KR100718782B1 - 이미지 센서 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 포토 다이오드를 갖는 이미지 센서의 암전류 발생을 억제할 수 있는 이미지 센서 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은 기판 상에 트랜지스터용 게이트 전극을 형성하는 단계와, 상기 트랜지스터용 게이트 전극의 일측에 얼라인되도록 상기 기판 내에 포토 다이오드를 형성하는 단계와, 상기 트랜지스터용 게이트 전극의 양측벽에 스페이서를 형성하는 단계와, 상기 스페이서 형성시 과도식각된 상기 포토 다이오드의 모서리 부분을 라운딩화하기 위해 열공정을 실시하는 단계를 포함하는 이미지 센서 제조방법을 제공한다.
이미지 센서, 핀드 포토 다이오드, P0 확산영역, 열공정, 암전류.
Description
도 1은 일반적인 핀드 포토 다이오드를 갖는 이미지 센서를 도시한 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 'A' 부위를 확대하여 도시한 개략도.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서 제조방법을 도시한 공정단면도.
도 4는 도 3d에 도시된 'B' 부위를 확대하여 도시한 개략도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
30 : 기판
32 : 게이트 절연막
33 : 게이트 전도막
34 : 트랜지스터용 게이트 전극
35 : 버퍼 산화막
36 : N- 확산영역
37 : P0 확산영역
39 : HLD 산화막
40 : 질화막
42 : 스페이서
43 : 열공정
본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로, 특히 핀드 포토 다이오드(Pinned Photodiode)를 갖는 이미지 센서 제조방법에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 핀드 포토다이오드(Pinned Photodiode)는 CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서 또는 CMOS 이미지 센서에서 외부로부터의 빛을 감지하여 광전하를 생성 및 집적하는 소자로 사용되며, 기판 내부에서 매립된 PNP(또는, NPN) 접합 구조를 갖고 있어 베리드 포토 다이오드(Buried Photodiode)라 불리우기도 한다.
이러한, 핀드 포토 다이오드는 소스/드레인 PN 접합(Junction) 구조나 모스(MOS) 캐패시터 구조 등 다른 구조의 포토 다이오드에 비해 여러 가지 장점을 갖고 있으며, 그 중 하나가 공핍층의 깊이를 증가시킬 수 있어 입사된 광자(Photon)를 전자(Electron)로 바꾸어 주는 능력이 우수하다는 것이다(High Quantum Efficiency). 즉, PNP 접합 구조의 핀드 포토 다이오드는 N 영역이 완전공핍되면서 N 영역을 개재하고 있는 두 개의 P 영역으로 공핍층이 형성되므로 그만큼 공핍층 깊이를 증가시켜 "Quantum Efficiency"를 증가시킬 수 있다. 이에 의해 광감도(Light Sensitivity)가 우수하다.
도 1은 일반적인 핀드 포토 다이오드를 갖는 이미지 센서를 도시한 단면도이다. 여기서는, P형 에피층(미도시)/N- 확산영역(16)/P0 확산영역(17)으로 이루어진 PNP형 핀드 포토 다이오드를 갖는 이미지 센서를 도시하였다.
도 1을 참조하면, 종래의 이미지 센서는 P형 에피층(P_epi, 미도시)이 상부에 형성된 P형 기판(10)과, 에피층 상의 일부 영역에 형성된 트랜지스터용 게이트 전극(14)과, 트랜지스터용 게이트 전극(14)의 일측으로 노출된 에피층 내에 형성된 저농도의 N형(N-) 확산영역(16)과, 게이트 전극(14)의 양측벽에 형성된 스페이서(22)와, 스페이서(22)의 일측으로 노출된 N- 확산영역(16) 표면 상부에 형성된 P0 확산영역(17)을 포함한다.
여기서, 트랜지스터용 게이트 전극(14)은 트랜스퍼 트랜지스터로 기능하기 위한 것으로 게이트 절연막(12) 및 게이트 전도막(13)이 적층된 구조로 형성되고, 스페이서(22)는 이중의 산화막(15, 19) 상에 질화막(20)이 적층된 구조로 형성된다.
이때, P0 확산영역(17)은 N- 확산영역(16) 표면이 공핍(Depletion)되는 것을 방지하며 N- 확산영역(16) 표면에 포획(Capture)되는 잉여전자(Extra electron)들이 P형 에피층으로 이동함에 따라 유발되는 암신호(Dark signal) 발생을 방지한다.
그러나, 통상 스페이서(22) 형성을 위한 식각공정시에는 스페이서(22)의 일측으로 각각 노출된 기판(10)의 상부 표면이 'L' 만큼 과도식각되어 P0 확산영역(17)의 일부가 손실(Loss)된다.
도 2는 손실된 부분의 P0 확산영역(17)의 구조를 확대하여 도시한 개략도이다. 도 2를 참조하면, 과도식각된 P0 확산영역(17)의 표면에 댕글링 본드(D, Danglin bond)가 발생됨을 알 수 있다. 또한, 과도식각된 P0 확산영역(17)의 모서리 부분이 직각을 이루어 과도식각된 P0 확산영역(17) 모서리 부분의 전계(Electric Field)가 더욱 증가하게 된다. 이에 따라, 이미지 센서의 암전류(Dark current)가 발생한다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 포토 다이오드를 갖는 이미지 센서의 암전류 발생을 억제할 수 있는 이미지 센서 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 일측면에 따른 본 발명은, 기판 상에 트랜지스터용 게이트 전극을 형성하는 단계; 상기 기판 내에 상기 기판과 다른 도전형인 제1 도전형의 제1 확산영역과, 상기 제1 확산영역 상부 표면에 상기 기판과 동일한 도전형인 제2 도전형의 제2 확산영역이 상기 트랜지스터용 게이트 전극의 일측에 얼라인되도록 형성하여 포토 다이오드를 형성하는 단계; 상기 트랜지스터용 게이트 전극의 양측벽에 스페이서를 형성하면서 상기 제2 확산영역을 노출된 부분과 스페이서 하부의 높이가 서로 다르도록 상기 제2 확산영역의 노출된 부분을 과도식각하는 단계; 및 상기 스페이서 형성시 과도식각된 상기 제2 확산영역의 모서리 부분을 라운딩화하기 위해 열공정을 실시하는 단계를 포함하는 이미지 센서 제조방법을 제공한다.
삭제
또한, 상기한 본 발명에 있어서, 상기 열공정은 N2, H2 및 O2 분위기 중 어느 하나의 분위기에서 실시하고 급속열처리(RTP; Rapid Thermal Process) 방법 또는 퍼니스(Furnace) 방법으로 실시한다.
상기한 본 발명은, 스페이서 형성시 과도식각된 포토 다이오드의 모서리 부분을 라운딩화하기 위해 스페이서 형성 후 전체적으로 열공정을 실시함으로써, 포토 다이오드의 모서리 부분의 전계(Electric Field)를 감소시키고 과도식각된 포토 다이오드 상부 표면에 발생되는 댕글링 본드를 제거하여 이미지 센서의 암전류의 발생을 억제할 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명 의 가장 바람직한 실시예를 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.
실시예
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서 제조방법을 도시한 공정단면도이다. 여기서는, 일례로 PNP형 핀드 포토 다이오드를 갖는 이미지 센서의 제조방법을 설명하기로 한다.
먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 상부에 P형 에피층(미도시)이 형성된 P형 기판(30) 상에 복수의 트랜지스터용 게이트 전극(34)을 형성한다. 예컨대, 기판(30) 상에 게이트 절연막(32) 및 게이트 전도막(33)을 순차적으로 형성한 후, 이를 선택적으로 식각하여 트랜지스터용 게이트 전극(34)을 형성한다.
이어서, 트랜지스터용 게이트 전극(34)을 포함한 기판(30) 상부의 단차를 따라 버퍼 산화막(35)을 형성한다.
이어서, 포토 다이오드가 형성될 포토 다이오드 영역을 오픈시키는 구조의 마스크 패턴(미도시)을 형성한 후, 마스크 패턴을 이온주입 마스크로 이용한 이온주입공정을 실시하여 포토 다이오드 영역의 기판(30) 내에 저농도의 N- 확산영역 (36)을 형성한다. 이로써, N- 확산영역(36)이 트랜지스터용 게이트 전극(34)의 일측과 얼라인(Align)되어 형성된다.
이어서, 상기 마스크 패턴을 이온주입 마스크로 이용한 이온주입공정을 실시하여 N- 확산영역(36)의 표면 상부에 고농도의 P0 확산영역(37)을 형성한다. 이로써, P형 기판(30)/N- 확산영역(36)/P0 확산영역(37)으로 이루어진 PNP형 포토 다이오드가 완성된다. 그런 다음, 스트립(strip) 공정을 실시하여 마스크 패턴을 제거한다.
이어서, 도 3b에 도시된 바와 같이, 버퍼 산화막(35) 상부의 단차를 따라 HLD(High temperature Low pressure Dilectric) 산화막(39)을 증착한 후, HLD 산화막(39) 상부 전면에 질화막(40)을 증착한다.예컨대, HLD 산화막(39)은 50~150Å의 두께로 증착하고 질화막(40)은 200~800Å의 두께로 증착한다.
이어서, 도 3c에 도시된 바와 같이, 건식식각공정(31)을 실시하여 질화막(40), HLD 산화막(39) 및 버퍼 산화막(35)을 식각하여 트랜지스터용 게이트 전극(34)의 양측벽에 스페이서(42)를 형성한다.
이러한 건식식각공정(31) 진행시에는 스페이서(42) 형성으로 인해 노출된 부분의 기판(30)이 과도식각된다. 이로 인해, 스페이서(42)의 일측으로 노출된 P0 확산영역(37) 또한 과도식각되어 'L' 만큼 손실이 발생된다.
이어서, 도 3d에 도시된 바와 같이, 열공정(33)을 실시하여 건식식각공정 (31) 진행시 과도식각된 포토 다이오드의 모서리 부분, 즉 P0 확산영역(37)의 모서리 부분을 라운딩(Rounding)시킨다('B' 부위 참조).
여기서, 열공정(33)은 N2, H2 및 O2 분위기 중 어느 하나의 분위기에서 실시하고 급속열처리(RTP; Rapid Thermal Process) 장비를 사용하는 급속열처리 방법 또는 퍼니스(Furnace) 장비를 이용하는 열처리 방법을 이용하여 실시한다.
일례로, 급속열처리 장비를 이용하는 급속열처리 방법은 650~750℃의 온도에서 10~30초간 실시한다. 다른 예로, 퍼니스 장비를 이용하여 열처리 방법은 650~750℃의 온도에서 30초~120분간 실시한다.
이어서, 스페이서(42)의 일측으로 노출된 P0 확산영역(37) 저부에 P형 불순물이온을 주입한다. 이는 2차례의 P형 불순물 이온주입공정을 통해 이루어진다.
이어서, 스페이서(42)를 마스크로 이용한 소오스/드레인 이온주입공정을 실시한다.
여기서, 상기 열공정은 스페이서(42) 형성 후 바로 실시할 수도 있지만, P형 불순물이온 주입 후 실시하거나 소오스/드레인 이온주입공정을 실시한 후에 실시할 수도 있다.
도 4는 도 3d에 도시된 'B' 부위를 확대하여 도시한 개략도이다.
도 4를 참조하면, 열공정(33, 도 3d 참조)이 완료된 P0 확산영역(37)의 상부 표면에 발생된 라디컬(Radical, R)들과 잉여전자가 결합하여 댕글링본드가 제거되 는 것을 알 수 있다. 또한, 열공정(33, 도 3d 참조)이 완료된 P0 확산영역(37)의 모서리 부분이 라운딩됨에 따라 종래기술에서보다 P0 확산영역(37) 모서리 부분의 전계가 감소함을 유추할 수 있다. 이에 따라, 이미지 센서의 암전류 발생을 억제할 수 있을 뿐만 아니라 BBP(Black Bad Pixel) 발생을 방지할 수 있다.
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.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, PNP형 핀드 포토 다이오드를 갖는 이미지 센서 제조의 스페이서 형성시 과도식각된 포토 다이오드의 모서리 부분을 라운딩화하기 위해 스페이서 형성 후 전체적으로 열공정을 실시함으로써, 포토 다이오드의 모서리 부분의 전계(Electric Field)를 감소시키고 과도식각된 포토 다이오드 상부 표면에 발생되는 댕글링 본드를 제거하여 이미지 센서의 암전류의 발생을 억제할 수 있을 뿐만 아니라 BBP 특성을 개선시킬 수 있다.
Claims (10)
- 기판 상에 트랜지스터용 게이트 전극을 형성하는 단계;상기 기판 내에 상기 기판과 다른 도전형인 제1 도전형의 제1 확산영역과, 상기 제1 확산영역 상부 표면에 상기 기판과 동일한 도전형인 제2 도전형의 제2 확산영역이 상기 트랜지스터용 게이트 전극의 일측에 얼라인되도록 형성하여 포토 다이오드를 형성하는 단계;상기 트랜지스터용 게이트 전극의 양측벽에 스페이서를 형성하면서 상기 제2 확산영역을 노출된 부분과 스페이서 하부의 높이가 서로 다르도록 상기 제2 확산영역의 노출된 부분을 과도식각하는 단계; 및상기 스페이서 형성시 과도식각된 상기 제2 확산영역의 모서리 부분을 라운딩화하기 위해 N2, H2 및 O2 중 어느 하나의 분위기에서 열공정을 실시하는 단계를 포함하는 이미지 센서 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 열공정을 급속열처리 장비를 사용하는 급속열처리 방법 또는 퍼니스 장비를 이용하는 열처리 방법으로 실시하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 급속열처리 장비를 이용하는 상기 급속열처리 방법을 650~750℃의 온도에서 10~30초 동안 실시하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 퍼니스 장비를 이용하는 상기 열처리 방법을 650~750℃의 온도에서 30초~120분 동안 실시하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 스페이서를 형성한 후, 상기 스페이서의 일측으로 노출된 상기 제2 확산영역 저부에 상기 제2 도전형의 불순물이온을 주입하는 단계를 더 포함하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 열공정은 상기 제2 도전형의 불순물이온을 주입하는 단계 후에 실시하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 스페이서를 형성한 후, 소오스 및 드레인 이온주입공정을 실시하는 단계를 더 포함하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 열공정은 상기 소오스 및 드레인 이온주입공정을 실시한 후에 실시하는 이미지 센서 제조방법.
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20110428 Year of fee payment: 5 |
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| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |