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KR20070035243A - Image sensor and its manufacturing method - Google Patents

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KR20070035243A
KR20070035243A KR1020050089877A KR20050089877A KR20070035243A KR 20070035243 A KR20070035243 A KR 20070035243A KR 1020050089877 A KR1020050089877 A KR 1020050089877A KR 20050089877 A KR20050089877 A KR 20050089877A KR 20070035243 A KR20070035243 A KR 20070035243A
Authority
KR
South Korea
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contact stud
image sensor
interlayer insulating
etching
insulating layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
KR1020050089877A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
이윤희
정종완
이석하
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020050089877A priority Critical patent/KR20070035243A/en
Publication of KR20070035243A publication Critical patent/KR20070035243A/en
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    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/80Constructional details of image sensors
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    • HELECTRICITY
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Abstract

본 발명은 상, 하부 폭이 서로 다른 컨택 스터드(contact stude)를 포함하는 이미지 센서 및 이의 제조 방법을 개시한다. 상세하게 본 발명은 반도체 기판의 소정 영역에 불순물을 주입하여 형성된 플로팅 확산 영역, 상기 플로팅 확산 영역과 컨택되고, 상부와 하부의 폭이 다른 구조를 갖는 컨택 스터드, 상기 컨택 스터드와 연결되는 금속 배선, 및 상기 금속 배선을 통해 상기 플로팅 확산 영역과 전기적으로 연결되는 트랜지스터를 포함하는 이미지 센서 및 이의 제조 방법을 개시한다. The present invention discloses an image sensor and a method for manufacturing the same, including contact studs having different upper and lower widths. In detail, the present invention provides a floating diffusion region formed by implanting impurities into a predetermined region of a semiconductor substrate, a contact stud contacting the floating diffusion region, and having a structure having a different width between an upper portion and a lower portion, a metal wiring connected to the contact stud, And a transistor electrically connected to the floating diffusion region through the metal wire, and a method of manufacturing the same.

컨택 스터드, 이미지 센서, 플로팅 확산 영역, 금속 배선 Contact Studs, Image Sensors, Floating Diffusion Areas, Metallization

Description

이미지 센서 및 이의 제조 방법{Image sensor and methods of the image sensor}Image sensor and manufacturing method thereof

도 1은 본 발명에 따른 이미지 센서의 예시적인 단위 픽셀(pixel) 등가회로도이다. 1 is an exemplary unit pixel equivalent circuit diagram of an image sensor in accordance with the present invention.

도 2는 도 1에 대응되는 레이아웃이다. FIG. 2 is a layout corresponding to FIG. 1.

도 3은 본 발명에 따른 이미지 센서의 예시적인 단위 픽셀의 레이아웃이다. 3 is a layout of an exemplary unit pixel of an image sensor in accordance with the present invention.

도 4는 도2의 Ⅳ-Ⅳ' 단면도이다. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV 'of FIG. 2.

도 5 내지 도 8은 본 발명의 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다. 5 to 8 are cross-sectional views illustrating the manufacturing method of the image sensor according to the process sequence.

본 발명은 반도체 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히, 광학 신호를 전기 신호로 변환시키는 이미지 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly, to an image sensor for converting an optical signal into an electrical signal and a manufacturing method thereof.

일반적으로 이미지 센서는 광학 신호를 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자이다. 이미지 센서의 예로서, CIS(Complimentary Metal Oxide Semiconductor(CMOS) image sensors) 및 CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서를 들 수 있다. CIS 및 CCD 이미지 센서는 2 차원적으로 배치된 포토다이오드에 입사한 광을 신호 전하(전자)로 변환시켜 시간 축에 따라 순차로 신호 전압으로 읽어낸다는 점에서 유사한 원리를 가지며 구조에 있어서도 매우 유사하다. 단, CIS 및 CCD는 신호 전하를 전압으로 바꾸는 장소와 신호를 출력 단자까지 전송하는 방법에 있어서 차이가 있다. 즉, CIS는 복수의 단위 픽셀에서 전하를 전압으로 변환하여 신호선에서 스위칭 동작에 의하여 신호를 출력한다. 반면, CCD는 신호 전하를 수직 레지스터, 수평 레지스터의 순서로 전송하고 출력 단자의 바로 앞에서 전압으로 변환한다. In general, an image sensor is a semiconductor device that converts an optical signal into an electrical signal. Examples of image sensors include complementary metal oxide semiconductor (CMOS) image sensors (CIS) and charge coupled device (CCD) image sensors. CIS and CCD image sensors have a similar principle and are very similar in structure in that light incident on two-dimensionally arranged photodiodes is converted into signal charges (electrons) and sequentially read out as signal voltages along the time axis. . However, CIS and CCD differ in the place where the signal charge is converted into a voltage and the method of transmitting the signal to the output terminal. That is, the CIS converts charges into voltages in a plurality of unit pixels and outputs signals by switching operations on signal lines. CCDs, on the other hand, transfer signal charges in the order of vertical registers and horizontal registers and convert them into voltage just before the output terminals.

상기와 같은 이미지 센서는 입사광을 이미지 처리가 가능한 전하로 변환시키는 포토다이오드를 포함하는 픽셀(pixel) 영역과 상기 픽셀을 제어하는 주변 회로 영역으로 나뉜다. 상기 픽셀 영역은 소자 분리막에 의해 활성 영역이 정의되며, 상기 활성 영역 상에 포토다이오드, 및 복수개의 게이트들이 형성된다. 상기 주변 회로 영역 또한, 소자 분리막에 의해 정의되는 활성 영역 상에 상기 픽셀을 제어하기 위한 소자들이 형성된다. The image sensor is divided into a pixel region including a photodiode for converting incident light into an electric charge capable of processing an image, and a peripheral circuit region for controlling the pixel. The pixel region has an active region defined by an isolation layer, and a photodiode and a plurality of gates are formed on the active region. The peripheral circuit region is also formed with elements for controlling the pixel on an active region defined by an element isolation film.

상기 픽셀 영역, 상기 주변 회로 영역들에 형성된 소자들은, 예컨대 포토다이오드, 플로팅 접합 영역, 트랜지스터의 게이트와 접합 영역은 컨택 스터드에 의해 금속 배선에 연결되고, 상기 금속 배선은 상기 소자들을 상호 연결한다. 종래 이미지 센서에 있어서, 상기 컨택 스터드는 그 상부 및 하부의 폭이 일정한 구조로 형성되어 있다. 상기 컨택 스터드는 플로팅 접합 영역의 배선을 위해 그 폭을 넓힘으로써, 플로팅 접합 영역과 접하는 컨택 스터드의 하부의 폭도 넓어져 플로팅 접합 영역의 커패시턴스가 증가된다. 플로팅 접합 영역은 포토다이오드에 수광된 전 하들을 수용하는 영역으로 상기 플로팅 접합 영역의 커패시턴스가 클수록 전압은 줄어들게 되어 이미지 센서의 인식 가능한 동적 범위(dynamic range)를 감소시키게 된다. Elements formed in the pixel region, the peripheral circuit regions, for example, a photodiode, a floating junction region, a gate and a junction region of a transistor are connected to a metal wiring by a contact stud, and the metal wiring interconnects the elements. In the conventional image sensor, the contact stud is formed in a structure having a constant width of the upper and lower portions. The contact stud is widened for the wiring of the floating junction region, thereby increasing the width of the lower portion of the contact stud in contact with the floating junction region, thereby increasing the capacitance of the floating junction region. The floating junction region receives the charges received by the photodiode, and the larger the capacitance of the floating junction region is, the lower the voltage is, thereby reducing the recognizable dynamic range of the image sensor.

따라서, 본 발명은 동적 범위를 증가시켜 그 기능이 개선된 이미지 센서를 제공하고자 한다.Accordingly, the present invention seeks to provide an image sensor having improved dynamic range by increasing its dynamic range.

또한, 본 발명은 동적 범위를 증가시켜 우수한 기능을 갖는 이미지 센서를 효과적으로 제조하는 방법을 제공하고자 한다.In addition, the present invention seeks to provide a method of effectively manufacturing an image sensor having excellent function by increasing dynamic range.

아울러, 본 발명은 고집적화된 이미지 센서에 있어서 동적 범위를 증가시켜 우수한 기능을 가지면서 효과적으로 이미지 센서를 제조할 수 있는 방법을 제공하고자 한다. In addition, the present invention is to provide a method that can effectively manufacture an image sensor while having an excellent function by increasing the dynamic range in the highly integrated image sensor.

본 발명은 포토다이오드, 리셋 트랜지스터, 및 드리이브 트랜지스터가 형성된 반도체 기판의 소정 영역에 불순물을 주입하여 형성된 플로팅 확산 영역, 상기 플로팅 확산 영역과 컨택되고, 상부와 하부의 폭이 다른 구조를 갖는 컨택 스터드(contact stude), 상기 컨택 스터드와 연결되는 금속 배선, 및 상기 금속 배선을 통해 상기 플로팅 확산 영역과 전기적으로 연결되는 트랜지스터를 포함하는 이미지 센서를 포함한다.The present invention provides a floating diffusion region formed by implanting impurities into a predetermined region of a semiconductor substrate on which a photodiode, a reset transistor, and a drive transistor are formed, and a contact stud contacting the floating diffusion region and having a structure having a different width between upper and lower portions ( contact stude), a metal wire connected to the contact stud, and an image sensor including a transistor electrically connected to the floating diffusion region through the metal wire.

상기 컨택 스터드는 금속 배선층과 연결되는 상부가 플로팅 접합 영역과 연결되는 하부보다 그 폭이 더 넓은 것이 바람직하다. 따라서 상기 컨택 스터드가 상 기 플로팅 접합 영역과 접촉 면적을 줄여 상기 플로팅 접합 영역의 커패시턴스를 줄임으로써 이미지 센서의 동적 범위를 증가시킬 수 있다. Preferably, the contact stud is wider in width than an upper portion of the contact stud connected to the floating junction region. Therefore, the contact stud can reduce the contact area with the floating junction region, thereby reducing the capacitance of the floating junction region, thereby increasing the dynamic range of the image sensor.

