KR20060059553A - 부유 확산층을 갖는 이미지 센서 및 그 형성 방법 - Google Patents

부유 확산층을 갖는 이미지 센서 및 그 형성 방법 Download PDF

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Abstract

부유 확산층을 갖는 이미지 센서 및 그 형성 방법을 제공한다. 이 이미지 센서에 따르면, 부유 확산층은 기판의 소정영역에 형성되며, 제1 불순물 농도의 제1 부분, 및 제1 불순물 농도에 비하여 높은 제2 불순물 농도의 제2 부분을 포함한다. 포토 다이오드는 부유 확산층과 이격되어 기판 내에 형성된다. 전송 게이트 전극은 게이트 절연막을 개재하여 포토 다이오드와 부유 확산층 사이의 기판, 및 부유 확산층을 덮는다.

Description

부유 확산층을 갖는 이미지 센서 및 그 형성 방법{IMAGE SENSOR HAVING A FLOATING DIFFUSION AND METHODS OF FORMING THE SAME}
도 1은 종래의 씨모스 이미지 센서를 나타낸 등가회로도이다.
도 2는 종래의 씨모스 이미지 센서의 형성 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서를 보여주는 평면도이다.
도 4 및 도 5는 각각 도 3의 Ⅰ-Ⅰ' 및 Ⅱ-Ⅱ'을 따라 취해진 단면도들이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 전위 장벽을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 형성 방법을 설명하기 위하여 도 3의 Ⅰ-Ⅰ'을 따라 취해진 단면도들이다.
본 발명은 반도체 소자 및 그 형성 방법에 관한 것으로, 특히, 부유 확산층을 갖는 이미지 센서 및 그 형성 방법에 관한 것이다.
이미지 센서는 광학적 영상을 전기적 신호로 변환하는 소자이다. 최근, 고도 로 발달한 반도체 소자의 씨모스(CMOS; Complementary Metal-Oxide-Silicon) 제조 공정에 힘입어 새로운 이미징 기술인 씨모스 이미지 센서가 각광 받고 있다. 씨모스 이미지 센서는 기존에 알려진 씨씨디(CCD; Charge Coupled Device) 이미지 센서에 비하여 전력 소모가 낮으며, 고집적화에 매우 유리하다. 또한, 씨모스 이미지 센서는 씨씨디 이미지 센서에 비하여 구동 방식이 간편하며, 공정이 단순하다.
도 1은 종래의 씨모스 이미지 센서를 설명하기 위한 등가회로도이다.
도 1을 참조하면, 씨모스 이미지 센서의 화소는 빛을 수광하는 포토 다이오드(P/D; Photo Diode), 전송 트랜지스터(Tx), 리셋(reset) 트랜지스터(Rx), 소오스 팔로우어(source follower) 트랜지스터(Sx) 및 억세스(access) 트랜지스터(Ax)를 포함한다. 포토 다이오드(P/D)에 상기 전송 트랜지스터(Tx) 및 상기 리셋 트랜지스터(Rx)가 직렬로 접속되고, 상기 리셋 트랜지스터(Rx)의 드레인에 드레인 전압(Vdd)이 인가된다. 상기 전송 트랜지스터(Tx)의 드레인(상기 리셋 트랜지스터(Rx)의 소오스)는 부유 확산층(floating diffusion; F/D)에 해당한다. 상기 부유 확산층(F/D)은 상기 소오스 팔로우어 트랜지스터(Sx)의 게이트에 접속된다. 상기 소오스 팔로우어 트랜지스터(Sx) 및 상기 억세스 트랜지스터(Ax)는 직렬로 접속되고, 상기 소오스 팔로우어 트랜지스터(Sx)의 드레인에 드레인 전압(Vdd)이 인가된다.
이러한 형태의 씨모스 이미지 센서의 화소의 동작을 간략히 설명한다. 먼저, 상기 씨모스 이미지 센서의 화소를 리셋시킨다. 상기 리셋 트랜지스터(Rx)를 턴온(turn on)시켜 상기 부유 확산층(F/D)의 전위를 상기 드레인 전압(Vdd)과 동일 하게 한 후에, 상기 리셋 트랜지스터(Rx)를 턴오프(turn off)시킨다. 이러한 동작을 리셋 동작이라 한다.
외부의 빛이 상기 포토 다이오드(P/D)에 입사되면, 상기 포토 다이오드(P/D)내에 전자-홀쌍(EHP; electron-hole pair)들이 생성되어 신호전하들이 상기 포토 다이오드(P/D)내에 축적된다. 상기 전송 트랜지스터(Tx)가 턴온되면, 축적된 신화전하들이 상기 부유 확산층(F/D)으로 이동되어 상기 부유 확산층(F/D)의 전위가 변화됨과 동시에, 상기 소오스 팔로우어 트랜지스터(Sx)의 게이트 전위가 변한다. 이때, 선택 신호(Row)에 의해 상기 억세스 트랜지스터(Ax)가 턴온되면 데이타가 출력단(Out)으로 출력된다. 데이타가 출력된 후에, 상기 리셋 트랜지스터(Rx)를 이용하여 상기 씨모스 이미지 센서의 화소를 리셋시킨다. 상기 씨모스 이미지 센서의 화소는 이러한 과정들을 반복하여 광학적 영상을 전기적 신호로 변환시켜 출력한다.
이미지 센서의 고집적화 경향에 따라, 씨모스 이미지 센서의 화소가 점점 감소되어 상기 화소에 의한 노이즈(noise)도 점점 증가하고 있다. 상기 화소의 노이즈를 유발시키는 일 원인으로 상기 부유 확산층(F/D)의 누설전류가 있다.
도 2는 종래의 씨모스 이미지 센서의 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 2를 참조하면, 기판(1) 상에 게이트 산화막(2) 및 게이트 도전막을 차례로 형성하고, 상기 게이트 도전막 및 상기 게이트 산화막(2)을 연속적으로 패터닝하여 전송 게이트 전극(3)을 형성한다. 도시하지 않았지만, 상기 전송 게이트 전극(3)이 형성될때, 도 1에서 설명한 리셋 트랜지스터의 게이트 전극, 소오스 팔 로우어 트랜지스터의 게이트 전극 및 억세스 트랜지스터의 게이트 전극도 함께 형성된다.
제1 불순물 이온들을 선택적으로 주입하여 상기 전송 게이트 전극(3)의 일측에 포토 다이오드(4)를 형성한다. 상기 포토 다이오드(4)는 상기 전송 게이트 전극(3)의 일측벽에 정렬되어 형성된다. 제2 불순물 이온들을 선택적으로 주입하여 상기 포토 다이오드(4)에 대향된 상기 전송 게이트 전극(3)의 타측에 부유 확산층(5)을 형성한다. 상기 부유 확산층(5)은 상기 전송 게이트 전극(3)의 타측벽에 정렬되어 형성된다.
상술한 종래의 이미지 센서의 형성 방법에 있어서, 상기 전송 게이트 전극(3)을 형성하기 위한 식각 공정에 의하여, 상기 전송 게이트 전극(3) 옆의 상기 기판(1)이 식각 손상될 수 있다. 이로써, 상기 부유 확산층(5)의 표면이 식각 손상될 수 있다. 상기 부유 확산층(5)의 표면이 식각 손상되면, 상기 부유 확산층(5)에 누설전류 경로가 발생되어 상기 부유 확산층(5)의 전위가 변할 수 있다. 그 결과, 상기 화소의 노이즈가 발생될 수 있다.
이에 더하여, 상기 부유 확산층(5)은 상기 전송 게이트 전극(3)의 일측에 노출되어 있음으로, 원하지 않는 외부의 빛이 상기 부유 확산층(5)으로 입사될 수 있다. 이 경우에, 상기 부유 확산층(5)내에서도 전자-홀쌍들이 형성되어 상기 화소의 노이즈를 더욱 증가시킬 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 부유 확산층을 통한 노이즈를 최소 화할 수 있는 이미지 센서 및 그 형성 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 신호 전하들의 신속한 이동에 따른 처리 속도를 향상시킬 수 있는 이미지 센서 및 그 형성 방법을 제공하는데 있다.
상술한 기술적 과제들을 해결하기 위한 이미지 센서를 제공한다. 이 이미지 센서는 부유 확산층, 포토 다이오드 및 전송 게이트 전극을 포함한다. 상기 부유 확산층은 기판의 소정영역에 형성되며, 제1 불순물 농도의 제1 부분, 및 상기 제1 불순물 농도에 비하여 높은 제2 불순물 농도의 제2 부분을 포함한다. 상기 포토 다이오드는 상기 부유 확산층과 이격되어 상기 기판 내에 형성된다. 상기 전송 게이트 전극은 게이트 절연막을 개재하여 상기 포토 다이오드와 상기 부유 확산층 사이의 상기 기판, 및 상기 부유 확산층을 덮는다.
구체적으로, 상기 이미지 센서는 상기 기판을 덮는 절연막 및 상기 절연막을 관통하여 상기 부유 확산층과 접속하는 콘택 플러그를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 부유 확산층의 상부면은 콘택 영역 및 비콘택 영역으로 구분되고, 상기 콘택 플러그는 상기 콘택 영역에 접속되며, 상기 전송 게이트 전극은 상기 비 콘택 영역을 덮는 것이 바람직하다. 상기 부유 확산층의 제2 부분의 하부면은 상기 제1 부분의 하부면에 비하여 낮은 것이 바람직하다. 상기 부유 확산층의 제2 부분은 상기 포토 다이오드와 상기 부유 확산층 사이의 기판에 정의된 채널 영역으로 부터 이격되고, 상기 부유 확산층의 제1 부분은 상기 채널 영역과 상기 제2 부분 사이에 개 재된 것이 바람직하다.
상술한 기술적 과제들을 해결하기 위한 이미지 센서의 형성 방법을 제공한다. 이 방법은 다음의 단계들을 포함한다. 기판에 제1 도즈(dose)의 불순물 이온들을 선택적으로 주입하여 예비 부유 확산층을 형성한다. 상기 예비 부유 확산층의 일부에 제2 도즈(dose)의 불순물 이온들을 선택적으로 주입하여 제1 불순물 농도의 제1 부분, 및 상기 제1 불순물 농도에 비하여 높은 제2 불순물 농도의 제2 부분을 포함하는 부유 확산층을 형성한다. 게이트 절연막을 개재하여 상기 부유 확산층 일측의 상기 기판 및 상기 부유 확산층을 덮는 전송 게이트 전극을 형성한다. 상기 부유 확산층에 대향된 상기 전송 게이트 전극 일측의 상기 기판에 포토 다이오드를 형성한다.
구체적으로, 상기 방법은 상기 기판을 덮는 절연막을 형성하는 단계, 및 상기 절연막을 관통하여 상기 부유 확산층과 접속하는 콘택 플러그를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 부유 확산층의 상부면은 콘택 영역 및 비콘택 영역으로 구분되고, 상기 콘택 플러그는 상기 콘택 영역에 접속되며, 상기 전송 게이트 전극은 상기 비콘택 영역을 덮도록 형성되는 것이 바람직하다. 상기 제2 도즈의 불순물 이온은 상기 제1 도즈의 불순물 이온에 비하여 높은 에너지로 주입되고, 상기 제2 도즈는 상기 제1 도즈에 비하여 높은 것이 바람직하다. 상기 부유 확산층의 제2 부분은 상기 포토 다이오드와 상기 부유 확산층 사이의 상기 기판에 정의된 채널 영역으로 부터 이격되어 형성되고, 상기 부유 확산층의 제1 부분은 상기 채널 영역과 상기 제2 부분의 사이에 개재되는 것이 바람직하다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 층(또는 막) 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 또한, 층(또는 막)이 다른 층(또는 막) 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층(또는 막) 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 층(또는 막)이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서를 보여주는 평면도이고, 도 4 및 도 5는 각각 도 3의 Ⅰ-Ⅰ' 및 Ⅱ-Ⅱ'을 따라 취해진 단면도들이다.
