KR100922547B1 - Ｃｍｏｓ 이미지 센서, 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 CMOS 이미지 센서의 암전류 생성을 감소시키기 위하여 층간 절연막에 수소 이온을 주입하는 단계를 포함하는 CMOS 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서의 제조방법은 소자분리막이 형성된 반도체 기판, 게이트 전극을 포함하는 씨모스 이미지 센서에 있어서, 상기 반도체 기판 및 게이트 전극 상에 층간 절연막을 형성하는 단계; 상기 게이트 전극 상부에 위치하는 층간 절연막을 식각하여 콘택홀을 형성하는 단계; 및 상기 식각된 층간 절연막 상부에 플라즈마 공정을 통하여 수소 이온을 주입하는 단계를 포함한다.
저온 플라즈마, 수소 이온 주입, CMOS 이미지 센서, 실리콘 산화물, TEOS.
Description
본 발명은 CMOS 이미지 센서에 관한 것으로, 암전류 생성을 감소시키기 위하여 층간 절연막에 수소 이온을 주입하는 단계를 포함하는 CMOS 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것이다.
최근들어 디지털 카메라(digital camera)는 인터넷을 이용한 영상통신의 발전과 더불어 그 수요가 폭발적으로 증가하고 있다. 또한, 카메라가 장착된 이동통신 단말기의 보급이 증가됨에 따라 소형 카메라 모듈의 수요가 증가하고 있다.
카메라 모듈로는 기본적인 구성요소인 CCD(Charge Coupled Device)나 CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) 이미지 센서를 이용한 이미지 센서 모듈이 널리 보급되어 사용되고 있다. 이미지 센서는 칼라 이미지를 구현하기 위하여 외부로부터 빛을 받아 광전자를 생성 및 축적하는 광감지부 상부에 칼라필터가 정렬되어 있다. 이러한 칼라필터 어레이(Color Filter Array, CFA)는 레드(Red;R), 그린(Green;G), 및 블루(Blue;B) 또는 옐로우(Yellow), 마젠타(Magenta) 및 시안(Cyan) 의 3가지 칼라로 이루어진다. 통상적으로, CMOS 이미 지 센서의 칼라필터 어레이에는 RGB 의 3가지 칼라가 많이 이용된다.
이러한 이미지 센서는 광학 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 상기 CCD 와 CMOS 이미지 센서가 개발되어 널리 상용화되어 있다. CCD 는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 캐패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 소자이다. 반면, CMOS 이미지 센서는 제어회로(control circuit), 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소수만큼 MOS 트랜지스터를 만들고, 이것을 이용하여 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용한 소자이다.
그러나, CCD는 구동방식이 복잡하고 전력소모가 많으며, 마스크 공정 수가 많이 필요하여 공정이 복잡하고, 신호처리회로를 CCD 칩 내에 구현할 수 없어 원칩(one chip)화가 곤란하다는 여러 단점이 있는 바, 최근에는 이러한 CCD의 단점을 극복하기 위하여 서브 마이크론(sub-micron) CMOS 제조기술을 이용한 CMOS 이미지 센서의 개발에 대한 연구가 열정적으로 이루어지고 있다.
CMOS 이미지 센서는 단위 화소(pixel) 내에 포토 다이오드(photo diode)와 MOS 트랜지스터를 형성시켜 스위칭 방식으로 차례로 신호를 검출함으로써 이미지를 구현하게 되는데, CMOS 제조기술을 이용하므로 전력 소모도 적고, 마스크 수도 대략 20개 정도로 30~40 개의 마스크가 필요한 CCD 공정에 비해 공정이 매우 단순하며, 여러 신호 처리 회로와 원칩화가 가능하여 차세대 이미지 센서로 각광을 받고 있다.
