KR100873288B1 - Imase sensor and method for fabricating of the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이미지센서에 관항 것으로 특히, 포토다이오드 형성 영역의 인접영역으로의 확산에 의한 전하 효율의 하락을 방지할 수 있는 이미지센서 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은, 제1도전형의 반도체층; 상기 반도체층에 국부적으로 배치된 필드절연막; 상기 필드절연막과 이격된 상기 반도체층 상에 배치된 게이트전극; 상기 필드절연막과 상기 게이트전극의 일측에 접하는 상기 반도체층에 배치된 포토다이오드; 상기 게이트전극의 타측에 접하는 제2도전형의 센싱확산노드; 및 상기 포토다이오드의 확산으로부터 상기 센싱확산노드의 특성 열화를 방지하기 위해 상기 게이트전극의 하부에 상기 센싱확산노드와 접하도록 배치된 제1도전형의 확산방지영역을 포함하는 이미지센서를 제공한다.The present invention relates to an image sensor, and more particularly, to provide an image sensor and a method of manufacturing the same, which can prevent a decrease in charge efficiency due to diffusion into an adjacent region of a photodiode forming region. A semiconductor layer of one conductivity type; A field insulating film disposed locally on the semiconductor layer; A gate electrode on the semiconductor layer spaced apart from the field insulating layer; A photodiode disposed on the semiconductor layer in contact with one side of the field insulating film and the gate electrode; A sensing diffusion node of a second conductivity type in contact with the other side of the gate electrode; And a diffusion preventing region of a first conductivity type disposed in contact with the sensing diffusion node under the gate electrode to prevent deterioration of characteristics of the sensing diffusion node from diffusion of the photodiode.
또한, 본 발명은, 이미지센서 제조방법에 있어서, 제1도전형의 반도체층에 국부적으로 필드절연막을 형성하는 단계; 상기 반도체층 상에 상기 필드절연막과 간격을 두고 게이트전극을 형성하는 단계; 이온주입을 실시하여 상기 게이트전극의 일측 및 상기 필드절연막에 접하는 포토다이오드를 형성하는 단계; 상기 포토다이오드의 확산으로부터 센싱확산노드의 특성 열화를 방지하기 위해 상기 게이트전극의 타측에 틸트 이온주입을 실시하여 제1도전형의 확산방지영역을 형성하는 단계; 및 이온주입을 실시하여 확산방지영역에 접하는 제2도전형의 센싱확산노드를 형성하는 단계를 포함하는 이미지센서 제조방법을 제공한다.
The present invention also provides a method of manufacturing an image sensor, comprising: forming a field insulating film locally on a semiconductor layer of a first conductivity type; Forming a gate electrode on the semiconductor layer at intervals from the field insulating film; Forming a photodiode in contact with one side of the gate electrode and the field insulating layer by implanting ions; Forming a diffusion preventing region of a first conductivity type by applying a tilt ion implantation to the other side of the gate electrode to prevent deterioration of characteristics of a sensing diffusion node from diffusion of the photodiode; And forming a sensing diffusion node of the second conductivity type in contact with the diffusion preventing region by performing ion implantation.
이미지센서, 포토다이오드, 인듐, 보론, 이온주입, 확산방지영역.Image sensor, photodiode, indium, boron, ion implantation, diffusion prevention area.
Description
도 1a 내지 도 1h는 종래기술에 따른 이미지센서 제조 공정을 도시한 단면도.1A to 1H are cross-sectional views illustrating an image sensor manufacturing process according to the prior art.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서 제조 공정을 도시한 단면도.2A to 2G are cross-sectional views illustrating an image sensor manufacturing process according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 이미지센서의 단위화소를 개략적으로 도시한 단면도.
3 is a cross-sectional view schematically showing a unit pixel of the image sensor according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
30 : 반도체층 31: 필드절연막30
33 : 게이트산화막 34 : 전도막33: gate oxide film 34: conductive film
37, 38 : 스페이서 36 : 제1불순물영역37, 38: spacer 36: first impurity region
40 : 센싱확산노드 40' : 확산방지영역40: sensing diffusion node 40 ': diffusion preventing area
42 : 제2불순물영역
42: second impurity region
본 발명은 이미지센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 토다이오드에서 생성된 전하의 효율을 향상시킬 수 있는 이미지센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an image sensor, and more particularly, to an image sensor and a method of manufacturing the same that can improve the efficiency of the charge generated in the todiode.
