KR20100076254A - Image sensor and method for manufacturing the image sensor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로, 특히 이미지 센서의 제조방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor devices, and more particularly to a method of manufacturing an image sensor.
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 구성되어 있는데, 광 감도를 높이기 위한 노력이 진행되고 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, and efforts are being made to increase light sensitivity.
일반적인 씨모스 이미지 센서의 경우, 포토 다이오드를 포함하여 구동 등을 위한 트랜지스터들이 수평 상으로 형성되며, 단위 픽셀은 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 컬러 필터를 이용하여 해당 색상의 광을 감지하게 된다. In the case of a general CMOS image sensor, transistors for driving and the like are formed horizontally, including a photodiode, and a unit pixel uses a color filter of red (R), green (G), and blue (B) color. Will detect the light.
이때, 일반적인 씨모스 이미지 센서에 있어서는, 하나의 단위 픽셀은 평면상으로 형성되는 상기 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 컬러필터를 모두 포함하여 대응되어야 하므로, 그 크기가 크게 되며, 따라서, 이러한 일반적인 씨모스 이미지 센서 의 경우, 픽셀 집적도가 저하된다.In this case, in the general CMOS image sensor, one unit pixel must include all of the red (R), green (G), and blue (B) color filters formed in a planar shape, and thus the size thereof becomes large. Therefore, for such a general CMOS image sensor, the pixel density decreases.
이와 같이, 일반적인 이미지 센서의 집적도 저하 문제를 개선하기 위해 수직형 이미지 센서가 제안되었다.As such, a vertical image sensor has been proposed to improve the problem of lowering the density of a general image sensor.
이를 개선하기 위해서 수직형 이미지 센서가 개발되었는데, 이러한 수직형 이미지센서는 단위 픽셀 당 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 신호를 모두 감지할 수 있도록 적색, 녹색, 청색 포토 다이오드가 수직적 구조로 되어 있다. To improve this, a vertical image sensor has been developed. The vertical image sensor includes a red, green, and blue photodiode for detecting red (R), green (G), and blue (B) signals per unit pixel. It has a vertical structure.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 수직형 씨모스 이미지 센서를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a conventional vertical CMOS image sensor will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 종래의 수직형 씨모스 이미지 센서를 나타내는 단면도이다. 1 is a cross-sectional view showing a conventional vertical CMOS image sensor.
도 1을 참조하면, 화소 영역(10)과 주변 영역(20)으로 구분된 반도체 기판(30)과, 반도체 기판(30) 상에 순차적으로 제 1 내지 제 3 에피택셜층(40, 50, 60)이 형성된다. Referring to FIG. 1, a
여기서, 각 에피택셜층(40, 50, 60)에는 각각 포토 다이오드(45, 55, 65)가 형성되는데 구체적으로, 제 1 에피택셜층(40)에는 적색(R) 포토 다이오드(45)가 형성되고, 제 2 에피택셜층(50)에는 녹색(G) 포토 다이오드(55)가 형성되고, 제 3 에피택셜층(60)에는 청색(B) 포토 다이오드(65)가 형성된다. In this case,
각 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 포토 다이오드(45, 55, 65)들은 N형 불순물 이온을 주입 에너지를 조절하여 서로 다른 깊이를 갖도록 형성되며, 빛의 스펙트럼을 보면 적색(R)의 파장이 상대적으로 길고, 청색(B)의 파장이 상대적으로 짧으며 녹색(G)의 파장은 적색(R)과 청색(B) 파장의 중간 길이를 갖는다.Each of the red (R), green (G), and blue (B) photodiodes (45, 55, 65) is formed to have different depths by controlling the implantation energy of the N-type impurity ions. The wavelength of R) is relatively long, the wavelength of blue (B) is relatively short, and the wavelength of green (G) has an intermediate length between red (R) and blue (B) wavelengths.
따라서, 파장의 길이에 따라 적색(R) 포토 다이오드(45)를 가장 아래 쪽에 형성하고, 그 다음 녹색(G) 포토 다이오드(55), 표면 쪽에 청색(B) 포토 다이오드(65)를 형성한다. Accordingly, the red (R)
그리고, 각 포토 다이오드(45, 55, 65)들은 각 에피택셜층(40, 50, 60) 내부에서 복수 개의 수직 연결부 즉, 제 1 내지 제 3 수직 연결부(62a, 62b, 62c)에 의해 외부의 신호선에 전기적으로 연결된다. Each of the
제 3 에피택셜층(60)의 격리 영역에 소자들 간의 격리를 위한 소자 분리막(STI; Shallow Trench Isolation)(75)이 형성된다. A shallow trench isolation (STI) 75 is formed in an isolation region of the third
화소 영역(10)과 주변 영역(20)의 제 3 에피택셜층(60) 상에 게이트 전극(72), 측벽 스페이서(74), 소스 및 드레인 영역(80a, 80b)을 갖는 트랜지스터들이 형성된다. Transistors having a
이러한 하부 구조 상에는 도시하지 않았지만 절연층과, 절연층 내에 형성되는 각종 금속 배선 등이 형성된다. Although not shown, an insulating layer and various metal wirings formed in the insulating layer are formed on the lower structure.
이와 같은 이미지 센서는 신호 전달을 위한 트랜지스터와, 금속 배선 등이 형성된 절연층이 포토 다이오드(45, 55, 65)가 형성된 하부 구조 상에 형성된다. 따라서, 적색이나 녹색 포토 다이오드(45, 55)의 면적은 청색 포토 다이오드(65)보다 크게 형성되지만, 결과적으로 최상층의 청색 포토 다이오드(65)의 면적만이 제 역할을 하게 된다. 즉, 포토 다이오드(45, 55, 65)의 면접 대비 실제 사용되는 면적이 적어지게 되는 문제점이 있다. In such an image sensor, a transistor for signal transmission and an insulating layer on which metal wirings are formed are formed on a lower structure in which
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 포토 다이오드의 면적을 극대화할 수 있는 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.The present invention is to provide an image sensor and a method of manufacturing the same that can maximize the area of the photodiode.
상기와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서는 화소 영역과 주변 영역으로 구분되는 반도체 기판과, 상기 반도체 기판 상에 순차적으로 형성된 제 1 내지 제 3 에피택셜층과, 상기 화소 영역의 제 1 에피택셜층에 형성된 적색 포토 다이오드와, 상기 화소 영역의 제 2 에피택셜층에 형성된 녹색 포토 다이오드와, 상기 화소 영역의 제 3 에피택셜층에 형성된 청색 포토 다이오드와, 상기 적색, 녹색, 청색 포토 다이오드들 각각과 접속된 복수의 수직 연결부와, 상기 주변 영역의 상기 제 3 에피택셜층 상에 형성된 트랜지스터와, 상기 주변 영역의 제 1 내지 제 3 에피택셜층에서 상기 수직 연결부들을 통해 포토 다이오드들로부터의 신호를 상기 반도체 기판을 경유하여 상기 트랜지스터로 전달하기 위한 연결 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다. According to an embodiment of the present disclosure, an image sensor includes a semiconductor substrate divided into a pixel region and a peripheral region, first to third epitaxial layers sequentially formed on the semiconductor substrate, and the pixel. A red photodiode formed in the first epitaxial layer in the region, a green photodiode formed in the second epitaxial layer in the pixel region, a blue photodiode formed in the third epitaxial layer in the pixel region, and the red and green A plurality of vertical connections connected to each of the blue photodiodes, a transistor formed on the third epitaxial layer in the peripheral region, and a photo via the vertical connections in the first to third epitaxial layers in the peripheral region. Comprising a connection electrode for transmitting a signal from diodes to said transistor via said semiconductor substrate It characterized.
상기와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법은 화소 영역과 주변 영역으로 구분되는 반도체 기판 상에 제 1 에피택셜층을 형성하는 단계와, 상기 화소 영역의 제 1 에피택셜층 내에 제 1 내지 제 3 수직 연결부, 상기 제 2 수직 연결부와 접속된 적색 포토 다이오드와, 상기 주변 영역의 제 1 에피택셜층 내에 상기 반도체 기판과 접속되는 제 1 연결 전극을 형성하는 단계와, 상기 제 1 에피택셜층 상에 제 2 에피택셜층을 형성하는 단계와, 상기 화소 영역의 제 2 에피택셜층 내에 제 4 및 제 5 수직 연결부, 상기 제 4 수직 연결부와 접속된 녹색 포토 다이오드와, 상기 주변 영역의 제 2 에피택셜층 내에 상기 제 1 연결 전극과 접속되도록 제 2 연결 전극을 형성하는 단계와, 상기 제 2 에피택셜층 상에 제 3 에피택셜층을 형성하는 단계와, 상기 화소 영역의 제 3 에피택셜층 내에 제 6 수직 연결부, 상기 제 6 수직 연결부와 접속된 청색 포토 다이오드와, 상기 주변 영역의 제 3 에피택셜층 내에 상기 제 2 연결 전극과 접속되도록 제 3 연결 전극을 형성하는 단계와, 상기 적색, 녹색, 청색 포토 다이오드 각각과 접속된 제 1 내지 제 6 수직 연결부들과, 상기 반도체 기판을 경유하여 상기 주변 영역의 상기 제 1 내지 제 3 연결 전극을 통해 상기 주변 영역에 신호 전달을 위한 트랜지스터를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an image sensor, the method including: forming a first epitaxial layer on a semiconductor substrate divided into a pixel region and a peripheral region; Forming first to third vertical connectors in the epitaxial layer, a red photodiode connected to the second vertical connectors, and a first connection electrode connected to the semiconductor substrate in the first epitaxial layer in the peripheral region; Forming a second epitaxial layer on the first epitaxial layer, a fourth and fifth vertical connectors in the second epitaxial layer of the pixel region, and a green photodiode connected to the fourth vertical connector. Forming a second connection electrode in the second epitaxial layer of the peripheral region so as to be connected to the first connection electrode, and forming a third epitaxial layer on the second epitaxial layer. And a sixth vertical connector in the third epitaxial layer of the pixel region, a blue photodiode connected to the sixth vertical connector, and the second connection electrode in a third epitaxial layer in the peripheral region. Forming a third connection electrode so as to form a third connection electrode; first to sixth vertical connections connected to each of the red, green, and blue photodiodes; and the first to third connections of the peripheral region via the semiconductor substrate. And forming a transistor for signal transmission to the peripheral region through an electrode.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 및 그 제조방법은 포토 다이오드로부터의 신호 전달이 포토 다이오드가 형성된 화소 영역의 트랜지스터가 아닌 반도체 기판에 형성된 금속 배선과 연결 패턴을 통해 주변 영역의 트랜지스터에 신호를 전달하므로 종래 공정에 존재하는 트랜지스터나 금속 배선들 등 빛이 차단될 수 있는 것들이 제거되어 포토 다이오드의 면적을 최적화할 수 있으며, 이에 따라 단위 화소 사이즈가 작은 고화소의 이미지 센서를 제작할 수 있는 효과가 있다. According to an embodiment of the present invention, an image sensor and a method of manufacturing the same transmit a signal from a photodiode to a transistor in a peripheral region through a metal wiring and a connection pattern formed in a semiconductor substrate, not a transistor in a pixel region in which the photodiode is formed. As a result, the area of the photodiode can be optimized by eliminating transistors or metal wires existing in the conventional process, thereby making it possible to fabricate a high pixel image sensor having a small unit pixel size.
이하, 본 발명의 기술적 과제 및 특징들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 본 발명을 구체적으로 살펴보면 다음 과 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 2는 본 발명에 따른 수직형 이미지 센서를 나타내는 단면도이다. 2 is a cross-sectional view showing a vertical image sensor according to the present invention.
