KR100776126B1 - Method for fabricating semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 통상의 씨모스 이미지센서에서 1개의 포토다이오드(PD)와 4개의 모스(MOS) 트랜지스터로 구성된 단위화소(Unit Pixel)를 도시한 회로도.1 is a circuit diagram showing a unit pixel composed of one photodiode (PD) and four MOS transistors in a conventional CMOS image sensor.
도 2는 종래의 살리사이드 형성 공정을 나타낸 도면.Figure 2 shows a conventional salicide forming process.
도 3A 및 도 3E는 본 발명의 일실시예에 따른 살리사이드 형성 방법을 나타낸 공정 단면도.3A and 3E are cross-sectional views illustrating a method of forming a salicide according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
100 : p+형 기판 101 : p에피층100: p + type substrate 101: p epi layer
102 : 반도체 기판 103 : 소자분리막102
104 : 게이트절연막 105 : 게이트전도막104: gate insulating film 105: gate conductive film
106 : 스페이서 107 : 게이트 패턴106: spacer 107: gate pattern
108 : n형 불순물영역 109 : 플로팅확산영역108: n-type impurity region 109: floating diffusion region
110 : p형 불순물영역 111 : 살리사이드 방지막110: p-type impurity region 111: salicide preventing film
115 : 코발트 살리사이드층 116 : 티타늄산화막115: cobalt salicide layer 116: titanium oxide film
본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로 특히, 반도체 소자 제조 공정 중, 이미지 센서(image sensor)의 제조 공정에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor manufacturing technology, and more particularly, to a manufacturing process of an image sensor during a semiconductor device manufacturing process.
일반적으로, 이미지 센서는 디지털 카메라, 휴대폰 등의 가정용 제품이나, 병원에서 사용되는 내시경, 지구를 돌고 있는 인공위성의 망원경에 이르기까지 매우 광범위한 분야에서 사용되고 있으며, 다양한 이미지 센서중, 씨모스 제조 기술로 생산되는 씨모스(CMOS) 이미지 센서는 광학적 이미지를 전기적 신호로 변환시키는 소자로서, 화소수 만큼 모스(MOS)트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용하고 있다. 씨모스 이미지 센서는, 종래 이미지 센서로 널리 사용되고 있는 씨씨디(CCD) 이미지센서에 비하여 구동 방식이 간편하고 다양한 스캐닝 방식의 구현이 가능하며, 신호처리 회로를 단일칩에 집적할 수 있어 제품의 소형화가 가능할 뿐만 아니라, 호환성의 씨모스 기술을 사용하므로 제조 단가를 낮출 수 있고, 전력 소모 또한 크게 낮다는 장점을 지니고 있어서 휴대폰, PC, 감시 카메라 등의 저가, 저전력을 요하는 분야에 쓰이고 있다. In general, image sensors are used in a wide range of fields, from home products such as digital cameras and mobile phones, to endoscopes used in hospitals, and to satellite telescopes around the earth. The CMOS image sensor is a device that converts an optical image into an electrical signal, and employs a switching method in which a MOS transistor is formed by the number of pixels and the output is sequentially detected using the MOS transistor. The CMOS image sensor is simpler to drive than the CCD image sensor, which is widely used as a conventional image sensor, enables various scanning methods, and can integrate signal processing circuits onto a single chip. In addition to the use of compatible CMOS technology, the manufacturing cost can be lowered and the power consumption is significantly lower. Therefore, it is used in low cost and low power fields such as mobile phones, PCs and surveillance cameras.
도 1은 통상의 씨모스 이미지센서에서 1개의 포토다이오드(PD)와 4개의 모스(MOS) 트랜지스터로 구성된 단위화소(Unit Pixel)를 도시한 회로도로서, 빛을 받아 광전하를 생성하는 포토다이오드(10)와, 포토다이오드(10)에서 모아진 광전하를 플로팅확산영역(12)으로 운송하기 위한 트랜스퍼 트랜지스터(11)와, 원하는 값으로 플로팅 확산영역의 전위를 세팅하고 전하를 배출하여 플로팅 확산영역(12)를 리셋시키기 위한 리셋 트랜지스터 (13)와, 플로팅 확산영역의 전압이 게이트로 인가되어 소스 팔로워 버퍼 증폭기(Source Follower Buffer Amplifier) 역할을 하는 드라이브 트랜지스터(14)와, 스위칭(Switching) 역할로 어드레싱(Addressing) 역할을 수행하는 셀렉트 트랜지스터(15)로 구성된다. 단위 화소 밖에는 출력신호(Output Signal)를 읽을 수 있도록 로드(load) 트랜지스터(16)가 형성된 모습을 도시하고 있다.1 is a circuit diagram showing a unit pixel composed of one photodiode (PD) and four MOS transistors in a conventional CMOS image sensor. 10), the
한편, 씨모스 이미지 센서는 고집적화가 급속도로 이루어지고 있는 단계이다. 0.25㎛의 선폭 이하의 이미지 센서 제조에 있어서도 기존의 스탠다드 로직(Standard logic)과 동일하게 Ti 또는 Co 등의 살리사이드를 갖는 게이트 전극이 필수화되고 있다.Meanwhile, the CMOS image sensor is in a stage where high integration is rapidly achieved. Also in the manufacture of an image sensor having a line width of 0.25 mu m or less, a gate electrode having a salicide such as Ti or Co is indispensable, similar to existing standard logic.
일반적으로, 종래의 기술에 있어서 살리사이드(salicide) 공정은, 포토다이오드 특성 열화를 가져다주어 씨모스 이미지 센서의 '포토다이오드'에서는 쓰이지 않고 있다. 그래서 포토다이오드에만 살리사이드 형성을 막음으로써 누설전류(leakage current) 발생을 억제하였다.In general, in the prior art, the salicide process causes deterioration of the photodiode characteristic and is not used in the 'photodiode' of the CMOS image sensor. Therefore, the generation of leakage current was suppressed by preventing the formation of salicide only in the photodiode.
도 2는 종래의 살리사이드 형성 공정을 나타낸 도면으로써, 게이트 패턴(17) 상부에 살리사이드를 형성하기 위한 공정에 해당한다.2 is a diagram illustrating a conventional salicide forming process, and corresponds to a process for forming salicide on the
이를 위해, 포토다이오드(18, 20)와 플로팅확산영역(19)을 덮는 살리사이드 방지막(21)을 형성한 후의 결과물 상에 코발트 살리사이드층을 형성하기 위한 코발트막(22)과 티타늄질화막(23, TiN)을 순차적으로 형성한다. 티타늄질화막(23)은 살 리사이드층을 형성하기 위한 어닐 공정 전에 코발트막(22)이 대기 중에 노출되는 방지하므로써, 장기간 노출에 따른 자연 산화막의 형성 및 오염원의 발생으로부터 코발트막(22)을 보호한다. 이어서, 1차 어닐→코발트막(22) 제거→2차 어닐 공정을 순차적으로 진행하여 살리사이드층(25)을 형성한다.To this end, the cobalt film 22 and the
여기서, 살리사이드 방지막(21)의 두께는 광조사에 영향을 미치지 않을 정도의 두께를 갖고 있어야 한다. 그런데, 위와 같이 광조사에 영향을 미치지 않을 정도의 두께로 살리사이드 방지막(21)을 형성할 경우, 코발트막(22)의 코발트 성분(24)이 1차 어닐 공정에서 살리사이드 방지막(21)에 침투하고, 2차 어닐 공정에서 포토다이오드(18, 20) 표면에 침투하여 광특성을 열하시킨다.Here, the thickness of the
만약 포토다이오드(18, 20) 표면에 이물 - 코발트 성분(24) - 이 존재할 경우 입사되는 광자의 입자수가 줄어들게 되어 생성되는 전자 및 홀의 수가 감소된다. 이는 플로팅확산영역(19)으로 이동하는 전자의 수가 감소되는 것을 의미한다. 또한, 이물이 금속일 경우, 전자 및 홀이 생성된 후 금속 이온에 의해 재결합되는 시간이 짧아지게 되어 플로팅확산영역(19)으로 이동하는 전자의 수를 감소시킨다. 이와 같은 문제점은 어두운 곳에서 조사할 경우 더욱 두드러지게 나타난다.If foreign material-cobalt component 24-is present on the surface of the
위의 설명은 이미지 센서의 문제점에 초점을 맞추어 설명하였으나, 이는 살리사이드층을 형성하는 반도체 소자에 있어서 공통된 문제점으로써, 반도체 소자의 살리사이드 형성 공정시, 살리사이드층의 형성을 위한 소스성분이 비살리사이드 형성 영역으로 이동하는 것을 방지할 수 있는 기술이 요구되고 있다. The above description focuses on the problem of the image sensor, but this is a common problem in the semiconductor device forming the salicide layer. In the salicide forming process of the semiconductor device, the source component for forming the salicide layer is non-existent. There is a need for a technique that can prevent migration to the salicide forming region.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 비살리사이드 형성영역에 올바르게 살리사이드층의 형성을 방지하는 반도체 소자의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, and an object thereof is to provide a method of manufacturing a semiconductor device which prevents formation of a salicide layer correctly in a nonsalicide formation region.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 기판 상에 실리콘 패턴을 형성하는 단계, 상기 실리콘 패턴을 제외한 영역의 기판에 살리사이드 방지막을 형성하는 단계, 상기 실리콘 패턴과 상기 살리사이드 방지막 상에 티타늄막과 코발트막을 순차적을 형성하는 단계, 상기 티타늄막과 상기 살리사이드 방지막의 계면에 상기 코발트막의 코발트 성분이 상기 기판에 침투하는 것을 방지하는 침투방지층이 형성되고, 상기 실리콘 패턴 상부에 모노살리사이드층이 형성되도록 1차 어닐하는 단계, 반응하지 않은 상기 티타늄막과 상기 코발트막을 제거하는 단계 및 상기 모노살리사이드층이 다이살리사이드층이 되도록 2차 어닐하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention for achieving the above object, the step of forming a silicon pattern on a substrate, forming a salicide prevention film on a substrate in a region other than the silicon pattern, the silicon pattern and the salicide prevention film Forming a titanium film and a cobalt film sequentially on the substrate; a penetration preventing layer for preventing the cobalt component of the cobalt film from penetrating into the substrate is formed at an interface between the titanium film and the salicide preventing film; Firstly annealing to form a salicide layer, removing the unreacted titanium film and the cobalt film, and secondly annealing the monosalicide layer to be a dissalicide layer. Provide a method.
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. .
도 3A 및 도 3E는 본 발명의 일실시예에 따른 살리사이드 형성 방법을 나타 낸 공정 단면도이다.3A and 3E are cross-sectional views illustrating a salicide forming method according to an embodiment of the present invention.
우선, 도 3A에 도시된 바와 같이, p+형 기판(100)에 p에피층(101)이 형성된 반도체 기판(102)에 소자분리막(103)을 형성한다. First, as shown in FIG. 3A, an
이때, 고농도의 p+형 기판(100) 상에 저농도의 p에피층(101)을 사용하는 이유는 첫째, 저농도의 p에피층(101)이 존재하므로 포토다이오드의 공핍영역(Depletion region)을 크고, 깊게 증가시킬 수 있어 광전하를 모으기 위한 포토다이오드의 능력(ability)을 증가시킬 수 있고, 둘째, p형 에피층(101)의 하부에 고농도의 p+형 기판(100)을 갖게되면, 이웃하는 단위화소(pixel)로 전하가 확산되기 전에 이 전하가 빨리 재결합(Recombination)되기 때문에 광전하의 불규칙 확산(Random Diffusion)을 감소시켜 광전하의 전달 기능 변화를 감소시킬 수 있기 때문이다.In this case, the reason for using the low concentration
그리고, 소자분리막(103)는 버즈 비크(Bird's Beak)가 거의 없어 소자의 고집적화에 따라 소자간에 전기적으로 분리시키는 영역을 축소시킬수 있는 STI(shollow trench isolation) 공정을 통하여 형성 하는 것이 바람직하다.In addition, the
이어서, 소자분리막(103)이 형성된 결과막 상에 게이트절연막(104), 게이트전도막(105)을 순차적으로 증착한 후, 게이트절연막(104)과 게이트전도막(105)을 식각하기 위한 포토레지스트 패턴을 형성한다. 이어서, 포토레지스트 패턴을 식각장벽으로 게이트절연막(104)과 게이트전도막(105)을 식각하여 게이트전극 패턴(104, 105)을 형성하고, 포토레지스트 패턴을 제거한다. 이때, 포토레지스트 패턴의 제거하기 위한 세정 공정시, 기판 표면에 착상할 수 있는 오염 물질도 함께 제거 된다. 그리고, 게이트절연막(104)으로는 일반적으로 산화막을 사용하며, 게이트전도막(105)은 폴리실리콘막, 금속막 또는 폴리실리콘막과 금속막의 적층막일 수 있는데, 바람직하게는 폴리실리콘막을 사용한다.Subsequently, the
이어서, 게이트전극 패턴(104, 105)의 일부를 덮고, 포토다이오드가 형성될 영역을 오픈하는 이온주입 마스크를 형성하고, 이를 이용하여 n형 불순물영역(108)을 형성한다.Subsequently, an ion implantation mask covering a portion of the
이어서, 게이트전극 패턴(104, 105)의 양측벽에 스페이서(106)를 형성하고, 게이트 패턴(107)을 중심으로 n형 불순물영역(108)의 반대쪽에 플로팅확산영역(109)을 형성한다. 그리고, n형 불순물영역(108) 상에 p형 불순물영역(110)을 형성시켜 포토다이오드(108, 110)를 형성한다.Subsequently,
이어서, 살리사이드층이 형성될 영역만을 오픈시키는 살리사이드 방지막(111)을 형성한다.Subsequently, a
살리사이드 방지막(111)은 10~1000Å의 두께를 갖는 산화막으로 형성하는 효과적인데, 이는 실리콘 표면에 결정결합의 발생을 최소화시킬 수 있기 때문이다. 그리고, 살리사이드 방지막(111)은 500~680℃의 증착온도에서 형성되는 것이 바람직하다.The
다음으로, 도 3B에 도시된 바와 같이, 살리사이드 방지막(111)이 형성된 결과물 상에 티타늄막(112)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 3B, the
이 티타늄막(112)은 5~100Å의 두께를 갖는 티타늄(Ti)을 스퍼터(sputter) 방식으로 형성하는 것이 바람직하다. 그리고, 스퍼터 방식으로 형성하는 도중에 아 르곤(Ar)가스를 플로우(flow)할 수도 있다.The
다음으로, 도 3C에 도시된 바와 같이, 티타늄막(112)이 형성된 결과물 상에 코발트막(113)과 티타늄질화막(114)을 순차적으로 형성한 후에 1차 어닐 공정(RTP anneal)을 진행핸다. Next, as shown in FIG. 3C, the
1차 어닐 공정은 550~650℃의 공정 온도에서 진행한다. 이 온도는 게이트 전극 패턴(107)의 상부 실리콘과 티타늄막(112)간이 반응하지 못하고, 코발트막(113)의 코발트 성분이 티타늄막(112)을 뚫고 게이트 전극 패턴(107)의 실리콘과 반응할 수 있는 온도이다. 따라서, 게이트 전극 패턴(107)의 상부에는 모노살리사이드층 즉, CoSi 상(phase)을 갖는 코발트 살리사이드층(115)이 형성된다.The primary annealing process is carried out at a process temperature of 550 ~ 650 ℃. The temperature does not react between the upper silicon of the
