KR20070017029A - Reduced crosstalk cmos image sensors - Google Patents
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Abstract
본 발명은 특히 원적외의 적외선 파장에서의, 높은 감응성와 낮은 혼신을 갖는 CMOS 이미지 센서와, 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것이다. CMOS 이미지 센서는 기판과, 기판 상의 에피택셜 층과, 수광하기 위해 에피택셜 층 내로 연장하는 다수의 픽셀들을 포함한다. 또한 이미지 센서는 기판 내에서 발생된 캐리어들이 에피택셜 층으로 이동하는 것을 막기 위한, 기판과 에피택셜 층 사이의 적어도 하나의 수평의 배리어 층과, 에피택셜 층 내 전자들의 횡방향 발산을 막기 위한, 인접한 다수의 픽셀들 사이의 다수의 횡방향 배리어 층들을 포함한다.The present invention relates, in particular, to a CMOS image sensor with high sensitivity and low interference at far infrared wavelengths, and to a method of manufacturing the image sensor. The CMOS image sensor includes a substrate, an epitaxial layer on the substrate, and a plurality of pixels extending into the epitaxial layer for receiving light. The image sensor may also be adapted to prevent carriers generated within the substrate from moving to the epitaxial layer, at least one horizontal barrier layer between the substrate and the epitaxial layer, and to prevent lateral divergence of electrons in the epitaxial layer, It includes a plurality of transverse barrier layers between adjacent multiple pixels.
Description
도 1은 본 발명의 설명을 돕기 위한 종래 기술의 CMOS 이미지 센서의 일부의 개략적인 단면도를 도시한 도면,1 is a schematic cross-sectional view of a portion of a prior art CMOS image sensor to aid in the description of the present invention;
도 2a는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서의 일부의 개략적인 단면도를 도시한 도면,2A illustrates a schematic cross-sectional view of a portion of a CMOS image sensor in accordance with an exemplary embodiment of the present invention;
도 2b는 본 발명을 설명을 돕기 위한 P-형 반도체 내의 도핑 배리어의 기능을 개략적으로 도시한 도면,2b schematically illustrates the function of a doping barrier in a P-type semiconductor to aid in explaining the present invention;
도 3은 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서의 일부의 개략적인 단면도를 도시한 도면,3 is a schematic cross-sectional view of a portion of a CMOS image sensor according to another exemplary embodiment of the present invention;
도 4는 도 3에 도시된 CMOS 이미지 센서의 개략적인 평면도를 도시한 도면,4 is a schematic plan view of the CMOS image sensor shown in FIG. 3;
도 5 내지 도 12는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서의 제조 방법의 단계를 개략적으로 도시한 도면,5 to 12 schematically illustrate the steps of a method of manufacturing a CMOS image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention;
도 13 내지 도 15는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서의 제조 방법의 단계를 개략적으로 도시한 도면. 13-15 schematically illustrate the steps of a method of manufacturing a CMOS image sensor in accordance with another exemplary embodiment of the present invention.
CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 이미지 센서는 원적외의 적외선 파장 범위(far-red to infrared wavelength range)(약 700nm 내지 약 1mm)에서 감소된 감응성 및 증가된 혼신(crosstalk)으로 인해 손해를 입으며 이는 이러한 파장에서의 흡수 깊이(absorption depth)가 픽셀 깊이(pixel depth)보다 훨씬 깊기 때문이다. 이미지 센서와 충돌하는 광이 센서의 실리콘 표면보다 더 아래에 침투하기 때문에 혼신이 증가하며, 전자-홀 쌍은 기판 내 깊은 곳에서 발생된다. 이 깊이는 픽셀들의 수집 범위보다 더 아래이며, 그러므로 포토 발생 캐리어들(photo-generated carriers)은 모든 방향으로 자유롭게 발산할 수 있다. 통상적으로 사용되는 기판에서 전자의 발산 길이는 약 5㎛이며, 상대적으로 전자들이 인접한 픽셀로 발산하여 혼신을 발생시키기 쉽다. 약하게 도핑된(lower-doped) 에피택셜 층에서의 발산 길이는 훨씬 길 수도 있으며, 또한 이것은 부적절하게 설계된 이미지 센서에 심각한 혼신을 가져올 수 있다. 또한 원적외의 적외선 파장 범위에서의 CMOS 이미지 센서의 감응성은 깊은 곳에서 발생된 다수의 캐리어들이 기판 내에서 재결합하여 손실되기 때문에 감소된다. Complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) image sensors suffer from reduced sensitivity and increased crosstalk in the far-red to infrared wavelength range (about 700 nm to about 1 mm). This is because the absorption depth at this wavelength is much deeper than the pixel depth. The interference increases because light impinging on the image sensor penetrates further below the silicon surface of the sensor, and electron-hole pairs occur deep within the substrate. This depth is further below the collection range of the pixels, so that photo-generated carriers can diverge freely in all directions. In a conventionally used substrate, the divergence length of electrons is about 5 mu m, and relatively electrons diverge to adjacent pixels to easily cause interference. The divergence length in the lower-doped epitaxial layer may be much longer, which can also result in severe interference with an improperly designed image sensor. In addition, the sensitivity of the CMOS image sensor in the far infrared wavelength range is reduced because a large number of deeply generated carriers are lost by recombination in the substrate.
CMOS 이미지 센서 내의 혼신을 감소시키는 구조는 전형적으로 가시 광선에 적합한 카메라 칩의 제조에 기초한다. 일반적으로, 이미지 센서의 도펀트 프로파일(dopant profile)은 고갈되지 않은 영역(undepleted region) 내의 준-전기장이 캐리어를 포토다이오드 내로 다시 밀도록 맞추어진다. 이미지 센서 내의 혼신을 감 소시키는 종래의 구조의 예들은 깊은 어레이 임플란트(array implant)를 제공하는 단계와, 기판의 상부 상에 얇고 약하게 도핑된 층을 제공하는 단계와, 빨간색 픽셀을 제외한, 파란색 및 녹색 픽셀 아래의 깊은 p+ 층을 임플란트하는 단계와, 임의의 형태의 멀티층 구조체를 제공하는 단계를 포함한다. 이러한 구조체는, 특히 원적외의 적외선 파장에서, 혼신을 감소시키는 데에 어느 정도 효과를 갖는 반면, 이미지 센서의 감응성도 또한 감소시킨다. Structures that reduce interference in CMOS image sensors are typically based on the manufacture of camera chips suitable for visible light. In general, the dopant profile of an image sensor is tailored such that a quasi-electric field in an undepleted region pushes the carrier back into the photodiode. Examples of conventional structures that reduce interference in the image sensor include providing a deep array implant, providing a thin and lightly doped layer on top of the substrate, blue and white except red pixels. Implanting a deep p + layer under the green pixel and providing any type of multi-layer structure. Such structures have some effect on reducing interference, especially at far infrared wavelengths, while also reducing the sensitivity of the image sensor.
본 발명은 특히 원적외의 적외선 파장에서의, 높은 감응성와 낮은 혼신을 갖는 CMOS 이미지 센서와, 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서는 기판과, 기판 상의 에피택셜 층과, 광을 획득하기 위해 에피택셜 층 내로 연장하는 다수의 픽셀들을 포함한다. 또한 이미지 센서는 기판 내에서 발생된 캐리어들이 에피택셜 층으로 이동하는 것을 막기 위한, 기판과 에피택셜 층 사이의 적어도 하나의 수평의 배리어 층과, 에피택셜 층 내 전자들의 횡방향 발산을 막기 위한, 인접한 다수의 픽셀들 사이의 다수의 횡방향 배리어 층들을 포함한다.The present invention relates, in particular, to a CMOS image sensor with high sensitivity and low interference at far infrared wavelengths, and to a method of manufacturing the image sensor. The CMOS image sensor according to the present invention comprises a substrate, an epitaxial layer on the substrate, and a plurality of pixels extending into the epitaxial layer to obtain light. The image sensor may also be adapted to prevent carriers generated within the substrate from moving to the epitaxial layer, at least one horizontal barrier layer between the substrate and the epitaxial layer, and to prevent lateral divergence of electrons in the epitaxial layer, It includes a plurality of transverse barrier layers between adjacent multiple pixels.
본 발명은 전술된 바에 추가적인 또는 대신하는 실시예들과 다른 특성 및 장점을 제공한다. 이러한 다양한 특성 및 장점들은 첨부된 도면을 참조하여 아래의 설명에서 보다 명백해질 것이다.The present invention provides other features and advantages than the above or other embodiments as described above. These various features and advantages will become more apparent from the following description with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따른 예시적인 실시예는, 특히 원적외의 적외선 파장(far-red to infrared wavelength)에서 높은 감응성과 낮은 혼신을 갖는 CMOS 이미지 센서와 이의 제조 방법을 제공한다. Exemplary embodiments according to the present invention provide a CMOS image sensor with high sensitivity and low interference, in particular at far-red to infrared wavelengths, and a method of manufacturing the same.