도 3, 도 4 및 도 5를 참조하면, 기판(100)의 소정영역에 소자분리막(102)이 배치된다. 상기 소자분리막(102)은 제1 활성영역(104a) 및 제2 활성영역(104b)을 한정한다. 상기 제1 활성영역(104a)은 빛을 수광하는 수광 영역에 해당하며, 상기 제2 활성영역은 화소의 모스 트랜지스터들이 형성되는 영역에 해당한다. 상기 제2 활성영역(104b)은 상기 제1 활성영역(104a)의 일측에 연결된다.
상기 제1 활성영역(104a)에 포토 다이오드(116)가 배치된다. 상기 포토 다이오드(116)는 불순물 도핑층으로 이루어진다. 상기 포토 다이오드(116)는 상기 제1 활성영역(104a)의 표면으로 부터 소정 깊이를 갖는 제1 도전형의 불순물 도핑층 및 상기 제1 활성영역(104b)의 표면에 형성된 제2 도전형의 불순물 도핑층을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 기판(100)이 p형의 실리콘 기판일때, 상기 제1 도전형의 불순물 도핑층은 n형의 불순물 도핑층이고, 상기 제2 도전형의 불순물 도핑층은 p형의 불순물 도핑층이다. 상기 제2 도전형의 불순물 도핑층은 상기 포토 다이오드(116)의 표면에서 발생할 수 있는 암전류를 제거하는 역할을 수행할 수 있다.
상기 포토 다이오드(116)로 부터 이격되어 상기 제2 활성영역(104b)내에 부유 확산층(110)이 배치된다. 상기 포토 다이오드(116)와 상기 부유 확산층(110) 사이의 상기 제2 활성영역(104a)의 표면은 전송 채널 영역(c)에 해당한다.
전송 게이트 전극(114a)이 상기 전송 채널 영역(c)의 전체를 덮는다. 또한, 상기 전송 게이트 전극(114a)은 옆으로 연장되어 상기 부유 확산층(110)을 덮는다. 상기 부유 확산층(110)의 상부면은 콘택 플러그(122)가 접속하는 콘택 영역과, 상기 콘택 영역 이외의 영역인 비콘택 영역으로 구분되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 전송 게이트 전극(114a)은 상기 비콘택 영역을 덮는 것이 바람직하다. 상기 전송 게이트 전극(114a)과 상기 기판(100) 사이에 게이트 절연막(112)이 개재된다. 상기 전송 게이트 전극(114a)은 도전막인, 도핑된 폴리실리콘, 금속(ex, 텅스텐 또는 몰리브덴등), 도전성 금속질화물(ex, 질화티타늄 또는 질화탄탈늄등) 또는 금속실리사이드(ex, 텅스텐실리사이드, 코발트실리사이드, 니켈실리사이드 또는 티타늄실라사이드등)으로 이루어진 단일막 또는 이들의 조합막으로 이루어질 수 있다. 상기 게이트 절연막(112)은 실리콘 산화막, 특히, 열산화막으로 이루어질 수 있다.
절연막(118)이 상기 기판(100) 전면을 덮는다. 상기 절연막(118)을 관통하는 콘택홀(120)이 상기 부유 확산층(110)을 노출시킨다. 이때, 상기 콘택홀(120)은 상기 부유 산화막(110)의 상부면의 콘택 영역을 노출시킨다. 상기 콘택홀(120)은 콘택 플러그(122)에 의해 채워진다. 상기 부유 확산층(110)은 상기 콘택 플러그(122)를 통하여 도 1에 도시된 소오스 팔로우어 트랜지스터의 게이트(미도시함)에 전기적으로 접속한다.
상기 부유 확산층(110)은 제1 불순물 농도로 도핑된 제1 부분(106a)과, 제2 불순물 농도로 도핑된 제2 부분(108)을 포함하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 제2 불순물 농도는 상기 제1 불순물 농도에 비하여 높은 것이 바람직하다. 물론, 상기 제1 및 제2 부분들(106a,108)은 동일한 타입의 불순물들로 도핑된다. 상기 제2 부분(108)의 바닥면(즉, 상기 기판(100)과의 접합면)은 상기 제1 부분(106a)의 바닥면에 비하여 깊은 것이 바람직하다. 상기 제2 부분(108)에 의하여 상기 부유 확산층(110)내에는 전위 우물(potential well)이 형성된다. 상기 제2 부분(108)은 상기 전송 채널 영역(c)으로부터 이격되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 제1 부분(106a)은 상기 전송 채널 영역(c)과 상기 제2 부분(108) 사이에 개재된다. 경우에 따라, 상기 콘택 영역은 상기 제2 부분(108)의 상부면의 일부일 수 있다.
상술한 구조의 이미지 센서에 따르면, 상기 전송 게이트 전극(114a)은 상기 부유 확산층(110)의 대부분(즉, 상기 콘택 영역을 제외한 비콘택 영역)을 덮는다. 이에 따라, 상기 부유 확산층(110)은 종래의 식각 손상을 최소화할 수 있으며, 또한, 상기 부유 확산층(110)으로 원하지 않는 외부의 빛이 입사되는 현상을 최소화할 수 있다. 그 결과, 상기 부유 확산층(110)에 의한 화소의 노이즈를 최소화할 수 있다.
한편, 상기 부유 확산층(110)의 전위 장벽은 상기 전송 게이트 전극(114a)에 인가되는 전압에 의해 연동된다. 구체적으로, 상기 전송 게이트 전극(114a)에 턴온 전압이 인가되면, 상기 부유 확산층(110)의 전위 장벽은 하강된다. 이를 보다 구체적으로 설명하기 위해, 상기 이미지 센서의 전위 장벽 및 그 변화를 도 6을 참조하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 전위 장벽을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 6을 참조하면, 도면에 있어서, 실선(150)은 전송 게이트 전극(114a)에 턴오프 전압이 인가된 상태의 전위 장벽을 나타내고, 점선(155)은 전송 게이트 전극(114a)에 턴온 전압이 인가된 상태의 전위 장벽을 나타낸다.
상기 전송 게이트 전극(114a)에 턴오프(turn off)전압이 인가되면, 상기 전송 채널 영역(c)의 전위 장벽에 의해 상기 포토 다이오드(116)와 상기 부유 확산층(110)은 서로 전기적으로 차단된다. 이때, 상기 부유 확산층(110)의 전위는 제1 및 제2 부분들(106a,108)에 의하여 계단 형태를 이룬다.
상기 전송 게이트 전극(114a)에 턴온 전압이 인가되면, 상기 전송 채널 영역(c)의 전위 장벽이 아래로 하강한다. 또한, 상기 부유 확산층(110)의 전위도 역시 아래로 하강한다. 이때, 상기 전송 채널 영역(c)의 전위가 아래로 하강하는 것에 의하여, 상기 제1 부분(106a)의 전위가 아래로 하강하는 것이 매우 용이해진다. 또한, 상기 제1 부분(106a)의 전위가 아래로 하강하는 것에 의해 상기 제2 부분(108) 의 전위가 아래로 하강하는 것이 매우 용이해진다.
만약, 상기 제1 부분(106a)이 생략된채로, 상기 제2 부분(108)이 연장되어 상기 전송 채널 영역(c)과 접속할 경우, 상기 제2 부분(108)과 상기 전송 채널 영역(c)간의 전위차가 크기 때문에, 상기 전송 게이트 전극(114a)에 턴온전압이 인가될지라도, 상기 제2 부분(108)의 전위가 아래로 하강하는 정도가 약해질 수 있다. 즉, 상기 제1 부분(106a)에 의하여 상기 전송 채널 영역(c)과 상기 제2 부분(108)간의 큰 전위차를 분할시킴으로써, 상기 부유 확산층(110)의 전위가 상기 전송 게이트 전극(114a)에 인가된 턴온 전압에 의해 쉽게 하강할 수 있다.
결과적으로, 상기 턴온 전압에 의해 상기 전송 채널 영역(c)의 전위 및 상기 부유 확산층(110)의 계단형 전위가 모두 하강한다. 특히, 상기 부유 확산층(110)의 계단형 전위는 상기 포토 다이오드(116)의 전위 보다 낮아진다. 이에 따라, 상기 포토 다이오드(116)에 축적된 신호 전자들은 상기 부유 확산층(110)으로 신속히 이동된다. 그 결과, 처리 속도가 향상된 이미지 센서를 구현할 수 있다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 형성 방법을 설명하기 위하여 도 3의 Ⅰ-Ⅰ'을 따라 취해진 단면도들이다.
도 7을 참조하면, 기판(100)의 소정영역에 소자분리막(102)을 형성하여 제1 및 제2 활성영역들(104a,104b)을 한정한다. 상기 소자분리막(102)은 트렌치형태일 수 있으며, 실리콘 산화막으로 형성할 수 있다. 상기 제2 활성영역(104b)은 상기 제1 활성영역(104a)의 일측에 연결된다.
상기 기판(100)에 제1 마스크 패턴(미도시함)을 형성하고, 상기 제1 마스크 패턴을 이온주입 마스크로 사용하여 제1 도즈(dose)의 불순물 이온들을 주입하여 상기 제2 활성영역(104b)에 예비 부유 확산층(106)을 형성한다. 상기 예비 부유 확산층(106)은 상기 제1 활성영역(104a)으로 부터 이격되어 형성된다. 이어서, 상기 제1 마스크 패턴을 제거한다.
도 8을 참조하면, 상기 예비 부유 확산층(106)을 갖는 기판(100)에 제2 마스크 패턴(미도시함)을 형성하고, 상기 제2 마스크 패턴을 이온주입 마스크로 사용하여 제2 도즈(dose)의 불순물 이온들을 주입하여 부유 확산층(110)을 형성한다. 상기 제2 마스크 패턴은 상기 예비 부유 확산층(106)의 일부를 노출시킨다. 즉, 상기 제2 도즈의 불순물 이온들은 상기 예비 부유 확산층(106)의 일부에 주입된다. 상기 제2 도즈의 불순물 이온들은 상기 제1 도즈의 불순물 이온들과 동일한 타입이다. 예컨대, 상기 기판(100)이 p형의 실리콘 기판일때, 상기 제1 및 제2 도즈의 불순물 이온들은 n형의 불순물들이다. 이어서, 상기 제2 마스크 패턴을 제거한다.
상기 부유 확산층(110)은 제1 불순물 농도의 제1 부분(106a)과, 제2 불순물 농도의 제2 부분(108)을 포함하도록 형성된다. 이때, 상기 제2 불순물 농도는 상기 제1 불순물 농도에 비하여 높은 것이 바람직하다. 상기 제1 부분(106a)은 상기 예비 부유 확산층(106)의 일부분으로 형성되고, 상기 제2 부분(108)은 상기 제1 및 제2 도즈의 불순물 이온들이 중첩되어 주입된 부분이다.
상기 제2 도즈의 불순물 이온 주입은 상기 제1 도즈의 불순물 이온 주입에 비하여 높은 도즈인 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 제2 부분(108)은 상기 제1 부분(106a)에 비하여 높은 불순물 농도를 가질 수 있다. 또한, 상기 제2 도즈의 불 순물 이온 주입은 상기 제1 도즈의 불순물 이온 주입에 비하여 높은 에너지로 주입되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 제2 부분(108)의 바닥면(즉, 상기 기판(100)과의 접합면)은 상기 제1 부분(106a)의 바닥면에 비하여 낮게 형성된다. 상기 제1 부분(108) 보다 낮은 상기 제2 부분(108)의 부분에 주입된 불순물들이 고립됨으로써, 상기 제2 부분(108)의 불순물들이 상기 제1 부분(106a)으로 확산되는 것이 최소화된다. 그 결과, 상기 제1 부분(106a) 및 상기 제2 부분(108)은 각각 제1 불순물 농도 및 제2 불순물 농도로 유지될 수 있다.
이어서, 상기 기판(100) 전면에 게이트 절연막(112)을 형성한다. 상기 게이트 절연막(112)은 실리콘 산화막, 특히, 열산화막으로 형성할 수 있다. 상기 게이트 절연막(112) 상에 게이트 도전막(114)을 형성한다. 상기 게이트 도전막(114)은 도전막인, 도핑된 폴리실리콘, 금속(ex, 텅스텐 또는 몰리브덴등), 도전성 금속질화물(ex, 질화티타늄 또는 질화탄탈늄등) 또는 금속실리사이드(ex, 텅스텐실리사이드, 코발트실리사이드, 니켈실리사이드 또는 티타늄실리사이드등)으로 형성된 단일막 또는 이들의 조합막으로 형성할 수 있다.
도 5 및 도 9를 참조하면, 상기 게이트 도전막(114) 및 상기 게이트 절연막(112)을 연속적을 패터닝하여 전송 게이트 전극(114a)을 형성한다. 상기 전송 게이트 전극(114a)은 상기 제1 활성영역(104a)과 상기 부유 확산층(110) 사이의 제2 활성영역(104b), 및 상기 부유 확산층(110)을 덮도록 형성된다. 이때, 상기 부유 확산층(110)의 제2 부분(108)은 상기 제1 활성영역(104a)과 상기 부유 확산층(108) 사이의 전송 채널 영역과 이격되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 전송 채널 영역과 상기 제2 부분(108) 사이에 상기 제1 부분(106a)이 개재되는 것이 바람직하다. 상기 부유 확산층(110)의 상부면은 콘택 영역 및 비콘택 영역으로 구분되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 전송 게이트 전극(114a)은 상기 비콘택 영역을 덮는 것이 바람직하다.
이어서, 제3 마스크 패턴(미도시함)을 상기 기판(100) 상에 형성한다. 이때, 상기 제1 활성영역(104a)이 노출된다. 또한, 상기 제1 활성영역(104a)에 인접한 상기 전송 게이트 전극(114a)의 일부도 노출될 수 있다. 상기 제3 마스크 패턴을 이온 주입 마스크로 사용하여 불순물 이온들을 주입하여 상기 제1 활성영역(104a)에 포토 다이오드(116)를 형성한다. 상기 포토 다이오드(116)는 제1 도전형의 불순물 이온들을 주입하는 단계 및 제2 도전형의 불순물 이온들을 주입하는 단계를 순차적으로 수행하여 형성할 수 있다. 이때, 상기 제1 도전형의 불순물 이온들은 상기 제2 도전형의 불순물 이온들의 비하여 높은 에너지로 주입한다. 상기 제1 도전형의 불순물 이온들은 상기 제2 도전형의 불순물 이온들과 다른 타입의 불순물들이다.
상기 결과물의 전면을 덮는 도 5의 절연막(118)을 형성한다. 상기 절연막(118)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화질화막의 단일막 또는 이들의 조합막으로 형성할 수 있다.
이어서, 상기 절연막(118)을 패터닝하여 상기 부유 확산층(110)의 콘택 영역을 노출시키는 도 5의 콘택홀(120)을 형성하고, 상기 콘택홀(120)을 채우는 도 5의 콘택 플러그(122)를 형성한다. 상기 콘택 플러그(122)는 상기 부유 확산층(110)의 콘택 영역과 접속한다. 이로써, 도 3, 도 4 및 도 5의 이미지 센서를 구현할 수 있 다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 부유 확산층의 대부분이 전송 게이트 전극에 의해 덮혀 진다. 이에 따라, 상기 부유 확산층 표면에 발생될 수 있는 종래 식각 손상을 최소화할 수 있다. 또한, 원하지 않는 외부의 빛이 상기 부유 확산층으로 입사될때, 상기 외부의 빛은 상기 전송 게이트 전극에 의해 차단된다. 그 결과, 상기 부유 확산층으로 야기되는 화소의 노이즈를 최소화하여 이미지 센서의 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 부유 확산층은 제1 불순물 농도의 제1 부분 및, 상기 제1 불순물 농도에 비하여 높은 제2 불순물 농도의 제2 부분을 포함한다. 즉, 상기 부유 확산층은 상기 제1 부분의 상대적으로 높은 전위와 상기 제2 부분의 상대적으로 낮은 전위에 의해 계단 형태의 전위를 갖는다. 이에 따라, 상기 전송 게이트 전극에 턴온 전압이 인가될때, 전송 채널 영역과 더불어 상기 부유 확산층의 전위가 매우 용이하게 하강할 수 있다. 그 결과, 포토 다이오드에 축적된 신호전하들이 상기 부유 확산층으로 신속하게 이동하여 이미지 센서의 처리 속도가 향상된다.

