KR100840656B1 - 씨모스 이미지 센서의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 씨모스 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것으로서, (a) 반도체 기판에 대해 제1 어닐링(Annealing) 공정을 진행하는 단계; (b) 상기 반도체 기판 내에 제1, 제2, 제3의 포토다이오드를 형성하는 단계; (c) 상기 다수의 포토다이오드를 포함하는 반도체 기판의 전면에 층간 절연막을 형성하는 단계; (d) 상기 층간 절연막 상에 상기 제1, 제2, 제3 포토다이오드 대응하는 청색, 녹색, 적색의 칼라필터층을 차례로 형성하는 단계; (e) 상기 청색, 녹색, 적색의 칼라필터층을 포함하는 반도체 기판의 전면에 평탄화층을 형성하는 단계; (f) 상기 평탄화층 상에 상기 청색, 녹색, 적색의 칼라필터층에 대응하는 마이크로 렌즈를 형성하는 단계; 및 (g) 상기 마이크로 렌즈를 포함하는 반도체 기판에 대해 제2 어닐링 공정을 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면, 공정 전후에 두 차례의 어닐링 공정을 실시하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법을 제공함으로써, 반도체 기판 표면의 댕글링 본드(Dangling Bond)를 수소 이온으로 치환하여 전자 덫(Electron Trap)을 제거할 수 있고, 이에 따라 씨모스 이미지 센서의 광감도를 향상시킴으로써, 이미지 질(Image Quality)을 향상시키는 효과가 있다.
이미지 센서, 댕글링 본드, 전자 덫, 광감도, 어닐링
Description
도 1은 종래 기술에 따른 씨모스 이미지 센서의 구조를 나타낸 단면도,
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 일 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
200: 반도체 기판 210: 에피층
220: 소자 분리막 230: 게이트 전극
230a: 스페이서 232: 게이트 절연막
234: 폴리 실리콘막 240: 감광막
252: 제1 N형 영역 254: 제2 N형 영역
256: 제3 N형 영역 260: 층간 절연막
272: 청색 칼라필터층 274: 녹색 칼라필터층
276: 적색 칼라필터층 280: 평탄화층
290: 마이크로 렌즈
본 발명은 씨모스 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공정 전후에 두 차례의 어닐링 공정을 실시하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것이다.
씨모스 이미지 센서는 빛을 감지하는 광감지 부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 로직회로 부분으로 구성되어 있다. 또한, 칼라 이미지를 구현하기 위한 이미지센서는 외부로부터의 빛을 받아 광전하를 생성 및 축적하는 광감지부분 상부에 칼라 필터가 어레이 되어 있다. 칼라 필터 어레이(CFA: Color Filter Array)는 레드(Red), 그린(Green)및 블루(Blue)의 3가지 칼라로 이루어지거나, 옐로우(Yellow), 마젠타(Magenta) 및 시안(Cyan)의 3가지 칼라로 이루질 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 씨모스 이미지 센서의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 실리콘과 같은 반도체 기판(10) 상에 소자간의 전기적인 절연을 위하여 필드절연막(11)을 형성하고, 트랜지스터(12) 및 포토다이오드(Photo Diode)(미도시)를 포함하는 화소를 형성한 후, 제1 층간절연막(13A)을 형성하고 제1 금속배선(14A)을 형성한다. 이어서, 제1 금속배선(14A)을 덮도록 제1 층간절연막(13A) 상에 제2 층간절연막(13B)을 형성하고, 제2 금속배선(14B)을 형성한 후, 수분이나 스크래치 등으로부터 소자를 보호하기 위하여 제1 및 제2 패시배이션막(15A, 15B)을 연속적으로 증착하여 소자보호막(15)을 형성한다. 그 다음, 이미지 센서의 칼라 이미지 구현을 위하여 소자보호막(15) 상부에 칼라필터(16)를 형 성한다.
삭제
도시되지 않았지만 상기 포토다이오드의 공핍(Depletion) 영역에 위치하는 댕글링 본드(Dangling Bond) 및 부정합(Dislocation) 등의 결함으로 인하여 전자-홀 쌍(EHP: Electron Hole Pair)이 형성되고, 이러한 전자-홀 쌍 중 전계에 의하여 포토다이오드로 유입된 전자에 의해서 다크 전류가 생성되는 문제가 발생한다.
삭제
삭제
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전자 덫(Electron Trap)을 제거하기 위한 씨모스 이미지 센서의 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 씨모스 이미지 센서의 제조 방법에 있어서, (a) 반도체 기판에 대해 제1 어닐링(Annealing) 공정을 진행하는 단계; (b) 상기 반도체 기판 내에 제1, 제2, 제3의 포토다이오드를 형성하는 단계; (c) 상기 다수의 포토다이오드를 포함하는 반도체 기판의 전면에 층간 절연막을 형성하는 단계; (d) 상기 층간 절연막 상에 상기 제1, 제2, 제3 포토다이오드 대응하는 청색, 녹색, 적색의 칼라필터층을 차례로 형성하는 단계; (e) 상기 청색, 녹색, 적색의 칼라필터층을 포함하는 반도체 기판의 전면에 평탄화층을 형성하는 단계; (f) 상기 평탄화층 상에 상기 청색, 녹색, 적색의 칼라필터층에 대응하는 마이크로 렌즈를 형성하는 단계; 및 (g) 상기 마이크로 렌즈를 포함하는 반도체 기판에 대해 제2 어닐링 공정을 수행하는 단계를 포함한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 일 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, P형 반도체 기판(200)에 대해 제1 어닐링(Annealing) 공정을 진행한다. 여기서, 제1 어닐링 공정은 450~800 ℃의 고온의 노(Furnace) 내에서 수소(H2) 가스를 투입하여 1~3 시간 동안 진행함이 바람직하다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(200) 상에 에피층(210)을 형성하고, 액티브 영역을 정의하기 위해 반도체 기판(200)의 소자 분리 영역에 소자 분리막(220)을 형성한다. 여기서, 소자 분리막(220)은 STI(Shallow Trench Isolation) 공정 또는 LOCOS(Local Oxidation of Silicon) 공정 등에 의해 형성된다.
이어서, 에피층(210) 상에 게이트 절연막(232) 및 폴리 실리콘막(234)을 증착하고, 포토 및 식각 공정을 통해 게이트 절연막(232) 및 폴리 실리콘막(234)을 선택적으로 식각하여 소자 분리막(220)에 의해 정의된 액티브 영역에 게이트 전극(230)을 형성한다.
이어서, 게이트 전극(230)을 포함한 반도체 기판(200) 전면에 절연막을 증착한 후, 에치백 공정을 실시하여 게이트 전극(230)의 양측벽에 스페이서(230a)를 형성한다.
도 2c에 도시된 바와 같이, 게이트 전극(230)을 포함한 반도체 기판(200) 전면에 감광막을 도포한 후, 노광 및 현상 공정으로 감광막을 패터닝한다. 여기서, 패터닝된 감광막(240)에 의해 오픈된 영역은 청색, 녹색, 적색 영역이다.
이어서, 패터닝된 감광막(240)을 마스크로 이용하여 반도체 기판(200)의 전면에 저농도 N형 불순물 이온을 주입하여 노출된 에피층(210)의 표면 내에 제1 N형 영역(252), 제2 N형 영역(254) 및 제3 N형 영역(256)을 형성한다.
도 2d에 도시된 바와 같이, 패터닝된 감광막(240)을 제거하고, 반도체 기판(200)의 전면에 층간 절연막(260)을 형성하고, 층간 절연막(260) 상에 제1 N형 영역(252)에 대응하는 청색 칼라필터층(272)을 형성하며, 제2 N형 영역(254)에 대응하는 녹색 칼라필터층(274)을 형성하고, 제3 N형 영역(256)에 대응하는 적색 칼라필터층(276)을 형성한다. 여기서, 다수의 칼라필터층(272, 274, 276)은 가염성 레지스트를 사용하여 도포한 후, 노광 및 현상 공정을 진행하여 각각의 파장대별로 빛을 필터링하여 청색 칼라필터층(272), 녹색 칼라필터층(274) 및 적색 칼라필터층(276)을 차례로 형성한다.
도 2e에 도시된 바와 같이, 다수의 칼라필터층(272, 274, 276)을 포함하는 반도체 기판(200)의 전면에 평탄화층(280)을 형성하고, 평탄화층(280) 상에 마이크로 렌즈 형성용 물질층을 증착한다.
이어서, 물질층을 선택적으로 패터닝하고, 패터닝된 물질층을 리플로우하여 다수의 칼리필터층(272, 274, 276)에 대응하는 마이크로 렌즈(290)를 형성한다. 여기서, 마이크로 렌즈 형성용 물질층으로 레지스트 또는 TEOS 등과 같은 산화막을 사용할 수 있다.
도 2f에 도시된 바와 같이, 마이크로 렌즈(290)를 포함하는 반도체 기판(200)에 대해 제2 어닐링 공정을 진행한다. 여기서, 제2 어닐링 공정은 150~250 ℃의 노 내에서 수소 가스를 투입하여 1~3 시간 동안 진행함이 바람직하다. 또한, 제2 어닐링 공정은 200~500 ℃에서 1~10 초 동안 진행하는 RTP(Rapid Thermal Processing) 어닐링 공정으로 대신할 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 공정 전후에 두 차례의 어닐링 공정을 실시하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법을 제공함으로써, 반도체 기판 표면의 댕글링 본드(Dangling Bond)를 수소 이온으로 치환하여 전자 덫(Electron Trap)을 제거할 수 있고, 이에 따라 씨모스 이미지 센서의 광감도를 향상시킴으로써, 이미지 질(Image Quality)을 향상시키는 효과가 있다.
Claims (4)
- 씨모스 이미지 센서의 제조 방법에 있어서,(a) 반도체 기판에 대해 제1 어닐링(Annealing) 공정을 진행하는 단계;(b) 상기 반도체 기판 내에 제1, 제2, 및 제3의 포토다이오드를 형성하는 단계;(c) 상기 제1, 제2, 및 제3의 포토다이오드를 포함하는 반도체 기판의 전면에 층간 절연막을 형성하는 단계;(d) 상기 층간 절연막 상에 상기 제1, 제2, 및 제3 포토다이오드 각각에 대응하는 청색, 녹색, 및 적색의 칼라필터층을 차례로 형성하는 단계;(e) 상기 청색, 녹색, 및 적색의 칼라필터층을 포함하는 반도체 기판의 전면에 평탄화층을 형성하는 단계;(f) 상기 평탄화층 상에 상기 청색, 녹색, 및 적색의 칼라필터층 각각에 대응하는 마이크로 렌즈를 형성하는 단계; 및(g) 상기 마이크로 렌즈를 포함하는 반도체 기판에 대해 제2 어닐링 공정을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법.
- 제1항에서,상기 제1 어닐링 공정은 450~800 ℃의 고온의 노(Furnace) 내에서 수소(H2) 가스를 투입하여 1~3 시간 동안 진행하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법.
- 제1항에서,상기 제2 어닐링 공정은 150~250 ℃의 노 내에서 수소 가스를 투입하여 1~3 시간 동안 진행하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법.
- 제1항에서,상기 제2 어닐링 공정은 200~500 ℃에서 1~10 초 동안 진행하는 RTP(Rapid Thermal Processing) 어닐링 공정인 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법.
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