KR100871769B1

KR100871769B1 - 이미지 센서의 제조 방법

Info

Publication number: KR100871769B1
Application number: KR1020070048557A
Authority: KR
Inventors: 박정수
Original assignee: 주식회사 동부하이텍
Priority date: 2007-05-18
Filing date: 2007-05-18
Publication date: 2008-12-05
Also published as: KR20080101439A

Abstract

본 발명은 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것으로서, 반도체 기판에 광감지 소자를 형성시키는 단계와, 반도체 기판에 트렌치를 형성시키는 단계와, 트렌치에 절연물질을 매립하는 단계와, 반도체 기판의 픽셀 영역에서 활성 영역상의 절연물질을 식각하는 단계와, 절연물질을 폴리싱하여 소자분리막을 형성시키는 단계를 포함한다. 따라서, 본 발명은 픽셀 영역(pixel region)과 주변회로 영역(periphery region)간에 활성 영역(active area)의 밀도(density) 차이로 인해 발생되는 소자분리막의 단차를 없앰으로써 STI 스티링거(stringer)가 활성 영역(active area)을 침범하는 것을 방지하여 디자인대로 활성 영역을 가지도록 하고, 별도의 마스크를 제작할 필요없이 기존에 픽셀 영역에 사용하던 마스크를 재이용함으로써 공정의 단순화 및 비용 절감을 가져오는 효과를 가지고 있다.

이미지 센서, 트렌치, 절연물질, 소자분리막, 트랜지스터

Description

이미지 센서의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING AN IMAGE SENSOR}

도 1은 종래의 기술에 따른 이미지 센서를 도시한 단면도이고,

도 2a 및 도 2b는 종래의 이미지 센서에 대한 결함을 설명하기 위한 이미지이고,

도 3a 내지 도 3e는 본 발명에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 순서도이고,

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 이미지 센서의 제조 방법의 작용을 설명하기 위한 이미지이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

101 : 반도체 기판 102 : 광감지 소자

103 : 트렌치 104 : 절연물질

104a : 소자분리막 105 : 트랜지스트

105a : 게이트전극 105b : 스페이서

105c : 소오스/드레인 영역

본 발명은 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 픽셀 영역(pixel region)과 주변회로 영역(periphery region)간에 활성 영역(active area)의 밀도(density) 차이로 인해 발생되는 소자분리막의 단차를 없애는 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 이미지 센서는 광학 영상(optical image)을 전기적인 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 빛을 감지하는 광감지 부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 로직회로 부분으로 구성되어 있으며, 이미지 센서 중에서CIS(CMOS Image Sensor)는 CMOS 기술을 이용하여 화소 수만큼 MOS 트랜지스터를 만들고, 이를 이용하여 차례차례 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용한다.

종래의 이미지 센서를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 기술에 따른 이미지 센서를 도시한 단면도이다. 도시된 바와 같이, 종래의 이미지 센서는 반도체 기판(11)에 적색, 녹색, 청색 등의 광을 감지하기 위한 포토다이오드 등의 광감지 소자(12)가 형성되고, 반도체 기판(11)에 트렌치(trench)를 형성하여 절연물질을 매립함으로써 소자분리막(STI, Shallow Trench Isolation; 13)을 형성하고, 소자분리막(13) 사이의 반도체 기판(11)상에 게이트 전극(14a), 스페이서(spacer; 14b) 및 소오스/드레인(source/drain) 영역(14c)을 가지는 신호 처리를 위한 트랜지스터(14)가 형성된다.

그러나, 이와 같은 종래의 이미지 센서는 소자분리막(13)을 형성시, 도 1에 도시된 바와 같이, 픽셀 영역(pixel region; A)과 주변회로 영역(periphery region; B)간에 활성 영역(active area)의 밀도(density) 차이가 존재하며, 이로 인해 소자분리막(13)을 형성하기 위해 절연물질을 증착한 후에 픽셀 영역(A)과 주변회로 영역(B)간에 소자분리막(13)의 단차가 생기고, 이러한 단차는 픽셀 영역(A)의 소자분리막(13)을 나타내는 도 2a와 주변회로 영역(B)을 나타내는 도 2b에서와 같이, STI CMP(chemical-mechanical polishing) 후에도 그대로 존재한다. 즉, 소자분리막(13)의 높이가 주변회로 영역(B)에서보다 픽셀 영역(A)에서 높게 나타난다.

