씨모스 이미지센서의 화소 격리 방법
专利汇可以提供씨모스 이미지센서의 화소 격리 방법专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且PURPOSE: A method for isolating a pixel of a complementary-metal-oxide-semiconductor(CMOS) image sensor is provided to improve a fill factor and a noise characteristic and to prevent a cross talk, by isolating pixels without generating a bird's beak so that the area of a pinned photodiode is reduced. CONSTITUTION: An isolation mask of which the field region is opened is formed on a substrate(201). An isolating impurity layer(205) is formed by an ion implantation process. The isolation mask is removed. The pinned photodiode is formed in an active region by a pinned photodiode mask and an ion implantation process.，下面是씨모스 이미지센서의 화소 격리 방법专利的具体信息内容。
씨모스 이미지센서의 화소 격리 방법{Pixel isolation method in CMOS image sensor}
본 발명은 CMOS 이미지센서의 화소 격리 방법에 관한 것으로, 특히 CMOS 이미지센서 칩 내에서 수광소자인 핀드 포토다이오드(pinned photodiode)가 차지하는 면적 비율을 증대시키기 위한 CMOS 이미지센서의 화소 격리 방법에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이 CMOS 이미지센서는 화소내에 핀드포토다이오드를 포함하고 상기 핀드포토다이오드에 의해 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 로직회로 부분으로 구성되어 있다.
이러한 CMOS 이미지센서의 광감도를 높이기 위하여 전체 이미지센서 소자에서 핀드포토다이오드 부분의 면적이 차지하는 비율(이를 "Fill Factor"라 한다)을 크게 하려는 노력이 진행되고 있지만, 근본적으로 로직회로 부분을 제거할 수 없기 때문에 제한된 면적하에서 이러한 노력에는 한계가 있다.
특히 종래의 이미지센서 제조방법에서, 화소간의 격리를 위하여 LOCOS(Local Oxidation of Silicon) 공정을 사용하고 있는데, 이러한 LOCOS 공정시 필드산화막의 가장자리에 버즈비크(bird's beak)가 발생하여 이 버즈비크에 의해 수광소자인 핀드포토다이오드의 면적이 줄어드는 문제점을 가져오게 된다.
또한, 종래의 CMOS 이미지센서 제조방법에서는 고집적화로 인하여 필드산화막을 기판 깊숙히 형성하는데 한계를 가지고 있기 때문에 필드산화막 하부에 필드스탑층을 형성하기도 하는데, 그렇더라도 각 화소간 크로스 토크(cross talk) 현상을 방지하는데는 역부족이다.
또한, 칼라 CMOS 이미지센서는 노이즈에 대하여 매우 민감한 특성을 보이는데, 필드산화막의 버즈비크 영역에 존재하는 결정결함 등의 영향은 노이즈에 매우 큰 악 영향을 미치게 된다.
이러한 종래기술의 문제점을 도1을 참조하여 살펴보도록 한다. 도1은 CMOS 이미지센서에서 필드산화막에 의해 격리된 핀드포토다이오드의 어레이를 개략적으로 나타내고 있다.
도1을 참조하면, P형기판(P-sub)(102) 내에서 핀드 포토다이오드(PPD1,PPD2, PPD3)는 서로 이웃하여 어레이되어 있으며, 각 핀드 포토다이오드는 필드산화막(FOX)(104)에 의해 전기적으로 격리를 이루고 있다.
필드산화막(104)은 필드영역이 오픈된 산화마스크(통상 산화막/질화막을 적용함)를 기판 상에 형성하고 열산화 공정에 의해 오픈된 필드영역에 필드산화막을 성장시키는 방법인 LOCOS 공정에 의해 형성된다.
필드산화막(104) 하부에는 필드스탑불순물층(150)이 형성되어 있다. 각 필드스탑불순물층(150)은 기판과 동일한 P형의 불순물을 주입하므로써 형성된다.
핀드 포토다이오드(PPD1, PPD2, PPD3)는 P형기판(102) 내부에 형성되어 동작시 완전공핍되는 N - 이온주입층(106)과, P형기판(102) 표면 하부에 형성되는 피닝층(pinning layer)으로서의 P 0 이온주입층(108) 및 P형기판(102)에 의해서 PNP 접합 다이오드를 이루고 있다.
이상에서 살펴 보았듯이, 종래에는 필드산화막 형성을 위한 방법으로 LOCOS 공정을 사용하고 있으며, 이때 필드산화막(104) 가장자리에 버즈비크(bird's beak)가 발생하여 이 버즈비크에 의해 수광소자인 포토다이오드의 면적이 줄어드는 문제점을 가져오게 된다.
더불어 버즈비크 부분은 노이즈를 유발하는 결정결함 부분이 된다.
또한, 서로 이웃하는 각 핀드 포토다이오드(PPD1, PPD2, PPD3)는 빛의 3원소인 레드(Red), 블루(Blue), 그린(Green) 중 하나의 색상을 가지는 칼라필터(도면에 도시되지 않음)에 의하여 덮여있어 서로 다른 색상 정보를 가지며, 사용자가 최종적으로 얻는 영상정보는 이들 각각의 포토다이오드에서 얻어진 단일 색상 영상정보를 하나로 취합함으로써 실제 색상과 같은 영상을 얻게 된다.