또한, 상기 컨택 스터드는 도핑된 폴리 실리콘, 도핑된 게르마늄, 및 이들의 혼합물로 이루어지는 것이 바람직하다. 따라서 금속 배선과 상기 컨택 스터드 사이의 계면에서 발생되는 암전류를 방지하여 이미지 센서의 화질을 개선할 수 있다. In addition, the contact stud preferably consists of doped polysilicon, doped germanium, and mixtures thereof. Therefore, it is possible to prevent the dark current generated at the interface between the metal wiring and the contact stud to improve the image quality of the image sensor.

또한 본 발명은 반도체 기판에 플로팅 확산 영역을 형성하는 단계, 상기 결과물에 층간 절연막을 형성하는 단계, 상기 층간 절연막 상에 상기 플로팅 확산 영역과 컨택되는 컨택 스터드를 형성하기 위한 식각 마스크를 형성하는 단계, 상기 식각 마스크를 이용하여 상기 층간 절연막을 등방성 식각하는 단계, 상기 식각 마스크를 이용하여 상기 층간 절연막을 비등방성 식각하는 단계, 및 상기 식각 마스크를 제거하고 상기 식각 단계들에 의해 형성된 개구부를 도전물로 채워 컨택 스터드를 완성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조 방법을 포함한다.The present invention also provides a method of forming a floating diffusion region in a semiconductor substrate, forming an interlayer insulating film in the resultant, forming an etch mask for forming a contact stud in contact with the floating diffusion region on the interlayer insulating film, Isotropically etching the interlayer insulating film using the etching mask, anisotropically etching the interlayer insulating film using the etching mask, and removing the etching mask and using the opening formed by the etching steps as a conductive material. It comprises a method of manufacturing an image sensor comprising the step of completing the contact stud.

상기 이미지 센서의 제조 방법에 있어서, 등방성 식각 후 비등방성 식각을 행할수 있으며, 또는 비등방성 식각 후 등방성 식각을 행할수도 있다. In the manufacturing method of the image sensor, anisotropic etching may be performed after isotropic etching, or isotropic etching may be performed after anisotropic etching.

아울러 본 발명은 반도체 기판에 플로팅 확산 영역, 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트 패턴과 접합 영역, 및 리셋 트랜지스터의 게이트 패턴과 접합 영역을 형성하는 단계, 상기 결과물에 층간 절연막을 형성하는 단계, 상기 층간 절연막 상에 상기 플로팅 접합 영역, 상기 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트 패턴 및 상기 리셋 트랜지스터의 게이트 패턴 상부의 층간 절연막 소정 영역을 노출하는 식각 마스크를 형성하는 단계, 상기 식각 마스크를 이용하여 상기 층간 절연막을 식각하여 상기 플로팅 접합 영역, 상기 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트 패턴, 및 상기 리셋 트랜지스터의 게이트 패턴을 노출시키는 개구부를 형성하는 단계, 및 상기 식각 마스크를 제거하고 상기 개구부를 도전물로 채워 컨택 스터드를 완성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조 방법을 포함한다. The present invention also provides a method of forming a floating diffusion region, a gate pattern and a junction region of a transfer transistor, and a gate pattern and a junction region of a reset transistor on a semiconductor substrate, forming an interlayer insulating layer on the resultant, and forming the interlayer insulating layer on the interlayer insulating layer. Forming an etching mask exposing a floating junction region, a gate pattern of the transfer transistor, and a predetermined region of an interlayer insulating layer on the gate pattern of the reset transistor; etching the interlayer insulating layer using the etching mask to etch the floating junction region; Forming an opening that exposes the gate pattern of the transfer transistor and the gate pattern of the reset transistor, and removing the etch mask and filling the opening with a conductive material to complete the contact stud.It includes a method.

따라서 상기 이미지 센서의 제조 방법은 고집적화된 이미지 센서에 있어서, 트랜스퍼 트랜지스터 및 리셋 트랜지스터들을 이용하여 자기 정렬 방식에 의해 상부의 폭이 하부의 폭보다 넓은 구조의 컨택 스터드를 형성할 수 있다. 이는 포토 공정을 이용하는 경우 유발되는 문제점, 예를 들어 포토레지스트 패턴의 미스 얼라인 또는 반도체 기판상에서 각 위치에 따른 CD(critical dimension) 편차 등을 고려하지 않을 수 있다. 또한, 수직 프로파일을 가지는 포토레지스트 패턴을 형성하기가 어려운 점을 고려하지 않을 수 있다.Accordingly, in the method of manufacturing the image sensor, in the highly integrated image sensor, a contact stud having a structure having an upper width greater than that of a lower width may be formed by a self-aligning method using transfer transistors and reset transistors. This may not take into consideration the problems caused when using the photo process, for example, misalignment of the photoresist pattern or CD (critical dimension) deviation according to each position on the semiconductor substrate. In addition, it may not be considered that it is difficult to form a photoresist pattern having a vertical profile.

다음에, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다음에 예시하는 실시예들은 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다. 첨부 도면에서 막 또는 영역들의 크기 또는 두께는 명세서의 명확성을 위하여 과장되어지는 것이다. Next, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following exemplary embodiments can be modified in many different forms, and the scope of the present invention is not limited to the following exemplary embodiments. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. In the accompanying drawings, the size or thickness of the films or regions is exaggerated for clarity.

도 1은 본 발명에 따른 이미지 센서의 예시적인 단위 픽셀(pixel) 등가회로도이다. 1 is an exemplary unit pixel equivalent circuit diagram of an image sensor in accordance with the present invention.

도 1을 참조하면, 2개의 포토다이오드들(PD1, PD2) 및 트랜스퍼 트랜지스터들(Tx1, Tx2)이 공통의 리셋 트랜지스터(Rx), 셀렉트 트랜지스터(Sx), 및 드라이브 트랜지스터(Dx) 등을 공유하는 CIS 단위 픽셀의 등가회로도가 예시되어 있다. 이는 이미지 센서의 크기는 작아짐과 동시에 고집적화되기 위한 것으로, 필요에 따라 단위 픽셀에 2이상의 포토다이오드를 포함할 수 있다. 따라서 동시에 넓은 범위의 광량을 감지할 수 있는 이미지 센서를 제조할 수 있다. 상기 단위 픽셀은 광을 인가받아 광전하를 생성하는 포토다이오드들(PD1, PD2), 포토다이오드들(PD1, PD2)에서 생성된 신호 전하를 플로팅 확산 영역(FD)에 운송하는 각각의 트랜스퍼 트랜지스터들(Tx1, Tx2), 플로팅 확산 영역(FD)에 저장되어 있는 전하를 주기적으로 리셋(reset)시키는 리셋 트랜지스터(Rx), 소스 팔로워 버퍼 증폭기(source buffer amplifier) 역할을 하며 플로팅 확산 영역(FD)에 충전된 전하에 따른 신호를 버퍼링(buffering)하는 드라이브 트랜지스터(Dx), 그리고 상기 단위 픽셀을 선택하기 위한 스위칭(switching) 및 어드레싱(addressing) 역할을 하는 셀렉트 트랜지스터(Sx)를 포함한다. Referring to FIG. 1, two photodiodes PD 1 and PD 2 and transfer transistors Tx 1 and Tx 2 have a common reset transistor Rx, select transistor Sx, and drive transistor Dx. An equivalent circuit diagram of CIS unit pixels sharing an equivalent is illustrated. This is to reduce the size of the image sensor and to be highly integrated, and may include two or more photodiodes in a unit pixel as necessary. Therefore, it is possible to manufacture an image sensor that can sense a wide range of light at the same time. The unit pixel is, respectively, which transport the signal charges generated at the photodiodes to receive applying a light generating a photo-charges (PD 1, PD 2), the photodiode (PD 1, PD 2) to the floating diffusion region (FD) Transfer transistors Tx 1 and Tx 2 , a reset transistor Rx that periodically resets the charge stored in the floating diffusion region FD, and act as a source follower buffer amplifier. A drive transistor Dx for buffering a signal according to the charge charged in the diffusion region FD, and a select transistor Sx for switching and addressing to select the unit pixel. Include.

도 2는 도 1에 대응되는 레이아웃으로 2개의 포토다이오드를 포함하는 것이다. 도 3은 본 발명에 따른 이미지 센서의 또 다른 예시적인 단위 픽셀의 레이아웃으로 4개의 포토다이오드를 포함하는 것이다.FIG. 2 includes two photodiodes in a layout corresponding to FIG. 1. 3 includes four photodiodes in a layout of another exemplary unit pixel of an image sensor in accordance with the present invention.

도 2를 참조하면, 단위 픽셀에 2개의 포토다이오드(20a, 20b) 및 이들에 각각 연결된 트랜스퍼 트랜지스터(30a, 30b)를 포함한다. 2개의 트랜스퍼 트랜지스터 들(30a, 30b)은 공통의 플로팅 접합 영역(40)에 연결된다. 플로팅 접합 영역(40)이 형성된 활성 영역(60)에 리셋 트랜지스터(50)가 형성된다. 드라이브 트랜지스터(70) 및 셀렉트 트랜지스터는 활성 영역(60)의 연장선 상에 형성될 수도 있으며, 도 2에서 보여지는 바와 같이 다른 활성 영역(65) 상에 형성되어 배선을 통해 리셋 트랜지스터(60) 및 플로팅 접합 영역(40)과 연결될 수도 있다. 상기 배선을 위해 플로팅 접합 영역(40)에 형성된 컨택 스터드(110)는 배선과 접하는 상부는 W1 크기의 폭을 가지며, 플로팅 접합 영역(40)과 접하는 하부는 W1보다 작은 W2 크기의 폭을 갖는다. 따라서 플로팅 접합 영역(40)의 커패시턴스를 작게하여 이미지 센서의 동적 범위를 증가시킨다. Referring to FIG. 2, two photodiodes 20a and 20b are provided in a unit pixel and transfer transistors 30a and 30b respectively connected thereto. Two transfer transistors 30a and 30b are connected to a common floating junction region 40. The reset transistor 50 is formed in the active region 60 in which the floating junction region 40 is formed. The drive transistor 70 and the select transistor may be formed on an extension line of the active region 60, and are formed on another active region 65 as shown in FIG. 2 to reset the reset transistor 60 and floating through the wiring. It may also be connected to the junction region 40. The contact stud 110 formed in the floating junction region 40 for the wiring has a width W1 of an upper portion contacting the wiring, and a width of W2 smaller than W1 of a lower portion of the contact stud 110 contacting the wiring. Therefore, the capacitance of the floating junction region 40 is reduced to increase the dynamic range of the image sensor.

