KR20110079328A - Image sensor and manufacturing method of image sensor - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An image sensor and a method for manufacturing the image sensor are provided to maximize an area of a photodiode and a transistor though a pixel area is reduced according as a unit pixel is minimized and highly integrated for high resolution. CONSTITUTION: An active layer(110) is formed on an upper part of a semiconductor substrate. An element isolation film(105) defining an active area is formed on the active layer. The first isolation layer(111) is formed at a lower part of the element isolation film. The second isolation layer(112) is formed on a total area of the semiconductor substrate under the first isolation layer. The photodiode is formed on the semiconductor substrate area surrounded by the first isolation layer, the second isolation layer and the active layer. Source areas and drain areas of transistors are formed. A plug layer connected to the photodiode is formed on a part of the source area between a gate of a transfer transistor and the element isolation film.

Description

이미지 센서 및 이미지 센서의 제조 방법{Image sensor and manufacturing method of image sensor}Image sensor and manufacturing method of image sensor

실시예는 이미지 센서 및 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것이다.Embodiments relate to an image sensor and a method for manufacturing the image sensor.

도 1은 4T(Transistor) 이미지 센서의 단위 픽셀의 등가회로도이다.1 is an equivalent circuit diagram of a unit pixel of a 4T (transistor) image sensor.

도 1에서와 같이, 4T 이미지 센서의 단위 픽셀은 4개의 트랜지스터(RX, DX, SX)와 1개의 포토다이오드(PD)를 포함한다.As shown in FIG. 1, the unit pixel of the 4T image sensor includes four transistors RX, DX, and SX and one photodiode PD.

포토다이오드(PD)는 광전변환 기능을 수행하고, 부유확산영역(FD; Floating Diffusion)은 포토다이오드(FD)의 전기신호를 축적하는 기능을 수행하며, 트랜스퍼(transfer) 트랜지스터(TX)는 부유확산영역(FD)의 전압을 전달하여 포토다이오드(PD)를 리셋하거나 포토다이오드(PD)의 전기신호를 부유확산영역(FD)으로 전달하는 스위칭 기능을 한다.The photodiode PD performs a photoelectric conversion function, the floating diffusion region FD stores an electrical signal of the photodiode FD, and the transfer transistor TX performs a floating diffusion. The photodiode PD may be reset by transferring a voltage of the region FD, or a switching function of transferring an electrical signal of the photodiode PD to the floating diffusion region FD.

디텍션(detcetion) 트랜지스터(DX)는 부유확산영역(FD)의 전기신호를 증폭하며, 셀렉트(select) 트랜지스터(SX)는 증폭된 신호를 선택적으로 출력단(Vout)에 전달한다. 리셋(reset) 트랜지스터(RX)는 전압단(PVDD)으로부터 전압을 인가받아 부유확산영역(FD)를 통하여 포토다이오드(PD)에 전달하고 포토다이오드(PD)를 초기 화한다.The detection transistor DX amplifies the electrical signal in the floating diffusion region FD, and the select transistor SX selectively transmits the amplified signal to the output terminal Vout. The reset transistor RX receives a voltage from the voltage terminal PVDD, transfers the voltage to the photodiode PD through the floating diffusion region FD, and initializes the photodiode PD.

도 2는 4T 이미지 센서의 단위 픽셀의 상면도이고, 도 3은 도 3의 표시선 A-A'을 기준으로 한 4T 이미지 센서의 단위 픽셀의 측단면도이다.FIG. 2 is a top view of the unit pixel of the 4T image sensor, and FIG. 3 is a side cross-sectional view of the unit pixel of the 4T image sensor based on the display line A-A 'of FIG. 3.

도 2와 같이, 포토다이오드(PD) 영역으로부터 "ㄷ"자 형태의 액티브 영역(a)이 형성되고, 포토다이오드(PD)측으로부터 순차적으로 트랜스퍼 트랜지스터(TX), 리셋 트랜지스터(RX), 디텍션 트랜지스터(DX), 셀렉트 트랜지스터(SX)의 게이트가 액티브 영역(a)을 따라 형성된다.As shown in FIG. 2, an active region a having a "c" shape is formed from the photodiode PD region, and the transfer transistor TX, the reset transistor RX, and the detection transistor are sequentially formed from the photodiode PD side. (DX) and the gate of the select transistor SX are formed along the active region a.

도 3을 참조하면, 기판(10)에 소자분리막(11)이 형성되고, 소자분리막(11) 일측에 포토다이오드(PD)가 형성된다. 포토다이오드(PD) 옆에 게이트 절연막(18, 12, 13, 14)을 각각 형성하고, 게이트 절연막(18, 12, 13, 14) 위에 각각 게이트(19, 15, 16, 17)를 형성하여 트랜스퍼 트랜지스터(TX), 리셋 트랜지스터(RX), 디텍션 트랜지스터(DX), 셀렉트 트랜지스터(SX)를 순서대로 형성한다.Referring to FIG. 3, an isolation layer 11 is formed on a substrate 10, and a photodiode PD is formed on one side of the isolation layer 11. Gate insulating films 18, 12, 13, and 14 are formed next to the photodiode PD, and gates 19, 15, 16, and 17 are formed on the gate insulating films 18, 12, 13, and 14, respectively. The transistor TX, the reset transistor RX, the detection transistor DX, and the select transistor SX are formed in this order.

트랜스퍼 트랜지스터(TX)와 리셋 트랜지스터(RX) 사이에는 부유확산영역(FD)이 형성되고, 포토다이오드(PD) 상부에는 신호잡음을 완화하는 피닝(pinning)전도층(21)이 형성된다.A floating diffusion region FD is formed between the transfer transistor TX and the reset transistor RX, and a pinning conductive layer 21 for reducing signal noise is formed on the photodiode PD.

또한, 게이트(19, 15, 16, 17)와 포토다이오드(PD)를 포함한 기판(10) 위에 제1절연층(20)이 형성되고, 게이트(19, 15, 16, 17) 및 게이트(19, 15, 16, 17) 사이의 액티브 영역과 연결되는 다수의 컨택플러그(22)가 제1절연층(20) 상에 형성된다. 제1절연층(20) 위에 컨택플러그(22)와 연결되는 메탈층(32)을 형성하고, 그 위 에 제2절연층(30)을 형성한다.In addition, a first insulating layer 20 is formed on the substrate 10 including the gates 19, 15, 16, and 17 and the photodiode PD, and the gates 19, 15, 16, and 17 and the gate 19 are formed. A plurality of contact plugs 22 are formed on the first insulating layer 20 to be connected to the active regions between the first and second insulating layers 15, 16, and 17. The metal layer 32 connected to the contact plug 22 is formed on the first insulating layer 20, and the second insulating layer 30 is formed thereon.

도 4는 BSI(Back Side Illumination) 구조의 4T 이미지 센서의 구조를 도시한 측단면도이다.4 is a side cross-sectional view showing the structure of a 4T image sensor having a BSI (Back Side Illumination) structure.

도 3에서 설명한 공정이 끝나면, 제2절연층(30) 위에 실리콘 웨이퍼, 혹은 유리 기판과 같은 제2 기판(미도시)을 접착하고, 기판(10)의 저면이 위를 향하고 제2 기판이 밑을 향하도록 하여 기판(10)을 뒤집는다.After the process described with reference to FIG. 3, the second substrate (not shown) such as a silicon wafer or a glass substrate is adhered to the second insulating layer 30, and the bottom surface of the substrate 10 is facing upwards and the second substrate is bottomed. Turn the substrate 10 upside down.

기판(10)의 저면을 소정 두께, 가령 에피층(미도시)과 기판의 계면 근처까지 평탄화하고, 기판(10)의 저면 위에 보호층(40)을 형성한다.The bottom surface of the substrate 10 is flattened to a predetermined thickness, for example, near the interface between the epi layer (not shown) and the substrate, and the protective layer 40 is formed on the bottom surface of the substrate 10.

이어서, 상기 보호층(40) 위에 컬러필터층(50), 마이크로 렌즈(60)를 순차적으로 형성한다.Subsequently, the color filter layer 50 and the microlens 60 are sequentially formed on the protective layer 40.

현재, 이미지 센서의 단위 픽셀은 고해상도를 위하여 최소화 및 고집적화되는 추세이며, 이에 따라 픽셀 영역의 이용효율을 높여야 한다.Currently, the unit pixel of the image sensor is minimized and highly integrated for high resolution, and thus, the utilization efficiency of the pixel area should be increased.

그러나, 이와 같은 BSI 구조의 4T 이미지 센서는 트랜지스터 영역과 포토 다이오드 영역이 동일선 상에 형성되어 제한적이므로 단위 픽셀 영역을 최소화하는 한계가 있다. 따라서, 입사되는 광량이 적고 트랜지스터를 충분히 크게 형성할 수 없으므로 전기 신호의 처리가 불안정해지는 문제점이 있다.However, the 4T image sensor of the BSI structure is limited because the transistor region and the photodiode region are formed on the same line, thereby limiting the unit pixel region. Accordingly, there is a problem that the amount of incident light is small and the transistor cannot be formed sufficiently large, so that the processing of the electrical signal becomes unstable.

실시예는 이미지 센서의 단위 픽셀이 고해상도를 위하여 최소화 및 고집적화됨에 따라 픽셀 영역의 면적이 감소되더라도 포토 다이오드 및 트랜지스터의 면적을 최대화할 수 있는 BSI 구조의 이미지 센서 및 이미지 센서의 제조 방법을 제공한다.The embodiment provides a method of manufacturing an image sensor and an image sensor having a BSI structure that can maximize the area of a photodiode and a transistor even if the area of a pixel area is reduced as the unit pixel of the image sensor is minimized and integrated for high resolution.