도 1은 본 발명의 기술을 돕기 위한 종래 기술에서의 CMOS 이미지 센서 일부의 개략적인 단면도이다. CMOS 이미지 센서는 참조 번호(100)로서 지정되며, 일반적으로 기판(102), 기판 상의 에피택셜 층(104) 및 어레이로 배열되며 에피택셜 층(104) 내로 연장되는 다수의 픽셀들(오직 두 개의 픽셀(110, 112)만이 도 1에 도시되었다)을 포함한다. 기판(102) 및 에피택셜 층(104)은 모두 실리콘 반도체 재료로 구성되나, 기판(102)은 P+ 반도체 재료(강하게 도핑된(doped) P형)로, 에피택셜 층(104)은 P- 반도체 재료(약하게 도핑된 P형)로 제조된다. 1 is a schematic cross-sectional view of a portion of a CMOS image sensor in the prior art to aid the techniques of the present invention. The CMOS image sensor, designated as
픽셀(110, 112)들은 픽셀로의 접촉을 향상시키기 위해, 포토다이오드 n-웰(114, 116)과, 포토다이오드 n-웰(114, 116) 상에 침착된 표면 임플란트 영역(surface implant region)(118, 120)을 각각 포함한다. 포토다이오드 n-웰(114, 116)은 N- 반도체 재료(약하게 도핑된 N형)로 제조되며, 표면 임플란트 영역(118, 120)은 N+ 반도체 재료(강하게 도핑된 N형)으로 제조된다. P형 반도체 재료(도 1에서 P-웰(122)로 지정됨)는 픽셀들(110, 112)을 서로 분리시키기 위해 제공된다.The
도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, (이후로는 일반적으로 '적외선 파장'으로 기술될) 원적외의 적외선 파장에서의 광(130)이 픽셀 소자(110)에 충돌하면, 광은 이미지 센서(100)의 실리콘 표면의 아래에 침투하며, 기판(102) 내 깊은 곳에 서 전자-홀 쌍이 발생된다. 이 깊이는 픽셀들이 수집하는 범위보다 훨씬 깊으며, 그러므로 광-발생 캐리어(photo-generated carrier)는 모든 방향으로 자유롭게 발산할 수 있다. 강하게 도핑된 실리콘 기판(102)과 같은 통상적인 기판에서 전자의 발산 길이는 약 5㎛이며, 다수의 전자들이 픽셀(112)과 같은 인접한 픽셀로 발산하고 혼신을 일으키기가 상대적으로 쉽다. 또한, CMOS 이미지 센서(100)에서, 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이 자체의 픽셀을 갖는 에피택셜 층 내에서 발생된 캐리어들로부터 구분되는, 깊은 곳에서 발생된 다수의 캐리어들은 기판 내에서 재결합하여 손실되기 때문에 감응성이 감소된다.As schematically shown in FIG. 1, when
도 2a는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서 일부의 개략적인 단면도이다. 이미지 센서는 일반적으로 참조 번호(200)로서 지정되며, 도 1에 도시된 CMOS 이미지 센서와 유사하고, 기판(202), 에피택셜 층(204) 및 포토다이오드 n-웰(214, 216) 및 표면 임플란트 영역(218, 220)을 각각 포함하고 에피택셜 층(204) 내로 연장되는 픽셀들(210, 212)을 포함한다. 또한 도 1에 도시된 CMOS 이미지 센서(100)와 유사하게, 기판(202)은 P+ 실리콘 반도체 재료를 포함하고, 에피택셜 층(204)은 P- 실리콘 반도체 재료를 포함하며, 포토다이오드 n-웰들(214, 216)은 N- 반도체 재료로 형성되고, 표면 임플란트 영역(218, 220)은 N+ 반도체 재료로 형성된다. P형 반도체 재료(P-웰(222)로 지정됨)는 픽셀들(210, 212)을 서로 분리시키기 위해 제공된다. 2A is a schematic cross-sectional view of a portion of a CMOS image sensor in accordance with an exemplary embodiment of the present invention. The image sensor is generally designated as
도 2a의 CMOS 이미지 센서(200)는 에피택셜 층(204)이 에피택셜 층(104)보다 두꺼우며(예로서, 도 1의 이미지 센서(100)와 같은 전형적인 CMOS 이미지 센서에서 의 두께가 약 2㎛ 내지 6㎛인데 비해, 약 4㎛ 내지 20㎛의 두께를 갖는다), 에피택셜 층(204) 내에서 연장하는, 보다 깊은 포토다이오드 n-웰(214, 216)을 포함한다(예로서, 도 1의 이미지 센서(100)와 같은 전형적인 CMOS 이미지 센서에서의 깊이가 약 1㎛ 내지 2㎛인데 비해, 약 2㎛ 내지 10㎛의 깊이를 갖는다)는 점에서 도 1의 CMOS 이미지 센서(100)와 다르다. 보다 두꺼운 에피택셜 층과 보다 깊은 포토다이오드 n-웰은 픽셀의 표면보다 훨씬 낮은 고갈 깊이(depletion depth)로의 침투를 가능케 한다. The
에피택셜 층(204)은 약하게 도핑된 P형 재료이며, 고갈 깊이 아래에서, 도핑은 캐리어를 이동시키는 전기장을 제공할 수 있도록 구배된다. 또한, 수평의 배리어 층(224)은 에피택셜 층의 차별된 층의 아래, 기판(202)과 에피택셜 층(204)의 사이에 제공된다. 수평의 배리어 층(224)은 수평의 배리어 층 아래의 기판(202)에서 발생된 캐리어들이 근처의 픽셀을 향해 발산하여 혼신을 야기하는 것을 방지하는 기능을 한다. The
CMOS 이미지 센서(200)의 포토다이오드 n-웰(214, 216)의 깊이가 증가하기 때문에, 다수의 캐리어들이 수집되어 이미지 센서의 감응성을 증가시킬 수 있다. 동시에, 수평의 배리어 층(224) 아래의 기판(202)에서 발생된 전자들은, 기판 내에 남아있으며 재결합된다. 따라서, CMOS 이미지 센서(200)는, 도 1의 이미지 센서(100)와 비교하여 적외선 파장에서 높은 감응성을 가지며 혼신도 감소된다. Because the depth of the photodiode n-
도 2b는 본 발명의 설명을 돕기 위해 P형 반도체 내의 도핑 배리어의 작용을 개략적으로 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이, 반도체는 일반적으로 참조 번 호(250)로서 지정되며, 사실상 전자(256)와 같은 전자들의 활동을 제어하기 위해, 배리어(254)를 생성하는 보다 강하게 도핑된 영역(252)을 포함한다. 특히, 화살(258)로 도시된 바와 같이, 전자(256)는 배리어(254)를 가로지를 수 없다. 이와 같이, 배리어(254)는 전자들이 이웃하는 픽셀로 발산하여 혼신을 야기하는 것을 방지하는 데에 사용될 수 있다.FIG. 2B is a diagram schematically illustrating the action of a doping barrier in a P-type semiconductor to help explain the present invention. As shown, the semiconductor is generally designated as
본 발명의 예시적인 실시예에 따라, 수평의 배리어 층(224)은 선택적인 수평 도핑에 의해 제공된다. 매우 효율적인 배리어를 제공하기 위해, 약 100Å 내지 약 1㎛의 두께를 가지며, 약 1019/㎤ 내지 1020/㎤의 범위로 도핑된, 매우 강하게 붕소로 도핑된 층이 사용된다. 또한 전형적인 열적 용량(thermal budget)은 상당한 붕소의 발산을 일으키며 따라서 붕소이 퍼져나가 이미지 센서의 포토다이오드 영역 내로 발산하여 감응성을 감소시키기 때문에 배리어 층(224)은 맞추기 힘든, 표준 CMOS 제조 프로세스의 열적 용량을 견딜 수 있어야 한다. 이러한 외부로의 발산은 배리어 층의 붕소의 양을 감소시킬 수 있으며 그것의 효율을 감소시킨다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 붕소의 발산은 3% 미만의 농도의 탄소 배리어 층을 사용함으로써 감소될 수 있다.In accordance with an exemplary embodiment of the present invention, the
수평의 배리어 층(224)을 제공하는 데에 관련된 다른 문제는 붕소과 탄소의 추가는 실리콘의 격자 상수(lattice constant)를 감소시키며 이는 배리어 층의 두께를 제한할 것이라는 점이다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 붕소의 발산을 제한하면서 격자 스트레스를 감소시키기 위해, Ge를 추가하여 변형을 보 상(strain-compensating)함으로써 보다 두꺼운 배리어 층이 성장될 수 있다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 일반적으로 발산을 제한하고 격자 변형을 줄이기 위해, 수평의 배리어 층(224)은 붕소, 알루미늄, 인듐, 인, 비소, 안티몬, 게르마늄 및 탄소 중 하나 이상을 포함한다.Another problem associated with providing a
본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따르면, 얇은 탄소 함유 층의 한 측면 또는 양 측면 상에 수평의 배리어 층을 제공하는 강하게 붕소로 도핑된 Si 층으로 캡핑(capping) 또는 인캡슐레이팅(encapsulating) 함으로써 붕소의 발산을 제한함과 동시에 격자 스트레스가 감소될 수 있다. 또한, 고체 소스(solid-source) 발산 후에 탄소로 도핑된 Si 층을 이용해 캡핑할 수도 있다.According to another exemplary embodiment of the present invention, by capping or encapsulating with a layer of strongly boron doped Si which provides a horizontal barrier layer on one or both sides of the thin carbon containing layer Lattice stress can be reduced while limiting the divergence of boron. It may also be capped with a Si layer doped with carbon after solid-source divergence.
도 3은 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서 일부의 개략적인 단면도를 도시한다. 이미지 센서는 일반적으로 참조 번호(300)로서 지정되며, 기판(302), 에피택셜 층(304), 기판과 에피택셜 층 사이의 수평 배리어 층(324), 포토다이오드 n-웰(314, 316) 및 표면 임플란트 영역(318, 320)을 각각 포함하는 픽셀(310, 312)을 포함한다는 점에서 도 2a의 CMOS 이미지 센서(200)와 유사하다. 또한 도 2a의 이미지 센서(200)와 유사하게, 기판(302)은 P+ 실리콘 반도체 재료를 포함하고, 에피택셜 층(304)은 P- 실리콘 반도체 층을 포함하며, 수평의 배리어 층(324)은 매우 강하게 붕소로 도핑된 층을 포함하고, 포토다이오드 n-웰(314, 316)은 N- 반도체 재료로 제조되며, 표면 임플란트 영역(318, 320)은 N+ 반도체 재료로 제조된다. P형 반도체 재료(P- 웰(322)로서 지정됨)는 픽셀(310, 312) 사이에 제공된다.3 shows a schematic cross-sectional view of a portion of a CMOS image sensor in accordance with another exemplary embodiment of the present invention. The image sensor is generally designated as
CMOS 이미지 센서(300)는 인접한 픽셀(310, 312) 사이의 P-웰(322)이 도 2a의 P-웰(222)보다 훨씬 깊은 곳까지 연장되며(예로서, 도 1의 이미지 센서(100)와 같은 전형적인 CMOS 이미지 센서에서의 깊이가 약 1㎛ 내지 2㎛인데 비해, 표면 아래 약 2㎛ 내지 20㎛의 깊이), 또한 각각의 P-웰(322) 내에 깊은 트렌치(326)를 포함하고 있다는 점에서 CMOS 이미지 센서(200)와 다르다.The
특히, CMOS 이미지 센서(200)에서 제공된 바와 같이, 보다 깊은 포토다이오드 수집 층으로 인해, 에피택셜 층 내에서의 횡방향 발산은 혼신을 증가시키는 효과를 가져올 것이다. 그러나, 이미지 센서(300)에서는, 트렌치(326)를 갖는 깊은 P-웰(322)이 픽셀들 사이의 횡방향 발산을 방지하기 위한 인접한 픽셀들 간의 횡방향 배리어 층으로서의 역할을 한다. 트렌치는 약 0.5㎛ 내지 5㎛의 두께를 가질 수 있으며, P-웰과 트렌치를 포함하는 횡방향 배리어 층은 약 1㎛ 내지 10㎛의 두께를 가질 수 있다. In particular, as provided in the
본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 깊은 트렌치(326)는 P-웰 차단(322)을 제공하기 전에 형성되는 것이 바람직하다. 이것은 붕소가 장치 깊숙이 주입되는 것을 허용한다. 이와는 달리, P-도핑된 폴리실리콘을 트렌치-충진물로서 침착시킨 다음, 폴리실리콘 내의 P-도펀트를 발산시킬 수 있다. 사용될 수 있는 다른 트렌치 충진물은 질화 실리콘 및 실리콘 다이옥사이드를 포함한다. 도핑된 SiO2(보로실리케이트 유리)는 붕소를 제공하는 데에 사용될 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present invention, the
이미지 센서(300)에서, p-n 접합 또는 n-웰로부터의 고갈 영역은 트렌치에 닿아서는 안된다. 이것은 트렌치의 표면이 표면 상태를 포함하기 때문이며, 만약 고갈 영역이 트렌치에 닿으면, 누설 전류의 흐름을 발생시킬 것이다. 사실, 이것은 붕소를 발산시키는 주요 원인이다. 붕소는 n-웰로부터의 고갈 영역이 트렌치에 닿는 것을 방지한다. 붕소는 또한 트렌치가 없을 경우의 실시예에서와 마찬가지로, 픽셀 분리를 돕는다.In the
도 4는 도 3에 도시된 CMOS 이미지 센서 일부의 개략적인 평면도이다. 특히, 도 4는 인접한 픽셀들 사이에서의 횡방향 발산을 방지하는 횡방향 배리어 층을 형성하는 도 3의 트렌치(326)를 정의하는, CMOS 이미지 센서(300) 내 다수의 픽셀들(402) 사이에 제공된 마스크(404)를 도시한다. 4 is a schematic plan view of a portion of the CMOS image sensor shown in FIG. 3. In particular, FIG. 4 includes a plurality of
그러므로 CMOS 이미지 센서(300)는 적외선 파장에서의 높은 감응성과 감소된 혼신을 제공하기 위해 보다 두꺼운 에피택셜 층과 보다 깊은 포토다이오드 접합을 갖는 접속부 내의 수평의 배리어 층(324)과, 보다 깊은 포토다이오드 사이의 횡방향 발산을 감소시키기 위해 인접한 픽셀들 사이의 깊은 p-웰(324)과 트렌치(326)에 의해 정의되는 횡방향 배리어 층을 제공한다. Therefore,