도 3을 참조하면, 단위 픽셀에 4개의 포토다이오들(20a, 20b, 20c, 20d) 및 이들에 각각 연결된 트랜스퍼 트랜지스터(30a, 30b, 30c, 30d)를 포함한다. 트랜스퍼 트랜지스터들(30a, 30b, 30c, 30d)은 공통의 플로팅 접합 영역(40), 리셋 트랜지스터(60), 드라이브 트랜지스터(70,), 및 셀렉트 트랜지스터(80)를 포함한다. 상기 트랜지스터들은 하나로 연결된 활성 영역상에 형성될 수도 있으며, 또는 도 3에 도시된 바와 같이 다른 활성 영역 상에 형성되어 금속 배선들(146, 147, 148)을 통해 상호 연결될 수 있다. 특히, 배선을 위해 플로팅 접합 영역(40)에 형성된 컨택 스터드(110)는 도 2에서 설명한 바와 같이 상, 하부의 폭이 다르게 형성된 구조를 갖는다. Referring to FIG. 3, four photodiodes 20a, 20b, 20c, and 20d are provided in a unit pixel, and transfer transistors 30a, 30b, 30c, and 30d respectively connected to the unit pixel. The transfer transistors 30a, 30b, 30c, 30d include a common floating junction region 40, a reset transistor 60, a drive transistor 70, and a select transistor 80. The transistors may be formed on an active region connected to one, or may be formed on another active region and interconnected through metal lines 146, 147, and 148 as shown in FIG. 3. In particular, the contact stud 110 formed in the floating junction region 40 for wiring has a structure in which upper and lower widths are formed differently as described with reference to FIG. 2.

도 4는 도2의 Ⅳ-Ⅳ' 단면도이다.4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV 'of FIG. 2.

도 4를 참조하면, 반도체 기판(10)에 STI(Shallow trench isolation) 구조의 소자 분리막(15)을 형성하여 활성 영역을 정의한다. 상기 활성 영역에 포토다이오드(20), 및 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트 도전막(32), 게이트 절연막(34), 및 플로팅 접합 영역(40)을 형성한다. 다른 트랜지스터들을 형성한 후, 결과물 전면에 컨택 스터드(110)를 구비한 층간 절연막(100)을 형성한다. 컨택 스터드(110)는 플로팅 접합 영역(40)과 접하는 하부와 금속 배선(140)과 접하는 상부의 폭이 서로 다르다. 즉, 상부 폭(W1)은 하부 폭(W2) 보다 더 넓게 형성하여, 금속 배선간의 저항은 줄이면서 플로팅 접합 영역(40)의 커패시턴스를 감소하여 이미지 센서의 동적 범위를 증가시킨다. 또한, 컨택 스터드(110)는 도핑된 폴리 실리콘, 도핑된 게르마늄, 또는 이들의 혼합물로 이루어져 암전류 발생을 방지할 수 있다. Referring to FIG. 4, an isolation region 15 having a shallow trench isolation (STI) structure is formed on a semiconductor substrate 10 to define an active region. A photodiode 20, a gate conductive film 32 of the transfer transistor, a gate insulating film 34, and a floating junction region 40 are formed in the active region. After forming the other transistors, the interlayer insulating film 100 having the contact stud 110 is formed on the entire surface of the resultant. The contact stud 110 has a width different from a bottom contacting the floating junction region 40 and a top contacting the metal wiring 140. That is, the upper width W1 is made wider than the lower width W2, thereby reducing the capacitance of the floating junction region 40 while increasing the dynamic range of the image sensor while reducing the resistance between the metal wires. In addition, the contact stud 110 may be made of doped polysilicon, doped germanium, or a mixture thereof to prevent dark current generation.

컨택 스터드(110)는 금속 배선(140)과 연결되며, 그 사이에 장벽막(115)을 더 형성할 수 있다. 금속 배선(140)으로 알루미늄, 구리, 폴리실리콘 등을 사용할 수 있다.The contact stud 110 may be connected to the metal wire 140 and may further form a barrier layer 115 therebetween. Aluminum, copper, polysilicon, or the like may be used as the metal wire 140.

도 5 내지 도 8은 본 발명의 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.5 to 8 are cross-sectional views illustrating the manufacturing method of the image sensor according to the process sequence.