그러나 CMOS 이미지 센서 제조시 많은 식각 공정, 예를 들어, STI 공정에 의한 소자분리막 형성, 게이트 전극 형성 등에 의하여 반도체 기판 표면에 댕글링 본드(Dangling Bond)가 발생하게 된다. 이러한 댕글링 본드는 반도체 기판이 실리콘 원자 하나에 산소 원자 두개가 결합한 형태로 구성되어야 안정한 상태를 유지하게 되는데, 상기와 같은 식각 공정 등으로 인하여 실리콘 원자 하나와 산소 원자 하나가 결합되어 있거나, 또는 실리콘 원자가 산소 원자를 하나도 갖지 못하는 상태를 말한다.
댕글링 본드가 형성된 반도체 기판은 빛이 입사되지 않은 상태에서도 댕글링 본드에 의하여 전자가 생성되어 포토 다이오드로부터 트랜지스터에 암신호가 흐르는 문제가 발생한다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 게이트 전극상에 층간 절연막을 형성하기 전에 저온 H+ 플라즈마 열처리 공정을 수행함으로써, 암전류 발생이 감소하는 CMOS 이미지 센서를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 저온 H+ 플라즈마 열처리 공정을 이용하여 반도체 기판에 H+ 이온을 주입함으로써, CMOS 이미지 센서의 제조 공정상 열적 부담을 감소시키는 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 CMOS 이미지 센서의 제조 방법은 소자분리막이 형성된 반도체 기판, 게이트 전극을 포함하는 씨모스 이미지 센서에 있어서, 상기 반도체 기판 및 게이트 전극 상에 층간 절연막을 형성하는 단계, 상기 게이트 전극 상부에 위치하는 층간 절연막을 식각하여 콘택홀을 형성하는 단계, 및 상기 식각된 층간 절연막 상부에 플라즈마 공정을 실시하여 상기 콘택홀을 통해 상기 게이트 전극에 수소 이온을 주입하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서의 제조 방법은 게이트 상부에 층간 절연막을 형성하기 전, H+ 플라즈마 열처리(annealing) 공정을 수행함으로써, 반도체 기판상의 댕글링 본드를 효과적으로 제거하여 암전류의 발생을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서의 제조 방법은 저온의 플라즈마 공 정을 이용하여 H+ 이온을 주입함으로써, CMOS 이미지 센서의 제조시 수반되는 열적 부담을 감소시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형성들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
또한, 도면에서 영역들의 크기는 설명을 명확하게 하기 위하여 과장된 것이다.
도 1은 소자분리막(120)이 형성된 반도체 기판(110)과 게이트 전극(133)을 포함하는 씨모스 이미지 센서의 단면도를 나타내는 것이다. 상기 게이트 전극(133)은 게이트 절연막(131) 및 게이트 전도막(132)으로 이루어지고, 양 측면에 스페이서(140)를 포함할 수 있으며, 상기 스페이서(140)는 복수의 층으로 이루어질 수 있다.
도 2a 내지 2c는 본 발명의 일실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 공정을 나타내는 단면도이다. 도 2a에 나타난 바와 같이, 본 발명의 씨모스 이미지 센서는 소자 분리막(220)을 포함하는 반도체 기판(210) 과 게이트 전극(233) 상부에 층간 절연막(250)을 형성한다. 상기 층간 절연막(250)은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막으로 이루어질 수 있으며, 또는 실리콘 산화막의 형성을 위한 TEOS 막을 포함할 수 있다.
도 2b에서 나타난 바와 같이, 상기 층간 절연막(250)은 게이트 전극(233)과 금속배선(미도시)을 연결하는 콘택을 형성하기 위하여 포토 마스크를 이용하여 게이트 전극(233) 상부에서 식각된다. 상기 식각 공정은 반도체 기판의 손상을 방지하기 위하여 건식 공정으로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 건식 식각 공정은 플라즈마 식각(plasma etching), 반응성 이온 식각(reactive ion etching), 자기적으로 향상된 반응성 이온 식각(magnetically enhanced reactive ion etcing), 및 유도결합 플라즈마 식각(inductively coupled plasma etching)을 이용할 수 있으며, 반응성 이온 식각을 이용하는 것이 바람직하다.
