KR20040058739A - 시모스 이미지센서의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 시모스 이미지센서의 제조방법에 관한 것으로 특히, 시모스 이미지센서의 단위화소의 구성하는 트랜지스터의 양 측벽에 스페이서를 형성하는 공정에서 포토다이오드의 표면에 잔존하는 스페이서 잔막의 두께를 증가시킴으로써, 포토다이오드의 표면이 노출되는 것을 방지하여 암전류 특성을 향상시킨 시모스 이미지센서의 제조방법에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명은 포토다이오드용 도핑영역을 구비하는 시모스 이미지센서의 제조방법에 있어서, 상대적으로 고농도인 제 1 도전형의 기판 상에 저농도인 제 1 도전형의 에피층을 형성하고, 상기 에피층의 일정영역에 활성영역과 필드영역을 정의하는 필드절연막을 형성하는 단계; 상기 활성영역 상에 게이트 전극을 형성하고, 상기 게이트 전극의 일측에 포토다이오드용 도핑영역을 형성하는 단계; 상기 포토다이오드용 도핑영역을 포함하는 활성영역 상에 스페이서 형성용 절연막을 증착하고 이를 전면식각하여 상기 게이트 전극의 양 측벽에 스페이서를 형성하되, 상기 활성영역 상에 잔존하는 스페이서 형성용 절연막은 100 ∼ 500Å의 두께를 갖도록 상기 전면식각을 수행하는 단계; 및 상기 게이트 전극의 타측에 플로팅확산영역를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.
Description
본 발명은 시모스 이미지센서의 제조방법에 관한 것으로 특히, 포토다이오드의 표면에 잔존하는 스페이서 잔막의 두께를 증가시켜 암전류 특성을 향상시킨 시모스 이미지센서의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지센서라 함은 광학 영상(optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체소자로서, 이중에서 전하결합소자(CCD : charge coupled device)는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 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 MOS트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.
CCD(charge coupled device)는 구동 방식이 복잡하고 전력소모가 많으며, 마스크 공정 스텝 수가 많아서 공정이 복잡하고 시그날 프로세싱 회로를 CCD 칩내에 구현 할 수 없어 원칩(One Chip)화가 곤란하다는 등의 여러 단점이 있는 바, 최근에 그러한 단점을 극복하기 위하여 서브-마이크론(sub-micron) CMOS 제조기술을 이용한 CMOS 이미지센서의 개발이 많이 연구되고 있다. CMOS 이미지센서는 단위 화소(Pixel) 내에 포토다이오드와 모스트랜지스터를 형성시켜 스위칭 방식으로 차례로 신호를 검출함으로써 이미지를 구현하게 되는데, CMOS 제조기술을 이용하므로 전력 소모도 적고 마스크 수도 20개 정도로 30∼40개의 마스크가 필요한 CCD 공정에 비해 공정이 매우 단순하며 여러 신호 처리 회로와 원칩화가 가능하여 차세대 이미지센서로 각광을 받고 있다.
도1a는 통상의 CMOS 이미지센서에서 1개의 포토다이오드(PD)와 4개의 MOS 트랜지스터로 구성된 단위화소(Unit Pixel)를 도시한 회로도로서, 빛을 받아 광전하를 생성하는 포토다이오드(100)와, 포토다이오드(100)에서 모아진 광전하를 플로팅확산영역(102)으로 운송하기 위한 트랜스퍼 트랜지스터(101)와, 원하는 값으로 플로팅확산영역의 전위를 세팅하고 전하를 배출하여 플로팅확산영역(102)를 리셋시키기 위한 리셋 트랜지스터 (103)와, 소스 팔로워 버퍼 증폭기(Source Follower Buffer Amplifier) 역할을 하는 드라이브 트랜지스터(104), 및 스위칭(Switching) 역할로 어드레싱(Addressing)을 할 수 있도록 하는 셀렉트 트랜지스터(105)로 구성된다. 단위 화소 밖에는 출력신호(Output Signal)를 읽을 수 있도록 로드(load) 트랜지스터(106)가 형성되어 있다.
도1b는 도1a에 도시된 이미지센서의 단위화소에서 포토다이오드(100)와 트랜스퍼 트랜지스터(101)를 중심으로 그 단면구조를 도시한 도면으로, 단위화소를 구성하는 4개의 트랜지스터 중에서 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트 전극(13)만 도시하였으며 나머지 트랜지스터들은 도시하지 않았다.
이러한 점을 참조하면 설명하면 먼저, 상대적으로 고농도인 p형 반도체 기판(10) 상에 에피택셜 성장된 저농도의 p형 에피층(11)이 도시되어 있으며, p형 에피층(11)의 일정영역에는 활성영역과 필드영역을 정의하는 필드절연막(12)이 형성되어 있다. 그리고 p형 에피층 상에는 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트 전극(13)이 형성되어 있으며, 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트 전극(13)과 필드절연막 사이의 에피층 내부에는 포토다이오드용 도핑영역이 형성되어 있다. 통상적으로 포토다이오드용 도핑영역(14)은 p형 이온주입영역과 n형 이온주입영역으로 구성되어 있다.
그리고 트랜스퍼 트랜지스터 게이트전극(13)의 양 측벽에는 스페이서(15)가 형성되어 있는데, 스페이서 형성용 절연막(15)이 활성영역 상에 잔존하고 있음을 알 수 있다. 또한, 트랜스퍼 트랜지스터의 타측의 에피층에는 n형 이온주입영역으로 구성된 플로팅확산영역(16)이 형성되어 있는데, 플로팅확산영역은 트랜스터 트랜지스터를 통해 포토다이오드로부터 이송된 전하가 이동하는 연결통로 역할을 하며, 전기적으로 드라이브 트랜지스터(Dx)의 게이트에 연결되어, 드라이브 트랜지스터를 구동한다.
도1b를 참조하여 종래의 시모스 이미지센서의 제조방법을 설명하면, 먼저 상대적으로 고농도인 p형 기판(10) 상에 저농도인 p형 에피층(11)을 형성한다. 이와같이 고농도의 p형 기판(10) 상에 저농도의 p형 에피층(11)을 사용하는 이유는 첫째, 저농도의 p 에피층이 존재하므로 포토다이오드의 공핍영역(depletion region)을 크고 깊게 증가시킬 수 있어 광전하를 모으기 위한 포토다이오드의능력(ability)을 증가시킬 수 있다. 둘째, p형 에피층(11)의 하부에 고농도의 p+기판(10)을 갖게되면, 이웃하는 단위화소(pixel)로 전하가 확산되기 전에 이 전하가 빨리 재결합(Recombination)되기 때문에 광전하의 불규칙 확산(Random Diffusion)을 감소시켜 광전하의 전달 기능 변화를 감소시킬 수 있다.
다음으로 에피층(11)의 일정영역에 열산화막을 이용하여 활성영역과 필드영역을 정의하는 필드절연막(12)을 형성한다. 다음으로 에피층 상에 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트 전극(13)을 패터닝하여 형성한다. 도1b에는 도시되어 있지 않지만, 트랜스퍼 트랜지스터 이외에도 리셋 트랜지스터 및 드라이브 트랜지스터의 게이트 전극 등이 같이 패터닝된다.
다음으로 필드절연막(12)과 트랜스퍼 트랜지스터 게이트전극(13) 사이의 에피층 내부에 포토다이오드용 도핑영역(14)을 형성한다. 포토다이오드용 도핑영역은 통상적으로 에피층의 표면에서 일정거리 기판쪽을 확장되어 형성된 p형 이온주입영역(미도시)과 p형 이온주입영역 하부에 형성된 n형 이온주입영역(미도시)으로 이루어진다.
다음으로, 게이트 전극(13)의 양 측벽에 스페이서(15)를 형성하는데, 스페이서는 스페이서 형성용 절연막(15)을 증착한 뒤, 이를 전면식각하여 형성된다. 즉, 게이트 전극을 포함하는 전체 구조상에 스페이서용 절연막(15)을 증착하고 이를 전면식각하여 게이트 전극의 측벽에 스페이서를 형성한다.
이때, 스페이서 형성을 위한 전면식각시에 스페이서 절연막(15)을 모두 제거하는 것이 아니라, 50 ∼ 100Å 두께의 스페이서 절연막을 활성영역상에 잔존시킨다. 이는 활성영역의 표면을 후속공정에서 발생하는 데미지로부터 보호하기 위함이며, 또한 후속으로 진행되는 이온주입공정시에 에피층의 표면을 보호하기 위함이다.
이와같이 스페이서 형성된 절연막을 50 ∼ 100Å 정도 남기고 후속공정을 진행 할 경우에, 일부지역에서 에피층(11)의 표면이 드러나 에피층의 표면이 어택(attack)을 받는 경우가 발생할 수 있다. 만일 에피층의 표면이 드러나는 지역이 포토다이오드 영역인 경우에는, 후속공정에서 포토다이오드의 표면이 손상을 받아 암전류 소스로 작용하는 문제점이 있엇다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 스페이서 형성시, 활성영역상에 스페이서 형성용 절연막을 두껍게 잔존시켜 후속공정에서 발생하는 손상으로부터 포토다이오드의 표면을 보호하여 암전류를 감소시킨 시모스 이미지센서의 제조방법을 제공함을 그 목적으로 한다.
도1a는 4개의 트랜지스터와 1개의 포토다이오드로 구성된 통상적인 시모스 이미지센서의 단위화소의 구성을 도시한 회로도,
도1b는 종래기술에 따른 시모스 이미지센서에서 트랜스퍼 트랜지스터를 중심으로 단위화소의 구성을 도시한 단면도,
도2a 내지 도2c는 본 발명의 일실시예에 따른 시모스 이미지센서의 제조방법을 트랜스퍼 트랜지스터를 중심으로 도시한 공정단면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
20 : 기판
21 : 에피층
22 : 필드절연막
23 : 트랜스퍼 트랜지스터
24 : 포토다이오드용 도핑영역
25a : 스페이서 절연막
25b: 스페이서 절연막
26 : 이온주입 마스크
27 : 플로팅확산영역
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 포토다이오드용 도핑영역을 구비하는 시모스 이미지센서의 제조방법에 있어서, 상대적으로 고농도인 제 1 도전형의 기판 상에 저농도인 제 1 도전형의 에피층을 형성하고, 상기 에피층의 일정영역에활성영역과 필드영역을 정의하는 필드절연막을 형성하는 단계; 상기 활성영역 상에 게이트 전극을 형성하고, 상기 게이트 전극의 일측에 포토다이오드용 도핑영역을 형성하는 단계; 상기 포토다이오드용 도핑영역을 포함하는 활성영역 상에 스페이서 형성용 절연막을 증착하고 이를 전면식각하여 상기 게이트 전극의 양 측벽에 스페이서를 형성하되, 상기 활성영역 상에 잔존하는 스페이서 형성용 절연막은 100 ∼ 500Å의 두께를 갖도록 상기 전면식각을 수행하는 단계; 및 상기 게이트 전극의 타측에 플로팅확산영역를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.
본 발명은 시모스 이미지센서의 제조방법에 관한 것으로 특히, 시모스 이미지센서의 단위화소의 구성하는 트랜지스터의 양 측벽에 스페이서를 형성하는 공정에서, 포토다이오드의 표면에 잔존하는 스페이서 잔막의 두께를 증가시킴으로써, 포토다이오드의 표면이 노출되는 것을 방지하여 암전류 특성을 향상시킨 시모스 이미지센서의 제조방법에 관한 것이다.
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 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도2a 내지 도2c는 본 발명의 일실시예에 따른 시모스 이미지센서의 제조방법을 도시한 공정단면도로서 이를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 시모스 이미지센서의 제조방법을 설명한다.
먼저, 도2a에 도시된 바와같이 상대적으로 고농도인 p형 기판(20) 상에 p형에피층(21)을 형성한다. 이와같이 고농도인 기판 상에 저농도인 에피층을 형성하는 이유는 전술한 바와같다. 다음으로, 열산화막을 이용하여 활성영역과 필드영역을 정의하는 필드절연막(22)을 에피층의 일정영역에 형성한다.
다음으로, 에피층 상에 게이트 절연막(미도시) 및 게이트 전극 물질(13)을 도포하고 이를 패터닝하여 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트 전극(23)을 형성한다. 게이트 전극으로는 통상적으로 폴리실리콘이 사용되며, 도2a에는 도시되어 있지않지만, 리셋 트랜지스터 및 드라이브 트랜지스터의 게이트 전극등도 같이 패터닝된다.
다음으로 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트 전극(23)과 필드절연막(22) 사이의 에피층(21) 내부에 포토다이오드용 도핑영역(24)을 형성한다.
이어서 게이트전극(23)의 양 측벽에 스페이서(25)를 형성하기 위해, 스페이서 형성용 절연막(25)을 전체 구조상에 증착한다. 스페이서 형성용 절연막(25)으로는 산화막 또는 산화질화막이 사용된다. 이어서 스페이서를 형성하기 위한 전면식각을 실시하는데, 본 발명의 일실시예에서는 활성영역 상에 잔존하는 스페이서 형성용 절연막(25)의 두께가 100 ∼ 500Å 정도되도록 전면식각을 진행한다.
이와같이 포토다이오드(24)의 표면를 포함하는 활성영역 상에 잔존하는 스페이서 절연막(25)의 두께를 두껍게 만들면, 후속공정에서 포토다이오드의 표면이 노출되는 현상을 방지할 수 있고, 따라서 포토다이오드 표면이 손상을 받아 암전류의 소스로 작용하는 현상을 방지할 수 있다.
다음으로 도2b 또는 도2c에 도시된 바와같이 이온주입마스크(26)를 이용하여 트랜스퍼 트랜지스터 게이트 전극(23)의 타측에 플로팅확산영역(27)을 형성하기 위한 이온주입공정을 진행한다. n형 이온주입영역으로 구성된 플로팅확산영역(27)을 형성하기 위한 이온주입공정은 리셋 트랜지스터나 드라이브 트랜지스터의 소오스/드레인 영역을 형성하기 위한 이온주입공정과 동시에 진행된다.
본 발명에서는 활성영역 상에 잔존하는 스페이서 절연막의 두께가 종래보다 두꺼워 졌으므로, 종래와 같은 이온주입조건을 이용하여 플로팅확산영역과 소오스/드레인 영역을 형성하기 위한 이온주입공정을 진행하면, 트랜지스터의 특성이 변화되기 때문에, 이를 방지하기 위해 공정조건의 변화가 필요하다.
즉, 도2b에 도시된 바와같이 포토다이오드의 표면을 제외한 활성영역 상에 잔존한 스페이서 형성용 절연막(25b)을 일부두께 식각하여 종래와 같은 두께로 만든 후에, 종래와 동일한 이온주입공정을 진행하거나 또는, 도2c에 도시된 바와같이 스페이서 절연막(25b)을 식각하지 않고 대신에, 이온주입에너지와 도즈량(doze)를 증가시켜 이온주입공정을 진행하여 트랜지스터의 특성변화를 방지한다.
도2b를 참조하면, 포토다이오드용 도핑영역(24)의 표면에 잔존하는 스페이서 형성용 절연막(25a)은 100 ∼ 500Å의 두께를 갖고 있는 반면에, 그 외의 활성영역 상에 잔존하는 스페이서 형성용 절연막(25b)은 일부두께 식각되어(도2b에서 점선으로 표시) 종래와 같은 50 ∼ 100Å 정도의 두께를 갖는다. 따라서 종래와 동일한 조건을 갖고 이온주입공정을 진행하여도 트랜지스터의 특성이 변화되지 않는다.
이때, 포토다이오드용 도핑영역의 표면에 잔존하는 스페이서 형성용 절연막(24a)은 식각하지 않고 남겨두어 원래 형성된 두께를 가지고 있게 한다. 이는 포토다이오드의 표면을 보호하기 위함임은 전술한 바와같다.
이와같은 방법이외에 도2c를 참조하면, 활성영역 상에 잔존한 스페이서 형성용 절연막(24a, 24b)을 식각하지 않고, 대신에 이온주입에너지와 도즈량을 증가시켜 이온주입공정을 진행하여 트랜지스터의 특성변화를 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명이 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 명백할 것이다.
상기한 바와같은 본 발명을 적용하면, 활성영역 상에 잔존한 스페이서 절연막의 두께를 증가시키는 간단한 방법으로 포토다이오드의 표면이 손상을 받는 것을 방지하여 암전류 특성을 향상시킬 수 있다.
Claims (3)
- 포토다이오드용 도핑영역을 구비하는 시모스 이미지센서의 제조방법에 있어서,상대적으로 고농도인 제 1 도전형의 기판 상에 저농도인 제 1 도전형의 에피층을 형성하고, 상기 에피층의 일정영역에 활성영역과 필드영역을 정의하는 필드절연막을 형성하는 단계;상기 활성영역 상에 게이트 전극을 형성하고, 상기 게이트 전극의 일측에 포토다이오드용 도핑영역을 형성하는 단계;상기 포토다이오드용 도핑영역을 포함하는 활성영역 상에 스페이서 형성용 절연막을 증착하고 이를 전면식각하여 상기 게이트 전극의 양 측벽에 스페이서를 형성하되, 상기 활성영역 상에 잔존하는 스페이서 형성용 절연막은 100 ∼ 500Å의 두께를 갖도록 상기 전면식각을 수행하는 단계; 및상기 게이트 전극의 타측에 플로팅확산영역를 형성하는 단계를 포함하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 게이트 전극의 타측에 플로팅확산영역을 형성하는 단계는,상기 포토다이오드용 도핑영역을 제외한 활성영역상에 잔존하는 스페이서 절연막을 일부두께 식각하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 게이트 전극의 타측에 플로팅확산영역을 형성하는 단계는,고에너지, 고도즈량을 이용하여 이온주입공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
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Cited By (3)
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