KR100561971B1 - 씨모스 이미지 센서의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 씨모스 이미지 센서에 관한 것으로, 보다 자세하게는 액티브 콘택 형성시 발생할 수 있는 누설전류 및 저항을 감소시킬 수 있는 씨모스 이미지 센서의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 상기 목적은 기판의 상부에 게이트 산화막과 폴리를 증착하고 포토공정으로 상기 폴리와 게이트 산화막을 패터닝하여 게이트를 형성하는 단계, 상기 게이트의 측벽에 스페이서를 형성하는 단계, 상기 게이트의 액티브 영역 상부가 오픈된 마스크를 형성하는 단계, 상기 오픈된 액티브 영역의 스페이서와 게이트 산화막을 제거하는 단계, 상기 마스크를 제거하는 단계, 상기 기판의 픽셀 영역에 보호막을 형성하는 단계 및 상기 보호막을 형성한 기판에 살리사이드 공정을 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법에 의해 달성된다.
따라서, 본 발명의 씨모스 이미지 센서의 제조방법은 게이트 폴리를 액티브 콘택의 위치까지 확장 후 살리사이드 공정을 진행하여 게이트 폴리와 액티브 영역을 연결시킴으로써 실리콘 기판의 표면에 콘택을 형성하지 않고 게이트에 단 하나의 콘택을 형성함으로써 실리콘 기판의 표면에 발생하는 데미지를 감소시킬 수 있으며, 또한 누설전류 및 저항을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
CMOS, 이미지 센서, salicide, 누설전류, 콘택
Description
도 1a는 종래기술에 의한 CMOS 이미지 센서의 단면도.
도 1b는 종래기술에 의한 CMOS 이미지 센서의 평면도.
도 2a는 본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서의 단면도.
도 2b는 본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서의 평면도.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서의 공정도.
본 발명은 씨모스 이미지 센서에 관한 것으로, 보다 자세하게는 액티브 콘택 형성시 발생할 수 있는 누설전류 및 저항을 감소시킬 수 있는 씨모스 이미지 센서의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 이미지 센서라 함은 광학 영상(Optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체소자로서, 이중 전하결합소자(CCD : Charge Coupled Device)는 개 개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 커패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 커패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, CMOS(Complementary MOS; CMOS) 이미지 센서는 제어회로(Control circuit) 및 신호처리회로(Signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소 수만큼 MOS트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(Output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.
이러한 다양한 이미지 센서를 제조함에 있어서, 이미지 센서의 감광도(Photo sensitivity)를 증가시키기 위한 노력들이 진행되고 있는 바, 그 중 하나가 집광기술이다. 예컨대, CMOS 이미지 센서는 빛을 감지하는 포토다이오드와 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 CMOS 로직회로부분으로 구성되어 있는 바, 광감도를 높이기 위해서는 전체 이미지 센서 면적에서 포토다이오드의 면적이 차지하는 비율을 크게 하려는 노력이 진행되고 있다.
또한, CCD와는 별도로 CMOS 이미지 센서의 고집적화도 급속도로 이루어지고 있는 단계이다. 0.25㎛의 선폭 이하의 기술에서의 이미지 센서 제조에 있어서도 기존의 스탠다드 로직(Standard logic)과 동일하게 Ti 또는 Co 등의 살리사이드를 갖는 게이트 전극과 소스/드레인 영역이 필수화되고 있다.
대한민국 공개특허 제 2003-1108호와 제 2003-58276호에는 누설전류를 감소시킬 수 있는 살리사이드를 이용한 이미지 센서의 제조방법에 대하여 기재되어 있고, 미국 등록특허 제 6,040,592호에도 살리사이드 공정을 이용한 씨모스 이미지 센서에 대하여 기재되어 있다.
종래기술에 따른 이미지 센서의 살리사이드 형성 공정은 먼저 반도체층에 국부적으로 필드 절연막을 형성한 다음, 필드 절연막과 떨어진 영역에 게이트 전극을 형성한 다음, 게이트 전극의 일측에 접하는 포토다이오드 및 게이트 전극의 타측에 접하는 소스/드레인을 형성하는 바, 통상의 포토다이오드 형성을 위한 이온주입 공정을 통해 형성된다. 상기 반도체층은 고농도인 P++ 층 및 P-Epi층이 적층된 것을 이용한다. 이어서, 전체 구조 표면을 따라 Ti 등의 금속막을 스퍼터링(Sputtering)법을 이용하여 300Å 내지 500Å의 두께가 되도록 형성한다.
다음, 730℃ 정도의 온도에서 20초 정도의 시간 동안 급속열처리(Rapid Thermal Process; RTP)하여 실리사이드(silicide)를 형성한다. 이 때 N2 등의 가스 분위기에서 열처리를 함으로써 기판의 Si와 Ti 등의 금속이 반응하여 TiSi2 등의 실리사이드가 형성된다.
이 때, 살리사이드(self align silicide; salicide) 공정이 적용되는 바, 산화막 계열에서는 Ti가 반응하지 않고 미반응 Ti가 잔류하게 되므로, 세정 공정 등을 실시하여 이러한 미반응 Ti를 제거한 다음, 다시 850℃ 정도의 고온에서 RTP를 실시함으로써, FD(Floating Diffusion) 등의 콘택 형성에 저항을 감소시킬 수 있는 실리사이드가 형성된다.
다음, 게이트 전극과 제1금속층간의 절연을 위하여 층간절연막을 형성한 후, 상기 층간절연막을 선택적으로 식각하여 금속층 콘택 부위를 형성한 후, 상기 콘택 부위에 금속 패턴을 형성한다.
상기와 같은 종래 기술에서는 도 1a와 도 1b와 같이 액티브 영역(A)과 게이트 영역(B)에 각각 콘택을 형성한다. 이러한 기술은 픽셀 액티브 콘택(Pixel active contact)을 M1C 콘택형성시 동시에 만드는 방법을 사용하고 있는데, 이 방법에서 나타날 수 있는 문제점은 도 1a의 A에서와 같이 액티브 콘택 형성시 액티브 표면을 과도하게 식각하여 실리콘의 내부까지 오버에치되어 누설전류 또는 저항(Rc)값에 영향을 미치는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 현재 사용되는 M1C에서의 픽셀 콘택을 게이트 폴리를 확장하여 살리사이드화하여 액티브 콘택 형성시 발생할 수 있는 누설전류의 감소, 콘택 저항의 감소 및 기판의 표면에 발생하는 데미지의 감소시킬 수 있는 CMOS 이미지 센서의 제조방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 기판의 상부에 게이트 산화막과 폴리를 액티브 영역의 상부까지 증착하고 포토공정으로 상기 폴리와 게이트 산화막을 패터닝하여 게이트를 형성하는 단계; 상기 게이트의 측벽에 스페이서를 형성하는 단계; 상기 게이트의 액티브 영역 상부가 오픈된 마스크를 형성하는 단계; 상기 오픈된 액티브 영역의 스페이서와 게이트 산화막을 제거하는 단계; 상기 마스크를 제거하는 단계; 상기 기판의 픽셀 영역에 보호막을 형성하는 단계; 및 상기 보호막을 형성한 기판에 살리사이드 공정을 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법에 의해 달성된다.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
도 2a는 게이트 폴리를 길게 확장하여 액티브 콘택의 위치까지 연결한 뒤 살리사이드 공정을 진행한 단면도이고, 도 2b는 게이트 폴리를 길게 확장하여 액티브 콘택의 위치까지 연결한 뒤 살리사이드 공정을 진행한 평면도이다.
게이트 폴리를 길게 확장하여 액티브 콘택의 위치까지 연결한 뒤 살리사이드 공정을 진행하여 게이트 폴리와 액티브 영역을 연결시킴으로써 실리콘 기판의 표면에 콘택을 형성하지 않고 게이트에 단 하나의 콘택을 형성하여도 금속배선공정이 가능해진다.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명에 따른 제조방법을 나타낸 도면이다.
우선, 도 3a는 액티브 영역 위까지 게이트를 형성한 평면도이다.
반도체 기판(11)의 상부에 게이트 산화막을 증착하고 상기 게이트 산화막의 상부에 폴리를 증착하고 포토공정으로 상기 게이트 산화막과 폴리를 소정부분 식각하여 원하는 패턴의 게이트(12)를 형성한다. 드라이브 트랜지스터의 폴리를 확장하여 기존의 액티브 영역에 형성되던 콘택(C)의 상부까지 게이트를 형성한다.
다음, 도 3b는 스페이서를 형성한 공정 평면도이다.
게이트를 포함한 기판의 상부에 스페이서를 형성할 질화막을 형성하고 상기 질화막을 식각하여 게이트의 측벽에 스페이서(13)를 형성한다. 상기 스페이서는 실리콘 나이트라이드(SiN)가 바람직하다.
