값을 가지게 되고, 이러한 기준레벨값의 차이로 인하여, 도 4에 나타낸 바와 같이, 기준레벨의 분포가 급격히 증가하는 이상적분포를 이루지 못하고, 분포 상에서 적게 끌리는 형태, 즉 테일(tail)을 가지게 되어 실제적으로 넓은 분포범위를 가지는 기준확대효과를 유발하게 되는 것이다.In addition, the RC delay is not only generated by reducing the pulse waveform of the reference level as shown in FIG. 3, but also differently observed in the same pixel as in the case of A and B, so that a specific clock for reading the reference level is shown. When the clock time is τ, A and B have different reference level values of A 'and B' at τ, and due to the difference in these reference level values, as shown in FIG. The distribution of does not achieve an ideal distribution with a sharp increase, and it has a form that is less attracted in the distribution, that is, a tail, thus causing a reference expansion effect having a practically wide distribution range.

이러한 기준확대효과는 CMOS 이미지센서에 이득(gain)을 줄 수 있는 폭을 제한하여 이미지신호(image signal)의 증폭도 제한함으로써, 결국 CMOS 이미지센서의 특성 저하를 야기시키게 된다.Such a reference expansion effect limits the amplification of the image signal by limiting the width that can give a gain to the CMOS image sensor, thereby causing deterioration of the characteristics of the CMOS image sensor.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 출력단과 연결된 구동 및 선택트랜지스터의 RC 딜레이를 감소시켜 기준확대효과를 억제할 수 있는 CMOS 이미지센서 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, and provides a CMOS image sensor and a method of manufacturing the same that can suppress the reference expansion effect by reducing the RC delay of the drive and the selection transistor connected to the output stage. There is a purpose.

도 1은 일반적인 CMOS 이미지센서의 단위화소를 나타낸 회로도.1 is a circuit diagram showing a unit pixel of a general CMOS image sensor.

도 2는 일반적인 직렬 RC 회로의 전류 펄스파형을 나타낸 그래프.2 is a graph showing a current pulse waveform of a general series RC circuit.

도 3은 동일 화소내에서 클럭시간에 따른 기준레벨의 펄스파형을 나타낸 그래프.3 is a graph showing pulse waveforms of reference levels according to clock time in the same pixel.

도 4는 종래의 기준레벨 분포를 나타낸 그래프.4 is a graph showing a conventional reference level distribution.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시예에 따른 CMOS 이미지센서의 제조방법을 설명하기 위한 단면도.5A to 5C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a CMOS image sensor according to an embodiment of the present invention.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of symbols for main parts of drawing

50 : 반도체 기판 51 : P형 에피층50 semiconductor substrate 51 p-type epi layer

52 : 필드산화막 53, 56 : 제 1 및 제 2 포토레지스트 패턴52: field oxide film 53, 56: first and second photoresist patterns

54 : 노멀 P웰 55 : 버퍼층 패턴54: normal P well 55: buffer layer pattern

57 : 미니 P웰 58 : N형 접합영역57: Mini P well 58: N-type junction area

100 : NMOS 트랜지스터 영역100: NMOS transistor area

200 : 구동 및 선택트랜지스터 영역200: drive and select transistor area

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기의 본 발명의 목적은 구동 및 선택트랜지스터 영역이 정의된 고농도의 P형 반도체 기판; 기판에 형성된 저농도의 P형 에피층; 구동 및 선택트랜지스터 영역의 일측 에피층에만 부분적으로 형성된 미니 P웰; 및 구동 및 선택트랜지스터 영역의 미니 P웰 및 에피층 표면에 형성되어 일부분은 미니 P웰과 접하고 다른 부분은 에피층과 접하는 고농도의 N형 접합영역을 포함하는 CMOS 이미지 센서에 의해 달성될 수 있다.According to an aspect of the present invention for achieving the above technical problem, an object of the present invention is a high-concentration P-type semiconductor substrate in which the drive and the selection transistor region is defined; A low concentration P-type epi layer formed on the substrate; A mini P well partially formed only on one epi layer of the drive and select transistor regions; And a high concentration N-type junction region formed on the surface of the mini P well and epi layer in the drive and select transistor regions, the portion in contact with the mini P well and the other portion in contact with the epi layer.

여기서, N형 접합영역의 다른 부분은 동작시 일부분에 비해 상대적으로 큰 공핍폭을 갖는다.Here, the other portion of the N-type junction region has a relatively large depletion width compared to the portion in operation.

또한, 상기의 본 발명의 목적은 주변영역의 NMOS 트랜지스터 영역과, 화소영역의 구동 및 선택트랜지스터 영역이 정의되고, 저농도의 P형 에피층이 형성된 고농도의 P형 반도체 기판을 준비하는 단계; 기판 상에 필드산화막을 형성하여 영역들을 서로 분리시키는 단계; 기판 상에 NMOS 트랜지스터 영역을 오픈시키는 제 1포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 제 1 포토레지스트 패턴을 이용하여 제 1 내지 제 4 회전이온주입에 의해 오픈된 영역으로 P형 불순물이온을 주입하여 노멀 P웰을 형성하는 단계; 제 1 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계; 기판 상에 NMOS 트랜지스터 영역과 구동 및 선택트랜지스터 영역을 오픈시키는 버퍼층 패턴 및 제 2 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 제 2 포토레지스트 패턴 및 버퍼층 패턴을 이용하여 새도잉이 일어나도록 단일방향의 제 1 및 제 2 경사이온주입에 의해 오픈된 영역으로 P형 불순물이온을 주입하여 상기 노멀 P웰에 P형 불순물이온을 보충함과 동시에 구동 및 선택트랜지스터 영역의 일측에만 부분적으로 미니 P웰을 형성하는 단계; 및 포토레지스트 패턴 및 버퍼층 패턴을 순차적으로 제거하는 단계를 포함하는 CMOS 이미지센서의 제조방법에 의해 달성될 수 있다.In addition, the object of the present invention is to prepare a high-concentration P-type semiconductor substrate in which the NMOS transistor region of the peripheral region, the driving and selection transistor region of the pixel region are defined, and the low-concentration P-type epi layer is formed; Forming a field oxide film on the substrate to separate the regions from each other; Forming a first photoresist pattern on the substrate to open the NMOS transistor region; Forming a normal P well by implanting P-type impurity ions into a region opened by first to fourth rotatable ion implantation using a first photoresist pattern; Removing the first photoresist pattern; Forming a buffer layer pattern and a second photoresist pattern on the substrate to open the NMOS transistor region and the drive and select transistor region; P-type impurity ions are implanted into the normal P well by implanting P-type impurity ions into a region opened by the first and second gradient ion implantations in a unidirectional direction so that shadowing occurs using a second photoresist pattern and a buffer layer pattern. Simultaneously forming a mini P well only on one side of the driving and selection transistor region; And sequentially removing the photoresist pattern and the buffer layer pattern.

여기서, 제 1 및 제 2 회전이온주입은 1/4 농도씩 4방향회전으로 수행하고, 상기 제 3 및 제 4 회전이온주입은 경사이온주입과 동일한 방향의 회전을 생략하여 1/4 농도씩 3방향 회전으로 수행한다. 바람직하게, 제 1 회전이온주입은 5.0E12 ×4/㎤의 농도 및 350keV의 에너지로 수행하고, 제 2 회전이온주입은 1.5E12 ×4/㎤의 농도 및 150keV의 에너지로 수행하고, 제 3 회전이온주입은 5.0E11 ×3/㎤의 농도 및 80keV의 에너지로 수행하며, 제 4 회전이온주입은 2.0E12 ×3/㎤의 농도 및 20keV의 에너지로 수행한다.Herein, the first and second rotatable ion implantation are performed in four directions of rotation by 1/4 concentration, and the third and fourth rotatable ion implantation are omitted by rotation of the same direction as the gradient ion implantation, and the third and fourth rotatable ion implantation Perform in directional rotation. Preferably, the first rotary ion implantation is carried out at a concentration of 5.0E12 × 4 / cm 3 and an energy of 350 keV, and the second rotary ion implantation is performed at a concentration of 1.5E12 × 4 / cm 3 and an energy of 150 keV, and the third rotation Ion implantation is performed at a concentration of 5.0E11 × 3 / cm 3 and an energy of 80 keV, and the fourth rotary ion implantation is performed at a concentration of 2.0E12 × 3 / cm 3 and an energy of 20 keV.

또한, 버퍼층 패턴은 질화막으로 이루어지는데, 이때 질화막은 1000 내지 1500Å인 두께를 갖는다.In addition, the buffer layer pattern is made of a nitride film, wherein the nitride film has a thickness of 1000 to 1500 kPa.

또한, 제 1 경사이온주입은 2.0E12/㎤의 농도 및 80keV의 에너지로 수행하고, 제 2 경사이온주입은 8.0E12 /㎤의 농도 및 20keV의 에너지로 수행한다.In addition, the first gradient ion implantation is performed at a concentration of 2.0E12 / cm 3 and an energy of 80 keV, and the second gradient ion implantation is performed at a concentration of 8.0E12 / cm 3 and an energy of 20keV.

또한, P형 불순물이온은 보론 이온이다.P-type impurity ions are boron ions.

이하, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 보다 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예를 소개하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be introduced in order to enable those skilled in the art to more easily carry out the present invention.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시예에 따른 CMOS 이미지센서의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.5A to 5C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a CMOS image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 5a를 참조하면, 주변영역의 NMOS 트랜지스터 영역(100)과, 화소영역의 구동 및 선택트랜지스터 영역(200)이 정의되고, 저농도의 P형 에피층(51)이 형성된 고농도의 P형 반도체 기판(50) 상에 필드산화막(52)을 형성하여 영역들(100, 200)을 서로 분리시킨다. 그 다음, 기판 상에 제 1 포토레지스트막을 도포하고, 노멀 P웰용 마스크(미도시)를 이용하여 노광 및 현상하여 NMOS 트랜지스터 영역(100)을 오픈시키는 제 1 포토레지스트 패턴(53)을 형성한다. 그 후, 오픈된 영역으로 서로 다른 농도 및 에너지 조건을 가지면서 구동 및 선택트랜지스터의 게이트를 중심으로 시계방향으로 회전하는 제 1 내지 제 4 회전이온주입에 의해 P형 불순물 이온, 바람직하게 보론(boron; B) 이온을 단계적으로 주입하여 노멀 P웰(54)을 형성한다. 이때, 제 1 및 제 2 회전이온주입은 1/4 농도씩 4방향회전으로 수행하고, 제 3 및 제 4 회전이온주입은 상기 게이트와 수평인 방향 중 일방향의 회전을 생략하여 1/4 농도씩 3방향회전으로 수행하여 공정시간을 단축시킨다. 즉, 제 1 회전이온주입은 5.0E12 ×4/㎤의 농도 및 350keV의 에너지로 수행하고, 제 2 회전이온주입은 1.5E12 ×4/㎤의 농도 및 150keV의 에너지로 수행하고, 제 3 회전이온주입은 5.0E11 ×3/㎤의 농도 및 80keV의 에너지로 수행하며, 제 4 회전이온주입은 2.0E12 ×3/㎤의 농도 및 20keV의 에너지로 수행한다.Referring to FIG. 5A, a high-concentration P-type semiconductor substrate in which a NMOS transistor region 100 in a peripheral region, a driving and selection transistor region 200 of a pixel region are defined, and a low concentration P-type epitaxial layer 51 is formed ( A field oxide film 52 is formed on 50 to separate regions 100 and 200 from each other. Next, a first photoresist film is coated on the substrate, and a first photoresist pattern 53 is formed by exposing and developing using a normal P well mask (not shown) to open the NMOS transistor region 100. Then, P-type impurity ions, preferably boron, are injected by the first to fourth rotational ion implantations that rotate clockwise around the gate of the drive and select transistors with different concentration and energy conditions into the open region. B) ions are implanted in steps to form a normal P well 54. In this case, the first and second rotary ion implants are performed in four-direction rotations by 1/4 concentration, and the third and fourth rotary ion implants are omitted by one-fourth concentration by omitting the rotation in one of the horizontal directions with the gate. The process time is shortened by 3-way rotation. That is, the first rotary ion implantation is performed at a concentration of 5.0E12 × 4 / cm 3 and an energy of 350 keV, the second rotary ion implantation is performed at a concentration of 1.5E12 × 4 / cm 3 and an energy of 150 keV, and the third rotary ion Injection is carried out at a concentration of 5.0E11 x 3 / cm 3 and an energy of 80 keV, and the fourth rotary ion implantation is performed at a concentration of 2.0E12 x 3 / cm 3 and an energy of 20 keV.

도 5b를 참조하면, 공지된 방법에 의해 제 1 포토레지스트 패턴(53)을 제거하고, 기판 전면 상에 1000 내지 1500Å 두께의 질화막으로 버퍼층을 형성하고, 버퍼층 상부에 제 2 포토레지스트막을 도포한다. 그 다음, 구동 및 선택트랜지스터 영역(200)만을 오픈시키는 종래의 미니 P웰용 마스크 대신, NMOS 트랜지스터 영역(100)과 구동 및 선택트랜지스터 영역(200)을 오픈시키는 새로운 미니 P웰용 마스크(미도시)를 이용하여 제 2 포토레지스트막을 노광 및 현상하여 제 2 포토레지스트 패턴(56)을 형성한다. 그 후, 제 2 포토레지스트 패턴(56)을 마스크로하여 하부의 버퍼층을 식각하여 버퍼층 패턴(55)을 형성하여 NMOS 트랜지스터 영역(100)과 구동 및 선택트랜지스터 영역(200)을 오픈시킨다. 그 다음, 제 2 포토레지스트 패턴(56) 및 버퍼층 패턴(55)을 이용하여 새도잉(shawing)이 일어나도록 서로 다른 농도 및 에너지 조건을 가지는 단일방향, 즉 상기 제 3 및 제 4 회전이온주입시 생략된 방향과 동일한 방향의 제 1 및 제 2 경사(tilt) 이온주입에 의해 오픈된 영역으로 상기 P형 불순물이온, 즉 B 이온을 주입하여 노멀 P웰(54)의 P형 불순물이온을 보충하면서, 구동 및 선택트랜지스터 영역(200)의 일측에만 부분적으로 미니 P웰(57)을 형성한다. 바람직하게, 제 1 경사이온주입은 2.0E12/㎤의 농도 및 80keV의 에너지로 수행하고, 제 2 경사이온주입은 8.0E12 /㎤의 농도 및 20keV의 에너지로 수행한다.Referring to FIG. 5B, the first photoresist pattern 53 is removed by a known method, a buffer layer is formed of a nitride film having a thickness of 1000-1500 Å on the entire surface of the substrate, and a second photoresist film is applied on the buffer layer. Next, instead of the conventional mini P well mask which opens only the drive and select transistor region 200, a new mini P well mask (not shown) which opens the NMOS transistor region 100 and the drive and select transistor region 200 is then replaced. The second photoresist film is exposed and developed to form the second photoresist pattern 56. Thereafter, the lower buffer layer is etched using the second photoresist pattern 56 as a mask to form the buffer layer pattern 55 to open the NMOS transistor region 100 and the driving and selection transistor region 200. Then, using the second photoresist pattern 56 and the buffer layer pattern 55, the unidirectional, i.e., the third and fourth rotatable implants having different concentration and energy conditions to cause the shading to occur. P-type impurity ions, i.e., B ions, are injected into the region opened by the first and second tilt ion implantation in the same direction as that omitted, and the P-type impurity ions of the normal P well 54 are supplemented. At the same time, the mini P well 57 is partially formed on only one side of the driving and selection transistor region 200. Preferably, the first gradient ion implantation is performed at a concentration of 2.0E12 / cm 3 and an energy of 80 keV, and the second gradient ion implantation is performed at a concentration of 8.0E12 / cm 3 and an energy of 20keV.

도 5c를 참조하면, 공지된 방법에 의해 제 2 포토레지스트 패턴(56)과 버퍼층 패턴(55)을 순차적으로 제거하고, 도시되지는 않았지만, 게이트 산화막, 게이트 및 게이트 스페이서를 각각 형성한다. 그 다음, 마스크 공정 및 이온주입 공정에 의해 구동 및 선택트랜지스터 영역(200)의 미니 P웰(57)과 P형 에피층(51) 표면에 고농도의 N형 접합영역(58)을 형성한다. 즉, N형 접합영역(58)의 일부분은 미니 P웰(57)과 접하고 다른 부분은 미니 P웰(57)에 비해 상대적으로 농도가 낮은 P형 에피층(51)과 접하게 되어, 소자의 동작시 N형 접합영역(58)의 일부분은 공핍폭 (depletion width)이 감소하는 반면, 다른 부분의 공핍폭은 상대적으로 증가하여 큰 공핍폭을 가지게 되어 접합 캐패시턴스가 현저하게 감소된다. 한편, 이와 같은 부분적 미니 P웰(57)에 의해 기판의 저항이 소폭 증가되나, 통상적으로 저항값은 양의 정수 범위에서 변동하지만 캐패시턴스는 차수(order) 단위로 변동하기 때문에, 기판의 저항이 증가하더라도 상대적으로 큰 캐패시턴스의 감소폭에 의해 RC 딜레이가 현저하게 감소될 수 있다.Referring to FIG. 5C, the second photoresist pattern 56 and the buffer layer pattern 55 are sequentially removed by a known method, and although not shown, gate oxide films, gates, and gate spacers are formed, respectively. Next, a high concentration of the N-type junction region 58 is formed on the surface of the mini P well 57 and the P-type epi layer 51 of the driving and selective transistor region 200 by a mask process and an ion implantation process. That is, a portion of the N-type junction region 58 is in contact with the mini P well 57 and the other portion is in contact with the P-type epi layer 51 having a relatively low concentration compared to the mini P well 57, thereby operating the device. A portion of the N-type junction region 58 decreases in the depletion width, whereas the depletion width of the other portion increases relatively to have a large depletion width, thereby significantly reducing the junction capacitance. On the other hand, the resistance of the substrate is slightly increased by such a partial mini-P well 57, but the resistance of the substrate is increased because the resistance value fluctuates in the positive integer range but the capacitance fluctuates in the order unit. However, the RC delay can be significantly reduced due to the reduction in the relatively large capacitance.

상기 실시예에 의하면, 새로운 미니 P웰용 마스크과 버퍼층 패턴에 의한 새도잉을 이용한 단일방향의 경사이온주입에 의해 미니 P웰을 종래와 달리 구동 및 선택트랜지스터 영역의 일측 에피층에만 부분적으로 형성하여 동작시 N형 접합영역 일부분의 공핍폭을 상대적으로 크게 증가시킴으로써 접합 캐패시턴스를 현저하게 감소시켜 RC 딜레이를 감소시킬 수 있게 된다. 이에 따라, RC 딜레이에 의해 야기되는 기준레벨의 펄스파형 감소 및 이로 인한 기준확대효과를 억제하여, CMOS 이미지센서의 이득폭을 넓히고 이미지신호의 증폭을 용이하게 할 수 있다.According to the above embodiment, the mini-P well is partially formed only on one side of the epi layer of the driving and selective transistor region, unlike the conventional method, by unidirectional gradient ion implantation using a new mini P well mask and shadowing by a buffer layer pattern. By increasing the depletion width of the portion of the N-type junction region relatively large, it is possible to significantly reduce the junction capacitance, thereby reducing the RC delay. Accordingly, it is possible to suppress the pulse waveform reduction of the reference level caused by the RC delay and the effect of expanding the reference, thereby widening the gain width of the CMOS image sensor and facilitating amplification of the image signal.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those of ordinary knowledge.

전술한 본 발명은 미니 P웰을 구동 및 선택트랜지스터 영역의 일측에만 부분적으로 형성하여 출력단과 연결된 구동 및 선택트랜지스터의 RC 딜레이를 감소시킴으로써, RC 딜레이에 의해 야기되는 기준확대효과를 억제할 수 있으므로 CMOS 이미지센서의 특성을 향상시킬 수 있다.The above-described present invention partially reduces the RC delay of the driving and selection transistors connected to the output stage by partially forming the mini P well on only one side of the driving and selection transistor region, thereby suppressing the reference magnification effect caused by the RC delay. The characteristics of the image sensor can be improved.

Claims (9)

구동 및 선택트랜지스터 영역이 정의된 고농도의 P형 반도체 기판;A high concentration P-type semiconductor substrate having drive and select transistor regions defined therein; 상기 기판에 형성된 저농도의 P형 에피층;A low concentration P-type epi layer formed on the substrate; 상기 구동 및 선택트랜지스터 영역의 일측 에피층에만 부분적으로 형성된 미니 P웰; 및A mini P well partially formed on only one epi layer of the driving and selection transistor region; And 상기 구동 및 선택트랜지스터 영역의 상기 미니 P웰 및 에피층 표면에 형성되어 일부분은 상기 미니 P웰과 접하고 다른 부분은 상기 에피층과 접하는 고농도의 N형 접합영역을 포함하는 CMOS 이미지 센서.And a high concentration N-type junction region formed on a surface of the mini P well and the epi layer of the driving and selective transistor region, the portion being in contact with the mini P well and the other portion being in contact with the epi layer. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 N형 접합영역의 다른 부분은 동작시 일부분에 비해 상대적으로 큰 공핍폭을 가지는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.And the other portion of the N-type junction region has a relatively larger depletion width than the portion in operation. 주변영역의 NMOS 트랜지스터 영역과, 화소영역의 구동 및 선택트랜지스터 영역이 정의되고, 저농도의 P형 에피층이 형성된 고농도의 P형 반도체 기판을 준비하는 단계;Preparing a high concentration P-type semiconductor substrate having an NMOS transistor region in the peripheral region, a driving and selection transistor region of the pixel region defined therein, and a low concentration P-type epitaxial layer formed; 상기 기판 상에 필드산화막을 형성하여 상기 영역들을 서로 분리시키는 단계;Forming a field oxide film on the substrate to separate the regions from each other; 상기 기판 상에 상기 NMOS 트랜지스터 영역을 오픈시키는 제 1 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;Forming a first photoresist pattern on the substrate to open the NMOS transistor region; 상기 제 1 포토레지스트 패턴을 이용하여 제 1 내지 제 4 회전이온주입에 의해 상기 오픈된 영역으로 P형 불순물이온을 주입하여 노멀 P웰을 형성하는 단계;Forming a normal P well by implanting P-type impurity ions into the open region by first to fourth rotatable ion implantation using the first photoresist pattern; 상기 제 1 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계;Removing the first photoresist pattern; 상기 기판 상에 상기 NMOS 트랜지스터 영역과 상기 구동 및 선택트랜지스터 영역을 오픈시키는 버퍼층 패턴 및 제 2 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;Forming a buffer layer pattern and a second photoresist pattern on the substrate to open the NMOS transistor region and the driving and selection transistor region; 상기 제 2 포토레지스트 패턴 및 버퍼층 패턴을 이용하여 새도잉이 일어나도록 단일방향의 제 1 및 제 2 경사이온주입에 의해 상기 오픈된 영역으로 P형 불순물이온을 주입하여 상기 노멀 P웰에 P형 불순물이온을 보충함과 동시에 상기 구동 및 선택트랜지스터 영역의 일측에만 부분적으로 미니 P웰을 형성하는 단계; 및P-type impurity ions are implanted into the open region by first and second gradient ion implantation in a unidirectional manner to induce shadowing using the second photoresist pattern and the buffer layer pattern. Replenishing impurity ions and simultaneously forming a mini P well on only one side of the driving and selection transistor regions; And 상기 포토레지스트 패턴 및 버퍼층 패턴을 순차적으로 제거하는 단계를 포함하는 CMOS 이미지센서의 제조방법.And sequentially removing the photoresist pattern and the buffer layer pattern. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 제 1 및 제 2 회전이온주입은 1/4 농도씩 4방향회전으로 수행하고, 상기 제 3 및 제 4 회전이온주입은 상기 경사이온주입과 동일한 방향의 회전을 생략하여 1/4 농도씩 3방향 회전으로 수행하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서의제조방법.The first and second rotatable ion implantation are performed in four directions of rotation by 1/4 concentration, and the third and fourth rotatable ion implantation are performed by 1/4 concentration by omitting rotation in the same direction as the warp ion implantation. A method of manufacturing a CMOS image sensor, characterized in that it is carried out by directional rotation. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 제 1 회전이온주입은 5.0E12 ×4/㎤의 농도 및 350keV의 에너지로 수행하고, 상기 제 2 회전이온주입은 1.5E12 ×4/㎤의 농도 및 150keV의 에너지로 수행하고, 상기 제 3 회전이온주입은 5.0E11 ×3/㎤의 농도 및 80keV의 에너지로 수행하며, 상기 제 4 회전이온주입은 2.0E12 ×3/㎤의 농도 및 20keV의 에너지로 수행하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서의 제조방법.The first rotary ion implantation is performed at a concentration of 5.0E12 × 4 / cm 3 and an energy of 350 keV, and the second rotary ion implantation is performed at a concentration of 1.5E12 × 4 / cm 3 and an energy of 150 keV, and the third rotation Ion implantation is performed at a concentration of 5.0E11 × 3 / cm 3 and energy of 80keV, and the fourth rotary ion implantation is performed at a concentration of 2.0E12 × 3 / cm 3 and energy of 20keV. Way. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 버퍼층 패턴은 질화막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서의 제조방법.The buffer layer pattern is a manufacturing method of the CMOS image sensor, characterized in that consisting of a nitride film. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 질화막은 1000 내지 1500Å인 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서의 제조방법.The nitride film has a thickness of 1000 to 1500Å, the manufacturing method of the CMOS image sensor. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 제 1 경사이온주입은 2.0E12/㎤의 농도 및 80keV의 에너지로 수행하고, 상기 제 2 경사이온주입은 8.0E12 /㎤의 농도 및 20keV의 에너지로 수행하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서의 제조방법.The first gradient ion implantation is performed at a concentration of 2.0E12 / cm 3 and an energy of 80 keV, and the second gradient ion implantation is performed at a concentration of 8.0E12 / cm 3 and an energy of 20keV. Way. 제 5 항 및 제 8 항에 있어서,The method according to claim 5 and 8, 상기 P형 불순물이온은 보론 이온인 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서의 제조방법.The p-type impurity ion is a manufacturing method of the CMOS image sensor, characterized in that the boron ion.
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