실시예에 따른 이미지 센서는 BSI(Back Side Illumination) 구조의 이미지 센서에 관한 것으로서, 반도체 기판의 상부에 형성된 액티브층; 상기 액티브층 상에 형성되어 액티브 영역을 정의하는 소자분리막; 상기 소자분리막의 적어도 일부 밑에 형성된 제1 격리층; 상기 제1 격리층 밑의 상기 반도체 기판 전체 영역에 형성된 제2 격리층; 상기 제1 격리층, 상기 제2 격리층 및 상기 액티브층으로 둘러싸인 상기 반도체 기판 영역에 형성된 포토 다이오드; 상기 소자분리막 사이의 상기 액티브층 위에 소정 간격으로 이격되어 형성된 트랜스퍼 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 디텍션 트랜지스터 및 셀렉트 트랜지스터의 게이트 절연막 및 게이트; 상기 트랜지스터들의 소스 영역과 드레인 영역; 및 상기 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트와 상기 소자분리막 사이의 소스 영역 일부에 형성되어 상기 포토 다이오드와 접속되는 플러그층을 포함한다.The image sensor according to the embodiment relates to an image sensor having a back side illumination (BSI) structure, comprising: an active layer formed on an upper surface of a semiconductor substrate; An isolation layer formed on the active layer to define an active region; A first isolation layer formed under at least a portion of the device isolation layer; A second isolation layer formed over the entire area of the semiconductor substrate under the first isolation layer; A photodiode formed in the semiconductor substrate region surrounded by the first isolation layer, the second isolation layer, and the active layer; A gate insulating film and a gate of a transfer transistor, a reset transistor, a detection transistor, and a select transistor formed on the active layer between the device isolation layers at predetermined intervals; Source and drain regions of the transistors; And a plug layer formed in a portion of a source region between the gate of the transfer transistor and the device isolation layer to be connected to the photodiode.

실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법은 BSI(Back Side Illumination) 구조의 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것으로서, 반도체 기판의 상부에 액티브층을 형성하고, 상기 액티브층 상에 액티브 영역을 정의하는 소자분리막을 형성하는 단계; 상기 소자분리막의 적어도 일부 밑에 제1 격리층을 형성하고, 상기 제1 격리층 밑의 상기 반도체 기판 전체 영역에 제2 격리층을 형성하는 단계; 상기 제1 격리층, 상기 제2 격리층 및 상기 액티브층으로 둘러싸인 상기 반도체 기판 영역에 포토 다이오드를 형성하는 단계; 상기 소자분리막 사이의 상기 액티브층 위에 소정 간격으로 이격된 트랜스퍼 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 디텍션 트랜지스터 및 셀렉트 트랜지스터의 게이트 절연막 및 게이트를 형성하는 단계; 상기 트랜지스터들의 소스 영역과 드레인 영역을 형성하는 단계; 및 상기 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트와 상기 소자분리막 사이의 소스 영역 일부에 상기 포토 다이오드와 접속되는 플러그층을 형성하는 단계를 포함한다.The method of manufacturing an image sensor according to the embodiment relates to a method of manufacturing an image sensor having a back side illumination (BSI) structure, and includes: forming an active layer on the semiconductor substrate and defining an active region on the active layer. Forming a; Forming a first isolation layer under at least a portion of the device isolation layer, and forming a second isolation layer in an entire region of the semiconductor substrate under the first isolation layer; Forming a photodiode in the semiconductor substrate region surrounded by the first isolation layer, the second isolation layer and the active layer; Forming a gate insulating film and a gate of a transfer transistor, a reset transistor, a detection transistor, and a select transistor spaced at a predetermined interval on the active layer between the device isolation layers; Forming a source region and a drain region of the transistors; And forming a plug layer connected to the photodiode in a portion of a source region between the gate of the transfer transistor and the device isolation layer.

실시예에 의하면, 다음과 같은 효과가 있다.According to the embodiment, the following effects are obtained.

첫째, 이미지 센서의 단위 픽셀이 고해상도를 위하여 최소화 및 고집적화됨에 따라 픽셀 영역의 면적이 감소되더라도 포토 다이오드 및 트랜지스터의 면적을 최대화할 수 있다.First, as unit pixels of the image sensor are minimized and highly integrated for high resolution, the area of the photodiode and the transistor may be maximized even if the area of the pixel area is reduced.

둘째, BSI 구조의 이미지 센서에서 포토 다이오드의 면적을 최대화할 수 있으므로 광입사량이 증가되고 고해상도를 구현할 수 있다.Second, since the area of the photodiode in the BSI-structured image sensor can be maximized, the amount of light incident is increased and high resolution can be realized.

셋째, BSI 구조의 이미지 센서에서 트랜지스터의 면적이 최대화되며 포토 다이오드로 입사되는 광경로에 영향을 주지 않으므로 트랜지스터의 크기 제한을 완화할 수 있다.Third, in the BSI structure image sensor, the area of the transistor is maximized and the size limit of the transistor can be relaxed because it does not affect the optical path incident on the photodiode.

