KR100935050B1 - 이미지 센서 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
실시예는 이미지 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 실시예들에 따른 이미지 센서의 제조 방법은, 화소들이 형성된 메인 셀 영역과, 상기 화소들을 구동하기 위한 회로들이 형성된 주변 회로 영역을 포함하는 이미지 센서에서, 반도체 기판에 포토 다이오드 영역을 형성하는 단계, 상기 반도체 기판에 트랜지스터 구조물들을 형성하는 단계, 상기 메인 셀 영역에 실리사이드 방지막 패턴을 형성하는 단계, 상기 주변 회로 영역의 트랜지스터 구조물에 실리사이드를 형성하는 단계, 상기 주변 회로 영역을 덮는 포토레지스트패턴을 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 상기 실리사이드 방지막 패턴을 제거하는 단계, 상기 반도체 기판 전면에 절연막을 형성하는 단계 및 상기 절연막을 선택적으로 식각하여 상기 메인 셀 영역과 상기 주변 회로 영역의 트랜지스터 구조물의 일부를 노출시키는 콘택홀을 형성하는 단계를 포함한다.
실리사이드, 이미지 센서
Description
실시예는 이미지 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 이미지 센서는 광학 영상(optical image)을 전기신호로 변환시키는 반도체 소자로써, 개별 모스(MOS:metaloxide-silicon) 캐패시터(capacitor)가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 이중결합소자(CCD:charge coupled device)와 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로에 사용하는 씨모스(CMOS)기술을 이용하여 화소수 만큼 모스 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용한 씨모스(CMOS:complementary MOS) 이미지 센서가 있다.
일반적인 CMOS 이미지 센서는 픽셀 어레이(pixel array) 상부에 칼라필터층을 형성하여 특정 파장을 선택적으로 포토 다이오드에 전달함으로써 이미지를 재현 하는 방법을 채택하고 있다.
그러나, 이 상술한 방법은 이미지를 재현함에 있어서 하나의 색상을 구현하는데 픽셀의 면적을 많이 차지하는 단점이 있다. 예를 들어, 자연광을 빛의 3원색으로 분해하는 RGB형 칼라필터의 경우 적색, 녹색, 청색을 검출하기 위하여 3개의 픽셀이 요구된다.
최근에는 픽셀 영역 상에 칼라필터층이 배열된 수평형 칼라필터 구조와 달리 하나의 화소에서 다양한 색상을 구현할 수 있는 수직형 포토 다이오드를 갖는 수직형 이미지 센서가 제안되었다.
실시예는 넌실리사이드 영역과 실리사이드 영역이 함께 존재하는 이미지 센서에서, 상기 넌실리사이드 영역에 형성된 실리사이드방지막 패턴을 모두 제거함으로써 공정의 신뢰성을 확보할 수 있는 이미지 센서 및 그 제조 방법을 제공한다.
실시예에 따른 이미지 센서는, 화소들이 형성된 메인 셀 영역과, 상기 화소들을 구동하기 위한 회로들이 형성된 주변 회로 영역을 포함하는 이미지 센서에서, 상기 메인 셀 영역에서 반도체 기판에 형성된 포토 다이오드 영역, 상기 메인 셀 영역과 상기 주변 회로 영역의 상기 반도체 기판 상에 형성된 트랜지스터 구조물들, 상기 주변 회로 영역에 형성된 트랜지스터 구조물에 형성된 실리사이드, 상기 트랜지스터 구조물들과 접촉하며 상기 반도체 기판 전면에 형성되고 상기 트랜지스터 구조물들의 일부를 노출시키는 콘택홀이 형성된 절연막 및 상기 콘택홀 내에 형성된 콘택 플러그를 포함하는 것을 특징으로 한다.
실시예들에 따른 이미지 센서의 제조 방법은, 화소들이 형성된 메인 셀 영역과, 상기 화소들을 구동하기 위한 회로들이 형성된 주변 회로 영역을 포함하는 이미지 센서에서, 반도체 기판에 포토 다이오드 영역을 형성하는 단계, 상기 반도체 기판에 트랜지스터 구조물들을 형성하는 단계, 상기 메인 셀 영역에 실리사이드 방지막 패턴을 형성하는 단계, 상기 주변 회로 영역의 트랜지스터 구조물에 실리사이 드를 형성하는 단계, 상기 주변 회로 영역을 덮는 포토레지스트패턴을 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 상기 실리사이드 방지막 패턴을 제거하는 단계, 상기 반도체 기판 전면에 절연막을 형성하는 단계 및 상기 절연막을 선택적으로 식각하여 상기 메인 셀 영역과 상기 주변 회로 영역의 트랜지스터 구조물의부를 노출시키는 콘택홀을 형성하는 단계를 포함한다.