그런데 지금까지 해오던 필드스탑불순물층 형성 및 필드산화막 형성을 이용하여 소자간의 격리를 수행하면, 기판 깊숙이 필드산화막을 형성하기 어렵기 때문에, 이웃한 포토 다이오드로부터 자신의 고유 색상정보와 다른 색상정보가 침범하게 될 확률이 높아져 최종 취합된 영상의 색도가 떨어지고 색상의 구분이 불명확하게 되는 문제가 발생한다. 즉, 픽셀 간에 크로스 토크(cross talk) 현상이 심해진다. 특히 레드(Red)와 같이 파장(λ)이 약 650nm 정도로 큰 색상의 광자는 P형기판 깊숙이 약 3um까지 들어올 수 있기 때문에 종래의 소자간 격리기술에서 사용되는 필드스탑층만을 가지고는 레드, 블루, 그린의 3원색을 충분히 격리시키기 힘들다.
더욱이, 고집적화를 위하여 픽셀 사이즈가 적어지는 CMOS 이미지센서에서는 앞서 언급한 픽셀간의 크로스 토크(cross talk) 현상이 더욱 심해져 최종적인 영상출력의 화질개선이 더욱 어려워지게 된다.
본 발명의 목적은 버즈비크 유발없이 화소간의 격리를 이루어 핀드 포토다이오드의 면적 감소가 방지되어 "Fill Factor"를 개선하며, 노이즈 특성이 개선되고 크로스 토크를 방지하여 화질을 개선하는데 적합한 CMOS 이미지센서 제조 방법을 제공하는데 있다.
도1은 CMOS 이미지센서에서 필드산화막에 의해 격리된 핀드포토다이오드의 어레이를 개략적으로 나타내는 단면도.
도2a 내지 도2b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 CMOS 이미지센서 제조 공정을 보여주는 단면도.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이미지센서 제조방법은, 기판 상에 필드영역이 오픈된 소자분리마스크를 형성하는 단계; 이온주입에 의해 소자분리용불순물층을 형성하는 단계; 상기 소자분리마스크를 제거하는 단계; 핀드포토다이오드 마스크 및 이온주입에 의해 활성영역에 핀드 포토다이오드를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.
상기한 바와 같이 본 발명은 이온주입에 의해 소자분리를 형성하는 것에 그 특징이 있으며, 이에 의해 소자분리막에 버즈비크 발생이 없기 때문에, 핀드포토다이오드의 면적을 상대적으로 넓게 가져갈 수 있고, 노이즈 역시 억제되게 된다.
또한 면적 제한이 없기 때문에 기판 깊숙이 소자분리불순물층을 형성하는 것이 가능하여 크로스 토크를 방지할 수 있다.
아울러, 소자분리막의 평탄화가 이루어지고, 활성영역의 면적이 증대하므로 공정마진 및 설계마진을 높일 수 있다.
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 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도2a 내지 도2b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 CMOS 이미지센서 제조 공정을 보여주는 단면도이다.
도2a를 참조하면, P형기판(201) 내에서 이온주입시 기판이 손상되는 것을 방지하기 위해 예컨대 산화막과 같은 패드절연막(202)을 형성한다.
이어서, 패드절연막(202) 상에 필드영역이 오픈된 소자분리마스크인 포토레지스트(P/R) 패턴(203)을 형성한다.
이어서, 소자분리영역에 P형 불순물을 이온주입하여 소자분리불순물층(205)을 형성한다. 이때, 소자분리불순물층(205)은 CMOS 소자(도시되지 않음)의 게이트전극에 턴-온 전압이 인가되더라도 상기 소자분리불순물층(205)에 채널 유기가 이루어지지 않도록 표면 농도는 높아야 되고, 소자간 펀치-쓰루(punch-through)가 이루어지지 않도록 기판 깊숙히 도핑되어야 한다. 즉, 종래의 필드스탑불순물층과는 달리 기판 표면 근처에서의 도핑농도 및 이온주입 깊이 등에 차이를 두어야 한다.
즉 종래에는 필드스탑층(도1의 150) 형성을 위한 이온주입 조건이 에너지가 30 keV였고 농도는 10 13 정도 였는데, 본 발명에서는 소자분리를 위한 이온주입으로서 60-80 keV의 에너지와 10 14 정도의 농도를 가진 조건으로 진행하는게 바람직하다. 이때 주입되는 이온은 기판과 동일한 도전형의 p-타입이며 예컨대 BF2 이온을 사용한다.
이어서, 포토레지스트패턴(203)을 제거하고 통상의 포토다이오드 마스크 및 이온주입 공정을 통해 N - 이온주입층(206)과, P형기판(201) 표면 하부에 형성되는 피닝층(pinning layer)으로서의 P 0 이온주입층(208)을 형성하여 핀드 포토다이오드(PPD)를 형성한다.
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 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 버즈비크 유발없이 화소간의 격리를 이루어 핀드 포토다이오드의 면적 감소가 방지되어 "Fill Factor"를 개선하며, 노이즈 특성이 개선되고 크로스 토크를 방지하여 화질을 개선하는 효과를 가지게 된다.
아울러, 활성영역의 면적 증대로 설계 마진이 높고 소자분리막의 평탄화로 인하여 후속 공정 마진을 높일 수 있는 효과가 있다.
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