KR100607796B1 - 반도체 소자의 이미지 센서 제조 방법 - Google Patents

반도체 소자의 이미지 센서 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100607796B1
KR100607796B1 KR1020000063160A KR20000063160A KR100607796B1 KR 100607796 B1 KR100607796 B1 KR 100607796B1 KR 1020000063160 A KR1020000063160 A KR 1020000063160A KR 20000063160 A KR20000063160 A KR 20000063160A KR 100607796 B1 KR100607796 B1 KR 100607796B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
concentration impurity
low concentration
trench
impurity region
region
Prior art date
Application number
KR1020000063160A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20020032708A (ko
Inventor
김용남
Original Assignee
매그나칩 반도체 유한회사
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 매그나칩 반도체 유한회사 filed Critical 매그나칩 반도체 유한회사
Priority to KR1020000063160A priority Critical patent/KR100607796B1/ko
Publication of KR20020032708A publication Critical patent/KR20020032708A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100607796B1 publication Critical patent/KR100607796B1/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/1461Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements characterised by the photosensitive area
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14683Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14689MOS based technologies
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/1463Pixel isolation structures

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

본 발명은 반도체 소자의 이미지 센서 제조 방법에 관한 것으로, 저농도 불순물 확산 영역에 트렌치를 형성한 후 2차 저농도 불순물 주입 공정을 실시하여 트렌치를 통해 하부로만 저농도 불순물 영역을 깊게 형성하고, 트렌치에 에피층을 형성한 후 저농도 불순물 영역의 상부에 전도층을 형성하여 트렌치에 형성된 에피층이 전도층의 역할을 함으로써 저농도 불순물 영역과 전도층 사이의 경계면이 증가하여 캐패시턴스를 증가킬 수 있어 감도를 향상시킬 수 있고, 긴 파장의 빛을 용이하게 검출할 수 있으며, 암류(dark current)를 감소시킬 수 있어 이미지 소자의 성능을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 이미지 센서 제조 방법이 제시된다.
이미지 센서, 전도층, 에피층, 트렌치

Description

반도체 소자의 이미지 센서 제조 방법{Method of manufacturing an image sensor in a semiconductor device}
도 1은 종래의 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도.
도 2(a) 내지 도 2(d)는 본 발명에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위해 순서적으로 도시한 소자의 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11 및 21 : 반도체 기판 12 및 22 : 소자 분리막
13 및 24 : 저농도 불순물 영역 14 및 29 : 게이트 산화막
15 및 30 : 폴리실리콘막 16 및 31 : 스페이서
17 및 32 : 전도층 18 및 33 : 접합부
23 : 감광막 25 : 제 1 산화막
26 : 트렌치 27 : 에피층
28 : 제 2 산화막
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 저농도 불순물 확산 영역에 트렌치를 형성한 후 2차 저농도 불순물 주입 공정을 실시하여 트렌치를 통해 하부로만 저농도 불순물 영역을 깊게 형성하고, 트렌치에 에피층을 형성한 후 저농도 불순물 영역의 상부에 전도층을 형성하여 트렌치에 형성된 에피층이 전도층의 역할을 함으로써 저농도 불순물 영역과 전도층 사이의 경계면이 증가하여 캐패시턴스를 증가킬 수 있어 감도를 향상시킬 수 있고, 긴 파장의 빛을 용이하게 검출할 수 있으며, 암류(dark current)를 감소시킬 수 있어 이미지 소자의 성능을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 이미지 센서(image sensor)의 제조 방법에 관한 것이다.
모든 물질은 각기 고유의 빛을 발산하고 있다. 발산하고 있는 빛의 파장에 따라 여러가지 색깔로 구분이 되며, 우리 눈에 보이는 가시광선은 각각의 색깔마다 파장이 다른데, 빨간색이 파장이 가장 길며 자주색이 가장 짧다. 빛은 파장에 따라 물체 투과(penetration) 깊이가 달라진다. 즉, 파장이 길면 물체 투과 깊이도 증가하며 파장이 짧으면 물체 투과 깊이가 짧아진다.
이를 응용한 것이 이미지 센서(Image Sensor) 소자이다. 이미지 센서는 예전에는 대부분 CCD(Chage Coupled Device) 소자를 많이 사용하였으나 공정이 복잡하 고 수율도 낮을뿐 아니라 제조단가도 비싸기 때문에 이를 개선하고자 CMOS 공정을 이용하여 이미지 센서를 제작하는 CMOS 이미지 센서 제품이 등장하게 되었다. CMOS 이미지 센서는 대략 다음과 같이 구성된다. 빛을 감지하는 포토 다이오드(Photo Diode) 부분, 감지된 빛에 의해 발생된 전자(Electron)를 전송하여 이를 임시 저장하는 기생 캐패시터(Parastic Capacitor) 및 이에 대한 전압 레벨을 감지하는 부분 등으로 크게 나뉘어 질 수 있다.
빛은 각기 고유의 파장을 가지고 있어서 이를 항상 발산하고 있다 따라서 이렇게 빛을 받으면 EHP(electron hole pair)가 발생되고 발생된 캐리어 농도 차이에 의해 전류가 발생하게 되는 것을 포토 다이오드라 한다. 빛의 강도가 세면 더 많은 EHP가 발생하게 되고 빛이 약하면 EHP가 적게 발생한다. 전류는 단위 면적당 지나가는 EHP 수량에 종속적이므로 수량이 많으면 전류가 증가하는 것이고, 수량이 작으면 전류가 감소하는 것이다. 그래서 빛이 세면 그만큼 더 많은 전류가 흐르게 된다.
비교적 파장이 긴 빨간색의 경우 물체 투과 깊이도 커서 검출이 용이한 반면 청색등은 파장이 짧아서 물체 투과 깊이가 짧아 빨간색에 비해 상대적으로 검출이 어렵다고 할 수 있다. 센싱(Sensing) 부분의 깊이가 깊으면 유리한데, 센싱 부분의 깊이는 기존 공정 기술로는 수직 확산(Lateral Diffusion) 때문에 원하는 만큼 깊게 할 수 없으며 수직 확산(Lateral Diffusion)의 고려 없이 깊게 하면 그만큼 포토 다이오드가 차지하는 면적이 크게 되여 생산성이 저하된다.
그럼, 도 1을 참조하여 종래의 반도체 소자의 이미지 센서 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.
반도체 기판(11)의 소정 영역에 LOCOS 공정을 이용하여 소자 분리막(12)을 형성한다. 반도체 기판(11)의 선택된 영역에 저농도 불순물 이온 주입 공정을 실시하여 저농도 불순물 영역(13)을 형성한다. 전체 구조 상부에 게이트 산화막(14) 및 폴리실리콘막(15)을 형성한 후 패터닝하여 게이트 패턴을 형성한다. 게이트 패턴 측벽에 스페이서(16)를 형성한다. 저농도 불순물 영역(13)에 1차 고농도 불순물 이온 주입 공정을 실시하여 전도층(17)을 형성한다. 2차 고농도 불순물 이온 주입 공정을 실시하여 반도체 기판(11)상에 소오스 및 드레인으로 작용하는 접합부(18)를 형성한다.
상술한 종래의 이미지 센서 제조 방법은 저농도 불순물 영역상에 전도층을 형성한다. 이 방법은 전도층이 저농도 불순물 영역의 표면을 따라 일직선으로 형성되기 때문에 저농도 불순물 영역과 전도층의 경계면 캐패시턴스가 크지 않아 감도 (sensitivity)를 증가시키는데 한계가 있다. 그리고, 긴 파장의 빛을 감지하기 위해서는 저농도 불순물 영역이 깊게 형성되어야 한다. 이를 위해서는 이온 주입 에너지를 크게 하거나 열처리 공정으로 이온을 확산시키는 방법이 있다. 그러나, 에너지를 증가시키는데에는 소자의 제조 공정상 한계가 있고, 열처리 공정으로 이온을 확산시키면 하부 확산 뿐만 아니라 측면 확산이 발생되어 인접한 트랜지스터에 영향을 미치게 된다. 결과적으로 저농도 불순물 영역을 깊게 형성하는데 제약이 있 어 파장이 긴 빛을 감지하는 능력이 저하되는 단점이 있다.
본 발명의 목적은 캐패시턴스를 증가시켜 감도를 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 이미지 센서 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 저농도 불순물 영역을 깊게 형성하여 파장이 긴 빛을 감지하는 능력을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 이미지 센서 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명에서는 저농도 불순물 확산 영역에 트렌치를 형성한 후 2차 저농도 불순물 주입 공정을 실시하여 트렌치를 통해 하부로만 저농도 불순물 영역을 깊게 형성하고, 트렌치에 에피층을 형성한 후 저농도 불순물 영역의 상부에 전도층을 형성하여 트렌치에 형성된 에피층이 전도층의 역할을 함으로써 저농도 불순물 영역과 전도층 사이의 경계면이 증가하여 캐패시턴스를 증가킬 수 있어 감도를 향상시킬 수 있고, 긴 파장의 빛을 용이하게 검출할 수 있으며, 암류(dark current)를 감소시킬 수 있어 전체적으로 소자의 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 반도체 소자의 이미지 센서 제조 방법은 소자 분리막이 형성된 반도체 기판의 소정 영역에 1차 저농도 불순물 이온 주입 공정을 실시하여 저농 도 불순물 영역을 형성하는 단계와, 전체 구조 상부에 제 1 산화막을 형성한 후 상기 저농도 불순물 영역 상부에 형성된 상기 제 1 산화막 및 상기 저농도 불순물 영역의 반도체 기판의 소정 영역을 소정 깊이로 식각하여 트렌치를 형성하는 단계와, 상기 트렌치를 통해 2차 저농도 불순물 이온 주입 공정을 실시하여 상기 저농도 불순물 영역의 소정 부분을 깊게 형성하는 단계와, 에피택셜 성장 공정을 실시하여 상기 트렌치 내부에 에피층을 형성한 후 상기 에피층과 상기 트렌치 측벽 사이에 제 2 산화막을 형성하는 단계와, 상기 제 1 산화막을 제거한 후 상기 반도체 기판 상부의 소정 영역에 게이트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 저농도 불순물 영역에 1차 고농도 불순물 이온 주입 공정을 실시하여 상기 저농도 불순물 영역의 표면에 전도층을 형성하는 단계와, 2차 고농도 불순물 이온 주입 공정을 실시하여 반도체 기판의 소정 영역에 접합부를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 2(a) 내지 도 2(d)는 본 발명에 따른 반도체 소자의 이미지 센서 제조 방법을 설명하기 위해 순서적으로 도시한 소자의 단면도이다.
도 2(a)를 참조하면, 반도체 기판(21)의 소정 영역을 식각하여 트렌치를 형성한 후 산화막등으로 매립하여 트렌치형 소자 분리막(22)을 형성한다. 반도체 기판(21) 상부의 소정 영역에 감광막(23)을 형성한 후 1차 저농도 불순물 이온 주입 공정을 실시하여 반도체 기판(21)상에 저농도 불순물 영역(24)을 형성한다.
도 2(b)를 참조하면, 감광막(23)을 제거한 후 전체 구조 상부에 제 1 산화막 (25)을 2500Å 정도의 두께로 형성한다. 저농도 불순물 영역(24) 상부에 형성된 제 1 산화막(25)의 소정 영역 및 저농도 불순물 영역(24)을 소정 깊이로 식각하여 트렌치(26)를 형성한다. 트렌치(26)는 0.5∼0.7㎛의 깊이와 0.4∼0.6㎛의 폭으로 형성한다. 2차 저농도 불순물 이온 주입 공정을 실시한다. 이때, 트렌치(26)를 통해 저농도 불순물 이온이 주입되어 저농도 불순물 영역(24)이 더욱 깊게 형성된다.
도 2(c)를 참조하면, 에피택셜 성장 공정을 실시하여 트렌치(26) 내부에 에피층(27)을 형성한다. 에피층(27)은 트렌치(26)의 측벽에는 성장되지 않고 트렌치 (26) 하부에서 성장된다. 이는 트렌치(26)를 중심으로 트렌치(26) 하부의 저농도 불순물 영역(24)이 트렌치(26)의 측부보다 불순물 농도가 더 높기 때문이다. 산화막을 증착하여 에피층(27)이 성장되지 않은 트렌치(26) 측부에 제 2 산화막(28)을 형성한다.
도 2(d)를 참조하면, 제 1 산화막(25)를 제거하고, 게이트 산화막(29) 및 폴리실리콘막(30)를 형성한 후 패터닝하여 게이트 패턴을 형성한다. 게이트 패턴 측벽에 절연막등으로 스페이서(31)를 형성한다. 저농도 불순물 영역(24)이 형성된 부분에만 1차 고농도 불순물 이온 주입 공정을 실시하여 저농도 불순물 영역(24)의 표면에 전도층(32)을 형성한다. 전도층(32)은 저농도 불순물 영역(24)의 표면에서 500∼1500Å의 깊이로 형성한다. 2차 고농도 불순물 이온 주입 공정을 실시하여 반도체 기판(21)상에 소오스 및 드레인 영역으로 작용하는 접합부(33)을 형성한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 저농도 불순물 확산 영역에 트렌치를 형성한 후 2차 저농도 불순물 주입 공정을 실시하여 트렌치를 통해 하부로만 저농도 불순물 영역을 깊게 형성하여 긴 파장의 빛을 용이하게 검출할 수 있다. 또한, 트렌치에 에피층을 형성한 후 저농도 불순물 영역의 표면부에 전도층을 형성하여 트렌치에 형성된 에피층이 전도층의 역할을 함으로써 저농도 불순물 영역과 전도층 사이의 경계면이 증가하여 캐패시턴스를 증가킬 수 있어 감도를 향상시킬 수 있고, 암류(dark current)를 감소시킬 수 있어 소자의 성능을 향상시킬 수 있다.

Claims (4)

  1. 소자 분리막이 형성된 반도체 기판의 소정 영역에 1차 저농도 불순물 이온 주입 공정을 실시하여 저농도 불순물 영역을 형성하는 단계와,
    전체 구조 상부에 제 1 산화막을 형성한 후 상기 저농도 불순물 영역 상부에 형성된 상기 제 1 산화막 및 상기 저농도 불순물 영역의 반도체 기판의 소정 영역을 소정 깊이로 식각하여 트렌치를 형성하는 단계와,
    상기 트렌치를 통해 2차 저농도 불순물 이온 주입 공정을 실시하여 상기 저농도 불순물 영역의 소정 부분을 깊게 형성하는 단계와,
    에피택셜 성장 공정을 실시하여 상기 트렌치 내부에 에피층을 형성한 후 상기 에피층과 상기 트렌치 측벽 사이에 제 2 산화막을 형성하는 단계와,
    상기 제 1 산화막을 제거한 후 상기 반도체 기판 상부의 소정 영역에 게이트 패턴을 형성하는 단계와,
    상기 저농도 불순물 영역에 1차 고농도 불순물 이온 주입 공정을 실시하여 상기 저농도 불순물 영역의 표면에 전도층을 형성하는 단계와,
    2차 고농도 불순물 이온 주입 공정을 실시하여 반도체 기판의 소정 영역에 접합부를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 이미지 센서 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 소자 분리막은 트렌치형 소자 분리막인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 이미지 센서 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 트렌치는 0.5 내지 0.7㎛의 깊이와 0.4 내지 0.6㎛의 폭으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 이미지 센서 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 전도층은 상기 저농도 불순물 영역의 표면으로부터 500 내지 1500Å의 깊이로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 이미지 센서 제조 방법.
KR1020000063160A 2000-10-26 2000-10-26 반도체 소자의 이미지 센서 제조 방법 KR100607796B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020000063160A KR100607796B1 (ko) 2000-10-26 2000-10-26 반도체 소자의 이미지 센서 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020000063160A KR100607796B1 (ko) 2000-10-26 2000-10-26 반도체 소자의 이미지 센서 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20020032708A KR20020032708A (ko) 2002-05-04
KR100607796B1 true KR100607796B1 (ko) 2006-08-02

Family

ID=19695549

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020000063160A KR100607796B1 (ko) 2000-10-26 2000-10-26 반도체 소자의 이미지 센서 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100607796B1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100871798B1 (ko) * 2007-09-07 2008-12-02 주식회사 동부하이텍 이미지 센서 및 그 제조방법
KR100924045B1 (ko) * 2007-12-27 2009-10-27 주식회사 동부하이텍 이미지 센서 및 그 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20020032708A (ko) 2002-05-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7345703B2 (en) CMOS image sensor including photodiodes having different depth according to wavelength of light
KR102674895B1 (ko) 이미지 센서 및 이의 제조 방법
US6545302B2 (en) Image sensor capable of decreasing leakage current between diodes and method for fabricating the same
US7417273B2 (en) Image sensor with embedded photodiode region and fabrication method thereof
JP4051059B2 (ja) Cmosイメージセンサ及びその製造方法
KR100720503B1 (ko) 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법
US20060076582A1 (en) Solid-state imaging device, method for manufacturing the same and interline transfer CCD image sensor
JP2006210919A (ja) 光の波長に応じて異なる厚さの埋没バリヤ層を具備するイメージセンサ及びその形成方法
US7560330B2 (en) CMOS image sensor and method for manufacturing the same
JP2007165886A (ja) 垂直カラーフィルタ検出器群及びその製造方法
KR100561004B1 (ko) 씨모스 이미지 센서 및 그 제조 방법
KR100696995B1 (ko) 고체 촬상 장치
KR101620706B1 (ko) 이면 조명식 이미지 센서의 화소 격리 구조체
JP2008166735A (ja) イメージセンサ
US20090166687A1 (en) Image Sensor and Method for Manufacturing the Same
CN104882459A (zh) 半导体器件及其制造方法和控制方法
KR20060108017A (ko) 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법
KR100607796B1 (ko) 반도체 소자의 이미지 센서 제조 방법
US7575941B2 (en) Method of manufacturing photodiode
JP2008182076A (ja) 固体撮像装置及びその製造方法
KR100893054B1 (ko) 크로스토크를 방지할 수 있는 이미지센서 및 그 제조 방법
KR100748323B1 (ko) 이미지센서 제조 방법
KR100619408B1 (ko) 크로스 토크를 방지할 수 있는 이미지센서 및 그 제조 방법
KR100538378B1 (ko) 이미지센서 및 그 제조방법
KR100688584B1 (ko) 시모스 이미지 센서 및 그 센서의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130620

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140618

Year of fee payment: 9

LAPS Lapse due to unpaid annual fee