KR20040008680A - 암신호 감소를 위한 이미지센서 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이미지센서에 관한 것으로, 특히 필드/액티브 계면에서의 OSF에 의한 액티브로의 암신호의 유입을 억제하기에 적합한 이미지센서 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은, 제1도전형의 반도체층에 국부적으로 필드절연막을 형성하는 단계; 상기 필드절연막을 오픈시키는 이온주입 마스크를 형성하는 단계; 상기 이온주입 마스크를 이용한 틸트 이온주입을 실시하여 상기 필드절연막 하부 가장자리에 제1도전형의 제1불순물영역을 형성하는 단계; 상기 이온주입 마스크를 이용한 수직 이온주입을 실시하여 상기 필드절연막 하부에 제1도전형의 제2불순물영역을 형성하는 단계; 및 열처리를 통해 상기 제1 및 제2불순물영역의 불순물을 확산시켜 상기 필드절연막을 감싸는 구조의 채널스탑영역을 형성하는 단계를 포함하는 이미지센서 제조 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 이미지센서에 관한 것으로 특히, 이미지센서 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 암신호(Dark signal)를 감소시키기 위한 이중 채널스탑영역을 갖는 이미지센서 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지센서라 함은 광학 영상(Optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체소자로서, 이중 전하결합소자(CCD : Charge Coupled Device)는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 캐패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, CMOS(Complementary MOS; 이하 CMOS) 이미지센서는 제어회로(Control circuit) 및 신호처리회로(Signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소수만큼 MOS트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(Output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.
이러한 다양한 이미지센서를 제조함에 있어서, 이미지센서의 감광도(Photo sensitivity)를 증가시키기 위한 노력들이 진행되고 있는 바, 그 중 하나가 집광기술이다. 예컨대, CMOS 이미지센서는 빛을 감지하는 포토다이오드와 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 CMOS 로직회로부분으로 구성되어 있는 바, 광감도를 높이기 위해서는 전체 이미지센서 면적에서 포토다이오드의 면적이 차지하는 비율(이를 통상 Fill Factor"라 한다)을 크게 하려는 노력이 진행되고 있다.
도 1은 통상적인 필드 절연막을 갖는 이미지센서의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 1을 참조하면, 통상적인 이미지센서에서 고농도인 P++ 층(10) 및P-Epi층(11)이 적층된 반도체층을 이용하는 바, 이하 P++ 층(10) 및 P-Epi층(11)을 반도체층으로 칭한다.
반도체층에 국부적으로 필드절연막(12)이 형성되어 있으며, 필드 절연막(12)과 떨어진 영역에 게이트절연막(13)과 게이트전극용 전도막(14) 및 스페이서(15)로 이루어진 게이트전극 예컨대, 트랜스퍼 게이트(Transfer gate)가 배치되어 있으며, 게이트전극과 필드절연막(12)에 접하면서 반도체층 내부에 소정의 깊이로 형성된 포토다이오드용 N형 불순물 영역(이하 n-영역이라 함)과 n-영역 상부의 반도체층과 접하는 계면에 얕은 포토다이오드용 P형 불순물 영역(이하 P0영역이라 함)이 배치되어 있으며, 센싱확산영역(이하 n+영역 이라 함)이 배치되어 있다.
한편, 전술한 종래의 이미지센서는 필드절연막(12)을 단순 트렌치형(Shallow Trench Isolation; 이하 STI라 함) 또는 LOCOS(LOCal Oxidation of Silicon)형 등을 사용하는 바, 트렌치형의 경우 LOCOS 방법에서의 버즈비크(Bird's beak) 부분만 확장하는 포토다이오드 형태를 취하고 있으며, 고집적화를 위해 LOCOS 방법보다는 STI로 필드절연막(12)을 형성하고 있다.
그러나, STI의 경우 종래의 LOCOS 방식보다 STI 계면에서의 트렌치 식각에 의해 실리콘 격자가 많은 데미지를 받는 공정 상의 특징으로 인해, 데미지를 받은 실리콘 격자의 결함으로부터 잉여 전자가 포획(Trap)되어 이미지센서의 특성 열화의 대표적인 암신호를 발생시키게 된다.
즉, 암신호란 광전반응에 기인하지 않고 생성된 전하가 포토다이오드에 축적되어 나타나는 것으로 암신호 전하의 원천은 여러가지가 있을 수 있으며, 그 중 반도체층의 실리콘 계면과 필드절연막(12)의 경계면에서의 디스로케이션(Dislocation) 등의 결정 불완전성에 의한 결함 성분 즉, OSF(Oxidation induced Stacking Faults) 등이 주원인으로 도시된 'X'와 같이 가장자리에서 그 밀도가 증가하며 포토다이오드(PD)의 영역으로 축적된다.
