KR100806799B1 - 이미지 센서의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 기판상에 구비된 하드 마스크를 이용하여 플라즈마를 이용한 건식 식각으로 트렌치를 형성하는 단계; 상기 트렌치 내측에 라이너 산화막을 형성하고 상기 라이너 산화막에 대해 치밀화(Densification)를 위한 열경화 공정을 수행하는 단계; 상기 라이너 산화막에 대해 보론 계열의 도펀트를 주입하는 STI 임플란트 공정을 수행하는 단계; 상기 하드 마스크를 제거하기 위한 에싱 및 세정공정을 수행하는 단계; 상기 트렌치 내부를 포함하여 상기 절연물질로 갭 필(gap fill)하는 단계; 및 상기 갭 필된 절연물질을 평탄화하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것이다.
이미지 센서, 전위(Dislocation), 치밀화(Densification)
Description
도 1은 종래의 이미지 센서에서 발생한 전위를 나타내는 예시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법의 순서도.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법에 따른 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 STI를 나타내는 예시도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100: 반도체 기판 110: 하드 마스크
111: 산화막 112: 질화막
120: 트렌치 130: 라이너 산화막
140: 절연막
본 발명은 이미지 센서 제조 방법에 관한 것으로, 특히 전위(Dislocation)의 발생을 방지할 수 있는 CMOS 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것이다.
이미지 센서(image sensor)는 광학적 이미지를 전기적 신호로 변형시키는 소 자로서, 이미지 센서는 크게 CMOS(Complementary Metal-Oxide-Silicon) 이미지 센서와 CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서로 구분될 수 있다. CCD 이미지 센서는 CMOS 이미지 센서에 비하여 광감도(Photo sensitivity) 및 노이즈(noise)에 대한 특성이 우수하나, 고집적화에 어려움이 있고, 전력 소모가 높다. 이에 반하여, CMOS 이미지 센서는 CCD 이미지 센서에 비하여 공정들이 단순하고, 고집적화에 적합하며, 전력 소모가 낮다.
따라서, 최근에는 반도체 소자의 제조 기술이 고도로 발전함에 따라, CMOS 이미지 센서의 제조 기술 및 특성이 크게 향상되어 CMOS 이미지 센서에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 통상적으로, CMOS 이미지 센서의 화소(pixel)는 빛을 받아들이는 포토 다이오드들과 포토 다이오드들로부터 입력된 영상신호들을 제어하는 CMOS 소자들을 구비한다. 포토 다이오드들에서는 칼라 필터를 통해 입사되는 적색(Red)광, 녹색(Green)광 및 청색(Blue)광의 파장과 세기에 따라 전자(electron)-정공(hole) 쌍이 발생하고, 발생한 전자들의 양에 따라 출력신호가 변화됨으로써 이미지를 감지할 수 있다.
CMOS 이미지 센서와 같은 이미지 센서는 포토다이오드와 같은 광전변환부가 형성되는 화소 영역과 화소 영역에서 검출되는 신호들을 검출하기 위한 주변회로 영역을 구비하고, 주변회로 영역은 화소 영역을 둘러싸도록 위치한다.
이와 같은 CMOS 이미지 센서는 제조 과정에서 STI 주입공정(Implantation)을 수행함에 따라서 갭 필(Gap Fill) 및 CMP 진행 후, 스트레스(stress)를 감소시키기 위한 치밀화(Densification) 공정을 수행할 수 없다. 치밀화 공정을 수행하면 STI 주입공정에서 주입된 불순물이 확산(Diffusion)함으로써, 소자분리막이 베리어(Barrier)로서의 역할을 하지 못하게 되기 때문이다.
이와 같은 이유로 치밀화 공정을 수행하지 못하게 되는 경우, 도 1에 도시된 바와 같이 STI를 형성하기 위한 식각 공정중 발생한 손상에 의한 스트레스에 의하여 A와 같은 전위(Dislocation)가 발생하게 되고, 이때 발생한 전위는 누설 전류(Junction Leakage Current, Off Leakage Current)의 원인이 되어 CMOS 이미지 센서의 성능에 치명적인 영향을 미치게 된다.
본 발명은 전위(Dislocation)의 발생을 방지할 수 있는 CMOS 이미지 센서의 제조 방법을 제공하는데 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 반도체 기판상에 구비된 하드 마스크를 이용하여 플라즈마를 이용한 건식 식각으로 트렌치를 형성하는 단계; 상기 트렌치 내측에 라이너 산화막을 형성하고 상기 라이너 산화막에 대해 치밀화(Densification)를 위한 열경화 공정을 수행하는 단계; 상기 라이너 산화막에 대해 보론 계열의 도펀트를 주입하는 STI 임플란트 공정을 수행하는 단계; 상기 하드 마스크를 제거하기 위한 에싱 및 세정공정을 수행하는 단계; 상기 트렌치 내부를 포함하여 상기 절연물질로 갭 필(gap fill)하는 단계; 및 상기 갭 필된 절연물질을 평탄화하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서 제조방법의 순서도이고, 도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서 제조방법에 따른 단면도이다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서 제조방법은 도 3a에 도시된 바와 같이 반도체 기판(100) 상에 산화막(111)과 질화막(112)으로 이루어진 적층막을 하드 마스크(110)로서 이용하여 플라즈마를 이용한 건식 식각으로 트렌치(120)를 형성한다(S201). 여기서, 플라즈마를 이용한 건식 식각은 Cl2 플라즈마 또는 Cl2 플라즈마에 HBr이 첨가된 플라즈마를 이용하여 식각하거나, 선택적으로 산소 플라즈마를 소정 함량으로 첨가하여 트렌치의 각도를 조절하도록 수행할 수 있다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 트렌치를 형성하기 위해 이용되는 플라즈마로 HBr과 Cl2를 5:1의 비율로 혼합한 플라즈마를 사용한다.
플라즈마를 이용한 건식 식각으로 형성된 트렌치(120) 내부의 측벽에 라이너 산화막(130)을 형성하고 이와 같은 라이너 산화막(130)에 대해 치밀화(Densification)를 위한 열경화 공정을 수행한다(S202).
도 3b에 도시된 바와 같이, 트렌치(120)가 형성된 반도체 기판(100)에 대해 산소 가스를 예컨대, 1 ~ 5SLM으로 주입하고 600 ~ 800℃의 분위기 온도에서 30분 내지 3시간 동안 산화공정을 수행하여 100 ~ 500Å의 두께를 가지는 라이너 산화막(130)을 형성한다. 이어서, 산소 가스를 배출함과 동시에 질소 가스를 1 ~ 20SLM으로 주입하여 질소 가스의 분위기로 형성한 후, 900 ~ 1100℃로 가열하는 어닐링(annealing) 처리의 열경화 공정을 수행한다.
이와 같이 라이너 산화막(130)을 형성하면서 동시에 라이너 산화막(130)에 대해 열경화 공정을 수행함으로써, 전위(Dislocation)의 원인인 식각 손상 및 스트레스를 줄일 수 있어 전위 발생을 방지할 수 있다.
라이너 산화막(130)은 이후 공정에서 버퍼막(Buffer Layer)으로 작용하여 불순물의 침투를 방지하는 기능을 수행한다.
열경화 공정을 통해 경화된 라이너 산화막(130)에 대해 도 3c에 도시된 바와 같이 보론 계열의 도펀트를 주입하는 STI 임플란트 공정을 수행한다(S203). 여기서, STI 임플란트 공정은 예를 들어, 90KeV의 에너지로 BF를 라이너 산화막(130)으로 1E13 ~ 1E14 atoms/㎠의 도즈량으로 주입하도록 수행할 수 있다.
STI 임플란트 공정을 통해 보론 계열의 도펀트를 라이너 산화막(130)에 주입한 후, 산화막(111)과 질화막(112)으로 이루어진 하드 마스크(110)를 제거하기 위한 에싱 및 세정 공정을 수행하고, 도 3d에 도시된 바와 같이 트렌치(120) 내부를 포함한 반도체 기판 위에 실리콘 산화막의 절연막(140)으로 갭 필(gap fill)하는 공정을 수행한다(S204).
갭 필 공정을 통해 형성된 절연막(140)에 대해 소정의 평탄화 공정, 예를 들어 에치 백(etch back) 공정을 수행하여 절연막(140) 표면을 평탄화한다(S205).
따라서, 라이너 산화막(130)의 형성과 라이너 산화막(130)에 대해 치밀화(Densification)를 위한 열경화 공정을 동시에 수행하여 전위의 원인인 식각 손상 및 스트레스를 줄일 수 있으므로, 도 4에 도시된 바와 같이 전위가 발생하지 않은 STI를 구비한 이미지 센서를 제조할 수 있고 추가 공정이 필요하지 않게 되어 이미지 센서의 제조 비용을 절감할 수 있다.
본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 전술한 실시예들은 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다.
또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양한 실시가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
상기한 바와 같이 본 발명은 이미지 센서의 제조과정에서 라이너 산화막의 형성과 라이너 산화막에 대해 치밀화(Densification)를 위한 열경화 공정을 동시에 수행하여, 전위의 원인인 식각 손상 및 스트레스를 줄일 수 있고 추가 공정이 필요하지 않게 되어 이미지 센서의 제조 비용을 절감할 수 있다.
Claims (6)
- 반도체 기판상에 구비된 하드 마스크를 이용하여 플라즈마를 이용한 건식 식각으로 트렌치를 형성하는 단계;상기 트렌치 내측에 라이너 산화막을 형성하고 상기 라이너 산화막에 대해 치밀화(Densification)를 위한 열경화 공정을 수행하는 단계;상기 라이너 산화막에 대해 보론 계열의 도펀트를 주입하는 STI 임플란트 공정을 수행하는 단계;상기 하드 마스크를 제거하기 위한 에싱 및 세정공정을 수행하는 단계;상기 트렌치 내부를 포함하여 절연물질로 갭 필(gap fill)하는 단계; 및상기 갭 필된 상기 절연물질을 평탄화하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 하드 마스크는 산화막과 질화막의 순서로 적층된 적층막인 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 플라즈마를 이용한 건식 식각은 Cl2 플라즈마 또는 Cl2 플라즈마에 HBr이 첨가된 플라즈마를 이용하여 식각하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 열경화 공정을 수행하는 단계는1 ~ 5SLM으로 산소 가스를 주입하고 600 ~ 800℃의 분위기 온도에서 30분 내지 3시간 동안 산화공정을 수행하여 100 ~ 500Å의 두께를 가지는 라이너 산화막(130)을 형성하는 단계; 및상기 산소 가스를 배출함과 동시에 질소 가스를 1 ~ 20SLM으로 주입하고 900 ~ 1100℃로 가열하는 어닐링(annealing) 처리를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 STI 임플란트 공정을 수행하는 단계는90KeV의 에너지로 BF를 1E13 ~ 1E14 atoms/㎠의 도즈량으로 상기 라이너 산화막에 주입하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 평탄화하는 단계는 에치 백(etch back) 공정을 이용하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
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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 | ||
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Payment date: 20120119 Year of fee payment: 5 |
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| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |