KR20100060765A - Image sensor and a method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
이미지 센서 및 그 제조 방법이 제공된다. 상기 이미지 센서의 제조 방법은 반도체 기판 상에 게이트 산화막을 형성하는 단계, 상기 게이트 산화막 상에 게이트 전극을 형성하는 단계, 상기 게이트 전극의 일측의 반도체 기판 내에 제1 도전형 불순물 이온을 주입하여 제1 도전형 웰을 형성하는 단계, 상기 게이트 전극의 타측의 반도체 기판 내에 제2 도전형 불순물 이온을 주입하여 포토다이오드를 형성하는 단계, 및 상기 게이트 전극의 일측의 반도체 기판 내에 제2 도전형 불순물 이온을 주입하여 플로팅 확산 영역을 형성하는 단계를 포함한다.An image sensor and its manufacturing method are provided. The method of manufacturing the image sensor may include forming a gate oxide film on a semiconductor substrate, forming a gate electrode on the gate oxide film, and implanting first conductivity type impurity ions into a semiconductor substrate on one side of the gate electrode. Forming a conductive well, implanting second conductive impurity ions into the semiconductor substrate on the other side of the gate electrode to form a photodiode, and depositing second conductive impurity ions in the semiconductor substrate on one side of the gate electrode Implanting to form a floating diffusion region.
Description
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이미지 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to an image sensor and a manufacturing method thereof.
이미지 센서는 광학 영상을 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자를 말하며, 그 종류에는 CCD(Charge Coupled Device) 방식의 소자 및 CMOS(Complementary Metal-Oxide-Silicon) 방식의 소자가 있다. 이미지 센서는 빛을 감지하는 포토다이오드를 포함하는 수광 영역과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화 하는 로직 영역으로 구성된다. 상기 이미지 센서의 단위 픽셀은 포토 다이오드와 하나 이상의 트랜지스터들로 구성될 수 있다.An image sensor refers to a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal, and includes a CCD (Charge Coupled Device) device and a CMOS (Complementary Metal-Oxide-Silicon) device. The image sensor is composed of a light receiving area including a photodiode for detecting light and a logic area for processing the detected light into an electrical signal to make data. The unit pixel of the image sensor may be composed of a photodiode and one or more transistors.
일반적으로 씨모스 이미지 센서에 있어서 픽셀 영역에 이온 주입에 의한 불순물의 영향을 최소화하기 위하여 웰 형성을 위한 이온 주입을 하지 않는다. 이는 웰 형성을 위한 이온 주입을 하지 않음으로써 빛에 의해 포토다이오드 내에서 생성된 전자들이 불순물에 의하여 소멸되는 것을 막기 위함이다.In general, in the CMOS image sensor, ion implantation for well formation is not performed in order to minimize the influence of impurities caused by ion implantation in the pixel region. This is to prevent electrons generated in the photodiode by light from being dissipated by impurities by not performing ion implantation for well formation.
그러나 이러한 구조하에서는 포토 다이오드와 플로팅 영역 사이의 격 리(isolation)에 어려움이 있으며, 포토다이오드에서 생성된 전자들이 누설 전류를 형성하게 되어 포토다이오드의 전기적 특성을 저해하는 요인이 될 수 있다.However, under such a structure, there is a difficulty in isolation between the photodiode and the floating region, and electrons generated in the photodiode form leakage current, which may be a factor that inhibits the electrical characteristics of the photodiode.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이미지 센서의 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트의 누설 전류를 억제함으로써 포토다이오드에서 생성된 전자들이 플로팅 확산 영역 등으로 누설되는 것을 방지하여 전기적 특성을 개선할 수 있는 이미지 센서 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is to suppress the leakage current of the gate of the transfer transistor of the image sensor to prevent the leakage of electrons generated in the photodiode to the floating diffusion region, etc. Image sensor and its manufacture To provide a method.
상기와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서의 제조 방법은 반도체 기판 상에 게이트 산화막을 형성하는 단계, 상기 게이트 산화막 상에 게이트 전극을 형성하는 단계, 상기 게이트 전극의 일측의 반도체 기판 내에 제1 도전형 불순물 이온을 주입하여 제1 도전형 웰을 형성하는 단계, 상기 게이트 전극의 타측의 반도체 기판 내에 제2 도전형 불순물 이온을 주입하여 포토다이오드를 형성하는 단계, 및 상기 게이트 전극의 일측의 반도체 기판 내에 제2 도전형 불순물 이온을 주입하여 플로팅 확산 영역을 형성하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an image sensor, the method including forming a gate oxide film on a semiconductor substrate, forming a gate electrode on the gate oxide film, and forming a gate electrode on one side of the gate electrode. Implanting first conductivity type wells into the semiconductor substrate to form a first conductivity type well, implanting second conductivity type impurity ions into the semiconductor substrate on the other side of the gate electrode to form a photodiode, and the gate And implanting second conductivity type impurity ions into the semiconductor substrate on one side of the electrode to form a floating diffusion region.