도 5를 참조하면, 소자 분리막(15)에 의해 정의된 반도체 기판(10)의 활성 영역에 포토다이오드(20), 홀 축적 영역(25), 트랜스퍼 트랜지스터, 플로팅 접합 영역(40), 및 리셋 트랜지스터가 구비된다. 트랜스퍼 트랜지스터는 게이트 도전막(32), 게이트 절연막(34), 게이트 측벽 스페이서(36), 및 접합 영역(미도시)를 포함하고, 리셋 트랜지스터도 게이트 도전막(52), 게이트 절연막(54), 스페이서(56), 및 접합 영역(60)을 포함한다. 이후 행해질 식각 공정이 용이하도록 상기 소자들 상에 식각 정지막(102)을 더 형성할 수 있다. 식각 정지막(102) 상에 층간 절연막(100)을 형성한다. 금속 배선과 컨택하기 위한 컨택 스터드들(도8의 110, 111, 112, 113)이 형성될 층간 절연막(100) 소정 영역을 노출하는 식각 마스크(105)를 형성한다. 플로팅 접합 영역과 컨택하는 컨택 스터드(도 8의 110)는 다른 소자와 컨택하는 컨택 스터드들(도 8의 111, 112, 113)과 달리 형성할 수도 있으며, 공정 마진상 동시에 형성할 수도 있다. Referring to FIG. 5, a photodiode 20, a hole accumulation region 25, a transfer transistor, a floating junction region 40, and a reset transistor are formed in an active region of the semiconductor substrate 10 defined by the device isolation layer 15. Is provided. The transfer transistor includes a gate conductive film 32, a gate insulating film 34, a gate sidewall spacer 36, and a junction region (not shown). The reset transistor also includes a gate conductive film 52, a gate insulating film 54, Spacer 56 and junction region 60. An etch stop layer 102 may be further formed on the elements to facilitate an etching process to be performed later. An interlayer insulating layer 100 is formed on the etch stop layer 102. An etching mask 105 is formed to expose a predetermined region of the interlayer insulating film 100 on which contact studs 110, 111, 112, and 113 of FIG. 8 are to be formed. The contact studs 110 (in FIG. 8) contacting the floating junction region may be formed differently from the contact studs (111, 112, 113 in FIG. 8) contacting other devices, and may be simultaneously formed on the process margin.

도 6을 참조하면, 식각 마스크(105)를 이용하여 층간 절연막(110)을 등방성 식각(120)한다. 등방성 식각(120)은 습식 식각함이 바람직하다. 본 발명에 형성하고자 하는 컨택 스터드는 상부의 폭과 하부의 폭이 다른 구조를 가지므로 식각량을 조절하여 등방성 식각(120)에 의해 플로팅 접합 영역(40) 및 다른 소자들이 노출되지 않도록 한다. 상기 등방성 식각에 의해 폭이 넓은 제1 개구부(125)를 형성한다. Referring to FIG. 6, the interlayer insulating layer 110 is isotropically etched 120 using the etch mask 105. Isotropic etching 120 is preferably wet etching. The contact stud to be formed in the present invention has a structure in which the upper width and the lower width are different so that the etching amount is adjusted so that the floating junction region 40 and other devices are not exposed by the isotropic etching 120. The wide first opening 125 is formed by the isotropic etching.

도 7을 참조하면, 식각 마스크(105)를 이용하여 제1 개구부(125)가 형성된 층간 절연막(100)을 비등방성 식각(130)한다. 비등방성 식각(130)은 건식 식각 함이 바람직하다. 비등방성 식각(130)에 의해 플로팅 접합 영역(40) 및 컨택하고자 하는 소자들이 노출되도록 제2 개구부(135)를 형성한다. 따라서 층간 절연막(100)에 상부의 폭이 하부의 폭보다 더 넓은 개구부가 형성된다. 본 실시예에서는 등방성 식각 후 비등방성 식각을 행하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 등방성 식각 후 비등방성 식각을 행할 수 있다. Referring to FIG. 7, the interlayer insulating film 100 having the first opening 125 is anisotropically etched by using the etching mask 105. Anisotropic etching 130 is preferably dry etching. The second opening 135 is formed to expose the floating junction region 40 and the devices to be contacted by the anisotropic etching 130. Therefore, an opening in which the upper width is wider than the lower width is formed in the interlayer insulating film 100. In this embodiment, anisotropic etching is performed after isotropic etching, but is not limited thereto, and anisotropic etching may be performed after isotropic etching.

도 8을 참조하면, 상기 개구부를 도전물로 채우고 층간 절연막(100)이 노출되도록 평탄화 한 후 컨택 스터드들(110, 111, 112, 113)을 형성한다. 상기 도전물 은 도핑된 폴리실리콘, 도핑된 게르마늄, 또는 이들의 혼합물을 사용함으로써 누설 전류 발생을 방지할 수 있다. 상기 누설 전류가 포토다이오드로 유입될 경우 빛이 없는 상태에서도 전류가 발생하는 암전류 현상을 유발하므로 이를 방지하여 이미지 센서의 개선될 화질을 구현할 수 있다. 컨택 스터드들(110, 111, 112, 113)은 각각 금속 배선들(140, 141, 142, 143)과 연결되어 원하는 소자들 간의 상호 배선이 이루어지도록 한다. Referring to FIG. 8, the openings are filled with a conductive material and planarized to expose the interlayer insulating layer 100 to form contact studs 110, 111, 112, and 113. The conductive material can prevent leakage current generation by using doped polysilicon, doped germanium, or a mixture thereof. When the leakage current flows into the photodiode, it causes a dark current phenomenon in which the current is generated even in the absence of light, thereby preventing it from being implemented, thereby improving image quality of the image sensor. The contact studs 110, 111, 112, and 113 are connected to the metal wires 140, 141, 142, and 143, respectively, so as to interconnect each other with desired elements.

상기 살펴 본 바와 같이, 본 발명은 플로팅 접합 영역과 접하는 컨택 스터드가 금속 배선과 접하는 상부는 그 폭이 상대적으로 넓고 플로팅 접합 영역과 접하는 하부는 상대적으로 그 폭이 좁은 구조를 갖는다. 따라서 본 발명의 이미지 센서는 컨택 스터드가 플로팅 접합 영역과 접하는 면적을 좁혀 커패시턴스를 감소하게 함으로써 이미지 센서의 동적 범위를 증가시킨다. 또한, 상기 컨택 스터드를 도핑된 폴리 실리콘, 도핑된 게르마늄, 또는 이들의 혼합물로 형성함으로써 암전류 발생을 방지하여 이미지 센서의 화질을 개선할 수 있다. As described above, the present invention has a structure in which a contact stud in contact with the floating junction region is in contact with the metal wiring, and a width thereof is relatively wide, and a lower portion in contact with the floating junction region is relatively narrow in width. Thus, the image sensor of the present invention increases the dynamic range of the image sensor by narrowing the area where the contact stud contacts the floating junction area, thereby reducing capacitance. In addition, the contact studs may be formed of doped polysilicon, doped germanium, or a mixture thereof to prevent dark currents, thereby improving image quality of the image sensor.

또한, 본 발명의 이미지 센서 제조 방법에 의하면 비등방성 식각 및 등방성 식각을 이용하여 상, 하부의 폭이 다른 컨택 스터드를 구비하는 이미지 센서를 효과적으로 제조할 수 있다. In addition, according to the method of manufacturing an image sensor of the present invention, an anisotropic etching and an isotropic etching may be used to effectively manufacture an image sensor including contact studs having different upper and lower widths.

아울러, 본 발명의 다른 이미지 센서의 제조 방법에 의하면 이미지 센서의 집적화에 따라 트랜지스터들을 이용하여 자기 정렬 방식에 의해 상, 하부 폭이 다른 컨택 스터드를 형성할 수 있다. 따라서 포토 공정에 따른 미스 얼라인 또는 CD 편차 문제를 고려하지 않고 용이하게 상기 컨택 스터드를 구비하는 이미지 센서를 제조 할 수 있다. In addition, according to another method of manufacturing an image sensor, according to the integration of an image sensor, contact studs having different upper and lower widths may be formed by a self-aligning method using transistors. Therefore, an image sensor including the contact stud can be easily manufactured without considering a misalignment or CD deviation problem due to a photo process.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다. In the above, the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and changes by those skilled in the art within the spirit and scope of the present invention. This is possible.

Claims (12)

포토다이오드, 리셋 트랜지스터, 및 드리이브 트랜지스터가 형성된 반도체 기판,A semiconductor substrate on which a photodiode, a reset transistor, and a drive transistor are formed; 상기 반도체 기판의 소정 영역에 불순물을 주입하여 형성된 플로팅 확산 영역,A floating diffusion region formed by implanting impurities into a predetermined region of the semiconductor substrate, 상기 플로팅 확산 영역과 컨택되고, 상부와 하부의 폭이 다른 구조를 갖는 제1 컨택 스터드(contact stude), A first contact stud in contact with the floating diffusion region, the first contact stud having a structure having a different width between an upper part and a lower part, 상기 제1 컨택 스터드와 연결되는 금속 배선, 및 A metal wire connected to the first contact stud, and 상기 금속 배선을 통해 상기 플로팅 확산 영역과 전기적으로 연결되는 트랜지스터를 포함하는 이미지 센서.And a transistor electrically connected to the floating diffusion region through the metal wire. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 컨택 스터드는 도핑된 폴리 실리콘, 도핑된 게르마늄, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로 부터 선택되는 어느 하나임을 특징으로 하는 이미지 센서.The image sensor of claim 1, wherein the first contact stud is any one selected from the group consisting of doped polysilicon, doped germanium, and mixtures thereof. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 컨택 스터드는 상부의 폭이 하부의 폭보다 더 넓은 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 센서. The image sensor of claim 1, wherein the first contact stud has a structure in which an upper width thereof is wider than a lower width. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 배선과 접하는 상기 제1 컨택 스터드 상에 장 벽막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서. The image sensor according to claim 1, further comprising a long wall on the first contact stud in contact with the metal wiring. 제 1 항에 있어서, 상기 트랜지스터의 게이트 도전막과 연결되고, 상부의 폭이 하부의 폭보다 더 넓은 구조를 갖는 제2 컨택 스터드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서. The image sensor of claim 1, further comprising a second contact stud connected to the gate conductive layer of the transistor, the second contact stud having a structure having an upper width wider than a lower width. 제 1 항에 있어서, 상기 트랜지스터의 접합 영역과 연결되고, 상부의 폭이 하부의 폭보다 더 넓은 구조를 갖는 제3 컨택 스터드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.The image sensor of claim 1, further comprising a third contact stud connected to the junction region of the transistor, the third contact stud having a structure having an upper width wider than a lower width. 포토다이오드, 리셋 트랜지스터, 및 드리이브 트랜지스터가 형성된 반도체 기판,A semiconductor substrate on which a photodiode, a reset transistor, and a drive transistor are formed; 상기 반도체 기판에 플로팅 확산 영역을 형성하는 단계, Forming a floating diffusion region in the semiconductor substrate, 상기 결과물에 층간 절연막을 형성하는 단계, Forming an interlayer insulating film on the resultant, 상기 층간 절연막 상에 상기 플로팅 확산 영역과 컨택되는 컨택 스터드를 형성하기 위한 식각 마스크를 형성하는 단계,Forming an etching mask on the interlayer insulating layer to form a contact stud in contact with the floating diffusion region; 상기 식각 마스크를 이용하여 상기 층간 절연막을 등방성 식각하는 단계, Isotropically etching the interlayer insulating layer using the etching mask; 상기 식각 마스크를 이용하여 상기 층간 절연막을 비등방성 식각하는 단계, 및Anisotropically etching the interlayer insulating layer using the etching mask, and 상기 식각 마스크를 제거하고 상기 식각 단계들에 의해 형성된 개구부를 도 전물로 채워 컨택 스터드를 완성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조 방법. Removing the etch mask and filling the opening formed by the etching steps with a conductive material to complete the contact stud. 제 7 항에 있어서, 상기 식각 단계들은 상기 식각 마스크를 이용하여 상기 층간 절연막을 등방성 식각한 후, 상기 식각 마스크를 이용하여 상기 층간 절연막을 비등방성 식각하여, 상기 플로팅 접합 영역을 노출시키고 상부의 폭이 하부의 폭보다 넓은 구조의 개구부를 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법. The method of claim 7, wherein the etching steps areotropically etch the interlayer insulating layer using the etch mask, and then anisotropically etch the interlayer insulating layer using the etch mask to expose the floating junction region and to form an upper width. A method of manufacturing an image sensor characterized by forming an opening having a structure wider than the width of the lower portion. 제 7 항에 있어서, 상기 식각 단계들은 상기 식각 마스크를 이용하여 상기 층간 절연막을 비등방성 식각한 후 상기 식각 마스크를 이용하여 상기 층간 절연막을 등방성 식각하여, 상기 플로팅 접합 영역을 노출시키고 상부의 폭이 하부의 폭보다 넓은 구조의 개구부를 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법. The method of claim 7, wherein the etching steps are performed by anisotropically etching the interlayer insulating layer using the etching mask, and then isotropically etching the interlayer insulating layer using the etching mask to expose the floating junction region and to have an upper width. A method of manufacturing an image sensor, characterized in that to form an opening having a structure wider than the width of the lower portion. 제 7 항에 있어서, 상기 식각 마스크를 제거하고 상기 식각 단계들에 의해 형성된 개구부를 도핑된 폴리실리콘, 도핑된 게르마늄, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로 부터 선택된 어느 하나로 채워 상기 컨택 스터드를 완성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.8. The method of claim 7, wherein removing the etch mask and filling the opening formed by the etching steps with any one selected from the group consisting of doped polysilicon, doped germanium, and mixtures thereof to complete the contact stud. The manufacturing method of the image sensor characterized by the above-mentioned. 반도체 기판에 플로팅 확산 영역, 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트 패턴과 접 합 영역, 및 리셋 트랜지스터의 게이트 패턴과 접합 영역을 형성하는 단계, Forming a floating diffusion region, a gate pattern and a junction region of a transfer transistor, and a gate pattern and a junction region of a reset transistor in a semiconductor substrate, 상기 결과물에 층간 절연막을 형성하는 단계, Forming an interlayer insulating film on the resultant, 상기 층간 절연막 상에 상기 플로팅 접합 영역, 상기 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트 패턴, 및 상기 리셋 트랜지스터의 게이트 패턴 상부의 층간 절연막 소정 영역을 노출하는 식각 마스크를 형성하는 단계,Forming an etch mask on the interlayer insulating layer to expose the floating junction region, the gate pattern of the transfer transistor, and a predetermined region of the interlayer insulating layer on the gate pattern of the reset transistor; 상기 식각 마스크를 이용하여 상기 층간 절연막을 식각하여 상기 플로팅 접합 영역, 상기 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트 패턴, 및 상기 리셋 트랜지스터의 게이트 패턴을 노출시키는 개구부를 형성하는 단계, 및Etching the interlayer insulating layer using the etching mask to form an opening exposing the floating junction region, the gate pattern of the transfer transistor, and the gate pattern of the reset transistor; 상기 식각 마스크를 제거하고 상기 개구부를 도전물로 채워 컨택 스터드를 완성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.Removing the etch mask and filling the opening with a conductive material to complete a contact stud. 제 11 항에 있어서, 상기 개구부를 도핑된 폴리 실리콘, 도핑된 게르마늄, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로 부터 선택되는 어느 하나로 채워 상기 컨택 스터드를 완성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법. 12. The method of claim 11, wherein the opening is filled with one selected from the group consisting of doped polysilicon, doped germanium, and mixtures thereof to complete the contact stud.
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