KR20100138086A - 이미지센서 및 그 제조방법 - Google Patents

이미지센서 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20100138086A
KR20100138086A KR1020090056450A KR20090056450A KR20100138086A KR 20100138086 A KR20100138086 A KR 20100138086A KR 1020090056450 A KR1020090056450 A KR 1020090056450A KR 20090056450 A KR20090056450 A KR 20090056450A KR 20100138086 A KR20100138086 A KR 20100138086A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
doped layer
region
doped
layer
mask
Prior art date
Application number
KR1020090056450A
Other languages
English (en)
Inventor
이덕형
이주일
Original Assignee
주식회사 동부하이텍
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 동부하이텍 filed Critical 주식회사 동부하이텍
Priority to KR1020090056450A priority Critical patent/KR20100138086A/ko
Publication of KR20100138086A publication Critical patent/KR20100138086A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/1461—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements characterised by the photosensitive area
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/14612—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14689—MOS based technologies

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

실시예에 따른 이미지센서는, 픽셀영역이 정의된 반도체 기판; 상기 반도체 기판의 제1 영역에 형성된 제1 도전형의 제1 도핑층; 상기 제1 도핑층과 이격되고, 상기 제1 도핑층의 양 에지영역과 그 에지영역이 각각 연결되고, 상기 제1 도핑층보다 얕은 깊이인 제3 영역에 형성된 제1 도전형의 제3 도핑층; 상기 제1 도핑층과 상기 제3 도핑층 사이에 형성되도록 상기 제1 영역 보다 얕은 깊이를 가지는 제2 도전형의 제2 도핑층; 및 상기 제3 도핑층과 접하도록 상기 반도체 기판의 표면 영역에 형성된 제2 도전형의 제4 도핑층을 포함한다.
이미지센서, 핀드 포토다이오드,

Description

이미지센서 및 그 제조방법{Image Sensor and Method for Manufacturing Thereof}
실시예는 이미지센서에 관한 것이다.
이미지 센서(Image sensor)는 광학적 영상((optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로써, 크게 전하결합소자(charge coupled device: CCD)와 씨모스(CMOS; Complementary Metal Oxide Silicon) 이미지 센서(Image Sensor)(CIS)를 포함한다.
일반적으로 핀드 포토다이오드(Pinned Photodioed) CCD 또는 CMOS 이미지 센서에서 외부로부터 빛을 감지하여 광전하를 생성 및 집적하는 소자로 사용된다.
상기 포토다이오드는 기판 내부에서 매립된 PNP(또는 NPN) 접합 구조를 갖고 있어 베리드 포토다이오드(Buried Photodiode)라 불리우기도 한다.
상기 포토다이오드는 소스/드레인 PN 접합(Junction) 구조나 모스 캐패시터 구조 등 다른 포토다이오드에 비해 여러가지 장점을 갖고 있으며, 그 중 하나가 공핍층의 깊이를 증가시킬 수 있어 입사된 광자(Photon)를 전자(Electrom)으로 바꾸어 주는 능력이 우수하다는 것이다.(High Quantum Efficiency)
도 1은 일반적인 핀드 포토다이오드가 형성된 이미지 센서의 단면도이다.
도 1을 참조하여, 포토다이오드는 p-에피층(P-epi)에 N 도핑영역(Deep N-)과 P 도핑영역(P0)이 형성된 PNP 구조를 갖고 있다. 상기 N 도핑영역(Deep N-)을 형성하기 위한 N-이온주입 마스크와 P0 도핑영역을 형성하기 위한 P0 이온주입 마스크를 달리 사용하면서, N- 이온주입마스크의 오픈 영역보가 P0 이온주입마스크의 오픈 영역이 더 크도록 하여, P-에피층(P-epi)과 P 도핑영역(P0)이 N 도핑영역(Deep N-)에 의해 차단되지 않고 저전압에서 쉽게 등전위를 갖도록 함으로써 저전압에서 안정적으로 N 도핑영역(Deep N-)이 완전공핍 가능하도록 하였다.
하지만 상기와 같은 핀드 포토다이오드는 저전압에서 완전 공핍이 가능하여 "Quantum Efficiency"를 어느 정도 개선할 수 있고, 저농도의 P-에피층을 사용함으로써 어느 정도 공핍층의 깊이(Depletion)를 증가시킬 수 있으나, 원하는 "Quantum Efficiency"를 얻을 수 있을 만큼, 즉 일정 수준의 높은 광감도를 얻을 수 있을 만큼 충분한 공핍층의 깊이를 얻을 수 없으므로 포토다이오드의 정전용량(Charge Capacity)이 작은 문제가 있다.
실시예에서는 포토다이오드의 정전용량을 향상시킬 수 있는 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공한다.