넷째, 포토 다이오드의 표면에 신호 잡음을 최소화하기 위한 피닝(pinning)층을 형성할 필요가 없으므로 트래스퍼 트랜지스터의 스위칭 동작이 보다 용이하게 이루어질 수 있다.Fourth, since it is not necessary to form a pinning layer on the surface of the photodiode to minimize signal noise, the switching operation of the tracer transistor can be made easier.

첨부된 도면을 참조하여, 실시예에 따른 이미지 센서 및 이미지 센서의 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다.With reference to the accompanying drawings, it will be described in detail with respect to the image sensor and the manufacturing method of the image sensor according to the embodiment.

이하, 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되므로 본 발명의 기술적 사상과 직접적인 관련이 있는 핵심적인 구성부만을 언급하기로 한다.Hereinafter, in describing the embodiments, detailed descriptions of related well-known functions or configurations are deemed to unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, and thus only the essential components directly related to the technical spirit of the present invention will be referred to. .

본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.In the description of an embodiment according to the present invention, each layer (film), region, pattern or structure may be "on" or "under" the substrate, each layer (film), region, pad or pattern. "On" and "under" include both "directly" or "indirectly" formed through another layer, as described in do. Also, the criteria for top, bottom, or bottom of each layer will be described with reference to the drawings.

도 5는 실시예에 따른 이미지 센서의 구성을 개략적으로 도시한 상면도이다.5 is a top view schematically illustrating a configuration of an image sensor according to an embodiment.

이하, 실시예에 따른 이미지 센서는 BSI 구조를 가지는 4-T(Transistor) 이미지 센서인 것으로 한다.Hereinafter, the image sensor according to the embodiment is assumed to be a 4-T (Transistor) image sensor having a BSI structure.

실시예에 따른 이미지 센서의 등가회로는 도 1과 동일하며 도 1 및 도 5를 참조하면, 리셋 트랜지스터(RX)의 게이트(142)의 게이트(142)와 트랜스퍼 트랜지스 터(TX)의 게이트(141)의 전압을 인가하였다가 차단하여 포토 다이오드(120)를 초기화(reset)한다.The equivalent circuit of the image sensor according to the embodiment is the same as that of FIG. 1, and referring to FIGS. 1 and 5, the gate 142 of the gate 142 of the reset transistor RX and the gate of the transfer transistor TX The photodiode 120 is reset by applying and blocking the voltage of 141.

또한, 상기 포토 다이오드(120)의 신호를 읽는 경우, 상기 리셋 트랜지스터(RX)의 게이트(142) 전압을 차단한 상태에서 상기 트랜스퍼 트랜지스터(TX)의 게이트(141) 전압을 인가하였다가 차단함으로써 상기 포토 다이오드(120)의 신호가 디텍션 트랜지스터(DX) 및 셀렉트 트랜지스터(SX)로 전달되도록 한다.When the signal of the photodiode 120 is read, the voltage of the gate 141 of the transfer transistor TX is applied and cut off while the voltage of the gate 142 of the reset transistor RX is cut off. The signal of the photodiode 120 is transmitted to the detection transistor DX and the select transistor SX.

도 5를 참조하면, 상기 포토 다이오드(120)가 반도체 기판(100)의 하부에 넓게 형성되고, 그 위에 액티브층(110)이 "ㄴ"자 형태로 형성된 것을 볼 수 있다.Referring to FIG. 5, it can be seen that the photodiode 120 is widely formed under the semiconductor substrate 100, and the active layer 110 is formed in a “b” shape thereon.

상기 액티브층(110)의 일측은 플러그층(151)을 통하여 하부의 상기 포토 다이오드(120)와 연결되고, 상기 플러그층(151)으로부터 상기 액티브층(110)을 따라 상기 트랜스퍼 트랜지스터(TX)의 게이트(141), 상기 리셋 트랜지스터(RX)의 게이트(142), 상기 디텍션 트랜지스터(DX)의 게이트(143), 상기 셀렉트 트랜지스터(SX)의 게이트(144)가 순서대로 형성된다.One side of the active layer 110 is connected to the lower photodiode 120 through a plug layer 151, and from the plug layer 151 along the active layer 110 to the transfer transistor TX. A gate 141, a gate 142 of the reset transistor RX, a gate 143 of the detection transistor DX, and a gate 144 of the select transistor SX are sequentially formed.

상기 액티브층(110)은 상기 포토 다이오드(120) 위의 상기 반도체 기판(100)에 형성된 소자분리막(105; 도 6 참조)에 의하여 정의된다.The active layer 110 is defined by an isolation layer 105 (see FIG. 6) formed on the semiconductor substrate 100 on the photodiode 120.

이와 같은 구조의 실시예에 따른 이미지 센서의 구조에 대하여 도 6 및 도 7을 참조하여 보다 상세히 설명한다.The structure of the image sensor according to the embodiment of such a structure will be described in more detail with reference to FIGS. 6 and 7.