도 2를 참조하면, 수직형 이미지 센서는 화소 영역(110)과 주변 영역(120)으로 구분되며, 화소 영역(110)에는 반도체 기판(100)에 N형 불순물 이온을 주입하여 서로 다른 깊이를 갖는 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 포토 다이오드들(170, 172, 174)이 형성된다. 주변 영역(120)에는 게이트 전극(190), 측벽 스페이서(192), 소스 및 드레인 영역(182a, 182b)을 갖는 신호 처리용 트랜지스터와, 트랜지스터와 수평 연결부(125)를 연결시키는 연결 전극(132, 142, 152)이 형성된다. Referring to FIG. 2, a vertical image sensor is divided into a
구체적으로, 이미지 센서는 수평 연결부(125)를 포함하는 반도체 기판(130) 상에 형성된 제 1 에피택셜층(130)과, 제 1 에피택셜층(130) 상에 형성된 제 2 에피택셜층(140)과, 제 2 에피택셜층(140) 상에 형성된 제 3 에피택셜층(150)을 포함한다. In detail, the image sensor may include a first
수평 연결부(125)는 반도체 기판(130)에 식각 공정을 통해 추후 형성될 포토 다이오드와 연결되는 영역을 선택적으로 제거하여 형성된 반도체 기판(100) 내의 다수의 홈에 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD) 등의 증착 방법으로 텅스텐(W)막을 증착한 후, 화학 기계적 연마(chemical mechanical polishing; CMP) 공정을 통해 반도체 기판의 표면을 평탄화시키면 반도체 기판 내의 홈에만 텅스텐 금속 물질이 남아있도록 하여 형성된다. The
여기서, 각 에피택셜층(130, 140, 150)에는 각각 포토 다이오드(170, 172, 174)가 형성되는데 구체적으로, 제 1 에피택셜층(130)에는 적색(R) 포토 다이오 드(170)가 형성되고, 제 2 에피택셜층(140)에는 녹색(G) 포토 다이오드(172)가 형성되고, 제 3 에피택셜층(150)에는 청색(B) 포토 다이오드(174)가 형성된다. Here, the
각 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 포토 다이오드(170, 172, 174)들은 N형 불순물 이온을 주입하여 형성되며, 빛의 스펙트럼을 보면 적색(R)의 파장이 상대적으로 길고, 청색(B)의 파장이 상대적으로 짧으며 녹색(G)의 파장은 적색(R)과 청색(B) 파장의 중간 길이를 갖는다.Each of the red (R), green (G), and blue (B) photodiodes (170, 172, 174) is formed by implanting N-type impurity ions, and the wavelength of red (R) is relatively long. The wavelength of blue (B) is relatively short and the wavelength of green (G) has an intermediate length between red (R) and blue (B) wavelengths.
따라서, 파장의 길이에 따라 적색(R) 포토 다이오드(170)를 가장 아래 쪽인 제 1 에피택셜층(130)에 형성하고, 그 다음 제 2 에피택셜층(140)에 녹색(G) 포토 다이오드(172), 표면 쪽인 제 3 에피택셜층(150)에 청색(B) 포토 다이오드(174)를 형성한다. Thus, a red (R)
그리고, 각 포토 다이오드(170, 172, 174)들은 각 에피택셜층(130, 140, 150)내부에서 복수 개의 수직 연결부 즉, 제 1 에피택셜층(130)에 형성된 제 1 내지 제 3 수직 연결부(136a, 136b, 136c)와, 제 2 에피택셜층(140)에 형성된 제 4 및 제 5 수직 연결부(136d, 136e)와, 제 3 에피택셜층(150)에 형성된 제 6 수직 연결부(136f)를 포함한다. Each of the
이러한 복수 개의 수직 연결부들(136a, 136b, 136c, 136d, 136e, 136f)은 고농도 이온 즉, N형 불순물 주입에 의해 형성되며, 반도체 기판(100) 내부의 수평 연결부(125)와 접속되어 주변 영역(120)의 트랜지스터에 전기적으로 연결된다. The plurality of
구체적으로, 적색(R) 포토 다이오드(170)는 제 2 수직 연결부(136b)를 통해 수평 연결부(125)와 접속되며, 녹색(G) 포토 다이오드(172)는 제 1 수직 연결 부(136a) 및 제 4 수직 연결부(136d)를 통해 수평 연결부(125)과 접속되며, 청색(B) 포토 다이오드(174)는 제 3 수직 연결부(136c), 제 5 수직 연결부(136e) 및 제 6 수직 연결부(136f)를 통해 수평 연결부(125)와 접속된다. 수평 연결부(125)의 두께는 6㎛∼10㎛로 형성된다. Specifically, the red (R)
포토 다이오드들(170, 172, 174)로부터 발생한 전기적 신호는 각 수직(136a, 136b, 136c, 136d, 136e, 136f) 및 수평 연결부(125)를 통해 주변 영역(120)의 연결 전극(132, 142, 152)을 통해 신호 처리용 트랜지스터에 전달된다. Electrical signals generated from the
연결 전극은 제 1 에피택셜층(130)에 형성된 제 1 연결 전극(132)과, 제 2 에피택셜층(140)에 형성된 제 2 연결 전극(142)과, 제 2 에피택셜층(150)에 형성된 제 3 연결 전극(152)이 일체화되어 형성된다.The connection electrode may be formed on the
연결 전극(132, 142, 152) 및 수평 연결부(125)는 열에 강한 금속인 텅스텐(W)으로 형성된다. The connecting
제 3 에피택셜층(150)의 격리 영역에 소자들 간의 격리를 위한 소자 분리막(STI; Shallow Trench Isolation)(180)과, 게이트 전극(190) 하부에 불순물 이온 주입으로 인한 제 1 및 제 2 도전형의 불순물 영역(182a, 182b)이 형성된다. Shallow Trench Isolation (STI) 180 for isolation between devices in an isolation region of the
이와 같이, 포토 다이오드(170, 172, 174)로부터의 신호 전달이 포토 다이오드(170, 172, 174)가 형성된 화소 영역(110)의 트랜지스터가 아닌 반도체 기판(100) 내에 형성된 수평 연결부(125)와 연결 전극(132, 142, 152)을 통해 주변 영역(120)의 트랜지스터에 신호를 전달하므로 즉, 종래 공정에서의 화소 영역(110)에 존재하는 트랜지스터나 금속 배선들 등 빛이 차단될 수 있는 것들이 제거되어 포토 다이오드(170, 172, 174)의 면적을 최적화할 수 있으며, 이에 따라 단위 화소 사이즈가 작은 고화소의 이미지 센서를 제작할 수 있다. As such, the signal transmission from the
도 3a 내지 도 3d는 도 2에 따른 이미지 센서의 제조방법을 나타낸 단면도들이다. 3A to 3D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the image sensor according to FIG. 2.
도 3a를 참조하면, 반도체 기판(100) 내에 수평 연결부를 형성한다. Referring to FIG. 3A, horizontal connections are formed in the
구체적으로, 반도체 기판(100) 상에 마스크를 이용한 식각 공정을 통해 반도체 기판의 소정 영역을 제거하여 다수의 홈을 형성한다. 이어서, 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD) 등의 증착 방법으로 반도체 기판(100) 상에 텅스텐(W)막을 증착한 후, 화학 기계적 연마(chemical mechanical polishing; CMP) 공정을 통해 반도체 기판(100)의 표면을 평탄화시키면 반도체 기판(100) 내의 홈에만 텅스텐 금속 물질이 남아있도록 하여 수평 연결부(125)를 형성한다. 여기서, 반도체 기판(100)의 표면에서 홈까지의 높이 즉, 수평 연결부(125)의 두께는 6㎛∼10㎛로 형성된다. Specifically, a plurality of grooves are formed by removing a predetermined region of the semiconductor substrate through an etching process using a mask on the
도 3b를 참조하면, 수평 연결부(125)를 갖는 반도체 기판(100) 상에 제 1 에피택셜층(130)을 형성한다. Referring to FIG. 3B, the
구체적으로, 반도체 기판(100) 상에 제 1 에피택셜층(130)을 형성한 후, 수평 연결부(125)와 접속되도록 제 1 에피택셜층(130)에 N형의 고농도의 이온을 주입하여 제 1 내지 제 3 수직 연결부(136a, 136b, 136c)를 형성한다. Specifically, after the
이어서, 제 1 에피택셜층(130) 상에 적색(R) 포토 다이오드(170)가 형성될 제 1 에피택셜층(130)을 노출하는 제 1 포토 레지스트 패턴(도시하지 않음)을 형성 한 후, 제 1 포토 레지스트 패턴(도시하지 않음)을 이용하여 제 1 에피택셜층(130) 상에 N형 불순물 이온을 주입하여 적색(R) 포토 다이오드(170)를 형성한다. Subsequently, after forming a first photoresist pattern (not shown) exposing the
제 2 수직 연결부(136b)는 적색(R) 포토 다이오드(170)와 수평 연결부(125)를 전기적으로 연결시킨다. The second
주변 영역(120)은 제 1 에피택셜층(130) 형성 후, 반도체 기판(100)의 수평 연결부(125)가 노출되도록 식각 공정을 통해 제 1 에피텍셜층(130)을 제거하여 제 1 콘택홀(122)을 형성한 후, 제 1 콘택홀(122)에 텅스텐 물질을 매립시켜 제 1 연결 전극(132)을 형성한다. After forming the
도 3c를 참조하면, 제 1 에피택셜층(130) 상에 녹색(G) 포토 다이오드(172)를 포함하는 제 2 에피택셜층(140)이 형성된다. Referring to FIG. 3C, a
구체적으로, 제 1 에피택셜층(130) 상에 제 2 에피택셜층(140)을 형성한 후, 제 1 및 제 3 수직 연결부(136a, 136c) 각각과 접속되도록 제 2 에피택셜층(140)에 N형의 고농도의 이온을 주입하여 제 4 및 제 5 수직 연결부(136d, 136e)를 형성한다. Specifically, after the
이어서, 제 2 에피택셜층(140) 상에 녹색(G) 포토 다이오드(172)가 형성될 제 2 에피택셜층(140)을 노출하는 제 2 포토 레지스트 패턴(도시하지 않음)을 형성한 후, 제 2 포토 레지스트 패턴(도시하지 않음)을 이용하여 제 2 에피택셜층(140) 상에 N형 불순물 이온을 주입하여 녹색(G) 포토 다이오드(172)를 형성한다. Subsequently, after forming a second photoresist pattern (not shown) exposing the
제 1 수직 연결부(136a)와 제 3 수직 연결부(136c)는 접속되어 녹색(G) 포토 다이오드(172)와 수평 연결부(125)를 전기적으로 연결시킨다. The first
주변 영역(120)은 제 2 에피택셜층(140) 형성 후, 제 1 에피택셜층(130)의 제 1 연결 전극(132)이 노출되도록 식각 공정을 통해 제 2 에피텍셜층(140)을 제거하여 제 2 콘택홀(124)을 형성한 후, 제 2 콘택홀(124)에 텅스텐 물질을 매립하여 제 1 연결 전극(132)과 접속되는 제 2 연결 전극(142)을 형성한다. After forming the
도 3d를 참조하면, 제 2 에피택셜층(140) 상에 청색(B) 포토 다이오드(174)를 포함하는 제 3 에피택셜층(150)이 형성된다. Referring to FIG. 3D, a
구체적으로, 제 2 에피택셜층(140) 상에 제 3 에피택셜층(150)을 형성한 후, 제 5 수직 연결부(136e)와 접속되도록 제 3 에피택셜층(150)에 N형의 고농도의 이온을 주입하여 제 6 수직 연결부(136f)를 형성한다. Specifically, after the
이어서, 제 3 에피택셜층(150) 상에 청색(B) 포토 다이오드(174)가 형성될 제 3 에피택셜층(150)을 노출하는 제 3 포토 레지스트 패턴(도시하지 않음)을 형성한 후, 제 3 포토 레지스트 패턴(도시하지 않음)을 이용하여 제 3 에피택셜층(150) 상에 N형 불순물 이온을 주입하여 청색(B) 포토 다이오드(174)를 형성한다. Subsequently, after forming a third photoresist pattern (not shown) exposing the
제 3 수직 연결부(136c), 제 5 수직 연결부(136e) 및 제 6 수직 연결부(136f)는 청색(B) 포토 다이오드(174)와 수평 연결부(125)를 전기적으로 연결시킨다. The third
이와 같이 형성된 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 포토 다이오드(170, 172, 174)는 수직하게 배열되어 하나의 화소를 이룬다. The red (R), green (G), and blue (B)
주변 영역(120)은 제 3 에피택셜층(150) 형성 후, 제 2 에피택셜층(140)의 제 2 연결 전극(142)이 노출되도록 식각 공정을 통해 제 3 에피텍셜층(150)을 제거 하여 제 3 콘택홀(126)을 형성한 후, 제 3 콘택홀(126)에 텅스텐 물질을 매립하여 제 2 연결 전극(142)과 접속되는 제 3 연결 전극(152)을 형성한다. 여기서, 제 1 내지 제 3 연결 전극(132, 142, 152)은 일체화되어 형성되어 하나의 연결 전극으로 형성된다. After the
또한, 주변 영역(120)의 제 3 에피택셜층(150) 상에 신호 처리 트랜지스터와, 제 3 에피택셜층(150)의 격리 영역에 소자들 간의 격리를 위한 소자 분리막(STI; Shallow Trench Isolation)(180)과, 게이트 전극(190) 하부에 불순물 이온 주입으로 인한 제 1 및 제 2 도전형의 불순물 영역으로 소스 및 드레인 영역(182a, 182b)이 형성된다. 제 1 도전형이 P형일 경우, 제 2 도전형은 N형이 된다. In addition, a device isolation film (STI) for isolation between the signal processing transistor on the
여기서, 제 1 내지 제 3 연결 전극(132, 142, 152)은 제 1 내지 제 3 에피택셜층(130, 140, 150) 형성 후, 한 번의 식각 공정을 통해 수평 연결부(125)가 노출되도록 하나의 콘택홀을 형성한 후 텅스텐으로 매립하여 형성할 수도 있다. Here, after forming the first to third
제 1 내지 제 3 연결 전극(132, 142, 152)을 포함하는 연결 전극은 수직(136a, 136b, 136c, 136d, 136e, 136f) 및 수평 연결부(125)를 통해 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 포토 다이오드(170, 172, 174)로부터의 신호를 주변 영역에 형성된 신호 처리 트랜지스터에 전달한다. The connecting electrode including the first to third connecting
수평 연결부(125)는 도 4와 같이 3차원적으로 볼 경우, 단위 화소의 전체 면적 대비 1% 내외의 면적만을 차지하게 되므로 수평 연결부(125) 상의 에피택셜층(130, 140, 150)들은 전체 포토 다이오드(170, 172, 174)의 특성에 영향을 미치지 않게 된다. As shown in FIG. 4, the
이와 같이, 포토 다이오드(170, 172, 174)로부터의 신호 전달이 포토 다이오드(170, 172, 174)가 형성된 화소 영역(110)의 트랜지스터가 아닌 반도체 기판(100)에 형성된 수직(136a, 136b, 136c, 136d, 136e, 136f) 및 수평 연결부(125)를 통해 주변 영역의 트랜지스터에 신호를 전달하므로 종래 공정에 존재하는 트랜지스터나 금속 배선들 등 빛이 차단될 수 있는 것들이 제거되어 포토 다이오드(170, 172, 174)의 면적을 최적화할 수 있으며, 이에 따라 단위 화소 사이즈가 작은 고화소의 이미지 센서를 제작할 수 있다. As such, the signal transmission from the
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.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Will be clear 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 1은 종래의 수직형 씨모스 이미지 센서를 나타내는 단면도이다. 1 is a cross-sectional view showing a conventional vertical CMOS image sensor.
도 2는 본 발명에 따른 수직형 이미지 센서를 나타내는 단면도이다. 2 is a cross-sectional view showing a vertical image sensor according to the present invention.
도 3a 내지 도 3d는 도 2에 따른 이미지 센서의 제조방법을 나타낸 단면도들이다. 3A to 3D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the image sensor according to FIG. 2.
도 4는 본 발명에 따른 한 화소에서의 이미지 센서를 나타내는 도면이다. 4 is a view showing an image sensor in one pixel according to the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
110 : 화소 영역 120 : 주변 영역110: pixel area 120: peripheral area
125 : 수평 연결부 130, 140, 150 : 에피택셜층125:
136a~136f : 수직 연결부 132, 142, 152 : 연결 전극136a to 136f:
170 : 적색 포토 다이오드 172 : 녹색 포토 다이오드170: red photodiode 172: green photodiode
174 : 청색 포토 다이오드174 blue photodiode
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020080134227A KR20100076254A (en) | 2008-12-26 | 2008-12-26 | Image sensor and method for manufacturing the image sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020080134227A KR20100076254A (en) | 2008-12-26 | 2008-12-26 | Image sensor and method for manufacturing the image sensor |
Publications (1)
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ID=42637993
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---|---|---|---|
KR1020080134227A KR20100076254A (en) | 2008-12-26 | 2008-12-26 | Image sensor and method for manufacturing the image sensor |
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KR (1) | KR20100076254A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8716769B2 (en) | 2012-01-10 | 2014-05-06 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Image sensors including color adjustment path |
-
2008
- 2008-12-26 KR KR1020080134227A patent/KR20100076254A/en not_active Application Discontinuation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US8716769B2 (en) | 2012-01-10 | 2014-05-06 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Image sensors including color adjustment path |
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