KR20060076389A - 씨모스(cmos) 이미지 센서 및 그의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 데드 존(Dead Zone)과 암전류 특성을 동시에 향상시키기 위한 씨모스 이미지 센서 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 액티브 영역과 필드 영역이 정의된 반도체 기판의 액티브 영역에 제 1 도전형 불순물 영역을 형성하는 단계; 상기 액티브 영역의 소정 영역에 게이트 전극을 형성하는 단계; 상기 게이트 전극을 포함한 기판 전면에 절연막을 형성하고, 상기 액티브 영역의 포토 다이오드 영역에 제 2 도전형 제 1 불순물 영역을 형성하는 단계; 상기 제 2 도전형 불순물 영역 상측의 상기 절연막을 선택적으로 제거하고, 상기 제 2 도전형 불순물 영역 표면에 실리콘 에피층을 성장하는 단계; 그리고, 상기 실리콘 에피층에 제 1 도전형 제 2 불순물 영역을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것이다.
씨모스 이미지 센서, 암전류, 데드존
Description
도 1은 일반적인 씨모스 이미지 센서의 1 화소의 등가회로도
도 2는 일반적인 씨모스 이미지 센서의 1 화소의 레이아웃도
도 3a 내지 3g는 종래 기술에 따른 씨모스 이미지 센서의 공정 단면도
도 4a 내지 4h는 본 발명의 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 공정 단면도
도면의 주요 부분에 대한 설명
31 : 반도체 기판 32 : P형 에피층
33 : 소자 분리막 34 : P형 불순물 영역
35 : 게이트 절연막 36 : 게이트 전극
37 : 절연막 38, 42 : 감광막
39 : n형 불순물 영역 40 : 실리콘 에피층
41 : p형 불순물 영역 43 : 스페이서
본 발명은 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 데드 존(Dead Zone)과 암전류 특성을 동시에 향상시키기 위한 씨모스 이미지 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지 센서(Image sensor)는 광학적 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로써, 크게, 전하 결합 소자(charge coupled device: CCD)와 씨모스(CMOS; Complementary Metal Oxide Silicon) 이미지 센서(Image Sensor)로 구분된다.
상기 전하 결합 소자(charge coupled device: CCD)는 빛의 신호를 전기적 신호로 변환하는 복수개의 포토 다이오드(Photo diode; PD)가 매트릭스 형태로 배열되고, 상기 매트릭스 형태로 배열된 각 수직 방향의 포토 다이오드 사이에 형성되어 상기 각 포토 다이오드에서 생성된 전하를 수직방향으로 전송하는 복수개의 수직 방향 전하 전송 영역(Vertical charge coupled device; VCCD)과, 상기 각 수직 방향 전하 전송 영역에 의해 전송된 전하를 수평방향으로 전송하는 수평방향 전하전송영역(Horizontal charge coupled device; HCCD) 및 상기 수평방향으로 전송된 전하를 센싱하여 전기적인 신호를 출력하는 센스 증폭기(Sense Amplifier)를 구비하여 구성된 것이다.
그러나, 이와 같은 CCD는 구동 방식이 복잡하고, 전력 소비가 클 뿐만아니라, 다단계의 포토 공정이 요구되므로 제조 공정이 복잡한 단점을 갖고 있다. 또한, 상기 전하 결합 소자는 제어회로, 신호처리회로, 아날로그/디지털 변환회로(A/D converter) 등을 전하 결합 소자 칩에 집적시키기가 어려워 제품의 소형화가 곤란한 단점을 갖는다.
최근에는 상기 전하 결합 소자의 단점을 극복하기 위한 차세대 이미지 센서로서 씨모스 이미지 센서가 주목을 받고 있다. 상기 씨모스 이미지 센서는 제어회로 및 신호처리회로 등을 주변회로로 사용하는 씨모스 기술을 이용하여 단위 화소의 수량에 해당하는 모스 트랜지스터들을 반도체 기판에 형성함으로써 상기 모스 트랜지스터들에 의해 각 단위 화소의 출력을 순차적으로 검출하는 스위칭 방식을 채용한 소자이다. 즉, 상기 씨모스 이미지 센서는 단위 화소 내에 포토 다이오드와 모스 트랜지스터를 형성시킴으로써 스위칭 방식으로 각 단위 화소의 전기적 신호를 순차적으로 검출하여 영상을 구현한다.