그러므로, 도 2a에 나타낸 바와 같이, 후속 공정인 소자분리막(13) 주변에 사이드월(sidewall; 13a)을 형성시 소자분리막(13)의 상부에 STI 스트링거(stringer; 13b)가 존재하게 되며, STI 스티링거(13b)가 활성 영역(active area)을 침범함으로써 실제로 디자인한 활성 영역이 작게 형성되는 문제점을 가지고 있었다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 픽셀 영역(pixel region)과 주변회로 영역(periphery region)간에 활성 영역(active area)의 밀도(density) 차이로 인해 발생되는 소자분리막의 단차를 없앰으로써 STI 스티링거(stringer)가 활성 영역(active area)을 침범하는 것을 방지하는 이미지 센서의 제조 방법을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은, 이미지 센서의 제조 방법에 있어서, 반도체 기판에 광감지 소자를 형성시키는 단계와, 반도체 기판에 트렌치를 형성시키는 단계와, 트렌치에 절연물질을 매립하는 단계와, 반도체 기판의 픽셀 영역에서 활성 영역상의 절연물질을 식각하는 단계와, 절연물질을 폴리싱하여 소자분리막을 형성시키는 단계를 포함한다.

이하, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 3a 내지 도 3e는 본 발명에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 순서도이다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(101)에 광감지 소자(102)를 형성한 다음, 반도체 기판(101)의 전면에 트렌치(103)를 형성한다.

반도체 기판(101)에 광감지 소자(102)를 형성하기 위하여 반도체 기판(101)에 선택적으로 불순물 이온을 주입하여 서로 다른 깊이를 가지는 포토다이오드 영역에 적색, 녹색, 청색 등의 광을 감지하는 포토다이오드 등과 같은 광감지 소자(102)를 형성한다.

반도체 기판(101)에 광감지 소자(102)가 형성되면, 트렌치(103)를 형성하기 위하여 반도체 기판(101)상에 포토레지스트를 코팅하여 포토리소그래피 공정에 의하여 트렌치(103)를 정의하는 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성한 다음, 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 식각 공정에 의하여 STI(Shallow Trench Isolation) 구조를 가지는 트렌치(103)를 형성하고, 잔존하는 포토레지스트 패턴을 스트립한다.

도 3b에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(101)상에 트렌치(103)를 형성하면, 트렌치(103)에 절연물질(104), 예컨대 산화막을 CVD(Chemical Vapor Deposition) 공정에 의해 증착하여 매립한다.

도 3c에 도시된 바와 같이, 트렌치(103)에 절연물질(104)이 매립되면, 반도체 기판(101)의 픽셀 영역(pixel region; A), 즉 이미지 센서에서 빛을 수광하는 영역의 절연물질(104)을 선택적으로 식각하는데, 이 때, 활성 영역(active area)상의 절연물질(104)만을 식각한다. 따라서, 신호를 처리 및 전달하는 영역인, 주변회로 영역(periphery region; B)을 제외한 픽셀 영역(A) 내에서 활성 영역상의 절연물질(104)을 식각 공정에 의하여 제거한다.

절연물질(104)을 식각하는 단계는 리버스 모트(reverse moat) 식각 공정을 이용한다. 즉, 반도체 기판(101)의 픽셀 영역(A)에서 사용한 마스크, 예를 들면 광감지 소자(102) 등과 같은 이온 주입을 위한 레이어(layer)용 마스크를 이용하여 마스크의 모트 패턴(moat pattern)과 반대 형상의 리버스 모트 패턴(reverse moat pattern)을 마스크로 하여 반도체 기판(101)의 픽셀 영역(A)내에서 활성 영역상의 절연물질(104)을 식각한다.

도 3d에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(101)의 전면에 대한 폴리싱에 의해 절연물질(104; 도 3c에 도시)을 폴리싱하여 소자분리막(104a)을 형성한다. 이 때, 절연물질(104; 도 3c에 도시)의 폴리싱은 CMP(Chemical-Mechanical Polishing) 공정이 이용된다.