그러므로, 본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 이미지 센서의 기판과 에피택셜 층 사이의 하나 이상의 수평의 배리어 층과 함께, 보다 두꺼운 에피택셜 층과 보다 깊은 포토다이오드 접합과, 인접한 픽셀들 사이의 횡방향의 배리어 층을 갖는 CMOS 이미지 센서는, 특히 원적외의 적외선 파장의 광에서 증가된 감응성과 감소된 혼신을 갖는 이미지 센서를 제공한다. 본 발명은 CMOS 이미지 센서를 780nm 또는 840nm의 AlGaAs/GaAs과 같은 적은 비용의 적외선 광원과 함께 사용하는, 특히 광마 우스와 같은 동작 탐지 장치와, 안구 감식 장치와 같은 적외선 이미지 장치에 적합하지만, 본 발명은 어떠한 특정 파장의 광 또는 어떠한 특정 장치의 사용에 제한되지 않는다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 적외선 광원은 망막에 의해 반사율이 개선되고 대상을 산란시키지 않으면서 안구의 감식을 가능케 하기 때문에 특히 눈 검출 장치에 적합하다.Therefore, according to an exemplary embodiment of the present invention, a thicker epitaxial layer and a deeper photodiode junction, along with one or more horizontal barrier layers between the substrate and the epitaxial layer of the image sensor, transverse between adjacent pixels. CMOS image sensors with a barrier layer in the direction provide an image sensor with increased sensitivity and reduced interference, especially in light of far infrared wavelengths. The present invention is suitable for motion detection devices such as optical mice and infrared imaging devices such as eye recognition devices, in particular using CMOS image sensors with low cost infrared light sources such as AlGaAs / GaAs of 780 nm or 840 nm, It will be appreciated that the light is not limited to the use of any particular wavelength of light or any particular device. Infrared light sources are particularly suitable for eye detection devices because the reflectance is improved by the retina and the eye can be recognized without scattering the object.
도 5 내지 도 12는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서의 제조 방법의 단계를 개략적으로 도시한 도면이다. 특히, 도 5 내지 도 12는 도 3에 도시된 이미지 센서(300)에 제공된 바와 같은 트렌치를 포함하지 않는, 픽셀 사이의 횡방향 배리어 층을 갖는 CMOS 이미지 센서의 제조 방법의 단계를 도시한다. 5 to 12 are schematic diagrams illustrating steps of a method of manufacturing a CMOS image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention. In particular, FIGS. 5-12 illustrate steps of a method of manufacturing a CMOS image sensor having a lateral barrier layer between pixels, which does not include trenches as provided in the
먼저 도 5를 참조하면, 약 5E18 정도로 강하게 붕소로 도핑된 처음의 실리콘 블록(502)이 먼저 제공된다. 본 발명은 P형 도펀트인 붕소에 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 알루미늄, 갈륨 및 인듐을 포함하는 다른 P형 도펀트들이 사용될 수 있다. 유사하게, 인, 비소 및 안티몬을 포함하는 다른 N형 도펀트들 또한 사용될 수 있다. 그 다음 두께가 10,000Å인 열적 산화물 층(504)과 두께와 5,000Å의 LTO가 실리콘 상에 성장되며, 포토레지스트 층(506)이 산화물 층 상에 도포된다.Referring first to FIG. 5, an
도 6을 참조하면, 패턴(508)이 포토레지스트 층(506)에서 전개된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 산화물 층은 도시된 바와 같이 에칭되고(510), 그 다음 포토레지스트 층(506)은 도 7에 도시된 바와 같이 벗겨지게 된다. Referring to FIG. 6,
임플란트 산화물(512)은 도 8에 개략적으로 도시된 바와 같이 성장된다. 이 것은 에피택셜 층이 도포된 후에 따라서 실리콘 내부에 계단을 형성할 것이다. 그 다음 많은 양의 붕소가 복수의 에너지로 임플란트된다. 이것은 붕소가 서로 다른 깊이(514)로 침투하여, 그에 따라 횡방향 발산 배리어를 형성한다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 임플란트 양 및 에너지들은 다음과 같다:
1. Energy 30 kev Dose 2.9E14Energy 30 kev Dose 2.9E14
2. Energy 60 kev Dose 5.8E14Energy 60 kev Dose 5.8E14
3. Energy 90 kev Dose 6.4E14Energy 90 kev Dose 6.4E14
4. Energy 120 kev Dose 7.7E14
5. Energy 180 kev Dose 1.15E155.Energy 180 kev Dose 1.15E15
6. Energy 240 kev Dose 1.34E156.Energy 240 kev Dose 1.34E15
보다 높은 에너지 임플란트가 절반의 에너지 레벨에서 2배로 이온화된 붕소의 임플란트를 통해 행해질 수 있다는 점을 인식해야 한다. It should be appreciated that higher energy implants can be made through implants of boron ionized twice at half the energy level.
그 다음 도 9에 개략적으로 도시된 바와 같은 높은 온도의 가열 냉각 및 임플란트의 발산(516)이 실행된다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 매립 층의 유도 레서피는 다음과 같다:A high temperature heat cooling and
1. 850℃에서 질소에 적재한다1. Load at nitrogen at 850 ℃
2. 질소 내에서 1000℃까지 일분당 5℃씩 상승시킨다2. Raise by 5 ℃ per minute to 1000 ℃ in nitrogen.
3. 질소 내에서 1000℃에서 90분간 어닐링시킨다(anneal)3. Anneal for 90 minutes at 1000 ° C in nitrogen
4. 질소 내에서 1125℃까지 일분당 3℃씩 상승시킨다4. Raise 3 ° C. per minute to 1125 ° C. in nitrogen.
5. 질소와 2.5%의 산소 내에서 1125℃로 220분간 구동한다5. Run for 220 minutes at 1125 ℃ in nitrogen and 2.5% oxygen
6. 질소 내에서 1000℃까지 일분당 3℃씩 상승시킨다6. Rise 3 ° C. per minute to 1000 ° C. in nitrogen
7. 질소 내에서 1000℃에서 240분간 어닐링시킨다7. Anneal for 240 minutes at 1000 ° C. in nitrogen.
8. 질소 내에서 850℃까지 일분당 3℃씩 상승시킨다8. Raise 3 ° C. per minute to 850 ° C. in nitrogen.
9. 웨이퍼들을 질소 내로 밀어넣는다9. Push wafers into nitrogen
그 다음 도 10에 도시된 바와 같이 산화물이 제거되며, p-에피택셜 층(518)은 도 11에 도시된 바와 같이 성장된다. 처리 후, 횡방향 배리어 층(횡방향 도핑 배리어)(520)은 도 12에 도시된 바와 같이 발산한다. 위를 향한 확장(522)은 전자의 속박을 돕는다.Oxides are then removed as shown in FIG. 10 and p-
도 13 내지 도 15는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서의 제조 방법의 단계를 개략적으로 도시한 도면이다. 특히, 도 13 내지 도 15는 이미지 센서의 기판 및 에피택셜 층 사이의 수평의 배리어 층과, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 이미지 센서 내의 인접한 픽셀 사이의 횡방향 배리어 층을 모두 포함하는 CMOS 이미지 센서의 제조 방법의 단계를 개략적으로 도시한다. 13 to 15 are schematic diagrams illustrating steps of a method of manufacturing a CMOS image sensor according to another exemplary embodiment of the present invention. In particular, FIGS. 13-15 illustrate a CMOS image comprising both a horizontal barrier layer between a substrate and an epitaxial layer of an image sensor and a lateral barrier layer between adjacent pixels in an image sensor according to an exemplary embodiment of the invention. The steps of the manufacturing method of the sensor are schematically shown.