Claims (8)

  1. 기판의 소정영역 내에 형성되되, 제1 불순물 농도의 제1 부분, 및 상기 제1 불순물 농도에 비하여 높은 제2 불순물 농도의 제2 부분을 포함하는 부유 확산층;
    상기 부유 확산층과 이격되어 상기 기판내에 형성된 포토 다이오드; 및
    게이트 절연막을 개재하여 상기 포토 다이오드와 상기 부유 확산층 사이의 상기 기판, 및 상기 부유 확산층을 덮는 전송 게이트 전극을 포함하는 이미지 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판을 덮는 절연막; 및
    상기 절연막을 관통하여 상기 부유 확산층과 접속하는 콘택 플러그를 더 포함하되,
    상기 부유 확산층의 상부면은 콘택 영역 및 비콘택 영역으로 구분되고, 상기 콘택 플러그는 상기 콘택 영역에 접속되며, 상기 전송 게이트 전극은 상기 비콘택 영역을 덮는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 부유 확산층의 제2 부분의 하부면은 상기 제1 부분의 하부면에 비하여 낮은 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 부유 확산층의 제2 부분은 상기 포토 다이오드와 상기 부유 확산층 사이의 기판에 정의된 채널 영역으로 부터 이격되고, 상기 부유 확산층의 제1 부분은 상기 채널 영역과 상기 제2 부분 사이에 개재된 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  5. 기판에 제1 도즈의 불순물 이온들을 선택적으로 주입하여 예비 부유 확산층을 형성하는 단계;
    상기 예비 부유 확산층의 일부에 제2 도즈의 불순물 이온들을 선택적으로 주입하여 제1 불순물 농도의 제1 부분, 및 상기 제1 불순물 농도에 비하여 높은 제2 불순물 농도의 제2 부분을 포함하는 부유 확산층을 형성하는 단계;
    게이트 절연막을 개재하여 상기 부유 확산층 일측의 상기 기판 및 상기 부유 확산층을 덮는 전송 게이트 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 부유 확산층에 대향된 상기 전송 게이트 전극 일측의 상기 기판에 포토 다이오드를 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 형성 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 기판을 덮는 절연막을 형성하는 단계; 및
    상기 절연막을 관통하여 상기 부유 확산층과 접속하는 콘택 플러그를 형성하는 단계를 더 포함하되,
    상기 부유 확산층의 상부면은 콘택 영역 및 비콘택 영역으로 구분되고, 상기 콘택 플러그는 상기 콘택 영역에 접속되며, 상기 전송 게이트 전극은 상기 비콘택 영역을 덮도록 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 형성 방법.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 제2 도즈의 불순물 이온은 상기 제1 도즈의 불순물 이온에 비하여 높은 에너지로 주입되고, 상기 제2 도즈는 상기 제1 도즈에 비하여 높은 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 형성 방법.
  8. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 부유 확산층의 제2 부분은 상기 포토 다이오드와 상기 부유 확산층 사이의 상기 기판에 정의된 채널 영역으로 부터 이격되어 형성되고, 상기 부유 확산층의 제1 부분은 상기 채널 영역과 상기 제2 부분의 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 형성 방법.
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