KR20060113810A - Method for fabricating cmos image sensor - Google Patents

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KR20060113810A KR1020050034736A KR20050034736A KR20060113810A KR 20060113810 A KR20060113810 A KR 20060113810A KR 1020050034736 A KR1020050034736 A KR 1020050034736A KR 20050034736 A KR20050034736 A KR 20050034736A KR 20060113810 A KR20060113810 A KR 20060113810A
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Abstract

A method for manufacturing a CMOS image sensor is provided to reduce the capacitance of a floating diffusion region and to increase a conversion gain by using an ion implantation barrier layer. A plurality of gate electrodes(208) are formed on a semiconductor substrate(201). An ion implantation barrier layer(210) for blocking a photodiode region and a floating diffusion region is formed on the resultant structure. A low ion implantation and a halo ion implantation are sequentially performed on the resultant structure. Then, the ion implantation barrier layer is eliminated therefrom. A spacer is formed at both sidewalls of each gate electrode.

Description

씨모스 이미지 센서의 제조 방법{METHOD FOR FABRICATING CMOS IMAGE SENSOR}Manufacturing method of CMOS image sensor {METHOD FOR FABRICATING CMOS IMAGE SENSOR}

도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 공정을 나타낸 단면도.1A to 1C are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of the CMOS image sensor according to the prior art.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서를 나타내는 단면도.2A to 2C are cross-sectional views illustrating a CMOS image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 3a 및 3b는 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 공정을 나타낸 평면도.3a and 3b are plan views showing the manufacturing process of the CMOS image sensor according to the present invention.

도 4a 및 도 4b는 전하 전송 효율에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면.4A and 4B show simulation results for charge transfer efficiency.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

201 : p+ 기판 202 : p- 에피층201: p + substrate 202: p- epi layer

203 : p형 웨이퍼 204 : 소자분리막203 p-type wafer 204 device isolation film

205 : 웰 206 : 게이트 절연막205 well 206 gate insulating film

207 : 게이트 전도막 208 : 게이트 전극207: gate conductive film 208: gate electrode

209 : 포토다이오드 211 : 저농도 불순물영역209: photodiode 211: low concentration impurity region

213 : 제2 불순물 주입방지막 214 : 고농도 불순물영역213: second impurity implantation prevention film 214: high concentration impurity region

215 : 할로 불순물영역215 halo impurity region

본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로 특히, 반도체 소자 제조 공정 중, 씨모스 이미지 센서의 제조 공정에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor manufacturing technology, and more particularly, to a manufacturing process of CMOS image sensors during a semiconductor device manufacturing process.

일반적으로, 이미지 센서는 디지털 카메라, 휴대폰 등의 가정용 제품이나, 병원에서 사용되는 내시경, 지구를 돌고 있는 인공위성의 망원경에 이르기까지 매우 광범위한 분야에서 사용되고 있으며, 다양한 이미지 센서중, 씨모스 제조 기술로 생산되는 씨모스(CMOS) 이미지 센서는 광학적 이미지를 전기적 신호로 변환시키는 소자로서, 화소수 만큼 모스(MOS)트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용하고 있다. 씨모스 이미지 센서는, 종래 이미지 센서로 널리 사용되고 있는 씨씨디(CCD) 이미지센서에 비하여 구동 방식이 간편하고 다양한 스캐닝 방식의 구현이 가능하며, 신호처리 회로를 단일칩에 집적할 수 있어 제품의 소형화가 가능할 뿐만 아니라, 호환성의 씨모스 기술을 사용하므로 제조 단가를 낮출 수 있고, 전력 소모 또한 크게 낮다는 장점을 지니고 있어서 휴대폰, PC, 감시 카메라 등의 저가, 저전력을 요하는 분야에 쓰이고 있다. In general, image sensors are used in a wide range of fields, from home products such as digital cameras and mobile phones, to endoscopes used in hospitals, and to satellite telescopes around the earth. The CMOS image sensor is a device that converts an optical image into an electrical signal, and employs a switching method in which a MOS transistor is formed by the number of pixels and the output is sequentially detected using the MOS transistor. The CMOS image sensor is simpler to drive than the CCD image sensor, which is widely used as a conventional image sensor, enables various scanning methods, and can integrate signal processing circuits onto a single chip. In addition to the use of compatible CMOS technology, the manufacturing cost can be lowered and the power consumption is significantly lower. Therefore, it is used in low cost and low power fields such as mobile phones, PCs and surveillance cameras.