먼저, 도 13에 도시된 바와 같이, 매우 강하게 도핑된 수평의 배리어 층(>1e19B)(604)이 강하게 도핑된 실리콘 기판(~5e18B)(602)의 상부 위에 형성된다. 그 다음 적절히 고정되거나 또는 차별된 도핑과 함께 에피택셜 층(606)은 수평의 배리어 층(604) 위에 제공된다. 차별된 도핑 프로파일은 캐리어들을 윗 방향으로 이동시키고 수집 효율을 향상시키기는 전기장을 제공할 것이다. First, as shown in FIG. 13, a very heavily doped horizontal barrier layer (> 1e19B) 604 is formed over the top of the heavily doped silicon substrate (˜5e18B) 602. An
도 5 내지 도 12를 참조하여 전술된 횡방향의 배리어 층이 있는 CMOS 이미지 센서의 제조 프로세스는 도 14에 도시된 바와 같이 에피택셜 층(606) 내의 횡방향 배리어 층(610)을 제공하기 위해 실행된다. 마지막으로, 약하게 도핑된 포토다이오드 에피택셜 층(612)이 도 15에 도시된 바와 같이 성장되어 이미지 센서가 완성된다.The fabrication process of the CMOS image sensor with the transverse barrier layer described above with reference to FIGS. 5-12 is performed to provide the
전술된 설명은 본 발명에 따른 예시적인 실시예를 구성하지만, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내의 다양한 방법에서의 변경이 가능하다. 예로서, 본 발명에 따른 실시예에서 CMOS 이미지 센서의 제조 방법을 기술했지만, 본 발명에 따른 이미지 센서는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 다수의 서로 다른 방법들로 제조될 수 있다. 또한, 본 명세서에 기술된 CMOS 이미지 센서의 특정한 성질은 본 발명으로부터 벗어나지 않는 한 다양한 방식으로 변경될 수 있다. 예로서, 본 명세서에 기술된 이미지 센서는 반대되는 도핑 유형들, 즉 n+ 기판, n- 에피택셜 층, n-웰 차단, p-웰 픽셀들 및 p+ 콘택트를 사용하여 제조될 수 있다. 이와 같은 이미지 센서에서의 배리어 층은 n+이 될 것이다. 일반적으로, 본 명세서에 사용된 "CMOS 이미지 센서"라는 용어는 CMOS 전자공학과 양립할 수 있으며 집적될 수 있는 CMOS 프로세스에서 제조될 수 있는 모든 이미지 센서를 포함하는 것이다.While the foregoing description constitutes exemplary embodiments in accordance with the present invention, modifications may be made in various ways without departing from the scope of the present invention. By way of example, while a method of manufacturing a CMOS image sensor has been described in an embodiment according to the present invention, the image sensor according to the present invention may be manufactured in a number of different ways without departing from the scope of the present invention. In addition, certain properties of the CMOS image sensor described herein may be modified in various ways without departing from the present invention. By way of example, the image sensor described herein can be fabricated using the opposite doping types, namely n + substrate, n- epitaxial layer, n-well blocking, p-well pixels and p + contact. The barrier layer in such an image sensor will be n +. In general, the term "CMOS image sensor" as used herein is intended to include any image sensor that can be manufactured in a CMOS process that is compatible with CMOS electronics and can be integrated.
본 발명의 예시적인 실시예가 다양한 방법으로 변경될 수 있기 때문에, 본 발명은 후술될 청구범위의 범위에 의해 요구되는 바에 있어서는 제한된다는 것을 이해할 것이다.As the exemplary embodiments of the present invention can be modified in various ways, it is to be understood that the invention is limited as required by the scope of the claims set out below.
본 발명은 특히 원적외의 적외선 파장에서의, 높은 감응성와 낮은 혼신을 갖는 CMOS 이미지 센서를 제공한다.The present invention provides a CMOS image sensor with high sensitivity and low interference, especially at far infrared wavelengths.
Claims (22)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020060073274A KR20070017029A (en) | 2005-08-04 | 2006-08-03 | Reduced crosstalk cmos image sensors |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US11/197,004 | 2005-08-04 | ||
KR1020060073274A KR20070017029A (en) | 2005-08-04 | 2006-08-03 | Reduced crosstalk cmos image sensors |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20070017029A true KR20070017029A (en) | 2007-02-08 |
Family
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020060073274A KR20070017029A (en) | 2005-08-04 | 2006-08-03 | Reduced crosstalk cmos image sensors |
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-
2006
- 2006-08-03 KR KR1020060073274A patent/KR20070017029A/en not_active Application Discontinuation
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
WITN | Withdrawal due to no request for examination |