KR100776148B1 - Method of manufacturing cmos image sensor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 공정시간을 단축시키면서 데드존 및 채도신호 특성을 확보할 수 있는 포토다이오드의 딥 N- 영역 프로파일을 구현할 수 있는 CMOS 이미지 센서의 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서의 제조방법은 트랜스퍼트랜지스터 및 포토다이오드 영역이 정의된 제 1 도전형 반도체 기판 상에 게이트 절연막 및 폴리실리콘막을 순차적으로 형성하는 단계; 폴리실리콘막 상부에 볼록형상의 마스크를 형성하는 단계; 이 마스크를 이용하여 폴리실리콘막을 식각하여 트랜스퍼트랜지스터의 게이트를 형성하는 단계; 게이트가 형성된 기판 상에 포토다이오드 영역이 노출되도록 포토레지스트막을 형성하는 단계; 및 포토레지스트막을 마스크로하여 이온주입공정으로 제 2 도전형의 저농도 불순물이온을 깊게 주입하여 게이트의 하부와 일부 오버랩하는 프로파일을 갖는 제 2 도전형의 저농도 딥 불순물영역을 형성하는 단계를 포함한다. 여기서, 볼록형상의 마스크는 하드 마스크 또는 포토레지스트막으로 형성한다. 또한, 딥 불순물영역 형성을 위한 이온주입은 볼록형상의 마스크에 의해 이온의 선택적 게이트 채널링이 일어나기에 적합한 에너지로 수행한다.The present invention provides a method of manufacturing a CMOS image sensor that can implement a deep N-region profile of a photodiode capable of securing dead zone and chroma signal characteristics while shortening processing time. A method of manufacturing a CMOS image sensor according to the present invention includes the steps of sequentially forming a gate insulating film and a polysilicon film on a first conductivity-type semiconductor substrate in which a transfer transistor and a photodiode region are defined; Forming a convex mask on the polysilicon layer; Etching the polysilicon film using the mask to form a gate of the transfer transistor; Forming a photoresist film on the substrate on which the gate is formed to expose the photodiode region; And deeply injecting low-concentration impurity ions of the second conductivity type in the ion implantation process using the photoresist film as a mask to form a low-concentration deep impurity region of the second conductivity type having a profile partially overlapping the lower portion of the gate. Here, the convex mask is formed of a hard mask or a photoresist film. In addition, ion implantation for forming a deep impurity region is performed with energy suitable for selective gate channeling of ions by a convex mask.
데드존, 채도신호, 채널링Dead Zone, Saturation Signal, Channeling
Description
도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서의 제조방법을 설명하기 위한 단면도.1A to 1E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a CMOS image sensor according to a first embodiment of the present invention.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서의 제조방법을 설명하기 위한 단면도.
2A to 2C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a CMOS image sensor according to a second embodiment of the present invention.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of code for main part of drawing
10, 20 : 반도체 기판 11, 21 : 필드 절연막10, 20:
12, 22 : 게이트 절연막 13, 23 : 폴리실리콘막12, 22: gate
13A, 23A : 게이트 14 : 절연막13A, 23A: Gate 14: insulating film
14A, 14B : 하드 마스크 15, 17, 24, 24A, 25 : 포토레지스트막14A, 14B:
16 : 산화막 18, 26 : 딥 N- 영역
16:
본 발명은 씨모스(complementary metal oxide semiconductor; CMOS) 이미지 센서(image sensor) 기술에 관한 것으로, 특히 데드존(deadzone) 특성을 향상시킬 수 있는 CMOS 이미지 센서의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) image sensor technology, and more particularly, to a method of manufacturing a CMOS image sensor capable of improving deadzone characteristics.
일반적으로, CMOS 이미지 센서는 광학 영상(optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 빛을 감지하는 광감지 부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 로직회로 부분으로 구성되어 있으며, CMOS 기술을 이용하여 화소수만큼 MOS 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용한다. 또한, CMOS 이미지 센서의 단위화소는 1개의 포토다이오드와 4개의 MOS 트랜지스터, 즉 트랜스퍼트랜지스터, 리셋트랜지스터, 드라이브트랜지스터, 및 셀렉트트랜지스터로 구성된다.In general, a CMOS image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal, and is composed of a light sensing part that senses light and a logic circuit part that processes the sensed light into an electrical signal to make data. It uses CMOS technology to make MOS transistors by the number of pixels and employs a switching method that uses them to detect the output in turn. In addition, the unit pixel of the CMOS image sensor is composed of one photodiode and four MOS transistors, that is, a transfer transistor, a reset transistor, a drive transistor, and a select transistor.