상기 씨모스 이미지 센서는 씨모스 제조 기술을 이용하므로 적은 전력 소모, 적은 포토공정 스텝에 따른 단순한 제조공정 등과 같은 장점을 갖는다. 또한, 상기 씨모스 이미지 센서는 제어회로, 신호처리회로, 아날로그/디지털 변환회로 등을 씨모스 이미지 센서 칩에 집적시킬 수가 있으므로 제품의 소형화가 용이하다는 장점을 갖고 있다. 따라서, 상기 씨모스 이미지 센서는 현재 디지털 정지 카메라(digital still camera), 디지털 비디오 카메라 등과 같은 다양한 응용 부분에 널리 사용되고 있다.
한편, 씨모스 이미지 센서는 트랜지스터의 개수에 따라 3T형, 4T형, 5T형 등으로 구분된다. 3T형은 1개의 포토다이오드와 3개의트랜지스터로 구성되며, 4T형은 1개의 포토다이오드와 4개의 트랜지스터로 구성된다. 한편, 씨모스 이미지 센서는 트랜지스터의 개수에 따라 3T형, 4T형, 5T형 등으로 구분된다. 3T형은 1개의 포토 다이오드와 3개의트랜지스터로 구성되며, 4T형은 1개의 포토다이오드와 4개의 트랜지스터로 구성된다. 상기 4T형 씨모스 이미지 센서의 단위화소에 대한 레이아웃(lay-out)을 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 일반적인 4T형 씨모스 이미지 센서의 단위화소를 나타낸 레이아웃도이고 , 도 2는 일반적인 4T형 씨모스 이미지 센서의 등가 회로도이다.
일반적인 4T형 씨모스 이미지 센서의 단위화소는, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 액티브 영역(10)이 정의되어 액티브 영역(10) 중 폭이 넓은 부분에 1개의 포토다이오드(20)가 형성되고, 상기 나머지 부분의 액티브 영역(10)에 각각 오버랩되는 4개의 트랜지스터의 게이트 전극(110, 120, 130, 140)이 형성된다. 즉, 상기 게이트 전극(110)에 의해 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)가 형성되고, 상기 게이트 전극(120)에 의해 리셋 트랜지스터(Rx)가 형성되고, 상기 게이트 전극(130)에 의해 드라이브 트랜지스터(Dx)가 형성되며, 상기 게이트 전극(140)에 의해 셀렉트 트랜지스터(Sx)가 형성된다. 여기서, 상기 각 트랜지스터의 액티브 영역(10)에는 각 게이트 전극(110, 120, 130, 140) 하측부를 제외한 부분에 불순물 이온이 주입되어 각 트랜지스터의 소오스/드레인 영역이 형성된다. 따라서, 상기 리셋 트랜지스터(Rx)와 상기 드라이브 트랜지스터(Dx) 사이의 소오스/드레인 영역에는 전원전압(Vdd)가 인가되고, 상기 셀렉트 트랜지스터(Sx) 일측의 소오스/드레인 영역에는 전원전압(Vss)가 인가된다.
여기서, 상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)는 상기 포토 다이오드에서 생성된 광 전하를 플로팅 디퓨션 영역(Floating Diffusion layer; FD)으로 운반하는 기능을 수행하고, 상기 리셋 트랜지스터(Rx)는 상기 플로팅 디퓨션 영역의 전위 조절 및 리셋 기능을 수행한다. 그리고, 상기 드라이브 트랜지스터(Dx)는 소오스 플로우워(Source Follower)의 기능을 수행하며, 상기 셀렉트 트랜지스터(Sx)는 단위 화소의 신호를 읽도록 스위칭 역할을 한다.
이와 같은 구성을 갖는 종래의 씨모스 이미지 센서의 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 3a 내지 3g는 종래 기술에 따른 씨모스 이미지 센서의 공정 단면도로써, 도 1의 I-I' 선상의 단면도이다.