또한, 실시예에서는 포토다이오드의 제2 도전형 불순물의 이온주입 마스크를 필드영역의 앞쪽으로 형성하여 공정변화에도 일정한 정전용량을 유지할 수 있는 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공한다.
실시예에 따른 이미지센서는, 픽셀영역이 정의된 반도체 기판; 상기 반도체 기판의 제1 영역에 형성된 제1 도전형의 제1 도핑층; 상기 제1 도핑층과 이격되고, 상기 제1 도핑층의 양 에지영역과 그 에지영역이 각각 연결되고, 상기 제1 도핑층보다 얕은 깊이인 제3 영역에 형성된 제1 도전형의 제3 도핑층; 상기 제1 도핑층과 상기 제3 도핑층 사이에 형성되도록 상기 제1 영역 보다 얕은 깊이를 가지는 제2 도전형의 제2 도핑층; 및 상기 제3 도핑층과 접하도록 상기 반도체 기판의 표면 영역에 형성된 제2 도전형의 제4 도핑층을 포함한다.
실시예에 따른 이미지센서의 제조방법은, 액티브 영역이 정의되도록 반도체 기판에 소자분리막을 형성하는 단계; 상기 반도체 기판 상에 게이트를 형성하는 단계; 상기 게이트의 일측에 해당하는 상기 반도체 기판의 제1 영역에 제1 도전형의 제1 도핑층을 형성하는 단계; 상기 제1 도핑층의 상부와 접하고 상기 제1 도핑층 보다 작은 폭을 가지도록 상기 제1 영역보다 얕은 깊이의 제2 영역을 가지는 제2 도전형의 제2 도핑층을 형성하는 단계; 상기 제2 도핑층의 상부와 접하고 상기 제1 도핑층의 양 에지영역과 그 에지영역이 각각 연결되도록 상기 제2 영역보다 얕은 깊이의 제3 영역을 가지는 제1 도전형의 제3 도핑층을 형성하는 단계; 및 상기 제3 도핑층 상부와 접하고 상기 제3 영역보다 얕은 깊이의 제4 영역을 가지는 제2 도전형의 제4 도핑층을 형성하는 단계를 포함한다.
실시예에 의하면, 포토다이오드의 n형 도핑층의 내부에 p형 도핑층이 형성되어 PN접합 영역의 증가에 따라 정전용량을 증가시킬 수 있다.
또한, p형 이온주입 마스크가 게이트 및 소자분리막과 접하는 액티브 영역의 일부를 가리도록 형성된다. 이에 따라, 상기 p형 이온주입 마스크가 공정변화에 의하여 이동하더라도 일정한 정전용량을 유지하여 PRNU(Photo Response Non Umiformity)를 개선할 수 있다.
실시예에 따른 이미지센서 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
실시예의 설명에 있어서, 각 층의 "상/위(on/over)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상/위(On/Over)는 직접(directly)와 또는 다른 층을 개재하여(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.
도 10은 실시예에 따른 이미지 센서를 나타내는 도면이다.
실시예에 따른 이미지 센서는, 픽셀영역이 정의된 반도체 기판(10)과, 상기 반도체 기판(10)의 제1 영역에 형성된 제1 도전형의 제1 도핑층(51)과, 상기 제1 도핑층(51)과 이격되고 상기 제1 도핑층(51)의 양 에지영역과 그 에지영역이 각각 연결되고 상기 제1 도핑층(31) 보다 얕은 얕은 깊이인 제3 영역에 형성된 제1 도전형의 제3 도핑층(53)과, 상기 제1 도핑층(51)과 상기 제3 도핑층(53) 사이에 형성되도록 상기 제1 영역보다 얕은 깊이를 가지는 제2 도전형의 제2 도핑층(52) 및 상기 제3 도핑층(53)과 접하도록 상기 반도체 기판(10)의 표면영역에 형성된 제2 도전형의 제4 도핑층(54)을 포함한다.
상기 제1 및 제3 도핑층(51, 53)은 n형 불순물로 형성되고, 상기 제2 및 제4 도핑층(52, 54)은 p형 불순물로 형성된다.
상기 반도체 기판(10)은 제2 도전형의 에피층(20)을 포함하고, 상기 제1 내지 제4 도핑층(51,52,53,54)은 에피층에 형성될 수 있다.
상기 반도체 기판(10) 상에는 게이트(40) 및 상기 게이트(40)의 타측에 형성된 플로팅 확산영역(70)을 더 포함한다. 그리고, 상기 제1 내지 제4 도핑층(51,52,53,54)은 상기 게이트(40)의 일측에 위치되어 포토다이오드(50)로 사용될 수 있다.