도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 공정을 나 타낸 단면도이다.1A to 1C are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of the CMOS image sensor according to the prior art.

종래 기술에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 공정은 우선, 도 1a에 도시된 바와 같이, p+형 기판(101)에 p-에피층(102)이 형성된 p형 웨이퍼(103)에 활성 영역과 소자분리 영역을 분리하는 소자분리막(104)을 형성한다. The manufacturing process of the CMOS image sensor according to the prior art first, as shown in Figure 1a, the active region and the device isolation on the p-type wafer 103, the p- epi layer 102 is formed on the p + type substrate 101 An isolation layer 104 is formed to separate regions.

이때, 고농도의 p+형 기판(101) 상에 저농도의 p-형 에피층(102)을 사용하는 이유는 첫째, 저농도의 p-에피층(102)이 존재하므로 포토다이오드의 공핍영역(Depletion region)을 크고 깊게 증가시킬 수 있어 광전하를 모으기 위한 포토다이오드의 능력(ability)을 증가시킬 수 있고, 둘째, p-형 에피층(102)의 하부에 고농도의 p+형 기판(101)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 있기 때문이다.At this time, the reason for using the low concentration of the p- type epi layer 102 on the high concentration p + type substrate 101, first, because the low concentration of p- epi layer 102 is present in the depletion region (Depletion region) of the photodiode Can be increased greatly and deeply to increase the photodiode's ability to collect photocharges. Secondly, having a high concentration of the p + type substrate 101 under the p-type epilayer 102, This is because the charge is quickly recombined before the charge spreads to the neighboring pixel, thereby reducing the random diffusion of the photocharge, thereby reducing the change in the transfer function of the photocharge.

그리고, 상기 소자분리막(104)은 상기 도면에서는 STI 공정을 통하여 형성하였으나, 로코스(LOCOS) 공정등으로도 형성할 수 있다.In addition, although the device isolation layer 104 is formed through the STI process in the drawing, the device isolation layer 104 may be formed by a LOCOS process or the like.

이어서, 상기 소자분리막(104)이 형성된 p형 웨이퍼(103) 상에 드라이브 트랜지스터(Dx)용 게이트 전극과 셀렉트 트랜지스터(Sx)용 게이트 전극이 형성될 p웰 영역(105)을 형성한다.Subsequently, a p well region 105 in which the gate electrode for the drive transistor Dx and the gate electrode for the select transistor Sx are formed is formed on the p-type wafer 103 on which the device isolation film 104 is formed.

이어서, 상기 소자분리막(104)이 형성된 p형 웨이퍼(103) 상에 게이트 절연막(106)과 게이트 전도막(107)을 순차적으로 증착한후, 선택적으로 식각하여 4개의 트랜지스터용 게이트 전극(108)을 형성한다.Subsequently, the gate insulating film 106 and the gate conductive film 107 are sequentially deposited on the p-type wafer 103 on which the device isolation film 104 is formed, and then selectively etched to form four transistor gate electrodes 108. To form.

이때, 상기 4개의 트랜지스터용 게이트 전극(018)은 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)용 게이트 전극, 리셋 트랜지스터(Rx)용 게이트 전극, 드라이브 트랜지스터(Dx)용 게이트 전극, 셀렉트 트랜지스터(Sx)용 게이트 전극이 순서대로 정열되어 있는 것을 말한다.In this case, the gate electrodes 018 for the four transistors are the gate electrode for the transfer transistor Tx, the gate electrode for the reset transistor Rx, the gate electrode for the drive transistor Dx, and the gate electrode for the select transistor Sx. It is said to be aligned.