일반적으로, 이미지센서라 함은 광학 영상(Optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체소자로서, 이중 전하결합소자(CCD : Charge Coupled Device)는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 캐패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, CMOS(Complementary MOS; 이하 CMOS) 이미지센서는 제어회로(Control circuit) 및 신호처리회로(Signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소수만큼 MOS트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(Output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.In general, an image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electric signal, and a charge coupled device (CCD) has individual metal-oxide-silicon (MOS) capacitors that are very different from each other. A device in which charge carriers are stored and transported in a capacitor while being in close proximity, and a CMOS (Complementary MOS) image sensor is a CMOS technology that uses a control circuit and a signal processing circuit as peripheral circuits. Is a device that employs a switching method that creates MOS transistors by the number of pixels and sequentially detects the output using them.
이러한 다양한 이미지센서를 제조함에 있어서, 이미지센서의 감광도(Photo sensitivity)를 증가시키기 위한 노력들이 진행되고 있는 바, 그 중 하나가 집광기술이다. 예컨대, CMOS 이미지센서는 빛을 감지하는 포토다이오드와 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 CMOS 로직회로부분으로 구성되어 있는 바, 광감도를 높이기 위해서는 전체 이미지센서 면적에서 포토다이오드의 면적이 차지하는 비율(이를 통상 Fill Factor"라 한다)을 크게 하려는 노력이 진행되고 있다.In the manufacture of such various image sensors, efforts are being made to increase the photo sensitivity of the image sensor, one of which is a condensing technology. For example, a CMOS image sensor is composed of a photodiode for detecting light and a portion of a CMOS logic circuit for processing the detected light into an electrical signal to make data. To increase light sensitivity, the ratio of the photodiode to the total image sensor area is increased. Efforts have been made to increase (usually referred to as Fill Factor).
도 1a 내지 도 1h는 종래기술에 따른 이미지센서 제조 공정을 도시한 단면도로서, 이를 참조하여 종래의 이미지센서 제조 공정을 살펴보는 바, 후술하는 반도 체층(10)은 고농도인 P++ 층 및 P형 에피층 즉, P-Epi층이 적층된 것을 이용한다.1A to 1H are cross-sectional views illustrating an image sensor manufacturing process according to the prior art. Referring to the conventional image sensor manufacturing process, the
P-Epi층은 주지된 바와 같이 크로스토크 감소와 감광특성의 향상을 위해 사용하는 바, 이하 도면의 간략화를 위해 반도체층(10)으로 칭한다.As is well known, the P-Epi layer is used for reducing crosstalk and improving photosensitive characteristics, which is referred to as a
먼저, 이후 열공정에 의한 측면 확산(Lateral Diffusion)을 통해 소스 팔로워(Source Follower) 역할을 하는 드라이브 게이트(Drive Gate, Dx)와 스위칭(Switching) 역할로 어드레싱(Addressing)을 할 수 있도록 하는 셀렉트 게이트(Select Gate, Sx)를 내포할 수 있도록 P-well(도시하지 않음)을 형성시키는 공정을 실시한다. First of all, the drive gate (Dx) serving as a source follower and the switching gate (addressing) can be addressed by switching as a source follower through lateral diffusion. A step of forming a P-well (not shown) is carried out so as to contain (Select Gate, Sx).
이어서, 소자가 형성될 지역을 확보하고자 도 1a에 도시된 바와 같이 필드절연막을 형성한다.Subsequently, a field insulating film is formed as shown in FIG. 1A to secure a region where the device is to be formed.
구체적으로, 반도체층(10) 상에 패드산화막(도시하지 않음)을 증착한 다음, 패드산화막 상에 트렌치 형성용 포토레지스트 패턴(도시하지 않음)을 형성한다. 이어서, 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 하여 패드산화막 및 반도체층(10)을 선택적으로 식각하여 트렌치를 형성한 다음, 산화막 또는 질화막 계열의 물질을 증착하여 트렌치를 충분히 매립하도록 한 다음, 반도체층(10) 표면이 노출될 때까지 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; 이하 CMP라 함) 등을 이용하여 평탄화함으로써, 반도체층(10)에 국부적으로 STI 구조의 필드절연막(11)을 형성한다.Specifically, a pad oxide film (not shown) is deposited on the
즉, 버즈비크(Bird's beak)가 거의 없어 소자의 고집적화에 따라 소자간에 전기적으로 분리시키는 영역을 축소시킬 수 있는 STI 공정기술을 적용하였다.In other words, STI process technology is applied to reduce the area of electrical separation between devices due to the high integration of the device because there is little Bird's beak.
