KR20100060765A - 이미지 센서 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
이미지 센서 및 그 제조 방법이 제공된다. 상기 이미지 센서의 제조 방법은 반도체 기판 상에 게이트 산화막을 형성하는 단계, 상기 게이트 산화막 상에 게이트 전극을 형성하는 단계, 상기 게이트 전극의 일측의 반도체 기판 내에 제1 도전형 불순물 이온을 주입하여 제1 도전형 웰을 형성하는 단계, 상기 게이트 전극의 타측의 반도체 기판 내에 제2 도전형 불순물 이온을 주입하여 포토다이오드를 형성하는 단계, 및 상기 게이트 전극의 일측의 반도체 기판 내에 제2 도전형 불순물 이온을 주입하여 플로팅 확산 영역을 형성하는 단계를 포함한다.
포토다이오드(photodiode), 플로팅 확산 영역(floating diffusion region)
Description
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이미지 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
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 구성된다. 상기 이미지 센서의 단위 픽셀은 포토 다이오드와 하나 이상의 트랜지스터들로 구성될 수 있다.
일반적으로 씨모스 이미지 센서에 있어서 픽셀 영역에 이온 주입에 의한 불순물의 영향을 최소화하기 위하여 웰 형성을 위한 이온 주입을 하지 않는다. 이는 웰 형성을 위한 이온 주입을 하지 않음으로써 빛에 의해 포토다이오드 내에서 생성된 전자들이 불순물에 의하여 소멸되는 것을 막기 위함이다.
그러나 이러한 구조하에서는 포토 다이오드와 플로팅 영역 사이의 격 리(isolation)에 어려움이 있으며, 포토다이오드에서 생성된 전자들이 누설 전류를 형성하게 되어 포토다이오드의 전기적 특성을 저해하는 요인이 될 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이미지 센서의 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트의 누설 전류를 억제함으로써 포토다이오드에서 생성된 전자들이 플로팅 확산 영역 등으로 누설되는 것을 방지하여 전기적 특성을 개선할 수 있는 이미지 센서 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서의 제조 방법은 반도체 기판 상에 게이트 산화막을 형성하는 단계, 상기 게이트 산화막 상에 게이트 전극을 형성하는 단계, 상기 게이트 전극의 일측의 반도체 기판 내에 제1 도전형 불순물 이온을 주입하여 제1 도전형 웰을 형성하는 단계, 상기 게이트 전극의 타측의 반도체 기판 내에 제2 도전형 불순물 이온을 주입하여 포토다이오드를 형성하는 단계, 및 상기 게이트 전극의 일측의 반도체 기판 내에 제2 도전형 불순물 이온을 주입하여 플로팅 확산 영역을 형성하는 단계를 포함한다.
상기와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서는 반도체 기판 상에 형성되는 게이트 산화막, 상기 게이트 산화막 상에 형성되는 게이트 전극, 상기 게이트 전극의 일측의 반도체 기판 내에 형성되는 제1 도전형 웰, 상기 게이트 전극의 타측의 반도체 기판 내에 제2 도전형 불순물 이온이 주입되어 형성되는 포토다이오드, 및 상기 게이트 전극의 일측에 형성된 제1 도전형 웰 내에 제2 도전형 불순물 이온이 주입되어 형성되는 플로팅 확산 영역을 포함하며, 상기 제1 도전형 웰은 상기 게이트 전극의 하부 반도체 기판의 일 영역까지 확장되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 및 그 제조 방법은 플로팅 확산 영역 주위에 P형 웰을 형성하여 상기 플로팅 확산 영역을 포토다이오드 영역과 격리시킴으로써 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트의 누설 전류를 억제할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 기술적 과제 및 특징들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 본 발명을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 나타내는 공정도이다.
먼저 도 1에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(110)에 소자 분리 영역 및 활성 영역을 정의하는 소자 분리막(115)을 형성한다. 예컨대, 반도체 기판(110)은 P형 실리콘 기판일 수 있으며, 상기 P형 실리콘 기판은 저농도의 P형 에피층을 포함할 수 있다.
상기 소자 분리막(115)은 일반적인 R-LOCOS(Recessed-Local Oxidation of Silicon) 기술 또는 STI(Shallow Trench Isolation) 기술을 사용하여 형성될 수 있 다.
