KR20020022931A - Photodiode of CMOS Image Senser and Method for the Same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광효율 및 집적도를 향상시키기 위한 씨모스 이미지 센서의 포토다이오드 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 제 1 농도를 갖는 제 1 도전형 반도체 기판과, 상기 제 1 도전형 반도체 기판의 소정영역에 형성되어 필드영역 및 활성영역을 정의하는 소자 격리 영역과, 상기 활성영역의 제 1 도전형 반도체 기판의 소정영역에 제 1 깊이로 형성되며 상기 제 1 농도보다 작은 제 2 농도를 갖는 제 2 도전형 도핑영역과, 상기 제 2 도전형 도핑영역이 형성된 상기 제 1 도전형 반도체 기판에 상기 제 1 깊이보다 작은 제 2 깊이로 형성되며 상기 제 1 농도보다 큰 제 3 농도를 갖는 고농도 제 2 도전형 도핑영역과, 상기 활성영역의 제 1 도전형 반도체 기판의 전면에 상기 제 2 깊이보다 작은 제 3 깊이로 형성되며 상기 제 3 농도보다 큰 제 4 농도를 갖는 고농도 제 1 도전형 도핑영역으로 구성된다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photodiode of a CMOS image sensor for improving light efficiency and integration degree, and to a method of manufacturing the same, the method comprising: forming a first conductive semiconductor substrate having a first concentration and a predetermined region of the first conductive semiconductor substrate; A device isolation region defining a field region and an active region, and a second conductivity type doping having a first depth in a predetermined region of the first conductive semiconductor substrate of the active region and having a second concentration smaller than the first concentration. A high concentration second conductivity type doping region having a second depth smaller than the first depth and having a third concentration greater than the first concentration in the region and the first conductivity type semiconductor substrate on which the second conductivity type doping region is formed. And a high concentration having a fourth depth smaller than the second depth on the entire surface of the first conductivity-type semiconductor substrate in the active region and having a fourth concentration greater than the third concentration. It consists of a first conductivity type doped regions.
Description
본 발명은 씨모스 이미지 센서(CMOS Image Senser)에 관한 것으로 특히, 광효율을 증가시키어 집적도를 향상시키는데 적합한 씨모스 이미지 센서의 포토다이오드 및 그의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a CMOS image sensor, and more particularly, to a photodiode of a CMOS image sensor suitable for increasing light efficiency and improving integration, and a method of manufacturing the same.
최근, IMT 2000과 관련하여 고집적, 저전력 이미지 센서(Image Sensor)에 대한 요구가 증가하고 있는 추세이다. 저전력으로 구동되는 기존의 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서의 집적도를 증가시키기 위해서는 포토다이오드의 광효율을 증가시켜 포토다이오드가 차지하는 면적을 감소시키고 감도를 향상시켜야 한다. 이때, 광효율이 증가한다는 것은 광전자의 터널링(Tunneling) 효율이 증가한다는 것을 의미한다.Recently, the demand for high-density, low-power image sensors in relation to IMT 2000 is increasing. In order to increase the integration density of a conventional Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS) image sensor driven at low power, the photodiode's optical efficiency must be increased to reduce the area occupied by the photodiode and to improve sensitivity. In this case, the increase in the light efficiency means that the tunneling efficiency of the optoelectronics is increased.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 씨모스 이미지 센서의 포토다이오드 및 그의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a photodiode of a conventional CMOS image sensor and a method of manufacturing the same will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 종래 포토다이오드의 구조를 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional photodiode.
종래의 포토다이오드의 구조는 도 1에 도시된 바와 같이, P형 반도체 기판(11)의 소정영역 형성되어 필드영역 및 활성영역을 정의하는 필드 산화막(12)과, 상기 활성영역의 상기 P형 반도체 기판(11)의 전면 또는 일영역에 제 1 깊이로 형성되는 N형 도핑영역(13)과, 상기 활성영역의 P형 반도체 기판(11)의 전면에 상기 제 1 깊이보다 작은 제 2 깊이로 형성되는 고농도 P형 도핑영역(14)으로 구성된다.As shown in FIG. 1, a conventional photodiode has a field oxide film 12 defining a field region and an active region by forming a predetermined region of the P-type semiconductor substrate 11, and the P-type semiconductor of the active region. An N-type doped region 13 formed at a first depth on the entire surface or one region of the substrate 11 and a second depth smaller than the first depth on the entire surface of the P-type semiconductor substrate 11 of the active region; It is composed of a high concentration P-type doping region (14).
