KR100694480B1 - Method for forming gate electrode in semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 실시예1에 따른 CMOS 이미지 센서의 게이트 전극 형성방법을 도시한 공정 단면도.1A to 1E are cross-sectional views illustrating a gate electrode forming method of a CMOS image sensor according to Embodiment 1 of the present invention;
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시예2에 따른 CMOS 이미지 센서의 게이트 전극 형성방법을 도시한 공정 단면도.2A to 2E are cross-sectional views illustrating a gate electrode forming method of a CMOS image sensor according to Embodiment 2 of the present invention;
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10, 20: 기판10, 20: substrate
11, 21 : 게이트 절연막11, 21: gate insulating film
12, 22 : 폴리 실리콘막12, 22: polysilicon film
13 : 산화막13: oxide film
14 : 질화막14: nitride film
16, 23, 23a : 제1 하드 마스크 패턴16, 23, 23a: first hard mask pattern
15, 24 : 제2 하드 마스크 패턴15, 24: second hard mask pattern
17 : 저부 반사방지막17 bottom antireflection film
18, 25 : 감광막 패턴18, 25: photosensitive film pattern
12a, 22a : 제1 게이트 전극12a, 22a: first gate electrode
12b, 22b : 제2 게이트 전극12b, 22b: second gate electrode
본 발명은 반도체 소자의 게이트 전극 형성방법에 관한 것으로, 특히 CMOS 이미지 센서의 구성 요소인 트랜지스터를 구성하는 게이트 전극 형성방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of forming a gate electrode of a semiconductor device, and more particularly to a method of forming a gate electrode constituting a transistor which is a component of a CMOS image sensor.
이미지 센서는 광학 영상(optical image)을 전기신호로 변환시키는 반도체 소자이며, 이미지 센서는 크게 전하결합소자(Charge Coupled Device : 이하, CCD라 함)와 CMOS(Complementary MOS) 이미지 센서로 이루어진다.The image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal, and the image sensor is mainly composed of a charge coupled device (hereinafter referred to as a CCD) and a CMOS (Complementary MOS) image sensor.
CCD는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 캐패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 소자이다. A CCD is a device in which charge carriers are stored and transported in a capacitor while individual metal-oxide-silicon (MOS) capacitors are in close proximity to each other.
반면, CMOS 이미지 센서는 반도체의 CMOS 공정을 적용하여 하나의 단위 화소에 하나의 포토 다이오드와 단위 화소 구동을 위한 3개 또는 4개 등의 트랜지스터를 포함한다. 이러한, CMOS 이미지 센서를 구성하는 복수의 트랜지스터는 일반적인 메모리 소자의 트랜지스터와 동일하게 게이트 전극과 소오스/드레인으로 이루어진다.On the other hand, the CMOS image sensor includes one photodiode and three or four transistors for driving a unit pixel in one unit pixel by applying a semiconductor CMOS process. Such a plurality of transistors constituting the CMOS image sensor are made up of a gate electrode and a source / drain like a transistor of a general memory device.
일반적으로, 이러한 CMOS 이미지 센서의 게이트 전극 형성방법은 다음과 같다. In general, the gate electrode forming method of such a CMOS image sensor is as follows.
먼저, 기판 상에 게이트 산화막을 형성한 후, 게이트 산화막 상에 게이트 전극용 폴리 실리콘막을 증착한다. 그런 다음, 폴리 실리콘막 상에 하드 마스크를 증착하고, 하드 마스크 상에 반사방지막(ARC; Anti Reflective Coating)을 도포한다. 이때, 하드 마스크는 단위 화소를 이루는 포토 다이오드의 형성을 위한 딥(Deep) N 이온주입공정시 이온주입 방지막으로 기능한다.First, a gate oxide film is formed on a substrate, and then a polysilicon film for a gate electrode is deposited on the gate oxide film. Then, a hard mask is deposited on the polysilicon film, and an anti reflective coating (ARC) is applied on the hard mask. In this case, the hard mask functions as an ion implantation prevention layer in a deep N ion implantation process for forming a photodiode forming a unit pixel.