도 3a에 도시한 바와 같이, p형 반도체 기판(1)에 저농도 P형(P-) 에피층(p-type epitaxel layer)(2)을 형성한다. 그리고, 액티브 영역과 소자 분리 영역을 정의하는 마스크를 이용하여 노광하고 현상하여 상기 소자 분리 영역의 상기 에피층(2)을 소정 깊이로 식각하여 트렌치를 형성한다. 상기 트렌치가 채워지도록 상기 기판에 O3 TEOS막을 형성하고, 화학 기계적 연마(CMP; Chemical Mechanical Polishing) 공정으로 상기 트렌치 영역에만 남도록 패터닝하여 상기 소자 분리 영역에 소자 분리막(3)을 형성한다.
그리고, 액티브 영역의 에피층(2) 표면에 불순물 이온 주입하여 p형 불순물 영역(4)을 형성한다. 상기 p형 불순물 영역(4)은, 상기 트랜스퍼 트랜지스터의 채널 영역에서는 문턱 전압 조절을 위한 용도로 사용되고, 상기 포토 다이오드 영역에서는 표면 전압 고정(Surface voltage pinning)을 위한 용도로 사용된다.
도 3b에 도시한 바와 같이, 상기 기판 전면에 게이트 절연막 및 도전층을 차례로 형성하고 상기 게이트 절연막 및 도전층을 선택적으로 건식 식각하여 상기 트랜스퍼 트랜지스터를 비롯한 각종 트랜지스터의 게이트 전극(6) 및 게이트 절연막(5)을 형성한다.
도 3c에 도시한 바와 같이, 상기 게이트 전극(6)을 형성하기 위해 상기 도전층을 건식 식각한 후, 게이트 절연막(5) 모서리 부분의 데미지를 회복시키고 후속 이온 주입 공정에서 에피층(2)의 표면을 보호하기 위해 상기 게이트 전극(6)을 포함한 기판 전면에 산화막 등의 절연막(7)을 형성한다.
도 3d에 도시한 바와 같이, 전면에 감광막(8)을 증착하고, 노광 및 현상 공정으로 상기 포토 다이오드 영역이 노출되도록 감광막(8) 패턴을 형성한다. 즉, 상기 감광막(8) 패턴은 상기 소자 분리막(3)에 인접한 액티브 영역 일부를 커버하고 상기 게이트 전극(6)의 일부를 노출시키도록 형성한다. 그리고, 고 에너지 이온 주입 공정으로 상기 노출된 포토 다이오드 영역의 에피층(2)에 N형 불순물 이온을 주입하여 포토 다이오드 n형 불순물 영역(9)을 형성한다.
도 3e에 도시한 바와 같이, 상기 감광막(8) 패턴을 제거한 후, 상기 포토 다이오드 영역이 노출되도록 감광막(10) 패턴을 형성하고, 상기 포토 다이오드 n형 불순물 영역(9)의 표면에 p형 불순물 이온을 주입하여 p형 불순물 영역(11)을 형성한다. 이 때 상기 p형 불순물 영역(11)의 도핑 농도는 상기 p형 불순물 영역(4) 형성시의 도핑 레벨을 더한 값이 된다.
여기서, 상기 3e와 같은 공정 대신에, 도 3f에 도시한 바와 같이, 전면에 절 연막을 증착하고 이방성 식각하여 상기 게이트 전극(6) 측벽에 스페이서(12)을 형성한 후, 상기 포토 다이오드 영역이 노출되도록 감광막(10) 패턴을 형성하고, 상기 포토 다이오드 n형 불순물 영역(9)의 표면에 p형 불순물 이온을 주입하여 p형 불순물 영역(11)을 형성할 수도 있다.
도 3g에 도시한 바와 같이, 상기 감광막(10) 패턴을 제거하고, 상기 게이트 전극(6) 일측의 드레인 영역에 플로팅 디퓨션 영역을 형성하기 위해 마스크 및 이온 주입 공정으로 n형 불순물 이온을 고농도로 주입하여 고농도 n형 불순물 영역(13)을 형성한다.
이와 같은 종래의 씨모스 이미지 센서의 제조 방법에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.
즉, 4T 구조의 씨모스 이미지 센서에서는, 포토 다이오드가 빛의 신호를 전기적인 신호로 변환하여 광 전하를 생성하고, 상기 생성된 광 전하는 상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)가 턴온(turn-on)되는 경우, 플로팅 디퓨션 영역으로 이동하여 상기 드라이브 트랜지스터(Dx)를 게이팅(gating)하게 된다.
그러나, 첫째, 도 3e에서 설명한 바와 같이, 상기 스페이서 형성 전에 P형 불순물 이온 주입을 하는 경우에는, 상기 스페이서 하부의 에피층까지 피닝(pinning)시키게 되므로 씨모스 이미지 센서의 암전류 특성이 향상되지만, P형 불순물 도핑 농도가 증가하게 되므로 트랜스퍼 트랜지스터의 소오스 영역의 전위 장벽(potential barrier)가 증가하여 광 전하 전송 효율이 감소되게 된다.
따라서, 빛이 입사되기 시작한 후부터 일정 시간 동안 신호가 발생하지 않는 데드 존이 나타나게 된다.
둘째, 도 3f에서 설명한 바와 같이, 게이트 전극 측벽에 스페이서를 형성하고 p형 불순물 이온을 주입하는 경우에는, 광 전하 전송 효율은 향상되나 스페이서 형성을 위한 건식 식각 공정 시 상기 포토 다이오드 표면이 데미지를 입게되므로 암전류가 증가하게 되는 문제점을 갖게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 선택적 에피택셜 성장(selective Epitaxial Growth) 공정을 이용하여 데드 존과 암전류 특성을 동시에 향상시킬 수 있는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서는, 포토다이오드 영역과 트랜지스터 영역이 정의 되는 제 1 도전형 반도체 기판; 상기 포토 다이오드 영역의 반도체 기판에 형성되는 제 2 도전형 불순물 영역; 상기 트랜지스터 형성 영역의 상기 반도체기판위에 형성되는 게이트 전극; 상기 제 2 도전형 불순물 영역 상측을 제외한 상기 게이트 전극을 포함한 기판 전면에 형성되는 절연막; 그리고 상기 제 2 도전형 불순물 영역 상측에 형성되고 제 1 도전형 불순물로 도핑된 실리콘 에피층을 구비하여 구성됨에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 실리콘 에피층은 상기 게이트 전극 하측의 반도체 기판의 표면보다 더 높게 형성됨에 특징이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제 조 방법은, 액티브 영역과 필드 영역이 정의된 반도체 기판의 액티브 영역에 제 1 도전형 불순물 영역을 형성하는 단계; 상기 액티브 영역의 소정 영역에 게이트 전극을 형성하는 단계; 상기 게이트 전극을 포함한 기판 전면에 절연막을 형성하고, 상기 액티브 영역의 포토 다이오드 영역에 제 2 도전형 제 1 불순물 영역을 형성하는 단계; 상기 제 2 도전형 불순물 영역 상측의 상기 절연막을 선택적으로 제거하고, 상기 제 2 도전형 불순물 영역 표면에 실리콘 에피층을 성장하는 단계; 그리고, 상기 실리콘 에피층에 제 1 도전형 제 2 불순물 영역을 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐에 그 특징이 있다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서 및 그 제조 방법을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4a 내지 4h는 본 발명의 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 공정 단면도이다.
도 4a에 도시한 바와 같이, p형 반도체 기판(31)에 저농도 P형(P-) 에피층(p-type epitaxel layer)(32)을 형성한다. 그리고, 액티브 영역과 소자 분리 영역을 정의하는 마스크를 이용하여 노광하고 현상하여 상기 소자 분리 영역의 상기 에피층(32)을 소정 깊이로 식각하여 트렌치를 형성한다. 상기 트렌치가 채워지도록 상기 기판에 O3 TEOS막을 형성하고, 화학 기계적 연마(CMP; Chemical Mechanical Polishing) 공정으로 상기 트렌치 영역에만 남도록 패터닝하여 상기 소자 분리 영역에 소자 분리막(33)을 형성한다.