도 3e에 도시된 바와 같이, 소자분리막(104a) 사이의 반도체 기판(101)상에 신호 처리용 MOS 트랜지스터(105)를 형성한다. 즉, 소자분리막(104a)을 포함한 반도체 기판(101)의 전면에 게이트 절연막 및 폴리 실리콘층을 순차적으로 형성하고, 이를 포토리소그래피 공정 및 식각 공정을 실시하여 선택적으로 패터닝함으로써 소자분리막(102) 사이의 반도체 기판(101)상에 게이트 전극(105a)을 형성하고, 게이트 전극(105a)을 마스크로 이용하여 반도체 기판(101)의 전면에 저농도 불순물 이온을 주입하여 게이트 전극(105a) 양측의 반도체 기판(101) 표면 내에 LDD(Lightly Doped Drain) 영역(미도시)을 형성한 다음, 게이트 전극(105a)을 포함한 반도체 기판(101)의 전면에 절연막을 형성하고, 절연막의 전면에 에치백(etch back) 공정을 실시하여 게이트 전극(105a)의 양측면에 스페이서(105b)를 형성하고, 게이트 전극(105a) 및 스페이서(105b)를 마스크로 하여 LDD 영역과 연결되는 소오스/드레인 영역(105c)을 형성함으로써 트랜지스터(105)를 형성한다.

이와 같이, 본 발명에 따른 이미지 센서의 제조 방법의 바람직한 실시예에 따르면, 반도체 기판(101)상에서 트렌치(103)에 산화막 등과 같은 절연물질(104)을 채우면, 픽셀 영역(A)과 주변회로 영역(B)간에 절연물질(104)의 두께가 차이난다. 이는 양 영역(A,B)간에 활성 영역(active area)의 밀도(density) 차이로 인해 발생하게 되는데, 도 3c에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(101)의 픽셀 영역(A)에서 활성 영역에 위치하는 절연물질(104)을 식각으로 제거한 다음, STI CMP를 진행하게 되면 픽셀 영역(A)과 주변회로 영역(B)간의 단차를 극복할 수 있게 된다. 따라서, 픽셀 영역(A)의 소자분리막(104a)을 나타낸 도 4a와 주변회로 영역(B)의 소자분리막(104a)을 나타낸 도 4b에서와 같이, 양 영역(A,B)간의 소자분리막(104a)의 단차가 극복되고, 이로 인해 기존 공정에 존재하였던 픽셀 영역(A)의 소자분리막(13; 도 1에 도시) 상단에 생기는 STI 스트링거(13b; 도 2a에 도시)의 생성을 억제한다. 따라서, STI 스티링거(13b; 도 2a에 도시)가 활성 영역(active area)을 침범하는 것을 방지하여 디자인한 바와 같은 활성 영역을 가지도록 한다.

또한, 절연물질(104)의 선택적인 식각시 픽셀 영역(A)의 활성 영역만 오픈(open)시키기 위하여 픽셀 영역(A)의 이온주입 공정에 사용되는 임플렌트 레이어(implant layer)용 마스크(mask)를 이용하여 리버스 모트(reverse moat) 식각 공정에 의해 절연물질(104)을 식각함으로써 절연물질(104)의 선택적 식각을 위한 별도의 마스크 제작이 필요없게 됨으로써 공정을 단순화시킬 수 있으며, 이로 인한 비용의 절감을 가져온다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 이미지 센서의 제조 방법은 픽셀 영역(pixel region)과 주변회로 영역(periphery region)간에 활성 영역(active area)의 밀도(density) 차이로 인해 발생되는 소자분리막의 단차를 없앰으로써 STI 스티링거(stringer)가 활성 영역(active area)을 침범하는 것을 방지하여 디자인대로 활성 영역을 가지도록 하고, 별도의 마스크를 제작할 필요없이 기존에 픽셀 영역에 사용하던 마스크를 재이용하도록 함으로써 공정의 단순화 및 비용 절감을 가져오는 효과를 가지고 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실 시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims

이미지 센서의 제조 방법에 있어서,

반도체 기판에 광감지 소자를 형성시키는 단계와,

상기 광감지 소자가 형성된 반도체 기판의 전면에 소자분리막 형성을 위한 트렌치를 형성시키는 단계와,

상기 트렌치에 절연물질을 매립하는 단계와,

상기 트렌치에 절연물질이 매립되면, 상기 반도체 기판의 픽셀 영역 중에서 활성 영역상의 절연물질을 식각하는 단계와,

상기 절연물질을 폴리싱하여 소자분리막을 형성시키는 단계를 포함하고,

상기 절연물질을 식각하는 단계는,

상기 반도체 기판의 픽셀 영역에 대한 이온주입 공정에 사용되는 임플렌트 레이어용 마스크의 모트 패턴과 반대되는 형상의 리버스 모트 패턴을 마스크로 하여 식각하는 리버스 모트 식각 공정에 의해 상기 절연물질을 식각하는 것

을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
삭제