이어서 도 1b에 도시된 바와 같이, 이온주입 마스크(12)를 형성하고 이를 통 해 게이트전극 즉, 트랜스터 게이트를 갖는 트랜스퍼 트랜지스터의 문턱전압(Vt) 조절 공정을 실시한다.Subsequently, as illustrated in FIG. 1B, an
특정소자 즉, 문턱전압이 거의 "0"의 값을 갖는 네이티브 트랜지스터(Native trsnsistor) 소자를 구현하기 위해 P웰(P-well) 또는 문턱전압 조절용 이온주입 공정을 진행한다. 이 소자는 NMOSFET(N-type Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 소자이며, 소자 옆에 형성되어 있는 포토다이오드에 생성된 전하를 손실없이 전달하는 역할을 하기에 문턱전압이 거의 "0"에 가깝게 만들어져야 한다. 따라서, 웰의 경우 대부분 기판농도(P-type)를 이용하며 추가로 매우작은 농도의 이온주입을 이용하여 문턱전압 및 숏채널효과(Short channel effect)를 최소화시키게 된다.In order to implement a specific device, that is, a native trsnsistor device having a threshold voltage of about zero, a P-well or an ion implantation process for adjusting the threshold voltage is performed. This device is an N-type Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (NMOSFET) device, and the threshold voltage should be made close to "0" because it serves to transfer the generated charge to the photodiode formed next to the device without loss. do. Therefore, in the case of the well, the substrate concentration (P-type) is mostly used, and in addition, a very small concentration of ion implantation minimizes the threshold voltage and the short channel effect.
이어서, 필드 절연막(11)과 떨어진 영역에 게이트산화막(13)과 전도막(14)이 적층된 구조의 게이트전극 예컨대, 트랜스퍼 게이트를 형성하는 바, 이는 포토다이오드에서 센싱확산노드로 광전자를 운반하기 위한 역할을 한다. Subsequently, a gate electrode having a structure in which the
구체적으로, 게이트산화막(13)과 폴리실리콘과 텅스텐 등을 단독 또는 적층하여 전도막(14)을 증착한 다음 패턴을 형성함으로써, MOSFET의 게이트로서 이용한다. 여기서, 게이트의 도핑은 후속 공정인 센싱확산노드 즉, 고농도 N형의 소스/드레인 접합 형성 공정시 동시에 도핑되거나 추가적인 도핑 필요시 게이트 패턴 형성 전에 이온주입하는 경우도 있다.Specifically, the
도 1d에서는 이온주입 마스크(15)를 이용하여 필드절연막(11)과 게이트전극에 접하는 포토다이오드용 N형 불순물영역(n-, 16)을 반도체층(10) 내부에 소정의 깊이로 형성하는 바, 높은 에너지를 이용하여 저농도로 도핑한다. N형 불순물영역(n-, 16)은 빛의 조사에 의해 생성되는 전하를 집적시키는 역할을 하며, N형 불순물영역(n-, 16)의 깊이는 붉은색 계통의 빛에 대한 효율을 증가시킬 수 있도록 약 0.5㎛ ∼ 수㎛ 정도의 범위를 갖게 한다.In FIG. 1D, N-type impurity regions n- and 16 for photodiode contacting the
이어서, 피알 스트립을 통해 이온주입 마스크(15)를 제거한 다음, 도 1e에 도시된 바와 같이, 산화막 또는 질화막 등을 이용하여 전면에 증착한 후 전면식을 통해 게이트전극 측벽에 스페이서(17, 18)를 형성한다. 여기서, 스페이서(17, 18)는 후속 이온주입을 통한 LDD를 형성하여 핫 캐리어 효과를 억제하기 위한 것이다. Subsequently, the
이어서 도 1f에 도시된 바와 같이, 센싱확산노드 형성을 위한 이온주입 마스크(19)를 형성한 다음, 고농도의 N형 불순물의 이온주입을 실시하여 센싱확산노드(n+, 20)를 형성한다.Subsequently, as illustrated in FIG. 1F, an
센싱확산노드(n+, 20)는 포토다이오드에서 생성된 전하량 변화 정도를 그대로 전달해주는 역할을 하는 소자인 트랜스퍼 트랜지스터의 소스/드레인 접합이기도 하다.The sensing diffusion node (n +, 20) is also a source / drain junction of the transfer transistor, which is a device that transfers the amount of charge change generated in the photodiode as it is.
이온주입 마스크(19)를 제거한 다음, 도 1g에 도시된 바와 같이 포토다이오드용 P형 전극 형성을 위한 이온주입을 실시하여 n- 영역(16)의 상부와 반도체층(10) 표면에 접하는 P형 불순물영역(P0, 22)을 형성함으로써, P/N/P 접합에 의해 공핍영역이 형성되면서 포토다이오드가 형성된다.After removing the
여기서, P형 불순물영역(P0, 22)의 깊이는 푸른색 계통의 파장이 짧은 빛에 대한 효율을 증가시킬 수 있도록 저에너지를 이용하여 0.5㎛ 이하의 깊이로 형성한 다. 한편, 여기서는 별도의 이온주입 마스크(21)를 사용하였으나, P형 불순물영역(P0, 22)은 저에너지를 사용하므로 마스크없이 진행할 수도 있다.Here, the depths of the P-type impurity regions P0 and 22 are formed to a depth of 0.5 μm or less using low energy so as to increase the efficiency for light having a short wavelength of the blue system. On the other hand, although a separate
다음으로, 도 1h에 도시된 바와 같이 이온주입마스크(21)를 제거하고 열처리를 통해 이온주입된 P형 불순물영역(P0, 22)의 불순물들이 확산되어 접합을 이루도록 한다.Next, as shown in FIG. 1H, the
한편, 전술한 바와 같이 이루어지는 종래의 이미지센서의 제조시 포토다이오드가 형성될 지역은 열처리를 통해 확산되는 바, 센싱확산노드의 경우 포토다이오드 영역과 매우 근접해 있어, 포토다이오드 영역의 불순물이 열확산에 의해 생성된 전하를 전달하거나 차단시키는 작용을 제대로 못하게 되는 현상이 발생하게 된다. 이러한 경우 포토다이오드 지역에 집적된 전하의 효율을 크게 감소시키는 결과를 갖게 된다. 따라서, 이의 문제점 해결이 시급하다.
Meanwhile, in the manufacturing of the conventional image sensor as described above, the region where the photodiode is to be formed is diffused through heat treatment. In the case of the sensing diffusion node, the region of the photodiode is very close to the photodiode region, and impurities in the photodiode region are thermally diffused. The phenomenon of improperly transferring or blocking the generated charges occurs. This results in a significant reduction in the efficiency of charge integrated in the photodiode region. Therefore, it is urgent to solve the problem.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 본 발명은, 포토다이오드 형성 영역의 인접영역으로의 확산에 의한 전하 효율의 하락을 방지할 수 있는 이미지센서 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention proposed to solve the problems of the prior art as described above, the object of the present invention is to provide an image sensor and a method of manufacturing the same that can prevent a decrease in charge efficiency by diffusion to the adjacent region of the photodiode forming region. have.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 제1도전형의 반도체층; 상기 반도체층에 국부적으로 배치된 필드절연막; 상기 필드절연막과 이격된 상기 반도체층 상에 배치된 게이트전극; 상기 필드절연막과 상기 게이트전극의 일측에 접하는 상기 반도체층에 배치된 포토다이오드; 상기 게이트전극의 타측에 접하는 제2도전형의 센싱확산노드; 및 상기 포토다이오드의 확산으로부터 상기 센싱확산노드의 특성 열화를 방지하기 위해 상기 게이트전극의 하부에 상기 센싱확산노드와 접하도록 배치된 제1도전형의 확산방지영역을 포함하는 이미지센서를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention, the first conductive semiconductor layer; A field insulating film disposed locally on the semiconductor layer; A gate electrode on the semiconductor layer spaced apart from the field insulating layer; A photodiode disposed on the semiconductor layer in contact with one side of the field insulating film and the gate electrode; A sensing diffusion node of a second conductivity type in contact with the other side of the gate electrode; And a diffusion preventing region of a first conductivity type disposed in contact with the sensing diffusion node under the gate electrode to prevent deterioration of characteristics of the sensing diffusion node from diffusion of the photodiode.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 이미지센서 제조방법에 있어서, 제1도전형의 반도체층에 국부적으로 필드절연막을 형성하는 단계; 상기 반도체층 상에 상기 필드절연막과 간격을 두고 게이트전극을 형성하는 단계; 이온주입을 실시하여 상기 게이트전극의 일측 및 상기 필드절연막에 접하는 포토다이오드를 형성하는 단계; 상기 포토다이오드의 확산으로부터 센싱확산노드의 특성 열화를 방지하기 위해 상기 게이트전극의 타측에 틸트 이온주입을 실시하여 제1도전형의 확산방지영역을 형성하는 단계; 및 이온주입을 실시하여 확산방지영역에 접하는 제2도전형의 센싱확산노드를 형성하는 단계를 포함하는 이미지센서 제조방법을 제공한다.