그리고, 액티브 영역의 에피층(32) 표면에 불순물 이온 주입하여 p형 불순물 영역(34)을 형성한다. 상기 p형 불순물 영역(34)은, 상기 트랜스퍼 트랜지스터의 채널 영역에서는 문턱 전압 조절을 위한 용도로 사용되고, 상기 포토 다이오드 영역에서는 표면 전압 고정(Surface voltage pinning)을 위한 용도로 사용된다.
도 4b에 도시한 바와 같이, 상기 기판 전면에 게이트 절연막 및 도전층을 차례로 형성하고 상기 게이트 절연막 및 도전층을 선택적으로 건식 식각하여 상기 트랜스퍼 트랜지스터를 비롯한 각종 트랜지스터의 게이트 전극(36) 및 게이트 절연막(35)을 형성한다.
도 4c에 도시한 바와 같이, 상기 게이트 전극(36)을 형성하기 위해 상기 도전층을 건식 식각한 후, 게이트 절연막(35) 모서리 부분의 데미지를 회복시키고 후속 이온 주입 공정에서 에피층(32)의 표면을 보호하기 위해 상기 게이트 전극(36)을 포함한 기판 전면에 산화막 등의 절연막(37)을 형성한다.
도 4d에 도시한 바와 같이, 전면에 감광막(38)을 증착하고, 노광 및 현상 공정으로 상기 포토 다이오드 영역이 노출되도록 감광막(38) 패턴을 형성한다. 즉, 상기 감광막(38) 패턴은 상기 소자 분리막(33)에 인접한 액티브 영역 일부를 커버하고 상기 게이트 전극(36)의 일부를 노출시키도록 형성한다. 그리고, 상기 감광막(38)으로부터 노출된 상기 절연막(37)을 습식 식각 공정을 이용하여 선택적으로 제거한 후, 고 에너지 이온 주입 공정으로 상기 노출된 포토 다이오드 영역의 에피층(32)에 N형 불순물 이온을 주입하여 포토 다이오드 n형 불순물 영역(39)을 형성한다.
도 4e에 도시한 바와 같이, 상기 감광막(38) 패턴을 제거한 후, 선택적 에피택셜 성장 공정을 이용하여 상기 절연막(37)이 제거된 상기 포토 다이오드 영역 표면에 실리콘 에피층(40)을 성장 시킨다. 이 때, 상기 실리콘 에피층(40)과 상기 게이트 전극(36)은 상기 절연막(37)에 의해 서로 전기적으로 격리된다.
도 4f에 도시한 바와 같이, 전면에 감광막(42)을 증착하고 노광 및 현상 공정으로 상기 포토 다이오드 영역이 노출되도록 상기 감광막(42)을 패터닝한다. 그리고, 상기 패터닝된 감광막(42)을 마스크로 이용하여 상기 실리콘 에피층(40)에 p형 불순물 이온을 주입하여 p형 불순물 영역(41)을 형성한다.
도 4g에 도시한 바와 같이, 상기 감광막(42)을 제거하고, 전면에 절연막을 증착하고 이방성 식각하여 상기 게이트 전극(36) 측벽에 스페이서(43)을 형성한다.
도 4h에 도시한 바와 같이, 상기 게이트 전극(36) 일측의 드레인 영역에 플로팅 디퓨션 영역을 형성하기 위해 마스크 및 이온 주입 공정으로 n형 불순물 이온을 고농도로 주입하여 고농도 n형 불순물 영역(44)을 형성한다.
이와 같은 방법에 의해 제조 되는 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 구조는, 도 4h에 도시한 바와 같이, 포토 다이오드 형성 영역과 트랜지스터 형성 영역으로 정의되는 p형 에피층(32)이 구비되어, 상기 p형 에피층(32)의 포토 다이오드 영역에 n형 불순물 영역(39)이 형성되고, 상기 포토 다이오드 영역의 상기 p형 에피층(32)위에 선택적으로 p형 불순물 이온이 주입된 실리콘 에피층(41)이 형성된다. 그리고, 상기 트랜지스터 형성 영역의 상기 p형 에피층(32)위에 게이트 절연막(35) 및 게이트 전극(36)이 형성되고, 상기 게이트 전극(36)하측의 상기 p형 에피 층(32)내에는 p형 불순물 영역(34)이 형성된 구조를 갖는다.
그리고, 상기 p형 불순물 이온 주입된 실리콘 에피층(41)은 절연막(37)에 의해 게이트 전극(36)과 격리되어 있으며, 상기 게이트 전극(36) 측벽의 상기 P형 불순물 이온 주입된 실리콘 에피층(41)위에 스페이서(43)가 형성된다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서 및 그의 제조방법에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 도 4a에서 설명한 p형 불순물 영역이 상기 트랜스퍼 트랜지스터의 스페이서 하부 영역까지 확장되므로 씨모스 이미지 센서의 암전류를 향상시킬 수 있다.
둘째, 본 발명에서는 선택적 에피택셜 공정을 이용하여 포토 다이오드 영역의 표면에 실리콘 에피층을 형성하고 상기 실리콘 에피층에 포토 다이오드 표면 전압 고정용 p형 불순물 영역을 형성하므로, 상기 포토 다이오드 p형 불순물 영역이 상기 트랜스퍼 트랜지스터의 채널 영역보다 더 높게 존재한다. 따라서, 상기 트랜스퍼 트랜지스터의 소오스 영역의 전위 장벽이 높아지지 않고, 더불어 광 전하 운송 효율이 향상된다.
Claims (5)
- 포토다이오드 영역과 트랜지스터 영역이 정의 되는 제 1 도전형 반도체 기판;상기 포토 다이오드 영역의 반도체 기판에 형성되는 제 2 도전형 불순물 영역;상기 트랜지스터 형성 영역의 상기 반도체기판위에 형성되는 게이트 전극;상기 제 2 도전형 불순물 영역 상측을 제외한 상기 게이트 전극을 포함한 기판 전면에 형성되는 절연막; 그리고상기 제 2 도전형 불순물 영역 상측에 형성되고 제 1 도전형 불순물로 도핑된 실리콘 에피층을 구비하여 구성됨을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서,상기 실리콘 에피층은 상기 게이트 전극 하측의 반도체 기판의 표면보다 더 높게 형성됨을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서.
- 액티브 영역과 필드 영역이 정의된 반도체 기판의 액티브 영역에 제 1 도전형 불순물 영역을 형성하는 단계;상기 액티브 영역의 소정 영역에 게이트 전극을 형성하는 단계;상기 게이트 전극을 포함한 기판 전면에 절연막을 형성하고, 상기 액티브 영 역의 포토 다이오드 영역에 제 2 도전형 제 1 불순물 영역을 형성하는 단계;상기 제 2 도전형 불순물 영역 상측의 상기 절연막을 선택적으로 제거하고, 상기 제 2 도전형 불순물 영역 표면에 실리콘 에피층을 성장하는 단계; 그리고,상기 실리콘 에피층에 제 1 도전형 제 2 불순물 영역을 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 게이트 전극 측벽에 스페이서를 형성하는 단계와, 상기 게이트 전극 양측의 액티브 영역의 에피층에 고농도 제 2 도전형 불순물 영역을 형성하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 제 1 도전형 제 1 불순물 영역은 씨모스 이미지 센서의 트랜스퍼 트랜지스터의 문턱 전압 조절 및 상기 포토 다이오드 영역에서는 표면 전압 고정(Surface voltage pinning)을 위한 용도로 사용됨을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101045084B1 (ko) * | 2010-07-12 | 2011-06-29 | 주식회사 디알텍 | 엑스선 검출기 및 검출방법 |
Families Citing this family (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100649012B1 (ko) * | 2004-12-30 | 2006-11-27 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 색재현성 향상을 위한 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법 |
KR100721661B1 (ko) * | 2005-08-26 | 2007-05-23 | 매그나칩 반도체 유한회사 | 이미지 센서 및 그 제조 방법 |
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KR100741877B1 (ko) * | 2005-12-29 | 2007-07-23 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 씨모스 이미지 센서 및 이의 제조 방법 |
KR100832721B1 (ko) * | 2006-12-27 | 2008-05-28 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 씨모스 이미지 센서의 제조방법 |
TWI436474B (zh) * | 2007-05-07 | 2014-05-01 | Sony Corp | A solid-state image pickup apparatus, a manufacturing method thereof, and an image pickup apparatus |
US20080299700A1 (en) * | 2007-05-28 | 2008-12-04 | Bang-Chiang Lan | Method for fabricating photodiode |
KR100871792B1 (ko) * | 2007-06-26 | 2008-12-05 | 주식회사 동부하이텍 | 이미지센서 및 그 제조방법 |
CN101399223B (zh) * | 2007-09-26 | 2010-09-29 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | Cmos图像传感器及其形成方法 |
US8257997B2 (en) * | 2007-10-17 | 2012-09-04 | Sifotonics Technologies (Usa) Inc. | Semiconductor photodetectors |
KR20100079066A (ko) * | 2008-12-30 | 2010-07-08 | 주식회사 동부하이텍 | 이미지센서 및 그 제조방법 |
JP5446280B2 (ja) * | 2009-01-16 | 2014-03-19 | ソニー株式会社 | 固体撮像素子とその製造方法、及び撮像装置 |
EP2327958A1 (en) * | 2009-11-26 | 2011-06-01 | Leica Geosystems AG | Rotating construction laser with a dual grade mechanism |
JP2013110250A (ja) * | 2011-11-21 | 2013-06-06 | Toshiba Corp | 固体撮像装置及びその製造方法 |
CN102683373B (zh) * | 2012-05-10 | 2013-06-19 | 天津大学 | 大感光面积cmos图像传感器像素结构及生成方法 |
CN102881703B (zh) * | 2012-09-29 | 2016-04-06 | 中国科学院上海高等研究院 | 图像传感器及其制备方法 |
US9287319B2 (en) * | 2012-11-16 | 2016-03-15 | Sri International | CMOS multi-pinned (MP) pixel |
CN109461750A (zh) * | 2018-11-13 | 2019-03-12 | 德淮半导体有限公司 | 图像传感器及制造图像传感器的方法 |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05198787A (ja) * | 1991-11-08 | 1993-08-06 | Canon Inc | 固体撮像装置及びその製造方法 |
US6690423B1 (en) * | 1998-03-19 | 2004-02-10 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Solid-state image pickup apparatus |
KR100399951B1 (ko) * | 1998-12-30 | 2003-12-18 | 주식회사 하이닉스반도체 | 칼라이미지센서제조방법 |
WO2002033755A2 (en) * | 2000-10-19 | 2002-04-25 | Augusto Carlos J R P | Method of fabricating heterojunction photodiodes integrated with cmos |
KR100790210B1 (ko) | 2001-06-30 | 2008-01-02 | 매그나칩 반도체 유한회사 | 이미지센서 및 그 제조방법 |
KR100494030B1 (ko) * | 2002-01-10 | 2005-06-10 | 매그나칩 반도체 유한회사 | 이미지센서 및 그 제조 방법 |
JP2004014911A (ja) * | 2002-06-10 | 2004-01-15 | Renesas Technology Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
US6847051B2 (en) * | 2003-05-23 | 2005-01-25 | Micron Technology, Inc. | Elevated photodiode in an image sensor |
KR100672713B1 (ko) * | 2004-06-09 | 2007-01-22 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 씨모스 이미지 센서의 제조방법 |
KR100634444B1 (ko) * | 2004-12-20 | 2006-10-16 | 삼성전자주식회사 | 수광 소자 및 그 형성 방법 |
KR100672668B1 (ko) * | 2004-12-29 | 2007-01-24 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | Cmos 이미지 센서 및 그의 제조 방법 |
JP2006191054A (ja) * | 2004-12-29 | 2006-07-20 | Dongbuanam Semiconductor Inc | Cmosイメージセンサの製造方法 |
KR100672669B1 (ko) * | 2004-12-29 | 2007-01-24 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | Cmos 이미지 센서 및 그의 제조 방법 |
US20070018269A1 (en) * | 2005-07-21 | 2007-01-25 | Omnivision Technologies, Inc. | Raised silicon photodiode |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101045084B1 (ko) * | 2010-07-12 | 2011-06-29 | 주식회사 디알텍 | 엑스선 검출기 및 검출방법 |
Also Published As
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