KR100851751B1

KR100851751B1 - 이미지 센서 제조 방법

Info

Publication number: KR100851751B1
Application number: KR1020060134450A
Authority: KR
Inventors: 이상기
Original assignee: 동부일렉트로닉스 주식회사
Priority date: 2006-12-27
Filing date: 2006-12-27
Publication date: 2008-08-11
Also published as: KR20080060419A; US20080160667A1; CN101211838A; JP2008166783A; DE102007060838A1

Abstract

본 발명에 따른 이미지 센서 제조 방법은,

반도체 기판 위에 제1 정렬키가 형성될 영역과 레드 포토다이오드들 사이에 형성되는 제1 절연 영역이 형성될 영역에 개구가 형성된 제1 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 제1 포토레지스트 패턴을 마스크로 삼아 상기 반도체 기판에 제1 절연 영역을 형성한 후, 제1 정렬키를 형성하는 단계; 상기 반도체 기판 위에 제2 포토레지스트 패턴을 형성하고, 상기 제2 포토레지스트 패턴을 마스크로 삼아 불순물 이온을 주입하여 레드 포토다이오드를 형성하는 단계; 상기 반도체 기판 위에 에피층을 형성하고, 제2 정렬키와 제2 절연 영역을 형성하기 위한 제3 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 제2 정렬키를 형성하기 전에 상기 제3 포토레지스트 패턴을 마스크로 삼아 상기 에피층에 불순물 이온을 주입하여 제2 절연 영역을 먼저 형성한 후, 제2 정렬키를 형성하는 단계; 상기 에피층 위에 제4 포토레지스트 패턴을 형성하고, 상기 제4 포토레지스트 패턴을 마스크로 삼아 불순물 이온을 주입하여 그린 포토다이오드를 형성하는 단계를 포함한다.

Description

이미지 센서 제조 방법{The Fabricating Method of Image Sensor}

도 1a 내지 도 1f는 종래의 버티칼(vertical) 이미지 센서 제조 방법을 도시한 공정도,

도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 이미지 센서 제조 방법을 도시한 공정도이다.

본 발명은 이미지 센서 제조 방법에 관한 것이다.

최근 들어, 반도체 제조 기술의 개발에 따라 영상을 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자가 개발된 바 있다. 이미지 센서는 영상을 전기적으로 변환시키는 대표적인 반도체 소자이다. 대표적인 이미지 센서로는 CCD(Charge Coupled Device) 소자 및 CMOS 이미지 소자를 들 수 있다. CCD 소자는 복수개의 MOS 커패시터를 포함하며, MOS 커패시터는 광에 의하여 생성된 캐리어를 이동시킴으로써 동작된다. 한편, CMOS 이미지 소자는 다수의 단위 픽셀 및 단위 픽셀의 출력 신호를 제어하는 CMOS 로직 회로를 포함한다.

일반적인 버티칼(vertical) 이미지 센서 제조 방법은 다음과 같다.

도 1a 내지 도 1f는 종래의 버티칼(vertical) 이미지 센서 제조 방법을 도시한 공정도이다.

도 1a를 참조하면, 반도체 기판(1)에 레드 포토다이오드를 형성하기 전에 제1 정렬키(alignment key)(3)를 형성하기 위해, 반도체 기판(1) 위에 포토레지스트 필름을 도포하고 정렬키 형성용 마스크를 사용하여 제1 포토레지스트 패턴(P1)을 형성한 후, 이를 마스크로 삼아 식각하여 제1 정렬키(3)를 형성하고, 제1 포토레지스트 패턴(P1)을 제거한다.

그 다음, 도 1b를 참조하면, 제1 정렬키(3)가 형성된 반도체 기판(1) 위에 레드 포토다이오드(4)를 형성하기 위한 제2 포토레지스트 패턴(P2)을 형성한 후, 상기 제2 포토레지스트 패턴을 마스크로 삼아 비소(As)와 같은 불순물 이온을 주입하여 레드 포토다이오드(4)를 형성한다.

그 다음, 도 1c를 참조하면, 상기 레드 포토다이오드(4)들 사이를 절연시키기 위한 제1 절연 영역(5)을 형성하기 위한 제3 포토레지스트 패턴(P3)을 형성한 후, 상기 제3 포토레지스트 패턴(P3)을 마스크로 삼아 붕소와 같은 불순물 이온을 주입하여 제1 절연 영역(5)을 형성한다.

그 다음, 도 1d를 참조하면, 레드 포토다이오드(4)가 형성된 반도체 기판 표면을 성장시켜 에피층(7)을 형성하고, 제2 정렬키(6)를 형성하기 위한 제4 포토레지스트 패턴(P4)을 형성한 후, 이를 마스크로 삼아 상기 에피층(7)을 식각하여 제2 정렬키(6)를 형성한다.

그 다음, 도 1e를 참조하면, 제2 정렬키(6)가 형성된 에피층(7) 위에 그린 포토다이오드(8)를 형성하기 위한 제5 포토레지스트 패턴(P5)을 형성한 후, 상기 제5 포토레지스트 패턴을 마스크로 삼아 비소(As)와 같은 불순물 이온을 주입하여 그린 포토다이오드(8)를 형성한다.

그 다음, 도 1f를 참조하면, 상기 그린 포토다이오드(8)들 사이를 절연시키기 위한 제2 절연 영역(9)을 형성하기 위한 제6 포토레지스트 패턴(P6)을 형성한 후, 상기 제6 포토레지스트 패턴을 마스크로 삼아 붕소와 같은 불순물 이온을 주입하여 제2 절연 영역(9)을 형성한다.

그 다음, 다시 상기 에피층을 성장시켜 또 다른 에피층을 형성한 후, 블루 포토다이오드를 형성하는 공정을 진행하여 버티칼 이미지 센서를 제조하게 된다.

상기와 같은 이미지 센서를 제조하기 위한 종래의 기술은 버티칼(vertical) 이미지 센서에서 픽셀 사이의 절연을 위해, 패턴(pattern) 공정을 적용하여 픽셀 사이에 붕소(boron)를 주입하는 방법을 사용한다. 그러나, 이러한 방법을 사용할 경우 레드와 그린 포토 다이오드에 대해 많은 패턴 공정을 실시해야 하는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 기존의 마스크를 사용하면서도 패턴 공정의 수를 감소시킴으로써, 이미지 센서 제조 공 정을 간소화시킬 수 있으며, 제조 비용을 절감할 수 있으며, 절연 특성을 향상시킬 수 있는 이미지 센서 제조 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 이미지 센서 제조 방법은,

반도체 기판 위에 제1 정렬키가 형성될 영역과 제1 포토다이오드들 사이에 형성되는 제1 절연 영역이 형성될 영역에 개구가 형성된 제1 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 제1 포토레지스트 패턴을 마스크로 삼아 상기 반도체 기판에 제1 절연 영역을 형성한 후, 제1 정렬키를 형성하는 단계; 상기 반도체 기판 위에 제2 포토레지스트 패턴을 형성하고, 상기 제2 포토레지스트 패턴을 마스크로 삼아 불순물 이온을 주입하여 제1 포토다이오드를 형성하는 단계; 상기 반도체 기판 위에 에피층을 형성하고, 제2 정렬키와 제2 절연 영역을 형성하기 위한 제3 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 제2 정렬키를 형성하기 전에 상기 제3 포토레지스트 패턴을 마스크로 삼아 상기 에피층에 불순물 이온을 주입하여 제2 절연 영역을 먼저 형성한 후, 제2 정렬키를 형성하는 단계; 상기 에피층 위에 제4 포토레지스트 패턴을 형성하고, 상기 제4 포토레지스트 패턴을 마스크로 삼아 불순물 이온을 주입하여 제2 포토다이오드를 형성하는 단계를 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.

또한, 본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on/above/over/upper)"에 또는 "아래(down/below/under/lower)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 그 의미는 각 층(막), 영역, 패드, 패턴 또는 구조물들이 직접 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들에 접촉되어 형성되는 경우로 해석될 수도 있으며, 다른 층(막), 다른 영역, 다른 패드, 다른 패턴 또는 다른 구조물들이 그 사이에 추가적으로 형성되는 경우로 해석될 수도 있다. 따라서, 그 의미는 발명의 기술적 사상에 의하여 판단되어야 한다.

먼저, 도 2a를 참조하면, 제1 포토다이오드, 예를 들면 레드 포토다이오드를 형성하기 전에 제1 정렬키(13)를 형성하기 위해, 반도체 기판(10) 위에 제1 포토레지스트 패턴(P11)을 형성한다. 이때, 상기 제1 포토레지스트 패턴(P11)은 상기 제1 정렬키(13)가 형성될 영역과 레드 포토다이오드들 사이에 형성되는 제1 절연 영역(15)이 형성될 영역에 개구가 형성된 포토레지스트 패턴으로써, 정렬키 형성용 마스크를 제작할 시에 정렬키 영역과 함께, 절연 영역을 개방하도록 제작하고, 이 마스크를 사용함으로써, 상기 제1 포토레지스트 패턴(P11)을 형성할 수 있다.

이어서, 상기 제1 정렬키(13)를 형성하기 전에 상기 제1 포토레지스트 패턴(P11)을 마스크로 삼아 상기 반도체 기판(10)에 붕소와 같은 불순물 이온을 주입하여 제1 절연 영역(15)을 먼저 형성한 후, 식각 공정을 진행하여 제1 정렬키(13)를 형성하고, 상기 제1 포토레지스트 패턴을 제거한다.

즉, 종래에는 정렬키와 절연 영역을 형성하기 위해 별도의 마스크를 사용하여 별도의 포토레지스트 패턴 공정을 진행해야 하나, 본 발명에서는 위 두 공정을 하나의 패턴 공정으로 동시에 진행할 수 있게 된다.

그 다음, 도 2b를 참조하면, 상기 반도체 기판(10) 위에 레드 포토다이오드(14)를 형성하기 위한 제2 포토레지스트 패턴(P12)을 형성하고, 상기 제2 포토레지스트 패턴(P12)을 마스크로 삼아 비소(As)와 같은 불순물 이온을 주입하여 레드 포토다이오드(14)를 형성한다. 이때, 상기 제2 포토레지스트 패턴(P12)은 제1 절연 영역(15) 위에 형성된다.

그 다음, 도 2c를 참조하면, 레드 포토다이오드(14)가 형성된 반도체 기판(10) 표면을 성장시켜 에피층(17)을 형성하고, 제2 정렬키(16)와 제2 절연 영역(19)을 형성하기 위한 제3 포토레지스트 패턴(P13)을 형성한다. 상기 제3 포토레지스트 패턴(P13)은 상기 제1 포토레지스트 패턴(P11)의 경우와 동일한 방식으로 하면 된다.

이어서, 상기 제2 정렬키(16)를 형성하기 전에 상기 제3 포토레지스트 패턴(P13)을 마스크로 삼아 상기 에피층(17)에 붕소와 같은 불순물 이온을 주입하여 제2 절연 영역(19)을 먼저 형성한 후, 식각 공정을 진행하여 제2 정렬키(16)를 형 성하고, 상기 제3 포토레지스트 패턴(P13)을 제거한다.

그 다음, 도 2d를 참조하면, 상기 에피층(17) 위에 제2 포토다이오드, 예를 들면 그린 포토다이오드(18)를 형성하기 위한 제4 포토레지스트 패턴(P14)을 형성하고, 상기 제4 포토레지스트 패턴을 마스크로 삼아 비소(As)와 같은 불순물 이온을 주입하여 그린 포토다이오드(18)를 형성한다. 이때, 상기 제4 포토레지스트 패턴(P14)은 제2 절연 영역(19) 위에 형성된다.

그 다음, 다시 상기 에피층을 성장시켜 또 다른 에피층을 형성한 후, 제3 포토다이오드, 예를 들면 블루 포토다이오드를 형성하는 공정을 진행하여 버티칼 이미지 센서를 제조하게 된다.

이상과 같이 본 발명에 따른 이미지 센서 제조 방법을 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상 범위내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

상기한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 이미지 센서 제조 방법에 의하면,

기존의 마스크를 사용하면서도 패턴 공정의 수를 감소시킴으로써, 이미지 센서 제조 공정을 간소화시킬 수 있으며, 제조 비용을 절감할 수 있으며, 절연 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

반도체 기판 위에 제1 정렬키가 형성될 영역과 제1 포토다이오드들 사이에 형성되는 제1 절연 영역이 형성될 영역에 개구가 형성된 제1 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;

상기 제1 포토레지스트 패턴을 마스크로 삼아 상기 반도체 기판에 불순물 이온을 주입하여 제1 절연 영역을 형성한 후, 상기 제1 포토레지스트 패턴을 마스크로 삼아 상기 반도체 기판을 식각하여 제1 정렬키를 형성하는 단계; 및,

상기 반도체 기판 위에 제2 포토레지스트 패턴을 형성하고, 상기 제2 포토레지스트 패턴을 마스크로 삼아 불순물 이온을 주입하여 제1 포토다이오드를 형성하는 단계

를 포함하는 이미지 센서 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 포토다이오드를 형성한 후,

상기 반도체 기판 위에 에피층을 형성하고, 상기 에피층 위에 제2 정렬키가 형성될 영역과 제2 포토다이오드들 사이에 형성되는 제2 절연 영역이 형성될 영역에 개구가 형성된 제3 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;

상기 제3 포토레지스트 패턴을 마스크로 삼아 상기 에피층에 불순물 이온을 주입하여 제2 절연 영역을 형성한 후, 상기 제3 포토레지스트 패턴을 마스크로 삼아 상기 에피층을 식각하여 제2 정렬키를 형성하는 단계;

상기 에피층 위에 제4 포토레지스트 패턴을 형성하고, 상기 제4 포토레지스트 패턴을 마스크로 삼아 불순물 이온을 주입하여 제2 포토다이오드를 형성하는 단계

를 더 포함하는 이미지 센서 제조 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 제1, 제3 포토 레지스트 패턴은 정렬키 영역과 절연 영역을 개방하도록 제조된 마스크를 사용하여 형성하는 이미지 센서 제조 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 제1 포토다이오드는 레드 포토다이오드이고, 상기 제2 포토다이오드는 그린 포토다이오드인 이미지 센서 제조 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 제1, 제2 정렬키는 식각 공정을 진행하여 형성하는 이미지 센서 제조 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 제1, 제2 포토다이오드는 비소 이온을 주입하여 형성하는 이미지 센서 제조 방법.