In addition, the present invention for achieving the above object, in the image sensor manufacturing method, the step of forming a field insulating film locally on the semiconductor layer of the first conductivity type; Forming a gate electrode on the semiconductor layer at intervals from the field insulating film; Forming a photodiode in contact with one side of the gate electrode and the field insulating layer by implanting ions; Forming a diffusion preventing region of a first conductivity type by applying a tilt ion implantation to the other side of the gate electrode to prevent deterioration of characteristics of a sensing diffusion node from diffusion of the photodiode; And forming a sensing diffusion node of the second conductivity type in contact with the diffusion preventing region by performing ion implantation.
본 발명은 포토다이오드의 N형의 센싱확산노드와 포토다이오드 사이의 반도체층 특히, 센싱확산노드와 게이트전극이 접하는 영역에 틸트 이온주입에 의한 P형 불순물영역을 형성함으로써, 포토다이오드의 확산에 의한 근접한 소자의 특성 열화를 방지하고자 한다.
The present invention forms a P-type impurity region by tilt ion implantation in a semiconductor layer between an N-type sensing diffusion node and a photodiode of a photodiode, in particular, a region where the sensing diffusion node and a gate electrode are in contact with each other. It is intended to prevent deterioration of characteristics of adjacent devices.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. do.
도 3은 본 발명에 따른 이미지센서의 단위화소를 개략적으로 도시한 단면도인 바, 반도체층(30)은 고농도인 P++ 층 및 P-Epi층이 적층된 것을 이용하는 바, 이하 반도체층(30)으로 칭한다.3 is a cross-sectional view schematically showing a unit pixel of an image sensor according to the present invention. The
도 3을 참조하면, 본 발명의 이미지센서는, P형의 반도체층(30)과, 반도체층(30)에 국부적으로 배치된 필드절연막(31)과, 필드절연막(31)과 이격된 반도체층(30) 상에 배치되며 게이트산화막(33)과 적층된 전도막(34) 및 그 측벽에 스페이서(37, 38)를 포함하는 게이트전극과, 반도체층(30) 배치되며, 게이트전극의 일측 및 필드절연막(31)에 접하는 포토다이오드용 N형의 제1불순물영역(n-, 36)과, 제1불순물영역(n-, 36)의 반도체층(30) 표면에 접하는 포토다이오드용 P형의 제2불순물영역(P0, 42)과, 게이트전극의 타측에 접하며 반도체층(30) 표면으로부터 확장되어 형성된 N형의 센싱확산노드(n+, 40)와, 포토다이오드의 확산으로부터 센싱확산노드(n+, 40)의 특성 열화를 방지하기 위해 게이트전극의 하부에 센싱확산노드(n+, 40)와 접하도록 배치된 P형의 확산방지영역(40')을 구비하여 구성된다.Referring to FIG. 3, the image sensor of the present invention includes a P-
여기서, P형의 확산방지영역(40')은 포토다이오드의 각 불순물영영역과 센싱확산노드의 확산에 의한 상호 작용을 방지하기 위한 것으로 센싱확산노드 형성 전 에 틸트 이온주입을 통해 형성된다. 이를 통해 포토다이오드 전하의 전달 특성을 높여 전하의 효율을 극대화시킬 수 있다.Here, the P-type
이하, 전술한 구성을 갖는 본 발명의 이미지센서 제조 공정을 살펴보는 바, 도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서 제조 공정을 도시한 단면도이다.2A to 2G are cross-sectional views illustrating an image sensor manufacturing process according to an exemplary embodiment of the present invention.
후술하는 반도체층(30)은 고농도인 P++ 층 및 P형 에피층 즉, P-Epi층이 적층된 것을 이용한다.The
P-Epi층은 주지된 바와 같이 크로스토크 감소와 감광특성의 향상을 위해 사용하는 바, 이하 도면의 간략화를 위해 반도체층(30)으로 칭한다.As is well known, the P-Epi layer is used for reducing crosstalk and improving photosensitive characteristics, which is referred to as a
먼저, 이후 열공정에 의한 측면 확산을 통해 소스 팔로워 역할을 하는 드라이브 게이트와 스위칭 역할로 어드레싱을 할 수 있도록 하는 셀렉트 게이트를 내포할 수 있도록 P웰(도시하지 않음)을 형성시키는 공정을 실시한다. First, a process of forming a P well (not shown) may be included to include a drive gate serving as a source follower and a select gate capable of addressing a switching role through lateral diffusion by a thermal process.
이어서, 소자가 형성될 지역을 확보하고자 도 2a에 도시된 바와 같이 필드절연막을 형성한다.Subsequently, a field insulating film is formed as shown in FIG. 2A to secure a region where the device is to be formed.
구체적으로, 반도체층(30) 상에 패드산화막(도시하지 않음)을 증착한 다음, 패드산화막 상에 트렌치 형성용 포토레지스트 패턴(도시하지 않음)을 형성한다. 이어서, 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 하여 패드산화막 및 반도체층(30)을 선택적으로 식각하여 트렌치를 형성한 다음, 산화막 또는 질화막 계열의 물질을 증착하여 트렌치를 충분히 매립하도록 한 다음, 반도체층(30) 표면이 노출될 때까지 CMP 등의 공정을 통해 평탄화함으로써, 반도체층(30)에 국부적으로 STI 구조의 필드절 연막(31)을 형성한다.Specifically, a pad oxide film (not shown) is deposited on the
즉, 버즈비크가 거의 없어 소자의 고집적화에 따라 소자간에 전기적으로 분리시키는 영역을 축소시킬 수 있는 STI 공정기술을 적용하였다.In other words, the STI process technology is applied to reduce the area of electrical separation between the devices due to the high integration of the device because there is little Burj beak.
이어서 도 2b에 도시된 바와 같이, 이온주입 마스크(32)를 형성하고 이를 통해 게이트전극 즉, 트랜스터 게이트를 갖는 트랜스퍼 트랜지스터의 문턱전압(Vt) 조절 공정을 실시한다.Subsequently, as illustrated in FIG. 2B, the
특정소자 즉, 문턱전압이 거의 "0"의 값을 갖는 네이티브 트랜지스터 소자를 구현하기 위해 P웰 또는 문턱전압 조절용 이온주입 공정을 진행한다. 이 소자는 NMOSFET 소자이며, 소자 옆에 형성되어 있는 포토다이오드에 생성된 전하를 손실없이 전달하는 역할을 하기에 문턱전압이 거의 "0"에 가깝게 만들어져야 한다. 따라서, 웰의 경우 대부분 기판농도를 이용하며 추가로 매우작은 농도의 이온주입을 이용하여 문턱전압 및 숏채널효과를 최소화시키게 된다.In order to implement a specific device, that is, a native transistor device having a threshold voltage of almost “0”, an ion implantation process for adjusting P well or threshold voltage is performed. This device is an NMOSFET device, and the threshold voltage should be made close to "0" because it serves to transfer the generated charge to the photodiode formed next to the device without loss. Therefore, in the case of the well, the substrate concentration is mostly used, and in addition, a very small concentration of ion implantation is used to minimize the threshold voltage and the short channel effect.
이어서, 필드 절연막(31)과 떨어진 영역에 게이트산화막(33)과 전도막(34)이 적층된 구조의 게이트전극 예컨대, 트랜스퍼 게이트를 형성하는 바, 이는 포토다이오드에서 센싱확산노드로 광전자를 운반하기 위한 역할을 한다. Subsequently, a gate electrode having a structure in which the
구체적으로, 게이트산화막(33)과 폴리실리콘과 텅스텐 등을 단독 또는 적층하여 전도막(34)을 증착한 다음 패턴을 형성함으로써, MOSFET의 게이트로서 이용한다. 여기서, 게이트의 도핑은 후속 공정인 센싱확산노드 즉, 고농도 N형의 소스/드레인 접합 형성 공정시 동시에 도핑되거나 추가적인 도핑 필요시 게이트 패턴 형성 전에 이온주입하는 경우도 있다.
Specifically, the
도 2d에서는 이온주입 마스크(35)를 이용하여 필드절연막(31)과 게이트전극에 접하는 포토다이오드용 N형의 제1불순물영역(n-, 36)을 반도체층(10) 내부에 소정의 깊이로 형성하는 바, 높은 에너지를 이용하여 저농도로 도핑한다. 제1불순물영역(n-, 36)은 빛의 조사에 의해 생성되는 전하를 집적시키는 역할을 하며, 제1불순물영역(n-, 36)의 깊이는 붉은색 계통의 빛에 대한 효율을 증가시킬 수 있도록 약 0.5㎛ ∼ 수㎛ 정도의 범위를 갖게 한다.In FIG. 2D, the N-type first impurity regions n- and 36 for photodiode contacting the
구체적으로, N형 불순물인 인(P)을 이용하여 이온주입 공정을 실시하는 바, 이 때 인의 농도를 1.0E11 atoms/㎠ ∼ 1.0E13 atoms/㎠로 하고 이온주입 에너지를 100KeV ∼ 180KeV 사용한다.Specifically, an ion implantation step is performed using phosphorus (P) which is an N-type impurity. At this time, the concentration of phosphorus is 1.0E11 atoms / cm 2 to 1.0E13 atoms / cm 2 and ion implantation energy is used at 100 KeV to 180 KeV.
이 때, 이온주입시의 틸트(Tilt) 즉, 경사각은 0°∼ 60°의 범위로 하고, 트위스트(Twist)의 경우 0°∼ 360°의 범위로 진행하는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the tilt at the time of ion implantation, that is, the inclination angle, is in the range of 0 ° to 60 °, and in the case of twist, it is in the range of 0 ° to 360 °.
이어서, 피알 스트립을 통해 이온주입 마스크(35)를 제거한 다음, 도 2e에 도시된 바와 같이, 산화막 또는 질화막 등을 이용하여 전면에 증착한 후 전면식각을 통해 게이트전극 측벽에 스페이서(37, 38)를 형성한다. 여기서, 스페이서(37, 38)는 후속 이온주입을 통한 LDD를 형성하여 핫 캐리어 효과를 억제하기 위한 것이다. Subsequently, the
이어서 도 2f에 도시된 바와 같이, 이온주입 마스크(39)를 형성한 다음, P형 불순물의 틸트 이온주입을 실시하여 게이트전극의 타측 하부에 P형의 확산방지영역(40')을 형성한 다음, 고농도의 N형 불순물의 이온주입을 실시하여 센싱확산노드(n+, 40)를 형성한다.
Subsequently, as shown in FIG. 2F, an
센싱확산노드(n+, 40)는 포토다이오드에서 생성된 전하량 변화 정도를 그대로 전달해주는 역할을 하는 소자인 트랜스퍼 트랜지스터의 소스/드레인 접합이기도 하다.The sensing diffusion node (n +, 40) is also a source / drain junction of a transfer transistor, which is a device that transfers the amount of charge change generated in the photodiode as it is.
구체적으로, 확산방지영역의 형성은 P형 불순물인 보론(Boron)이나 BF2를 이용하여 이온주입 공정을 실시하는 바, 이 때 도즈(Dose)량은 1.0E12 atoms/㎠ ∼ 1.0E13 atoms/㎠로 하고 이온주입 에너지를 보론의 경우 5KeV ∼ 30KeV, BF2의 경우 50KeV ∼ 100KeV 사용한다.Specifically, the diffusion barrier region is formed using an ion implantation process using boron or BF 2 , which is a P-type impurity. The ion implantation energy is 5 KeV to 30 KeV for boron and 50 KeV to 100 KeV for BF 2 .
이 때, 이온주입시의 틸트(Tilt)는 3°∼ 45°로하고, 트위스트의 경우 0°∼ 360°의 범위로 진행하는 것이 바람직하다. 따라서, 틸트에 의해 게이트전극 타측 하부 즉, 스페이서(38) 하부에 확산방지영역(40')을 형성하게 된다.At this time, the tilt at the time of ion implantation is 3 ° to 45 °, and in the case of twist, it is preferable to proceed in the range of 0 ° to 360 °. Therefore, the diffusion prevention region 40 'is formed under the other side of the gate electrode, that is, under the
센싱확산노드(n+, 40)의 형성은 아세닉(Arsenic)과 인(P)을 연속적으로 이온주입하는 바, 반드시 아세닉을 먼저 이온주입한다,Formation of the sensing diffusion node (n +, 40) is ion implantation of the arsenic (Arsenic) and phosphorus (P) continuously, the ion implantation must be ionized first,
아세닉을 이온주입하는 경우에 아세닉의 농도를 2.0E15 atoms/㎠ ∼ 5.0E15 atoms/㎠로 하고 이온주입 에너지를 20KeV ∼ 50KeV 사용하며, 인을 이온주입하는 경우 인의 농도를 1.0E13 atoms/㎠ ∼ 3.0E14 atoms/㎠로 하고 이온주입 에너지를 20KeV ∼ 50KeV 사용한다. 이 때, 이온주입시의 틸트 및 트위스트는 0°로 진행하는 것이 바람직하다.In the case of ion implantation, the concentration of the acenic is 2.0E15 atoms / cm 2 to 5.0E15 atoms / cm 2, and the ion implantation energy is used at 20KeV to 50KeV. When phosphorus is ion implanted, the concentration of phosphorus is 1.0E13 atoms / cm 2. The ion implantation energy of 20 KeV to 50 KeV is used. At this time, it is preferable that the tilt and twist at the time of ion implantation proceed to 0 degrees.
