KR100731102B1 - 이미지 센서 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 불순물 영역으로부터의 이온이 트렌치 내부로 확산되는 것을 방지할 있는 이미지 센서 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 포토다이오드 영역과 소자분리 영역을 갖는 기판: 상기 소자분리 영역에 형성된 트렌치; 및, 상기 트렌치의 내벽에 형성된 질화막을 포함하여 구성되는 것이다.
반도체 소자, 이미지 센서, 트렌치, 불순물, 확산방지막
Description
도 1은 종래의 이미지 센서의 단면도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 단면도
도 3a 내지 3f는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법을 나타낸 공정단면도
＊도면의 주요부에 대한 부호 설명
201 : 트렌치 211 : 질화막
203 : 제 1 불순물 영역 204 : 제 2 불순물 영역
212 : 소자 분리막 242 : 게이트 전극
243 : 스페이서 241 : 게이트 절연막
200 : 기판
본 발명은 이미지센서의 제조방법에 관한 것으로, 특히 불순물 영역으로부터의 이온이 트렌치 내부로 확산되는 것을 방지할 있는 이미지 센서 및 이의 제조방 법에 대한 것이다.
일반적으로, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 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 기술을 이용하여 화소 수만큼 MOS 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용한다.
도 1은 종래의 이미지 센서의 단면도이다.
종래의 이미지 센서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 소자분리 영역과 포토다이오드 영역을 갖는 기판(100)과, 상기 기판(100)의 소자분리 영역에 형성된 트렌치(101)를 포함한다.
여기서, 상기 포토다이오드 영역에는 불순물 영역(103)(웰(well)영역)이 형성되고, 상기 소자분리 영역에 형성된 트렌치(101)의 둘레에는 상기 트렌치(101)를 둘러싸도록 채널스톱 영역(104)이 형성된다.
이 채널스톱 영역(104)은 상기 불순물 영역에 주입된 이온이 상기 트렌치(101)로 확산되는 것을 방지하는 확산방지막 역할을 한다.
이와 같은 종래의 채널스톱 영역(104)을 형성하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 트렌치(101) 둘레를 제외한 나머지 부분을 가리도록 포토레지스트 패턴을 형성하고, 이 포토레지스트 패턴을 마스크로하여 노출된 상기 트렌치(101) 둘레에 보론을 주입함으로써 상기 채널스톱 영역(104)을 형성한다.
이후, 상기 포토레지스트 패턴을 애싱하여 제거하고, 상기 포토레지스트 패턴의 잔유물을 제거하기 위해 세정공정을 진행한다.
이와 같이 하여 상기 채널스톱 영역(104)을 형성한다.
한편, 상기 트렌치(101) 내부에는 소자 분리막이 형성되며, 이후 상기 소자 분리막의 스트레스를 완화시키기 위해 상기 기판(100)을 어닐(anneal)한다,
그러나 종래의 이미지 센서는 다음과 같은 문제점을 갖는다.
먼저, 상기 스톱채널 영역을 형성하기 위하여 많은 공정을 필요로한다.
또한, 상기 어닐 과정에서 기판(100)에 가해지는 고온의 온도로 인해 상기 채널스톱 영역(104)의 보론 이온이 상기 불순물 영역으로 확산될 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 트렌치 내벽을 따라 질화막을 형성하여 불순물 영역과 트렌치간을 용이하게 차단할 수 있는 이미지 센서 및 이의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이미지 센서는, 포토다이오드 영역과 소자분리 영역을 갖는 기판: 상기 소자분리 영역에 형성된 트렌치; 및, 상기 트렌치의 내벽에 형성된 질화막을 포함하여 구성됨을 그 특징으로 한다.
여기서, 상기 질화막은 N2, NO, 및 NO2 가스 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 질화막에는 Ar 가스가 더 포함됨을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이미지 센서의 제조방법은, 포토다이오드 영역과 소자분리 영역을 갖는 기판을 준비하는 단계; 상기 소자분리 영역에 트렌치를 형성하는 단계; 상기 트렌치를 포함한 기판의 전면에 산화막을 형성하는 단계; 및, 상기 산화막에 질화 가스를 주입하는 단계를 포함하여 이루어짐을 그 특징으로 한다.
여기서, 상기 질화 가스는 N2, NO, 및 NO2 가스 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 산화막에 Ar 가스를 주입하는 단계를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
상기 트랜치 내부에 매립되도록 상기 기판의 전면에 절연막을 형성하는 단계; 상기 절연막 및 산화막을 평탄화하여 상기 트렌치 내부에 매립되는 소자분리막을 형성하는 단계; 상기 기판을 어닐(anneal)하는 단계; 및, 상기 포토다이오드 영역에 웰(well)을 형성하는 단계를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는, 도 2에 도시된 바와 같이, 소자분리 영역과 포토다이오드 영역을 갖는 기판(200)과, 상기 소자분리 영역에 형성된 트렌치(201)와, 상기 포토다이오드 영역에 형성된 제 1 및 제 2 불순물 영역(204)과, 상기 포토다이오드 영역에 형성된 게이트 절연막(241)과, 상기 게이트 절연막 (241)상에 형성된 게이트 전극(242)과, 상기 게이트 전극(242) 및 게이트 절연막(241)의 양 측면에 형성된 스페이서(243)와, 상기 트렌치(201)의 내벽을 따라 형성되어 상기 제 1 및 제 2 불순물 영역(203, 204)으로부터 상기 트렌치(201) 내부로 확산되는 것을 방지하기 위한 질화막(211)과, 상기 트렌치(201)내에 매립된 소자 분리막을 포함한다.
여기서, 상기 질화막(211)은 N2, NO, 및 NO2 가스 중 어느 하나를 포함한다. 즉, 상기 질화막(211)은 상기 N2, NO, 및 NO2 가스 중 어느 하나를 플라즈마 증착 방식을 사용하여 상기 트렌치(201)의 내벽에 형성할 수 있다.
또한, 상기 열거한 가스들 중 어느 하나와 Ar 가스를 혼합하고, 이 혼합된 가스를 플라즈마 증착 방식을 통해 상기 트렌치(201)의 내벽에 형성할 수 있다.
이와 같이 형성된 질화막(211)은 상기 제 1 및 제 2 불순물 영역(203, 204)으로부터 상기 트렌치(201)로 불순물이 확산되는 것을 방지하는 확산방지막 역할을 한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3a 내지 3f는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법을 나타낸 공정단면도이다.
먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 소자분리 영역과 포토다이오드 영역을 갖는 기판(200)을 준비하고, 포토 및 식각 공정을 통해 상기 소자분리 영역에 소정 깊이를 갖는 트렌치(201)를 형성한다.
여기서, 상기 기판(200)은 P에피층이 형성된 P형 반도체 기판(200) 또는 N에피층이 형성된 N형 반도체 기판(200)일 수 있다.
이후, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 트렌치(201)가 형성된 기판(200)의 전면에 막(211)(산화막)을 증착한다. 그리고, 상기 산화막에 N2, NO, 및 NO2 가스 중 하나를 상기 막(211)의 내부로 주입시킨다. 그러면, 상기 막은 상기 가스에 의해 질화막(211)으로 형성된다.
한편, 상기 N2, NO, 및 N2 가스 중 어느 하나와 Ar 가스를 상기 막의 내부에 같이 주입하여도 무방하다.
이때, 상기 N2 가스는 약 500℃의 온도 및 300Pa의 압력의 분위기에서 약 2SLM의 유량으로 약 1분동안 상기 기판(200)이 로딩된 챔버내로 흘려준다.
그리고, 상기 Ar 가스는 약 500℃의 온도 및 300Pa의 압력의 분위기에서 약 1SLM의 유량으로 1분동안 상기 기판(200)이 로딩된 챔버내로 흘려준다.
그리고, 상기 NO 및 N2O 가스는 약 900℃의 온도 및 500Tor의 압력의 분위기에서 약 2SLM의 유량으로 약 2시간 동안 상기 기판(200)이 로딩된 챔버내로 흘려준다.
이어서, 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 트렌치(201) 내부에 매립되도록 상기 기판(200)의 전면에 소자 분리막(212)을 증착하고, 화학적기계적 연마(CMP; Chemical Mechanical Polishing)를 통해 이 소자 분리막(212) 및 상기 질화막(211)을 동시에 평탄화시킨다.
그러면, 도 3d에 도시된 바와 같이, 상기 질화막(211)은 상기 트렌치(201)의 내벽을 따라 형성되고, 상기 소자 분리막(212)은 상기 트렌치(201)의 내부에 매립된다. 이에 따라, 상기 기판(200)에는 STI(Shallow Trench Insulator)구조의 필드산화막이 형성된다.
다음으로, 도 3e에 도시된 바와 같이, 상기 포토다이오드 영역상에 포토 및 식각 공정을 통해 게이트 절연막(241) 및 게이트 전극(242)을 차례로 형성한다.
그리고, 상기 포토다이오드 영역에 선택적으로 불순물을 주입하여 제 1 불순물 영역(203)을 형성한다.
이때, 상기 불순물은 상기 질화막(211)에 의해 상기 트렌치(201) 내부로 확산되지 못한다.
이어서, 도 3f에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 전극(242)의 양 측벽에 스페이서(243)를 형성하고, 이후 상기 포토다이오드 영역에 불순물을 주입하여 제 2 불순물 영역(204)을 형성한다.
이후, 상기 기판(200)을 어닐(anneal)하여 상기 트렌치(201) 내부에 형성된 소자 분리막(212)의 스트레스를 완화시킨다.
이때, 상기 질화막(211)에 포함된 N2, NO, 및 NO2는 종래의 Bo에 비하여 확산 정도가 낮기 때문에, 상기 기판(200)을 높은 온도로 충분한 시간동안 어닐하여도 무방하다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 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.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 이미지 센서 및 이의 제조방법에는 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에서는 트렌치의 내벽을 따라 질화막을 형성하여 불순물 영역으로부터의 이온이 트렌치 내부로 확산되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 채널스톱 영역을 형성하는데 필요한 포토레지스트 도포 공정, 현상 공정, 애싱 공정, 및 세정 공정을 필요로 하지 않으므로 공정 효율을 증가시킬 수 있다.
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- 포토다이오드 영역과 소자분리 영역을 갖는 기판을 준비하는 단계;상기 소자분리 영역에 트렌치를 형성하는 단계;상기 트렌치를 포함한 기판의 전면에 산화막을 형성하는 단계; 및,상기 산화막에 NO 및 NO2 가스 중 어느 하나를 주입하는 단계;상기 산화막에 Ar 가스를 주입하는 단계;상기 트랜치 내부에 매립되도록 상기 기판의 전면에 절연막을 형성하는 단계;상기 절연막 및 산화막을 평탄화하여 상기 트렌치 내부에 매립되는 소자분리막을 형성하는 단계;상기 기판을 어닐(anneal)하는 단계; 및,상기 포토다이오드 영역에 웰(well)을 형성하는 단계를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
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