KR100894389B1

KR100894389B1 - 이미지센서 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100894389B1
Application number: KR1020070097282A
Authority: KR
Inventors: 임수
Original assignee: 주식회사 동부하이텍
Priority date: 2007-09-27
Filing date: 2007-09-27
Publication date: 2009-04-20
Also published as: KR20090032240A; US7981717B2; CN101399280A; CN101399280B; US20090085078A1

Abstract

실시예에 따른 이미지센서는 포토다이오드를 포함하는 픽셀어레이; 로직회로를 포함하는 페리영역; 및 상기 픽셀어레와 상기 페리영역의 사이 및 상기 페리영역의 하측에 연결되어 형성되어 상기 픽셀어레와 상기 페리영역의 전기적인 격리를 위한 격리영역;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이미지센서, 픽셀어레이, 주변영역, 분리

Description

이미지센서 및 그 제조방법{Image Sensor and Method for Manufacturing thereof}

실시예는 이미지센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 이미지 센서(Image sensor)는 광학적 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로써, 크게 전하결합소자(charge coupled device: CCD)와 씨모스(CMOS; Complementary Metal Oxide Silicon) 이미지 센서(Image Sensor)(CIS)로 구분된다.

씨모스 이미지 센서는 단위 화소 내에 포토 다이오드와 모스 트랜지스터를 형성시킴으로써 스위칭 방식으로 각 단위 화소의 전기적 신호를 순차적으로 검출하여 영상을 구현한다.

종래기술에 의한 CIS소자는 크게 포토다이오드를 포함한 픽셀어레이(pixel array)와 로직(logic) 회로를 포함한 주변영역(peripheral)으로 구성된다

한편, 이미지센서에서 빛을 받는 수광지역인 픽셀어레이와 전기신호만을 처리하는 페리영역은 서로 전기적으로 격리(isolation)가 필요하다.

그런데, 종래기술에서는 픽셀어레이와 주변지역의 에피층간에 완벽한 격리가 어렵다는 단점이 있다. 즉, 픽셀어레이의 맨 아래층인 기판 에피층(Sub Epi layer)을 통해 누설전류(leakage current) 및 잡음(noise) 등이 주변영역(peripheral)에 영향을 주게 된다.

실시예는 수직형 시모스 이미지센서 (Vertical-type CMOS image sensor)에서 빛을 받는 포토다이오드를 포함한 픽셀어레이와 신호처리를 위한 회로를 포함한 페리영역의 전기적격리를 제공할 수 있는 이미지센서 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.

또한, 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법은 포토다이오드를 포함하는 픽셀어레이를 형성하는 단계; 상기 픽셀어레이 일측에 상기 픽셀어레이와의 전기적인 격리를 위한 제1 격리영역을 형성하는 단계; 상기 제1 격리영역의 일부 상측에 제2 격리영역을 형성하는 단계; 및 상기 제1 격리영역 다른 상측에 로직회로를 포함하는 페리영역을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

실시예에 따른 이미지센서 및 그 제조방법에 의하면, 페리영역 하측으로 연결된 격리영역으로 인해 픽셀어레이와 페리영역 간의 전기적 격리효과를 높여 두 지역간 누설 및 잡음을 제거함으로써 제품의 성능 나아가 수율 및 신뢰성 향상에 기여할 수 있다.

또한, 실시예에 의하면 주변영역의 NMOS, PMOS트랜지스터의 기판 저항을 각각 낮출 수 있으므로 소자 성능 측면에서 스피드, 기판효과(body effect)감소 등의 효과가 있다.

이하, 실시예에 따른 이미지센서 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

실시예의 설명에 있어서, 각 층의 "상/아래(on/under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상/아래는 직접(directly)와 또는 다른 층을 개재하여(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.

실시예의 설명에 있어서 씨모스이미지센서(CIS)에 대한 구조의 도면을 이용하여 설명하나, 본 발명은 씨모스이미지센서에 한정되는 것이 아니며, CCD 이미지센서 등 모든 이미지센서에 적용이 가능하다.

(실시예)

도 1은 실시예에 따른 이미지센서의 평면도이다.

도 1과 같이 실시예에 따른 이미지센서는 포토다이오드를 포함한 픽셀어레이(pixel array)와 로직(logic) 회로를 포함한 주변영역(페리영역)(peripheral)으로 구성된다.

한편, 실시예는 이미지센서에서 빛을 받는 수광지역인 픽셀어레이와 전기신호만을 처리하는 페리영역의 상호간에 전기적 격리(isolation)를 위한 격리영 역(ISO)(ISOLATION)이 상기 픽셀어레와 상기 페리영역의 사이 및 상기 페리영역의 하측에 연결되어 형성될 수 있다.

도 2는 실시예에 따른 이미지센서에 대해 도 1의 A부분에 대한 단면도이다.

실시예에 따른 이미지센서는 이온주입을 통해 수직적으로 형성된 레드격리영역(220), 제1 플러그격리영역(240), 그린격리영역(250)의 구조를 이용하여 픽셀어레이와 페리영역의 에피층간의 전기적 격리효과를 높여 두 지역간 누설 및 잡음을 제거함으로써 제품의 성능 나아가 수율 및 신뢰성 향상에 기여할 수 있다.

이때, 상기 레드격리영역(220), 제1 플러그격리영역(240), 그린격리영역(250)은 어느 하나 이상이 형성될 수 있다. 즉, 실시예에서는 3가지 격리영역(220,240,250)이 모두 형성된 예를 들고 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 레드격리영역(220), 제1 플러그격리영역(240), 그린격리영역(250)을 포함하여 제1 격리영역(260)이라 칭할 수 있다.

제2 격리영역(270)은 상기 제1 격리영역(260) 중 상기 픽셀어레이와 페리영역 사이 상측에 형성될 수 있다.

이에 따라, 실시예에 따른 이미지센서는 포토다이오드를 포함하는 픽셀어레이; 로직회로를 포함하는 페리영역; 및 상기 픽셀어레와 상기 페리영역의 사이와 상기 페리영역의 하측에 연결되어 형성되어 상기 픽셀어레와 상기 페리영역의 전기적인 격리를 위한 격리영역(200);을 포함할 수 있다.

도 2에서 설명되지 않은 도면부호는 아래에서 설명하기로 한다.

도 3 내지 도 5는 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법의 공정단면도이다.

우선, 도 3과 같이 기판(10)에 레드포토다이오드(20)를 형성한다. 예를 들어, N형 이온을 P타입 에피 기판(10)에 이온주입 함으로써 레드포토다이오드(20)를 형성할 수 있다.

이때, 실시예에서는 레드포토다이오드(20) 형성시 격리영역과 페리영역(PERI)에도 같은 이온을 주입하여 레드격리영역(220)을 형성할 수 있다.

이후, 상기 기판(10) 상에 제1 에피층(30)을 형성시킨 후 제1 플러그(40)를 위한 이온주입을 행한다. 예를 들어, 상기 P형 기판(10) 상에 P형 제1 에피층(30) 성장시킨 후, N형 이온을 주입하여 상기 레드포토다이오드(20)와 전기적으로 연결되는 제1 플러그(40)를 형성한다.

이때, 실시예에서는 상기 제1 플러그(40)를 형성할 때, 격리영역과 페리영역(PERI)에도 같은 이온을 주입하여 제1 플러그격리영역(240)을 형성할 수 있다.

이후, 상기 제1 에피층(30) 상측에 그린포토다이오드(50)를 형성한다. 예를 들어, 상기 P형 제1 에피층(30) 상측에 N형 이온을 주입하여 그린포토다이오드(50)를 형성한다.

이때, 실시예에서는 그린포토다이오드(50) 형성시 격리영역과 페리영역(PERI)에도 같은 이온을 주입하여 그린격리영역(250)을 형성할 수 있다.

또한, 실시예에서는 상기 그리포토다이오드(50) 형성시 제1 플러그(40) 상부에도 같은 이온이 주입될 수 있다.

다음으로, 도 4와 같이 상기 그린포토다이오드(50)가 형성된 제1 에피층(30) 상에 제2 에피층(60)을 형성하고, 상기 제2 에피층(60)에 이온주입을 통해 제2 플 러그(70)를 형성할 수 있다. 이때, 실시예에서는 상기 제2 플러그(70)를 형성하기 위한 이온주입시 제1 플러그(40) 상에도 이온주입을 행할 수 있다.

또한, 실시예에서는 제2 플러그(70) 형성시 격리영역에도 이온주입을 하여 제2 플러그격리영역(270)을 형성할 수 있다.

이후, 페리영역(PERI)에 P형 웰(80), N형 웰(90)을 형성할 수 있다.

다음으로, 도 5와 같이 픽셀어레이와 페리영역(PERI)에 게이트(100)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 기판의 전면에 게이트절연막, 폴리를 뎁하고, 게이트 패턴 및 에칭을 통해 게이트(100)를 형성할 수 있다.

이후, 픽셀어레이 게이트 일측의 제2 에피층(60)에 이온주입을 통해 블루포토다이오드(110)를 형성할 수 있다.

이후, 페리영역(PERI)의 P형 웰(80)에 N형 이온을 주입하여 제1 소스/드레인(120)을 형성하고, N형 웰(90)에 P형 이온을 주입하여 제2 소스/드레인(130)을 형성할 수 있다.

실시예에 따른 이미지센서에 의하면, 페리영역 하측으로 연결된 격리영역으로 인해 픽셀영역과 페리영역간 전기적 격리효과를 높여 두 지역간 누설 및 잡음을 제거함으로써 제품의 성능, 나아가 수율 및 신뢰성 향상에 기여할 수 있다.

본 발명은 기재된 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 청구항의 권리범위에 속하는 범위 안에서 다양한 다른 실시예가 가능하다.

도 1은 실시예에 따른 이미지센서의 평면도.

도 2는 실시예에 따른 이미지센서의 단면도.

도 3 내지 도 5는 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법의 공정단면도.

Claims

포토다이오드를 포함하여 형성된 픽셀어레이;

상기 픽셀어레이 일측에 로직회로를 포함하여 형성된 페리영역; 및

상기 픽셀어레와 상기 페리영역의 사이 및 상기 페리영역의 하측에 연결되어 형성되어 상기 픽셀어레와 상기 페리영역의 전기적인 격리를 위한 격리영역;을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서.
제1 항에 있어서,

상기 격리영역은,

상기 페리영역 하측 및 상기 픽셀어레이와 상기 페리영역 사이에 연결되어 형성된 제1 격리영역; 및

상기 픽셀어레이와 상기 페리영역 사이의 상기 제1 격리영역의 일부 상측에 형성된 제2 격리영역;을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서.
제2 항에 있어서,

상기 픽셀어레이는,

기판에 형성된 레드포토다이오드;

상기 기판상에 형성된 제1 에피층;

상기 제1 에피층에 형성된 제1 플러그; 및

상기 제1 에피층 상부에 형성된 그린포토다이오드;를 포함하고,

상기 제1 격리영역은,

상기 레드포토다이오드, 상기 제1 플러그 또는 상기 그린포토다이오드 중 어느 하나 이상과 전기적인 성질이 같은 것을 특징으로 하는 이미지센서.
포토다이오드를 포함하는 픽셀어레이를 형성하는 단계;

상기 픽셀어레이 일측에 상기 픽셀어레이와의 전기적인 격리를 위한 제1 격리영역을 형성하는 단계;

상기 제1 격리영역의 일부 상측에 제2 격리영역을 형성하는 단계; 및

상기 제1 격리영역 다른 상측에 로직회로를 포함하는 페리영역을 형성하는 단계;를 포함하며,

상기 제2 격리영역은 상기 픽셀어레이와 상기 페리영역 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
제4 항에 있어서,

상기 제1 격리영역은

상기 포토다이오드를 형성하는 공정과 함께 진행되는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
제5 항에 있어서,

상기 제1 격리영역은

상기 포토다이오드를 형성하는 공정 중 레드포토다이오드 형성공정, 제1 플 러그 형성공정 또는 그린포토다이오드 형성공정 중 어느 하나 이상의 공정과 함께 진행되는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.