KR100723031B1 - 이미지 센서 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플로팅 확산 영역의 접합 커패시턴스 및 접합 누설을 줄일 수 있는 이미지 센서의 플로팅 확산 영역의 구조에 관한 것이다. 본 발명에 따른 이미지 센서의 플로팅 확산 영역은 도즈가 서로 다른 2개의 영역으로 구성되며, 농도가 높은 영역은 금속배선과 연결되는 컨택이 형성되는 부분에만 형성된다. 따라서, 접합 커패시턴스 및 접합 누설을 줄이게 되고 이미지 재현에 유리하다.
이미지 센서, 플로팅 확산 영역, 커패시턴스, 손실, 컨택(contact)
Description
도 1은 종래 기술에 따른 시모스형 이미지 센서의 단위 화소(100)의 등가회로.
도 2는 종래 기술에 따른 이미지 센서의 전송 트랜지스터와 플로팅 확산 영역을 중심으로 단면구조를 도시한 단면도.
도 3은 종래 기술에 따른 플로팅 확산 영역의 커패시턴스를 감소시킬 수 있는 이미지 센서의 단면구조를 도시한 단면도.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이미지 센서의 플로팅 확산 영역의 제조 방법을 도시한 단면도.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 플로팅 확산 영역의 제조 방법을 도시한 단면도.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 플로팅 확산 영역의 제조 방법을 도시한 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
210 : 전송 트랜지스터(TX)의 게이트 전극
230, 300, 420, 520, 620 : n+ 이온 주입 영역
410, 510, 610 : n- 이온 주입 영역
430 : 컨택
440 : 금속배선
본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플로팅 확산 영역의 접합 커패시턴스(junction capacitance) 및 접합 누설(junction leakage)을 줄일 수 있는 이미지 센서의 플로팅 확산 영역의 구조에 관한 것이다.
이미지 센서는 광학 정보를 전기 신호로 변환하는 장치이다. 크게는 전하 결합 소자와 시모스를 포함한다. 전하 결합 소자(CCD; charge coupled device)형 이미지 센서는 빛에 의해 발생한 전자를 그대로 게이트 펄스를 이용하여 출력부까지 이동시킨다. 도중에 외부 잡음이 있어 전압을 달라지더라도 전자의 수 자체는 변함이 없으므로 잡음이 출력 신호에 영향을 주지 않는다. 또한, 하나의 출력 회로를 모든 화소의 신호가 거쳐감으로써 화소 간의 출력의 차이가 없다. 시모스(CMOS; complementary MOS) 이미지 센서(CIS; CMOS image sensor)는 빛에 의해 발생한 전자를 각 화소 내에서 전압으로 변환한 후에 여러 CMOS 스위치를 통해 출력한다. 화 소 수만큼 MOS 트랜지스터를 만들어 이것을 이용하여 차례차례 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용하고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 시모스형 이미지 센서의 단위 화소(100)의 등가회로이다. 하나의 포토 다이오드(PD)와 4 개의 NMOSFET로 구성된다. 4 개의 NMOSFET는 포토 다이오드(PD)에서 발생한 광전하를 플로팅 확산 노드(FD)로 운송하기 위한 전송 트랜지스터(TX; Transfer Transistor), 원하는 값으로 노드의 전위를 세팅하고 전하를 배출하여 플로팅 확산 영역(FD; Floating Diffusion)을 리셋시키기 위한 리셋 트랜지스터(RX; Reset Transistor), 소스 팔로워 버퍼 증폭기(source follower buffer amplifier) 역할을 하는 드라이브 트랜지스터(DX; Drive Transistor), 스위칭으로 어드레싱을 할 수 있도록 하는 셀렉트 트랜지스터(SX; Select Transistor)로 구성된다. 나머지 트랜지스터는 바이어스 전압(Vb)을 인가받는 로드 트랜지스터(LD)이다.
도 2는 종래 기술에 따른 이미지 센서의 전송 트랜지스터와 플로팅 확산 영역을 중심으로 단면구조를 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 포토 다이오드의 일반적인 형성과정은 다음과 같다. 고농도의 p형 기판 상에 p형 에피층이 에피택셜 성장되어 있다. 그리고, p형 에피층 내부에는 포토 다이오드용 n형 이온 주입 영역(222)이 형성되어 있으며, 상기 n형 이온 주입 영역(222) 상부와 p형 에피층 표면 하부에 포토 다이오드용 p형 이온 주입 영역(224)이 형성되어 포토 다이오드를 구성한다.
전송 트랜지스터의 게이트 전극(210)은 사이드월(sidewall)(214)을 구비하고 있으며, 게이트 전극(210)의 일측면에는 n+ 이온 주입 영역으로 이루어진 플로팅 확산 영역(230)이 형성되어 있다.
상기 구조의 시모스 이미지 센서에서, 포토 다이오드용 n형 이온 주입 영역(222)과 p형 영역(포토 다이오드용 p형 이온 주입 영역(224)과 p형 에피층) 간에 역바이어스가 걸리면, n형 이온 주입 영역(222)이 완전공핍(fully depletion)된다. 그리고, p형 에피층과 p형 이온 주입 영역(224)으로 공핍영역이 확장된다. 이미지 재현에 사용하기 위하여 이와 같은 공핍영역은 입사하는 빛에 의해 생성된 광전하를 축적, 저장한다.
도 2에 도시된 구조를 가지는 시모스 이미지 센서의 제조 방법은 간략히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 고농도의 p형 기판 상에 p형 에피층을 형성시킨다. 다음으로 p형 에피층 표면에 전송 트랜지스터의 게이트 형성을 위해 게이트 절연막(212) 및 전송 트랜지스터의 게이트 전극(210)을 패터닝한 후, 적절한 이온 주입 마스크를 이용하여 게이트 전극(210)의 일 측면에 포토 다이오드용 n형 이온 주입 영역(222)과 포토 다이오드용 p형 이온 주입 영역(224)을 연속적으로 형성한다.
또는, 게이트 절연막(212) 및 전송 트랜지스터의 게이트 전극(210)을 패터닝한 후, 적절한 이온 주입 마스크를 이용하여 게이트 전극(210)의 일 측면에 포토 다이오드용 n형 이온 주입 영역(222)을 형성한다. 그리고 게이트 전극(210)의 양 측면에 사이드월(214)을 먼저 형성하고, 포토 다이오드용 p형 이온 주입 영역(224)을 형성할 수도 있다.
일반적으로 포토 다이오드를 형성한 이후에, 플로팅 확산 영역(230)을 형성하기 위한 이온 주입 공정이 진행된다. 한번의 n+ 이온 주입 공정을 통해서 형성된다.
시모스 이미지 센서는 포토 다이오드에서 발생한 광전하를 플로팅 확산 영역(230)으로 전달하고, 이로 인한 플로팅 확산 영역(230)의 전하 변위를 이용하여 이미지를 재현한다. 이때 플로팅 확산 영역(220)의 커패시턴스가 작으면 작을수록 포토 다이오드로부터 전달받은 광전하에 의해 변화하는 플로팅 확산 영역(220)의 전위 변화량이 증가한다. 즉, 빛에 의해 생성된 광전하가 커패시턴스의 작음으로 인하여 전기적인 신호로 변화하는 비율이 증가하는 것이며, 컨버젼 게인(conversion gain)이 증가하는 것이다.
하지만, 도 2에 도시된 플로팅 확산 영역(230)의 접합 커패시턴스(junction capacitance)의 크기는 작지 않고, 따라서 컨버젼 게인을 최적화할 수 없었다.
도 3은 종래 기술에 따른 플로팅 확산 영역의 커패시턴스를 감소시킬 수 있는 이미지 센서의 단면구조를 도시한 단면도이다. 컨버젼 게인을 증가시키기 위해 플로팅 확산 영역의 커패시턴스를 감소시켜야 하며, 이를 위해 전송 트랜지스터의 게이트 전극(210)과 플로팅 확산 영역의 n+ 형 이온 주입 영역(300) 간의 거리를 증가시키고 있다. 이에 따라 배선과 반도체 기판이 접하는 컨택(contact) 영역에만 n+ 이온 주입을 하여 플로팅 확산 영역을 형성하여 전송 트랜지스터의 게이트 전극(210)과 플로팅 확산 영역 간에 오프셋 영역을 확보한다.
하지만, 플로팅 확산 영역이 n+ 이온 주입 영역(300)만으로 이루어지면서, 전송 트랜지스터의 게이트 전극(210)과의 거리가 멀어져 포토 다이오드에서 플로팅 확산 영역으로의 광전하 전달시 리드아웃(readout)이 완전히 이루어지지 않는 문제점이 있다. 그리고 n+ 이온 주입 영역(300)과 p형 기판 (n+ - p- 접합) 간의 손실과 n- 이온 주입 영역과 p형 기판 (n- - p- 간)의 손실을 비교하면 n+ 이온 주입 영역(300)과 p형 기판 간에 손실이 크게 나타나는 바, 도 3에 도시된 이미지 센서의 플로팅 확산 영역은 접합 누설이 큰 문제점도 있다.
따라서, 상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 플로팅 확산 영역의 접합 커패시턴스를 줄일 수 있는 이미지 센서 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 포토 다이오드에서 플로팅 확산 영역으로의 광전하 전달시 리드아웃이 완전히 될 수 있는 이미지 센서 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 플로팅 확산 영역의 접합 누설을 줄일 수 있는 이미지 센서 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 제1 도전형의 반도체 기판; 상기 반도체 기판 상에 형성된 전송 트랜지스터의 게이트 전극; 상기 반도체 기판 내에서 상기 게이트 전극 일단에 해당하는 영역에 형성되는 포토 다이오드; 상기 반도체 기판 표면에 형성되는 층간절연막; 상기 층간절연막을 관통하여 상기 반도체 기판과 연결되는 컨택; 및 상기 컨택과 상기 반도체 기판이 접하는 영역을 포함하고 상기 반도체 기판 내에서 상기 게이트 전극 타단에 해당하는 영역에 형성되는 제2 도전형의 플로팅 확산 영역을 포함하되, 상기 플로팅 확산 영역은, 상기 컨택과 상기 반도체 기판이 접하는 영역에는 고농도의 이온 주입 영역이 형성되고, 나머지 영역은 저농도의 이온 주입 영역이 형성되는 이미지 센서가 제공될 수 있다.
바람직하게는, 상기 게이트 전극 측벽에 절연 물질로 형성되는 게이트 사이드월을 더 포함하고, 상기 저농도의 이온 주입 영역은 상기 게이트 사이드월 형성 전에 이온 주입되어 상기 게이트 전극과 오버랩되는 저농도 드레인(LDD) 구조이며, 상기 저농도의 이온 주입 영역의 도핑 농도는 1E12 내지 9E14 원자/㎤이다.
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면에 따르면, (a) 제1 도전형의 반도체 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계; (b) 상기 반도체 기판 내에서 상기 게이트 전극 일단에 해당하는 영역에 저농도의 제2 도전형 이온을 도핑하여 저농도 드레인(LDD) 제2 도전형 이온 주입 영역을 형성하는 단계; (c) 상기 게이트 전극 측벽에 절연 물질로 형성되는 게이트 사이드월을 형성하는 단계; (d) 상기 저농도 드레인 제2 도전형 이온 주입 영역 내에 고농도의 제2 도전형 이온을 도핑하여 고농도의 제2 도전형 이온 주입 영역을 형성하는 단계를 포함하되, 컨택 과 상기 반도체 기판이 접하는 영역에는 상기 고농도의 제2 도전형 이온 주입 영역이 형성되고, 상기 컨택은 반도체 기판과 금속배선을 연결하는 이미지 센서 제조 방법이 제공될 수 있다.
바람직하게는, 상기 (b) 단계에서 상기 제2 도전형 이온의 도핑 농도가 1E12 내지 9E14 원자/㎤이다.
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, (a) 제1 도전형의 반도체 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계; (b) 상기 게이트 전극 측벽에 절연 물질로 형성되는 게이트 사이드월을 형성하는 단계; (c) 상기 반도체 기판 내에서 상기 게이트 전극 측벽에 형성된 상기 게이트 사이드월 중 일측에 해당하는 영역에 저농도의 제2 도전형 이온을 도핑하여 저농도 제2 도전형 이온 주입 영역을 형성하는 단계; (d) 상기 저농도 제2 도전형 이온 주입 영역 내에 고농도의 제2 도전형 이온을 도핑하여 고농도의 제2 도전형 이온 주입 영역을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 고농도의 제2 도전형 이온 주입 영역은 컨택과 상기 반도체 기판이 접하는 영역에만 형성되고, 상기 컨택은 반도체 기판과 금속배선을 연결하는 이미지 센서 제조 방법이 제공될 수 있다.
바람직하게는, 상기 (c) 단계 이후 (d) 단계 이전에, 상기 반도체 기판 상에 층간절연막을 형성하는 단계; 및 상기 층간절연막을 선택적으로 식각하여 상기 컨택 영역을 형성하는 단계를 더 포함하되, 상기 (d) 단계는, 상기 컨택 영역에 상기 고농도 제2 도전형 이온 주입 영역이 형성될 수 있고, 상기 (c) 단계에서 상기 제2 도전형 이온의 도핑 농도가 1E12 내지 9E14 원자/㎤이다.
또한, 상기 (c) 단계에서, 상기 저농도의 제2 도전형 이온은 상기 저농도 제2 도전형 이온 주입 영역에서 상기 게이트 전극 방향으로 틸트(tilt) 이온 주입되거나 복수회 연속하여 회전(rotation) 주입될 수 있다.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다. 이하, 본 발명에 따른 이미지 센서 및 이미지 센서 제조 방법의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이미지 센서의 플로팅 확산 영역의 제조 방법을 도시한 단면도이다. 플로팅 확산 영역은 도즈(dose)가 낮은 n- 이온 주입 영역(410)과 도즈가 높은 n+ 이온 주입 영역(420)에 의해 형성된다.
도 4a를 참조하면, 도즈가 낮은 n- 이온 주입 영역(410)은 저농도 드레인(LDD; lightly doped drain) n- 이온을 이용할 수 있다. 사이드월(214)의 형성 전에 저농도 드레인 n- 이온을 이온 주입하여 LDD n- 이온 주입 영역(410)이 형성된다. 저농도 드레인 n- 이온 주입 영역(410)은 전송 트랜지스터의 게이트 전극(210)과의 오버랩(overlap)이 최소가 되도록 조절되어 형성된다. 이렇게 형성된 저농도 드레인 n- 이온 주입 영역(410)은 전송 트랜지스터의 게이트 전극(210) 과 오버랩이 형성되기 때문에 포토 다이오드에서 플로팅 확산 영역으로의 광전하 전달시 리드아웃이 완전히 이루어지도록 한다. 바람직하게는, 저농도 드레인 n- 이온 주입 영역(410)의 도핑 농도는 1E12 내지 9E14 원자/㎤ 이다.
도 4b를 참조하면, 저농도 드레인 n- 이온 주입 영역(410)의 형성 후에 사이드월(214)을 형성한다. 그리고 이미지 센서를 구성하는 다른 트랜지스터의 소스/드레인 영역 형성을 위한 n+ 이온 주입시 플로팅 확산 영역의 n+ 이온 주입을 함께 진행한다. 이때 다른 트랜지스터의 소스/드레인 영역 형성시 함께 형성하게 되므로, 동일한 마스크(mask)(415)를 이용할 수 있어 플로팅 확산 영역의 컨택 부분을 위한 별도의 마스크에 의한 패터닝 작업이 필요없게 된다.
플로팅 확산 영역의 n+ 이온 주입 영역(420)은 플로팅 확산 노드 영역의 접합 커패시턴스를 최소화하기 위해 추후 금속배선과 컨택(contact)이 형성될 부분에만 형성된다. 상기 다른 트랜지스터의 소스/드레인 영역 형성을 위한 마스크 작업시 금속배선(440)과의 컨택이 형성될 부분을 정의하는 마스크(415) 작업을 한다.
도 4c를 참조하면, 마스크(415)를 통해 금속배선(440)과 컨택이 형성될 부분에만 도즈가 높은 n+ 이온 주입을 한다. 이미 형성된 저농도 드레인 n- 이온 주입 영역(410) 내에 n+ 이온 주입 영역(420)이 형성되고, 저농도 드레인 n- 이온 주입 영역(410)과 n+ 이온 주입 영역(420)은 플로팅 확산 영역을 구성하게 된다.
도 4d를 참조하면, 이후 플로팅 확산 영역과 연결되는 옴 컨택(ohm contact)(430)을 형성하여 n+ 이온 주입 영역(420)과 금속배선(440)을 연결한다.
금속배선(440)과 접합 시에 접합부의 농도가 높아야 전형적인 저항 특성을 나타내고, 이를 옴 컨택(430)이라고 한다. n+ 이온 주입 영역(420)은 주변의 n- 이온 주입 영역(410)에 비해 농도가 높기 때문에 전형적인 저항 특성을 나타내게 된다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 플로팅 확산 영역의 제조 방법을 도시한 단면도이다.
도 5a를 참조하면, 먼저 전송 트랜지스터의 게이트 전극(210)에 구비된 사이드월(214)을 형성한다. 다음으로 플로팅 확산 영역의 도즈가 낮은 n- 이온 주입 영역(510)을 형성하기 위해 n- 이온 주입 마스크(500)를 사용한다. 마스크를 사용하여 정의된 영역에 n- 이온을 이온 주입하여 n- 이온 주입 영역(510)이 형성된다. 바람직하게는, n- 이온 주입 영역(510)의 도핑 농도는 1E12 내지 9E14 원자/㎤ 이다.
n- 이온 주입시 플로팅 확산 영역에서 게이트 전극(210) 방향으로 경사를 주어 틸트(tilt) 이온 주입하거나 복수회(예를 들어, 4회 정도) 연속하여 회전(rotation) 주입하면 게이트 전극(210)과 오버랩이 되도록 할 수 있다.
도 4a에 도시된 저농도 드레인 n- 이온 주입 영역(410)은 사이드월(214)의 형성 전에 저농도 드레인 n- 이온을 주입하기 때문에 저농도 드레인 n- 이온 주입 영역(410)을 사용하여 형성되는 플로팅 확산 영역의 커패시턴스가 커진다. 하지만, 도 5a에 도시된 n- 이온 주입 영역(510)은 사이드월(214)의 형성 이후 형성되기 때문에 커패시컨스를 줄일 수 있다. n- 이온 주입 영역(510)은 전송 트랜지스터의 게 이트 전극(210)과의 오버랩(overlap)이 이루어지되, 최소가 될 수 있도록 조절되어 형성된다. 이렇게 형성된 n- 이온 주입 영역(510)은 전송 트랜지스터의 게이트 전극(210)과 오버랩이 형성되기 때문에 포토 다이오드에서 플로팅 확산 영역으로의 광전하 전달시 리드아웃이 원활히 이루어지도록 한다.
도 5b 내지 도 5c를 참조하면, 이미지 센서를 구성하는 다른 트랜지스터의 소스/드레인 영역 형성을 위한 n+ 이온 주입시 플로팅 확산 영역의 n+ 이온 주입을 함께 진행한다. 이때 다른 트랜지스터의 소스/드레인 영역 형성시 함께 형성하게 되므로, 동일한 마스크(mask)(515)를 이용할 수 있어 플로팅 확산 영역의 컨택 부분을 위한 별도의 마스크에 의한 패터닝 작업이 필요없게 된다.
플로팅 확산 영역의 n+ 이온 주입 영역(520)은 플로팅 확산 노드 영역의 접합 커패시턴스를 최소화하기 위해 추후 금속배선과 컨택(contact)이 형성될 부분에만 형성된다. 상기 다른 트랜지스터의 소스/드레인 영역 형성을 위한 마스크 작업시 금속배선(440)과의 컨택이 형성될 부분을 정의하는 마스크(515) 작업을 한다.
도 5d를 참조하면, 마스크(515)를 통해 금속배선(440)과 컨택이 형성될 부분에만 도즈가 높은 n+ 이온 주입을 한다. 이미 형성된 n- 이온 주입 영역(510) 내에 n+ 이온 주입 영역(520)이 형성되고, n- 이온 주입 영역(510)과 n+ 이온 주입 영역(520)은 플로팅 확산 영역을 구성하게 된다.
도 5e를 참조하면, 이후 플로팅 확산 영역과 연결되는 옴 컨택(430)을 형성하여 n+ 이온 주입 영역(520)과 금속배선(440)을 연결한다.
도 5b 내지 도 5e를 참조하면, 이 후 n+ 이온 주입 영역(520)을 형성하는 것 은 도 4a 내지 도 4b에서 도시된 이미지 센서의 플로팅 확산 영역의 제조 방법과 유사하며, 단지 사이드월(214)의 형성 순서만이 차이가 있을 뿐이다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 플로팅 확산 영역의 제조 방법을 도시한 단면도이다.
도 6a를 참조하면, 먼저 전송 트랜지스터의 게이트 전극(210)에 구비된 사이드월(214)을 형성한다. 다음으로 플로팅 확산 영역의 도즈가 낮은 n- 이온 주입 영역(610)을 형성하기 위해 n- 이온 주입 마스크(미도시)를 사용한다. 마스크를 사용하여 정의된 영역에 n- 이온을 이온 주입하여 n- 이온 주입 영역(610)이 형성된다. 바람직하게는, n- 이온 주입 영역(610)의 도핑 농도는 1E12 내지 9E14 원자/㎤ 이다.
n- 이온 주입시 플로팅 확산 영역에서 게이트 전극(210) 방향으로 경사를 주어 틸트(tilt) 이온 주입하거나 복수회(예를 들어, 4회 정도) 연속하여 회전(rotation) 주입하면 게이트 전극(210)과 오버랩이 되도록 할 수 있다.
도 6b를 참조하면, 전체 구조 상에 층간절연막(600) 층을 형성하고, 다른 트랜지스터의 소스/드레인 영역을 정의하고 플로팅 확산 영역과 컨택되는 영역을 정의하는 감광막 패턴(PR)(605)을 형성한다.
도 6c를 참조하면, 감광막 패턴(605)을 식각마스크로 층간절연막(600) 층을 선택적으로 식각해서 다른 트랜지스터의 소스/드레인 영역 및 플로팅 확산 영역을 이룰 반도체 기판에 노출시키는 컨택홀(contact hole)을 형성한다. 감광막 패턴(605)을 제거한 다음, n+ 불순물을 이온 주입하여 n+ 이온 주입 영역(620)을 형성한다.
도 6d를 참조하면, 이후 상기 컨택홀을 통해서 금속배선(440)과 연결한다. n+ 이온 주입 영역(620)을 최소화하기 위해 컨택을 진행한 후 n+ 이온 주입을 진행한다. 따라서, 배치 잘못을 막기 위한 마진(misalign margin)을 줄일 수 있어 n+ 이온 주입 영역(620)을 줄일 수 있다. 이 때 n+ 이온 주입은 다른 트랜지스터의 소스/드레인 형성시 n+ 이온 주입과는 그 진행단계가 다른 바, 도 4d 및 도 5e에 도시된 n+ 이온 주입이 다른 트랜지스터의 소스/드레인 형성시 n+ 이온 주입과 동일한 것과는 달리, 서로 다른 n+ 이온 주입이 된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이미지 센서의 플로팅 확산 영역 구조에서는 접합 누설이 작은 효과가 있다. n+ 이온 주입 영역과 p형 기판 (n+ - p- 접합) 간의 손실과 n- 이온 주입 영역과 p형 기판 (n- - p- 간)의 손실을 비교하면 n+ 이온 주입 영역과 p형 기판 간에 손실이 크게 나타난다. 따라서, 도 4d, 도 5e 및 도 6d에 도시된 이미지 센서의 플로팅 확산 영역 구조는 n+ 이온 주입 영역(410, 510, 610)의 크기를 금속배선(440)과의 컨택을 위한 최소 사이즈로 하기 때문에, 접합 누설이 작은 효과가 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 이미지 센서 및 그 제조 방법은 플로팅 확산 영역의 접합 커패시턴스를 줄일 수 있고, 포토 다이오드에서 플로팅 확산 영역으로의 광전하 전달시 리드아웃이 완전히 될 수 있다.
또한, 플로팅 확산 영역의 접합 누설을 줄일 수 있는 효과가 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (10)
- 이미지 센서에 있어서,p형의 반도체 기판;상기 반도체 기판 상에 형성된 전송 트랜지스터의 게이트 전극;상기 반도체 기판 내에서 상기 게이트 전극 일단에 해당하는 영역에 형성되는 포토 다이오드;상기 반도체 기판 표면에 형성되는 층간절연막;상기 층간절연막을 관통하여 상기 반도체 기판과 연결되는 컨택; 및상기 컨택과 상기 반도체 기판이 접하는 영역을 포함하고 상기 반도체 기판 내에서 상기 게이트 전극 타단에 해당하는 영역에 형성되는 플로팅 확산 영역을 포함하되,상기 플로팅 확산 영역은,상기 게이트 전극와 오버랩되는 n- 저농도 드레인(LDD) 구조의 도즈(dose)가 낮은 저농도의 n- 이온 주입 영역과,상기 저농도의 이온 주입 영역 내에서 상기 컨택과 상기 반도체 기판이 접하는 부분으로 n+ 이온을 주입한 도즈가 높은 고농도의 n+ 이온 주입 영역을 포함하는 이미지 센서.
- 제1항에 있어서,상기 게이트 전극 측벽에 절연 물질로 형성되는 게이트 사이드월을 더 포함하고,상기 저농도의 n- 이온 주입 영역은 상기 게이트 사이드월 하부로 n- 이온이 이온주입되어 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.제1항에 있어서, 상기 저농도의 n- 이온 주입 영역의 도핑 농도는 1E12 내지 9E14 원자/㎤인 이미지 센서.
- 이미지 센서의 제조 방법에 있어서,(a) p형의 반도체 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계;(b) 상기 반도체 기판 내에서 상기 게이트 전극 일단에 해당하는 영역에 저농도 드레인 구조의 도즈가 낮은 저농도의 n- 이온을 도핑하여 저농도 드레인(LDD) n- 이온 주입 영역을 형성하는 단계;(c) 상기 게이트 전극 측벽에 절연 물질로 형성되는 게이트 사이드월을 형성하는 단계;(d) 상기 저농도 드레인 n- 이온 주입 영역 내에 도즈가 높은 고농도의 n+ 이온을 도핑하여 고농도의 n+ 이온 주입 영역을 형성하는 단계를 포함하되,컨택과 상기 반도체 기판이 접하는 영역에는 상기 고농도의 n+ 이온 주입 영역이 형성되고, 상기 컨택은 상기 반도체 기판과 금속배선을 연결하는 이미지 센서 제조 방법.
- 청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.제4항에 있어서, 상기 (b) 단계에서 상기 n- 이온의 도핑 농도는 1E12 내지 9E14 원자/㎤인 이미지 센서 제조 방법.
- 이미지 센서의 제조 방법에 있어서,(a) p형의 반도체 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계;(b) 상기 게이트 전극 측벽에 절연 물질로 형성되는 게이트 사이드월을 형성하는 단계;(c) 상기 반도체 기판 내에서 상기 게이트 전극 측벽에 형성된 상기 게이트 사이드월 중 일측에 해당하는 영역에 도즈가 낮은 저농도의 n- 이온을 도핑하여 저농도 n- 이온 주입 영역을 형성하는 단계;(d) 상기 저농도 n- 이온 주입 영역 내에 도즈가 높은 고농도의 n+ 이온을 도핑하여 고농도의 n+ 이온 주입 영역을 형성하는 단계를 포함하되,컨택과 상기 반도체 기판이 접하는 영역에는 상기 고농도의 n+ 이온 주입 영역이 형성되고, 상기 컨택은 상기 반도체 기판과 금속배선을 연결하는 이미지 센서 제조 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 (c) 단계 이후 (d) 단계 이전에,상기 반도체 기판 상에 층간절연막을 형성하는 단계; 및상기 층간절연막을 선택적으로 식각하여 상기 컨택 영역을 형성하는 단계를 더 포함하되,상기 (d) 단계는,상기 컨택 영역에 상기 고농도 n+ 이온 주입 영역이 형성되는 이미지 센서 제조 방법.
- 청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.제6항에 있어서, 상기 (c) 단계에서 상기 n- 이온의 도핑 농도가 1E12 내지 9E14 원자/㎤인 이미지 센서 제조 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 (c) 단계에서,상기 저농도의 n- 이온은 상기 저농도 n- 이온 주입 영역에서 상기 게이트 전극 방향으로 틸트(tilt) 이온 주입되는 이미지 센서 제조 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 (c) 단계에서,상기 저농도의 n- 이온은 복수회 연속하여 회전(rotation) 주입되는 이미지 센서 제조 방법.
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