한편, 0.25㎛ 이하의 소자분리 방식으로 사용하는 STI 방식은 전술한 바와 같이 LOCOS 방식에 비해 액티브(Active)/필드(Field) 계면의 길이가 크기 때문에 0.35㎛ 이상의 이미지센서에 비해 이러한 액티브/필드 계면에 의한 암신호 발생 억제는 이미지센서의 특성에 더욱더 큰 영향을 미친다.
따라서, 전술한 필드절연막 형성시 어택된 액티브/필드 계면에 의한 암신호 성분 증가를 억제하기 위한 방법으로 P형 불순물 영역을 필드절연막 하부에 이온주입 등의 방법을 통해 형성하는 N-채널스탑영역(P형)을 통해 액티브/필드 계면에서 P형의 채널스탑영역에 의해 액티브/필드 계면에서 발생하는 암신호 성분의 포토다이오드로의 유입을 방지하기 위한 방법이 강구되었다.
예컨대, PNP 구조의 포토다이오드의 경우 전자의 유입을 유입을 방지하기 위하여 P형 불순물을 이용하여 P형 채널스탑영역을 형성하여 포토다이오드의 N형과 필드절연막 계면의 P형 불순물 도핑에 의한 액티브/필드 계면을 포토다이오드의 n-영역과 분리함으로써, 전하의 유입을 차단한다. 채널스탑영역은 인접 화소간의 크로스토크(Crosstalk) 또한 방지하는 역할을 한다.
도 2는 채널스탑영역의 형성을 위해 불순물이 도핑된 이미지센서의 개략적인 단면을 도시한 도면이다.
도 2의 (a)에서는 P형의 불순물이 질화막 마스크(16)를 이용하여 필드절연막(12) 하부에 이온주입되어 도시된 '17'과 같이 확산되기 전의 불순물영역을 이루고 있다. 여기서, 필드절연막(12) 하부의 특히, 가장자리에 OSF(Y)가 집중되어 있음을 알 수 있다.
이렇게 이온주입되어 형성된 불순물영역(17)은 열확산을 통해 프로파일을 이루는 바, 도 2의 (b)는 이상적인 열확산 프로파일을 나타내며, 불순물영역의 확산에 의해 OSF(Y)를 감싸 필드절연막(12) 하부에 채널스탑영역(18)이 형성된다.
그러나, 도 2의 (a)에서 불순물영역(17)에 이온주입된 도펀트(Dopant)가 필드절연막(12) 가장자리에 존재하는 OSF를 감싸주기 위해 필요한 확산거리가 도시된 'a'보다 상대적으로 크며, 'b'와 'a'의 위치별 확산거리의 차이는 a ＜ b와 같다.
이러한 확산 프로파일의 불균일성으로 인해 도 2의 (b)와 같이 OSF(Y)를 감쌀 수 있도록 채널스탑영역을 필드절연막 하부에만 집중되도록 형성하면, 크로스트크를 장지할 수 없게 된다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 본 발명은, 필드/액티브 계면에서의 OSF에 의한 액티브로의 암신호의 유입을 억제하기에 적합한 이미지센서 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 통상적인 필드 절연막을 갖는 이미지센서의 개략적인 단면도.
도 2는 채널스탑영역의 형성을 위해 불순물이 도핑된 이미지센서의 개략적인 단면을 도시한 도면.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서 제조 공정을 도시한 단면도.
도 4는 틸트 이온주입시의 공정 단계를 도시한 평면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
30 : 반도체층33 : 필드절연막
36 : 채널스탑영역Y : OSF
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 제1도전형의 반도체층에 국부적으로 필드절연막을 형성하는 단계; 상기 필드절연막을 오픈시키는 이온주입 마스크를 형성하는 단계; 상기 이온주입 마스크를 이용한 틸트 이온주입을 실시하여 상기 필드절연막 하부 가장자리에 제1도전형의 제1불순물영역을 형성하는 단계; 상기 이온주입 마스크를 이용한 수직 이온주입을 실시하여 상기 필드절연막 하부에 제1도전형의 제2불순물영역을 형성하는 단계; 및 열처리를 통해 상기 제1 및 제2불순물영역의 불순물을 확산시켜 상기 필드절연막을 감싸는 구조의 채널스탑영역을 형성하는 단계를 포함하는 이미지센서 제조 방법을 제공한다.
본 발명은, 채널스탑영역 형성을 위한 이온주입을 2회 실시하는 바, 낮은 에너지를 이용한 틸트 이온주입을 통해 필드절연막 가장자리에만 집중적으로 이온주입을 실시하여 OSF를 감싸도록 하고, 상대적으로 고에너지를 이용하여 필드절연막 하부에 채널스탑영역 형성을 위한 불순물영역을 형성한 후, 열공정을 통한 확산을 통해 OSF를 충분히 감싸도록 채널스탑영역을 형성하여 포토다이오드의 포화(Saturation) 특성 개선과 크로스토크 방지 및 필드절연막 가장자리에서의 OSF에 의한 암신호 발생을 효과적으로 억제하고자 한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도 3a 내지 도 3d를 참조하여 설명한다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서 제조 공정을 도시한 단면도이다.
먼저 도 3a에 도시된 바와 같이, 이후 필드영역과 액티브영역을 구분하기 위하여 패드산화막(31)/버퍼 폴리실리콘막(도시하지 않음)/질화막(32) 등을 연속적으로 도포한 후 포토레지스트(도시하지 않음)를 도포하고 소자분리(ISO) 마스크를 사용하여 노광 및 현상을 실시하여 포토레지스트 패턴(도시하지 않음)을 형성한 후, 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 건식식각을 통해 질화막(32)을 식각하는 바, 필드절연막이 형성될 부분 즉, 필드영역을 식각한다.
여기서, 통상적인 이미지센서에서 고농도인 P++ 층 및 P-Epi층이 적층된 반도체층을 이용하는 바, 도면부호 '30'은 이러한 P++ 층 및 P-Epi층이 적층된 반도체층을 나타낸다.
다음으로 도 3b에 도시된 바와 같이, 산화공정 예컨대, 열산화(Thermal oxidation) 공정을 통하여 필드절연막(33)을 형성시킨 다음, 활성영역 위의 패드 산화막(31)과 질화막(32) 등은 식각을 통해 제거한다. 도시된 'Y'는 전술한 바와 같이 필드절연막(33) 형성시에 그 가장자리에 집중적으로 나타난는 결함 중 하나인 OSF를 도시한다.
이어서, 필드절연막(13)이 형성된 전면에 포토레지스트를 도포한 다음, 필드절연막 오픈 마스크를 이용한 노광 및 현상 공정을 통해 이온주입마스크(34)를 형성한다.
계속해서, 틸트(Tilt) 이온주입을 통해 필드절연막(33) 하부의 가장자리, 구체적으로 OSF(Y)가 집중되는 부분에 P형의 제1불순물영역(35a)을 형성한다.
따라서, 도시된 바와 같이 제1불순물영역(35a)은 OSF(Y)를 감싸는 구조가 된다.
이 때, 이온주입시 에너지는 비교적 저에너지 예컨대, 이온주입 마스크(34)의 두께가 1400Å 경우 60KeV ∼ 90KeV로 하고, 틸트는 5°∼ 10°로 P형 불순물인 보론(Boron, B)을 이용하여 4회 로테이션(Rotation)을 하면 실시한다.
도 4는 틸트 이온주입시의 공정 단계를 도시한 평면도로서, 이를 참조하면 4회의 로테이션을 통해 필드절연막(33)의 가장자리에 제1불순물영역(35a)이 이온주입되어 형성되어 있음을 알 수 있다.
한편, 보론의 경우 도즈량은 0.5E12 /㎠ ∼ 2.0E12 /㎠를 사용하는 것이 바람직하며, 이 때 이온주입 에너지를 너무 과도하게 사용하면 이온주입 깊이가 증가하여 액티브영역이 감소하므로 필드절연막(33)의 가장자리만을 감쌀 수 있는 최소한의 깊이가 되도록 한다.
이어서 도 3c에 도시된 바와 같이 포토다이오드의 포화 특성의 개선과 크로스토크 방지를 위해 수직 이온주입을 통해 필드절연막(33) 하부에 채널스탑영역을 위한 제2불순물영역(35b)을 형성하는 바, 이 때의 이온주입은 통상의 공정 레시피로 실시하는 바, 200KeV ∼ 300KeV로 하고, 틸트는 0°로 P형 불순물인 보론을 이용하여 도즈량은 4.0E12 /㎠ ∼ 8.0E12 /㎠를 사용한다.
다음으로, 이온주입 마스크(34)를 제거하고 열공정을 통해 제1불순물영역(35a)과 제2불순물영역(35b)의 불순물을 서로 확산시켜필드절연막(33) 가장자리의 OSF(Y)를 충분히 감싸며 필드영역의 아이소펀치(Iso punch)를 억제할 수 있는 양호한 프로파일을 갖는 P형 N채널스탑영역(36)을 형성한다.
한편, 도면에 도시되지는 않았지만, 단위 화소 내 4개의 NMOS 트랜지스터와 포토다이오드 등의 수광소자와 금속배선 및 마이크로렌즈를 형성함으로써, 이미지센서 제조 공정이 완료되며, 후속 웰 어닐 공정은 제1불순물영역의 불순물이 액티브영역으로 확산되는 것을 방지하기 위해 튜브 어닐(Tube anneal)이 아닌 급속열처리(Rapid Thermal Process; 이하 RTP라 함)를 이용하는 것이 바람직하다.
전술한 본 발명은, 채널스탐영역을 형성하기 위해 1차로 틸트 이온주입을 실시하여 필드절연막 가장자리에 집중되는 OSF를 감싸는 제1불순물영역을 형성하고, 2차로 틸트없이 필트절연막 하부에 제2불순물영역을 형성한 다음, 열처리 공정을 통해 제1 및 제2불순물영역에서 확산된 채널스탑영역을 형성함에 있어서, 양호한 프로파일을 형성하여 OSF에 의한 액티브영역으로의 암신호 성분을 유입을 효과적으로 방지하며, 포토다이오드의 포화특성을 향상시키며, 크로스토크를 방지할 수 있음을 실시예를 통해 알아 보았다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 본 발명은, 필드절연막 형성에 따른 필드영역과 액티브영역에서의 OSF에 의한 암신호 성분의 액티브영역으로의 유입을 방지할 수 있어, 궁극적으로 이미지센서의 성능을 향상시킬 수 있는 탁월한 효과를 기대할 수 있다.
Claims (7)
- 제1도전형의 반도체층에 국부적으로 필드절연막을 형성하는 단계;상기 필드절연막을 오픈시키는 이온주입 마스크를 형성하는 단계;상기 이온주입 마스크를 이용한 틸트 이온주입을 실시하여 상기 필드절연막 하부 가장자리에 제1도전형의 제1불순물영역을 형성하는 단계;상기 이온주입 마스크를 이용한 수직 이온주입을 실시하여 상기 필드절연막 하부에 제1도전형의 제2불순물영역을 형성하는 단계; 및열처리를 통해 상기 제1 및 제2불순물영역의 불순물을 확산시켜 상기 필드절연막을 감싸는 구조의 채널스탑영역을 형성하는 단계를 포함하는 이미지센서 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제1불순물영역이 상기 필드절연막 하부 가장자리에 집중된 OSF(Oxidation induced Stacking Faults)를 감싸도록 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 틸트이온주입시 5°내지 10°의 틸트를 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 틸트 이온주입시 4회 로테이션을 가지면서 실시하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 제1불순물영역 형성을 위한 이온주입시 그 불순물로 보론(B)을 사용하고, 도즈량을 0.5E12 /㎠ 내지 2.0E12 /㎠, 이온주입 에너지를 60KeV 내지 90KeV로 사용하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제2불순물영역 형성을 위한 이온주입시 그 불순물로 보론(B)을 사용하고, 도즈량을 4.0E12 /㎠ 내지 8.0E12 /㎠, 이온주입 에너지를 200KeV 내지 300KeV로 사용하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제1도전형은 P형의 도전형임을 특징으로 하는 이미지센서 제조방법.
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| KR1020020042350A KR100841208B1 (ko) | 2002-07-19 | 2002-07-19 | 암신호 감소를 위한 이미지센서 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020020042350A KR100841208B1 (ko) | 2002-07-19 | 2002-07-19 | 암신호 감소를 위한 이미지센서 제조 방법 |
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| KR20020058457A (ko) * | 2000-12-30 | 2002-07-12 | 박종섭 | 포토다이오드와 필드산화막 계면의 반도체 기판 내에고농도 불순물 도핑영역을 구비하는 이미지 센서 |
-
2002
- 2002-07-19 KR KR1020020042350A patent/KR100841208B1/ko not_active IP Right Cessation
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| KR100841208B1 (ko) | 2008-06-24 |
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