KR100587394B1 - 반도체 소자의 제조방법 - Google Patents

반도체 소자의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 이미지 센서의 제조공정에서 중수소 분위기의 열처리를 실시함에 따라 전기적 스트레스에 대한 신뢰성을 증가시키고, STI 격리영역의 계면에 존재하는 결함들이 포토 다이오드로 침투하는 것을 방지하여 포토 다이오드의 누설전류를 최소화할 수 있게 된다.
격리구조, 중수소, 계면특성, 포토 다이오드, 누설전류

Description

반도체 소자의 제조방법{Method for Fabricating Semiconductor Device}
도 1은 일반적인 이미지 센서의 단면구성을 보인 예시도.
도 2는 본 발명에 의한 중수소 분위기의 열처리를 하였을 경우에 기판과 산화막(STI 격리영역 또는 게이트산화막)의 계면 결합상태를 보인 예시도.
도 3은 종래 수소 분위기의 열처리와 본 발명에 의한 중수소 분위기의 열처리시 포토 다이오드의 누설전류를 비교한 예시도.
도 4는 도 3에 있어서, 포토 다이오드의 전류 특성곡선을 비교한 예시도.
도 5는 주변 영역에 형성된 포토 다이오드의 패턴과 액티브 영역에 형성된 포토 다이오드의 패턴을 비교하여 보인 예시도.
도 6은 본 발명에 의한 중수소 분위기의 열처리에 의한 누설전류 감소 효과를 액티브 영역에 형성된 포토 다이오드와 주변 영역에 형성된 포토 다이오드로 비교한 예시도.
도 7은 종래 수소 분위기와 본 발명에 의한 중수소 분위기에서 열처리한 모스 트랜지스터의 스트레스에 따른 계면특성을 비교한 예시도.
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에스티아이(Shallow Trench Isolation : STI) 격리영역의 계면특성을 향상시키고, 포토 다이오드(Photo Diode)의 누설전류를 최소화하기에 적당하도록 한 반도체 소자의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지 센서는 광학 영상신호(Optical Image Signal)를 전기적인 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 크게 모스 커패시터를 이용하는 전하결합소자(Charge Coupled Device : CCD)와 모스 트랜지스터를 이용하는 씨모스 이미지 센서로 구분된다.
상기 전하결합소자는 화소수에 대응하는 모스 커패시터가 서로 매우 근접한 위치에 배치되어 포토 다이오드에 의해 검출된 전하 캐리어를 모스 커패시터에 저장하여 이송시키는 소자이며, 씨모스 이미지센서는 포토 다이오드 의해 검출된 전하 캐리어를 씨모스 기술에 의해 구현되는 제어회로(Control Circuit) 및 신호처리회로(Signal Processing Circuit)로 제어하여 순차적으로 출력(Output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.
상기 전하결합소자는 복잡한 구동방식과 높은 전력소모의 단점뿐만 아니라 제작에 요구되는 마스크가 30~40개 정도로 많아 공정이 복잡하고, 신호처리회로를 전하결합소자와 동시에 구현할 수 없기 때문에 단일 칩(One Chip)으로 제작하기 어려운 단점 등으로 인해 최근에는 씨모스 제조기술을 이용한 씨모스 이미지 센서가 집중적으로 연구 개발되고 있다.
상기 씨모스 이미지 센서는 단위 화소에 포토 다이오드와 모스 트랜지스터를 형성하여 포토 다이오드에 의해 검출된 전하 캐리어를 순차적인 스위칭 방식으로 검출함으로써, 이미지를 구현하게 되는데, 씨모스 제조기술을 적용함에 따라 전력소모도 낮고, 20개 정도의 마스크로 구현되어 공정이 매우 단순하며, 신호 처리회로와 단일칩으로 제작할 수 있어 차세대 이미지 센서로 각광받고 있다.
최근 들어, 이미지 센서가 집적도 및 해상도가 점차 높아짐에 따라 기판 상에 형성되는 화소수 및 그 개별 화소에 구비되는 포토 다이오드들의 숫자가 급격히 증가하게 되었고, 또한 포토 다이오드들의 서로 이격되는 거리가 미세해지고 있다.
상기 미세하게 이격되는 포토 다이오드들이 서로 전기적인 간섭을 받게 되어 반도체 소자의 불량요인이 되거나 오동작을 유발하게 됨에 따라 인접하는 포토 다이오드들의 전기적인 간섭을 최소화하기 위하여 기판의 포토 다이오드들이 이격되는 영역에 에스티아이 격리구조를 형성하는 기술이 제안되었다.
도 1은 일반적인 이미지 센서의 단면구성을 보인 예시도로서, 이를 참조하여 종래 이미지 센서의 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 기판(11)의 일부를 선택적으로 식각하여 트렌치 영역을 형성하고, 그 트렌치 영역에 절연물질을 채워 STI 격리영역(12)을 형성한다.
그리고, 상기 STI 격리영역(12)이 형성된 기판(11)에 엔형(N-Type) 불순물이온을 주입하여 포토 다이오드의 엔형 영역(PDN)을 형성한 다음 기판(11)의 상부에 게이트산화막(13), 게이트전극(14) 및 스페이서(15)로 구성되는 게이트전극를 형성한다.
그리고, 상기 기판(11)에 피형(P-Type) 불순물이온을 주입하여 상기 포토 다 이오드의 엔형 영역(PDN) 상부에 포토 다이오드의 피형 영역(PDP)을 형성하고, 상기 기판(11)에 엔형 불순물이온을 주입하여 상기 게이트를 기준으로 포토 다이오드의 피형 영역(PDP)과 대응되는 영역에 엔형 소스/드레인(NSD)을 형성한다.
그리고, 상기 기판(11)을 수소 분위기에서 열처리(Hydrogen Annealing Process)하여 상기 STI 격리영역(12)과 포토 다이오드의 계면영역(I1) 및 상기 기판(11)과 게이트산화막(13)의 계면영역(I2)을 안정화시킨다.
그러나, 상기 기판(11)을 수소 분위기에서 열처리하는 경우에는 열전자(Hot-Electron)가 Si-H 결합(Bond)을 파괴함에 따라 계면에서 트랩 발생(Trap Generation)이 증가하고, 이에 따른 열전자 주입이 증가되는 문제점이 있다.
특히, STI 격리영역(12)은 이온 반응성 식각(Reactive Ion Etching : RIE)에 의해 트렌치가 형성되기 때문에 포토 다이오드와의 계면영역(I1)이 기판(11)과 게이트산화막(13)의 경계영역(I2)에 비해 열악한 계면특성을 나타내며, 이로 인해 인접한 포토 다이오드에 나쁜 영향을 미치게 되어 다크 커런트(Dark Current)와 같은 누설 전류가 발생되는 원인을 제공한다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 창안한 것으로, 본 발명의 목적은 STI 격리영역의 계면특성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 포토 다이오드의 누설전류를 최소화할 수 있는 반도체 소자의 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 반도체 소자의 제조방법은 기판의 일부를 선택적으로 식각하고, 절연막을 채워 격리영역을 형성하는 공정과; 상기 기판에 제1형 불순물이온을 주입하여 포토 다이오드의 제1영역을 형성하는 공정과; 상기 기판의 상부에 게이트를 패터닝하는 공정과; 상기 기판에 제2형 불순물이온을 주입하여 상기 포토 다이오드의 제1영역 상부에 포토 다이오드의 제2영역을 형성하는 공정과; 상기 기판에 제1형 불순물이온을 주입하여 제1형 소스/드레인을 형성하는 공정과; 상기 기판을 중수소(Deuterium) 분위기에서 열처리하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 본 발명에 의한 반도체 소자의 제조방법은 종래 수소 분위기의 열처리에 따른 문제들을 해결하기 위하여 기판을 중수소 분위기에서 열처리한다.
상기 중수소 분위기의 열처리는 수소 분위기의 열처리에 비해 계면특성을 매우 효과적으로 개선시킬 수 있으며, 그 이유는 Si-H 결합과 Si-D 결합의 진동 주파수(Vibration Frequency) 차이에 기인한다.
즉, 수소(H)는 중수소(D2)에 비해 질량이 작기 때문에 Si-H 결합은 Si-D 결합에 비해 높은 진동 주파수를 갖게 되며, Si-D 결합의 진동 주파수는 Si Phonon 주파수와 유사히기 때문에 중수소가 수소에 비해 실리콘과 결합될 확률이 높다.
상기 중수소 분위기의 열처리는 중수소 20%와 질소(N2) 80%의 분위기에서 400℃의 온도로 30분 동안 열처리하는 것이 바람직하며, 도2는 본 발명에 의한 중수소 분위기의 열처리를 하였을 경우에 기판과 산화막(STI 격리영역 또는 게이트산화막)의 계면 결합상태를 보인 예시도이다.
또한, 상기 본 발명에 의한 중수소 분위기의 열처리를 실시할 경우에는 기판과 산화막의 계면에 존재하는 결함(Defect)들이 포토 다이오드로 침투되는 것을 최소화할 수 있고, 이로 인해 포토 다이오드의 누설전류를 최소화시킬 수 있게 된다.
도 3은 종래 수소 분위기의 열처리와 본 발명에 의한 중수소 분위기의 열처리시 포토 다이오드의 누설전류를 비교한 예시도이고, 도 4는 포토 다이오드의 전류 특성곡선을 비교한 예시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 의한 중수소 분위기의 열처리를 실시하는 경우에 종래 수소 분위기의 열처리를 실시하는 경우에 비해 포토 다이오드의 누설전류가 작은 것을 알 수 있다.
한편, 상기 본 발명에 의한 중수소 분위기의 열처리에 의한 누설전류 감소 효과는 액티브 영역(Active Area)과 주변 영역(Peri Area)을 구분하여 실험하는 경우에 더욱 확실한 차이를 나타낸다.
도 5는 주변 영역에 형성된 포토 다이오드의 패턴과 액티브 영역에 형성된 포토 다이오드의 패턴을 비교하여 보인 예시도이다.
도 5를 참조하면, 주변 영역에 형성된 포토 다이오드의 패턴(PPP)은 액티브 영역에 형성된 포토 다이오드의 패턴(APP)에 비해 STI 격리영역(STI)과 접하는 길이가 길기 때문에 도6의 예시도에 도시된 바와같이 액티브 영역에 형성된 포토 다 이오드의 패턴(APP)에 비해 본 발명에 의한 중수소 분위기의 열처리에 의한 누설전류 감소 효과가 크게 나타난다.
도 7은 종래 수소 분위기와 본 발명에 의한 중수소 분위기에서 열처리한 모스 트랜지스터의 스트레스에 따른 계면특성을 비교한 예시도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 의한 중수소 분위기에서 열처리한 모스 트랜지스터가 종래 수소 분위기에서 열처리한 모스 트랜지스터에 비해 스트레스가 인가된 후의 챠지펌핑(Charge Pumping : CP) 전류가 작은 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 의한 중수소 분위기의 열처리를 적용한 경우에 종래 수소 분위기에서 열처리를 적용하는 경우에 비해 플라즈마 프로세스(Plasma Process)에 기인하여 게이트산화막 표면에 형성되는 트랩의 크기를 효과적으로 줄일 수 있게 된다.
상기한 바와 같은 본 발명에 의한 반도체 소자의 제조방법은 이미지 센서의 제조공정에서 중수소 분위기의 열처리를 실시함에 따라 전기적 스트레스에 대한 신뢰성을 증가시키고, STI 격리영역의 계면에 존재하는 결함들이 포토 다이오드로 침투하는 것을 방지하여 포토 다이오드의 누설전류를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 플라즈마 공정에 의한 손상을 효과적으로 치료할 수 있을뿐만 아니라 플라즈마 공정에 의해 기판과 게이트산화막의 계면에 형성되는 트랩의 크기를 효과적으로 최소화할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 종래 수소 분위기의 열처리에 의해 열전자가 Si-H 결합을 파괴하여 계면의 트랩 발생이 증가하고, 이에 따른 열전자 주입이 증가되는 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 기판의 일부를 선택적으로 식각하고, 절연막을 채워 격리영역을 형성하는 공정과; 상기 기판에 제1형 불순물이온을 주입하여 포토 다이오드의 제1영역을 형성하는 공정과; 상기 기판의 상부에 게이트를 패터닝하는 공정과; 상기 기판에 제2형 불순물이온을 주입하여 상기 포토 다이오드의 제1영역 상부에 포토 다이오드의 제2영역을 형성하는 공정과; 상기 기판에 제1형 불순물이온을 주입하여 제1형 소스/드레인을 형성하는 공정과; 상기 기판을 중수소(Deuterium) 분위기에서 열처리하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 반도체 소자의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 중수소 분위기의 열처리는 상기 중수소 분위기의 열처리는 400℃의 온도로 30분 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102117778B (zh) * 2010-01-05 2013-03-13 上海华虹Nec电子有限公司 利用臭氧氧化来提升sonos闪存器件可靠性的方法
CN102117779B (zh) * 2010-01-05 2013-03-13 上海华虹Nec电子有限公司 利用选择性外延提升sonos闪存器件可靠性的方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100949236B1 (ko) 2007-12-22 2010-03-24 주식회사 동부하이텍 이미지 센서 및 그 제조 방법
WO2021076348A1 (en) * 2019-10-15 2021-04-22 Applied Materials, Inc. Process to improve interface state density dit on deep trench isolation (dti) for cmos image sensor

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