상기 제2 도핑층(52)이 상기 제1 및 제3 도핑층(51,53)에 의하여 둘러쌓인 구조로 형성되어 있다. 즉, 상기 단위픽셀의 포토다이오드(50)에는 적어도 4개 이상의 PN접합영역이 형성될 수 있다. 따라서, 상기 제1 내지 제4 도핑층(51,52,53,54)으로 형성된 포토다이오드(50)의 정전용량이 증가되어 원하는 "Quantum Efficiency"를 얻을 수 있다.
또한, 상기 제1 내지 제4 도핑층(51,52,53,54)이 적층된 구조로 인하여 다양한 공핍층의 깊이를 얻을 수 있으므로 단파장인 청색 광감도, 중파장인 녹색 광감도 뿐만 아니라 장파장인 적색 광감도를 개선할 수 있다.
또한 상기 제1 내지 제4 도핑층(51,52,53,54)의 깊은 공핍층의 형성으로 상기 에피층(20) 영역에서 광자로 형성된 전자를 인근 포토다이오드(50) 쪽으로 유입하는 것을 줄일 수 있다. 즉, 전기적 및 광학적 크로스 토크를 감소시킬 수 있다.
상기 픽셀영역의 단위픽셀은 하나의 포토다이오드(50)가 하나의 플로팅 확산영역(70)를 갖는 싱글 타입(Single type)일 수 있다.
또는 도 11 및 도 13에 도시된 바와 같이 상기 픽셀영역에서 두개의 포토다이오드(50)가 하나의 플로팅 확산영역(270)를 공유하는 미러 타입(Mirror Type 2-shard Pixel)으로 형성될 수 있다.
즉, 도 11에 도시된 바와 같이, 각각의 포토다이오드 영역 A와 포토다이오드 영역 B가 하나의 플로팅 확산영역(270)을 공유하고 있고, 포토다이오드 영역 C와 포토다이오드 영역 D가 하나의 플로팅 확산영역을 공유하는 구조로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 A 영역은 적색광 감지부(R)이고, B 영역은 녹색광 감지부(Gb)이고, C 영역은 녹색광 감지부(Gr)이고, D 영역는 청색광 감지부(B)일 수 있다.
도 13에 도시된 바와 같이 미러 타입 픽셀의 A 영역에 해당하는 포토다이오드(250)가 제1 내지 제4 도핑층(251,252,253,254)으로 이루어져 있고, B영역에 해당하는 포토다이오드(350)가 제1 내지 제4 도핑층(351,352,353,354)으로 이루어져 있으므로 포토다이오드의 정전용량을 증가시킬 수 있다. 또한, 녹색광을 감지하는 포토다이오드 B 및 C의 공핍영역이 동일한 사이즈로 형성될 수 있으므로 PRNU(Photo Response Non Uniformity)를 개선할 수 있다.
도 10, 도 11 및 도 13의 도면 부호 중 미설명 도면부호는 이하 제조방법에서 설명하기로 한다.
도 2 내지 도 10을 참조하여 실시예에 따른 이미지 센서의 제조공정을 상세한 설명하도록 한다.
도 2를 참조하여, 반도체 기판(10) 상에 트랜지스터의 게이트(40)가 형성된다.
상기 반도체 기판(10)은 단결정 또는 다결정의 실리콘 기판이며, p형 불순물 및 N형 불순물이 도핑된 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 반도체 기판(10)은 고농도의 p형 기판(p++)일 수 있다.
또한, 상기 반도체 기판(10)은 에피층(20)을 포함한다. 상기 에피층(20)은 상기 반도체 기판(10)에 대한 에피택셜(epitaxial) 공정을 실시하여 저농도의 p 에피층(p-epi)으로 형성될 수 있다.
상기 에피층(20)에 액티브 영역 및 필드 영역(Field Oxide:Fox)을 정의하기 위한 소자분리막(30)이 형성된다. 예를 들어, 상기 소자분리막(30)은 STI(Shallow Trench Isolation) 공정 또는 로코스(Locos) 공정에 의하여 형성될 수 있다.
상기 반도체 기판(10)의 액티브 영역에 단위픽셀에 해당하는 트랜지스터 회로의 게이트(40, 41)가 형성된다. 상기 트랜지스터 회로는 빛을 받아 광전하를 생성하는 포토다이오드(도 10 참조)와, 상기 포토다이오드에서 모아진 광전하를 플로 팅 확산영역(도 10 참조)으로 전송하는 트랜스퍼 트랜지스터(40)와, 상기 플로팅 확산영역을 리셋 시키기 위한 리셋 트랜지스터(41)와, 소오스 팔로워-버퍼증폭기(Source Follower Buffer Amplifier) 역할을 하는 드라이브 트랜지스터(미도시) 및 스위칭역할로 어드레싱(Addressing)을 할 수 있도록 하는 셀렉트 트랜지스터(미도시)를 포함할 수 있다. 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트(40) 및 리셋 트랜지스터의 게이트(41)를 선택적으로 도시하였다.
도 3 및 도 4를 참조하여, 상기 게이트(40)의 일측에 해당하는 상기 에피층(20)의 제1 영역에 제1 도전형의 제1 도핑층(51)이 형성된다. 예를 들어, 상기 제1 도핑층(51)은 n형 불순물(n-)로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1 도핑층(51)은 높은 이온주입 에너지에 의해 이온주입되어 상기 에피층(20)의 깊은 영역에 형성될 수 있다.
상기 제1 도핑층(51)은 제1 마스크(110)에 의한 이온주입 공정을 통해 형성될 수 있다. 우선 상기 제1 마스크(110)는 상기 에피층(20) 상에 포토레지스트막을 형성한다. 그리고, 상기 게이트(40) 일측에 해당하는 상기 에피층(20)이 노출되도록 상기 포토레지스트막을 패터닝하여 제1 개구부(115)를 가지는 제1 마스크(110)를 형성한다. 특히, 상기 제1 개구부(115)는 상기 게이트(40) 일측부터 소자분리막(30) 사이에 해당하는 상기 에피층(20)을 노출시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 개구부(115)의 너비는 제1 너비(D1)일 수 있다.
즉, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 제1 개구부(115)는 상기 게이트(40)와 인접하는 에피층(20)만 선택적으로 노출시킴으로써 n형 포토다이오드 형성영역(PDN) 을 예정할 수 있게 된다.
따라서, 상기 제1 마스크(110)를 이온주입 마스크로 하는 이온주입 공정을 진행하여 상기 에피층(20)의 깊은영역에 n형의 제1 도핑층(51)을 형성할 수 있다.
이후, 상기 제1 마스크(110)는 일반적인 포토레지스트 애싱공정에 의하여 제거된다.
도 5 및 도 6을 참조하여, 상기 제1 도핑층(51)과 접하도록 상기 에피층(20)의 제2 영역에 제2 도핑층(52)이 형성된다. 예를 들어, 상기 제2 도핑층(52)은 p형 불순물(p-)로 형성될 수 있다. 상기 제2 도핑층(52)은 제1 도핑층(51)보다 낮은 이온주입 에너지에 의해 이온주입되어 상기 제1 도핑층(51)과 접하도록 상기 에피층(20) 내부에 형성될 수 있다. 즉, 상기 제2 도핑층(52)은 상기 제1 영역보다 얕은 깊이의 제2 영역에 형성될 수 있다. 상기 제2 도핑층(52)의 이온주입 농도는 상기 제1 도핑층(51) 및 제3 도핑층(53)(도 7 참조) 보다 2~5배 높은 농도를 가지도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2 도핑층(52)은 상기 에피층(20)의 내부에서 상기 제1 도핑층(51)의 양측 에지영역이 가려지지 않도록 상기 제1 도핑층(51)보다 좁은 폭으로 형성될 수 있다.
상기 제2 도핑층(52)은 제2 마스크(120)에 의한 이온주입 공정을 통해 형성될 수 있다. 우선, 상기 제2 마스크(120)는 상기 에피층(20) 상에 포토레지스트막을 도포한다. 그리고, 상기 제1 마스크(110)의 개구부 보다 좁은 너비를 가지도록 상기 포토레지스트막을 패터닝하여 제2 개구부(125)를 가지는 제2 마스크(120)를 형성한다. 상기 제2 개구부(125)는 상기 제1 너비(D1)보다 좁은 제2 너비(W2)로 형 성될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제2 개구부(125)는 상기 게이트(40)와 인접하는 상기 액티브 영역의 일부를 가리고 상기 소자분리막(30)과 접하는 액티브 영역의 일부를 가리도록 형성됨으로써 p형 포토다이오드 형성예정영역(PDP)을 예정할 수 있게 된다. 즉, 상기 제2 마스크(120)는 상기 PDN영역의 가장자리에서 내측방향으로 연장된 형태로 형성될 수 있다.
상기와 같이 제2 마스크(120)가 제1 마스크(110)보다 좁은 제2 너비(D2)의 개구부를 가지도록 형성됨으로써 포토공정 변화에 따른 캐패시터 용량을 균일하게 유지할 수 있게 된다. 일반적으로 p형 이온주입 마스크가 필드영역 쪽으로 시프트하게 되면 PN접합 면적이 줄어들게 된다. 이것은 광전하를 집적할 수 있는 캐패시터 용량이 줄어들게 되는 것을 의미한다. 즉, 포토공정변화에 따른 p-이온주입 마스크 시프트로 인하여 정전용량이 감소할 수 있으며 이는 픽셀의 PRNU(Photo Response Non Uniformity)에 악영향을 주게된다.
실시예에서는 p형 이온주입 마스크로 제2 너비(D2)를 가지는 상기 제2 마스크(120)를 사용함으로써 정전용량을 유지 또는 향상시킬 수 있다. 이것은 상기 제2 마스크(120)가 상기 게이트(40) 일측에 해당하는 소자분리막(30) 및 게이트(40) 앞쪽으로 연장되어 형성되었기 때문이다.
따라서, 상기 제2 마스크(120)를 이온주입 마스크로 하는 이온주입 공정을 진행하여 상기 제1 도핑층(51) 상부와 접하는 제2 도핑층(52)을 형성할 수 있다. 또한, 상기 제2 도핑층(52)은 제2 개구부(125)를 통한 이온주입 공정에 의해 형성 되므로 상기 제1 도핑층(51)보다 좁은 폭을 가지도록 형성될 수 있다.
이후, 상기 제2 마스크(120)는 일반적인 포토레지스트 애싱공정에 의하여 제거된다.
도 7을 참조하여, 상기 제2 도핑층(52)과 접하도록 상기 에피층(20)의 제3 영역에 제3 도핑층(53)이 형성된다. 예를 들어, 상기 제3 도핑층(53)은 n형 불순물(n-)로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제3 도핑층(53)은 상기 제2 도핑층(52)보다 낮은 이온주입 에너지에 의해 이온주입되어 상기 제2 도핑층(52)과 인접하도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 제3 도핑층(53)은 상기 제2 영역보다 얕은 깊이인 제3 영역에 형성될 수 있다.
또한, 상기 제3 도핑층(53)은 그래디언트(Gradient) 이온주입공정에 의하여 형성되어 상기 제2 도핑층(52)의 양측에 해당하는 상기 에피층(20)에 형성될 수 있다. 따라서, 상기 제3 도핑층(53)은 상기 제2 도핑층(52) 상부와 접하고 상기 제1 도핑층(51)의 양 에지영역과 그 에지영역이 각각 연결될 수도 있다.
상기 제3 도핑층(53)은 제3 마스크(130)에 의한 이온주입 공정을 통해 형성될 수 있다. 특히, 상기 제3 마스크(130)는 상기 제1 마스크(110)와 동일한 마스크에 의하여 형성될 수 있다. 상기 제3 마스크(130)도 제1 너비(D1)의 개구부를 가지도록 형성될 수 있다.
상기 제3 마스크(130)를 이온주입 마스크로 하는 이온주입 공정을 진행하여 상기 제2 도핑층(52)과 접하는 제3 도핑층(53)을 형성할 수 있다. 특히, 상기 제3 도핑층(53)은 깊이별로 불순물 농도 및 깊이가 달라지도록 그래디언트 이온주입 공 정을 통해 형성되어 상기 제1 도핑층(51)의 에지영역과 연결될 수도 있다.
따라서, 상기 제2 도핑층(52)은 상기 제1 도핑층(51) 및 제3 도핑층(53)에 의하여 둘러쌓인 구조가 될 수 있다.
이후, 상기 제3 마스크(130)는 일반적인 포토레지스트 애싱공정에 의하여 제거된다.
도 8을 참조하여, 상기 제3 도핑층(53)과 접하도록 상기 에피층(20)의 제4 영역에 제4 도핑층(54)이 형성된다. 예를 들어, 상기 제4 도핑층(54)은 p형 불순물(p0)로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제4 도핑층(54)은 상기 제3 도핑층(53)보다 낮은 이온주입 에너지에 의해 이온주입되어 상기 에피층(20)의 표면 및 상기 제2 도핑층(52)에 접하도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 제4 도핑층(54)은 상기 제3 영역보다 얕은 깊이인 제4 영역에 형성될 수 있다.
상기 제4 도핑층(54)은 제4 마스크(140)에 의한 이온주입 공정을 통해 형성될 수 있다. 특히, 상기 제4 마스크(140)는 상기 제3 마스크(130)와 동일한 마스크일 수도 있다. 상기 제4 마스크(140)도 제1 너비(D1)의 개구부를 가지도록 형성될 수 있다.
상기 제4 마스크(140)를 이온주입 마스크로 하는 이온주입공정을 진행하여 상기 제3 도핑층(53)과 접하는 제4 도핑층(54)을 형성할 수 있다.
따라서, 상기 게이트(40)의 일측에 해당하는 상기 에피층(20)의 내부에 제1 내지 제4 도핑층(51,52,53,54)이 적층되어 포토다이오드(50)가 형성된다. 상기 제1 내지 제4 도핑층(51,52,53,54)은 상호 PN 접합 구조로 형성되므로 포토다이오 드(50)의 역할을 할 수 있다. 특히, 상기 제1 내지 제4 도핑층(51,52,53,54)의 접합영역이 증가됨에 따라 단위픽셀의 정전용량이 증가될 수 있다.
이후 상기 제4 마스크(140)는 일반적인 포토레지스트 애싱공정에 의하여 제거된다.
도 9를 참조하여, 상기 포토다이오드(50)에 대한 열처리 공정이 진행된다. 상기 열처리 공정에 의하여 상기 제1 내지 제4 도핑층(51,52,53,54)은 확장될 수 있다. 특히, 상기 열처리 공정에 의하여 상기 제1 및 제3 도핑층(51, 53)의 양 에지영역은 완전히 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 열처리 공정은 800~1200℃의 온도에서 진행될 수 있다. 또한, 상기 열처리 공정에 의하여 이미지 센서의 다크 특성을 개선할 수 있다.
도 10을 참조하여, 상기 게이트(40)의 양측에 스페이서(60)가 형성된다. 그리고, 상기 게이트(40) 타측에 해당하는 상기 에피층(20)의 내부에 플로팅 확산영역(70)이 형성된다.
추가적으로 상기 게이트(40) 및 포토다이오드(50)를 포함하는 반도체 기판(10) 상에 배선, 컬러필터 및 마이크로 렌즈가 형성될 수 있다.
도 11 내지 도 13은 미러 타입의 픽셀(Mirror Type 2-Shard Pixel)에서 실시예에 따른 포토다이오드의 형성공정을 적용한 것을 나타내는 도면이다.
도 11은 미러 타입의 픽셀(Mirror Type 2-Shard Pixel)에서 p형 이온주입 마스크의 평면도를 나타내는 것이다. 도 12 및 도 13은 도 11의 X-X'선 단면도로서, 상기 마스크에 의하여 포토다이오드가 형성되는 것을 나타내는 도면이다.
상기 미러타입의 픽셀은 두개의 포토다이오드가 하나의 플로팅 확산영역을 공유하는 구조로 형성된 것이다.
도 11 및 도 12를 참조하여, 반도체 기판(210)의 에피층(220)에 포토다이오드 영역 A(이하 A영역이라고 칭함)와 포토다이오드 영역 B(이하 B영역이라고 칭함)가 하나의 플로팅 확산영역(270)을 공유하고 있고, 포토다이오드 영역 C(이하 C영역이라고 칭함)와 포토다이오드 영역 D(이하 D영역이라고 칭함)가 하나의 플로팅 확산영역을 공유하고 있다. 예를 들어, 상기 A 영역은 적색광 감지부이고, B 영역은 녹색광 감지부이고, C 영역은 녹색광 감지부이고, D 영역은 청색광 감지부일 수 있다. 한편, 상기 A영역, B영역, C영역, D영역 각각에는 이온주입 공정에 의하여 제1 도핑층이 형성되어 있을 수 있다.
상기 A 영역, B 영역, C 영역 및 D 영역을 포함하는 반도체 기판(210) 상에 제5 마스크(420)가 형성된다. 상기 제5 마스크(420)는 상기 A 영역, B 영역, C 영역 및 D 영역에 제2 도핑층(252,352)을 형성하기 위한 것이다.
상기 A 영역, B 영역, C 영역 및 D 영역에서 상기 제5 마스크(420)는 상기 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트(240)와 인접하는 액티브 영역의 일부를 가리고 상기 소자분리막(230)과 접하는 액티브 영역이 일부를 가리도록 형성된다. 예를 들어, 상기 제5 마스크(420)는 상기 각 영역(A,B,C,D)의 게이트(240, 250)와 인접하는 액티브 영역을 가리고 상기 소자분리막과 접하는 액티브 영역의 일부를 가리는 각각이 제1 개구부(425),제2 개구부(427), 제3 개구부 및 제4 개구부를 포함한다.
따라서, 상기 미러타입의 픽셀에서 상기 A 영역, B 영역, C 영역 및 D 영역 에서의 일정한 정전용량을 확보할 수 있다.
일반적인 미러타입의 픽셀에서 포토다이오드의 p형 도핑층을 형성할 때 사용되는 마스크의 경우 게이트에서 소자분리막 사이의 액티브 영역을 선택적으로 노출시킬 수 있다. 이때, 공정 변화로 인하여 마스크가 상하 또는 좌우 이동을 하게 되면 이온주입 영역의 위치가 각 포토다이오드에서 달라지게 되므로 정전용량이 달라지게 된다. 즉, 일반적인 마스크를 사용하면 공정변화로 인하여 녹색광 감지부인 B 영역과 C 영역의 정전용량의 차이로 인하여 녹생 광신호에 대한 화질의 차이가 발생될 수 있다.
실시예에서는 상기 제5 마스크(420)에 의하여 p형 도핑층을 형성하기 때문에 공정변화에도 각 포토다이오드의 이온주입 면적이 동일할 수 있다. 이에 따라, 미러 타입 픽셀의 포토다이오드에서 일정한 정전용량을 확보하여 B영역과 C영역에서의 PRNU(Photo Response Non Uniformity)를 개선할 수 있다.
도 12를 참조하여, 상기 제5 마스크(420)에 의한 이온주입 공정을 진행하여 제2 도핑층(252,352)이 형성된다. 도 12는 도 11의 X-X'선 단면도로서 A영역의 게이트는 240이고 B영역의 게이트는 340 이다.
상기 제2 도핑층(252,352)은 상기 A 영역, B 영역, C 영역 및 D 영역에 각각 형성될 수 있다. 상기 제2 도핑층(252,352)은 p형 불순물(p-)로 형성될 수 있다. 상기 제2 도핑층(252,352)은 하부에 형성된 제1 도핑층(251,351)의 양 에지영역을 노출시킬 수 있다.
따라서, 공정변화에 의하여 상기 제5 마스크(420)가 이동하더라도 상기 제2 도핑층(252,352)의 이온주입 영역의 면적인 일정하기 때문에 각 픽셀에서 균일한 정전용량을 유지할 수 있다.
도 13을 참조하여, 상기 게이트(240,340)의 일측에 제1 도핑층(251,351), 제2 도핑층(252,352), 제3 도핑층(253,353) 및 제4 도핑층(254,354)이 적층된 포토다이오드(250,350)가 형성된다.
상기 제2 도핑층(252,352) 형성 후 별도의 이온주입 마스크에 의하여 상기 제3 도핑층(253,353) 및 제4 도핑층(254,354)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 도핑층(253,353)은 n형 불순물(n-)로 형성되고, 상기 제4 도핑층(254,354)은 p형 불순물(p0)로 형성될 수 있다.
상기 제2 도핑층(252,352)은 상기 제1 도핑층(251,351) 및 제3 도핑층(253,353)에 의하여 둘러쌓인 구조로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 포토다이오드(250,350)의 정전용량이 증가될 수 있다.
이상에서 설명한 실시예는, 전술한 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 본 실시예의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
도 1은 종래의 기술에 따른 이미지 센서의 단위픽셀을 나타내는 단면도이다.
도 2 내지 도 10은 실시예에 따른 이미지센서의 제조공정을 나타내는 도면이다.
도 11은 미러 타입의 픽셀(Mirror Type-2-Shared) 구조에서 마스크의 구조를 나타내는 평먼도이다.
도 12 및 도 13은 도 11의 마스크에 의하여 형성되는 미러 타입의 이미지 센서의 제조공정을 나타내는 단면도이다.

Claims (14)

  1. 픽셀영역이 정의된 반도체 기판;
    상기 반도체 기판의 제1 영역에 형성된 제1 도전형의 제1 도핑층;
    상기 제1 도핑층과 이격되고, 상기 제1 도핑층의 양 에지영역과 그 에지영역이 각각 연결되고, 상기 제1 도핑층보다 얕은 깊이인 제3 영역에 형성된 제1 도전형의 제3 도핑층;
    상기 제1 도핑층과 상기 제3 도핑층 사이에 형성되도록 상기 제1 영역 보다 얕은 깊이를 가지는 제2 도전형의 제2 도핑층; 및
    상기 제3 도핑층과 접하도록 상기 반도체 기판의 표면 영역에 형성된 제2 도전형의 제4 도핑층을 포함하는 이미지 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제3 도핑층은 n형 불순물로 형성되고, 상기 제2 및 제4 도핑층은 p형 불순물로 형성된 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 기판은 제2 도전형의 에피층을 포함하고, 상기 제1, 제2 제3 및 제4 도핑층은 상기 에피층에 형성된 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 기판 상에 형성된 게이트 및 상기 게이트의 일측에 형성된 플로팅 확산영역을 더 포함하고,
    상기 제1, 제2, 제3 및 제4 도핑층은 상기 게이트의 타측에 위치되어 포토다이오드로 사용되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 픽셀영역의 픽셀은 하나의 포토다이오드가 하나의 플로팅 확산부를 갖는 싱글 타입(Single type) 또는 두개의 포토다이오드가 하나의 플로팅 확산부를 공유하는 미러 타입(Mirror Type 2-shard Pixel)으로 형성된 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 픽셀영역의 각 픽셀에는 적어도 4개 이상의 접합영역이 형성된 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  7. 액티브 영역이 정의되도록 반도체 기판에 소자분리막을 형성하는 단계;
    상기 반도체 기판 상에 게이트를 형성하는 단계;
    상기 게이트의 일측에 해당하는 상기 반도체 기판의 제1 영역에 제1 도전형의 제1 도핑층을 형성하는 단계;
    상기 제1 도핑층의 상부와 접하고 상기 제1 도핑층 보다 작은 폭을 가지도록 상기 제1 영역보다 얕은 깊이의 제2 영역을 가지는 제2 도전형의 제2 도핑층을 형성하는 단계;
    상기 제2 도핑층의 상부와 접하고 상기 제1 도핑층의 양 에지영역과 그 에지영역이 각각 연결되도록 상기 제2 영역보다 얕은 깊이의 제3 영역을 가지는 제1 도전형의 제3 도핑층을 형성하는 단계; 및
    상기 제3 도핑층 상부와 접하고 상기 제3 영역보다 얕은 깊이의 제4 영역을 가지는 제2 도전형의 제4 도핑층을 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 및 제3 도핑층은 n형 불순물로 형성되고 상기 제2 및 제4 도핑층은 p형 불순물로 형성된 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 도핑층 및 제2 도핑층을 형성하는 단계는,
    상기 반도체 기판 상에 상기 게이트 일측에 해당하는 상기 반도체 기판을 선택적으로 노출시키는 제1 개구부를 가지는 제1 마스크를 형성하는 단계;
    상기 제1 마스크를 사용한 이온주입 공정을 진행하여 상기 제1 도핑층을 형성하는 단계;
    상기 제1 마스크를 제거한 후, 상기 제1 개구부보다 좁은 폭을 가지는 제2 개구부를 가지는 제2 마스크를 형성하는 단계; 및
    상기 제2 마스크를 사용한 이온주입 공정을 진행하여 상기 제1 도핑층의 양에지영역을 노출시키는 상기 제2 도핑층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제3 도핑층은 상기 제1 마스크와 동일한 마스크로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제2 마스크는 상기 게이트 일측과 접하는 상기 액티브 영역의 일부 덮고 상기 소자분리막의 일측과 접하는 상기 액티브 영역의 일부를 덮도록 형성된 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 게이트의 타측에는 플로팅 확산부가 형성되는 것을 더 포함하는 이미지 센서의 제조방법.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 제2 도핑층의 이온주입 농도는 상기 제1 도핑층 및 제3 도핑층 보다 2~5배 높게 주입되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 제3 도핑층은 그래디언트(Gradient) 이온주입공정에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
KR1020090056450A 2009-06-24 2009-06-24 이미지센서 및 그 제조방법 KR20100138086A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090056450A KR20100138086A (ko) 2009-06-24 2009-06-24 이미지센서 및 그 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090056450A KR20100138086A (ko) 2009-06-24 2009-06-24 이미지센서 및 그 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20100138086A true KR20100138086A (ko) 2010-12-31

Family

ID=43511604

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090056450A KR20100138086A (ko) 2009-06-24 2009-06-24 이미지센서 및 그 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20100138086A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5058488B2 (ja) 光の波長に応じて異なる厚さの埋没バリヤ層を具備するイメージセンサ及びその形成方法
JP4390896B2 (ja) Ｃｍｏｓイメージセンサーのフォトダイオード、その製造方法及びイメージセンサーの製造方法
US7417273B2 (en) Image sensor with embedded photodiode region and fabrication method thereof
US20060255372A1 (en) Color pixels with anti-blooming isolation and method of formation
JP5478217B2 (ja) 固体撮像装置
US8466530B2 (en) Co-implant for backside illumination sensor
KR20170084519A (ko) 이미지 센서
KR20190136895A (ko) 개선된 암 전류 성능을 갖는 반도체 이미징 디바이스
US20050253214A1 (en) Solid-state imaging device
KR20070071040A (ko) 씨모스 이미지 센서 및 이의 제조 방법
JP2004152819A (ja) 固体撮像装置及びその製造方法
US11502117B2 (en) Image sensor including conductive connection pattern
JP2013162077A (ja) 固体撮像装置
KR102499854B1 (ko) 격리 구조물 및 이를 포함하는 이미지 센서
KR100329770B1 (ko) 반구형상의포토다이오드를갖는이미지센서
KR100326267B1 (ko) 큰정전용량의포토다이오드를갖는이미지센서및그제조방법
KR20100138086A (ko) 이미지센서 및 그 제조방법
KR20100025873A (ko) 혼색 방지 불순물 격리 구조를 갖는 이미지 센서 및 그 제조 방법
KR20010004106A (ko) 이미지센서 및 그 제조방법
KR20010004105A (ko) 이미지센서 및 그 제조방법
KR20110079329A (ko) 이미지 센서 및 그 제조방법
KR101038789B1 (ko) 이미지센서 및 그 제조방법
KR100990522B1 (ko) 이미지 센서 및 그 제조방법
KR20100076413A (ko) 이미지센서의 단위픽셀 및 그 제조방법
KR20100079384A (ko) 이미지센서의 단위픽셀 및 그 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Withdrawal due to no request for examination