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KR20080011550A - Manufacturing Method of Image Sensor - Google Patents

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KR20080011550A
KR20080011550A KR1020060071998A KR20060071998A KR20080011550A KR 20080011550 A KR20080011550 A KR 20080011550A KR 1020060071998 A KR1020060071998 A KR 1020060071998A KR 20060071998 A KR20060071998 A KR 20060071998A KR 20080011550 A KR20080011550 A KR 20080011550A
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KR
South Korea
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region
electrode
gate insulating
capacitor
forming
Prior art date
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Withdrawn
Application number
KR1020060071998A
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Korean (ko)
Inventor
정희근
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
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Abstract

제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역을 갖는 반도체 기판 상에 이미지 센서를 제조하는 방법에서, 상기 제1 영역에 포토다이오드 및 제1 게이트 절연막을 형성하고 상기 제1 게이트 절연막 상에 제1 게이트 전극을 형성하는 동시에 상기 제3 영역 상에 커패시터의 제1 전극을 형성한다. 상기 커패시터의 제1 전극의 측면들 상에 유전막을 형성한 후에, 상기 기판의 제2 영역에 제2 게이트 절연막 및 제2 게이트 전극을 형성하는 동시에 상기 유전막을 개재하여 상기 커패시터의 제1 전극과 전기적으로 결합된 상기 커패시터의 제2 전극을 상기 제3 영역 상에 형성한다. 상기 공정에 의하면, 랜덤 노이즈 특성을 개선하는 동시에 커패시턴스가 향상된 이미지 센서를 제조할 수 있다.In a method of manufacturing an image sensor on a semiconductor substrate having a first region, a second region, and a third region, a photodiode and a first gate insulating film are formed in the first region and a first gate is formed on the first gate insulating film. A first electrode of the capacitor is formed on the third region while forming an electrode. After forming a dielectric film on side surfaces of the first electrode of the capacitor, a second gate insulating film and a second gate electrode are formed in a second region of the substrate, and at the same time, the dielectric film is electrically connected to the first electrode of the capacitor through the dielectric film. A second electrode of the capacitor coupled to each other is formed on the third region. According to the above process, it is possible to manufacture an image sensor with improved capacitance while improving random noise characteristics.

Description

이미지 센서의 제조 방법{Method for manufacturing a image sensor}Method for manufacturing a image sensor

도 1은 일반적인 이미지 센서를 개략적으로 나타내는 등가회로도이다.1 is an equivalent circuit diagram schematically illustrating a general image sensor.

도 2 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 공정 단면도들 및 평면도들이다.2 to 11 are schematic process cross-sectional views and plan views for explaining a method of manufacturing an image sensor according to an embodiment of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

100 : 반도체 기판 104 : 포토 다이오드100 semiconductor substrate 104 photodiode

108 : 제1 게이트 절연막 112 : 제1 게이트 전극108: first gate insulating film 112: first gate electrode

122 : 제2 게이트 절연막 126 : 제2 게이트 전극122: second gate insulating film 126: second gate electrode

116 : 제1 전극 118 : 유전막116: first electrode 118: dielectric film

128 : 제2 전극128: second electrode

본 발명은 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 포토 다이오드와 게이트 구조물을 포함하는 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing an image sensor, and more particularly, to a method of manufacturing an image sensor including a photodiode and a gate structure.

일반적으로, 반도체 장치 중에서 이미지 센서는 광학 영상을 전기적 신호로 변환시키는 소자이다. 상기 이미지 센서의 예로서는 전하 결합 소자(charge coupled device : CCD), 씨모스(CMOS) 이미지 센서 등이 있다. 특히, 최근에는 신호 처리 알고리즘(signal processing algorithm)의 개선, 씨모스 공정 기술의 발달 등에 의해 씨모스 이미지 센서가 가지고 있던 단점들을 극복하고 있고, 전하 결합 소자의 제조 공정을 씨모스 이미지 센서의 제조 공정에 부분적으로 적용함으로써 씨모스 이미지 센서의 품질을 개선하고 있다.In general, an image sensor among semiconductor devices is an element that converts an optical image into an electrical signal. Examples of the image sensor include a charge coupled device (CCD), a CMOS image sensor, and the like. In particular, recently, the drawbacks of the CMOS image sensor have been overcome by improvement of a signal processing algorithm, development of the CMOS process technology, and the manufacturing process of the charge coupled device has been replaced by the manufacturing process of the CMOS image sensor. Partial application to improves the quality of CMOS image sensors.

그리고, 상기 씨모스 이미지 센서는 단위 화소로서 광을 감지하는 포토 다이오드와 상기 광을 전기적 신호로 변환하는 로직 회로를 포함하는데, 최근의 씨모스 이미지 센서는 단위 화소로서 1개의 포토 다이오드와 4개의 트랜지스터를 포함하는 것이 일반적이다.The CMOS image sensor includes a photodiode for detecting light as a unit pixel and a logic circuit for converting the light into an electrical signal. In recent years, the CMOS image sensor includes one photodiode and four transistors as a unit pixel. It is common to include.

도 1은 일반적인 씨모스 이미지 센서를 나타내는 등가회로도이다.1 is an equivalent circuit diagram illustrating a general CMOS image sensor.

