KR100875173B1 - Method for fabricating of image sensor - Google Patents

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Abstract

The method of fabricating image sensor is provided to form easily salicide by using a blocking layer as the low-temperature oxide layer which has a high etch rate against the fluorine-containing solution. The method of fabricating an image sensor comprises as follows. A step is for forming the first photo resist pattern(15) which exposes the photodiode formation region of the semiconductor substrate by stacking successively the gate oxidation film(12), and the polysilicon layer(13) and low-temperature oxide(14) on the semiconductor substrate(11), using a mask as the reticle for forming the gate electrode on the low-temperature oxide. A step is for etching selectively the low-temperature oxide and polysilicon layer to expose the gate oxidation film by using the etching mask as the first photo resist pattern. A step is for forming the second photoresist pattern on the region except for the photodiode formation region of substrate. A step is for ion-implanting the dopant on the substrate using the hard mask as the second photoresist pattern. A step is for removing the first and the second photoresist pattern, and the low-temperature oxide.

Description

이미지 센서 제조 방법{Method for Fabricating of Image Sensor}Method for Fabrication of Image Sensor

본 발명은 이미지 센서 제조 방법에 있어서, 특히 씨모스 이미지 센서의 포토다이오드 형성 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a photodiode, in particular a method of forming a photodiode of a CMOS image sensor.

일반적으로, 씨모스(CMOS) 이미지 센서는 수광부 또는 집광부로부터 입사된 빛을 각각의 화소 단위인 포토 다이오드와 하나 이상의 트랜지스터로 화상을 촬상하는 소자이다.In general, a CMOS image sensor is a device for capturing an image of light incident from a light receiving unit or a light collecting unit using a photodiode, which is a pixel unit, and one or more transistors.

상기 포토다이오드는 광신호를 전기신호로 변환하기 위해, LDD 영역보다 깊은 위치에 'P' 등의 도펀트를 이온주입하여 Deep N- 를 형성해야 한다. In order to convert an optical signal into an electrical signal, the photodiode should ion-dope a dopant such as 'P' at a position deeper than the LDD region to form Deep N−.

그러나, 상기 이온주입은 가능한 넓은 영역의 포토다이오드를 도핑하기 위하여 게이트 식각후, 상기 게이트의 식각 마스크로 사용한 포토레지스트를 제거하지 않은 상태에서 이온주입을 한다. 이때, 상기 게이트 식각과정에서 상기 포토레지스트의 모서리가 라운딩됨에 따라, 상기 도펀트 주입시, 상기 게이트가 도핑되거나, 혹은 상기 게이트 가장자리에 격자결함을 유발하여 소자의 신뢰성에 치명적인 결함을 유발한다. However, the ion implantation is performed after the gate is etched to dope the photodiode in the widest possible area, and the ion implantation is performed without removing the photoresist used as the etching mask of the gate. At this time, as the edges of the photoresist are rounded during the gate etching process, the gate is doped during the dopant implantation, or a lattice defect is caused at the gate edge, thereby causing a critical defect in the reliability of the device.

또한, 최근 소자의 크기가 작아짐에 따라, 상기한 문제점이 상기 게이트 및 상기 포토다이오드에 미치는 영향은 매우 커지게 된다. In addition, as the size of the device becomes smaller in recent years, the effect of the above problem on the gate and the photodiode becomes very large.

상기한 문제점을 개선하기 위해, 게이트 상에 질화막 혹은 산화막을 형성하여 블로킹막으로 사용하기도 한다. 그러나, 상기 질화막을 블로킹막으로 사용할 경우, 상기 질화막을 제거하기 위해 사용되는 습식용액인 인산, 초산 등은 게이트 물질인 실리콘을 식각하여 상기 게이트의 Dimension을 변화시키는 문제점이 있고, 상기 산화막을 적용할 경우, 상기 산화막을 제거하기 위해 사용되는 HF 등이 포함된 용액은 하부의 산화막을 손상시키는 문제점이 있다. In order to improve the above problems, a nitride film or an oxide film is formed on the gate and used as a blocking film. However, when the nitride film is used as a blocking film, the wet solution phosphoric acid, acetic acid, etc. used to remove the nitride film has a problem of changing the dimension of the gate by etching silicon, which is a gate material, and applying the oxide film. In this case, the solution containing HF, etc. used to remove the oxide film has a problem of damaging the underlying oxide film.

본 발명의 목적은 상기한 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 포토다이오드 형성을 위한 도펀트 이온주입시, 게이트 전극에 도펀트가 이온주입되는 것을 방지하는 블로킹막을 사용하는 이미지 센서 제조 방법을 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an image sensor manufacturing method using a blocking film that prevents dopants from being ion implanted into a gate electrode when implanting dopant ions for photodiode formation.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시 예에 따른 이미지 센서 제조 방법의 일 특징은, 반도체 기판상에 게이트 산화막, 폴리실리콘막 및 저온산화막을 순차적으로 적층한 후, 상기 저온산화막 상에 게이트 전극을 형성하기 위한 레티클을 마스크로 상기 반도체 기판의 포토다이오드 형성 영역을 노출시키는 제1 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계, 상기 제1 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 상기 게이트 산화막이 노출되도록 상기 저온산화막 및 상기 폴리실리콘막을 선택적으로 식각하는 단계, 상기 기판의 포토다이오드 형성 영역을 제외한 영역 상에 제2 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계, 상기 제2 포토레지스트 패턴을 하드 마스크로 상기 기판 전면 상에 도펀트를 이온주입하는 단계, 및 상기 제1 및 제2 포토레지스트 패턴, 저온 산화막을 제거하는 단계를 포함하여 이루어진다. One feature of the image sensor manufacturing method according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is, after sequentially stacking a gate oxide film, a polysilicon film and a low temperature oxide film on a semiconductor substrate, on the low temperature oxide film Forming a first photoresist pattern exposing a photodiode formation region of the semiconductor substrate using a reticle for forming a gate electrode as a mask, and the low temperature oxide layer to expose the gate oxide layer using the first photoresist pattern as an etch mask And selectively etching the polysilicon layer, forming a second photoresist pattern on a region other than the photodiode formation region of the substrate, and using a dopant on the entire surface of the substrate using the second photoresist pattern as a hard mask. Ion implantation, and the first and second photoresist patterns at low temperature Removing the oxide film.

보다 바람직하게, 상기 게이트 산화막은 TEOS(tetraethly orthosilicate)막이다. More preferably, the gate oxide film is a tetraethly orthosilicate (TEOS) film.

보다 바람직하게, 상기 저온산화막은 200℃ 내지 350℃의 온도에서 형성한다. More preferably, the low temperature oxide film is formed at a temperature of 200 ℃ to 350 ℃.

보다 바람직하게, 상기 폴리실리콘막은 비정질실리콘 및 폴리실리콘, 실리콘과 금속간 화합물 중 어느 하나로 이루어진다. More preferably, the polysilicon film is made of any one of amorphous silicon and polysilicon, silicon and an intermetallic compound.

보다 바람직하게, 상기 저온산화막을 증착한 후, 상기 저온산화막을 어닐링하는 단계를 더 포함한다. More preferably, after depositing the low temperature oxide film, further comprising the step of annealing the low temperature oxide film.

보다 바람직하게, 상기 도펀트는 P, As, Sb 중, 어느 하나이다. More preferably, the dopant is any one of P, As, and Sb.

보다 바람직하게, 상기 저온산화막은 불소(HF)가 함유된 용액을 사용해 제거한다. More preferably, the low temperature oxide film is removed using a solution containing fluorine (HF).

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이미지 센서 제조 방법은, 포토다이오드 형성을 위한 도펀트 이온주입시, 저온산화막을 블로킹막으로 사용함으로써, 상기 게이트 전극에 도펀트가 이온주입되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.As described above, the image sensor manufacturing method according to the present invention, by using a low-temperature oxide film as a blocking film when dopant ion implantation for forming a photodiode, it is possible to prevent the dopant ion implantation to the gate electrode There is.

또한, 블로킹막으로써, 불소함유 용액에 대한 식각 속도가 높은 저온산화막을 사용함으로써, 로직(logic) 부분의 제거를 용이하게 하여 살리사이드(salicide) 형성을 쉽게하는 효과가 있다. In addition, by using a low-temperature oxide film having a high etching rate with respect to the fluorine-containing solution as the blocking film, there is an effect of facilitating the removal of the logic portion and facilitating the formation of salicide.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예의 구성과 그 작용을 설명하며, 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings illustrating the configuration and operation of the embodiment of the present invention, the configuration and operation of the present invention shown in the drawings and described by it will be described by at least one embodiment, By the technical spirit of the present invention described above and its core configuration and operation is not limited.

먼저, 도 1에 실시된 바와 같이, 반도체 기판(11) 상에 게이트 산화막(12), 폴리실리콘막(13), 저온산화막(14)을 순차적으로 적층한 후, 상기 저온산화막(Low Termal Oxide: 14) 상에 제1 포토레지스트 패턴(15)을 형성한다. 이때, 상기 게이트 산화막(12)은 10~100Å의 두께로 TEOS(tetraethly orthosilicate)막을 증착하는 것이고, 상기 폴리실리콘막(13)은 비정질실리콘 및 폴리실리콘, 실리콘과 금속간 화합물 중 어느 하나를 1,000~4,000Å의 두께로 증착하는 것이다. 또한, 이후 공정에서, 포토다이오드를 형성하기 위한 이온 주입시, 블로킹 막으로 사용되는 상기 저온산화막(14)은 200~350℃의 온도에서 200~5,000Å의 두께로 증착하는 것으로서, 상기 저온산화막(14)을 증착한 후, 어닐링(anealing)하여 상기 저온산화막(14) 을 안정화한다. 그리고, 상기 제1 포토레지스트 패턴(15)은 상기 저온산화막(14) 상에 포토레지스트를 도포한 후, 게이트 전극을 형성하기 위한 레티클을 마스크로 포토 리소그래피(photo-lithography) 공정을 진행하여 상기 반도체 기판의 포토다이오드 형성 영역을 노출시키도록 형성하는 것이다. First, as shown in FIG. 1, the gate oxide film 12, the polysilicon film 13, and the low temperature oxide film 14 are sequentially stacked on the semiconductor substrate 11, and then the low temperature oxide film is formed. 14) forming a first photoresist pattern 15. In this case, the gate oxide film 12 is to deposit a TEeth (tetraethly orthosilicate) film to a thickness of 10 ~ 100Å, the polysilicon film 13 is one of amorphous silicon, polysilicon, silicon and intermetallic compound 1,000 ~ It is deposited to a thickness of 4,000. In addition, in the subsequent process, when the ion implantation to form a photodiode, the low temperature oxide film 14 used as a blocking film is deposited at a thickness of 200 ~ 5,000Å at a temperature of 200 ~ 350 ℃, the low temperature oxide film ( 14) is deposited and then annealed to stabilize the low temperature oxide film 14. The first photoresist pattern 15 may be formed by applying a photoresist on the low temperature oxide layer 14 and then performing a photo-lithography process using a reticle for forming a gate electrode as a mask. It is formed so as to expose the photodiode forming region of the substrate.

그런 다음, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1 포토레지스트 패턴(15)을 식각 마스크로 상기 게이트 산화막(12)이 노출되도록 상기 저온산화막(14) 및 상기 폴리실리콘막(13)을 선택적으로 식각한다. 이때, 상기 식각은 주기율표상의 할로겐 족 원소가 포함된 식각가스를 이용한 건식식각 공정으로 이루어진다.한다. 그리고, 상기 식각 이후, 발생하는 폴리머를 제거하기 위해 H2SO4, NH4OH 등을 사용한 세정공정을 실시한다. Next, as shown in FIG. 2, the low temperature oxide layer 14 and the polysilicon layer 13 may be selectively exposed to expose the gate oxide layer 12 using the first photoresist pattern 15 as an etch mask. Etch it. At this time, the etching is performed by a dry etching process using an etching gas containing a halogen group element on the periodic table. After the etching, a washing process using H 2 SO 4, NH 4 OH, or the like is performed to remove the generated polymer.

이후, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 기판의 포토다이오드 형성 영역을 제외한 영역 상에 제2 포토레지스트 패턴(16)을 형성하고, 상기 제2 포토레지스트 패턴(16)을 하드 마스크로 상기 기판 전면 상에 도펀트를 이온주입한다. 이때, 상기 도펀트는 P, As, Sb를 포함는 것으로서, 상기 도펀트가 이온주입된 반도체 기판에는 'Deep N-'가 형성된다. 예를 들어, 1.0E10 ~ 1E15의 도즈(dose)의 'P' 이온을 60~300KeV의 에너지로 주입한다. 3, the second photoresist pattern 16 is formed on a region excluding the photodiode forming region of the substrate, and the second photoresist pattern 16 is hard masked on the entire surface of the substrate. Ion implantation of dopants onto the phase. In this case, the dopant includes P, As, and Sb, and 'Deep N-' is formed on the semiconductor substrate into which the dopant is ion-implanted. For example, a dose of 'P' ions of 1.0E10 to 1E15 is injected at an energy of 60 to 300 KeV.

그런 다음, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제2 포토레지스트 패턴(16), 상기 제1 포토레지스트 패턴(15), 상기 저온산화막(14)을 제거한다. 이때, 상기 제1 포토레지스트 패턴(15) 및 상기 제2 포토레지스트 패턴(16)은 산소가스를 이용한 애싱(ashing) 및 세정(cleaning) 공정을 실시하여 제거한다. 그리고, 상기 저온산화막(14)은 불소(HF)가 함유된 용액을 사용해 세정하여 제거하는데, 예를 들어, 상기 불소 함유 용액(NH4F)에 대한 식각률은 TEOS막의 경우, 0.5~5.0Å/min 정도이고, 저온산화막의 경우, 22.94~27.22Å/min 정도이다. 따라서, 상기 저온산화막을 제거할 때, 게이트 산화막(12)도 함께 제거할 수 있는 장점이 있다. Next, as shown in FIG. 4, the second photoresist pattern 16, the first photoresist pattern 15, and the low temperature oxide film 14 are removed. In this case, the first photoresist pattern 15 and the second photoresist pattern 16 are removed by an ashing and cleaning process using oxygen gas. In addition, the low temperature oxide film 14 is removed by washing with a solution containing fluorine (HF), for example, the etching rate for the fluorine-containing solution (NH4F) is about 0.5 ~ 5.0 Å / min for the TEOS film In the case of a low temperature oxide film, it is about 22.94-27.22 dl / min. Therefore, when the low temperature oxide film is removed, the gate oxide film 12 may also be removed.

지금까지 본 발명의 구체적인 구현 예를 도면을 참조로 설명하였지만 이것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 평균적 지식을 가진 자가 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것이고 발명의 기술적 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 따라서 본 발명의 기술적 범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의하여 정하여지며, 도면을 참조로 설명한 구현 예는 본 발명의 기술적 사상과 범위 내에서 얼마든지 변형하거나 수정할 수 있다. Although specific embodiments of the present invention have been described with reference to the drawings, this is intended to be easily understood by those of ordinary skill in the art and is not intended to limit the technical scope of the present invention. Therefore, the technical scope of the present invention is determined by the matters described in the claims, and the embodiments described with reference to the drawings may be modified or modified as much as possible within the technical spirit and scope of the present invention.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 씨모스 이미지 센서의 포토다이오드 형성 방법을 도시한 공정 단면도.1 to 4 are cross-sectional views illustrating a method of forming a photodiode of a CMOS image sensor according to an embodiment of the present invention.

Claims (7)

반도체 기판상에 게이트 산화막, 폴리실리콘막 및 저온산화막을 순차적으로 적층한 후, 상기 저온산화막 상에 게이트 전극을 형성하기 위한 레티클을 마스크로 상기 반도체 기판의 포토다이오드 형성 영역을 노출시키는 제1 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;A first photoresist that sequentially deposits a gate oxide film, a polysilicon film, and a low temperature oxide film on the semiconductor substrate, and then exposes a photodiode forming region of the semiconductor substrate with a reticle for forming a gate electrode on the low temperature oxide film; Forming a pattern; 상기 제1 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 상기 게이트 산화막이 노출되도록 상기 저온산화막 및 상기 폴리실리콘막을 선택적으로 식각하는 단계; Selectively etching the low temperature oxide layer and the polysilicon layer to expose the gate oxide layer using the first photoresist pattern as an etching mask; 상기 기판의 포토다이오드 형성 영역을 제외한 영역 상에 제2 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; Forming a second photoresist pattern on a region other than the photodiode formation region of the substrate; 상기 제2 포토레지스트 패턴을 하드 마스크로 상기 기판 전면 상에 도펀트를 이온주입하는 단계; 및Implanting a dopant onto the entire surface of the substrate using the second photoresist pattern as a hard mask; And 상기 제1 및 제2 포토레지스트 패턴, 저온 산화막을 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 이미지 센서 제조 방법. And removing the first and second photoresist patterns and the low temperature oxide film. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 게이트 산화막은 TEOS(tetraethly orthosilicate)막 인 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조 방법. And the gate oxide film is a tetraethly orthosilicate (TEOS) film. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 저온산화막은 200℃ 내지 350℃의 온도에서 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조 방법. The low temperature oxide film is an image sensor manufacturing method, characterized in that formed at a temperature of 200 ℃ to 350 ℃. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 폴리실리콘막은 비정질실리콘 및 폴리실리콘, 실리콘과 금속간 화합물 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조 방법. The polysilicon film is a method of manufacturing an image sensor, characterized in that made of any one of amorphous silicon, polysilicon, silicon and intermetallic compound. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 저온산화막을 증착한 후, 상기 저온산화막을 어닐링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조 방법. And depositing the low temperature oxide film, followed by annealing the low temperature oxide film. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 도펀트는 P, As, Sb 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조 방법. The dopant is any one of P, As, Sb characterized in that the manufacturing method of the image. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 저온산화막은 불소(HF)가 함유된 용액을 사용해 제거하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조 방법. The low-temperature oxide film is removed using a solution containing fluorine (HF).
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