상기와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서는 반도체 기판 상에 형성되는 게이트 산화막, 상기 게이트 산화막 상에 형성되는 게이트 전극, 상기 게이트 전극의 일측의 반도체 기판 내에 형성되는 제1 도전형 웰, 상기 게이트 전극의 타측의 반도체 기판 내에 제2 도전형 불순물 이온이 주입되어 형성되는 포토다이오드, 및 상기 게이트 전극의 일측에 형성된 제1 도전형 웰 내에 제2 도전형 불순물 이온이 주입되어 형성되는 플로팅 확산 영역을 포함하며, 상기 제1 도전형 웰은 상기 게이트 전극의 하부 반도체 기판의 일 영역까지 확장되는 것을 특징으로 한다.The image sensor according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is a gate oxide film formed on a semiconductor substrate, a gate electrode formed on the gate oxide film, a first formed in the semiconductor substrate on one side of the gate electrode A conductive well, a photodiode formed by implanting a second conductivity type impurity ion into the semiconductor substrate on the other side of the gate electrode, and a second conductivity type impurity ion is implanted into the first conductivity type well formed on one side of the gate electrode And a floating diffusion region formed, wherein the first conductivity type well extends to one region of the lower semiconductor substrate of the gate electrode.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 및 그 제조 방법은 플로팅 확산 영역 주위에 P형 웰을 형성하여 상기 플로팅 확산 영역을 포토다이오드 영역과 격리시킴으로써 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트의 누설 전류를 억제할 수 있는 효과가 있다.An image sensor and a method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention have an effect of suppressing a leakage current of a gate of a transfer transistor by forming a P-type well around a floating diffusion region to isolate the floating diffusion region from a photodiode region. have.
이하, 본 발명의 기술적 과제 및 특징들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 본 발명을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, the technical objects and features of the present invention will be apparent from the description of the accompanying drawings and the embodiments. Looking at the present invention in detail.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 나타내는 공정도이다. 1 to 4 are process diagrams illustrating a method of manufacturing an image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
먼저 도 1에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(110)에 소자 분리 영역 및 활성 영역을 정의하는 소자 분리막(115)을 형성한다. 예컨대, 반도체 기판(110)은 P형 실리콘 기판일 수 있으며, 상기 P형 실리콘 기판은 저농도의 P형 에피층을 포함할 수 있다.First, as shown in FIG. 1, an
상기 소자 분리막(115)은 일반적인 R-LOCOS(Recessed-Local Oxidation of Silicon) 기술 또는 STI(Shallow Trench Isolation) 기술을 사용하여 형성될 수 있 다.The
상기 소자 분리막이 형성된 반도체 기판(110) 상에 게이트 산화막(120)을 형성한다. 그리고 상기 게이트 산화막 상에 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트 전극(125)을 형성한다.A
예컨대, 상기 반도체 기판(110) 전면에 게이트 산화막(120) 및 폴리 실리콘(미도시)을 순차적으로 형성한다. 이후 포토리쏘그라피 공정을 이용하여 상기 폴리 실리콘 상에 제1 포토레지스트 패턴(130)을 형성한다. 그리고 상기 제1 포토레지스트 패턴(130)을 마스크로 이용하여 상기 폴리 실리콘을 건식 식각하여 상기 게이트 전극(125)을 형성한다.For example, the
공정 스텝을 줄여 공정을 단순화하기 위하여 상기 제1 포토레지스트 패턴(130)을 제거하지 않은 상태에서 포토리쏘그라피 공정을 수행하여 포토다이오드가 형성될 영역은 덮고, 플로팅 게이트가 형성될 영역은 노출시키는 제2 포토레지스트 패턴(135)을 형성한다.In order to simplify the process by reducing the process step, the photolithography process is performed without removing the first
이어서 상기 제2 포토레지스트 패턴(135)을 마스크로 이용하여 상기 반도체 기판(110)에 불순물 이온을 수직으로 주입하는 제1 임플란트 공정을 수행하여 P형 웰(140)을 형성한다.Subsequently, a P-type well 140 is formed by performing a first implant process in which impurity ions are vertically implanted into the
상기 P형 웰(140)은 추후에 형성되는 추후에 형성될 포토다이오드와 플로팅 영역 사이를 격리함으로써 트랜스퍼 게이트의 누설 전류를 억제하고, 포토다이오드로부터 생성된 전자들이 누설되는 것을 방지함으로써 포화(saturattion)과 같은 포토다이이오드의 전기적 특성을 개선하는 역할을 한다.The P-type well 140 suppresses leakage current of the transfer gate by isolating between a later-formed photodiode and a floating region to be formed later, and prevents electrons generated from the photodiode from leaking. It serves to improve the electrical characteristics of the photodiode, such as.
이때 상기 제1 임플란트 공정은 다음과 같이 수행될 수 있다. 상기 불순물 이온은 보론(Boron)과 같은 P형 불순물 이온일 수 있으며, 50~250KeV의 에너지 및 1E13 ~ 5E13 atoms/㎠의 도우스(dose)로 상기 반도체 기판(110)에 대하여 수직으로 불순물 이온을 주입할 수 있다.In this case, the first implant process may be performed as follows. The impurity ions may be P-type impurity ions such as boron, and impurity ions perpendicular to the
다음으로 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제2 포토레지스트 패턴(135)을 마스크로 이용하여 상기 반도체 기판(110)에 불순물 이온을 경사 주입하는 제2 임플란트 공정을 수행하여 상기 게이트 전극(125)의 하부 반도체 기판(110)의 일 영역까지 확장된 P형 웰(145)을 형성한다.Next, as illustrated in FIG. 3, the
이때 상기 제2 임플란트 공정은 다음과 같이 수행될 수 있다. 상기 불순물 이온은 BF2+ 이온일 수 있으며, 30~100KeV의 에너지 및 5E12 ~ 2E13 atoms/㎠의 도우스(dose)로 상기 반도체 기판(110)에 대하여 20~45°의 틸트(tilt)로 불순물 이온을 주입할 수 있다.In this case, the second implant process may be performed as follows. The impurity ions are BF 2 + can be ions, and impurities in the energy and help switch (dose) of 5E12 ~ 2E13 atoms / ㎠ of 30 ~ 100KeV to tilt (tilt) of 20 ~ 45 ° with respect to the
상기 제2 임플란트 공정은 트랜스터 게이트 아래의 채널 영역의 일부에까지 웰을 형성하여 추후에 형성될 포토다이오드와 플로팅 영역 사이의 격리 효과를 높이기 위함이다. The second implant process is to increase the isolation effect between the photodiode and the floating region to be formed later by forming a well up to a part of the channel region under the transfer gate.
다음으로 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 전극(125)의 측벽에 스페이서(150)를 형성한다. 예컨대, 게이트 전극(125) 및 상기 확장된 P형 웰(145))이 형성된 반도체 기판(110) 상에 절연막을 형성하고, 절연막을 에치백하여 상기 게이트 전극(125)의 측벽에 스페이서(150)를 형성할 수 있다. 이때 상기 스페이서(150)는 산화막 및 질화막 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Next, as shown in FIG. 4,
이어서 상기 반도체 기판(110)에서 포토다이오드가 형성될 영역에 N형 불순물 이온을 선택적으로 주입하여 포토다이오드(160)를 형성한다. 그리고 상기 P형 웰(145) 내에 N형 불순물 이온을 선택적으로 주입하여 플로팅 확산 영역(floating diffusion region, 170)을 형성한다.Next, the
도 4에 도시된 바와 같이 상기 플로팅 확산 영역(170) 주위에 P형 웰(145)이 형성되어 있기 때문에 상기 플로팅 확산 영역(170)은 상기 포토다이오드 영역과 격리될 수 있어 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트의 누설 전류를 억제할 수 있다.As shown in FIG. 4, since the P-
또한 상기 P형 웰(145)이 플로팅 확상 영역 주위에만 형성되고, 포토다이오드 영역에는 웰 형성을 위한 불순물 이온 주입이 되지 않기 때문에 포토다이오드가 불순물에 대한 영향을 받지 않는다.In addition, since the P-
도 4에 도시된 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서는 반도체 기판(110) 상에 형성되는 게이트 산화막(120), 상기 게이트 산화막(120) 상에 형성되는 게이트 전극(125), 상기 게이트 전극(125)의 일측의 반도체 기판(110) 내에 형성되는 제1 도전형 웰(145), 상기 게이트 전극(125)의 타측의 반도체 기판(110) 내에 제2 도전형 불순물 이온이 주입되어 형성되는 포토다이오드(160) 및 상기 게이트 전극(125)의 일측에 형성된 제1 도전형 웰(145) 내에 제2 도전형 불순물 이온이 주입되어 형성되는 플로팅 확산 영역(170)을 포함하며, 상기 제1 도전형 웰(145)은 상기 게이트 전극(125)의 하부 반도체 기판(110)의 일 영역까지 확장될 수 있다.The image sensor according to the exemplary embodiment of the present invention illustrated in FIG. 4 includes a
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention. It will be evident to those who have knowledge of. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification but should be defined by the claims.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 나타내는 공정도이다.1 to 4 are process diagrams illustrating a method of manufacturing an image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20081128 |
|
| PG1501 | Laying open of application | ||
| PC1203 | Withdrawal of no request for examination | ||
| WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |