KR100746472B1 - Method for fabricating cmos image sensor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 P+영역의 디플리션에 의한 언피닝을 방지하지 할 수 있는 시모스 이미지센서의 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은 기판에 픽셀의 전달 트랜지스터용 게이트 패턴을 형성하는 단계; 상기 게이트 패턴을 따라 BSG막을 형성하는 단계; 상기 BSG막상에 실리콘질화막을 형성하는 단계; 및 상기 실리콘질화막을 식각하여 상기 게이트 패턴의 측벽절연막을 형성하는 단계를 포함하는 시모스 이미지센서의 제조방법을 제공한다.The present invention is to provide a method for manufacturing a CMOS image sensor that can prevent the unpinning due to depletion of the P + region, the present invention comprises the steps of forming a gate pattern for the transfer transistor of the pixel on the substrate; Forming a BSG film along the gate pattern; Forming a silicon nitride film on the BSG film; And forming a sidewall insulating layer of the gate pattern by etching the silicon nitride layer.
시모스 이미지센서, 포토다이오드, 전달트랜지스터, 스페이서, BSG막. CMOS image sensor, photodiode, transfer transistor, spacer, BSG film.
Description
도1a 내지 도1c는 종래기술에 의한 시모스 이미지센서의 제조방법을 나타내는 공정단면도.1A to 1C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a CMOS image sensor according to the prior art.
도2a와 도2b는 종래기술에 의한 시모스 이미지센서의 제조방법의 상태를 보여주는 그래프.Figures 2a and 2b is a graph showing the state of the manufacturing method of the CMOS image sensor according to the prior art.
도3은 종래기술에 의한 시모스 이미지센서의 문제점을 보여주는 단면도.Figure 3 is a cross-sectional view showing a problem of the CMOS image sensor according to the prior art.
도4a 내지 도4c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시모스 이미지센서의 제조방법을 나타내는 공정단면도.4A to 4C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a CMOS image sensor according to a preferred embodiment of the present invention.
도5a 와 도5b는 본 발명에 따른 시모스 이미지센서의 특성을 보여주는 그래프.5a and 5b are graphs showing the characteristics of the CMOS image sensor according to the present invention;
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 * Explanation of symbols on the main parts of the drawings
30 : 기판 31a, 31b : P형 임플단트 영역30
33 : BSG막 34 : 실리콘질화막33: BSG film 34: silicon nitride film
35 : 전달트랜지스터의 측벽절연막(스페이서)35: sidewall insulating film (spacer) of transfer transistor
본 발명은 시모스(CMOS) 이미지센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 시모스 이미지센서의 동작 범위의 특성 향상에 관한 발명이다.The present invention relates to a CMOS image sensor and a method of manufacturing the same, and more particularly, to an improvement in characteristics of an operating range of a CMOS image sensor.
일반적으로 반도체 장치중 이미지센서는 광학 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 장치로서, 대표적인 이미지센서 소자로는 전하결합소자(Charge Coupled Device; CCD)와 시모스 이미지센서를 들 수 있다.In general, an image sensor of a semiconductor device is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal. Representative image sensor devices include a charge coupled device (CCD) and a CMOS image sensor.
그 중에서 전하결합소자는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 캐패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, 시모스 이미지센서는 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 시모스 기술을 이용하여 각 화소(pixel)수에 대응하는 모스 트랜지스터(통상적으로 4개의 모스트랜지스터)를 만들고 이것을 이용하여 순차적으로 출력하는 소자이다.Among them, the charge-coupled device is a device in which charge carriers are stored and transported in the capacitor while individual metal-oxide-silicon (MOS) capacitors are located very close to each other. By using CMOS technology that uses a signal processing circuit as a peripheral circuit, a MOS transistor (typically four MOS transistors) corresponding to the number of pixels is made and sequentially output using the MOS transistor.
도1a 내지 도1c는 종래기술에 의한 시모스 이미지센서의 제조방법을 나타내는 공정단면도로서, 특히 전달 트랜지스터의 형성방법을 중심으로 나타낸 것이다.1A to 1C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a CMOS image sensor according to the prior art, and in particular, a method of forming a transfer transistor.
도1a를 참조하여 살펴보면, 종래기술에 의한 시모스 이미지센서의 제조방법은 먼저 기판(10)에 게이트 패턴(12)을 형성하고, P+형 영역을 형성하기 위해 붕소(Boron)를 임플란트공정(1 ~ 50KeV, 1E11 ~ 1E14/cm2)을 진행하여 임플란트 영역(11a, 11b)를 형성한다.Referring to FIG. 1A, a method of manufacturing a CMOS image sensor according to the related art first forms a
이어서 도1b에 도시된 바와 같이, 기판 전면에 TEOS막(13)을 버퍼산화막 층으로 형성하고, 그 상부에 실리콘질화막(14)(Si3N4)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 1B, a TEOS
이어서 도 1c에 도시된 바와 같이 식각공정을 진행하여 게이트 패턴의 측벽에 측벽절연막(15) 즉 스페이서를 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 1C, an etch process is performed to form
도2a와 도2b는 종래기술에 의한 시모스 이미지센서의 제조방법의 문제점을 보여주는 그래프이다.2A and 2B are graphs showing problems of the method for manufacturing the CMOS image sensor according to the prior art.
전술한 바와 같이 측벽스페이서를 형성하게 되면, 스페이서용 질화막이 형성된 영역의 하부(도1c 및 도2a의 Y1 cut 참조)의 실리콘기판에서 붕소 농도 프로파일이, 열공정 진행하게 되면 붕소의 확산(boron out-diffusion)에 의해 임플란트 했을 때(as-implant)보다 크게 낮아진다.As described above, when the sidewall spacers are formed, the boron concentration profile in the silicon substrate below the region where the nitride film for spacers is formed (see Y1 cut in FIGS. 1C and 2A), and boron out when the thermal process proceeds. significantly lower than when implanted by -diffusion.
또한 스페이서용 질화막이 형성된 영역의 하부(도1c 및 도2b의 Y2 cut 참조)의 프로파일에서는 TEOS막 위쪽에 질화막이 없게 되어 Y1 단면보다 훨씬 심하게 붕소의 외부 확산(boron out-diffusion)이 일어나게 되어 P+/N/P 구조를 가진 포토다이오드에서 P+ 영역이 제 역할을 하지 못하게 되어 기판 표면으로 부터 다크 전류가 발생할 소스가 생기게 된다.In addition, in the profile of the lower portion of the spacer nitride film formed region (see Y2 cut in FIGS. 1C and 2B), there is no nitride film above the TEOS film, and boron out-diffusion occurs much more than the Y1 cross-section. In the photodiode with / N / P structure, the P + region becomes ineffective, resulting in a source of dark current from the substrate surface.
이 다크 전류는 원하지 않는 신호이므로 실제 이미지상에서 화이트 스팟(white spot) 형태의 노이즈로 보이게 된다.Since this dark current is an unwanted signal, it appears as white spot noise on the actual image.
도3은 종래기술에 의한 시모스 이미지센서의 문제점을 보여주는 단면도이다.3 is a cross-sectional view showing a problem of the CMOS image sensor according to the prior art.
도3에 도시된 바와 같이, 포토다이오드의 P+ 영역의 농도 프로파일에 따른 피닝(pinning)과 언피닝(unpinning) 현상이 나타나는데, 피닝된 도3의 위에 단면도를 보면, P+영역이 디플리션되지 않고, neutral 영역을 형성하여 표면으로부터 전자의 유입을 방해하지만, 도3의 하단 그림을 보면, P+ 영역의 농도가 낮은 경우 P+영역이 디플리션되어 실리콘 표면에서 발생되는 전하가 대량 유입되는 문제가 생긴다.As shown in FIG. 3, pinning and unpinning phenomena appear according to the concentration profile of the P + region of the photodiode. In the cross-sectional view of the pinned FIG. 3, the P + region is not depleted. However, the formation of a neutral region prevents the inflow of electrons from the surface. However, in the lower figure of FIG. 3, when the concentration of the P + region is low, the P + region is depleted and a large amount of charge generated from the silicon surface is introduced. .
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 포토다이오드 P+영역이 실리콘 초표면에서 외부 확산되는 것을 억제하여 P+영역 디플리션에 의한 언피닝을 방지하지 할 수 있는 시모스 이미지센서의 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed to solve the above-described problem, and a method of manufacturing a CMOS image sensor that can prevent the photodiode P + region from diffusing externally on the ultra-silicon surface to prevent unpinning due to P + region depletion. The purpose is to provide.
본 발명은 기판에 픽셀의 전달 트랜지스터용 게이트 패턴을 형성하는 단계; 상기 게이트 패턴을 따라 BSG막을 형성하는 단계; 상기 BSG막상에 실리콘질화막을 형성하는 단계; 및 상기 실리콘질화막을 식각하여 상기 게이트 패턴의 측벽절연막을 형성하는 단계를 포함하는 시모스 이미지센서의 제조방법을 제공한다.The present invention includes forming a gate pattern for a transfer transistor of a pixel on a substrate; Forming a BSG film along the gate pattern; Forming a silicon nitride film on the BSG film; And forming a sidewall insulating layer of the gate pattern by etching the silicon nitride layer.
본 발명은 포토다이오드 P+영역의 디플리션에 의한 언피닝을 방지하기 위해, 전달 트랜지스터의 측벽절연막을 TEOS막 대신에 PSG(boron silicate glass)층의 사용하는 발명이다. 이는 PSG막이 붕소의 농도가 높은 층이기 때문에 P+ 영역에서 확산되는 붕소를 방지함으로서 P+ 영역이 실리콘기판 초표면에서 완전한 neutral 영역이 되도록 하여 다크 전류의 유입을 방지할 수 있게 되는 것이다.The present invention is an invention in which a sidewall insulating film of a transfer transistor is used of a boron silicate glass (PSG) layer instead of a TEOS film in order to prevent unpinning due to depletion of the photodiode P + region. This is because the PSG film is a layer having a high boron concentration, thereby preventing boron from diffusing in the P + region so that the P + region becomes a completely neutral region at the ultra-surface of the silicon substrate, thereby preventing the inflow of dark current.
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 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. .
도4a 내지 도4c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시모스 이미지센서의 제조방법을 나타내는 공정단면도이다.4A to 4C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a CMOS image sensor according to a preferred embodiment of the present invention.
도4a에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 다른 시모스 이미지센서의 제조방법은 먼저 기판에 전달트랜지스터의 게이트 패턴(32)를 형성하고, 포토다이오드의 P+형 영역을 형성하기 위해 붕소(Boron)를 임플란트공정(1 ~ 50KeV, 1E11 ~ 1E14/cm2)을 진행하여 임플란트 영역(31a,31b)를 형성한다.As shown in Fig. 4A, the method of manufacturing a CMOS image sensor according to the present embodiment first forms a
이어서 도4b에 도시된 바와 같이, BSG막(33)을 버퍼막으로 형성하고, 그 상부에 실리콘질화막(34)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 4B, the BSG
이 때 BST막은 100 ~ 1000도사이에서 붕소 농도가 1E16 ~ 1E21/cm3이 되도록 증착한다. 증착방법은 화학적기상증착법 또는 플라즈마 등을 이용한 모든 BSG막 증착기술을 이용할 수 있다.At this time, the BST film is deposited so that the boron concentration is between 1E16 and 1E21 / cm3 between 100 and 1000 degrees. The deposition method may use any BSG film deposition technique using chemical vapor deposition or plasma.
이어서 도4c에 도시된 바와 같이, 실리콘질화막(34)을 식각하여 게이트 패턴의 측벽절연막(34A), 즉 스페이서를 형성한다. 이때 BSG막(33)은 잔류시킨다.
이후 어닐 공정을 실시하여 도펀트를 활성화한다. 이때 어닐 공정시 BSG막 내부의 붕소 도펀트가 기판의 표면으로 확산되고, 아울러 포토다이오드를 구성하는 임플란트 영역(31a) 상부에 BSG막(33)이 존재하여 임플란트영역의 붕소가 외부 확산되는 것을 방지할 수 있다. Subsequently, as shown in FIG. 4C, the
An annealing process is then performed to activate the dopant. At this time, the boron dopant inside the BSG film is diffused to the surface of the substrate during the annealing process, and the
도5a 와 도5b는 본 발명에 따른 시모스 이미지센서의 특성을 보여주는 그래프이다.5A and 5B are graphs showing characteristics of the CMOS image sensor according to the present invention.
전술한 바와 같이 진행한 게이트 패턴의 측벽절연막의 하부 농도 프로파일은 도5a와 도5b처럼 되어 열공정 후(after anneal) 오히려 실리콘 기판 표면에서 붕소의 농도가 임플단트 공정 직후(as-implant)보다 더 증가된다.As described above, the lower concentration profile of the sidewall insulating film of the gate pattern proceeds as shown in FIGS. 5A and 5B so that the concentration of boron on the surface of the silicon substrate after the thermal processing (after anneal) is higher than that after the implant process. Is increased.
이렇게 형성된 포토다이오드는 완전한 핀잉 효과를 얻을 수 있어 표면 디플리션에 의한 다크 전류의 유입을 막을 수 있다.The photodiode thus formed can obtain a complete pinning effect and prevent the inflow of dark current due to surface depletion.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명이 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and the present invention may be variously substituted, modified, and changed without departing from the spirit of the present invention. It will be apparent to those of ordinary skill in Esau.
본 발명은 시모스 이미지센서의 전달 트랜지스터의 측벽절연막을 형성하는 데 있어서, 질화막하단의 완충막으로 BSG막을 사용함으로서, P+ 실리콘 초표면에서 산화막으로 붕소의 외부 확산을 방지할 수 있게 된다. 이로 인해 포토다이오드의 제조공정중 P0 임플란트 공정을 생략할 수 있다.In the present invention, in forming the sidewall insulating film of the transfer transistor of the CMOS image sensor, by using the BSG film as the buffer film under the nitride film, it is possible to prevent the external diffusion of boron from the P + silicon ultra surface to the oxide film. For this reason, the P0 implant process can be omitted during the manufacturing process of the photodiode.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| G170 | Publication of correction | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20110629 Year of fee payment: 5 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |