KR100943488B1 - 씨모스 이미지 센서의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 누설전류를 개선할 수 있는 씨모스 이미지 센서의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조방법은 소자 분리막을 포함한 반도체 기판 상에 게이트 절연막, 게이트 전극 및 스페이서를 형성하는 단계와; 상기 반도체 기판에 포토 다이오드 영역과 플로팅 확산 영역을 형성하는 단계와; 상기 게이트 절연막 및 게이트 전극이 형성된 영역을 제외한 상기 반도체 기판 상에 제 1 절연층을 형성하는 단계와; 상기 제 1 절연층 상에 제 2 절연층을 형성하는 단계와; 상기 제 2 절연층을 포함한 상기 반도체 기판 전면에 제 3 절연층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
절연층, 누설전류
Description
본 발명은 씨모스 이미지 센서의 제조방법에 관한 것으로, 특히 누설전류를 개선할 수 있는 씨모스 이미지 센서의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지 센서는 광학적 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 크게 전하 결합소자(charge coupled device: CCD)와 씨모스 이미지 센서(CMOS image sensor)로 구분된다. 전하 결합 소자(charge coupled device: CCD)는 각각의 모스(MOS) 커패시터가 서로 인접하여 배치된 구조를 가지며, 전하 캐리어가 임의의 모스 커패시터에 저장된 후 그 후단의 모스 커패시터로 전송되는 방식의 소자이다. 상기 전하 결합 소자는 복잡한 구동 방식, 많은 전력 소모, 많은 포토공정 스텝으로 인한 복잡한 제조공정 등의 단점을 갖는다. 또한, 전하 결합 소자는 제어회로, 신호처리회로, 아날로그/디지털 변환회로(A/D converter) 등을 전하 결합 소자 칩에 집적시키기가 어려워 제품의 소형화가 곤란한 단점을 갖는다.
최근에는 전하 결합 소자의 단점을 극복하기 위한 차세대 이미지 센서로서 씨모스 이미지 센서가 주목을 받고 있다. 씨모스 이미지 센서는 제어회로 및 신호처리회로 등을 주변회로로 사용하는 씨모스 기술을 이용하여 단위 화소의 수량에 해당하는 모스 트랜지스터들을 반도체 기판에 형성함으로써 모스 트랜지스터들에 의해 각 단위 화소의 출력을 순차적으로 검출하는 스위칭 방식을 채용한 소자이다. 즉, 씨모스 이미지 센서는 단위 화소 내에 포토 다이오드와 모스 트랜지스터를 형성시킴으로써 스위칭 방식으로 각 단위 화소의 전기적 신호를 순차적으로 검출하여 영상을 구현한다. 씨모스 이미지 센서는 씨모스 제조 기술을 이용하므로 적은 전력 소모, 적은 포토공정 스텝에 따른 단순한 제조공정 등과 같은 장점을 갖는다. 또한, 씨모스 이미지 센서는 제어회로, 신호처리회로, 아날로그/디지털 변환회로 등을 씨모스 이미지 센서 칩에 집적시킬 수가 있으므로 제품의 소형화가 용이하다는 장점을 갖고 있다. 따라서, 상기 씨모스 이미지 센서는 현재 디지털 정지 카메라(digital still camera), 디지털 비디오 카메라 등과 같은 다양한 응용 부분에 널리 사용되고 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 씨모스 이미지 센서의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
도 1a 내지 도 1c는 4개의 트랜지스터와 1개의 포토 다이오드로 구성된 씨모스 이미지 센서의 제조 공정을 나타낸 단면도로서, 포토 다이오드 영역(PD; Photo Diode Area)과 이에 인접하는 트랜스퍼 트랜지스터를 중심으로 도시한 도면이다.
먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(11)의 액티브 영역을 정의하기 위해 반도체 기판(11)의 소자 분리 영역을 위한 부분에 소자 분리막(STI)(13)이 형성된다. 이후, 트랜스퍼 트랜지스터를 위한 반도체 기판(11) 부분 상에 게이트절연막(15)과 게이트 전극(17)이 형성된다. 이후, 게이트 전극(17)의 양 측벽에 스페이서용 절연막을 도포한 후 이를 전면 식각함으로써 스페이서(21)를 형성한다.
이어서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 게이트 전극(17)과 소자분리막(13) 사이의 반도체 기판(11) 부분이 노출되도록 노광 및 현상된 감광막(PR)의 패턴을 이온주입 마스크층으로 이용하여 n형 불순물을 고농도로 이온주입시킴으로써 플로팅 확산 영역을 위한 n+형 확산 영역(16)을 형성시킨다. 이후, 포토 다이오드 영역의 반도체 기판(11)을 노출시키는 감광막(PR)의 패턴을 형성하고, 이를 이온주입 마스크로 이용하여 반도체 기판(11) 상에 포토 다이오드 영역(PD)(19)을 형성한다.
다음으로, 도 1c에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(11) 전면에 TEOS를 이용하여 제 1 절연층(23)을 형성하고, 게이트전극(17)을 포함한 제 1 절연층(23) 상에 BPSG를 이용하여 제 2 절연층(25)을 형성한다.
그러나, 종래의 씨모스 이미지 센서의 제조방법은 빛이 없는데도 포토다이오드 계면의 격자 결함으로 누설 전류가 발생하여 이미지 특성이 열화될 수 밖에 없는 문제점이 있다. 또한 공정 중 반복되는 여러 차례의 포토레지스트 공정, 포토레지스트 제거 공정 등으로 인해 단위화소의 포토다이오드 표면이 손상을 입게 되며, 이것은 상술한 누설 전류 발생을 심화시키는 원인이 된다.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 누설전류를 개선할 수 있는 씨모스 이미지 센서의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조방법은 소자 분리막을 포함한 반도체 기판 상에 게이트 절연막, 게이트 전극 및 스페이서를 형성하는 단계와; 상기 반도체 기판에 포토 다이오드 영역과 플로팅 확산 영역을 형성하는 단계와; 상기 게이트 절연막 및 게이트 전극이 형성된 영역을 제외한 상기 반도체 기판 상에 산화공정을 통해 제 1 절연층을 형성하는 단계와; 상기 게이트 절연막 및 게이트 전극이 형성된 영역을 제외한 상기 제 1 절연층 상에 제 2 절연층을 증착하는 단계와; 상기 제 2 절연층을 포함한 상기 반도체 기판 전면에 제 3 절연층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조방법은 포토다이오드 계면 위에 절연층 형성시 산화 방식과 증착 방식을 혼용하여 적용함으로써 소자의 특성 변동 없이 계면의 격자 결함만 고칠 수 있기 때문에 씨모스 이미지 센서의 누설전류를 개선할 수 있는 효과를 가진다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 공정을 나타낸 단면도로서, 포토 다이오드 영역(PD; Photo Diode Area)과 이에 인접하는 트랜스퍼 트랜지스터를 중심으로 도시한 도면이다.
먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(110)의 액티브 영역을 정의하기 위해 반도체 기판(110)의 소자 분리 영역을 위한 부분에 소자 분리막(STI)(130)이 형성된다. 이후, 트랜스퍼 트랜지스터를 위한 반도체 기판(110) 부분 상에 게이트절연막(150)과 게이트 전극(170)이 형성된다. 이후, 게이트 전극(170)의 양 측벽에 스페이서용 절연막을 도포한 후, 이를 전면 식각함으로써 스페이서(210)를 형성한다.
이어서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 게이트 전극(170)과 소자분리막(130) 사이의 반도체 기판(110) 부분이 노출되도록 노광 및 현상된 감광막(PR)의 패턴을 이온주입 마스크층으로 이용하여 n형 불순물을 고농도로 이온주입시킴으로써 플로팅 확산 영역을 위한 n+형 확산 영역(160)을 형성시킨다. 이후, 포토 다이오드 영역의 반도체 기판(110)을 노출시키는 감광막(PR)의 패턴을 형성하고, 이를 이온주입 마스크로 이용하여 반도체 기판(110) 상에 포토 다이오드 영역(PD)(190)을 형성한다.
다음으로, 도 2c에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(110) 전면에 RTO(Rapid Thermal Oxidation) 방식으로 산화 공정을 진행하여 게이트절연막(150) 및 게이트전극(170)이 형성된 영역을 제외한 포토 다이오드 영역(190), n+형 확산 영역(160) 등의 표면에 제 1 절연층(230)을 형성한다. 여기서, 제 1 절연층(230)은 10~30Å의 두께로 형성되는게 바람직하다. 이와 같이 형성된 제 1 절연층(230)으로 인해 공정 중 손상된 포토다이오드 영역(190)의 격자결함을 치유하여 표면을 회복하고 추후 공정에서도 포토다이오드 영역(190)의 표면손실을 최소화할 수 있다.
그리고나서, 도 2d에 도시된 바와 같이, 제 1 절연층(230)을 제거하지 않고 게이트절연막(150) 및 게이트전극(170)이 형성된 영역을 제외한 제 1 절연층(230) 상에 TEOS를 증착하여 제 2 절연층(250)을 형성한다. 여기서, 제 2 절연층(250)은 300~400Å의 두께로 형성되는게 바람직하다. 이와 같이 형성된 제 2 절연층(250)은 이온주입 등의 후속공정으로 인한 손상을 방지하는 보호막 역할을 한다.
이후, 게이트절연막(150), 게이트 전극(170) 및 스페이서(210)를 포함한 반도체 기판(110) 전면에 BPSG를 증착하여 제 3 절연층(270)을 형성한다.
이와 같이, 본원 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조방법은 절연층(230,250,270)을 형성할 때, 산화 방식과 증착 방식을 혼용함으로써 소자의 특성의 변동 없이 포토다이오드 계면의 격자 결함만을 고칠 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 4개의 트랜지스터와 1개의 포토 다이오드로 구성된 씨모스 이미지 센서의 제조 공정을 나타낸 단면도.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 공정을 나타낸 단면도.
Claims (6)
- 소자 분리막을 포함한 반도체 기판 상에 게이트 절연막, 게이트 전극 및 스페이서를 형성하는 단계와;상기 반도체 기판에 포토 다이오드 영역과 플로팅 확산 영역을 형성하는 단계와;상기 게이트 절연막 및 게이트 전극이 형성된 영역을 제외한 상기 반도체 기판 상에 산화공정을 통해 제 1 절연층을 형성하는 단계와;상기 게이트 절연막 및 게이트 전극이 형성된 영역을 제외한 상기 제 1 절연층 상에 제 2 절연층을 증착하는 단계와;상기 제 2 절연층을 포함한 상기 반도체 기판 전면에 제 3 절연층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,제 1 절연층은 RTO(Rapid Thermal Oxidation) 방식을 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,제 1 절연층은 10~30Å의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,제 2 절연층은 TEOS를 증착하여 형성되는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,제 3 절연층은 BPSG를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,제 2 절연층은 300~400Å의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |