KR100575341B1 - Method of manufacturing image cmos sensor - Google Patents

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Abstract

본 발명은 저조도 특성을 개선함과 동시에 명함 표현력을 향상시킬 수 있는 CMOS 이미지센서의 제조방법을 제공한다.The present invention provides a method of manufacturing a CMOS image sensor that can improve the low light characteristics and at the same time improve the expressive power of business cards.

본 발명은 포토다이오드 영역이 정의된 제 1 도전형 반도체 기판을 준비하는 단계; 포토다이오드 영역에 제 2 도전형 제 1 불순물영역을 형성하는 단계; 제 1 불순물영역의 기판 표면을 비정질화시켜 소정 두께의 비정질 반도체층을 형성하는 단계; 비정질 반도체층을 재결정화하는 단계; 및 재결정화된 제 1 불순물영역의 기판 표면에 제 1 도전형 제 2 불순물영역을 형성하는 단계를 포함하는 이미지센서의 제조방법에 의해 달성될 수 있다. 바람직하게, 비정질화는 Ar 이온주입공정으로 수행하고, 비정질 반도체층은 약 200Å 이내의 두께로 형성한다. 또한, 재결정화는 600 내지 650℃의 온도에서 N2 분위기로 저온 열처리공정으로 수행하고, 제 2 불순물영역은 비교적 낮은 도즈량으로 형성한다.The present invention provides a method of preparing a semiconductor device, comprising: preparing a first conductive semiconductor substrate having a photodiode region defined therein; Forming a second conductivity type first impurity region in the photodiode region; Amorphizing the surface of the substrate of the first impurity region to form an amorphous semiconductor layer of a predetermined thickness; Recrystallizing the amorphous semiconductor layer; And forming a first conductivity type second impurity region on the substrate surface of the recrystallized first impurity region. Preferably, the amorphous is performed by an Ar ion implantation process, and the amorphous semiconductor layer is formed to a thickness of about 200 GPa. In addition, recrystallization is performed by a low temperature heat treatment process in an N 2 atmosphere at a temperature of 600 to 650 ℃, the second impurity region is formed with a relatively low dose amount.

이미지센서, 포토다이오드, 이온주입, 비정질화, 재결정화Image sensor, photodiode, ion implantation, amorphous, recrystallization

Description

씨모스 이미지센서의 제조방법{METHOD OF MANUFACTURING IMAGE CMOS SENSOR} Manufacturing method of CMOS image sensor {METHOD OF MANUFACTURING IMAGE CMOS SENSOR}             

도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 실시예에 따른 CMOS 이미지센서의 제조방법을 설명하기 위한 단면도.1A to 1D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a CMOS image sensor according to an embodiment of the present invention.

도 2는 종래 CMOS 이미지센서의 포토다이오드 영역의 불순물영역을 나타낸 도면.2 shows an impurity region of a photodiode region of a conventional CMOS image sensor.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 CMOS 이미지센서의 포토다이오드 영역의 불순물영역을 나타낸 도면.3 illustrates an impurity region of a photodiode region of a CMOS image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of symbols for main parts of drawing

10 : 반도체 기판 11 : 필드산화막10 semiconductor substrate 11 field oxide film

12 : 게이트 절연 13 : 게이트 12: gate insulation 13: gate

14, 19 : 마스크 패턴 15 : 딥 N- 이온주입공정14, 19: mask pattern 15: deep N - ion implantation process

16 : 딥 N- 영역 16a : 비정질 반도체층16: deep N - region 16a: amorphous semiconductor layer

17 : Ar 이온주입공정 18 : 저온 열처리공정17: Ar ion implantation process 18: Low temperature heat treatment process

20 : P0 이온주입공정 21 : P0 영역20: P 0 ion implantation process 21: P 0 region

본 발명은 이미지센서의 제조방법에 관한 것으로, 특히 PNP 구조의 포토다이오드를 구비한 CMOS 이미지센서의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing an image sensor, and more particularly, to a method of manufacturing a CMOS image sensor having a photodiode having a PNP structure.

일반적으로, 이미지센서는 광학영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 빛을 감지하는 광감지 부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 로직회로 부분으로 구성되어 있으며, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지센서의 경우에는 CMOS 기술을 이용하여 화소 수만큼 MOS 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용한다. In general, an image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal. The image sensor is composed of an optical sensing part that senses light and a logic circuit part that processes the sensed light into an electrical signal to make data. (Complementary Metal Oxide Semiconductor) In the case of image sensor, CMOS technology is used to make MOS transistors by the number of pixels, and the switching method is used to detect the output sequentially.

CMOS 이미지센서의 단위화소는 광감지 부분인 포토다이오드와 4개의 NMOS 트랜지스터로 구성되는데, 4개의 NMOS 트랜지스터 중 전송(Transfer) 트랜지스터는 포토다이오드에서 생성된 광전하를 플로팅 확산영역으로 운송하는 역할을 하고, 리셋(Reset) 트랜지스터는 신호검출을 위해 플로팅 확산영역에 저장되어 있는 전하를 배출하는 역할을 하고, 구동(Drive) 트랜지스터는 소스팔로워(Source Follower) 역할을 하여, 선택(Selective) 트랜지스터는 스위칭(Switching) 및 어드레싱 (Addressing) 역할을 한다.The unit pixel of the CMOS image sensor is composed of a photodiode, which is a photo-sensing part, and four NMOS transistors. Among the four NMOS transistors, a transfer transistor transports photocharges generated in the photodiode to a floating diffusion region. The reset transistor serves to discharge charge stored in the floating diffusion region for signal detection, the drive transistor serves as a source follower, and the selective transistor switches. It acts as a switching and addressing.

한편, 통상의 CMOS 디바이스 제조에서는 일련의 식각공정 및 이온주입공정에 의해 실리콘 기판 표면에서 데미지(damage)가 발생하고, 이러한 데미지가 "핵생성 부(nucleation sites)"로 작용하여 후속 고온 열처리시 결정결함들을 유발하여 누설전류를 증가시키는 원인으로 작용하게 된다. In conventional CMOS device fabrication, on the other hand, damage occurs on the surface of a silicon substrate by a series of etching and ion implantation processes, and these damages act as "nucleation sites" and are determined during subsequent high temperature heat treatment. This causes the defects and increases the leakage current.

마찬가지로, CMOS 이미지센서도 이러한 통상의 CMOS 디바이스와 동일하게 제조되는데, CMOS 이미지센서의 경우에는 다른 CMOS 디바이스에 비해 누설전류 특성에 상대적으로 크게 영향을 받아, 누설전류가 소폭 증가하더라도 저조도 특성이 현저하게 저하된다. 따라서, 결정결함들이 누설전류화되지 않도록 포토다이오드 영역에 제 1 불순물영역(딥 N- 영역)을 형성 후 결정결함들이 포토다이오드 영역으로부터 격리되도록 제 1 불순물영역과 반대 도전형의 제 2 불순물영역(P0 불순물영역)을 비교적 높은 도즈량으로 형성한다.Similarly, CMOS image sensors are manufactured in the same manner as those of conventional CMOS devices. In the case of CMOS image sensors, the leakage current characteristics are relatively largely affected in comparison with other CMOS devices, and low light characteristics are remarkably increased even if the leakage current is slightly increased. Degrades. Accordingly, after the first impurity region (deep N region) is formed in the photodiode region so that the crystal defects do not become leakage current, the second impurity region having a conductivity type opposite to that of the first impurity region is formed so as to isolate the crystal defects from the photodiode region. to form an impurity region P 0) with relatively high dose amount.

그러나, 이러한 제 2 불순물영역의 형성으로 인해 저조도 특성은 개선할 수 있는 반면, 빛에 의해 생성되는 전자들을 모으는 제 1 불순물영역의 감소로 인해 명암 표현력(gray grade)이 열화되는 문제가 발생하게 된다.However, the formation of the second impurity region can improve the low light characteristics, but the gray grade deteriorates due to the reduction of the first impurity region that collects electrons generated by light. .

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 저조도 특성을 개선함과 동시에 명함 표현력을 향상시킬 수 있는 CMOS 이미지센서의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a CMOS image sensor that can improve the low light characteristics and at the same time improve the expressive power of business cards.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 일 측면에 따른 본 발명은 포토다이오드 영역이 정의된 제 1 도전형 반도체 기판을 준비하는 단계와, 상기 포토다이오드 영역에 제 2 도전형 제 1 불순물영역을 형성하는 단계와, 상기 제 1 불순물영역의 기판 표면을 비정질화시켜 소정 두께의 비정질 반도체층을 형성하는 단계와, 상기 비정질 반도체층을 600 내지 650℃의 온도에서 N2 분위기로 저온 열처리공정으로 수행하여 재결정화하는 단계와, 상기 재결정화된 제 1 불순물영역의 기판 표면에 제 1 도전형 제 2 불순물영역을 형성하는 단계를 포함하는 이미지센서의 제조방법을 제공한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of preparing a first conductive semiconductor substrate in which a photodiode region is defined, and forming a second conductive first impurity region in the photodiode region. And forming an amorphous semiconductor layer having a predetermined thickness by amorphizing the substrate surface of the first impurity region, and recrystallizing the amorphous semiconductor layer by performing a low temperature heat treatment process in an N 2 atmosphere at a temperature of 600 to 650 ° C. And forming a first conductivity type second impurity region on the substrate surface of the recrystallized first impurity region.

바람직하게, 비정질화는 Ar 이온주입공정으로 수행하고, 비정질 반도체층은 약 200Å 이내의 두께로 형성한다.Preferably, the amorphous is performed by an Ar ion implantation process, and the amorphous semiconductor layer is formed to a thickness of about 200 GPa.

또한, 재결정화는 600 내지 650℃의 온도에서 N2 분위기로 저온 열처리공정으로 수행하고, 제 2 불순물영역은 비교적 낮은 도즈량으로 형성한다.In addition, recrystallization is performed by a low temperature heat treatment process in an N 2 atmosphere at a temperature of 600 to 650 ℃, the second impurity region is formed with a relatively low dose amount.

이하, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 보다 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예를 소개하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be introduced in order to enable those skilled in the art to more easily carry out the present invention.

도 1a 내지 도 1d와 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 CMOS 이미지센서의 제조방법을 설명한다.A method of manufacturing a CMOS image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A to 1D and FIGS. 2 and 3.

도 1a에 도시된 바와 같이, 포토다이오드 및 트랜지스터 영역이 정의되고, P- 에피층이 형성된 P형 반도체 기판(10)에 필드 산화막(11)을 형성하고, 트랜지스터 영역의 기판(10) 상에는 게이트 절연막(12)과 게이트(13)를 형성한다. 여기서, 반도체 기판(10)은 실리콘 기판이며, 게이트(13)는 전송 게이트를 나타낸다. 그 다음, 포토리소그라피 공정에 의해 기판(10) 상에 포토다이오드 영역을 오픈시키는 마스크 패턴(14)을 형성하고, 마스크 패턴(14)을 이용하여 딥 N- 이온주입공정(15)을 수행하여, 포토다이오드 영역의 기판(10) 내부에 딥 N- 영역(16)을 형성한다. As shown in FIG. 1A, a field oxide film 11 is formed on a P-type semiconductor substrate 10 in which a photodiode and a transistor region are defined and a P epitaxial layer is formed, and a gate insulating film is formed on the substrate 10 of the transistor region. 12 and the gate 13 are formed. Here, the semiconductor substrate 10 is a silicon substrate, and the gate 13 represents a transfer gate. Next, a mask pattern 14 for opening the photodiode region is formed on the substrate 10 by a photolithography process, and a deep N ion implantation process 15 is performed using the mask pattern 14. The deep N region 16 is formed inside the substrate 10 of the photodiode region.

도 1b에 도시된 바와 같이, 제 1 마스크 패턴(14)을 이용하여 Ar 이온주입공정(17)을 수행하여 딥 N- 영역(16)의 기판(10) 표면을 비정질화시켜 소정 두께의 비정질 반도체층(16a)을 형성한다. 이때, 비정질 반도체층(16a)이 약 200Å 이내의 두께를 갖도록 Ar 도즈량과 에너지를 적절하게 조절한다.As shown in FIG. 1B, an Ar ion implantation process 17 is performed using the first mask pattern 14 to amorphousize the surface of the substrate 10 of the deep N region 16 to form an amorphous semiconductor having a predetermined thickness. Form layer 16a. At this time, the amount of Ar dose and energy are appropriately adjusted so that the amorphous semiconductor layer 16a has a thickness within about 200 kW.

도 1c에 도시된 바와 같이, 공지된 방법에 의해 제 1 마스크 패턴(14)을 제거하고, 600 내지 650℃의 온도에서 N2 분위기로 저온 열처리공정(18)을 수행하여, 비정질 반도체층(16a)을 재결정화한다. 즉, Ar 이온주입공정(17)에 의해 딥 N- 영역(16)의 기판(10) 표면을 비정질화한 후 다시 저온 열처리공정(18)으로 재결정화시키게 되면, 이온주입공정에 의해 유발되는 결정결함 등의 생성 및 성장이 억제된다.As shown in FIG. 1C, the first mask pattern 14 is removed by a known method, and the low-temperature heat treatment process 18 is performed in an N 2 atmosphere at a temperature of 600 to 650 ° C. to form the amorphous semiconductor layer 16a. ) Recrystallize. That is, when the surface of the substrate 10 of the deep N-region 16 is amorphous by the Ar ion implantation process 17 and then recrystallized by the low temperature heat treatment process 18, crystals caused by the ion implantation process are crystallized. Generation and growth of defects and the like are suppressed.

도 1d에 도시된 바와 같이, 포토리소그라피 공정에 의해 기판(10) 상에 포토다이오드 영역을 오픈시키는 제 2 마스크 패턴(19)을 형성하고, 제 2 마스크 패턴(19)을 이용하여 P0 이온주입공정(20)을 수행하여 딥 N- 영역(16)의 기판(10) 표면에 P0 영역(21)을 형성한다. 이때, 딥 N- 영역(16)이 형성된 기판(10) 표면에 발생된 결정결함(100)을 감안하여 P0 영역(21a)을 일정 도즈량 이상으로 높게 형성하는 종래의 경우(도 2 참조)와 달리, 본 발명(도 3 참조)에서는 결정결함(100)이 존재하지 않으므로 P0 영역(21)을 상대적으로 낮은 도즈량으로 형성할 수 있게 된다. 이에 따라, 종래에 비해 빛에 의해 생성되는 전자들을 모으는 딥 N- 영역(16)의 충분한 영역확보가 가능해진다(y1 > y).As shown in FIG. 1D, a second mask pattern 19 is formed on the substrate 10 to open the photodiode region by a photolithography process, and P 0 implantation is performed using the second mask pattern 19. The process 20 is performed to form the P 0 region 21 on the surface of the substrate 10 of the deep N region 16. At this time, in consideration of the crystal defect 100 generated on the surface of the substrate 10 on which the deep N-region 16 is formed, the conventional case of forming the P 0 region 21a higher than a predetermined dose amount (see FIG. 2). Unlike the present invention (see FIG. 3), since the crystal defect 100 does not exist, the P 0 region 21 can be formed with a relatively low dose. Accordingly, it is possible to secure a sufficient area of the deep N region 16 that collects electrons generated by light as compared with the conventional art (y1> y).

상기 실시예에 의하면, 포토다이오드의 제 1 불순물영역인 딥 N- 이온주입공정 후 비정질화 및 재결정화를 수행하여 이온주입공정에 의해 기판 표면에 유발되는 결정결함 등의 생성 및 성장을 억제함으로써, 누설전류 증가 및 이에 따른 저조도 특성 저하를 방지할 수 있다.According to the above embodiment, by performing amorphous and recrystallization after the deep N-ion implantation process, which is the first impurity region of the photodiode, by suppressing the generation and growth of crystal defects caused on the surface of the substrate by the ion implantation process, Increasing leakage current and consequently deterioration of low light characteristics can be prevented.

또한, 포토다이오드의 제 2 불순물영역인 P0 영역을 종래에 비해 상대적으로 낮게 도즈량으로 형성할 수 있으므로 명암 표현력(gray grade) 열화를 방지할 수 있다.In addition, since the P 0 region, which is the second impurity region of the photodiode, may be formed at a relatively low dose, the gray level degradation may be prevented.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those of ordinary knowledge.

전술한 본 발명은 이미지센서의 저조도 특성을 개선할 수 있을 뿐만 아니라 명함 표현력을 향상시킬 수 있다. The above-described present invention can not only improve the low light characteristic of the image sensor but also improve the business card expression power.

Claims (5)

포토다이오드 영역이 정의된 제 1 도전형 반도체 기판을 준비하는 단계;Preparing a first conductivity type semiconductor substrate having a photodiode region defined therein; 상기 포토다이오드 영역에 제 2 도전형 제 1 불순물영역을 형성하는 단계;Forming a second conductivity type first impurity region in the photodiode region; 상기 제 1 불순물영역의 기판 표면을 비정질화시켜 소정 두께의 비정질 반도체층을 형성하는 단계;Amorphous forming a surface of the substrate of the first impurity region to form an amorphous semiconductor layer having a predetermined thickness; 상기 비정질 반도체층을 600 내지 650℃의 온도에서 N2 분위기로 저온 열처리공정으로 수행하여 재결정화하는 단계; 및 Recrystallizing the amorphous semiconductor layer by performing a low temperature heat treatment in an N 2 atmosphere at a temperature of 600 to 650 ° C .; And 상기 재결정화된 제 1 불순물영역의 기판 표면에 제 1 도전형 제 2 불순물영역을 형성하는 단계Forming a first conductivity type second impurity region on the substrate surface of the recrystallized first impurity region 를 포함하는 이미지센서의 제조방법.Method of manufacturing an image sensor comprising a. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 비정질화는 Ar 이온주입공정으로 수행하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.The amorphous process is a manufacturing method of the image sensor, characterized in that performed by the Ar ion implantation process. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, The method according to claim 1 or 2, 상기 비정질 반도체층은 약 200Å 이내의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.And the amorphous semiconductor layer is formed to a thickness within about 200 kW. 삭제delete 삭제delete
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