KR20050014078A - 고감도 이미지 센서 - Google Patents
고감도 이미지 센서Info
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Abstract
본 발명은 트랜스퍼 게이트의 활성영역의 폭을 확장하여 소자의 "on current"를 증가시켜 소자의 고집적화 및 채널방지 영역에 따른 이미지 센서의 전하운송 효율의 저하를 방지할 수 있는 고감도 이미지 센서를 제공하는 것이다. 고감도 이미지 센서는 STI에 의하여 액티브 영역과 필드영역으로 나누어진 실리콘 기판과, STI 공정에 의하여 액티브 영역에 굴곡이 형성된 실리콘 기판 상에 형성된 굴곡진 게이트 산화막과, 굴곡진 게이트 산화막 상에 형성된 트랜스퍼 트랜지스터 폴리층과, 트랜스퍼 트랜지스터 폴리층의 측면에 형성된 스페이서를 포함한다.
Description
본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 전하운송효율(charge transfer efficient)을 향상시켜 광감도(photo sensitivity)를 향상시킬 수 있는 고감도 이미지 센서에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지 센서라 함은 광학 영상(optical image)을 전기 신호로변환시키는 반도체 소자로서, 이들 중 전하결합소자(CCD; charge coupled device)는 개개의 모스(MOS; metal oxide semiconductor) 커패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 커패시터에 저장되고, 이송되는 소자이며, 시모스(CMOS; complementary MOS) 이미지 센서는 제어회로 및 신호처리 회로를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소 수만큼 MOS 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.
이러한 다양한 이미지 센서를 제조함에 있어서, 이미지 센서의 광감도를 증가시키기 위한 노력들이 진행되고 있는 바, 그 중 하나가 집광 기술이다. 예컨대, CMOS 이미지 센서는 빛을 감지하는 포토 다이오드와 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 CMOS 로직회로 부분으로 구성되어 있는 바, 광감도를 높이기 위해서는 전체 이미지 센서 면적에서 포토 다이오드의 면적이 차지하는 비율(이를 통상 충진율(fill-factor)이라 함)을 크게 하려는 노력이 진행되고 있다.
도 1은 종래 기술에 따라 형성된 이미지 센서를 개략적으로 설명하기 위한 평면도를 도시한다.
도 1을 참조하면, 트랜스퍼 게이트(Tx)가 배치되어 있으며, 트랜스퍼 게이트(Tx)의 에지 일부분에 인접한 필드 영역(field)과 필드 영역에 이외의 활성영역(ACT)이 배치되어 있으며, 빗금친 부분은 인접 화소간의 누화(crosstalk)를 방지하기 위해 통상적으로 이온 주입 공정을 통해 형성되는 p형 기판일 경우에 통상적으로 p형 채널 방지 영역을 나타낸다.
도면에서, 빗금친 영역은 채널 방지 영역을 나타내며, 점선은 측면확산(lateral diffusion)에 의한 보론의 침투영역을 나타낸다.
소자의 고집적화에 따라 단위 화소의 크기 또한 감소하게 되었고, 이에 따라 트랜스퍼 게이트(Tx)의 활성영역의 폭(W) 또한 감소되어져야 한다. 이는 위에서 언급한 바, 충진율의 일정값 유지 및 증가를 위하여 어쩔 수 없이 발생한다. 또한, 암신호 억제를 위해 필드영역의 모서리(edge)로 p형 불순물의 확장이 필요하다.
따라서, 소자의 크기 감소에 의해 활성영역의 폭(W) 일정치에 도달하게 되면, 유효 활성영역의 폭(W')이 충분치 않아 트랜스퍼 게이트(Tx)의 전류 구동능력이 한계에 이르러 전하운송 효율이 저하되고, 채널방지영역 형성을 위한 도즈(dose) 제한이 따르게 되어 효과적인 암전류 억제를 위한 p형 불순물 확장층(W-W' 지역) 형성이 제한되어 이미지 센서의 성능이 제한 받게 되는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 본 발명의 주목적은 트랜스퍼 게이트의 활성영역의 폭을 확장하여 소자의 "on current"를 증가시켜 소자의 고집적화 및 채널방지 영역에 따른 이미지 센서의 전하운송 효율의 저하를 방지할 수 있는 고감도 이미지 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 활성영역 폭의 증가는, 얕은 트렌치 아이솔레이션(STI; shallow trench isolation) 소자분리 절연막에 의해 형성되는활성 지역의 일부를 식각하여 활성영역에 굴곡이 생기세 함으로써 활성영역의 폭을 증가시킬 수 있는 고감도 이미지 센서를 제공하는 것이다.
도 1은 종래 기술에 따라 형성된 이미지 센서를 개략적으로 설명하기 위한 평면도를 도시한다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 형성된 고감도 이미지 센서를 설명하기 위한 단면도들을 도시한다.
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -
100 : 실리콘 기판 102 : 아이솔레이션 산화막
104 : 포토레지스트 110 : 폴리 실리콘
상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 STI에 의하여 액티브 영역과 필드영역으로 나누어진 실리콘 기판과, STI 공정에 의하여 액티브 영역에 굴곡이 형성된 실리콘 기판 상에 형성된 굴곡진 게이트 산화막과, 굴곡진 게이트 산화막 상에 형성된 트랜스퍼 트랜지스터 폴리층과, 트랜스퍼 트랜지스터 폴리층의 측면에 형성된 스페이서를 포함하는 것을 특징으로 하는 고감도 이미지 센서를 제공한다.
또한, 본 발명은 STI 공정에 의하여 실리콘 기판을 액티브 영역과 필드영역으로 나누는 단계와, 실리콘 기판 상에 포토 레지스트를 형성한 다음, 포토 및 식각 공정을 이용하여 액티브 영역의 소정 영역을 노출시키는 단계와, 노출된 액티브 영역을 얕은 실리콘 식각을 실행함으로써, 액티브 영역에 굴곡을 주는 단계와, 굴곡진 액티브 영역 상에 게이트 산화막을 형성하는 단계와, 게이트 산화막 상에 트랜스퍼 트랜지스터 폴리층을 형성하는 단계와, 트랜스퍼 트랜지스터 폴리층의 측면에 스페이서를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고감도 이미지 센서를 제조하는 방법을 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 또한 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시된 것이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 형성된 고감도 이미지 센서를 설명하기 위한 단면도들을 도시한다.
먼저, 도 2a에 도시한 바와 같이, 실리콘 기판(100) 상에 STI 공정으로 트렌치 아이솔레이션(102)을 형성한다. 도면에서 "A"는 액티브 영역을 "F"는 필드영역을 각각 나타낸다.
이어서, 도 2b에 도시한 바와 같이, 트렌치 아이솔레이션(102)이 형성된 실리콘 기판(100) 상에 포토 레지스트(104)을 형성한다. 그리고 나서, 액티브 영역(A) 내에 얕은 식각(shallow etch)을 수행하기 위하여 포토 레지스트(104)를 소정 형상으로 패터닝하여, 실리콘 기판(100)의 소정영역을 노출시킨다. 그리고 나서, 노출된 실리콘 기판(100)을 패터닝된 포토 레지스트(104)를 마스크로 하여 얕은 식각을 실행함으로써, 얕은 트렌치(106)을 실리콘 기판(100) 내에 형성한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 실리콘의 식각은 활성영역(A)의 면적의 최대화를 위해 경사(slope)를 크게 형성시키면, 부드러운 곡면이 되도록 공정을 진행하는 것이 바람직하다.
다음 단계로, 도 2c에 도시한 바와 같이, 트렌치 아이솔레이션(102) 사이의 얕은 트렌치(106) 및 실리콘 기판(100) 상에 게이트 산화막(108)을 형성하고, 게이트 산화막(108) 상에 트랜스퍼 트랜지스터 폴리(110)을 도포하고, 연이어 트랜지스터를 정의 한다.
계속하여, 정의된 트랜스퍼 트랜지스터 폴리(110)의 측면 상에스페이서(112)를 형성한다. 이와 같이 형성된 굴곡이 있는 활성영역(A)의 면적이 굴곡이 없이 평탄한 소자의 활성영역의 면적에 비하여 커짐은 자명하다.
한편 이미지 센서의 픽셀영역을 제조할 경우, 종래 기술의 도 1에 도시한 채널방지영역의 형성이 본 발명의 바람직한 실시예에서도 필요하며, 이를 위한 이온 주입시 채널 영역에서 활성영역의 폭이 줄어들게 된다.
즉, 종래와 같이 채널방지 영역 형성을 위해, 예를 들어 p형 불순물인 보론(B)을 이온주입하면, 채널 영역에서의 활성영역의 폭의 감소가 발생하며, 이때 소자의 좁은 폭 효과(narrow width effect)가 심하게 관찰되어 트랜스퍼 트랜지스터의 파라미터(parameter)가 큰 폭으로 쉬프트되거나 트랜지스터의 턴-온이 정상적으로 이루어지지 않는다.
하지만, 본 발명의 경우 활성영역(A) 식각을 행함으로써, 채널 영역에서의 유효 활성영역의 폭이 증가하여, 위의 광감도 및 암전류 특성등 광특성의 저하를 충분히 보상하게 된다.
구체적으로, 본 발명의 적용으로, 채널 영역의 유효 활성영역의 폭이 증가되어 소자의 고집적화에 따른 전하운송효율의 저감을 방지할 수 있으며, 암신호 특성 개선을 위한 채널방지 영역 형성시 도즈량을 증가시킬 수 있어 공정 마진을 향상시킬 수 있다.
본 발명을 본 명세서 내에서 몇몇 바람직한 실시예에 따라 기술하였으나, 당업자라면 첨부한 특허 청구 범위에서 개시된 본 발명의 진정한 범주 및 사상으로부터 벗어나지 않고 많은 변형 및 향상이 이루어질 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 향상된 전하운송 능력등으로, 소자의 고집적화에 따라, 면적이 감소된 트랜스퍼 트랜지스터에서도 안정된 소자 특성 확보가 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 소자 활성영역 폭이 증가됨에 따라 채널 스탑을 위한 도즈량을 크게 할 수 있어, 채널방지 영역에 관련된 공정 마진을 확보할 수 있는 효과가 있다.
따라서, 본 발명은 전술한 효과에 의해 이미지 센서의 광감도가 향상되는 탁월한 효과를 기대할 수 있다.
Claims (4)
- STI에 의하여 액티브 영역과 필드영역으로 나누어진 실리콘 기판과,STI 공정에 의하여 상기 액티브 영역에 굴곡이 형성된 상기 실리콘 기판 상에 형성된 굴곡진 게이트 산화막과,상기 굴곡진 게이트 산화막 상에 형성된 트랜스퍼 트랜지스터 폴리층과,상기 트랜스퍼 트랜지스터 폴리층의 측면에 형성된 스페이서를포함하는 것을 특징으로 하는 고감도 이미지 센서.
- 제 1항에 있어서, 상기 액티브 영역 상의 실리콘 기판에 굴곡을 형성함으로써, 게이트 영역과 포토다이오드를 구성하는 활성화 영역의 면적이 넓어지는 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 고감도 이미지 센서.
- STI 공정에 의하여 실리콘 기판을 액티브 영역과 필드영역으로 나누는 단계와,상기 실리콘 기판 상에 포토 레지스트를 형성한 다음, 포토 및 식각 공정을 이용하여 상기 액티브 영역의 소정 영역을 노출시키는 단계와,상기 노출된 액티브 영역을 얕은 실리콘 식각을 실행함으로써, 상기 액티브영역에 굴곡을 주는 단계와,상기 굴곡진 액티브 영역 상에 게이트 산화막을 형성하는 단계와,상기 게이트 산화막 상에 트랜스퍼 트랜지스터 폴리층을 형성하는 단계와,상기 트랜스퍼 트랜지스터 폴리층의 측면에 스페이서를 형성하는 단계를포함하는 것을 특징으로 하는 고감도 이미지 센서를 제조하는 방법.
- 제 3항에 있어서, 상기 액티브 영역 상의 실리콘 기판에 굴곡을 형성함으로써, 게이트 영역과 포토다이오드를 구성하는 활성화 영역의 면적이 넓어지는 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 고감도 이미지 센서.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100630704B1 (ko) * | 2004-10-20 | 2006-10-02 | 삼성전자주식회사 | 비평면 구조의 트랜지스터를 구비한 ｃｍｏｓ 이미지 센서및 그 제조 방법 |
| US7825438B2 (en) | 2005-08-09 | 2010-11-02 | Samsung Electronics Co., Ltd. | CMOS image sensor having drive transistor with increased gate surface area and method of manufacturing the same |
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2003
- 2003-07-30 KR KR1020030052521A patent/KR20050014078A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100630704B1 (ko) * | 2004-10-20 | 2006-10-02 | 삼성전자주식회사 | 비평면 구조의 트랜지스터를 구비한 ｃｍｏｓ 이미지 센서및 그 제조 방법 |
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