이어, 도 2c에 나타난 바와 같이, 상기 식각된 층간 절연막(255) 상부에 플 라즈마 형태로 형성된 수소 이온을 주입시킨다. 상기 수소 이온을 플라즈마 형태로 주입하는 경우, 저온으로 열처리 공정을 수행할 수 있어, 씨모스 이미지 센서의 제조시 발생하는 열적 부담을 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 층간 절연막 (255)에 플라즈마 형태로 주입된 수소 이온은 별도의 후속 열처리 공정을 필요로 하지 아니하고, 상기 반도체 기판(210)으로 주입되어 댕글링 본드를 제거함으로써 암전류 발생을 감소시킬 수 있다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 공정을 나타낸다. 도 3a를 참조하면, 소자 분리막(320)을 포함하는 반도체 기판(310) 과 게이트 전극(333) 상부에 복수의 층으로 구성된 층간 절연막(350, 360)을 형성한다. 상기 복수의 층간 절연막(350, 360)은 실리콘 산화물 및 실리콘 질화물을 각각 하나 이상의 층을 포함할 수 있으며, 상기 층간 절연막(350, 360) 중 상부에 위치하는 층간 절연막(360)은 실리콘 산화물을 형성하기 위한 TEOS층일 수 있다.
도 3b에 나타난 바와 같이, 상기 층간 절연막(350, 360)은 게이트 전극(333)과 금속배선(미도시)을 연결하는 콘택을 형성하기 위하여 게이트 전극(333) 상부에서 식각된다. 상기 식각 공정은 반도체 기판의 손상을 방지하기 위하여 건식 공정으로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 건식 식각 공정은 플라즈마 식각(plasma etching), 반응성 이온 식각(reactive ion etching), 자기적으로 향상된 반응성 이온 식각(magnetically enhanced reactive ion etcing), 및 유도결합 플라즈마 식각(inductively coupled plasma etching)을 이용할 수 있으며, 반응성 이온 식각을 이용하는 것이 바람직하다.
이어, 상기 식각된 층간 절연막(365) 상부에 플라즈마 형태로 형성된 수소 이온을 주입시킨다. 상기 수소 이온을 플라즈마 형태로 주입하는 경우, 저온으로 열처리 공정을 수행할 수 있어, 씨모스 이미지 센서의 제조시 발생하는 열적 부담을 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 층간 절연막 (365)에 플라즈마 형태로 주입된 수소 이온은 별도의 후속 열처리 공정을 필요로 하지 아니하고, 상기 반도체 기판(310)으로 주입되어 댕글링 본드를 제거함으로써 암전류 발생을 감소시킬 수 있다.
상기 저온 플라즈마 형태로 수소 이온을 주입하는 단계는 층간 절연막(360)으로 TEOS를 증착하고, 실리콘 산화물이 형성되는 단계 이전에 수행함으로써, 반도체 기판(310)의 채널 영역에 충분한 수소 이온을 공급하여 암전류의 발생을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
도 1 내지 도 2c는 본 발명의 일실시예에 따른 CMOS 이미지 센서의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 또다른 일실시예에 따른 CMOS 이미지 센서의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
Claims (4)
- 소자분리막이 형성된 반도체 기판, 게이트 전극을 포함하는 씨모스 이미지 센서에 있어서,상기 반도체 기판 및 게이트 전극 상에 층간 절연막을 형성하는 단계;상기 게이트 전극 상부에 위치하는 층간 절연막을 식각하여 콘택홀을 형성하는 단계; 및상기 식각된 층간 절연막 상부에 플라즈마 공정을 실시하여 상기 콘택홀을 통해 상기 게이트 전극에 수소 이온을 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 플라즈마 공정은 저온 플라즈마 공정인 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 층간 절연막은 TEOS 인 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 층간 절연막을 형성하기 이전에 상기 반도체 기판 및 게이트 전극 상부에 TEOS 층을 형성하고, 저온 플라즈마 공정을 통하여 수소 이온을 주입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법.
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2007
- 2007-11-20 KR KR1020070118605A patent/KR100922547B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
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