다음, 도 3c는 마스크를 형성한 공정 평면도이다.
상기 결과물이 형성된 기판의 전면에 포토레지스트를 형성하고, 상기 포토레지스트를 패터닝한다. 패터닝시 게이트가 확장된 액티브 영역 상부를 오픈한다(21).
다음, 도 3d는 액티브 영역의 스페이서가 제거된 공정 평면도이다.
액티브 영역에 실리사이드를 형성하기 위하여 게이트 하부의 옥사이드와 측벽의 스페이서를 건식식각 또는 습식식각하여 제거한다. 게이트의 측벽에 형성된 스페이서와 게이트의 하부에 형성된 옥사이드는 후속 살리사이드 공정시 실리사이드화가 되지 않는다. 따라서 액티브 영역과 게이트의 접촉을 위해서 상기 스페이서와 옥사이드를 제거하는 것이다. 상기 스페이서는 습식식각공정으로 제거하는 것이 바람직하고, 상기 옥사이드는 건식식각 예컨데 RIE(Reactive Ion Etch)로 제거한다.
상기 스페이서와 옥사이드를 제거후 포토레지스트 마스크를 제거한다. 마스크를 제거한 후 액티브 영역 상부에 형성된 게이트의 측벽에 형성된 스페이서가 제거됐음을 알 수 있다(22).
다음, 도 3e는 픽셀 영역에 보호막을 형성한 공정 평면도이다.
살리사이드 공정시 픽셀 영역을 보호하기 위하여 픽셀 영역의 상부에 보호막(15)을 형성한다. 상기 보호막은 TEOS(tetraethyl ortho-silicate)를 증착하여 형성하는 것이 바람직하다.
다음, 도 3f는 살리사이드 공정을 진행한 공정 평면도이다.
보호막을 형성한 기판에 살리사이드 공정을 진행하여 액티브 영역과 게이트 폴리를 연결하는 실리사이드(16)를 형성한다. 상기의 공정으로 콘택(17)을 게이트 상부에만 형성해도 금속배선공정이 가능해 진다.
상기의 공정으로 이미지 센서에서 가장 치명적인 문제를 발생시킬 수 있는 실리콘 기판의 콘택으로 인한 누설 전류를 줄일 수 있다.
상세히 설명된 본 발명에 의하여 본 발명의 특징부를 포함하는 변화들 및 변형들이 당해 기술 분야에서 숙련된 보통의 사람들에게 명백히 쉬워질 것임이 자명하다. 본 발명의 그러한 변형들의 범위는 본 발명의 특징부를 포함하는 당해 기술 분야에 숙련된 통상의 지식을 가진 자들의 범위 내에 있으며, 그러한 변형들은 본 발명의 청구항의 범위 내에 있는 것으로 간주된다.
따라서, 본 발명의 씨모스 이미지 센서의 제조방법은 게이트 폴리를 액티브 콘택의 위치까지 확장 후 살리사이드 공정을 진행하여 게이트 폴리와 액티브 영역을 연결시킴으로써 실리콘 기판의 표면에 콘택을 형성하지 않고 게이트에 단 하나의 콘택을 형성함으로써 실리콘 기판의 표면에 발생하는 데미지를 감소시킬 수 있 으며, 또한 누설전류 및 저항을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
Claims (6)
- 씨모스 이미지 센서의 제조방법에 있어서,기판의 상부에 게이트 산화막과 폴리를 액티브 영역의 상부까지 증착하고 포토공정으로 상기 폴리와 게이트 산화막을 패터닝하여 게이트를 형성하는 단계;상기 게이트의 측벽에 스페이서를 형성하는 단계;상기 게이트의 액티브 영역 상부가 오픈된 마스크를 형성하는 단계;상기 오픈된 액티브 영역의 스페이서와 게이트 산화막을 제거하는 단계;상기 마스크를 제거하는 단계;상기 기판의 픽셀 영역에 보호막을 형성하는 단계; 및상기 보호막을 형성한 기판에 살리사이드 공정을 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,상기 스페이서는 실리콘 나이트라이드로 형성된 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 스페이서의 제거는 습식 식각공정으로, 상기 게이트 산화막은 건식 식각으로 제거하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 보호막은 TEOS를 증착하여 형성하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 살리사이드 공정은 액티브 영역과 게이트 폴리가 연결되도록 실리사이드를 형성하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
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