도 1을 참조하면, 씨모스 이미지 센서는 포토 다이오드(P/D)와, 트랜스퍼 트랜지스터(Tx), 리셋 트랜지스터(Rx), 선택 트랜지스터(Sx) 그리고 액세스 트랜지스터(Ax)를 포함한다. 상기 포토 다이오드(P/D)는 상기 트랜스터 트랜지스터(Tx) 및 상기 리셋 트랜지스터(Rx)와 직렬로 접속되고, 상기 리셋 트랜지스터(Rx)의 드레인은 인가 전압(VDD)과 접속된다. 또한, 상기 선택 트랜지스터(Sx)의 게이트는 플로팅 확산 영역(F/D)과 접속된다. 여기서, 상기 플로팅 확산 영역(F/D)은 트랜스터 트랜지스터(Tx)의 드레인(리셋 트랜지스터(Rx)의 소스)에 해당한다. 그리고, 상기 선택 트랜지스터(Sx)는 상기 액세스 트랜지스터(Ax)와 직렬로 접속되고, 상기 선택 트랜지스터(Sx)의 드레인은 인가 전압(VDD)과 접속된다.Referring to FIG. 1, the CMOS image sensor includes a photodiode P / D, a transfer transistor Tx, a reset transistor Rx, a selection transistor Sx, and an access transistor Ax. The photodiode P / D is connected in series with the transfer transistor Tx and the reset transistor Rx, and the drain of the reset transistor Rx is connected with an applied voltage V DD . In addition, the gate of the selection transistor Sx is connected to the floating diffusion region F / D. Here, the floating diffusion region F / D corresponds to the drain of the transfer transistor Tx (the source of the reset transistor Rx). The select transistor Sx is connected in series with the access transistor Ax, and the drain of the select transistor Sx is connected with an applied voltage V DD .

상기 씨모스 이미지 센서의 동작 방법을 설명하면 다음과 같다.The operation method of the CMOS image sensor is as follows.

먼저, 상기 리셋 트랜지스터(Rx)가 턴-온되면 상기 플로팅 확산 영역(F/D)의 전위가 인가 전압이 된다. 이때, 외부로부터 상기 포토 다이오드(P/D)로 광이 입사되면 전자-홀 쌍(electron-hole pair : EHP)이 생성되어 신호 전하가 상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 소스에 축적된다. 그리고, 상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)가 턴-온되면 상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 소스에 축적된 신호 전하가 상기 플로팅 확산 영역(F/D)으로 전달된다. 그 결과, 상기 플로팅 확산 영역(F/D)의 전위가 변화함과 동시에 상기 선택 트랜지스터(Sx)의 게이트의 전위도 변화된다. 이어서, 선택 신호(Row)에 의해 상기 액세스 트랜지스터(Ax)가 턴-온되면 출력단(Out)으로 데이터가 출력된다. 그리고, 전술한 과정을 계속적으로 반복함으로써 광학 영상이 전기적 신호로 변환된다.First, when the reset transistor Rx is turned on, the potential of the floating diffusion region F / D becomes an applied voltage. At this time, when light is incident from the outside into the photodiode P / D, an electron-hole pair (EHP) is generated, and signal charges are accumulated in the source of the transfer transistor Tx. When the transfer transistor Tx is turned on, the signal charge accumulated in the source of the transfer transistor Tx is transferred to the floating diffusion region F / D. As a result, the potential of the floating diffusion region F / D changes, and the potential of the gate of the selection transistor Sx also changes. Subsequently, when the access transistor Ax is turned on by the selection signal Row, data is output to the output terminal Out. The optical image is converted into an electrical signal by continuously repeating the above process.

상기 씨모스 이미지 센서의 동작에서, 상기 트랜스터 트랜지스터(Tx)가 턴-온될 때 상기 포토 다이오드(P/D)로부터 상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 소스에 축적된 신호 전하가 상기 플로팅 확산 영역(F/D)으로 실질적으로 완전히 전달되어야 한다. 만약, 상기 신호 전하가 실질적으로 완전히 전달되지 않고, 상기 신호 전하의 일부가 상기 포토 다이오드(P/D)에 잔류할 경우에는 상기 포토 다이오드(P/D)에 잔류하는 신호 전하가 후속의 신호 전하와 혼재됨으로써 이미지 레그(lag)와 같은 랜덤 노이즈(random noise)가 발생한다.In operation of the CMOS image sensor, signal charge accumulated in the source of the transfer transistor Tx from the photodiode P / D when the transfer transistor Tx is turned on is converted into the floating diffusion region F. / D) must be delivered substantially completely. If the signal charge is not substantially completely transferred and a part of the signal charge remains in the photodiode P / D, the signal charge remaining in the photodiode P / D is the subsequent signal charge. Mixing with causes random noise, such as an image lag.

그리고, 상기 씨모스 이미지 센서에서, 상기 트랜지스터들(Rx, Tx, Sx, Ax)의 게이트 절연막은 주로 실리콘 산질화물로 형성한다. 특히, 상기 트랜지스터 들(Rx, Tx, Sx, Ax)의 소스/드레인의 형성에서 빈번하게 발생하는 보론 침투 현상(boron penetration)을 감소시키기 위해서 상기 게이트 절연막을 형성할 때 기판과 접하는 상기 게이트 절연막의 표면에 질화물을 집중시킨다. 그러나, 상기 기판과 접하는 상기 게이트 절연막의 표면에 질화물을 집중시킬 경우에는 상기 랜덤 노이즈가 더욱 심각하게 발생하는 것으로 확인되고 있다.In the CMOS image sensor, the gate insulating film of the transistors Rx, Tx, Sx, and Ax is mainly formed of silicon oxynitride. In particular, in order to reduce the boron penetration which occurs frequently in the formation of the source / drain of the transistors Rx, Tx, Sx, and Ax, the gate insulating film is in contact with a substrate when the gate insulating film is formed. Concentrate the nitride on the surface. However, it has been confirmed that the random noise occurs more seriously when the nitride is concentrated on the surface of the gate insulating film in contact with the substrate.

본 발명의 목적은 랜덤 노이즈의 발생이 억제되는 이미지 센서의 제조 방법을 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing an image sensor in which generation of random noise is suppressed.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법은, 제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역을 갖는 반도체 기판을 마련하고, 상기 제1 영역의 기판 표면 부위에 포토다이오드를 형성한 후에, 상기 제1 영역 상에 상기 포토다이오드와 인접하며 제1 게이트 절연막을 형성한다. 이어서, 상기 제1 게이트 절연막 상에 제1 게이트 전극을 형성하고, 동시에 상기 제3 영역 상에 커패시터의 제1 전극을 형성하고, 상기 커패시터의 제1 전극의 측면들 상에 유전막을 형성한다. 상기 기판의 제2 영역에 제2 게이트 절연막을 형성하고, 상기 제2 게이트 절연막 상에 제2 게이트 전극을 형성하고, 동시에 상기 유전막을 개재하여 상기 커패시터의 제1 전극과 전기적으로 결합된 상기 커패시터의 제2 전극을 상기 제3 영역 상에 형성한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an image sensor, including: providing a semiconductor substrate having a first region, a second region, and a third region; After the diode is formed, a first gate insulating layer is formed on the first region and adjacent to the photodiode. Subsequently, a first gate electrode is formed on the first gate insulating film, a first electrode of a capacitor is formed on the third region, and a dielectric film is formed on side surfaces of the first electrode of the capacitor. Forming a second gate insulating film in a second region of the substrate, forming a second gate electrode on the second gate insulating film, and simultaneously electrically coupling the first electrode of the capacitor through the dielectric film; A second electrode is formed on the third region.

본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 제1 영역은 액티브 픽셀 영역이며, 상기 제2 영역은 로직 영역이며, 상기 제3 영역은 커패시터 영역이다.In example embodiments, the first region is an active pixel region, the second region is a logic region, and the third region is a capacitor region.

상기 제1 게이트 절연막은 실리콘 산화물, 금속 산화물 또는 이들의 혼합물을 포함하며, 상기 제2 게이트 절연막은 실리콘 산질화물을 포함한다.The first gate insulating layer includes silicon oxide, a metal oxide, or a mixture thereof, and the second gate insulating layer includes silicon oxynitride.

상기 제1 게이트 절연막은 제2 게이트 절연막보다 얇은 두께를 갖도록 형성하며, 상기 제1 게이트 전극 및 상기 제2 게이트 전극의 측벽에 스페이서들을 각각 형성한다.The first gate insulating layer is formed to have a thickness thinner than that of the second gate insulating layer, and spacers are formed on sidewalls of the first gate electrode and the second gate electrode, respectively.

이때, 상기 서로 인접하는 상기 커패시터의 제1 전극 및 제2 전극의 측면들은 각각 요철 형태를 갖는다.At this time, the side surfaces of the first electrode and the second electrode of the capacitor adjacent to each other have a concave-convex shape.

상기와 같이 제조된 이미지 센서는, 액티브 영역의 게이트 절연막을 실리콘 산화물로 형성함으로써, 랜덤 노이즈를 감소시킨다. 이와 동시에, 로직 영역의 게이트 절연막을 실리콘 산질화막으로 형성함으로써, 보론 침투 현상으로 인하여 문턱 전압 특성이 변화하는 것을 충분하게 줄일 수 있다. 또한, 상기 커패시터의 제1 전극 및 제2 전극의 측면들을 각각 요철 형태로 형성함으로써, 커패시터의 커패시턴스를 증가시킬 수 있다.The image sensor manufactured as described above reduces random noise by forming the gate insulating film of the active region from silicon oxide. At the same time, by forming the gate insulating film of the logic region with the silicon oxynitride film, it is possible to sufficiently reduce the change in the threshold voltage characteristic due to boron penetration phenomenon. In addition, the capacitance of the capacitor can be increased by forming side surfaces of the first electrode and the second electrode of the capacitor in an uneven shape.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다. 첨부된 도면에 있어서, 기판, 층(막), 영역, 개구부, 패드 또는 패턴들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하 기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 본 발명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패드, 개구부 또는 패턴들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드, 개구부 또는 패턴들의 "상에", "상부에" 또는 "하부"에 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 각 층(막), 영역, 패드, 개구부 또는 패턴들이 직접 기판, 각 층(막), 영역, 패드, 개구부 또는 패턴들 위에 형성되거나 또는 아래에 위치하는 것을 의미하거나, 다른 층(막), 다른 영역, 다른 패드, 다른 패턴 또는 다른 구조물들이 기판 상에 추가적으로 형성될 수 있다. 또한, 각 층(막), 영역, 패드, 개구부 또는 패턴들이 "제1" 및/또는 "제2"로 언급되는 경우, 이러한 부재들을 한정하기 위한 것이 아니라 단지 각 층(막), 영역, 패드, 개구부 또는 패턴들을 구분하기 위한 것이다. 따라서, "제1" 및/또는 "제2"는 각 층(막), 영역, 패드, 개구부 또는 패턴들에 대하여 각기 선택적으로 또는 교환적으로 사용될 수 있다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to the following embodiments, and those skilled in the art will appreciate the technical spirit of the present invention. The present invention may be embodied in various other forms without departing from the scope of the present invention. In the accompanying drawings, the dimensions of the substrates, layers (films), regions, openings, pads, or patterns are shown in greater detail than actual for clarity of the invention. In the present invention, each layer (film), region, pad, opening or pattern is formed on, "on" or "bottom" of the substrate, each layer (film), region, pad, opening or pattern. When referred to, that means that each layer (film), region, pad, opening or pattern is formed directly over or below the substrate, each layer (film), region, pad, opening or pattern, or otherwise Layers (films), other regions, other pads, other patterns or other structures may additionally be formed on the substrate. In addition, when each layer (film), region, pad, opening or pattern is referred to as "first" and / or "second", it is not intended to limit these members but merely each layer (film), region, pad To distinguish between openings or patterns. Thus, "first" and / or "second" may be used selectively or interchangeably for each layer (film), region, pad, opening or pattern, respectively.

도 2 내지 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 공정 단면도들 및 평면도들이다.2 to 11 are schematic process cross-sectional views and plan views for explaining a method of manufacturing an image sensor according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 반도체 기판(100) 내에 소자 분리막(102a ,102b) 및 포토다이오드(104)를 형성한다.Referring to FIG. 2, device isolation layers 102a and 102b and a photodiode 104 are formed in the semiconductor substrate 100.

구체적으로, 제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역을 갖는 반도체 기판(100)을 마련한다. 이때, 상기 제1 영역은 단위 픽셀들이 형성되기 위한 액티브 픽셀 영역이며, 상기 제2 영역은 로직 영역(logic area)이며, 상기 제3 영역은 커패시터 영역이다. Specifically, a semiconductor substrate 100 having a first region, a second region, and a third region is provided. In this case, the first region is an active pixel region for forming unit pixels, the second region is a logic region, and the third region is a capacitor region.

상기 제1 영역 내에 부분적으로 불순물을 도핑하여 채널 영역(도시되지 않 음)을 형성한다. 이때, 상기 채널 영역은 후속 공정으로, 그 상부에 제1 게이트 절연막(도3, 108)이 형성될 영역에 해당한다. 여기서, 상기 채널 영역을 형성하기 위한 불순물의 예로서는 3족 원소인 p형 불순물, 5족 원소인 n형 불순물 등을 들 수 있다.Impurities are partially doped in the first region to form a channel region (not shown). In this case, the channel region is a subsequent process and corresponds to a region where a first gate insulating layer (FIG. 3, 108) is to be formed. Here, examples of the impurity for forming the channel region include a p-type impurity as a Group 3 element, an n-type impurity as a Group 5 element, and the like.

이어서, 상기 기판(100)에 제1 영역에 제1 소자 분리막(102a) 및 제3 영역에 제2 소자 분리막(102b)을 형성하여, 필드 영역과 액티브 영역을 각각 정의한다. Subsequently, the first device isolation layer 102a and the second device isolation layer 102b are formed in the first region of the substrate 100 to define the field region and the active region, respectively.

상기 제1 및 제2 소자 분리막(102a ,102b)을 형성하는 공정을 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 상기 반도체 기판(100) 상에 버퍼 산화막(도시되지 않음)을 형성한다. 상기 버퍼 산화막은 이후 실리콘 질화막을 형성할 때 스트레스를 완화하기 위한 막이다. 이어서, 상기 버퍼 산화막 상에 실리콘 질화막(도시되지 않음)을 형성한다. 상기 실리콘 질화막의 일부를 사진 공정에 의해 제거하여 실리콘 질화막 패턴(도시되지 않음)을 형성한다. 상기 실리콘 질화막 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 버퍼 산화막을 건식 식각하여 버퍼 산화막 패턴(도시되지 않음)을 형성한다.Hereinafter, a process of forming the first and second device isolation layers 102a and 102b will be described in detail. A buffer oxide film (not shown) is formed on the semiconductor substrate 100. The buffer oxide film is a film for relieving stress when forming a silicon nitride film. Subsequently, a silicon nitride film (not shown) is formed on the buffer oxide film. A portion of the silicon nitride film is removed by a photo process to form a silicon nitride film pattern (not shown). The buffer oxide layer is dry-etched using the silicon nitride layer pattern as an etching mask to form a buffer oxide layer pattern (not shown).

계속해서, 상기 실리콘 질화막 패턴을 식각 마스크로 이용하여 노출된 반도체 기판(100)을 소정 깊이로 식각하여 트렌치(도시되지 않음)를 형성한다. 상기 트렌치 내에 실리콘 산화막(도시되지 않음)을 매립하고 이를 평탄화하여 실리콘 질화막 패턴을 노출시킨다. 상기 실리콘 질화막 패턴 및 버퍼 산화막 패턴은 습식 식각 공정에 의해 제거함으로써 제1 및 제2 소자 분리막(102a ,102b)을 형성한다.Subsequently, the exposed semiconductor substrate 100 is etched to a predetermined depth using the silicon nitride film pattern as an etching mask to form a trench (not shown). A silicon oxide film (not shown) is embedded in the trench and planarized to expose a silicon nitride film pattern. The silicon nitride layer pattern and the buffer oxide layer pattern are removed by a wet etching process to form first and second device isolation layers 102a and 102b.

이어서, 상기 채널 영역과 인접하는 기판(100) 아래에 포토 다이오드(104)를 형성한다. 구체적으로, 상기 기판(120) 아래에 제2 불순물을 도핑하여 제2 포토 다이오드(104b)를 형성한다. 그리고, 상기 제2 포토 다이오드(104b) 상에 제1 불순물을 도핑하여 제1 포토 다이오드(104a)를 형성한다. 특히, 상기 제2 불순물로서는 포스포러스(P), 아르제닉(As) 등과 같은 5족 원소를 선택하고, 상기 제1 불순물로서는 보론(B) 등과 같은 3족 원소를 선택한다.Subsequently, a photodiode 104 is formed under the substrate 100 adjacent to the channel region. Specifically, the second photodiode 104b is formed by doping the second impurity under the substrate 120. The first photodiode 104a is formed by doping a first impurity on the second photodiode 104b. In particular, a Group 5 element such as phosphorus (P), Arsenic (As) or the like is selected as the second impurity, and a Group 3 element such as boron (B) or the like is selected as the first impurity.

본 실시예에서는 상기 채널 영역, 제2 포토 다이오드(104b) 및 제1 포토 다이오드(104a)의 순서로 공정을 수행하는 것으로 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 상기 공정 순서를 적절하게 조절하여도 무방하다. 다른 실시예로서 상기 채널 영역(23), 제1 포토 다이오드(104a) 및 제2 포토 다이오드(104b)의 순서로 공정을 수행하여도 무방하다.In the present embodiment, the process is performed in the order of the channel region, the second photodiode 104b and the first photodiode 104a. However, in some cases, the process sequence may be appropriately adjusted. . In another embodiment, the process may be performed in the order of the channel region 23, the first photodiode 104a, and the second photodiode 104b.

상기 소자 분리막(102a ,102b) 및 포토다이오드(104)가 형성된 기판(100) 상에 제1 산화막(106)을 형성한다. 상기 제1 산화막(106)은 후속 공정으로 상기 제1 영역의 제1 게이트 절연막(도3, 108)으로 형성된다.The first oxide layer 106 is formed on the substrate 100 on which the device isolation layers 102a and 102b and the photodiode 104 are formed. The first oxide film 106 is formed of a first gate insulating film (Figs. 3 and 108) in the first region in a subsequent process.

상기 제1 산화막(106)을 형성하는 산화물의 예로서는 실리콘 산화물, 금속 산화물 등을 들 수 있다. 그리고, 상기 금속 산화물의 예로서는 하프늄 산화물, 지르코늄 산화물, 탄탈륨 산화물, 알루미늄 산화물, 티타늄 산화물 등을 들 수 있다. Examples of the oxide forming the first oxide film 106 include silicon oxide, metal oxide, and the like. And examples of the metal oxides include hafnium oxide, zirconium oxide, tantalum oxide, aluminum oxide, titanium oxide and the like.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 제1 산화막(106)이 실리콘 산화물로 이루어지는 실리콘 산화막일 경우 상기 제1 산화막(106)은 라디칼 산화 공정, 열산화 공정, 화학기상증착 공정 등을 수행하여 형성할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, when the first oxide film 106 is a silicon oxide film made of silicon oxide, the first oxide film 106 is formed by performing a radical oxidation process, a thermal oxidation process, a chemical vapor deposition process, or the like. can do.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 제1 산화막(106)이 금속을 포함하는 금속 산화막일 경우, 화학기상증착 공정, 원자층 적층 공정 등을 수행하여 상기 제1 산화막(106)을 형성할 수도 있다.According to another embodiment of the present invention, when the first oxide film 106 is a metal oxide film including a metal, the first oxide film 106 may be formed by performing a chemical vapor deposition process, an atomic layer deposition process, or the like. have.

도 3을 참조하면, 상기 제1 영역에 제1 게이트 절연막(108) 및 제1 도전막(110)을 형성한다.Referring to FIG. 3, a first gate insulating layer 108 and a first conductive layer 110 are formed in the first region.

구체적으로, 상기 제1 산화막(106)을 패터닝하여, 제1 게이트 절연막(108)을 형성한다. 이때, 상기 패터닝은 상기 제1 산화막(106)상에 제1 포토레지스트 패턴(도시되지 않음)을 형성한 후에, 상기 제1 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 통상의 식각 공정을 수행한다. 상기 공정으로, 상기 제1 영역에 상기 제1 산화막(106)의 일부를 남김으로써, 상기 제1 게이트 절연막(108)을 형성한다.Specifically, the first oxide film 106 is patterned to form a first gate insulating film 108. In this case, the patterning is performed after forming a first photoresist pattern (not shown) on the first oxide film 106, the etching process is performed using the first photoresist pattern as a mask. In this step, the first gate insulating film 108 is formed by leaving a part of the first oxide film 106 in the first region.

이어서. 상기 제1 게이트 절연막(108) 상에 제1 도전막(110)을 형성한다.next. A first conductive layer 110 is formed on the first gate insulating layer 108.

상기 제1 도전막(110)의 예로는, 폴리 실리콘, 금속, 금속 질화물 등을 포함할 수 있다. 상기 금속의 예로서는 티타늄, 탄탈륨, 텅스텐, 알루미늄, 하프늄, 지르코늄, 구리 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용하는 것이 바람직하고, 둘 이상을 혼합하여 사용하여도 무방하다. 또한, 상기 금속 질화물의 예로서는 티타늄 질화물, 탄탈륨 질화물, 텅스텐 질화물, 알루미늄 질화물, 하프늄 질화물, 지르코늄 질화물, 구리 질화물 등을 들 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 제1 도전막(110)은 폴리실리콘 막으로 형성하는 것이 바람직하다.Examples of the first conductive layer 110 may include polysilicon, a metal, a metal nitride, or the like. Examples of the metal include titanium, tantalum, tungsten, aluminum, hafnium, zirconium, copper and the like. It is preferable to use these, and you may use them in mixture of 2 or more. Further, examples of the metal nitrides include titanium nitride, tantalum nitride, tungsten nitride, aluminum nitride, hafnium nitride, zirconium nitride, and copper nitride. According to one embodiment of the present invention, the first conductive film 110 is preferably formed of a polysilicon film.

도 4를 참조하면, 상기 제1 영역의 제1 게이트 절연막(108) 상에 제1 게이트 전극(112)을 형성하는 동시에 상기 제3 영역 상에 커패시터의 예비 제1 전극(114)을 형성한다.Referring to FIG. 4, a first gate electrode 112 is formed on the first gate insulating layer 108 of the first region, and a preliminary first electrode 114 of the capacitor is formed on the third region.

우선, 상기 제1 도전막(110) 상에 제2 포토레지스트 패턴(도시되지 않음)을 형성하고, 상기 제2 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 제1 도전막(110)을 패터닝한다. 이때, 상기 제2 포토레지스트 패턴은 제1 영역 및 제3 영역에 동시에 형성된다. 상기와 같은 공정을 수행하여, 상기 제1 영역의 제1 게이트 절연막(108) 상에 제1 게이트 전극(112)이 형성된다. 이와 동시에, 상기 제3 영역 상에는 커패시터의 예비 제1 전극(114)이 형성된다.First, a second photoresist pattern (not shown) is formed on the first conductive layer 110, and the first conductive layer 110 is patterned using the second photoresist pattern as an etching mask. In this case, the second photoresist pattern is simultaneously formed in the first region and the third region. As described above, the first gate electrode 112 is formed on the first gate insulating layer 108 of the first region. At the same time, the preliminary first electrode 114 of the capacitor is formed on the third region.

도 5 및 도 6을 참조하면, 제3 영역에 제1 전극(116) 및 유전막(118)을 형성한다.5 and 6, the first electrode 116 and the dielectric film 118 are formed in the third region.

상기 제3 영역에 형성된 상기 예비 제1 전극(114)을 통상의 사진 식각 공정을 수행하여 제1 전극(116)으로 형성한다. 이때, 도 6에 도시된 바와 같이. 상기 제1 전극(116)은 측면이 요철 형태를 갖도록 패터닝 된다. 상기와 같이 요철 형태로 인하여, 후속 공정으로 완성되는 커패시터의 커패시턴스를 증가시킬 수 있다.The preliminary first electrode 114 formed in the third region is formed as the first electrode 116 by performing a normal photolithography process. At this time, as shown in FIG. The first electrode 116 is patterned so that the side surface has an uneven shape. Due to the concave-convex shape as described above, it is possible to increase the capacitance of the capacitor to be completed in a subsequent process.

이어서, 상기 제1 전극(116)의 측면들 상에 유전막(118)을 형성한다. 상기 유전막(118)은 ONO막 또는 유전율이 상대적으로 높은 금속 산화막으로 형성할 수 있다.Subsequently, a dielectric film 118 is formed on side surfaces of the first electrode 116. The dielectric film 118 may be formed of an ONO film or a metal oxide film having a relatively high dielectric constant.

도 7및 도 8을 참조하면, 상기 기판(100)의 제2 영역에 제2 게이트 절연막(122) 및 제2 도전막(124)을 형성한다.7 and 8, the second gate insulating layer 122 and the second conductive layer 124 are formed in the second region of the substrate 100.

먼저, 상기 제1 게이트 전극(112), 제1 전극(116) 및 유전막(118)이 형성된 기판 상에 제2 산화막(120)을 형성한다. 상기 제2 산화막(120)은 상기 제1 산화막(106)과 실질적으로 동일한 공정을 통해 형성할 수 있다.First, a second oxide film 120 is formed on a substrate on which the first gate electrode 112, the first electrode 116, and the dielectric film 118 are formed. The second oxide film 120 may be formed through substantially the same process as the first oxide film 106.

이에 따라, 상기 제2 산화막(120)을 형성하기 위한 공정에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.Accordingly, a detailed description of the process for forming the second oxide film 120 will be omitted.

이어서, 제2 게이트 절연막(122) 및 제2 도전막(124)을 형성한다. 상기 제2 산화막(120)은 상기 제2 산화막(120)의 표면을 질화성 분위기 하에서 질화 처리 하여 형성할 수 있다. 상기 질화처리에 의하여, 상기 제2 산화막(120)의 표면의 일부가 실리콘 산질화막(도시되지 않음)으로 개질된다.Next, the second gate insulating film 122 and the second conductive film 124 are formed. The second oxide film 120 may be formed by nitriding the surface of the second oxide film 120 in a nitriding atmosphere. By the nitriding treatment, a part of the surface of the second oxide film 120 is modified to a silicon oxynitride film (not shown).

상기 질화 처리는 플라즈마 질화 처리를 수행하는 것이 바람직하다. 상기 플라즈마 질화 처리를 약 200℃를 초과하는 온도에서 수행할 경우에는 질화 영역이 상기 기판과 접하는 영역까지 확장될 수 있다. 따라서, 본 실시예에서의 상기 플라즈마 질화 처리는 약 20 내지 200℃의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다. 상기 플라즈마 질화 처리를 하기 위한 공정 가스는, N2, N2O, NO, NH3 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 또는, 둘 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다.The nitriding treatment is preferably performed by plasma nitriding treatment. When the plasma nitriding treatment is performed at a temperature exceeding about 200 ° C., the nitriding region may be extended to a region in contact with the substrate. Therefore, the plasma nitridation treatment in this embodiment is preferably carried out at a temperature of about 20 to 200 ℃. Examples of the process gas for the plasma nitridation treatment include N 2 , N 2 O, NO, NH 3 , and the like. These may be used alone or in combination of two or more.

상기와 같은 질화 처리는 후속으로 형성되는 소스/드레인의 형성에서 빈번하게 발생하는 보론 침투 현상에 대비하기 위함이다.The above nitriding treatment is intended to prepare for boron penetration which occurs frequently in the formation of subsequently formed source / drain.

이어서, 표면의 일부가 실리콘 산질화막으로 개질된 상기 제2 산화막(120)을 통상의 사진 식각 공정을 수행하여, 제2 영역의 소정 부분에만 남도록 패터닝한다. 상기와 같은 공정으로 상기 제2 영역에는 제2 게이트 절연막(122)이 형성된다. 이때, 상기 제2 게이트 절연막(122)은 상기 제1 게이트 절연막(108)에 비해 높은 두께를 갖도록 형성할 수 있다. 이는 후속으로 형성되는 제2 게이트 전극(126)으로부 터 보론들이 상기 제2 게이트 절연막(122)을 관통하여 반도체 기판의 채널 영역으로 침투함으로써 플랫 밴드 전압(flatband voltage; Vfb) 및 문턱 전압을 변화시키는 것을 방지하기 위한 것이다.Subsequently, the second oxide film 120 having a portion of the surface modified with the silicon oxynitride film is subjected to a normal photolithography process, and patterned so that only a predetermined portion of the second region remains. As described above, a second gate insulating layer 122 is formed in the second region. In this case, the second gate insulating layer 122 may be formed to have a higher thickness than the first gate insulating layer 108. This is because borons penetrate the second gate insulating layer 122 and penetrate into the channel region of the semiconductor substrate from the second gate electrode 126 that is subsequently formed to change the flat band voltage (Vfb) and the threshold voltage. It is to prevent it.

이어서, 상기 제2 게이트 절연막(122)이 형성된 기판(100) 상에 제2 도전막 (124)을 형성한다. 이때, 상기 제3 영역에 형성된 제1 전극(116) 및 유전막(118)에 의하여 상기 제2 도전막(124)은 단차를 갖게 될 수 있다. 따라서, 상기 제2 도전막(124)의 표면을 평탄화하기 위한 화학 기계적 연마와 같은 공정을 수행할 수 있다.Subsequently, a second conductive layer 124 is formed on the substrate 100 on which the second gate insulating layer 122 is formed. In this case, the second conductive layer 124 may have a step due to the first electrode 116 and the dielectric layer 118 formed in the third region. Therefore, a process such as chemical mechanical polishing to planarize the surface of the second conductive layer 124 may be performed.

상기 제2 도전막(124)은 상기 제1 도전막(110)과 동일한 물질 및 공정을 통해 형성할 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 도전막(124)을 형성하기 위한 자세한 설명은 생략하기로 한다. The second conductive layer 124 may be formed through the same material and process as the first conductive layer 110. Accordingly, detailed description for forming the second conductive film 124 will be omitted.

도 9 내지 도 11을 참조하면, 상기 제2 영역에 제2 게이트 전극(126)을 형성하는 동시에 제3 영역에 제2 전극(128)을 형성한다.9 to 11, a second gate electrode 126 is formed in the second region and a second electrode 128 is formed in the third region.

우선, 상기 제2 도전막 상에 제3 포토레지스트 패턴(도시되지 않음)을 형성한다. 이어서 상기 제3 포토레지스트 패턴을 마스크로 사용한 식각 공정을 수행한다. 이때, 상기 제3 포토레지스트 패턴은 제2 영역 및 제3 영역에 동시에 형성된다. 상기 공정에 의하여, 상기 제2 영역에는 제2 게이트 전극(126)을 형성되는 동시에, 상기 제3 영역에는 커패시터의 제2 전극(128)이 형성된다. 이때, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 커패시터의 제1 전극 (116) 및 상기 제1 전극(116)과 인접하는 제2 전극(128)의 측면은 요철 형태를 가지며, 이로 인하여, 커패시터의 커패시 턴스를 향상시킬 수 있다.First, a third photoresist pattern (not shown) is formed on the second conductive film. Subsequently, an etching process using the third photoresist pattern as a mask is performed. In this case, the third photoresist pattern is simultaneously formed in the second region and the third region. By the above process, the second gate electrode 126 is formed in the second region, and the second electrode 128 of the capacitor is formed in the third region. At this time, as shown in FIG. 10, side surfaces of the first electrode 116 and the second electrode 128 adjacent to the first electrode 116 of the capacitor have a concave-convex shape, and thus, the capacitor of the capacitor It can improve the situation.

이어서, 상기 제1영역, 제2 영역 및 제3 영역 상에 질화막을 증착하고 이방성 식각하여, 상기 제1 게이트 전극(112), 제2 게이트 전극(126) 및 커패시터의 측벽에 각각 제1 스페이서(130a), 제2 스페이서(130b) 및 제3 스페이서(130c)들을 형성한다. Subsequently, a nitride film is deposited and anisotropically etched on the first region, the second region, and the third region to form a first spacer on the sidewalls of the first gate electrode 112, the second gate electrode 126, and the capacitor, respectively. 130a), second spacers 130b, and third spacers 130c are formed.

상기 제1 스페이서(130a), 제2 스페이서(130b) 및 제3 스페이서(130c)를 형성한 이후에 이온 주입 공정을 수행하여, 상기 기판의 표면 부위들에 소스/드레인 영역들로 기능하는 불순물 확산 영역(도시되지 않음)들을 형성한다.After forming the first spacer 130a, the second spacer 130b, and the third spacer 130c, an ion implantation process is performed to diffuse impurities to function as source / drain regions on the surface portions of the substrate. Form regions (not shown).

상기 과정을 수행하여 상기 제1 영역에는 산화막으로 형성된 제1 게이트 절연막(108) 및 제1 게이트 전극(112)이 적층된 형태에 제1 게이트 구조물이 형성된다. 상기 제2 영역에는 상부 표면이 산질화막으로 개질된 실리콘 산질화막을 포함하는 제2 게이트 절연막(122) 및 제2 게이트 전극(126)이 적층된 형태의 제2 게이트 구조물이 형성된다. 또한, 상기 제3 영역에는 제1 전극(116), 상기 제1 전극(116)과 전기적으로 연결된 제2 전극(128) 및 상기 제1 전극(116)과 상기 제2 전극(128)사이에 개재된 유전막 (118)을 포함하는 커패시터가 형성된다.By performing the above process, a first gate structure is formed in a form in which a first gate insulating layer 108 and a first gate electrode 112 formed of an oxide film are stacked in the first region. In the second region, a second gate structure including a second gate insulating layer 122 and a second gate electrode 126 including a silicon oxynitride layer having an upper surface modified with an oxynitride layer is formed. In addition, the third region is interposed between a first electrode 116, a second electrode 128 electrically connected to the first electrode 116, and the first electrode 116 and the second electrode 128. A capacitor including the dielectric film 118 is formed.

이후, 불순물 확산 영역이 형성된 상기 기판(100)상에 층간 절연막(도시되지 않음), 컬러 필터(도시되지 않음) 및 마이크로 렌즈(도시되지 않음)를 순차적으로 형성하여, 이미지 센서를 완성한다.Thereafter, an interlayer insulating film (not shown), a color filter (not shown), and a micro lens (not shown) are sequentially formed on the substrate 100 on which the impurity diffusion region is formed, thereby completing an image sensor.

이때, 상기 층간 절연막은 다층 구조로 형성되며, 실리콘 산화물과 같은 광 투광성이 우수한 물질을 사용하여 형성한다. 또한, 상기 컬러 필터는 컬러 이미지 의 구현을 위하여 형성하는 것으로서, 주로 레드(R), 그린(G), 블루(B)로 염색된 포토레지스트를 상기 층간 절연막 상에 형성한 후, 선택적으로 패터닝하여 형성한다. 상기 마이크로 렌즈는 상기 컬러 필터 상에 포토레지스트를 도포한 후, 열처리를 수행함으로서 형성된다.In this case, the interlayer insulating film is formed in a multilayer structure and is formed using a material having excellent light transmissivity, such as silicon oxide. In addition, the color filter is formed for realizing a color image, and after the photoresist dyed mainly red (R), green (G), blue (B) is formed on the interlayer insulating film, and selectively patterned Form. The micro lens is formed by applying a photoresist on the color filter and then performing heat treatment.

상기와 같이 공정으로 제조된 이미지 센서는 랜덤 노이즈의 발생 및 보론 침투 현상도 충분하게 줄일 수 있다. 또한, 커패시터의 제1 전극 및 제2 전극을 요철 형태로 형성함으로써, 커패시턴스를 향상시킬 수 있다.The image sensor manufactured by the process as described above can also reduce the generation of random noise and boron penetration sufficiently. In addition, the capacitance can be improved by forming the first electrode and the second electrode of the capacitor in an uneven form.

본 발명에 의하면, 액티브 영역에 형성되는 게이트 절연막을 산화물로 형성하여, 랜덤 노이즈를 감소시킬 수 있다. 이와 동시에, 로직 영역에 형성되는 게이트 절연막을 실리콘 산질화막으로 형성함으로써, 랜덤 노이즈 특성에 영향을 끼치지 않으면서도 보론 침투 현상을 충분하게 방지할 수 있다. 따라서, 보론 침투 현상으로 인하여 문턱 전압 특성이 변화하는 것을 충분하게 줄일 수 있다. 또한 본 발명에 의하면, 커패시터의 제1 전극 및 제2 전극의 측면들을 각각 요철 형태로 형성함으로써, 커패시턴스를 증가시킬 수 있다.According to the present invention, the gate insulating film formed in the active region is formed of an oxide, so that random noise can be reduced. At the same time, by forming the gate insulating film formed in the logic region with the silicon oxynitride film, it is possible to sufficiently prevent the boron penetration phenomenon without affecting the random noise characteristic. Therefore, it is possible to sufficiently reduce the change in the threshold voltage characteristic due to the boron penetration phenomenon. In addition, according to the present invention, capacitances can be increased by forming side surfaces of the first electrode and the second electrode of the capacitor in an uneven shape, respectively.

따라서, 전기적 특성이 양호한 이미지 센서를 제조할 수 있다.Therefore, an image sensor having good electrical characteristics can be manufactured.

전술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, although described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and modified without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. It will be appreciated that it can be changed.

Claims (7)

제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역을 갖는 반도체 기판을 마련하는 단계;Providing a semiconductor substrate having a first region, a second region, and a third region; 상기 제1 영역의 기판 표면 부위에 포토다이오드를 형성하는 단계;Forming a photodiode on a surface portion of the substrate in the first region; 상기 제1 영역 상에 상기 포토다이오드와 인접하며 제1 게이트 절연막을 형성하는 단계;Forming a first gate insulating layer adjacent to the photodiode on the first region; 상기 제1 게이트 절연막 상에 제1 게이트 전극을 형성하고, 동시에 상기 제3 영역 상에 커패시터의 제1 전극을 형성하는 단계;Forming a first gate electrode on the first gate insulating film and simultaneously forming a first electrode of the capacitor on the third region; 상기 커패시터의 제1 전극의 측면들 상에 유전막을 형성하는 단계;Forming a dielectric film on sides of the first electrode of the capacitor; 상기 기판의 제2 영역에 제2 게이트 절연막을 형성하는 단계; 및Forming a second gate insulating film in a second region of the substrate; And 상기 제2 게이트 절연막 상에 제2 게이트 전극을 형성하고, 동시에 상기 유전막을 개재하여 상기 커패시터의 제1 전극과 전기적으로 결합된 상기 커패시터의 제2 전극을 상기 제3 영역 상에 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.Forming a second gate electrode on the second gate insulating layer, and simultaneously forming a second electrode of the capacitor on the third region electrically coupled with the first electrode of the capacitor through the dielectric layer; The manufacturing method of the image sensor. 제1 항에 있어서, 상기 제1 영역은 액티브 픽셀 영역이며, 상기 제2 영역은 로직 영역이며, 상기 제3 영역은 커패시터 영역인 것을 특징인 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the first region is an active pixel region, the second region is a logic region, and the third region is a capacitor region. 제1 항에 있어서, 상기 제1 게이트 절연막은 실리콘 산화물, 금속 산화물 또 는 이들의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the first gate insulating layer comprises silicon oxide, metal oxide, or a mixture thereof. 제1 항에 있어서, 상기 제2 게이트 절연막은 실리콘 산질화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the second gate insulating layer comprises silicon oxynitride. 제1 항에 있어서, 상기 제1 게이트 절연막은 제2 게이트 절연막보다 두께를 낮도록 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the first gate insulating layer is formed to have a thickness lower than that of the second gate insulating layer. 제1 항에 있어서, 상기 서로 인접하는 상기 커패시터의 제1 전극 및 제2 전극의 측면들은 각각 요철 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the side surfaces of the first electrode and the second electrode of the capacitor adjacent to each other have a concave-convex shape. 제1 항에 있어서, 상기 제1 게이트 전극 및 상기 제2 게이트 전극의 측벽에 스페이서들을 각각 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.The method of claim 1, further comprising forming spacers on sidewalls of the first gate electrode and the second gate electrode, respectively.
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