KR100883021B1 - 암신호 감소를 위한 이미지센서 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이미지센서에 관한 것으로, 특히 필드/액티브 계면 및 스페이서 하부에서의 OSF에 의한 포토다이오드 영역으로의 암신호의 유입을 억제하기에 적합한 이미지센서 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은, 제1도전형의 반도체층에 국부적으로 필드절연막을 형성하는 단계; 상기 필드절연막과 떨어진 상기 반도체층에 게이트전극을 형성하는 단계; 이온주입을 실시하여 상기 필드절연막과 상기 게이트전극의 일측에 접하는 상기 반도체층 내부에 제2도전형의 포토다이오드용 제1불순물영역을 형성하는 단계; 상기 게이트전극과 상기 필드절연막에 접하는 소정 부분만 오픈되도록 상기 제1불순물영역 상부의 상기 반도체층 상에 이온주입 마스크를 형성하는 단계; 및 상기 이온주입 마스크를 이용한 이온주입을 실시하여, 상기 이온주입마스크의 형상이 전사되어 상기 게이트전극과 상기 필드절연막에 접하는 부분에서만 상대적으로 깊은 프로파일을 갖도록 상기 반도체층과 접하는 상기 제1불순물영역에 제1도전형의 포토다이오드용 제2불순물영역을 형성하는 단계를 포함하는 이미지센서 제조방법을 제공한다.
암신호, 이미지센서, 포토다이오드, STI, OSF(Oxidation induced Stacking Faults) 버퍼층.
Description
도 1은 종래기술에 따른 이미지센서를 개략적으로 도시한 단면도.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서 제조 공정을 도시한 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
20 : P++ 층 21 : P-Epi층
22 : 필드절연막 23 : 게이트절연막
24 : 게이트전도막 26 : 스페이서
30 : P0영역의 깊은 프로파일
본 발명은 이미지센서에 관한 것으로 특히, 이미지센서 제조방법에 관한 것 으로, 더욱 상세하게는 암신호(Dark signal)를 감소시킬 수 있는 이미지센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지센서라 함은 광학 영상(Optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체소자로서, 이중 전하결합소자(CCD : Charge Coupled Device)는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 캐패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, CMOS(Complementary MOS; 이하 CMOS) 이미지센서는 제어회로(Control circuit) 및 신호처리회로(Signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소수만큼 MOS트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(Output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.
이러한 다양한 이미지센서를 제조함에 있어서, 이미지센서의 감광도(Photo sensitivity)를 증가시키기 위한 노력들이 진행되고 있는 바, 그 중 하나가 집광기술이다. 예컨대, CMOS 이미지센서는 빛을 감지하는 포토다이오드와 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 CMOS 로직회로부분으로 구성되어 있는 바, 광감도를 높이기 위해서는 전체 이미지센서 면적에서 포토다이오드의 면적이 차지하는 비율(이를 통상 Fill Factor"라 한다)을 크게 하려는 노력이 진행되고 있다.
도 1은 종래기술에 따른 이미지센서를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 통상적인 이미지센서에서 고농도인 P++ 층(10) 및 P-Epi층(11)이 적층된 반도체층을 이용하는 바, 이하 P++ 층(10) 및 P-Epi층(11)을 반도체층으로 칭한다.
반도체층에 국부적으로 필드절연막(12)이 형성되어 있으며, 필드 절연막(12)과 떨어진 영역에 게이트절연막(13)과 게이트전극용 전도막(14) 및 스페이서(15)로 이루어진 게이트전극 예컨대, 트랜스퍼 게이트(Transfer gate)가 배치되어 있으며, 게이트전극과 필드절연막(12)에 접하면서 반도체층 내부에 소정의 깊이로 형성된 포토다이오드용 N형 불순물 영역(이하 n-영역이라 함)과 n-영역 상부의 반도체층과 접하는 계면에 얕은 포토다이오드용 P형 불순물 영역(이하 P0영역이라 함)이 배치되어 있으며, 센싱확산영역(이하 n+영역 이라 함)이 배치되어 있다.
한편, 전술한 종래의 이미지센서는 필드절연막(12)을 단순 트렌치형(Shallow Trench Isolation; 이하 STI라 함) 또는 LOCOS(LOCal Oxidation of Silicon)형 등을 사용하는 바, 트렌치형의 경우 LOCOS 방법에서의 버즈비크(Bird's beak) 부분만 확장하는 포토다이오드 형태를 취하고 있으며, 고집적화를 위해 LOCOS 방법보다는 STI로 필드절연막(12)을 형성하고 있다.
그러나, STI의 경우 종래의 LOCOS 방식보다 STI 계면에서의 트렌치 식각에 의해 실리콘 격자가 많은 데미지를 받는 공정 상의 특징으로 인해, 데미지를 받은 실리콘 격자의 결함으로부터 잉여 전자가 포획(Trap)되어 이미지센서의 특성 열화의 대표적인 암신호를 발생시키게 된다.