이온주입 마스크(39)를 제거한 다음, 도 2g에 도시된 바와 같이 포토다이오드용 P형 전극 형성을 위한 이온주입을 실시하여 제1불순물영역(36)의 상부와 반도 체층(30) 표면에 접하는 포토다이오드용 P형 제2불순물영역(P0, 42)을 형성함으로써, P/N/P 접합에 의해 공핍영역이 형성되면서 포토다이오드가 형성된다.After removing the
여기서, 제2불순물영역(P0, 42)의 깊이는 푸른색 계통의 파장이 짧은 빛에 대한 효율을 증가시킬 수 있도록 저에너지를 이용하여 0.5㎛ 이하의 깊이로 형성한다. 한편, 여기서는 별도의 이온주입 마스크(41)를 사용하였으나, 제2불순물영역(P0, 22)은 저에너지를 사용하므로 마스크없이 진행할 수도 있다.Here, the depths of the second impurity regions P0 and 42 are formed to a depth of 0.5 μm or less using low energy so as to increase the efficiency of light having a short wavelength in the blue system. Meanwhile, although a separate ion implantation mask 41 is used here, since the second impurity regions P0 and 22 use low energy, it may proceed without a mask.
구체적으로, P형 불순물인 보론(Boron)이나 BF2를 이용하여 이온주입 공정을 실시하는 바, 이 때 도즈(Dose)량은 1.0E12 atoms/㎠ ∼ 5.0E13 atoms/㎠로 하고 이온주입 에너지를 보론의 경우 1KeV ∼ 10KeV, BF2의 경우 10KeV ∼ 40KeV 사용한다.Specifically, an ion implantation process is performed using boron or BF 2 , which is a P-type impurity, wherein the dose is 1.0E12 atoms / cm 2 to 5.0E13 atoms / cm 2 and the ion implantation energy is adjusted. in the case of boron 1KeV ~ 10KeV, BF 2 is used 10KeV ~ 40KeV.
이 때, 이온주입시의 틸트(Tilt)는 0°즉, 수직으로하고, 트위스트의 경우 0°∼ 360°의 범위로 진행하는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the tilt at the time of ion implantation is 0 °, that is, vertical, and in the case of twist, the tilt is in the range of 0 ° to 360 °.
다음으로, 이온주입마스크(41)를 제거하고 열처리를 통해 이온주입된 제2불순물영역(P0, 42)의 불순물들이 확산되어 접합을 이루도록 하는 바, 도 3은 이러한 공정에 의해 완성된 이미지센서의 단면도이다.
Next, the impurities in the second impurity regions P0 and 42 implanted by ion implantation are removed by heat treatment to remove the ion implantation mask 41, and FIG. 3 illustrates an image sensor completed by such a process. It is a cross section.
전술한 바와 같이 이루어지는 본 발명은, 이미지센서의 포토다이오드 영역과 센싱확산노드 사이에 틸트를 이용한 이온주입을 통해 P형의 확산방지영역을 형성함으로써, 포토다이오드 영역과 센싱확산노드의 상호확산에 전하의 효율 저하를 방지 할 수 있음을 실시예를 통해 알아 보았다.
According to the present invention, the P-type diffusion preventing region is formed between the photodiode region of the image sensor and the sensing diffusion node by using ion implantation using a tilt, so that the charges are mutually diffused between the photodiode region and the sensing diffusion node. It was found through the examples that the degradation of the efficiency can be prevented.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
상술한 본 발명은, 이미지센서의 포토다이오드에서 생성되는 전하의 효율을 증가시킬 수 있어, 궁극적으로 이미지센서의 성능을 크게 향상시킬 수 있는 탁월한 효과를 기대할 수 있다.The present invention described above can increase the efficiency of the charge generated in the photodiode of the image sensor, it can be expected to have an excellent effect that can ultimately greatly improve the performance of the image sensor.
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