이어서, 반사방지막 상에 포토(Photo)공정을 통해 소정의 포토레지스트 패턴을 형성하고, 이를 이용하여 반사방지막, 하드 마스크, 폴리 실리콘을 차례로 식각한다. 이로써, 기판 상에는 게이트 산화막, 폴리 실리콘막, 하드 마스크 및 반사방지막이 적층된 구조의 게이트 구조물이 형성된다.Subsequently, a predetermined photoresist pattern is formed on the antireflection film through a photo process, and the antireflection film, the hard mask, and the polysilicon are sequentially etched using the photoresist pattern. As a result, a gate structure having a structure in which a gate oxide film, a polysilicon film, a hard mask, and an antireflection film is stacked is formed on the substrate.
이후에는, 스트립(Strip)공정을 통해 포토레지스트 패턴 및 반사방지막을 제거하고, 별도의 습식식각공정을 통해 하드 마스크를 제거한다. 이때, 하드 마스크는 이미지 센서의 화소가 형성되는 픽셀 영역에는 존재해도 무방하나, 이외의 로직 소자가 형성되는 로직 영역에는 존재해서는 안된다. 이는, 로직 소자의 경우 게이트 전극의 컨택 저항이 소자 특성에 큰 영향을 미치게 되므로, 게이트 전극의 컨택 저항을 감소시키기 위해서는 게이트 전극 상부에 실리사이드층을 형성시켜야 하기 때문이다. Thereafter, the photoresist pattern and the anti-reflection film are removed through a strip process, and the hard mask is removed through a separate wet etching process. In this case, the hard mask may exist in the pixel region where the pixel of the image sensor is formed, but should not exist in the logic region where other logic elements are formed. This is because, in the case of a logic device, since the contact resistance of the gate electrode has a great influence on device characteristics, a silicide layer must be formed on the gate electrode in order to reduce the contact resistance of the gate electrode.
즉, 게이트 전극 상부에 실리사이드층을 형성시키기 위해서는 실리콘을 함유한 게이트 전극용 폴리 실리콘막이 노출되어야 하므로, 로직 영역에서는 하드 마스 크의 제거가 필수적으로 이루어져야 한다.That is, in order to form the silicide layer on the gate electrode, the polysilicon film for the gate electrode containing silicon must be exposed. Therefore, the hard mask must be removed in the logic region.
이에 따라, 하드 마스크가 질화막 계열의 물질로 이루어진 경우에는 인산(H3PO4)을 이용하여 하드 마스크를 제거하였고, 하드 마스크가 산화막 계열의 물질로 이루어진 경우에는 BOE(Buffered Oxide Etchant)를 이용하여 하드 마스크를 제거하였다. Accordingly, when the hard mask is made of nitride-based material, the hard mask is removed using phosphoric acid (H 3 PO 4 ), and when the hard mask is made of oxide-based material, BOE (Buffered Oxide Etchant) is used. The hard mask was removed.
그러나, 이처럼 인산 용액을 이용하여 하드 마스크를 제거하는 경우에는 폴리 실리콘막의 측벽 손상 및 액티브 영역의 기판 손상이 발생하게 되고, BOE 용액을 이용하여 하드 마스크를 제거하는 경우에는 공정 마진 부족으로 액티브 영역의 기판 손상이 발생하게 되는 문제점이 있다.However, when the hard mask is removed using the phosphoric acid solution, sidewall damage of the polysilicon film and the substrate damage of the active area occur. When the hard mask is removed using the BOE solution, the process margin is insufficient. There is a problem that substrate damage occurs.
따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, CMOS 이미지 센서의 게이트 전극 형성시 하드 마스크의 제거로 인해 발생하는 게이트 전극의 측벽 손상 및 액티브 영역의 기판 손상을 방지할 수 있는 반도체 소자의 게이트 전극 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and can prevent sidewall damage of the gate electrode and damage to the active region of the substrate caused by removal of the hard mask when forming the gate electrode of the CMOS image sensor. It is an object of the present invention to provide a method for forming a gate electrode of a semiconductor device.
상기 목적을 달성하기 위한 일측면에 따른 본 발명은, 픽셀 영역과 로직 영역으로 정의된 기판 상부 전면에 게이트 도전막을 형성하는 단계와, 상기 게이트 도전막 상에 상기 게이트 도전막 식각시 하드 마스크로 기능하는 제1 하드 마스크와 상기 픽셀 영역의 포토 다이오드 형성을 위한 이온주입공정시 이온주입 방지막으로 기능하는 제2 하드 마스크를 순차적으로 증착하는 단계와, 상기 제1 및 제2 하드 마스크를 식각하여 상기 픽셀 영역 및 상기 로직 영역의 상기 게이트 도전막 상에 각각 제1 및 제2 하드 마스크 패턴을 형성하는 단계와, 상기 픽셀 영역 및 상기 로직 영역의 상기 게이트 도전막 상에 반사방지막을 형성하는 단계; 상기 픽셀 영역의 상기 제2 하드 마스크 패턴을 덮도록 상기 게이트 도전막 상에 상기 로직 영역을 오픈시키는 구조의 감광막 패턴을 형성하는 단계; 상기 감광막 패턴 및 반사방지막을 이용하여 상기 로직 영역의 상기 제2 하드 마스크 패턴을 식각하는 단계; 상기 감광막 패턴 및 반사방지막을 제거하는 단계; 및 상기 제1 하드 마스크 패턴을 통해 상기 게이트 도전막을 식각하여 상기 픽셀 영역 및 상기 로직 영역에 각각 제1 및 제2 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 게이트 전극 형성방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, a gate conductive layer is formed on an entire surface of an upper surface of a substrate defined by a pixel region and a logic region, and functions as a hard mask when etching the gate conductive layer on the gate conductive layer. Sequentially depositing a first hard mask and a second hard mask functioning as an ion implantation prevention layer during an ion implantation process for forming a photodiode of the pixel region, etching the first and second hard masks to etch the pixel Forming first and second hard mask patterns on the gate conductive layer in the region and the logic region, respectively, and forming an anti-reflection film on the gate conductive layer in the pixel region and the logic region; Forming a photoresist pattern having a structure in which the logic region is opened on the gate conductive layer to cover the second hard mask pattern of the pixel region; Etching the second hard mask pattern of the logic region by using the photoresist pattern and the anti-reflection film; Removing the photoresist pattern and the anti-reflection film; And etching the gate conductive layer through the first hard mask pattern to form first and second gate electrodes in the pixel region and the logic region, respectively.
본 발명에 있어서, 상기 제1 하드 마스크는 산화막, 질화막 및 이들의 적층막 중 어느 하나의 형태로 형성하되, 그 총 두께가 600Å이 되도록 형성하는 것이 바람직하다.In the present invention, the first hard mask may be formed in any one of an oxide film, a nitride film, and a laminated film thereof, but the total thickness of the first hard mask is 600 kPa.
본 발명에 있어서, 상기 제2 하드 마스크는 산화막으로 형성하되, 1500~2500Å의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.In the present invention, the second hard mask is formed of an oxide film, but preferably formed to a thickness of 1500 to 2500 kPa.
본 발명에 있어서, 상기 제1 및 제2 하드 마스크를 식각하는 단계는 CF4 및 CHF3의 혼합가스를 이용하고, 상기 로직 영역의 상기 제2 하드 마스크 패턴을 제거하는 단계는 BOE 용액을 이용한다.In the present invention, the first and second hard masks may be etched using a mixed gas of CF 4 and CHF 3 , and the second hard mask pattern may be removed using a BOE solution.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이며, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나, 또는 그들 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분은 동일한 구성요소들을 나타낸다. Hereinafter, the most preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily implement the technical idea of the present invention. In addition, in the drawings, the thicknesses of layers and regions are exaggerated for clarity, and in the case where the layers are said to be "on" another layer or substrate, they may be formed directly on another layer or substrate or Or a third layer may be interposed therebetween. In addition, the same reference numerals throughout the specification represent the same components.
실시예1Example 1
도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 실시예1에 따른 CMOS 이미지 센서의 게이트 전극 형성방법을 도시한 공정 단면도이다. 이하, 'Pixel'은 이미지 센서의 화소가 형성될 화소 영역이고, 'Logic'은 이외의 로직 소자가 형성될 로직 영역이다.1A to 1E are cross-sectional views illustrating a method of forming a gate electrode of a CMOS image sensor according to example 1 of the present invention. Hereinafter, 'Pixel' is a pixel region where a pixel of an image sensor is to be formed, and 'Logic' is a logic region where other logic elements are to be formed.
먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 산화공정을 실시하여 픽셀 영역(Pixel) 및 로직 영역(Logic)으로 정의된 기판(10) 상에 게이트 절연막(11)을 형성한다. 예컨대, 게이트 절연막(11)은 10~30Å의 두께로 형성한다. 바람직하게는, 22Å의 두께로 형성한다.First, as illustrated in FIG. 1A, an oxidation process is performed to form a
여기서, 산화공정은 수증기와 같은 산화기체 내에서 실리콘 기판(10)을 대략 900 내지 1000℃의 온도에서 가열하는 습식산화방식으로 실시하거나, 순수한 산소를 산화기체로 사용하여 약 1200℃의 온도에서 가열하는 건식산화방식으로 실시한다.Here, the oxidation process may be performed by a wet oxidation method in which the
이어서, 게이트 절연막(11) 상에 게이트 도전막으로 폴리 실리콘막(12)을 증 착한다. 예컨대, 폴리 실리콘막(12)은 1500~2500Å의 두께로 증착한다. 바람직하게는, 2000Å의 두께로 증착한다.Next, a
여기서, 폴리 실리콘막(12)은 도프트(doped) 또는 언도프트(undoped) 실리콘막으로 형성한다. 예컨대, 언도프트 실리콘막의 경우에는 SiH4를 이용하여 LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition) 방식으로 증착한다. 한편, 도프트 실리콘막의 경우에는 SiH4에 PH3, PCl5, BCl3 또는 B2H6를 혼합시킨 기체를 이용하여 LPCVD 방식으로 증착한다. Here, the
이어서, 폴리 실리콘막(12) 상에 폴리 실리콘막(12)의 식각공정시 하드 마스크로 기능하는 제1 하드 마스크로 산화막(13)과 질화막(14)을 순차적으로 증착한다. 여기서, 제1 하드 마스크는 산화막(13)과 질화막(14)의 전체 두께가 600Å이 되도록 증착한다. 바람직하게는, 산화막(13)을 300Å의 두께로 증착한 후, 질화막(14)을 300Å의 두께로 증착한다.Subsequently, the
이어서, 픽셀 영역(Pixel)의 포토 다이오드(Photo diode) 형성을 위한 이온주입공정시 이온주입 방지막으로 기능하는 제2 하드 마스크(미도시)를 증착한다. 여기서, 제2 하드 마스크는 산화막으로 형성하는데, 이를 1500~2500Å의 두께로 증착한다. 바람직하게는, 2000Å의 두께로 증착한다.Subsequently, a second hard mask (not shown) that functions as an ion implantation prevention layer is deposited during an ion implantation process for forming a photo diode in the pixel region Pixel. Here, the second hard mask is formed of an oxide film, which is deposited to a thickness of 1500 to 2500 mW. Preferably, it is deposited to a thickness of 2000 kPa.
특히, 제2 하드 마스크는 픽셀 영역(Pixel)에서 포토 다이오드의 일측에 얼라인되는 트랜지스터의 게이트 전극 상부에서 이온주입 방지막으로 사용하기 위해 형성한다. 이는, 포토 다이오드 형성을 위한 감광막 패턴 형성시 포토 다이오드의 일측에 얼라인되는 트랜지스터의 게이트 전극과 상기 감광막 패턴이 미스 얼라인(mis-align)됨에 따라, 감광막 패턴만으로는 이온이 주입되는 것을 완벽히 차단할 수 없기 때문이다.In particular, the second hard mask is formed for use as an ion implantation prevention layer on the gate electrode of the transistor that is aligned on one side of the photodiode in the pixel region Pixel. This is because when the gate electrode and the photoresist pattern of the transistor that are aligned on one side of the photodiode are mis-aligned when forming the photoresist pattern for forming the photodiode, the photoresist pattern alone may completely block the implantation of ions. Because there is not.
이어서, 마스크 공정 및 식각공정을 실시하여 제1 및 제2 하드 마스크, 예컨대 산화막(미도시), 질화막(14) 및 산화막(13)을 순차적으로 식각한다. 이로써, 픽셀 영역(Pixel) 및 로직 영역(Logic)의 게이트 도전막(22) 상에 각각 제1 하드 마스크 패턴(16) 및 제2 하드 마스크 패턴(15)이 형성된다.Subsequently, a mask process and an etching process are performed to sequentially etch the first and second hard masks such as the oxide film (not shown), the
이러한 제1 및 제2 하드 마스크를 식각하기 위한 식각공정시에는 산화막 식각 챔버(Chamber) 내에서 CF4 및 CHF3의 혼합가스를 이용한다.In the etching process for etching the first and second hard masks, a mixed gas of CF 4 and CHF 3 is used in the oxide film etching chamber.
이어서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 픽셀 영역(Pixel) 및 로직 영역(Logic)의 게이트 도전막(12) 상에 저부 반사방지막(BARC; Bottom Anti Reflective Coating, 17)을 도포한다. 예컨대, 저부 반사방지막(17)은 제1 하드 마스크 패턴(16)보다 높게 형성하여 후속 식각공정시 제1 하드 마스크 패턴(16)을 보호한다. 바람직하게는, 1000Å의 두께로 도포한다.Subsequently, as shown in FIG. 1B, a bottom anti-reflective coating (BARC) 17 is coated on the gate
이어서, 포토공정(Photo)을 실시하여 저부 반사방지막(17) 상에 픽셀 영역(Pixel)의 제2 하드 마스크 패턴(15)을 덮도록 로직 영역(Logic)을 오픈시키는 구조의 감광막 패턴(18)을 형성한다. 이를 통해, 후속 식각공정시 픽셀 영역(Pixel)의 제2 하드 마스크 패턴(15)을 보호한다.Subsequently, the
이어서, 도 1c에 도시된 바와 같이, 감광막 패턴(18)을 식각 마스크(mask)로 이용한 식각공정을 실시하여 로직 영역(Logic)에서 노출된 제2 하드 마스크 패턴(15)을 제거한다. 이러한 식각공정시에는 BOE 용액을 이용한다. 이때, 픽셀 영역(Pixel)의 제2 하드 마스크 패턴(15)은 감광막 패턴(18)에 의해 식각되지 않고, 로직 영역(Logic)의 제1 하드 마스크 패턴(16)을 이루는 산화막(13)은 저부 반사방지막(17)에 의해 식각되지 않는다.Subsequently, as illustrated in FIG. 1C, an etching process using the
이어서, 도 1d에 도시된 바와 같이, 스트립(Strip) 공정을 실시하여 감광막 패턴(18, 도 1c 참조)을 제거한다. 이로써, 픽셀 영역(Pixel)에는 제1 하드 마스크 패턴(16)과 이온주입 방지막으로 기능하는 제2 하드 마스크 패턴(15)이 모두 존재하고, 로직 영역(Logic)에는 제1 하드 마스크 패턴(16)만이 잔류하게 된다. Subsequently, as shown in FIG. 1D, a strip process is performed to remove the photoresist pattern 18 (see FIG. 1C). As a result, both the first
이어서, 도 1e에 도시된 바와 같이, 제1 하드 마스크 패턴(16)을 마스크로 이용한 식각공정을 실시하여 폴리 실리콘막(12, 도 1d 참조)을 식각한다. 이로써, 픽셀 영역(Pixel) 및 로직 영역(Logic)의 게이트 절연막(11) 상에는 화소용 게이트 전극인 제1 게이트 전극(12a) 및 로직용 게이트 전극인 제2 게이트 전극(12b)이 각각 형성된다. Subsequently, as illustrated in FIG. 1E, an etching process using the first
이러한 폴리 실리콘막(12)의 식각시에는 픽셀 영역(Pixel)의 제2 하드 마스크 패턴(15)과 로직 영역(Logic)의 제1 하드 마스크 패턴(16)이 일정 두께 식각된다. 이에 따라, 로직 영역(Logic)의 제2 게이트 전극(12b) 상부에는 산화막(13)만이 일정 두께 잔류하게 된다. 이때, 로직 영역(Logic)에 잔류된 산화막(13)은 후속의 습식식각공정에 의해 제거된다.When etching the
이후에는, 공지된 기술에 따라 제2 하드 마스크 패턴(15)을 이온주입 방지막 으로 하여 픽셀 영역(Pixel)의 기판(10) 내에 포토 다이오드 형성을 위한 딥 N 이온주입공정을 실시하고, 로직 영역(Logic)의 제2 게이트 전극(12b) 상부에 실리사이드층을 형성한다.Subsequently, a deep N ion implantation process is performed to form a photodiode in the
이러한 딥 N 이온주입공정시에는 제2 하드 마스크 패턴(15) 뿐만 아니라 별도의 포토공정을 통해 포토 다이오드가 형성될 영역만을 오픈시키는 구조로 형성된 감광막 패턴을 이온주입 방지막으로 이용한다. In the deep N ion implantation process, a photoresist pattern having a structure of opening only a region in which a photodiode is to be formed through a separate photo process as well as the second
전술한 바와 같이, 기존에는 픽셀 영역 및 로직 영역에 게이트 전극 및 하드 마스크를 형성한 후, 포토 다이오드 형성을 위한 딥 N 이온주입공정을 실시하고 로직 영역의 게이트 전극 상부에 실리사이드층을 형성하기 위하여 게이트 전극 상부의 하드 마스크를 제거함에 따라 게이트 전극의 측벽 손상 및/또는 액티브 영역의 기판 손상 문제가 발생하였다.As described above, in order to form a gate electrode and a hard mask in the pixel region and the logic region, a deep N ion implantation process is performed to form a photodiode, and a gate is formed to form a silicide layer on the gate electrode of the logic region. Removal of the hard mask on top of the electrode caused problems of sidewall damage of the gate electrode and / or substrate damage of the active region.
이에 따라, 본 발명의 실시예에서는 픽셀 영역 및 로직 영역에 게이트 전극을 형성하기 전에, 포토 다이오드 형성을 위한 딥 N 이온주입공정시 이온주입 방지막으로 기능하는 하드 마스크를 미리 제거하여 게이트 전극의 측벽 손상 및 액티브 영역의 기판 손상이 발생하는 것을 억제할 수 있다.Accordingly, in the exemplary embodiment of the present invention, before forming the gate electrodes in the pixel region and the logic region, the sidewalls of the gate electrode are damaged by removing the hard mask which functions as an ion implantation prevention layer in the deep N ion implantation process for forming the photodiode. And occurrence of damage to the substrate in the active region can be suppressed.
실시예2Example 2
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시예2에 따른 CMOS 이미지 센서의 게이트 전극 형성방법을 도시한 공정 단면도이다. 이하, 'Pixel'은 이미지 센서의 화소가 형성될 화소 영역이고, 'Logic'은 이외의 로직 소자가 형성될 로직 영역이다.2A to 2E are cross-sectional views illustrating a method of forming a gate electrode of a CMOS image sensor according to a second exemplary embodiment of the present invention. Hereinafter, 'Pixel' is a pixel region where a pixel of an image sensor is to be formed, and 'Logic' is a logic region where other logic elements are to be formed.
먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 산화공정을 실시하여 픽셀 영역(Pixel) 및 로직 영역(Logic)으로 정의된 기판(20) 상에 게이트 절연막(21)을 형성한다. 예컨대, 게이트 절연막(21)은 10~30Å의 두께로 형성한다. 바람직하게는, 22Å의 두께로 형성한다. 여기서, 산화공정은 본 발명의 실시예1에서와 동일한 방식을 이용한다.First, as shown in FIG. 2A, an oxidation process is performed to form a
이어서, 게이트 절연막(21) 상에 게이트 도전막으로 폴리 실리콘막(22)을 증착한다. 예컨대, 폴리 실리콘막(22)은 1500~2500Å의 두께로 증착한다. 바람직하게는, 2000Å의 두께로 증착한다.Subsequently, a
여기서, 폴리 실리콘막(22)은 도프트(doped) 또는 언도프트(undoped) 실리콘막으로 형성한다. Here, the
이어서, 폴리 실리콘막(22) 상에 폴리 실리콘막(22)의 식각공정시 하드 마스크로 기능하는 제1 하드 마스크로 질화막(미도시)을 증착한다. 바람직하게는, 질화막은 600Å의 두께로 증착한다.Subsequently, a nitride film (not shown) is deposited on the
이어서, 픽셀 영역(Pixel)의 포토 다이오드 형성을 위한 이온주입 공정시 이온주입 방지막으로 기능하는 제2 하드 마스크로 산화막(미도시)을 증착한다. 예컨대, 산화막은 1500~2500Å의 두께로 증착한다. 바람직하게는, 2000Å의 두께로 증착한다.Subsequently, an oxide film (not shown) is deposited using a second hard mask that functions as an ion implantation prevention film in an ion implantation process for forming a photodiode in the pixel region Pixel. For example, an oxide film is deposited to a thickness of 1500 to 2500 kPa. Preferably, it is deposited to a thickness of 2000 kPa.
특히, 제2 하드 마스크는 픽셀 영역(Pixel)에서 포토 다이오드의 일측에 얼라인되는 트랜지스터의 게이트 전극 상부에서 이온주입 방지막으로 사용하기 위해 형성한다. 이는, 포토 다이오드 형성을 위한 감광막 패턴 형성시 포토 다이오드의 일측에 얼라인되는 트랜지스터의 게이트 전극과 상기 감광막 패턴이 미스 얼라인 (mis-align)됨에 따라, 감광막 패턴만으로는 이온이 주입되는 것을 완벽히 차단할 수 없기 때문이다.In particular, the second hard mask is formed for use as an ion implantation prevention layer on the gate electrode of the transistor that is aligned on one side of the photodiode in the pixel region Pixel. This is because when the gate electrode and the photoresist pattern of the transistor that are aligned on one side of the photodiode are mis-aligned when forming the photoresist pattern for forming the photodiode, the photoresist pattern alone may completely block the implantation of ions. Because there is not.
이어서, 마스크 공정 및 식각공정을 실시하여 제1 및 제2 하드 마스크, 예컨대 질화막 및 산화막을 순차적으로 식각한다. 이로써, 픽셀 영역(Pixel) 및 로직 영역(Logic)의 게이트 도전막(22) 상에 각각 제1 하드 마스크 패턴(23) 및 제2 하드 마스크 패턴(24)이 형성된다.Subsequently, a mask process and an etching process are performed to sequentially etch the first and second hard masks such as the nitride film and the oxide film. As a result, the first
이러한 제1 및 제2 하드 마스크를 식각하기 위한 식각공정 시에는 산화막 식각 챔버 내에서 CF4 및 CHF3의 혼합가스를 이용한다.In the etching process for etching the first and second hard masks, a mixed gas of CF 4 and CHF 3 is used in the oxide film etching chamber.
이어서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 포토공정을 실시하여 게이트 도전막(22) 상에 픽셀 영역(Pixel)의 제2 하드 마스크 패턴(24)을 덮도록 로직 영역(Logic)을 오픈시키는 구조의 감광막 패턴(25)을 형성한다. 이를 통해, 후속 식각공정시 픽셀 영역(Pixel)의 제2 하드 마스크 패턴(24)을 보호한다.Subsequently, as illustrated in FIG. 2B, a photo process is performed to open the logic region Logic on the gate
이어서, 도 2c에 도시된 바와 같이, 감광막 패턴(25)을 식각 마스크로 이용한 식각공정을 실시하여 로직 영역(Logic)에서 노출된 제2 하드 마스크 패턴(24)을 제거한다. 이러한 식각공정 시에는 BOE 용액을 이용한다. 이때, 픽셀 영역(Pixel)의 제2 하드 마스크 패턴(24)은 감광막 패턴(25)에 의해 식각되지 않고, 로직 영역(Logic)의 제1 하드 마스크 패턴(23)은 질화막으로 이루어져 BOE 용액에 의해 식각되지 않는다.Subsequently, as illustrated in FIG. 2C, an etching process using the
이어서, 도 2d에 도시된 바와 같이, 스트립(Strip) 공정을 실시하여 감광막 패턴(25, 도 2c 참조)을 제거한다. 이로써, 픽셀 영역(Pixel)에는 제1 하드 마스크 패턴(23)과 이온주입 방지막으로 기능하는 제2 하드 마스크 패턴(24)이 모두 존재하고, 로직 영역(Logic)에는 제1 하드 마스크 패턴(23)만이 잔류하게 된다. Subsequently, as illustrated in FIG. 2D, a strip process is performed to remove the photoresist pattern 25 (see FIG. 2C). As a result, both the first
이어서, 도 2e에 도시된 바와 같이, 제1 하드 마스크 패턴(23)을 마스크로 이용한 식각공정을 실시하여 폴리 실리콘막(22, 도 2d 참조)을 식각한다. 이로써, 픽셀 영역(Pixel) 및 로직 영역(Logic)의 게이트 절연막(21) 상에는 화소용 게이트 전극인 제1 게이트 전극(22a) 및 로직용 게이트 전극인 제2 게이트 전극(22b)이 각각 형성된다. Subsequently, as illustrated in FIG. 2E, an etching process using the first
이러한 폴리 실리콘막(22)의 식각시에는 픽셀 영역(Pixel)의 제2 하드 마스크 패턴(24)과 로직 영역(Logic)의 제1 하드 마스크 패턴(23)이 일정 두께 식각된다. 이에 따라, 로직 영역(Logic)의 제2 게이트 전극(22b) 상부에는 제1 하드 마스크 패턴(23a)이 일정 두께 잔류하게 된다. 이때, 로직 영역(Logic)에 잔류된 제1 하드 마스크 패턴(23a)은 후속의 습식식각공정에 의해 제거된다.When the
이후에는, 공지된 기술에 따라 제2 하드 마스크 패턴(24)을 이온주입 방지막으로 하여 픽셀 영역(Pixel)의 기판(20) 내에 포토 다이오드 형성을 위한 딥 N 이온주입공정을 실시하고, 로직 영역(Logic)의 제2 게이트 전극(22b) 상부에 실리사이드층을 형성한다.Subsequently, a deep N ion implantation process is performed to form a photodiode in the
이러한 딥 N 이온주입공정시에는 제2 하드 마스크 패턴(24) 뿐만 아니라 별도의 포토공정을 통해 포토 다이오드가 형성될 영역만을 오픈시키는 구조로 형성된 감광막 패턴을 이온주입 방지막으로 이용한다. In the deep N ion implantation process, a photoresist pattern having a structure of opening only a region in which a photodiode is to be opened through a separate photo process as well as the second
이에 따라, 본 발명의 실시예2에서 또한 픽셀 영역 및 로직 영역에 게이트 전극을 형성하기 전에, 포토 다이오드 형성을 위한 딥 N 이온주입공정시 이온주입 방지막으로 기능하는 하드 마스크를 미리 제거하여 게이트 전극의 측벽 손상 및 액티브 영역의 기판 손상이 발생하는 것을 억제할 수 있다.Accordingly, in Embodiment 2 of the present invention, before the gate electrodes are formed in the pixel region and the logic region, the hard mask which functions as an ion implantation prevention film in the deep N ion implantation process for photodiode formation is removed in advance. It is possible to suppress occurrence of sidewall damage and substrate damage in the active region.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 픽셀 영역 및 로직 영역에 게이트 전극을 형성하기 전에, 포토 다이오드 형성을 위한 딥 N 이온주입공정시 이온주입 방지막으로 기능하는 하드 마스크를 미리 제거하여 게이트 전극의 측벽 손상 및 액티브 영역의 기판 손상이 발생하는 것을 억제할 수 있다.As described above, according to the present invention, before the gate electrode is formed in the pixel region and the logic region, the hard mask which functions as an ion implantation prevention film in the deep N ion implantation process for forming the photodiode is removed in advance to form the gate electrode. It is possible to suppress occurrence of sidewall damage and substrate damage in the active region.
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KR1020050127712A KR100694480B1 (en) | 2005-12-22 | 2005-12-22 | Method for forming gate electrode in semiconductor device |
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