이러한, CMOS 이미지 센서의 특성을 결정하는 요소로서 데드존(dead zone), 다크 전류(dark current) 및 채도신호(saturation signal) 등이 있다. 이 중 데드존 특성을 향상시키기 위하여 포토다이오드의 딥 N- 영역이 트랜스퍼트랜지스터의 게이트 하부와 일부 오버랩되는 프로파일을 갖도록 하였다. 이에 대하여, 종래에는 틸트(tilt) 및 회전(rotation) 이온주입이나 트위스트(twist) 이온주입으로 상기와 같은 프로파일을 갖는 딥 N- 영역을 형성하였다.As a factor for determining the characteristics of the CMOS image sensor, there are a dead zone, a dark current and a saturation signal. In order to improve the dead zone characteristics, the deep N- region of the photodiode has a profile partially overlapping with the gate lower portion of the transfer transistor. In contrast, conventionally, a deep N-region having such a profile is formed by tilt and rotation ion implantation or twist ion implantation.
그러나, 회전이온주입을 수행하는 경우에는 회전 회수에 따라 공정시간이 길어지는 단점이 있고, 회전없이 틸트나 트위스트만으로 이온주입을 수행하게 되면 공정시간은 단축시킬 수 있으나 Rp 의 감소로 인하여 채도신호 마진이 감소하는 단 점이 있었다.However, when rotating ion implantation is performed, the process time is long depending on the number of rotations. If ion implantation is performed only by tilt or twist without rotation, the process time can be shortened, but the chroma signal margin is reduced due to the decrease of Rp. There was a downside to this decline.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 틸트나 트위스트 없이 2회에 걸쳐 이온주입을 수행하여 포토다이오드의 딥 N- 영역을 형성하였으나, 이러한 경우 별도의 이온주입을 한번 더 수행해야 하기 때문에, 채도신호 마진은 향상시킬 수 있더라도 공정시간을 현저하게 감소시킬 수는 없었다.
In order to solve this problem, the deep N- region of the photodiode was formed by performing ion implantation twice without tilt or twist, but in this case, the chroma signal margin is improved because a separate ion implantation has to be performed once more. Even if it can be done, the process time could not be significantly reduced.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 공정시간을 단축시키면서 데드존 및 채도신호 특성을 확보할 수 있는 포토다이오드의 딥 N- 영역 프로파일을 구현할 수 있는 CMOS 이미지 센서의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
Disclosure of Invention The present invention is to solve the conventional problems as described above, and provides a method of manufacturing a CMOS image sensor that can implement a deep N-region profile of a photodiode capable of securing dead zone and chroma signal characteristics while reducing process time. The purpose is to provide.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서의 제조방법은 트랜스퍼트랜지스터 및 포토다이오드 영역이 정의된 제 1 도전형 반도체 기판 상에 게이트 절연막 및 폴리실리콘막을 순차적으로 형성하는 단계; 폴리실리콘막 상부에 볼록형상의 마스크를 형성하는 단계; 이 마스크를 이용하여 폴리실리콘막을 식각하여 트랜스퍼트랜지스터의 게이트를 형성하는 단계; 게이트가 형성된 기판 상에 포토다이오드 영역이 노출되도록 포토레지스트막을 형성하는 단계; 및 포토레지스트막을 마스크로하여 이온주입공정으로 제 2 도전형의 저농도 불순물 이온을 깊게 주입하여 게이트의 하부와 일부 오버랩하는 프로파일을 갖는 제 2 도전형의 저농도 딥 불순물영역을 형성하는 단계를 포함한다.In order to achieve the object of the present invention, a method of manufacturing a CMOS image sensor according to the present invention comprises the steps of sequentially forming a gate insulating film and a polysilicon film on a first conductive type semiconductor substrate having a transfer transistor and a photodiode region defined; Forming a convex mask on the polysilicon layer; Etching the polysilicon film using the mask to form a gate of the transfer transistor; Forming a photoresist film on the substrate on which the gate is formed to expose the photodiode region; And deeply implanting low-concentration impurity ions of the second conductivity type in the ion implantation process using the photoresist film as a mask to form a low-concentration deep impurity region of the second conductivity type having a profile partially overlapping the lower portion of the gate.
여기서, 볼록형상의 마스크는 하드 마스크 또는 포토레지스트막으로 형성한다. 또한, 딥 불순물영역 형성을 위한 이온주입은 볼록형상의 마스크에 의해 이온의 선택적 게이트 채널링이 일어나기에 적합한 에너지로 수행한다.Here, the convex mask is formed of a hard mask or a photoresist film. In addition, ion implantation for forming a deep impurity region is performed with energy suitable for selective gate channeling of ions by a convex mask.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.1A to 1E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a CMOS image sensor according to a first embodiment of the present invention.
도 1a를 참조하면, P형 반도체 기판(10) 상에 소자간 절연을 위한 필드 절연막(11)을 형성하여 트랜스퍼트랜지스터 및 포토다이오드 영역을 정의하고, 필드 절연막(11)이 형성된 기판(10) 전면에 게이트 절연막(12)을 형성한다. 그 다음, 게이트 절연막(12) 상에 게이트 물질로서 폴리실리콘막(13)을 형성하고, 그 상부에 절연막(14)을 형성한다. 이때, 게이트 물질을 텅스텐 실리사이드(WSix)를 적용하는 것 없이 폴리실리콘막(13) 만으로 형성하는 것은 이후 딥 N- 영역 형성을 위한 이온 주입시 채널링에 적합한 게이트 두께를 얻기 위함이다. 따라서, 본 실시예에서는 단위화소의 트랜지스터를 형성한 후에 폴리실리콘막(13) 상에 텅스텐 실리사이드 대신 티타늄 실리사이드(TiSi2)를 적용하며, 이 티타늄 실리사이드 형성에 대한 설명을 생략한다. Referring to FIG. 1A, a field
다음으로, 절연막(14) 상에 게이트의 형태로 제 1 포토레지스트막 (15)을 형성하고, 제 1 포토레지스트막(15)을 마스크로하여 절연막(14)을 식각하여, 도 1b에 도시된 바와 같이, 폴리실리콘막(13) 상에 하드 마스크(14A)를 형성한 후, 공지된 방법으로 제 1 포토레지스트막(15)을 제거한다. 그리고 나서, 블랭킹 식각공정(blanking etching process)으로 하드 마스크(14A)를 식각하여, 도 1c에 도시된 바와 같이, 볼록형상의 하드 마스크(14B)를 형성한다.Next, the first photoresist film 15 is formed on the
도 1d를 참조하면, 하드 마스크(14B)를 식각 마스크로하여 폴리실리콘막(13)을 식각하여 트랜스퍼트랜지스터의 게이트(13A)를 형성한다. 그 후, 선택적 산화공정을 수행하여 게이트(13A)의 측벽에 산화막(16)을 형성한다.Referring to FIG. 1D, the
도 1e를 참조하면, 도 1d의 구조 상에 포토다이오드 영역이 노출되도록 제 2 포토레지스트막(17)을 형성하고, 이 제 2 포토레지스트막(17)을 마스크로하여 이온주입공정으로 N- 이온을 깊게 주입하여 포토다이오드의 딥 N-영역(18)을 형성한다. 이때, 이온주입은 틸트나 트위스트 및 회전없이 수행한다. 또한, 이온주입은 볼록형상의 하드 마스크(14B)에 의해 이온의 선택적 게이트 채널링이 일어나기에 적합한 에너지로 수행하여, 딥 N-영역(18)이 게이트(13A) 하부의 일부와 오버랩되는 프로파일을 갖도록 한다.Referring to FIG. 1E, a second
그리고 나서, 도시되지는 않았지만, 제 2 포토레지스트막(17)을 제거하고 후속공정을 수행한다.Then, although not shown, the second
상기 제 1 실시예에 의하면, 게이트(13A) 상부의 하드 마스크(14B)를 볼록형상으로 형성함으로써, 틸트나 트위스트 및 회전없이, 1회의 이온주입공정만으로도 포토다이오드의 딥 N-영역(18)을 게이트(13A) 하부의 일부와 오버랩하는 프로파일을 갖도록 형성할 수 있게 된다. 이에 따라, 공정시간을 단축시키면서 데드존 특 성을 향상시킴과 동시에 안정적인 채도신호 마진을 확보할 수 있게 된다.According to the first embodiment, by forming the
한편, 상기 제 1 실시예에서는 이온의 선택적 게이트 채널링을 위하여 게이트 상부에 볼록형상의 하드 마스크를 적용하였지만, 하드 마스크 대신 포토레지스트막을 적용할 수도 있다.On the other hand, in the first embodiment, a convex hard mask is applied on the gate for selective gate channeling of ions, but a photoresist film may be applied instead of the hard mask.
도 2a 내지 도 2c는 하드 마스크 대신 포토레지스트막을 적용한 것으로, 도 2a 내지 도 2c를 참조하여 본 발명의 제 2 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서의 제조방법을 설명한다.2A to 2C show a photoresist film instead of a hard mask, and a method of manufacturing a CMOS image sensor according to a second exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2A to 2C.
먼저, 도 2a를 참조하면, P형 반도체 기판(20) 상에 소자간 절연을 위한 필드 절연막(21)을 형성하여 트랜스퍼트랜지스터 및 포토다이오드 영역을 정의하고, 필드 절연막(21)이 형성된 기판(20) 전면에 게이트 절연막(22) 및 폴리실리콘막(23)을 형성한다. 그 다음, 폴리실리콘막(23) 상부에 게이트의 형태로 제 1 포토레지스트막(24)을 형성한다.First, referring to FIG. 2A, a field
그리고 나서, 블랭킹 식각공정으로 제 1 포토레지스트막(24)을 식각하여, 도 2b에 도시된 바와 같이, 볼록형상의 제 1 포토레지스트막(24A)을 형성한다. 그 다음, 이 볼록형상의 제 1 포토레지스트막(24A)를 식각 마스크로하여 폴리실리콘막 (23)을 식각하여 트랜스퍼트랜지스터의 게이트(23A)를 형성한다. Then, the first
도 2c를 참조하면, 도 2b의 구조 상에 포토다이오드 영역이 노출되도록 제 2 포토레지스트막(25)을 형성하고, 이 제 2 포토레지스트막(25)을 마스크로하여 이온주입공정으로 N- 이온을 깊게 주입하여 포토다이오드의 딥 N-영역(26)을 형성한다. 이때, 이온주입은 틸트나 트위스트 및 회전 없이 수행한다. 또한, 이온주입은 볼 록형상의 제 1 포토레지스트막(24A)에 의해 이온의 선택적 게이트 채널링이 일어나기에 적합한 에너지로 수행하여, 딥 N-영역(26)이 게이트(23A) 하부의 일부와 오버랩되는 프로파일을 갖도록 한다.Referring to FIG. 2C, a second
그리고 나서, 도시되지는 않았지만, 제 2 포토레지스트막(25)을 제거하고 후속공정을 수행한다.Then, although not shown, the
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 게이트 상부에 하드 마스크 또는 포토레지스트막으로 볼록 형상의 마스크를 적용함으로써, 틸트나 트위스트 및 회전없이, 1회의 이온주입공정만으로도 포토다이오드의 딥 N-영역을 게이트 하부의 일부와 오버랩하는 프로파일을 갖도록 형성할 수 있게 된다. As described above, according to the present invention, by applying a convex mask to the top of the gate as a hard mask or a photoresist film, the deep N-region of the photodiode can be formed by only one ion implantation process without tilting, twisting or rotating. It can be formed to have a profile overlapping a portion of the gate lower portion.
한편, 상기 실시예에서는 P형 기판에 PNP 형 포토다이오드를 형성하는 경우를 설명하였지만, N형 기판에 NPN형 포토다이오드를 형성하는 경우에도 적용하여 실시할 수 있다.On the other hand, in the above embodiment, the case where the PNP type photodiode is formed on the P-type substrate has been described, but it can be applied to the case where the NPN type photodiode is formed on the N-type substrate.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변형시켜 실시할 수 있다.
The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the technical spirit of the present invention.
전술한 본 발명은 공정시간을 단축시키면서 데드존 특성을 향상시킴과 동시에 안정적인 채도신호 마진을 확보할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
The present invention described above can achieve the effect of improving the dead zone characteristics while securing a stable chroma signal margin while reducing the process time.
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