상기와 같이 구성되는 종래 씨모스 이미지 센서의 포토다이오드의 제조방법은 우선, P형 반도체 기판(11)의 소정영역에 국부산화(LOCOS) 공정으로 필드 산화막(12)을 형성하여 상기 P형 반도체 기판(11)에 필드영역 및 활성영역을 정의한다.In the method of manufacturing a photodiode of a conventional CMOS image sensor configured as described above, first, a field oxide film 12 is formed in a predetermined region of a P-type semiconductor substrate 11 by a local oxidation (LOCOS) process to form the P-type semiconductor substrate. A field area and an active area are defined in (11).
그리고, 활성영역의 P형 반도체 기판(11)의 일영역 또는 전면에 상기 P형 반도체 기판(11)의 불순물 농도보다 낮은 농도의 N형 불순물 이온을 주입하여 제 1 깊이를 갖는 N형 도핑영역(13)을 형성한다.An N-type doped region having a first depth by implanting N-type impurity ions having a concentration lower than that of the P-type semiconductor substrate 11 into one region or the entire surface of the P-type semiconductor substrate 11 in the active region ( 13).
일반적으로, 포토 다이오드의 감도는 공핍영역이 증가할수록 증가된다.In general, the sensitivity of the photodiode increases as the depletion region increases.
그러므로, 감도 향상을 위하여 상기 도핑공정에서 상기 N형 도핑영역(13)이 완전히 공핍되도록 상기 N형 도핑영역(13)에 상기 P형 반도체 기판(11)의 불순물 이온의 농도보다 낮은 농도의 N형 불순물 이온을 주입한다.Therefore, in order to improve the sensitivity, the N-type doped region 13 has an N-type concentration lower than that of the impurity ions of the P-type semiconductor substrate 11 in the N-type doped region 13 so that the N-type doped region 13 is completely depleted. Impurity ions are implanted.
이어, 상기 N형 도핑영역(13)을 포함한 활성영역의 P형 반도체 기판(11)의 전면에 고농도 P형 불순물 이온을 주입하여 고농도 P형 도핑영역(14)을 형성한다.Next, a high concentration P-type doped region 14 is formed by implanting high concentration P-type impurity ions into the entire surface of the P-type semiconductor substrate 11 in the active region including the N-type doped region 13.
상기한 종래 씨모스 이미지 센서의 포토다이오드는 도면에 도시된 바와 같이, 광전자가 고농도 P형 도핑영역(14)과 N형 도핑영역(13)을 지나 P형 반도체 기판(11)에 까지 투과하도록 설계되었으나 광자는 투과량은 투과 깊이에 따라 지수적으로 감소하므로 광전자의 터널링은 P형 반도체 기판(11)에서 일어나기는 힘들고 주로 고농도 P형 도핑영역(14)에서 일어나게 된다.As shown in the drawing, the photodiode of the conventional CMOS image sensor is designed so that photoelectrons pass through the high concentration P-type doped region 14 and N-type doped region 13 to the P-type semiconductor substrate 11. However, since the amount of photons decreases exponentially with the depth of transmission, the tunneling of the photoelectrons is difficult to occur in the P-type semiconductor substrate 11 and mainly occurs in the high concentration P-type doped region 14.
도 2는 도 1의 X 방향에 따른 불순물 이온의 도핑 농도를 로그 스케일로 나타낸 도면으로, 상술한 바와 같이 상기 N형 도핑영역(13)의 도핑 농도를 상기 P형 반도체 기판(11)의 도핑 농도보다 작게 구성함을 나타낸다.FIG. 2 is a logarithmic scale illustrating the doping concentration of the impurity ions in the X direction of FIG. 1. As described above, the doping concentration of the N-type doped region 13 is determined as the doping concentration of the P-type semiconductor substrate 11. The smaller configuration is shown.
그리고, 도 3은 종래의 포토다이오드의 배선 및 접합 구조를 나타낸 도면으로, 상기 P형 반도체 기판(11)과 고농도 P형 불순물 영역(14)은 접지단에 연결되고 N형 도핑영역(13)은 VDD에 연결된다.3 is a view illustrating a wiring and junction structure of a conventional photodiode, wherein the P-type semiconductor substrate 11 and the high concentration P-type impurity region 14 are connected to a ground terminal, and the N-type doped region 13 is Is connected to VDD.
그리고, 상술한 바와 같이 상기 N형 도핑영역(13)의 도핑 농도를 P형 반도체 기판(11)의 농도보다 낮게 형성하여 상기 N형 도핑영역(13)이 완전히 공핍됨을 나타낸다.As described above, the doping concentration of the N-type doped region 13 is lower than that of the P-type semiconductor substrate 11 to indicate that the N-type doped region 13 is completely depleted.
도면의 점선 내부는 공핍영역(15)을 나타낸다.The dotted line in the figure shows the depletion region 15.
도 4는 종래 포토다이오드의 에너지 밴드를 나타낸 도면으로 전도대역 에너지 준위(EC)와, 페르미 에너지 준위(EF) 및 가전자 대역 에너지 준위(EV)를 도시하였다.FIG. 4 is a diagram illustrating an energy band of a conventional photodiode, which illustrates a conduction band energy level (E C ), a Fermi energy level (E F ), and a valence band energy level (E V ).
이때, 도면의 공핍영역의 너비는 상기 도 3의 공핍영역(15)의 너비와 동일하다.In this case, the width of the depletion region of FIG. 3 is the same as the width of the depletion region 15 of FIG. 3.
일반적으로 광자의 터널링 효율은 도 4에서 A로 표시된 터널링 길이 짧을수록 증가하고 상기 고농도 P형 도핑영역(14)의 농도가 높을수록 증가한다.In general, the tunneling efficiency of photons increases as the tunneling length indicated by A in FIG. 4 is shorter, and as the concentration of the high concentration P-type doped region 14 is higher.
그리고, 포토다이오드의 감도 향상을 위하여 상기 N형 도핑영역(13)을 완전히 공핍시켜야 하므로 상기 N형 도핑영역(13)의 농도는 상기 P형 반도체 기판(11)의 농도보다 낮아야 한다.In addition, since the N-type doped region 13 must be completely depleted to improve the sensitivity of the photodiode, the concentration of the N-type doped region 13 should be lower than that of the P-type semiconductor substrate 11.
그러나. 상기 N형 도핑영역(13)의 농도가 낮음으로 인하여 상기 고농도 P형 도핑영역(14)의 도핑 농도를 높이는데 한계를 갖게되어 광자의 터널링 효율을 저하시키는 요인이 된다.But. Due to the low concentration of the N-type doped region 13, there is a limit in increasing the doping concentration of the high-concentration P-type doped region 14, which reduces the tunneling efficiency of photons.
그러나, 상기와 같은 종래의 씨모스 이미지 센서의 포토다이오드 및 그의 제조방법은 다음과 같은 문제점이 있다.However, the photodiode of the conventional CMOS image sensor and its manufacturing method have the following problems.
첫째, 포토다이오드의 감도 향상을 위해서는 N형 도핑영역의 농도를 상기 P형 반도체 기판의 농도보다 낮게 형성해야 하는데, 이로 인하여 상기 고농도 P형 도핑영역의 농도가 일정한 한계를 갖게되므로 포토다이오드의 광효율이 저하된다.First, in order to improve the sensitivity of the photodiode, the concentration of the N-type doped region should be lower than the concentration of the P-type semiconductor substrate. As a result, the concentration of the high-concentration P-type doped region has a certain limit so that the optical efficiency of the photodiode is increased. Degrades.
둘째, 여러 가지 제한 요소들로 인하여 포토다이오드의 광효율을 증가시키기 어려워 포토다이오드가 차지하는 면적이 매우 크기 때문에 이를 적용하는 소자의 집적도가 저하된다.Second, due to various limitations, it is difficult to increase the light efficiency of the photodiode, so the area occupied by the photodiode is very large, and thus the integration degree of the device to which the photodiode is applied is reduced.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것을 광에 대한 감도 및 효율을 향상시키어 반도체 소자의 집적도를 향상시키는데 적합한 씨모스 이미지 센서의 포토다이오드 및 그의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a photodiode of a CMOS image sensor and a method of manufacturing the same, which are suitable for improving the sensitivity and efficiency of light and improving the degree of integration of a semiconductor device.
