KR20030037655A - 씨모스 이미지 센서의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 협폭효과 및 레티클 변경 등을 고려하지 않으면서, N 채널 필드스탑 이온주입이 네이티브 트랜지스터의 문턱전압에 미치는 영향을 최소화하여 블루밍을 효과적으로 억제할 수 있는 CMOS 이미지 센서의 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서의 제조방법은 반도체 기판 상에 네이티브 트랜지스터의 액티브 영역을 마스킹하는 필드산화막용 마스크 패턴을 형성하는 단계; 마스크 패턴에 의해 노출된 기판에 필드산화막을 형성하여 액티브 영역을 정의하는 단계; 필드산화막 하부에 채널 필드스탑 영역을 형성하는 단계; 마스크 패턴을 제거하는 단계; 및 기판 전체 표면으로 문턱전압 조절용 불순물 이온을 블랭킷 이온주입하여 네이티브 트랜지스터의 문턱전압을 조정하는 단계를 포함한다. 바람직하게, 채널 필드스탑 영역은 보론을 이용하여로 형성하고, 블랭킷 이온주입은 불순물이온으로서 보론을 사용하고, 필드산화막 내에서 Rp가 발생하는 정도의 에너지와 약 5×1011/㎠의 도즈로 수행한다.

Description

씨모스 이미지 센서의 제조방법{METHOD OF MANUFACTURING CMOS IMAGE SENSOR}

본 발명은 씨모스(complementary metal oxide semiconductor; CMOS) 이미지센서(image sensor) 기술에 관한 것으로, 특히 블루밍을 효과적으로 억제할 수 있는 CMOS 이미지 센서의 제조방법에 관한 것이다.

CMOS 이미지 센서는 광학 영상(optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 빛을 감지하는 광감지 부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 로직회로 부분으로 구성되어 있으며, CMOS 기술을 이용하여 화소수만큼 MOS 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용한다.

이러한, CMOS 이미지 센서의 단위화소는 1개의 포토다이오드와 4개의 NMOS 트랜지스터로 구성되며, 4개의 NMOS 트랜지스터는 포토다이오드에서 모아진 광전하를 플로팅 노드로 운송하기 위한 트랜스퍼 트랜지스터와, 원하는 값으로 노드의 전위를 세팅하고 전하를 배출하여 플로팅 노드를 리셋시키기 위한 리셋 트랜지스터와, 소스 팔로워 버퍼 증폭기(Source Follower Buffer Amplifier) 역할을 하는 드라이브 트랜지스터, 및 스위칭(Switching) 역할로 어드레싱(Addressing)을 할 수 있도록 하는 셀렉트 트랜지스터로 구성된다. 이들 트랜지스터 중에서 트랜스퍼 트랜지스터와 리셋 트랜지스터는 전하 운송 효율을 개선하고, 출력신호에서 전하손실 및 전압드롭을 감소시키기 위하여, 공핍모드(depletion mode) 또는 낮은 문턱전압을 갖는 네이티브(Native) NMOS 트랜지스터로서 형성된다.

한편, 상술한 CMOS 이미지 센서의 단위 화소에서는, 트랜스퍼 트랜지스터와 리셋 트랜지스터의 2개의 트랜지스터의 전위장벽을 제어하여, 플로팅노드의 리셋 과정이 트랜스퍼 트랜지스터와 리셋 트랜지스터를 통하여 이루어지도록 하고, 포화영역에서 과잉 전하를 트랜스퍼 트랜지스터와 리셋 트랜지스터를 통해 파워 라인(Power Line)으로 전하의 흐름이 형성되도록 한다. 그러나, 이들 2개의 트랜지스터의 전위장벽이 제대로 제어되지 않을 경우에는 포토다이오드에서 과잉전하가 생성되어 블루밍(Blooming) 이 발생하게 된다.

상기 포토다이오드의 일반적인 전위장벽은 -0.5V 이고, 이 포토다이오드에서 발생되는 과잉전하의 최대한계는 포토다이오드의 도핑농도에 따라 다르나, 상술한 블루밍을 억제하기 위해서는 전위장벽까지 설정되어야 하고, 포토다이오드의 전위장벽 이하의 전압에서 트랜스퍼 트랜지스터가 턴온되도록 트랜스퍼 트랜지스터의 문턱전압(Vt)을 설정하여야 한다. 따라서, 종래에는 필드산화막의 형성 전에 보론 등의 불순물이온을 이용하여 N 채널 필드스탑 이온주입(N channel field stop implant)을 실시하여 트랜스퍼 트랜지스터의 문턱전압을 0V로 조정함으로써 블루밍을 억제하였다.

그러나, 트랜스퍼 트랜지스터와 같은 네이티브 트랜지스터의 경우에는 채널 하부에 도핑이 되어 있지 않기 때문에, 필드산화막의 형성시 불순물 이온들의 확산 (diffusion)이 용이해져서, 노멀(normal) 트랜지스터에서 발생되는 협폭효과 (narrow width effect)가 네이티브 트랜지스터에서 더욱더 심하게 발생하기 때문에, 이를 감안하여 화소에서 네이티브 트랜지스터인 트랜스퍼 트랜지스터 및 리셋 트랜지스터의 폭(width)과 길이(length)를 실험 등을 통하여 선정하여야 하므로 번거로움이 있었다. 또한, 네이티브 트랜지스터의 문턱전압의 변경이 필요한 경우, 레티클등을 변경하여 트랜스퍼 트랜지스터의 크기를 변경하거나, N 채널 필드스탑이온주입의 도즈(dose)를 변경하여야 하나, N 채널 필드스탑 이온주입의 변경은 노멀 트랜지스터의 소자간 절연특성 및 협폭효과 등에 크게 영향을 미치므로, 네이티브 트랜지스터의 문턱전압을 변경하는데 어려움이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 협폭효과 및 레티클 변경 등을 고려하지 않으면서, N 채널 필드스탑 이온주입이 네이티브 트랜지스터의 문턱전압에 미치는 영향을 최소화하여 블루밍을 효과적으로 억제할 수 있는 CMOS 이미지 센서의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서의 제조방법을 설명하기 위한 단면도.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 반도체 기판 20 : 패드 산화막

30 : 질화막 40 : 마스크

50A, 50B : 필드산화막 60A, 60B : 채널 필드스탑 영역

70A, 70B, 70C : 문턱전압조절 불순물영역

100 : 마스크 패턴

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서의 제조방법은 반도체 기판 상에 네이티브 트랜지스터의 액티브 영역을 마스킹하는 필드산화막용 마스크 패턴을 형성하는 단계; 마스크 패턴에 의해 노출된 기판에 필드산화막을 형성하여 액티브 영역을 정의하는 단계; 필드산화막 하부에 채널 필드스탑 영역을 형성하는 단계; 마스크 패턴을 제거하는 단계; 및 기판 전체 표면으로 문턱전압 조절용 불순물 이온을 블랭킷 이온주입하여 네이티브 트랜지스터의 문턱전압을 조정하는 단계를 포함한다.

바람직하게, 채널 필드스탑 영역은 보론을 이용하여로 형성하고, 블랭킷 이온주입은 불순물이온으로서 보론을 사용하고, 필드산화막 내에서 Rp가 발생하는 정도의 에너지와 약 5×1011/㎠의 도즈로 수행한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서의 제조방법을 설명하기 위한 단면도로서, 본 도면에서는 네이티브 트랜지스터 부분의 단면을 나타낸다.

도 1a를 참조하면, 반도체 기판(10) 상에 패드산화막(20) 및 질화막(30)을 순차적으로 증착하고 패터닝하여 네이티브 트랜지스터의 액티브 영역을 마스킹하는 필드산화용 마스크 패턴(100)을 형성한다.

도 1b를 참조하면, 마스크 패턴(100) 상부에 N 채널 필드스탑 이온주입용 마스크(40)을 형성한 다음, 열산화공정을 수행하여 필드산화막(50A, 50B)을 형성함으로써 상기 액티브 영역을 정의한다.

도 1c를 참조하면, N 채널 필드스탑 이온주입공정으로 마스크(40)에 의해 노출된 기판(10)에 보론 등의 불순물 이온을 주입시켜, 필드산화막(50A, 50B) 하부에 채널 필드스탑 영역(60A, 60B)를 형성한다. 그 다음, 공지된 방법으로 마스크(40)을 제거한다. 즉, 본 발명에서는 필드산화막을 형성한 후 채널 필드스탑 이온주입공정을 실시하기 때문에, 종래와 같은 불순물 이온의 확산문제가 방지될 수 있다.

도 1d를 참조하면, 공지된 방법으로 마스크 패턴(100)의 질화막(30) 및 패드산화막(20)을 제거한 다음, 별도의 이온주입 마스크를 사용하는 것 없이, 블랭킷 이온주입으로 기판(10)의 전체 표면에 문턱전압조절용 불순물 이온, 예컨대 보론을 주입시켜, 기판(10) 표면 및 필드산화막(50A, 50B) 내에 문턱전압 조절불순물영역(70A, 70B, 70C)을 형성함으로써, 네이티브 트랜지스터의 문턱전압을 조정한다. 바람직하게, 블랭킷 이온주입은 비교적 높은 에너지, 더욱 바람직하게는 필드산화막(50A, 50B)의 특성을 고려하여 필드산화막(50A, 50B) 내에서 Rp가 발생하는 에너지와, 약 5×1011/㎠의 비교적 낮은 도즈로 수행한다. 즉, 본 발명에서는 네이티브 트랜지스터인 트랜스퍼 트랜지스터 및 리셋트랜지스터의 문턱전압을 블랭킷 이온주입을 이용하여 조정하기 때문에, 문턱전압을 변경할 경우 종래와는 달리 상기 블랭킷 이온주입의 도즈만을 변경하면 되므로, 네이티브 트랜지스터의 문턱전압 조절이 용이해진다.

그 후, 도시되지는 않았지만 후속 공정을 수행하여 게이트 및 소오스/드레인 영역을 형성하여 네이티브 트랜지스터를 완성한다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변형시켜 실시할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 이미지 센서의 네이티브 트랜지스터의 제조시, 필드산화막을 형성한 후 채널 필드스탑 이온주입공정을 실시하기 때문에 종래와 같은 불순물 이온의 확산문제를 방지할 수 있고, 네이티브 트랜지스터의 문턱전압조절을 비교적 낮은 도즈의 블랭킷 이온주입으로 수행하고 이 블랭킷 이온주입의 조건을 변경하여 문턱전압을 조절하는 것이 가능해진다. 이에 따라, 협폭효과 및 레티클 변경 등을 고려하지 않으면서, N 채널 필드스탑 이온주입이 네이티브 트랜지스터의 문턱전압에 미치는 영향을 최소화할 수 있게 됨으로써, 블루밍을 효과적으로 억제하는 것이 가능해진다.

Claims (5)

1. 반도체 기판 상에 네이티브 트랜지스터의 액티브 영역을 마스킹하는 필드산화막용 마스크 패턴을 형성하는 단계;

   상기 마스크 패턴에 의해 노출된 기판에 필드산화막을 형성하여 상기 액티브 영역을 정의하는 단계;

   상기 필드산화막 하부에 채널 필드스탑 영역을 형성하는 단계;

   상기 마스크 패턴을 제거하는 단계; 및

   상기 기판 전체 표면으로 문턱전압 조절용 불순물 이온을 블랭킷 이온주입하여 상기 네이티브 트랜지스터의 문턱전압을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 채널 필드스탑 영역은 보론을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 블랭킷 이온주입은 불순물이온으로서 보론을 사용하는 것을 특징으로하는 CMOS 이미지 센서의 제조방법.
4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 블랭킷 이온주입은 상기 필드산화막 내에서 Rp가 발생하는 정도의 에너지로 수행하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서의 제조방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 블랭킷 이온주입은 약 5×1011/㎠의 도즈로 수행하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서의 제조방법.