KR100924868B1 - Method for fabricating a gate pattern in a cmos image sensor - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서의 게이트 패턴 형성 방법은, 픽셀 영역과 로직 영역으로 이루어진 반도체 기판을 제공하는 단계와, 반도체 기판 전면에 절연막과 도전막을 순차적으로 적층하는 단계와, 도전막의 상부에 희생 절연막을 형성하는 단계와, 포토레지스트 패턴에 의해 오픈된 픽셀 영역에 불순물 이온주입 공정을 실시하여 픽셀 영역 상의 도전막에 불순물 이온을 도핑하는 단계와, 픽셀 영역 상에 형성된 도전막에 대해 불순물 이온주입 공정을 실시하여 도핑된 도전막을 형성하는 단계와, 포토레지스트 패턴을 제거한 후 희생 절연막을 제거하는 단계와, 픽셀 영역 상의 도핑된 도전막과 로직 영역 상의 도전막을 식각하여 게이트 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.A method of forming a gate pattern of a CMOS image sensor according to the present invention includes the steps of providing a semiconductor substrate consisting of a pixel region and a logic region, sequentially depositing an insulating film and a conductive film on the entire surface of the semiconductor substrate, and a sacrificial insulating film on the conductive film. Forming a dopant, doping the impurity ions into the pixel region opened by the photoresist pattern, doping the impurity ions into the conductive film on the pixel region, and performing the impurity ion implantation process on the conductive film formed on the pixel region. Forming a doped conductive film, removing the sacrificial insulating film after removing the photoresist pattern, and forming a gate pattern by etching the doped conductive film on the pixel region and the conductive film on the logic region. .
이와 같이, 본 발명은 게이트 패턴을 형성하기 위한 도전막의 상부에 박막의 희생 절연막을 형성한 후 픽셀 영역에 형성된 도전막이 오픈된 포토레지스트 패턴을 형성하여 불순물 이온 주입 공정을 실시하고, 포토레지스트 패턴과 희생 절연막을 제거함으로서, 불순물 이온주입공정 이후 발생되는 잔존물을 용이하게 제거하여 반도체 소자의 특성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 반도체 수율을 향상시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, a sacrificial insulating film of a thin film is formed on the conductive film for forming the gate pattern, and then an impurity ion implantation process is performed by forming an open photoresist pattern in which the conductive film formed in the pixel region is opened. By removing the sacrificial insulating film, residues generated after the impurity ion implantation process can be easily removed to improve the characteristics of the semiconductor device and to improve the semiconductor yield.
CMOS, 도전막, 이온 주입, 잔존물 CMOS, conductive film, ion implantation, residue
Description
본 발명은 불순물 이온 주입 공정에 따른 포토레지스트 패턴의 잔존물을 용이하게 제거할 수 있는 CMOS 이미지 센서의 게이트 패턴 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of forming a gate pattern of a CMOS image sensor that can easily remove the residue of the photoresist pattern according to the impurity ion implantation process.
일반적으로 이미지센서라 함은 광학 영상(optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체소자로서, 이중에서 전하결합소자(CCD : Charge Coupled Device)는 개개의 커패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 커패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, 시모스(Complementary MOS) 이미지센서는 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소수 만큼의 MOS 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.In general, an image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal. Among them, a charge coupled device (CCD) includes charge capacitors in which individual capacitors are in close proximity to each other. Complementary MOS image sensor uses CMOS technology that uses a control circuit and a signal processing circuit as peripheral circuits to make as many MOS transistors as the number of pixels. It is an element employing a switching method that sequentially detects output using this.