도 1은 종래의 포토다이오드의 구조를 나타낸 단면도1 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional photodiode
도 2는 도 1의 X 방향에 따른 도핑 농도를 나타낸 도면FIG. 2 is a diagram illustrating doping concentration in the X direction of FIG. 1. FIG.
도 3은 종래의 포토다이오드의 배선 및 접합 구조를 나타낸 도면3 is a view showing the wiring and junction structure of a conventional photodiode
도 4는 종래의 포토다이오드의 에너지 밴드를 나타낸 도면4 is a view showing an energy band of a conventional photodiode
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 포토다이오드의 구조를 나타낸 단면도5 is a cross-sectional view showing a structure of a photodiode according to an embodiment of the present invention.
도 6은 도 5의 Y 방향에 따른 도핑 농도를 나타낸 도면6 is a view illustrating doping concentration in the Y direction of FIG. 5;
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 포토다이오드의 배선 및 접합 구조를 나타낸 도면7 is a view showing the wiring and junction structure of the photodiode according to an embodiment of the present invention
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 포토다이오드의 에너지 밴드를 나타낸 도면8 illustrates an energy band of a photodiode according to an embodiment of the present invention.
도면의 주요 부분에 대한 부호 설명Explanation of symbols for the main parts of drawings
51 : P형 반도체 기판 52 : 필드 산화막51: P-type semiconductor substrate 52: Field oxide film
53 : N형 도핑영역 54 : 고농도 N형 도핑영역53: N-type doping region 54: high concentration N-type doping region
55 : 고농도 P형 도핑영역 56 : 공핍영역55 high concentration P-type doping region 56 depletion region
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 씨모스 이미지 센서의 포토다이오드는 제 1 농도를 갖는 제 1 도전형 반도체 기판과, 상기 제 1 도전형 반도체 기판의 소정영역에 형성되어 필드영역 및 활성영역을 정의하는 소자 격리 영역과, 상기 활성영역의 제 1 도전형 반도체 기판의 소정영역에 제 1 깊이로 형성되며 상기 제 1 농도보다 작은 제 2 농도를 갖는 제 2 도전형 도핑영역과, 상기 제 2 도전형 도핑영역이 형성된 상기 제 1 도전형 반도체 기판에 상기 제 1 깊이보다 작은 제 2 깊이로 형성되며 상기 제 1 농도보다 큰 제 3 농도를 갖는 고농도 제 2 도전형 도핑영역과, 상기 활성영역의 제 1 도전형 반도체 기판의 전면에 상기 제 2 깊이보다 작은 제 3 깊이로 형성되며 상기 제 3 농도보다 큰 제 4 농도를 갖는 고농도 제 1 도전형 도핑영역으로 구성됨을 특징으로 한다.The photodiode of the CMOS image sensor of the present invention for achieving the above object is formed in a first conductive semiconductor substrate having a first concentration, and a predetermined region of the first conductive semiconductor substrate, the field region and the active region A second isolation type doping region having a second depth, the second isolation type doping region having a first depth in a predetermined region of the first conductivity type semiconductor substrate of the active region and having a second concentration smaller than the first concentration; A high concentration second conductive doped region having a second depth smaller than the first depth and having a third concentration greater than the first concentration, in the first conductive semiconductor substrate having the conductive doped region formed thereon; The first conductive semiconductor substrate is formed of a high concentration first conductivity type doped region having a third depth smaller than the second depth and having a fourth concentration greater than the third concentration. It features.