도 6은 도 5의 표시선 A-A'를 기준으로 한 이미지 센서의 구성을 개략적으로 도시한 측단면도이다.FIG. 6 is a side cross-sectional view schematically illustrating a configuration of an image sensor based on the display line A-A 'of FIG. 5.

도 6을 참조하면, 저저항 반도체층 또는 SOI(Silicon On Insulator)와 같은 반도체 기판(100)의 상부에 에피(epi)층 혹은 SOI의 단결정층과 같은 액티브층(110)을 형성하고, 상기 액티브층(110) 상에 액티브 영역을 정의하는 소자분리막(105)을 형성한다.Referring to FIG. 6, an active layer 110, such as an epi layer or a single crystal layer of SOI, is formed on an upper surface of a semiconductor substrate 100 such as a low resistance semiconductor layer or a silicon on insulator (SOI). An isolation layer 105 defining an active region is formed on the layer 110.

그리고, 상기 액티브층(110)과 동일한 전도형 불순물을 상기 액티브층(110) 보다 고농도로 이온주입하여 상기 소자분리막(105)의 적어도 일부 밑에 제1 격리층(111)을 깊게 형성하고, 상기 제1 격리층(111) 밑의 상기 반도체 기판(100) 전체 영역에 소정 두께의 제2 격리층(112)을 형성한다.In addition, by implanting the same conductivity type impurities as the active layer 110 at a higher concentration than the active layer 110, the first isolation layer 111 is deeply formed under at least a portion of the device isolation layer 105. The second isolation layer 112 having a predetermined thickness is formed on the entire area of the semiconductor substrate 100 under the isolation layer 111.

상기 제1 격리층(111)과 상기 제2 격리층(112)은 동일한 포토 공정, 이온주입공정, 포토레지스트 패턴 제거 공정 또는 서로 다른 공정들에 의하여 형성될 수 있다.The first isolation layer 111 and the second isolation layer 112 may be formed by the same photo process, ion implantation process, photoresist pattern removal process, or different processes.

이어서, 상기 제1 격리층(111), 상기 제2 격리층(112) 및 상기 액티브층(110)으로 둘러싸인 상기 반도체 기판(100) 영역에 이온주입공정을 통하여 포토 다이오드(120)를 형성한다.Subsequently, the photodiode 120 is formed through an ion implantation process in the region of the semiconductor substrate 100 surrounded by the first isolation layer 111, the second isolation layer 112, and the active layer 110.

이후, 상기 포토 다이오드(120)와 상기 액티브층(110)의 계면에 제3 격리층(113)을 형성한다.Thereafter, a third isolation layer 113 is formed at an interface between the photodiode 120 and the active layer 110.

상기 제3 격리층(113)은 상기 제1 격리층(111) 및 상기 제2 격리층(112)과 유사하게, 상기 액티브층(110)과 동일한 전도형 불순물을 상기 액티브층(110) 보다 고농도로 이온주입하여 형성될 수 있다.Similar to the first isolation layer 111 and the second isolation layer 112, the third isolation layer 113 has the same conductivity type impurity as the active layer 110, and has a higher concentration than the active layer 110. It can be formed by ion implantation.

상기 제1 격리층(111), 상기 제2 격리층(112) 및 상기 제3 격리층(113)은 상 기 포토 다이오드(120)를 전기적으로 격리시키는 기능을 한다.The first isolation layer 111, the second isolation layer 112, and the third isolation layer 113 function to electrically isolate the photodiode 120.

이후, 상기 소자분리막(105) 사이의 상기 액티브층(110) 위에 소정 간격으로 이격된 4개의 게이트 절연막(131, 132, 133, 134)을 형성하고, 상기 게이트 절연막(131, 132, 133, 134) 위에 게이트(141, 142, 143, 144)를 형성함으로써, 좌측으로부터 트랜스퍼 트랜지스터(TX), 리셋 트랜지스터(RX), 디텍션 트랜지스터(DX), 셀렉트 트랜지스터(SX)를 형성한다.Thereafter, four gate insulating layers 131, 132, 133, and 134 are formed on the active layer 110 between the device isolation layers 105 at predetermined intervals, and the gate insulating layers 131, 132, 133, and 134 are formed. By forming the gates 141, 142, 143, and 144 on the upper side of the circuit), the transfer transistor TX, the reset transistor RX, the detection transistor DX, and the select transistor SX are formed from the left side.

이어서, 상기 트랜지스터들(TX, RX, DX, SX) 사이의 상기 액티브층(110) 상부에 이온을 주입하여 해당 트랜지스터들(TX, RX, DX, SX)의 소스 영역과 드레인 영역을 형성한다.Subsequently, ions are implanted into the active layer 110 between the transistors TX, RX, DX, and SX to form source and drain regions of the transistors TX, RX, DX, and SX.

이때, 상기 트랜스퍼 트랜지스터(TX)와 상기 리셋 트랜지스터(RX) 사이의 소스/드레인 영역은 부유확산영역(FD)으로 기능된다.In this case, the source / drain region between the transfer transistor TX and the reset transistor RX functions as a floating diffusion region FD.

상기 소스 영역과 드레인 영역은 상기 액티브층(110)과 반대의 도전형 불순물 이온을 도핑하여 형성될 수 있다.The source region and the drain region may be formed by doping conductive impurity ions opposite to the active layer 110.

다음으로, 상기 트랜스퍼 트랜지스터(TX)의 게이트(141)와 상기 소자분리막(105) 사이의 영역, 즉 상기 트랜스퍼 트랜지스터(TX)의 소스 영역 일부에 이온을 도핑하여 상기 포토 다이오드(120)와 접속되는 플러그층(151)을 형성한다.Next, a portion of a region between the gate 141 of the transfer transistor TX and the device isolation layer 105, that is, a portion of the source region of the transfer transistor TX is doped with ions to be connected to the photodiode 120. The plug layer 151 is formed.

상기 플러그층(151)은 상기 트랜스퍼 트랜지스터(TX)의 소스 영역과 동일한 도전형 불순물 이온을 고농도로 주입하여 형성될 수 있다.The plug layer 151 may be formed by implanting the same conductivity type impurity ions as the source region of the transfer transistor TX at a high concentration.

이어서, 상기 게이트들(141, 142, 143, 144)을 포함한 상기 반도체 기판(100) 위에 제1절연층(160)을 형성하고, 상기 게이트들(141, 142, 143, 144) 및 상기 게이트들(141, 142, 143, 144)의 소스/드레인 영역과 연결되는 다수의 컨택플러그(162)가 상기 제1절연층(160) 상에 형성된다.Subsequently, a first insulating layer 160 is formed on the semiconductor substrate 100 including the gates 141, 142, 143, and 144, and the gates 141, 142, 143, and 144 and the gates are formed. A plurality of contact plugs 162 connected to the source / drain regions of 141, 142, 143, and 144 are formed on the first insulating layer 160.

상기 제1절연층(160) 위에 상기 컨택플러그(162)와 연결되는 메탈층(172)이 형성되고, 그 위에 제2절연층(170)이 형성된다.A metal layer 172 connected to the contact plug 162 is formed on the first insulating layer 160, and a second insulating layer 170 is formed thereon.

도 7은 실시예에 따른 이미지 센서가 BSI 구조로 완성된 형태를개략적으로 도시한 측단면도이다.7 is a side cross-sectional view schematically illustrating a form in which an image sensor according to the embodiment is completed with a BSI structure.

도 6에서 설명한 공정이 끝나면, 상기 제2절연층(170) 위에 실리콘 웨이퍼, 혹은 유리 기판과 같은 제2 기판(180)을 접착하고, 상기 반도체 기판(100)의 저면이 위를 향하고 상기 제2 기판(180)이 밑을 향하도록 하여 상기 반도체 기판(100)을 뒤집는다.After the process described with reference to FIG. 6, the second substrate 180, such as a silicon wafer or a glass substrate, is adhered to the second insulating layer 170, and the bottom surface of the semiconductor substrate 100 faces upwards. The semiconductor substrate 100 is turned upside down with the substrate 180 facing downward.

이어서, 상기 반도체 기판(100)의 저면을 소정 두께, 가령 상기 제2격리층(112) 부근까지 평탄화하고, 상기 뒤집혀진 반도체 기판(100)의 저면 위에 보호층(180)을 형성한다.Subsequently, the bottom surface of the semiconductor substrate 100 is flattened to a predetermined thickness, for example, to the vicinity of the second isolation layer 112, and a protective layer 180 is formed on the bottom surface of the inverted semiconductor substrate 100.

이어서, 상기 보호층(180) 위에 컬러필터층(190), 마이크로 렌즈(200)를 순차적으로 형성한다.Subsequently, the color filter layer 190 and the microlens 200 are sequentially formed on the passivation layer 180.

이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood that various modifications and applications other than those described above are possible. For example, each component specifically shown in the embodiment of the present invention can be modified. And differences relating to such modifications and applications will have to be construed as being included in the scope of the invention defined in the appended claims.

도 1은 4T(Transistor) 이미지 센서의 단위 픽셀의 등가회로도.1 is an equivalent circuit diagram of a unit pixel of a 4T (transistor) image sensor.

도 2는 4T 이미지 센서의 단위 픽셀의 상면도.2 is a top view of a unit pixel of a 4T image sensor.

도 3은 도 3의 표시선 A-A'을 기준으로 한 4T 이미지 센서의 단위 픽셀의 측단면도.3 is a side cross-sectional view of a unit pixel of a 4T image sensor based on the display line A-A 'of FIG.

도 4는 BSI 구조의 4T 이미지 센서의 구조를 도시한 측단면도.4 is a side cross-sectional view showing the structure of a 4T image sensor of a BSI structure.

도 5는 실시예에 따른 이미지 센서의 구성을 개략적으로 도시한 상면도.5 is a top view schematically illustrating a configuration of an image sensor according to an embodiment.