즉, 암신호란 광전반응에 기인하지 않고 생성된 전하가 포토다이오드에 축적되어 나타나는 것으로 암신호 전하의 원천은 여러가지가 있을 수 있으며, 그 중 반도체층의 실리콘 계면과 필드절연막(12)의 경계면 및 게이트전극 스페이서(15) 하부의 n-영역에서의 디스로케이션(Dislocation) 등의 결정 불완전성에 의한 결함 성 분 즉, OSF(Oxidation induced Stacking Faults) 등이 주원인으로 도시된 'X'와 같이 가장자리에서 그 밀도가 증가하며 포토다이오드(PD)의 영역으로 축적된 다음, 열적 생성된 전자를 포획 후 공급시킴으로써 암신호를 유발시킨다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 본 발명은, 필드/액티브 계면 및 스페이서 하부에서의 OSF에 의한 포토다이오드 영역으로의 암신호의 유입을 억제하기에 적합한 이미지센서 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 제1도전형의 반도체층에 국부적으로 필드절연막을 형성하는 단계; 상기 필드절연막과 떨어진 상기 반도체층에 게이트전극을 형성하는 단계; 이온주입을 실시하여 상기 필드절연막과 상기 게이트전극의 일측에 접하는 상기 반도체층 내부에 제2도전형의 포토다이오드용 제1불순물영역을 형성하는 단계; 상기 게이트전극과 상기 필드절연막에 접하는 소정 부분만 오픈되도록 상기 제1불순물영역 상부의 상기 반도체층 상에 이온주입 마스크를 형성하는 단계; 및 상기 이온주입 마스크를 이용한 이온주입을 실시하여, 상기 이온주입마스크의 형상이 전사되어 상기 게이트전극과 상기 필드절연막에 접하는 부분에서만 상대적으로 깊은 프로파일을 갖도록 상기 반도체층과 접하는 상기 제1불순물영역에 제1도전형의 포토다이오드용 제2불순물영역을 형성하는 단계를 포함하는 이 미지센서 제조방법을 제공한다.
본 발명은, 포토다이오드용 P형 불순물영역 형성을 위한 이온주입을 실시하는 과정에서 포토다이오드가 형성될 중앙 부분만을 마스킹하는 이온주입 마스크를 이용한 이온주입을 통해 필드절연막 가장자리와 스페이서 형성영역 하부 즉, 게이트전극 측면 하부에만 집중적으로 이온주입을 실시하여 OSF를 감싸도록 하고, 이 때, 이온주입 마스크에 의해 포토다이오드 중앙부에서는 통상적인 형태로 포토다이오드용 P형 불순물영역을 얕게 형성하여 필드절연막 가장자리 및 스페이서 하부에서의 OSF에 의한 암신호 발생을 효과적으로 억제하고자 한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도 2a 내지 도 2c를 참조하여 설명한다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서 제조 공정을 도시한 단면도이다.
여기서, 통상적인 이미지센서에서 고농도인 P++ 층(20) 및 P-Epi층(21)이 적층된 반도체층을 이용하는 바, 이하 반도체층이라 칭한다.
먼저 도 2a에 도시된 바와 같이, 산화공정 예컨대, 열산화(Thermal oxidation) 공정을 통하여 반도체충에 국부적으로 필드절연막(22)을 형성시킨 다음, 산화막계열의 게이트절연막(23)과 폴리실리콘과 텅스텐 등이 단독 또는 적층된 게이트전도막(24)을 증착한 다음, 게이트전극 패턴 형성을 위한 마스크를 이용한 패턴 형성 공정을 통해 게이트절연막(23)과 게이트전도막(24)이 적층된 게이트전극 예컨대, 트랜스퍼 게이트를 형성한다.
이 때, 필드절연막(22) 형성시 및 게이트전극 패턴 형성시 필드절연막(22) 가장자리와 게이트전극 측면 하부의 반도체층에 집중적으로 OSF가 나타난다.
이어서, 포토다이오드 형성영역을 오픈시키는 이온주입마스크를 이용하여 이온주입을 실시하는 바, 도시된 바와 같이 게이트전극의 일측과 필드절연막(22)에 접하는 반도체층 내부에 N형의 포토다이오드용 불순물영역(이하 n-영역이라 함)을 형성한다. 이 때, 통상적인 이온주입과 열처리를 통한 열확산 방법을 이용하며, 저조도 특성을 향상시키기 위해 7°∼ 10°의 틸트(Tilt)를 주어 게이트전극 하부의 일정 깊이까지 n-영역이 확장되도록 한다.
이어서 도 2b에 도시된 바와 같이, 게이트전극과 필드절연막(22)에 접하는 소정 부분만 오픈되도록 n-영역 상부의 반도체층에 버퍼층(25)을 형성한다.
여기서, 버퍼층(25)은 산화막을 이용하여 50Å ∼ 150Å 정도의 두께로 형성하는 것이 바람직하며, 게이트전극과 필드절연막(22)에 접하는 오픈되는 폭은 게이트전극과 필드절연막(22)으로부터 0.05㎛ ∼ 0.25㎛ 정도 떨어진 포토다이오드 영역 즉, n-영역까지 확장되도록 하는 것이 바람직하다.
계속해서, 이온주입을 통해 버퍼층(25)의 형상이 하부에 전사된 포토다이오드용 P형 불순물영역(이하 P0영역이라 함)을 형성하는 바, 필드절연막(22) 하부의 가장자리와 게이트전극 측면의 반도체층, 구체적으로 OSF가 집중되는 부분에서는 도시된 '30'과 같이 깊은 프로파일을 갖고, 포토다이오드 중앙 부분에서는 얕은 깊이의 프로파일을 갖도록 한다.
이 때, 게이트전극 측면 하부와 필드절연막(22) 가장자리의 OSF를 충분히 감쌀 수 있도록 하며 버퍼층(25) 하부에서는 통상적인 얕은 P0영역의 프로파일을 얻기 위해, 이온주입시 통상적인 P0영역 형성시보다 5KeV 정도 큰 에너지를 이용하며, P형 불순물인 보론(Boron, B)을 이용한다.
이어서, 버퍼층(25)을 제거한 다음, 스페이서용 절연막을 전면에 얇게 증착하고 전면식각을 통해 게이트전극 측벽에 스페이서(26)를 형성한다.
스페이서(26)와 P0영역의 국부적으로 깊은 프로파일(30)은 수직상으로 오버랩되는 것이 바람직하다.
이어서, N형 불순물을 이온주입하여 게이트전의 타측과 필드절연막(22) 사이에 고농도 N형(n+)의 센싱확산노드(FD)를 형성한다.
전술한 본 발명은, 포토다이오드용 얕은 P형 불순물영역을 형성하기 위해 게이트전극 및 필드절연막과일정 간격을 갖는 얇은 산화막 계열의 버퍼층을 형성하고 그 상부에 보론 등의 P형 불순물을 이온주입하여 버퍼층의 형상이 전사된 P형 불순물영역을 형성하는 바, 이에 따라 필드절연막 가장자리과 게이트전극 측면 하부에 집중되는 OSF를 P형 불순물이 감싸게 하여 OSF에 의한 포토다이오드 영역으로의 암신호 성분의 유입을 효과적으로 방지할 수 있음을 실시예를 통해 알아 보았다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 본 발명은, 필드절연막과 게이트전극 형성에 따른 OSF에 의한 암신호 성분의 포토다이오드 영역으로의 유입을 방지할 수 있어, 궁극적으로 이미지센서의 성능을 향상시킬 수 있는 탁월한 효과를 기대할 수 있다.
Claims (7)
- 제1도전형의 반도체층에 국부적으로 필드절연막을 형성하는 단계;상기 필드절연막과 떨어진 상기 반도체층에 게이트전극을 형성하는 단계;이온주입을 실시하여 상기 필드절연막과 상기 게이트전극의 일측에 접하는 상기 반도체층 내부에 제2도전형의 포토다이오드용 제1불순물영역을 형성하는 단계;상기 게이트전극과 상기 필드절연막에 접하는 부분이 오픈되도록 상기 제1불순물영역 상부의 상기 반도체층 상에 버퍼층을 형성하는 단계; 및상기 버퍼층을 이용한 이온주입을 실시하여, 상기 버퍼층의 형상이 전사되어 상기 게이트전극과 상기 필드절연막에 접하는 부분에서만 상대적으로 깊은 프로파일을 갖도록 상기 반도체층과 접하는 상기 제1불순물영역에 제1도전형의 포토다이오드용 제2불순물영역을 형성하는 단계를 포함하는 이미지센서 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제2불순물영역의 깊은 프로파일이 상기 필드절연막 하부 가장자리 및 상기 게이트전극 측면에 집중된 OSF(Oxidation induced Stacking Faults)를 감싸도록 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제2불순물영역의 깊은 프로파일이 상기 필드절연막 하부 가장자리 및 상기 게이트전극 측면으로부터 0.05㎛ 내지 0.25㎛ 만큼 떨어진 포토다이오드 영역까지 확장되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 버퍼층은 산화막을 이용하여 50Å 내지 150Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제2불순물영역 형성 후, 상기 깊은 프로파일을 갖는 상기 제2불순물영역 상부의 상기 게이트전극 측벽에 스페이서를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제1불순물영역 형성을 위한 이온주입시 7°내지 10°의 틸트를 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제1도전형은 P형의 도전형이고, 상기 제2도전형은 N형의 도전형임을 특징으로 하는 이미지센서 제조방법.
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2002
- 2002-07-19 KR KR1020020042351A patent/KR100883021B1/ko not_active IP Right Cessation
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