실시예는 넌실리사이드 영역과 실리사이드 영역이 함께 존재하는 이미지 센서에서, 상기 넌실리사이드 영역에 형성된 실리사이드방지막 패턴을 모두 제거함으로써 공정의 신뢰성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
실시예는 넌실리사이드 영역과 실리사이드 영역에서 기판 상에 형성되는 절연막 프로파일을 같게 하여 콘택홀 형성 공정에서 식각 엔드 포인트를 같게 하여 게이트 손상을 방지할 수 있어 게이트 소스 간 누설 전류를 차단할 수 있어 소자 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
실시예의 설명에 있어서, 각 층의 "상/위(on/over)"에 형성되는 것으로 기재 되는 경우에 있어, 상/위(on/over)는 직접(directly)와 또는 다른 층을 개재하여(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 1 내지 도 6은 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 공정을 보여주는 단면도들이다.
실시예에 따른 수직형 이미지 센서는 화소들이 형성된 메인 셀 영역(A1, A2)과, 상기 메인 셀 영역(A1, A2) 주변에서 화소들을 구동시키기 위한 회로들이 형성된 주변 회로 영역(B)을 포함한다.
상기 메인 셀 영역은 넌실리사이드(non-silicide) 형성 영역이고, 상기 주변 회로 영역은 실리사이드(silicide) 형성 영역이다.
상기 메인 셀 영역(A1, A2)은 반도체 기판(100)에 형성된 포토다이오드 영역(B)을 포함한다.
상기 수직형 이미지 센서는, 반도체 기판(100)은 제 1 에피층(100a), 제 2 에피층(100b) 및 제 3 에피층(100c)을 포함할 수 있으며, 실리콘 기판 상에 제1 에피층(100a)이 성장한다.
상기 제1 에피층(100a)이 성장한 후, 상기 제1 에피층(100a) 상에는 적색 포토 다이오드(101)가 형성된다.
이후, 상기 제1 에피층(100a) 상에는 제2 에피층(100b)이 형성되고, 상기 제 2 에피층(100b) 상에는 녹색 포토 다이오드(102)가 형성된다. 상기 제2 에피층(100b) 상에 녹색 포토 다이오드(102)가 형성된다.
이어서, 상기 제2 에피층(100b) 상에는 제3 에피층(100c)이 형성된다. 상기 제3 에피층(100c)이 형성된 후, 상기 제3 에피층(100c) 상에는 소자분리패턴(110), 청색 포토 다이오드(103)이 형성된다.
상기 적색 포토 다이오드(101), 상기 녹색 포토 다이오드(102) 및 상기 청색 포토 다이오드(103) 상에는 플러그가 형성되어 광전하가 수집되어 트랜지스터로 전송될 수 있다.
이어서, 상기 제3 에피층(100c) 상에는 상기 메인 셀 영역(A1, A2)과 상기 주변 회로 영역(B)에 게이트 전극(120)들을 갖는 트랜지스터 구조물이 형성된다.
상기 주변 회로 영역(B)에 형성된 트랜지스터 구조물들은 로직회로를 구성하고, 상기 메인 셀 영역에 형성된 트랜지스터 구조물들은 화소를 구성한다.
상기 반도체 기판(103)상에 형성된 트랜지스터 구조물들은 게이트 절연막 패턴(121), 게이트 전극(120)이 순서대로 적층되어 있으며 상기 게이트 전극(120) 측면에 형성된 사이드 월(130), 상기 게이트 전극(120) 양측의 상기 반도체 기판(100)에 이온 주입되어 형성된 소스 및 드레인 영역(115a, 115b)을 포함한다.
상기 트래지스터 구조물들 및 포토 다이오드가 형성된 상기 반도체 기판(100) 상에 실리사이드 방지막(140a)을 형성한다.
상기 실리사이드 방지막(140a)은 예를 들어, 산화막, 질화막 및 산질화막 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 상기 실리사이드 방지막은 실랜(SiH4) 가스를 이 용한 화학 기상 증착(Chemiacal Vapor Deposition, CVD) 공정을 통해 형성될 수 있다.
상기 실리사이드 방지막(140a)은 800~1200Å두께로 형성할 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 반도체 기판(100) 상에 형성된 상기 실리사이드 방지막(140a) 상면에 포토레지스트 필름을 스핀 코팅 등의 공정을 이용하여 형성한다.
상기 포토레지스트 필름을 형성한 이후, 상기 포토레지스트 필름을 선택적으로 노광한 후 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 상기 실리사이드 방지막(140a)을 식각하여 실리사이드가 형성되지 않는 영역, 예를 들어, 포토다이오드 영역을 포함하는 상기 메인 셀 영역(A1, A2)을 덮는 실리사이드 방지막 패턴(140)을 형성한다.
상기 실리사이드 방지막(140a)의 식각 공정은 플라즈마를 이용한 건식 식각 공정을 사용할 수 있다. 예를 들어, 실리사이드 블록킹막(141)은 플라즈마화된 CxFy 가스(단, x,y는 자연수)에 의하여 식각될 수 있다. 예를 들어, CxFy 가스는 CF4 가스 또는 C5F8 가스 등을 사용할 수 있다.
따라서, 상기 주변 회로 영역(B)에 형성된 트랜지스터 구조물들이 상기 실리사이드 방지막 패턴(140)에 의해 노출되며, 상기 포토레지스트 패턴은 제거한다.
이후, 상기 실리사이드 방지막 패턴(140)이 형성된 상기 반도체 기판(100) 전면에 실리사이드 형성용 금속막(150a)을 형성한다.
상기 금속막(150a)을 형성하기 이전에 트랜지스터의 게이트 전극(120)상에 형성된 자연 산화막을 제거하는 공정을 수행할 수 있다.
상기 금속막(150a)은 티타늄(Ti), 코발트(Co), 타이타늄(Ta) 및 니켈(Ni) 중 적어도 하나를 포함할 있다.
상기 금속막(150a)은 상기 메인 셀 영역(A1, A2)에서 상기 실리사이드 방지막 패턴(140) 상면에 형성되며, 상기 주변 회로 영역(B)에서는 소스 및 드레인 영역(115a, 115b), 게이트 전극(120)을 덮으며 형성된다.
도 3을 참조하면, 금속막(150a)이 열처리 공정에 의하여 열처리 됨에 따라 금속막을 이루는 금속과 폴리실리콘 등을 포함하는 트랜지스터의 게이트 전극(120), 반도체 기판(100)은 반응하여 게이트 전극(120), 소스 및 드레인 영역(115a, 115b) 상에는 실리사이드(150)가 형성된다.
이후, 도 4에 도시한 바와 같이, 실리사이드(150)가 형성되지 않은 부분의 금속막(150a)은 산, 예를 들면, 황산 용액, 희석된 황산 용액 등에 의하여 제거된다.
상기 메인 셀 영역(A1, A2)에 형성된 실리사이드 방지막 패턴(140)을 제거하는데, 상기 실리사이드 방지막 패턴(140)을 제거하기 위하여 상기 실리사이드 방지막 패턴(140)이 형성되지 않은 주변 회로 영역(B)을 덮도록 상기 주변 회로 영역(B)에 포토레지스트 패턴(160)을 형성한다.
상기 실리사이드 방지막 패턴(140)이 형성된 반도체 기판(100) 전면에 포토레지스트 필름을 형성하고, 상기 포토레지스트 필름을 부분적으로 노광한 후 현상하여 상기 주변 회로 영역의 상기 반도체 기판 상에 접촉되어 포토레지스트 패턴(160)을 형성한다.
상기 포토레지스트 패턴(160)을 마스크로 상기 메인 셀 영역(B)에 형성된 상기 실리사이드 방지막 패턴(140)을 제거한다.
이때, 상기 포토레지스트 패턴(160)을 형성하기 위한 포토 마스크는 새로 제작하여 사용할 수도 있으나, 이전에 사용한 메인 셀 영역(A1, A2)이 오픈된 마스크를 다시 사용할 수 있다.
상기 포토 마스크는 상기 메인 셀 영역의 게이트 전극 형성용 폴리실리콘층의 저항을 조절하기 위하여 사용하는 이온 주입 마스크일 수 있다.
따라서, 상기 메인 셀 영역(A1, A2)과 상기 주변 회로 영역(B)이 서로 같은 토폴로지(topology)를 갖게 된다.
도 5에 도시한 바와 같이, 상기 메인 셀 영역(A1, A2) 및 주변 회로 영역(B)이 형성된 반도체 기판(100) 상에 제 1 절연막(170)을 형성하고, 상기 제 1 절연막(170) 상에 제 2 절연막(180)을 형성한다.
예를 들어, 상기 제 1 절연막(170)은 질화막으로 이루어질 수 있고, 상기 제 2 절연막(180)은 산화막으로 이루어질 수 있다.
상기 제 1 절연막(170)은 콘택홀 형성시에 식각정지막으로 사용될 수 있으며, CVD(chemical vapor deposition)법으로 200~400Å 두께로 형성할 수 있다.
상기 제 2 절연막(180)을 형성한 후 상기 제 2 절연막을 화학적기계적연마 방법 등을 통하여 평탄화하는 공정을 수행할 수도 있다.
도 6에 도시한 바와 같이, 상기 제 2 절연막(180)이 형성된 다음, 상기 제 2 절연막(180) 상에 포토레지스트 필름을 형성하고, 상기 포토레지스트 필름을 선택 적으로 노광한 후 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하고, 이를 마스크로 상기 제 2 절연막(180)을 식각하여 메인 셀 영역(A1, A2) 및 상기 주변 회로 영역(B)의 트랜지스터 구조물들에서 상기 게이트 전극(120), 소스 및 드레인 영역(115a, 115b)을 노출하는 콘택홀(185)을 형성한다.
그리고, 상기 콘택홀(185) 내에 금속 물질을 매립하여 콘택 플러그(190)를 형성한다.
상기 콘택홀(185)을 형성하는 공정에서, 상기 메인 셀 영역(A1, A2)의 콘택홀(185)들과 상기 주변 회로 영역(B)의 콘택홀(185)들은 식각 환경이 유사하여 서로 영향을 미치지 않을 수 있다.
상기 메인 셀 영역(A1, A2)과 상기 주변 회로 영역(B)에서, 상기 포토레지스트 패턴(160)을 마스크로 상기 제 2 절연막(180)을 식각한다. 이때, 게이트 전극(120) 상부에서 제 2 절연막(180)의 두께가 상기 메인 셀 영역(A1, A2)과 상기 주변 회로 영역(B)에서 거의 일치하며 상기 2 절연막(180)을 식각한 후 상기 제 1 절연막(170)을 노출한다.
상기 메인 셀 영역(A1, A2)과 상기 주변 회로 영역(B)에서, 상기 노출된 제 1 절연막(170)을 식각하여 상기 게이트 전극(120)들을 드러낼 수 있다.
이때, 상기 제 1 절연막(170)과 상기 제 2 절연막(180)의 식각 선택비가 다르더라도 식각 중지 시점이 동일할 수 있으므로 식각 중지 시점이 달라 발생할 수 있는 게이트 전극의 손상을 방지할 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1 내지 도 6은 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 공정을 보여주는 단면도들이다.
Claims (6)
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- 화소들이 형성된 메인 셀 영역과, 상기 화소들을 구동하기 위한 회로들이 형성된 주변 회로 영역을 포함하는 이미지 센서에서,반도체 기판의 메인 셀 영역에 포토 다이오드 영역을 형성하는 단계;상기 반도체 기판의 메인 셀 영역 및 주변 회로 영역에 트랜지스터 구조물들을 형성하는 단계;상기 메인 셀 영역에 실리사이드 방지막 패턴을 형성하는 단계;상기 주변 회로 영역의 트랜지스터 구조물에 실리사이드를 형성하는 단계;상기 주변 회로 영역을 덮는 포토레지스트 패턴을 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 상기 실리사이드 방지막 패턴을 제거하는 단계;상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계;상기 메인 셀 영역 및 주변 회로 영역 상에 동일한 두께를 가지도록 상기 반도체 기판 전면에 질화막 및 산화막을 포함하는 절연막을 형성하는 단계; 및상기 절연막을 선택적으로 식각하여 상기 메인 셀 영역과 상기 주변 회로 영역의 트랜지스터 구조물의 일부를 노출시키는 콘택홀을 형성하는 단계를 포함하고,상기 포토 다이오드 영역을 형성하는 단계에 있어서,상기 반도체 기판의 제 1 에피층에 적색 포토 다이오드를 형성하는 단계;상기 제 1 에피층 상의 제 2 에피층에 녹색 포토 다이오드를 형성하는 단계; 및상기 제 2 에피층 상의 제 3 에피층에 청색 포토 다이오드를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 삭제
- 제 3항에 있어서,상기 실리사이드 방지막 패턴을 제거하는 단계에 있어서,상기 반도체 기판 전면에 포토레지스트막을 형성하는 단계;상기 포토레지스트막 상에 포토마스크를 배치하고 노광한 후 현상하여 상기 주변 회로 영역을 덮는 상기 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 5항에 있어서,상기 포토마스크는 상기 트랜지스터 구조물의 게이트 전극 형성용 폴리실리콘층의 이온 주입 마스크인 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
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