이어서, 상기 게이트 전극(108) 중 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)용 게이트 전극의 에지부분과 자기 정렬(Self Alignment)되도록 불순물을 주입하여 포토다이오드(109)를 형성한다.Subsequently, an impurity is implanted to self-align with an edge portion of the gate electrode for the transfer transistor Tx among the gate electrodes 108 to form a photodiode 109.

이어서, 상기 포토다이오드(109)와 상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)용 게이트 전극의 상부의 일부를 덮는 불순물 주입방지막(110)을 형성한다.Subsequently, an impurity implantation prevention layer 110 covering a portion of the photodiode 109 and the gate electrode for the transfer transistor Tx is formed.

이어서, 상기 불순물 주입방지막(110)을 형성한 상기 p형 웨이퍼(201) 상에 저농도 불순물 주입 공정을 수행하여 4개의 트랜지스터용 게이트 전극(208)의 양측의 상기 p형 웨이퍼(103)에 저농도 불순물영역(111)을 형성한다.Subsequently, a low concentration impurity implantation process is performed on the p-type wafer 201 on which the impurity implantation prevention film 110 is formed, so that low concentration impurities are formed on the p-type wafer 103 on both sides of the four transistor gate electrodes 208. The region 111 is formed.

이어서, 상기 저농도 불순물영역(111)을 형성한 기판에 할로 불순물 주입 공정을 수행하여 할로 불순물영역(112)을 형성하고, 상기 4개의 트랜지스터용 게이트 전극(208) 양측벽에 스페이서(114)를 형성한다.Next, a halo impurity region 112 is formed by performing a halo impurity implantation process on the substrate on which the low concentration impurity region 111 is formed, and spacers 114 are formed on both sidewalls of the four transistor gate electrodes 208. do.

이어서, 상기 불순물 주입방지막(110)을 사용하여 상기 p형 웨이퍼(101) 상에 고농도 불순물 주입 공정을 수행하여 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)용 게이트 전극의 일측을 제외한 4개의 트랜지스터용 게이트 전극(208)의 양측의 상기 p형 웨이퍼(103)에 고농도 불순물영역(113)을 형성한다.Subsequently, a high concentration impurity implantation process is performed on the p-type wafer 101 by using the impurity implantation prevention film 110, so that the gate electrodes 208 of the four transistors except for one side of the gate electrode for the transfer transistor Tx are removed. High concentration impurity regions 113 are formed in the p-type wafers 103 on both sides.

즉, 종래 기술에서는 상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)는 전하 전송 효율 및 획 일 특성(uniformity)과 관련하여 상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 채널 길이를 어느 수준 이상으로 충분히 키워줄 수 있음에도 불구하고, 펀치쓰루 특성의 우려로 상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)에 저농도 불순물 주입공정 및 할로 불순물 주입공정을 수행하였다. That is, in the related art, although the transfer transistor Tx can sufficiently increase the channel length of the transfer transistor Tx to a certain level in relation to charge transfer efficiency and uniformity, punch-through characteristics In consideration of this concern, a low concentration impurity implantation process and a halo impurity implantation process were performed in the transfer transistor Tx.

따라서, 상기 포토다이오드(109)에서 상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)로의 포텐셜 베리어 결함을 가져올뿐만아니라, 플로팅 확산영역의 캐패시던스가 증가되는 문제점이 발생한다.Thus, not only does a potential barrier defect from the photodiode 109 to the transfer transistor Tx, but also the capacitance of the floating diffusion region increases.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 전하 전송 효율을 증가시키는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention has been proposed to solve the above-mentioned problems of the prior art, and an object thereof is to provide a method for manufacturing a CMOS image sensor that increases charge transfer efficiency.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 반도체 기판 상에 트랜스퍼 트랜지스터용 게이트 전극을 포함하는 복수의 게이트 전극을 형성하는 단계, 상기 트랜스퍼 트랜지스터용 게이트 전극 일측의 포토다이오드영역과 타측의 플로팅 확산영역의 기판에 저농도 불순물 주입 및 할로 불순물 주입을 막아 주기 위한 불순물 주입방지막을 형성하는 단계, 상기 불순물 주입방지막을 형성한 기판에 저농도 불순물 주입 공정과 할로 불순물 주입 공정을 순차적으로 수행하는 단 계, 상기 불순물 주입방지막을 제거하는 단계, 상기 트랜스퍼 트랜지스터용 게이트 전극 및 복수개의 게이트 전극의 양측벽에 스패이서를 형성하는 단계, 상기 스패이서가 형성된 상기 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트 전극 및 복수개의 게이트 전극 양측의 기판에 고농도 불순물 주입 공정을 수행하는 단계를 포함하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법이 제공된다.According to an aspect of the present invention for achieving the above object, forming a plurality of gate electrodes including a gate electrode for the transfer transistor on a semiconductor substrate, the photodiode region and the other side of one side of the gate electrode for the transfer transistor Forming an impurity implantation prevention film to prevent low concentration impurity implantation and halo impurity implantation on a substrate in the floating diffusion region, and sequentially performing a low concentration impurity implantation process and a halo impurity implantation process on the substrate on which the impurity implantation prevention film is formed Removing the impurity implantation prevention film, forming spacers on both sidewalls of the transfer transistor gate electrode and the plurality of gate electrodes, and forming both spacers on both sides of the gate electrode and the plurality of gate electrodes of the transfer transistor on which the spacer is formed. On board It is also provided a method for manufacturing a CMOS image sensor for performing a doping process.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. .

도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서를 나타내는 단면도이다.2A to 2C are cross-sectional views illustrating a CMOS image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서는 우선, 도 2a에 도시된 바와 같이, p+형 기판(201)에 p-에피층(202)이 형성된 p형 웨이퍼(203)에 활성 영역과 소자분리 영역을 분리하는 소자분리막(204)을 형성한다. In the CMOS image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention, first, as shown in FIG. 2A, an active region and a device are separated on a p-type wafer 203 having a p− epitaxial layer 202 formed on a p + type substrate 201. An isolation layer 204 is formed to separate regions.

이때, 고농도의 p+형 기판(201) 상에 저농도의 p-형 에피층(202)을 사용하는 이유는 첫째, 저농도의 p-에피층(202)이 존재하므로 포토다이오드의 공핍영역(Depletion region)을 크고 깊게 증가시킬 수 있어 광전하를 모으기 위한 포토다이오드의 능력(ability)을 증가시킬 수 있고, 둘째, p-형 에피층(202)의 하부에 고농도의 p+형 기판(201)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 있기 때문 이다.At this time, the reason why the low concentration of the p-type epi layer 202 is used on the high concentration p + type substrate 201 is as follows. First, since the low concentration of the p-type epitaxial layer 202 exists, a depletion region of the photodiode is used. Can be increased greatly and deeply to increase the photodiode's ability to collect photocharges, and secondly, having a high concentration of p + type substrate 201 under the p-type epilayer 202, This is because the charge is quickly recombined before the charge spreads to the neighboring pixel, thereby reducing the random diffusion of the photocharge, thereby reducing the change in the transfer function of the photocharge.

그리고, 상기 소자분리막(204)은 상기 도면에서는 STI 공정을 통하여 형성하였으나, 로코스(LOCOS) 공정등으로도 형성할 수 있다.In addition, although the device isolation layer 204 is formed through the STI process in the drawing, it may be formed by a LOCOS process or the like.

이어서, 상기 소자분리막(204)이 형성된 p형 웨이퍼(203) 상에 드라이브 트랜지스터(Dx)용 게이트 전극과 셀렉트 트랜지스터(Sx)용 게이트 전극이 형성될 p웰 영역(205)을 형성한다.Subsequently, a p well region 205 on which the gate electrode for the drive transistor Dx and the gate electrode for the select transistor Sx are to be formed is formed on the p-type wafer 203 on which the device isolation layer 204 is formed.

이어서, 상기 소자분리막(204)이 형성된 p형 웨이퍼(203) 상에 게이트 절연막(206)과 게이트 전도막(207)을 순차적으로 증착한후, 선택적으로 식각하여 4개의 트랜지스터용 게이트 전극(208)을 형성한다.Subsequently, the gate insulating film 206 and the gate conductive film 207 are sequentially deposited on the p-type wafer 203 on which the device isolation film 204 is formed, and then selectively etched to form four transistor gate electrodes 208. To form.

이때, 상기 4개의 트랜지스터용 게이트 전극(208)은 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)용 게이트 전극, 리셋 트랜지스터(Rx)용 게이트 전극, 드라이브 트랜지스터(Dx)용 게이트 전극, 셀렉트 트랜지스터(Sx)용 게이트 전극이 순서대로 정열되어 있는 것을 말한다.In this case, the gate electrodes 208 for the four transistors are a gate electrode for a transfer transistor (Tx), a gate electrode for a reset transistor (Rx), a gate electrode for a drive transistor (Dx), and a gate electrode for a select transistor (Sx). It is said to be aligned.

이어서, 상기 게이트 전극(208) 중 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)용 게이트 전극의 에지부분과 자기 정렬(Self Alignment)되도록 불순물을 주입하여 포토다이오드(209)를 형성한다.Subsequently, an impurity is implanted to self-align with an edge portion of the gate electrode for the transfer transistor Tx among the gate electrodes 208 to form a photodiode 209.

이어서, 상기 포토다이오드(209)와 상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)용 게이트 전극을 포함하고, 상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)용 게이트 전극과 리셋 트랜지스터(Rx)용 게이트 전극 사이의 기판도 함께 포함하는 제1 불순물 주입방지막(210)을 형성한다.Subsequently, the first impurity includes the photodiode 209 and the gate electrode for the transfer transistor Tx, and also includes a substrate between the gate electrode for the transfer transistor Tx and the gate electrode for the reset transistor Rx. An injection barrier 210 is formed.

이때, 상기 제1 불순물 주입방지막(210)은 상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)용 게이트 전극 양측의 상기 p형 웨이퍼(201)에 저농도 불순물 주입 및 할로 불순물 주입을 막아 전하 전송 효율을 높이기 위한 방지막이다.In this case, the first impurity implantation prevention film 210 is a prevention film for improving charge transfer efficiency by preventing low concentration impurity implantation and halo impurity implantation into the p-type wafer 201 on both sides of the gate electrode for the transfer transistor Tx.

이어서, 상기 제1 불순물 주입방지막(210)을 형성한 상기 p형 웨이퍼(201) 상에 저농도 불순물 주입 공정을 수행하여 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)용 게이트 전극을 제외한 3개의 트랜지스터용 게이트 전극(208)의 양측의 상기 p형 웨이퍼(203)에 저농도 불순물영역(211)을 형성한다.Subsequently, a low concentration impurity implantation process is performed on the p-type wafer 201 on which the first impurity implantation prevention film 210 is formed, so that the gate electrodes 208 of the three transistors except for the gate electrode for the transfer transistor Tx are formed. Low concentration impurity regions 211 are formed in the p-type wafers 203 on both sides.

이어서, 상기 저농도 불순물영역(211)을 형성한 기판에 할로 불순물 주입 공정을 수행하여 할로 불순물영역(215)을 형성한다.Next, a halo impurity region 215 is formed by performing a halo impurity implantation process on the substrate on which the low concentration impurity region 211 is formed.

이어서, 상기 제1 불순물 주입방지막(210)을 제거한다.Subsequently, the first impurity implantation prevention film 210 is removed.

다음으로, 도 2c에 도시된 바와 같이, 제1 불순물 주입방지막(210)을 제거한 기판에 상기 포토다이오드(209)를 포함하고, 상기 트랜스퍼 트랜지스트용 게이트전극의 일부를 덮는 제2 불순물 주입방지막(213)을 형성한다.Next, as illustrated in FIG. 2C, the second impurity implantation prevention film including the photodiode 209 on the substrate from which the first impurity implantation prevention film 210 is removed and covering a part of the gate electrode for the transfer transistor ( 213).

이어서, 상기 제2 불순물 주입방지막(213)을 형성한 상기 p형 웨이퍼(201) 상에 고농도 불순물 주입 공정을 수행하여 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)용 게이트 전극의 일측을 제외한 4개의 트랜지스터용 게이트 전극(208)의 양측의 상기 p형 웨이퍼(203)에 고농도 불순물영역(214)을 형성한다.Subsequently, a high concentration impurity implantation process is performed on the p-type wafer 201 on which the second impurity implantation prevention film 213 is formed, so that four transistor gate electrodes 208 except one side of the gate electrode for transfer transistor Tx are formed. A high concentration impurity region 214 is formed in the p-type wafer 203 on both sides of the substrate.

도 3a 및 3b는 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 공정을 나타낸 평면도이다.3A and 3B are plan views illustrating a manufacturing process of the CMOS image sensor according to the present invention.

본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 공정은 우선, 도 3a에 도시된 바 와 같이, 리셋 트린지스터(Rx), 드라이버 트랜지스터(Dx), 셀렉트 트랜지스터(Sx)가 형성된 영역을 제외한 모든 영역을 덮는 제1 불순물 주입방지 마스크(301)가 형성된 것을 확인할 수 있다.In the manufacturing process of the CMOS image sensor according to the present invention, first, as shown in FIG. 3A, all regions except for the region where the reset transistor Rx, the driver transistor Dx, and the select transistor Sx are formed are covered. It can be seen that the first impurity implantation prevention mask 301 is formed.

다음으로 도 3b에 도시된 바와 같이, 트랜스퍼 트랜지스터(Tx), 리셋 트린지스터(Rx), 드라이버 트랜지스터(Dx), 셀렉트 트랜지스터(Sx)가 형성된 영역을 제외한 모든 영역을 덮는 제2 불순물 주입방지 마스크(302)가 형성된 것을 확인할 수 있다.Next, as shown in FIG. 3B, the second impurity implantation prevention mask covering all regions except for the region in which the transfer transistor Tx, the reset transistor Rx, the driver transistor Dx, and the select transistor Sx are formed ( It can be seen that 302 is formed.

즉, 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 일측에 제1 불순물 주입방지 마스크(301)에 의해 저농도 및 할로 불순물영역이 형성되지 않고, 제2 불순물 주입방지 마스크(302)에 의해 고농도 불순물영역이 형성된다.That is, low concentration and halo impurity regions are not formed by the first impurity implantation prevention mask 301 on one side of the transfer transistor Tx, and high concentration impurity regions are formed by the second impurity implantation prevention mask 302.

상기와 같이 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 일측에 저농도 및 할로 불순물영역을 형성치 않게 되면, 픽셀 사이즈(Pixel Size)의 한계로 기인한 침투율(Saturation Level) 및 감광력(Sensitivity) 저하 현상을 플로팅 확산영역(FD)의 캐패시던스를 감소시키는 효과로 변환마진(Conversion Gain)을 증가시켜줄 수 있고, 또한 포토다이오드(PD) 에서 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)로의 전하 전송 효율을 극대화 시켜줄 수 있다.If the low concentration and halo impurity regions are not formed on one side of the transfer transistor Tx as described above, the floating diffusion region is reduced in the saturation level and sensitivity due to the limitation of the pixel size. By reducing the capacitance of the (FD) it can increase the conversion margin (Conversion Gain), it can also maximize the efficiency of charge transfer from the photodiode (PD) to the transfer transistor (Tx).

여기서, 변환마진에 대해 설명하면 씨모스 이미지센서는 포토다이오드에서 발생한 광전하를 플로팅 확산영역으로 전달하고, 이로 인한 플로팅 확산영역의 전하변위를 이용하여 이미지를 재현한다.Here, the conversion margin will be described. The CMOS image sensor transfers the photocharge generated in the photodiode to the floating diffusion region, and reproduces the image by using the charge displacement of the floating diffusion region.

이때, 플로팅확산영역의 캐패시턴스가 작으면 작을 수록, 포토다이오드로부 터 전달받은 광전하에 의해 변화하는 플로팅 확산영역의 전위변화량이 증가한다. 즉, 빛에 의해 생성된 광전하가 전기적인 신호로 변화하는 비율이 증가하는 것이다. 이를 변환마진(conversion margin)이라고도 하며, 변화마진은 시모스 이미지센서의 특성을 결정짓는 중요한 성능요소 중의 하나이다.In this case, the smaller the capacitance of the floating diffusion region is, the larger the potential change amount of the floating diffusion region changed by the photocharges transmitted from the photodiode is. In other words, the rate at which the photocharge generated by light changes to an electrical signal increases. This is also called a conversion margin, which is one of the important performance factors that determine the characteristics of the CMOS image sensor.

도 4a 및 도 4b는 전하 전송 효율에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면으로써, 본 도면을 통하여 종래 기술과 본 발명을 비교한다.4A and 4B show simulation results of charge transfer efficiency, and compare the present invention with the prior art through this drawing.

우선, 도 4a에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 씨모스 이미지 센서는 펀치쓰루(Punch Through)에 대한 방어목적으로 트랜스퍼 트랜지스터용 게이트 전극의 일측에 저농도 불순물영역 및 할로 불순물영역을 형성시킨다.First, as shown in FIG. 4A, the CMOS image sensor according to the related art forms a low concentration impurity region and a halo impurity region on one side of a gate electrode for a transfer transistor for the purpose of defending against punch through.

이때, 상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx) 채널 길이의 증가 효과에 따른 펀치쓰루 특성 개선을 독립적으로 고려할 수 없을 뿐만아니라, 상기 할로 불순물영역이 포토다이오드(PD)에서 상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)로의 전하 전송 경로상의 포텐설 베리어(Potential Barrier, 점으로된 원 참조)로써의 역할을 하게되어 데드존(Dead Zone) 특성을 열화시킨다.In this case, the punch-through characteristic improvement cannot be considered independently due to the increase in the length of the transfer transistor Tx channel, and the halo impurity region is formed on the charge transfer path from the photodiode PD to the transfer transistor Tx. It acts as a Potential Barrier (see a dotted circle), degrading dead zone characteristics.

다음으로, 도 4b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서는 상기 트랜스퍼 트랜지스터에 저농도 불순물영역 및 할로 불순물영역을 형성치 않음으로 상기와 같은 포텐셜 베리어 결함을 제거할 수 있다. 따라서, 포토다이오드(PD)에서 상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)로의 경로상의 프린징 필드(Fringing Field)의 개선과 아울러 포텐셜 베리어를 현저히 감소시킴으로써, 이미지 센서의 저조도 특성과 직접적인 관련을 가진 대드존 특성을 개선시킨다.Next, as shown in FIG. 4B, the CMOS image sensor according to the present invention can eliminate the potential barrier defects by forming a low concentration impurity region and a halo impurity region in the transfer transistor. Therefore, by improving the fringing field on the path from the photodiode PD to the transfer transistor Tx and significantly reducing the potential barrier, the dead zone characteristic directly related to the low light characteristic of the image sensor is improved. Let's do it.

또한, 플로팅 확산영역의 캐패시던스를 상당수준(10~20%)으로 감소시켜 이미지 센서의 다이나믹 레인지(Dynamic Range, 단위화소의 센싱결과를 출력하는 출력단이 움직일 수 있는 최대한의 전압변화)의 증가 및 감광도 개선에 직접적인 공헌을 한다.In addition, the capacitance of the floating diffusion region is reduced to a considerable level (10 to 20%), thereby increasing the dynamic range of the image sensor (maximum voltage change at which the output stage outputting the sensing result of the unit pixel can be moved). And direct improvement in photosensitivity.

이때, 상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 채널 길이는 펀치쓰루의 영향성을 배제하기에 충분한 0.5um이상의 크기를 갖는 것이 바람직하다.In this case, the channel length of the transfer transistor Tx preferably has a size of 0.5 μm or more sufficient to exclude the influence of punch-through.

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.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 트랜스퍼 트랜지스터의 일측에 저농도 불순물영역 및 할로 불순물영역을 형성치 않음으로써, 플로팅 확산영역의 캐패시던스를 낮추어 변환마진을 증가시킨다.As described above, the present invention does not form the low concentration impurity region and the halo impurity region on one side of the transfer transistor, thereby lowering the capacitance of the floating diffusion region to increase the conversion margin.

따라서, 증가된 변환마진으로 인하여 전하 전송 효율이 증가된다.Therefore, the charge transfer efficiency is increased due to the increased conversion margin.

그리고, 할로 불순물영역에 의해 발생하던 포텐셜 베리어 결함을 제거하여, 포토다이오드(PD)에서 상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)로의 경로상의 프린징 필드의 개선과 이미지 센서의 저조도 특성과 직접적인 관련을 가진 대드존 특성을 개선시킨다.In addition, the potential barrier defect caused by the halo impurity region is removed to improve the fringing field on the path from the photodiode PD to the transfer transistor Tx and the direct zone characteristic directly related to the low light characteristic of the image sensor. Improves.

또한, 플로팅 확산영역의 캐패시던스를 상당수준(10~20%)으로 감소시켜 이미지 센서의 다이나믹 레인지의 증가 및 감광도 개선에 직접적인 공헌을 한다.In addition, the capacitance of the floating diffusion region is reduced to a considerable level (10-20%), which contributes directly to the increase of the dynamic range of the image sensor and the improvement of the photosensitivity.

Claims (2)

반도체 기판 상에 트랜스퍼 트랜지스터용 게이트 전극을 포함하는 복수의 게이트 전극을 형성하는 단계;Forming a plurality of gate electrodes including gate electrodes for transfer transistors on the semiconductor substrate; 상기 트랜스퍼 트랜지스터용 게이트 전극 일측의 포토다이오드영역과 타측의 플로팅 확산영역의 기판에 저농도 불순물 주입 및 할로 불순물 주입을 막아 주기 위한 불순물 주입방지막을 형성하는 단계;Forming an impurity implantation prevention film to prevent low concentration impurity implantation and halo impurity implantation in a substrate of a photodiode region on one side of the transfer transistor gate electrode and a floating diffusion region on the other side; 상기 불순물 주입방지막을 형성한 기판에 저농도 불순물 주입 공정과 할로 불순물 주입 공정을 순차적으로 수행하는 단계;Sequentially performing a low concentration impurity implantation process and a halo impurity implantation process on the substrate on which the impurity implantation prevention film is formed; 상기 불순물 주입방지막을 제거하는 단계;Removing the impurity implantation prevention film; 상기 트랜스퍼 트랜지스터용 게이트 전극 및 복수개의 게이트 전극의 양측벽에 스패이서를 형성하는 단계; 및Forming a spacer on both sidewalls of the transfer transistor gate electrode and the plurality of gate electrodes; And 상기 스패이서가 형성된 상기 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트 전극 및 복수개의 게이트 전극 양측의 기판에 고농도 불순물 주입 공정을 수행하는 단계Performing a high concentration impurity implantation process on a gate electrode of the transfer transistor having the spacer formed thereon and a substrate on both sides of the gate electrode; 를 포함하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법.Method of manufacturing a CMOS image sensor comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 트랜스퍼 트랜지스터는 채널 길이가 0.5um 이상인 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법.And the transfer transistor has a channel length of 0.5 μm or more.
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