도 6은 도 5의 표시선 A-A'를 기준으로 한 이미지 센서의 구성을 개략적으로 도시한 측단면도.6 is a side cross-sectional view schematically illustrating a configuration of an image sensor based on the display line A-A 'of FIG. 5.

도 7은 실시예에 따른 이미지 센서가 BSI 구조로 완성된 형태를개략적으로 도시한 측단면도.7 is a side cross-sectional view schematically illustrating a form in which an image sensor according to the embodiment is completed with a BSI structure;

Claims (16)

BSI(Back Side Illumination) 구조의 이미지 센서의 제조 방법에 있어서,In the manufacturing method of the image sensor of the back side illumination (BSI) structure, 반도체 기판의 상부에 액티브층을 형성하고, 상기 액티브층 상에 액티브 영역을 정의하는 소자분리막을 형성하는 단계;Forming an active layer on the semiconductor substrate, and forming an isolation layer defining an active region on the active layer; 상기 소자분리막의 적어도 일부 밑에 제1 격리층을 형성하고, 상기 제1 격리층 밑의 상기 반도체 기판 전체 영역에 제2 격리층을 형성하는 단계;Forming a first isolation layer under at least a portion of the device isolation layer, and forming a second isolation layer in an entire region of the semiconductor substrate under the first isolation layer; 상기 제1 격리층, 상기 제2 격리층 및 상기 액티브층으로 둘러싸인 상기 반도체 기판 영역에 포토 다이오드를 형성하는 단계;Forming a photodiode in the semiconductor substrate region surrounded by the first isolation layer, the second isolation layer and the active layer; 상기 소자분리막 사이의 상기 액티브층 위에 소정 간격으로 이격된 트랜스퍼 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 디텍션 트랜지스터 및 셀렉트 트랜지스터의 게이트 절연막 및 게이트를 형성하는 단계;Forming a gate insulating film and a gate of a transfer transistor, a reset transistor, a detection transistor, and a select transistor spaced at a predetermined interval on the active layer between the device isolation layers; 상기 트랜지스터들의 소스 영역과 드레인 영역을 형성하는 단계; 및Forming a source region and a drain region of the transistors; And 상기 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트와 상기 소자분리막 사이의 소스 영역 일부에 상기 포토 다이오드와 접속되는 플러그층을 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.And forming a plug layer connected to the photodiode in a portion of a source region between the gate of the transfer transistor and the device isolation layer. 제1항에 있어서, 상기 제2격리층이 형성된 후,The method of claim 1, wherein after the second isolation layer is formed, 상기 포토 다이오드와 상기 액티브층의 계면에 제3 격리층을 형성하는 단계를 더 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.And forming a third isolation layer at an interface between the photodiode and the active layer. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반도체 기판은 저저항 반도체층 또는 SOI(Silicon On Insulator)를 포함하여 이루어지고,The semiconductor substrate includes a low resistance semiconductor layer or a silicon on insulator (SOI), 상기 액티브층은 에피(epi)층 혹은 SOI의 단결정층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.The active layer comprises an epi layer or a single crystal layer of SOI. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제1격리층, 상기 제2격리층, 상기 제3격리층 중 하나 이상의 층은 상기 액티브층과 동일한 전도형 불순물을 상기 액티브층 보다 고농도로 이온주입하여 형성된 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.At least one layer of the first isolation layer, the second isolation layer, and the third isolation layer may be formed by ion implantation of the same conductivity type impurity as the active layer at a higher concentration than the active layer. . 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 소스 영역과 상기 드레인 영역은 상기 액티브층과 반대의 도전형 불순물 이온을 도핑하여 형성된 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.And the source region and the drain region are formed by doping conductive impurity ions opposite to the active layer. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 플러그층은 상기 트랜스퍼 트랜지스터의 소스 영역과 동일한 도전형 불순물 이온을 고농도로 주입하여 형성된 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.And the plug layer is formed by implanting the same conductivity type impurity ions as the source region of the transfer transistor at a high concentration. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 게이트를 포함한 상기 반도체 기판 위에 제1절연층을 형성하는 단계;Forming a first insulating layer on the semiconductor substrate including the gate; 상기 게이트, 상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역과 연결되는 다수의 컨택플러그가 상기 제1절연층 상에 형성되는 단계; 및Forming a plurality of contact plugs connected to the gate, the source region and the drain region on the first insulating layer; And 상기 제1절연층 위에 상기 컨택플러그와 연결되는 메탈층이 형성되고, 그 위에 제2절연층이 형성되는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.And forming a metal layer connected to the contact plug on the first insulating layer, and forming a second insulating layer thereon. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 제2절연층 위에 제2 기판을 접착하는 단계;Adhering a second substrate on the second insulating layer; 저면이 위를 향하도록 하여 상기 반도체 기판을 뒤집고, 상기 반도체 기판의 저면을 소정 두께로 평탄화하는 단계;Inverting the semiconductor substrate with the bottom facing upwards, and flattening the bottom of the semiconductor substrate to a predetermined thickness; 상기 뒤집혀진 반도체 기판의 저면 위에 보호층을 형성하는 단계; 및Forming a protective layer on a bottom surface of the inverted semiconductor substrate; And 상기 보호층 위에 컬러필터층, 마이크로 렌즈를 순차적으로 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.And sequentially forming a color filter layer and a micro lens on the protective layer. BSI(Back Side Illumination) 구조의 이미지 센서에 있어서,In the image sensor of the back side illumination (BSI) structure, 반도체 기판의 상부에 형성된 액티브층;An active layer formed on the semiconductor substrate; 상기 액티브층 상에 형성되어 액티브 영역을 정의하는 소자분리막;An isolation layer formed on the active layer to define an active region; 상기 소자분리막의 적어도 일부 밑에 형성된 제1 격리층;A first isolation layer formed under at least a portion of the device isolation layer; 상기 제1 격리층 밑의 상기 반도체 기판 전체 영역에 형성된 제2 격리층;A second isolation layer formed over the entire area of the semiconductor substrate under the first isolation layer; 상기 제1 격리층, 상기 제2 격리층 및 상기 액티브층으로 둘러싸인 상기 반도체 기판 영역에 형성된 포토 다이오드;A photodiode formed in the semiconductor substrate region surrounded by the first isolation layer, the second isolation layer, and the active layer; 상기 소자분리막 사이의 상기 액티브층 위에 소정 간격으로 이격되어 형성된 트랜스퍼 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 디텍션 트랜지스터 및 셀렉트 트랜지스터의 게이트 절연막 및 게이트;A gate insulating film and a gate of a transfer transistor, a reset transistor, a detection transistor, and a select transistor formed on the active layer between the device isolation layers at predetermined intervals; 상기 트랜지스터들의 소스 영역과 드레인 영역; 및Source and drain regions of the transistors; And 상기 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트와 상기 소자분리막 사이의 소스 영역 일부에 형성되어 상기 포토 다이오드와 접속되는 플러그층을 포함하는 이미지 센서.And a plug layer formed on a portion of a source region between the gate of the transfer transistor and the device isolation layer and connected to the photodiode. 제9항에 있어서,10. The method of claim 9, 상기 포토 다이오드와 상기 액티브층의 계면에 형성된 제3 격리층을 포함하는 이미지 센서.And a third isolation layer formed at an interface between the photodiode and the active layer. 제9항에 있어서,10. The method of claim 9, 상기 반도체 기판은 저저항 반도체층 또는 SOI(Silicon On Insulator)를 포함하여 이루어지고,The semiconductor substrate includes a low resistance semiconductor layer or a silicon on insulator (SOI), 상기 액티브층은 에피(epi)층 혹은 SOI의 단결정층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.The active layer comprises an epi layer or a single crystal layer of SOI. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 제1격리층, 상기 제2격리층, 상기 제3격리층 중 하나 이상의 층은 상기 액티브층과 동일한 전도형 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.The at least one layer of the first isolation layer, the second isolation layer, and the third isolation layer includes the same conductivity type impurity as the active layer. 제9항에 있어서,10. The method of claim 9, 상기 소스 영역과 상기 드레인 영역은 상기 액티브층과 반대의 도전형 불순물 이온을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.And the source region and the drain region include conductive impurity ions opposite to the active layer. 제9항에 있어서,10. The method of claim 9, 상기 플러그층은 상기 트랜스퍼 트랜지스터의 소스 영역과 동일한 도전형 불순물 이온을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.And the plug layer includes the same conductive impurity ions as the source region of the transfer transistor. 제9항에 있어서,10. The method of claim 9, 상기 게이트를 포함한 상기 반도체 기판 위에 형성된 제1절연층;A first insulating layer formed on the semiconductor substrate including the gate; 상기 게이트, 상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역과 연결되고, 상기 제1절연층 상에 형성된 다수의 컨택플러그;A plurality of contact plugs connected to the gate, the source region and the drain region and formed on the first insulating layer; 상기 제1절연층 위에 형성되고 상기 컨택플러그와 연결되는 메탈층; 및A metal layer formed on the first insulating layer and connected to the contact plug; And 상기 메탈층 및 상기 제1절연층 위에 형성된 제2절연층을 포함하는 이미지 센서.And a second insulating layer formed on the metal layer and the first insulating layer. 제15항에 있어서,The method of claim 15, 상기 제2절연층 위에 형성된 제2 기판;A second substrate formed on the second insulating layer; 저면이 위를 향하도록 뒤집혀진 상기 반도체 기판의 저면 위에 형성된 보호층; 및A protective layer formed on the bottom surface of the semiconductor substrate turned upside down; And 상기 보호층 위에 순차적으로 형성된 컬러필터층 및 마이크로 렌즈를 포함하는 이미지 센서.An image sensor comprising a color filter layer and a micro lens sequentially formed on the protective layer.
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