도 1은 통산의 CMOS 이미지 센서에서 1개의 포토다이오드(PD)와 4개의 n형 MOS 트랜지스터로 구성된 단위화소(Unit Pixel)를 도시한 회로도로서, 빛을 받아 광 전하를 생성하는 포토다이오드(PD)와 4개의 n형 MOS 트랜지스터(Tx, Rx, Dx, Sx)로 구성된 픽셀 영역을 구비한다. 여기서, 4개의 n형 MOS 트랜지스터는 빛을 받아 광전하를 생성하는 포토다이오드와 포토다이오드에서 모아진 광전하를 플로팅확산영역(FD : Floating Diffusion)으로 운송하기 위한 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)와 원하는 값으로 플로팅확산영역(FD)의 전위를 세팅하고 전하를 배출하여 플로팅확산영역(FD)를 리셋시키기 위한 리셋 트랜지스터(Rx)와 소스 팔로워 버퍼 증폭기(source follower buffer amplifier) 역할을 하는 드라이브 트랜지스터(Dx) 및 스위칭 역할로 어드레싱 을 할 수 있도록 하는 셀렉트 트랜지스터(Sx)로 구성된다. FIG. 1 is a circuit diagram showing a unit pixel composed of one photodiode (PD) and four n-type MOS transistors in a conventional CMOS image sensor. And four n-type MOS transistors (Tx, Rx, Dx, Sx). Here, the four n-type MOS transistors are floated to a desired value with a photodiode that receives light to generate photocharges, and a transfer transistor (Tx) for transporting the photocharges collected from the photodiodes to a floating diffusion region (FD). A drive transistor Dx and a reset transistor Rx for setting the potential of the diffusion region FD and discharging electric charges to reset the floating diffusion region FD and a source follower buffer amplifier. It consists of a select transistor (Sx) that allows addressing in a role.
한편, 통상의 CMOS 이미지 센서에는 포토다이오드(PD)에서 생성된 신호를 이미지화하는 로직 영역(도시 생략됨)을 포함하고 있다. 이러한 로직 영역은 CMOS 형태, 즉 PMOS와 NMOS의 형태로 픽셀 영역의 주변에 위치하게 된다.On the other hand, the conventional CMOS image sensor includes a logic region (not shown) for imaging the signal generated by the photodiode PD. This logic region is located in the periphery of the pixel region in the form of CMOS, that is, PMOS and NMOS.
일반적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, MOS 트랜지스터를 형성하기 위해 게이트 패턴과 게이트 스페이서 공정을 진행한 후 불순물 이온 주입 공정을 실시하여 게이트 패턴, 예컨대 폴리실리콘 패턴에 불순물을 주입한다.Generally, as shown in FIG. 2, impurities are implanted into a gate pattern, for example, a polysilicon pattern by performing an impurity ion implantation process after a gate pattern and a gate spacer process to form a MOS transistor.
즉, 트랜스퍼, 리셋, 드라이브, 셀렉트, NMOS 및 PMOS 트랜지스터를 형성하기 위한 게이트 패턴과 그 측벽에 스페이서를 형성한 후 픽셀 영역(200)의 포토다이오드(PD)를 보호하기 위한 포토레지스트 패턴(220)을 형성하고, 포토레지스트 패턴에 의해 드러난 영역에 대해 불순물 이온 주입 공정을 실시한다.That is, a gate pattern for forming a transfer, reset, drive, select, NMOS, and PMOS transistor and a
그러나, 포토다이오드(PD)를 보호하기 위해 형성된 포토레지스트 패턴(220)에 의해 트랜스퍼 트랜지스터를 위한 게이트 패턴 및 측벽 스페이서 일부(A 영역) 가 가려지기 때문에 불순물 이온 주입 공정 시 충분한 양의 불순물이 주입되지 않는 문제점이 있다.However, since the gate pattern and the sidewall spacer part (region A) for the transfer transistor are covered by the
이런 이유로, 도 3에 도시된 바와 같이, 소자 분리막(310)이 형성된 반도체 기판(300) 상에 게이트 패턴을 형성하기 위한 도전막, 예컨대 폴리실리콘막(320)을 증착한 다음, 픽셀 영역(345)에 대응되는 영역의 폴리실리콘막(320)만이 오픈, 즉 로직 영역(340)에 대응되는 영역을 막는 포토레지스트 패턴(330)을 형성한다.For this reason, as shown in FIG. 3, a conductive film, for example, a
그리고 나서, 포토레지스트 패턴(330)을 이온 주입 마스크로 한 불순물 이온주입 공정을 실시하여 포토레지스트 패턴(330)에 의해 드러난 폴리실리콘막(320)에 불순물 이온을 주입한다. 이때, 불순물 이온 주입 공정은 불순물 이온으로 P(Phosphorous)를 이용하며, 4∼8E15atm/cm2의 도즈량(doze)과 가속 에너지로 12∼14KeV를 제공하여 진행된다.Then, an impurity ion implantation process using the
이후, 폴리실리콘막(320)에 불순물 이온을 주입하고 나서 스트립핑 공정을 실시하여 포토레지스트 패턴(330)을 제거한다. 그런 다음, 폴리실리콘막(320)을 선택적으로 식각하여 트랜스퍼, 리셋, 드라이브, 셀렉트, NMOS 및 PMOS 트랜지스터의 게이트 패턴을 형성하고, 게이트 패턴의 측벽에 측벽 스페이서를 형성한다.Thereafter, the impurity ions are implanted into the
이와 같이, 종래의 CMOS 이미지 센서 제조 방법에서 픽셀 영역에 형성된 폴리실리콘막에 대해 불순물 이온 주입 공정 시 불순물 이온의 농도가 4E15atm/cm2 이상으로 매우 높아 불순물 이온 주입 공정 이후 로직 영역 상의 폴리실리콘막 상부에 형성된 포토레지스트 패턴이 단단해지기 때문에 이후 스트립핑 공정에서 제거되지 않고 잔존물이 남게 되며, 이러한 잔존물에 의해 반도체 소자의 성능을 저하시키는 문제점이 있다.As described above, in the conventional CMOS image sensor manufacturing method, the concentration of impurity ions in the impurity ion implantation process is higher than 4E15atm / cm2 for the polysilicon film formed in the pixel region, and thus, on the polysilicon layer on the logic region after the impurity ion implantation process. Since the formed photoresist pattern is hardened, residues are left without being removed in a subsequent stripping process, and there is a problem of degrading the performance of the semiconductor device by such residues.
본 발명은 게이트 패턴을 형성하기 위한 도전막의 상부에 박막의 희생 절연막을 형성한 후 픽셀 영역에 형성된 도전막이 오픈된 포토레지스트 패턴을 형성하여 불순물 이온 주입 공정을 실시하고, 포토레지스트 패턴과 희생 절연막을 제거함으로서, 불순물 이온주입공정 이후 발생되는 잔존물을 용이하게 제거할 수 있도록 한다.According to the present invention, a sacrificial insulating film of a thin film is formed on the conductive film for forming the gate pattern, and then an impurity ion implantation process is performed by forming an open photoresist pattern in which the conductive film formed in the pixel region is opened. By removing, the residue generated after the impurity ion implantation process can be easily removed.
본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서의 게이트 패턴 형성 과정은, 픽셀 영역과 로직 영역으로 이루어진 반도체 기판을 제공하는 단계와, 상기 반도체 기판 전면에 절연막과 도전막을 순차적으로 적층하는 단계와, 상기 도전막의 상부에 희생 절연막을 형성하는 단계와, 상기 희생 절연막의 상부에 상기 픽셀 영역만 오픈된 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴에 의해 오픈된 상기 픽셀 영역에 불순물 이온주입 공정을 실시하여 상기 픽셀 영역 상의 도전막에 불순물 이온을 도핑하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴을 제거한 후 상기 희생 절연막을 제거하는 단계와, 상기 픽셀 영역 상의 상기 도핑된 도전막과 상기 로직 영역 상의 도전막을 식각하여 게이트 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.The process of forming a gate pattern of a CMOS image sensor according to the present invention may include providing a semiconductor substrate including a pixel region and a logic region, sequentially laminating an insulating film and a conductive film over the semiconductor substrate, and overlying the conductive film. Forming a sacrificial insulating film, forming a photoresist pattern in which only the pixel region is opened on the sacrificial insulating layer, and performing an impurity ion implantation process on the pixel region opened by the photoresist pattern to form the pixel. Doping the conductive layer on the region, removing the photoresist pattern, and then removing the sacrificial insulating layer; and etching the doped conductive layer on the pixel region and the conductive layer on the logic region to form a gate pattern. Forming a step.
본 발명은 게이트 패턴을 형성하기 위한 도전막의 상부에 박막의 희생 절연막을 형성한 후 픽셀 영역에 형성된 도전막이 오픈된 포토레지스트 패턴을 형성하여 불순물 이온 주입 공정을 실시하고, 포토레지스트 패턴과 희생 절연막을 제거함으로서, 불순물 이온주입공정 이후 발생되는 잔존물을 용이하게 제거하여 반도체 소자의 특성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 반도체 수율을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, a sacrificial insulating film of a thin film is formed on the conductive film for forming the gate pattern, and then an impurity ion implantation process is performed by forming an open photoresist pattern in which the conductive film formed in the pixel region is opened. By removing, the residues generated after the impurity ion implantation process can be easily removed to improve the characteristics of the semiconductor device as well as to improve the semiconductor yield.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 CMOS 이미지 센서의 게이트 패턴 형성 과정을 도시한 흐름도이다.4A to 4F are flowcharts illustrating a gate pattern forming process of a CMOS image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 4a에 도시된 바와 같이, 픽셀 영역(400) 내의 트랜스퍼(Tx), 리셋(Rx), 드라이브(Dx), 셀렉트(Sx) 트랜지스터를 형성하고 픽셀 영역(400) 내의 액티브 영역을 정의하고, 포토다이오드(PD) 영역 및 픽셀 영역(400)과 로직 영역(410)을 구분하기 위한 소자 분리막(412)이 형성된 반도체 기판(414) 상에 게이트 산화막(416) 및 도전막(418)을 순차적으로 형성한다. 이때, 도전막(418)은 폴리실리콘을 이용하여 형성될 수 있다.As shown in FIG. 4A, transfer (Tx), reset (Rx), drive (Dx), and select (Sx) transistors are formed in the
그런 다음, 도 4b에 도시된 바와 같이, 도전막(418)의 상부에 박막의 희생 절연막(420)을 형성한다. 이때, 희생 절연막(420)은 LP CVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition) 방법으로 40Å∼60Å의 두께로 형성되며, 그 종류로는 실리콘 질화막을 예로 들 수 있다.Next, as shown in FIG. 4B, a sacrificial
이후, 도 4c에 도시된 바와 같이, 희생 절연막(420)의 상부에 포토레지스트를 도포한 후 사진 및 현상을 실시하여 픽셀 영역(400) 부분의 희생 절연막(420)이 오픈된 포토레지스트 패턴(422)을 형성하고, 포토레지스트 패턴(422)을 이온주입 마스크로 한 불순물 이온 주입 공정을 실시하여 도전막(418) 내에 불순물 이온을 주입한다. 본 발명에서의 불순물 이온 주입 공정은, 희생 절연막(420)을 통해 도전막(418)에 불순물 이온을 주입하기 때문에 종래의 불순물 이온 주입 공정에서의 가속 에너지보다 높은 가속 에너지, 예를 들면 16∼18eV 가속 에너지로 불순물 이온을 가속시켜 도전막(418)에 불순물 이온을 주입한다.Thereafter, as shown in FIG. 4C, after the photoresist is applied on the
이후, 도 4d에 도시된 바와 같이, 스트립핑 공정을 실시하여 포토레지스트 패턴(422)을 제거한다. 여기서, 스트립핑 공정을 진행한 후 불순물 이온 주입 공정으로 인해 단단해진 포토레지스트 패턴(422)의 일부, 즉 잔존물(422a)이 제거되 지 않고 로직 영역(410)에 형성된 희생 절연막(420)의 상부에 남게 된다.Thereafter, as shown in FIG. 4D, a stripping process is performed to remove the
그리고 나서, 도 4e에 도시된 바와 같이, 전면 식각 공정을 실시하여 잔존물(422a)과 희생 절연막(420)을 제거한다. 이때, 전면 식각 공정은 인산을 이용한 습식 식각 공정을 그 예로 들 수 있다.Then, as shown in FIG. 4E, the entire surface etching process is performed to remove the
이후, 도 4f에 도시된 바와 같이, 불순물 이온이 주입된 도전막(418)의 상부에 포토레지스트를 도포한 후 게이트 패턴을 형성하기 위한 사진 및 현상을 실시하여 포토레지스트 패턴(도시 생략됨)을 형성하고, 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 한 식각 공정을 실시하여 트랜스퍼(Tx), 리셋(Rx), 드라이브(Dx), 셀렉트(Sx) 영역 및 로직 영역(410)의 반도체 기판(414) 상에 게이트 패턴(424)을 형성한다.Thereafter, as shown in FIG. 4F, after the photoresist is coated on the
본 발명에 따르면, 도전막의 상부에 희생 절연막을 형성한 후 픽셀 영역 상의 도전막에 불순물 이온을 주입하고, 불순물 이온 주입 공정 후 단단해진 포토레지스트 패턴에 의해 남게되는 잔존물을 희생 절연막을 제거할 때 같이 제거해줌으로서, 잔존물에 의한 반도체 소자의 불량을 줄일 수 있다.According to the present invention, after the sacrificial insulating film is formed on the conductive film, impurity ions are implanted into the conductive film on the pixel region, and the residue remaining by the photoresist pattern hardened after the impurity ion implantation process is removed. By removing it, the defect of the semiconductor element by the residue can be reduced.
지금까지 본 발명의 일 실시예에 국한하여 설명하였으나 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 가능성이 자명하다. 이러한 변형된 실시 예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.It has been described so far limited to one embodiment of the present invention, it is obvious that the technology of the present invention can be easily modified by those skilled in the art. Such modified embodiments should be included in the technical spirit described in the claims of the present invention.
도 1은 1개의 포토다이오드와 4개의 트랜지스터로 구성된 이미지 센서의 단위화소를 보인 회로도이며,1 is a circuit diagram illustrating a unit pixel of an image sensor including one photodiode and four transistors.
도 2 및 도 3은 종래의 CMOS 이미지 센서의 게이트 패턴 형성을 위한 불순물 이온 주입 공정을 설명하기 위한 도면이며,2 and 3 are views for explaining an impurity ion implantation process for forming a gate pattern of a conventional CMOS image sensor,
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 CMOS 이미지 센서의 게이트 패턴을 형성하는 과정을 도시한 공정 단면도이다.4A to 4F are cross-sectional views illustrating a process of forming a gate pattern of a CMOS image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the code | symbol about the principal part of drawing>
400 : 픽셀 영역 410 : 로직 영역400: pixel region 410: logic region
412 : 소자 분리막 414 : 반도체 기판412: device isolation layer 414: semiconductor substrate
416 : 게이트 산화막 418 : 도전막416: gate oxide film 418: conductive film
420 : 희생 절연막 422 : 포토레지스트 패턴420: sacrificial insulating film 422: photoresist pattern
422a : 잔존물 424 : 게이트 패턴422a: Residue 424: Gate Pattern
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- 2007-11-27 KR KR1020070121535A patent/KR100924868B1/en not_active IP Right Cessation
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