그리고, 1차 어닐 공정으로 인해 살리사이드 방지막(111) 상에는 코발트 성분이 살리사이드 방지층(111) 하부로 침투하는 것을 방지하는 침투방지층인 티타늄산화막(116, TiO2)이 형성된다. 이 티타늄산화막(116)은 산화막인 살리사이드 방지막(111)과 티타늄막(112)이 제1 어닐 공정시에 반응하여 형성된 막으로써, 코발트막(113)이 반도체 기판(102) 표면에 침투하는 것을 방지한다.In addition, a titanium oxide layer 116 (TiO 2 ), which is a penetration prevention layer for preventing the cobalt component from penetrating into the lower side of the
다음으로, 도 3D에 도시된 바와 같이, 반응하지 않은 티타늄막(112)과 코발트막(113) 및 티타늄질화막(114)을 제거한다.Next, as shown in FIG. 3D, the
다음으로, 도 3E에 도시된 바와 같이, 2차 어닐 공정을 진행한다.Next, as shown in FIG. 3E, a secondary annealing process is performed.
2차 어닐 공정은 모노살리사이드층 즉, CoSi 상을 갖는 코발트 살리사이드(115)을 다이살리사이드층 즉, CoSi2 상으로 만들기 위한 어닐 공정으로, 760~850 ℃의 공정 온도에서 진행하는 것이 바람직하다.The secondary annealing process is an annealing process for making a
본 발명의 일실시예를 도 3A 내지 도 3D를 참조하여 정리해 보면 다음과 같다.An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 3A to 3D.
본 발명은 게이트 패턴(107) 상부에 코발트 살리사이드층(115A)을 형성하기 위해 형성한 코발트막(113)이 살리사이드 방지막(112)을 뚫고 기판 상부 표면에 흡착하는 것을 방지하기 위해 티타늄막(112)을 살리사이드 방지막(112)과 코박트막(113) 사이에 개재시킨다.According to an embodiment of the present invention, the
이 티타늄막(112)은 살리사이드층(115A)을 형성하기 위한 1차 어닐 공정에서 티타늄막(112) 상부에 티타늄산화막(116, TiO2)을 형성시킨다. 이 티타늄산화막(116)이 코발트막(113)의 코발트 성분이 기판 표면으로 침투하는 것을 막는 역할을 한다.The
그리고, 2차 어닐 공정을 통해 1차 어닐 공정에서 얻어진 모노살리사이드층을 다이살리사이드층으로 변환시킨다.The monosalicide layer obtained in the primary annealing process is converted into a dissalicide layer through a secondary annealing process.
참고로, 모노살리사이드층(CoSi)은 저항이 높고, 다이살리사이드층(CoSi2)은 저항이 낮다. 따라서, 살리사이드층으로 적합한 분자구조를 갖는 것은 다이살리사이드층이다. For reference, the monosalicide layer (CoSi) has a high resistance, and the dissalicide layer (CoSi 2 ) has a low resistance. Therefore, it is the dissalicide layer which has a molecular structure suitable as a salicide layer.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식 을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those of ordinary skill.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 비살리사이드 형성영역에 올바르게 살리사이드층의 형성을 방지한다.As described above, the present invention prevents the formation of the salicide layer correctly in the nonsalicide formation region.
따라서, 반도체 소자의 신뢰성을 향상시킨다. 예컨대, 이미지 센서일 경우는 센싱 능력 및 광감응도를 향상시킬 수 있다.Therefore, the reliability of the semiconductor element is improved. For example, in the case of an image sensor, sensing capability and light sensitivity may be improved.
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