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 씨모스 이미지 센서의 포토다이오드의 제조방법은 제 1 농도를 갖는 제 1 도전형 반도체 기판의 소정영역에 소자 격리영역을 형성하여 필드 영역 및 활성영역을 정의하는 단계와, 상기 활성영역의 제 1 도전형 반도체 기판의 소정영역에 상기 제 1 농도보다 작은 제 2 농도를 갖는 제 2 도전형 불순물 이온을 주입하여 제 1 깊이를 갖는 제 2 도전형 도핑영역을 형성하는 단계와, 상기 제 2 도전형 도핑영역이 형성된 상기 제 1 도전형 반도체 기판에 상기 제 1 농도보다 큰 제 3 농도를 갖는 제 2 도전형 불순물 이온을 주입하여 상기 제 1 깊이보다 작은 제 2 깊이를 갖는 고농도 제 2 도전형 도핑영역을 형성하는 단계와, 상기 활성영역의 제 1 도전형 반도체 기판의 전면에 상기 제 3 농도보다 큰 제 4 농도를 갖는 제 1 도전형 불순물 이온을 주입하여 상기 제 2 깊이보다 작은 제 3 깊이의 고농도 제 1 도전형 도핑영역을 형성하는 단계를 포함하여 형성함을 특징으로 한다.The method of manufacturing a photodiode of the CMOS image sensor of the present invention configured as described above comprises the steps of defining a field region and an active region by forming an element isolation region in a predetermined region of a first conductivity type semiconductor substrate having a first concentration; Forming a second conductivity type doped region having a first depth by implanting a second conductivity type impurity ion having a second concentration less than the first concentration into a predetermined region of the first conductivity type semiconductor substrate in the active region; And a second depth less than the first depth by implanting second conductivity type impurity ions having a third concentration greater than the first concentration into the first conductivity type semiconductor substrate having the second conductivity type doped region. Forming a high concentration second conductivity type doped region, and a first conductivity type fire having a fourth concentration greater than the third concentration on the entire surface of the first conductivity type semiconductor substrate of the active region Characterized in that the water injected into the ion formation, including the step of forming a high-concentration first-conductivity-type doped region of a third depth less than the second depth.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 포토다이오드 및 그의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a photodiode of a CMOS image sensor and a method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 포토다이오드의 구조를 나타낸 단면도이다.5 is a cross-sectional view showing the structure of a photodiode according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 포토다이오드는 P형 반도체 기판(51)과, 상기 P형 반도체 기판(51)의 소정영역에 형성되어 필드영역 및 활성영역을 정의하는 필드산화막(52)과, 상기 활성영역의 P형 반도체 기판(51)의 전면 또는 일영역에 제 1 깊이로 형성되는 N형 도핑영역(53)과, 상기 N형 도핑영역(53)이 형성된 P형 반도체 기판(51)에 상기 제 1 깊이보다 작은 제 2 깊이로 형성되는 고농도 N형 도핑영역(54)과, 상기 활성영역의 P형 반도체 기판(51)의 전면에 상기 제 2 깊이보다 작은 제 3 깊이로 형성되는 고농도 P형 도핑영역(55)으로 구성된다.The photodiode of the present invention is formed in a P-type semiconductor substrate 51, a field oxide film 52 defining a field region and an active region formed in a predetermined region of the P-type semiconductor substrate 51, and the P-type of the active region. An N-type doped region 53 formed at a first depth on the entire surface or one region of the semiconductor substrate 51 and a P-type semiconductor substrate 51 having the N-type doped region 53 smaller than the first depth. The heavily doped N-type doped region 54 formed at the second depth and the heavily doped P-type doped region 55 formed at a third depth smaller than the second depth on the entire surface of the P-type semiconductor substrate 51 of the active region. It consists of.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 포토다이오드의 제조방법은 국부 산화 공정으로 P형 반도체 기판(51)의 소정영역에 필드 산화막(52)을 형성하여 필드 영역 및 활성 영역을 정의한다.In the method of manufacturing the photodiode of the present invention configured as described above, the field oxide film 52 is formed in a predetermined region of the P-type semiconductor substrate 51 by a local oxidation process to define the field region and the active region.
이때, 상기 P형 반도체 기판(51)은 Sn 웨이퍼, Ge 웨이퍼, SiGe 웨이퍼, GaAs 웨이퍼, InSb 웨이퍼, AlAs 웨이퍼 중 어느 하나를 이용한다.In this case, the P-type semiconductor substrate 51 uses any one of a Sn wafer, a Ge wafer, a SiGe wafer, a GaAs wafer, an InSb wafer, and an AlAs wafer.
그리고, 상기 활성영역의 P형 반도체 기판(51)의 소정영역에 플라즈마 이온 주입 공정으로 상기 활성영역의 P형 반도체 기판(51)의 일영역 또는 전면에 N형 불순물 이온을 주입하여 제 1 깊이를 갖는 N형 도핑영역(53)을 형성한다.In addition, N-type impurity ions are implanted into a region or the entire surface of the P-type semiconductor substrate 51 in the active region by a plasma ion implantation process in a predetermined region of the P-type semiconductor substrate 51 in the active region. An N-type doped region 53 is formed.
이때, 포토다이오드의 감도를 향상시키기 위해 상기 N형 도핑영역(53)을 완전히 공핍시키기 위하여 상기 N형 불순물 이온의 농도는 상기 P형 반도체 기판(51)의 농도보다 낮게 형성하며 종래 기술에서 보다 더 낮게 형성한다.At this time, in order to completely deplete the N-type doped region 53 in order to improve the sensitivity of the photodiode, the concentration of the N-type impurity ions is formed lower than that of the P-type semiconductor substrate 51 and is more than in the prior art. Form low.
그리고, 상기 N형 도핑영역(53)이 형성된 P형 반도체 기판(51)에 플라즈마 이온주입 공정으로 고농도의 N형 불순물 이온을 주입하여 상기 제 1 깊이보다 작은 제 2 깊이를 갖는 고농도 N형 도핑영역(54)을 형성한다.A high concentration N-type doped region having a second depth smaller than the first depth by implanting a high concentration of N-type impurity ions into the P-type semiconductor substrate 51 having the N-type doped region 53 by a plasma ion implantation process. Form 54.
이때, 상기 고농도의 N형 불순물 이온으로는 인(P) 이온을 사용하거나 아세닌(As) 이온과 인(P) 이온을 동시에 사용한다.In this case, phosphorus (P) ions are used as the high concentration N-type impurity ions, or acenin (As) ions and phosphorus (P) ions are used simultaneously.
또한, 상기 고농도 N형 도핑영역(54)에 주입되는 상기 고농도 N형 불순물 이온의 농도는 상기 P형 반도체 기판(51)의 불순물 농도보다 높다.In addition, the concentration of the high concentration N-type impurity ions implanted into the high concentration N-type doping region 54 is higher than that of the P-type semiconductor substrate 51.
이어, 상기 P형 반도체 기판(51)의 전면에 플라즈마 이온 주입 공정으로 고농도 P형 불순물 이온을 주입하여 상기 제 2 깊이보다 작은 제 3 깊이를 갖는 고농도 P형 도핑영역(55)을 형성한다.Subsequently, a high concentration P-type doped region 55 having a third depth smaller than the second depth is formed by implanting high concentration P-type impurity ions into the entire surface of the P-type semiconductor substrate 51 by a plasma ion implantation process.
이때, 상기 고농도 P형 도핑영역(55)에 주입되는 상기 고농도 P형 불순물 이온의 양은 상기 고농도 N형 도핑영역(54)에 주입되는 상기 고농도 N형 불순물 이온의 양과 상기 N형 불순물 이온의 양을 합한 것보다 많아야 한다.At this time, the amount of the high concentration P-type impurity ions implanted into the high concentration P-type doping region 55 is equal to the amount of the high concentration N-type impurity ions implanted into the high concentration N-type doping region 54 and the amount of the N-type impurity ions. There should be more than the sum.
도 6은 도 5의 Y 방향에 따른 불순물 이온의 도핑 농도 로그 스케일로 나태낸 도면으로, 상술한 바와 같이 상기 고농도 P형 도핑영역(55)에 주입된 불순물 이온의 양이 상기 고농도 N형 도핑영역(54)에 주입된 불순물 이온의 양과 상기 N형 도핑영역(53)에 주입된 불순물 이온의 양의 합보다 월등히 많고, 상기 고농도 N형 도핑영역(54)의 농도는 상기 고농도 P형 도핑영역(55)의 농도보다는 낮고 상기 P형 반도체 기판(51)의 농도보다는 크다는 것을 나타낸다.FIG. 6 is a diagram illustrating a doping concentration logarithmic scale of impurity ions in the Y-direction of FIG. 5, in which the amount of impurity ions implanted into the high concentration P-type doping region 55 is as described above. The concentration of the impurity ions implanted into the 54 and the amount of the impurity ions implanted into the N-type doping region 53 is significantly higher, and the concentration of the high concentration N-type doping region 54 is greater than that of the high concentration P-type doping region ( It is lower than the concentration of 55 and higher than the concentration of the P-type semiconductor substrate 51.
그리고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 포토다이오드의 배선 및 접합 구조를 나타낸 도면으로, 상기 P형 반도체 기판(51)과 고농도 P형 도핑영역(55)은 접지단에 연결되고 상기 N형 도핑영역(53)은 VDD에 연결된다.7 is a view illustrating a wiring and a junction structure of a photodiode according to an exemplary embodiment of the present invention, wherein the P-type semiconductor substrate 51 and the high concentration P-type doped region 55 are connected to a ground terminal and the N-type. The doped region 53 is connected to VDD.
그리고, 상술한 바와 같이 상기 N형 도핑영역(53)의 도핑 농도를 종래의 포토다이오드에서보다 더 낮게 형성하여 상기 N형 도핑영역(53)이 완전히 공핍됨은물론, 종래 포토다이오드에 비해 공핍영역(56)의 너비가 증가됨을 보이고 있다.As described above, the doping concentration of the N-type doped region 53 is lower than that of the conventional photodiode so that the N-type doped region 53 is completely depleted. 56 shows an increase in the width.
참고로, 도면의 점선 내부는 공핍영역(56)을 나타낸다.For reference, the dotted line in the figure represents the depletion region 56.
그리고, 도 8은 본 발명의 포토다이오드의 에너지 밴드를 나타낸 도면으로 전도대역 에너지 준위(EC)와, 페르미 에너지 준위(EF), 가전자 대역 에너지 준위(EV)를 도시하였다.8 is a diagram showing the energy band of the photodiode of the present invention, which shows the conduction band energy level (E C ), the Fermi energy level (E F ), and the valence band energy level (E V ).
이때, 도면의 공핍영역의 너비는 상기 도 7의 공핍영역(56)의 너비와 동일하다.In this case, the width of the depletion region of FIG. 7 is the same as the width of the depletion region 56 of FIG. 7.
그리고, 상술한 바와 같이 고농도 P형 도핑영역(55)의 불순물 이온의 양을 상기 고농도 N형 도핑영역(54)의 불순물 이온의 양과 N형 도핑영역(53)의 불순물 이온의 양의 합보다 월등히 크기 때문에 도 8에 도시된 바와 같이, 터널링 길이(A)가 줄어들게 된다.As described above, the amount of impurity ions in the heavily doped P-type doped region 55 is much greater than the sum of the amount of impurity ions in the heavily doped N-type doped region 54 and the amount of impurity ions in the N-type doped region 53. Due to its size, as shown in FIG. 8, the tunneling length A is reduced.
따라서, 광자의 투과량은 투과거리에 지수적으로 감소하므로, 터널링 길이(A)가 감소하면 공핍영역에 도달하는 광자가 증가되어 상기 P형 반도체 기판(51)에서의 광전자 효율이 증가하게 된다.Therefore, since the transmission amount of the photons decreases exponentially in the transmission distance, when the tunneling length A decreases, the photons reaching the depletion region are increased, thereby increasing the optoelectronic efficiency in the P-type semiconductor substrate 51.
상기와 같은 본 발명의 씨모스 이미지 센서의 포토다이오드 및 그의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.The photodiode of the CMOS image sensor of the present invention as described above and a manufacturing method thereof have the following effects.
첫째, 공핍영역의 너비가 증가되므로 포토다이오드의 감도를 향상시킬 수 있다.First, since the width of the depletion region is increased, the sensitivity of the photodiode can be improved.
둘째, 터널링 길이가 감소되어 광자의 손실이 줄어들어 터널링 전자가 증가하므로 광효율을 향상시킬 수 있다.Second, the tunneling length is reduced, so the loss of photons is reduced, thereby increasing the tunneling electrons, thereby improving the light efficiency.
셋째, 광효율을 효과적으로 증가시킬 수 있으므로 포토다이오드의 면적을 줄일 수 있으므로 이를 적용하는 반도체 소자의 집적도를 향상시킬 수 있다.Third, since the light efficiency can be effectively increased, the area of the photodiode can be reduced, and thus the integration degree of the semiconductor device to which the light emitting diode is applied can be improved.
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