상기 소자 분리막이 형성된 반도체 기판(110) 상에 게이트 산화막(120)을 형성한다. 그리고 상기 게이트 산화막 상에 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트 전극(125)을 형성한다.
예컨대, 상기 반도체 기판(110) 전면에 게이트 산화막(120) 및 폴리 실리콘(미도시)을 순차적으로 형성한다. 이후 포토리쏘그라피 공정을 이용하여 상기 폴리 실리콘 상에 제1 포토레지스트 패턴(130)을 형성한다. 그리고 상기 제1 포토레지스트 패턴(130)을 마스크로 이용하여 상기 폴리 실리콘을 건식 식각하여 상기 게이트 전극(125)을 형성한다.
공정 스텝을 줄여 공정을 단순화하기 위하여 상기 제1 포토레지스트 패턴(130)을 제거하지 않은 상태에서 포토리쏘그라피 공정을 수행하여 포토다이오드가 형성될 영역은 덮고, 플로팅 게이트가 형성될 영역은 노출시키는 제2 포토레지스트 패턴(135)을 형성한다.
이어서 상기 제2 포토레지스트 패턴(135)을 마스크로 이용하여 상기 반도체 기판(110)에 불순물 이온을 수직으로 주입하는 제1 임플란트 공정을 수행하여 P형 웰(140)을 형성한다.
상기 P형 웰(140)은 추후에 형성되는 추후에 형성될 포토다이오드와 플로팅 영역 사이를 격리함으로써 트랜스퍼 게이트의 누설 전류를 억제하고, 포토다이오드로부터 생성된 전자들이 누설되는 것을 방지함으로써 포화(saturattion)과 같은 포토다이이오드의 전기적 특성을 개선하는 역할을 한다.
이때 상기 제1 임플란트 공정은 다음과 같이 수행될 수 있다. 상기 불순물 이온은 보론(Boron)과 같은 P형 불순물 이온일 수 있으며, 50~250KeV의 에너지 및 1E13 ~ 5E13 atoms/㎠의 도우스(dose)로 상기 반도체 기판(110)에 대하여 수직으로 불순물 이온을 주입할 수 있다.
다음으로 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제2 포토레지스트 패턴(135)을 마스크로 이용하여 상기 반도체 기판(110)에 불순물 이온을 경사 주입하는 제2 임플란트 공정을 수행하여 상기 게이트 전극(125)의 하부 반도체 기판(110)의 일 영역까지 확장된 P형 웰(145)을 형성한다.
이때 상기 제2 임플란트 공정은 다음과 같이 수행될 수 있다. 상기 불순물 이온은 BF2+ 이온일 수 있으며, 30~100KeV의 에너지 및 5E12 ~ 2E13 atoms/㎠의 도우스(dose)로 상기 반도체 기판(110)에 대하여 20~45°의 틸트(tilt)로 불순물 이온을 주입할 수 있다.
상기 제2 임플란트 공정은 트랜스터 게이트 아래의 채널 영역의 일부에까지 웰을 형성하여 추후에 형성될 포토다이오드와 플로팅 영역 사이의 격리 효과를 높이기 위함이다.
다음으로 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 전극(125)의 측벽에 스페이서(150)를 형성한다. 예컨대, 게이트 전극(125) 및 상기 확장된 P형 웰(145))이 형성된 반도체 기판(110) 상에 절연막을 형성하고, 절연막을 에치백하여 상기 게이트 전극(125)의 측벽에 스페이서(150)를 형성할 수 있다. 이때 상기 스페이서(150)는 산화막 및 질화막 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이어서 상기 반도체 기판(110)에서 포토다이오드가 형성될 영역에 N형 불순물 이온을 선택적으로 주입하여 포토다이오드(160)를 형성한다. 그리고 상기 P형 웰(145) 내에 N형 불순물 이온을 선택적으로 주입하여 플로팅 확산 영역(floating diffusion region, 170)을 형성한다.
도 4에 도시된 바와 같이 상기 플로팅 확산 영역(170) 주위에 P형 웰(145)이 형성되어 있기 때문에 상기 플로팅 확산 영역(170)은 상기 포토다이오드 영역과 격리될 수 있어 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트의 누설 전류를 억제할 수 있다.
또한 상기 P형 웰(145)이 플로팅 확상 영역 주위에만 형성되고, 포토다이오드 영역에는 웰 형성을 위한 불순물 이온 주입이 되지 않기 때문에 포토다이오드가 불순물에 대한 영향을 받지 않는다.
도 4에 도시된 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서는 반도체 기판(110) 상에 형성되는 게이트 산화막(120), 상기 게이트 산화막(120) 상에 형성되는 게이트 전극(125), 상기 게이트 전극(125)의 일측의 반도체 기판(110) 내에 형성되는 제1 도전형 웰(145), 상기 게이트 전극(125)의 타측의 반도체 기판(110) 내에 제2 도전형 불순물 이온이 주입되어 형성되는 포토다이오드(160) 및 상기 게이트 전극(125)의 일측에 형성된 제1 도전형 웰(145) 내에 제2 도전형 불순물 이온이 주입되어 형성되는 플로팅 확산 영역(170)을 포함하며, 상기 제1 도전형 웰(145)은 상기 게이트 전극(125)의 하부 반도체 기판(110)의 일 영역까지 확장될 수 있다.
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.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 나타내는 공정도이다.
Claims (5)
- 반도체 기판 상에 게이트 산화막을 형성하는 단계;상기 게이트 산화막 상에 게이트 전극을 형성하는 단계;상기 게이트 전극의 일측의 반도체 기판 내에 제1 도전형 불순물 이온을 주입하여 제1 도전형 웰을 형성하는 단계;상기 게이트 전극의 타측의 반도체 기판 내에 제2 도전형 불순물 이온을 주입하여 포토다이오드를 형성하는 단계; 및상기 게이트 전극의 일측의 반도체 기판 내에 제2 도전형 불순물 이온을 주입하여 플로팅 확산 영역을 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 게이트 전극을 형성하는 단계는,상기 게이트 산화막 상에 폴리 실리콘을 형성하는 단계;포토리쏘그라피 공정을 이용하여 상기 폴리 실리콘 상에 제1 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및상기 제1 포토레지스트 패턴을 마스크로 이용하여 상기 폴리 실리콘을 건식 식각하여 상기 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 도전형 웰을 형성하는 단계는,보론을 상기 반도체 기판에 대하여 수직으로 주입하는 제1 웰 임플란트 단계; 및BF2+ 이온을 상기 반도체 기판에 대하여 20~45°의 틸트(tilt)로 주입하는 제2 웰 임플란트 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 제1 도전형 웰을 형성하는 단계는,상기 제1 포토레지스트 패턴을 제거하지 않은 상태에서 포토리쏘그라피 공정을 수행하여 포토다이오드가 형성될 영역은 덮고, 플로팅 게이트가 형성될 영역은 노출시키는 제2 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;상기 제2 포토레지스트 패턴을 마스크로 이용하여 불순물 이온을 상기 반도체 기판에 대하여 수직으로 주입하는 제1 임플란트 단계; 및상기 제2 포토레지스트 패턴을 마스크로 이용하여 불순물 이온을 상기 반도체 기판에 대하여 20~45°의 틸트(tilt)로 주입하는 제2 웰 임플란트 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 반도체 기판 상에 형성되는 게이트 산화막;상기 게이트 산화막 상에 형성되는 게이트 전극;상기 게이트 전극의 일측의 반도체 기판 내에 형성되는 제1 도전형 웰;상기 게이트 전극의 타측의 반도체 기판 내에 제2 도전형 불순물 이온이 주 입되어 형성되는 포토다이오드; 및상기 게이트 전극의 일측에 형성된 제1 도전형 웰 내에 제2 도전형 불순물 이온이 주입되어 형성되는 플로팅 확산 영역을 포함하며,상기 제1 도전형 웰은 상기 게이트 전극의 하부 반도체 기판의 일 영역까지 확장되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
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| DE102010060826A1 (de) | 2010-06-25 | 2011-12-29 | Hyundai Motor Co. | Variabler-Ventilhub-Vorrichtung |
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- 2008-11-28 KR KR1020080119499A patent/KR20100060765A/ko not_active Application Discontinuation
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| DE102010060826A1 (de) | 2010-06-25 | 2011-12-29 | Hyundai Motor Co. | Variabler-Ventilhub-Vorrichtung |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |