KR20060077115A - 식각 공정으로 인한 활성영역의 어택을 방지할 수 있는씨모스 이미지센서 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 포토다이오드 형성을 위한 이온주입시 배리어 역할을 위해 사용하는 하드마스크의 제거에 따른 게이트전도막 및 활성영역의 어택을 최소화할 수 있는 CMOS 이미지센서 제조 방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은, 기판 상의 게이트 전도막과, 상기 게이트 전도막 상의 하드마스크가 적층 구조를 이루는 게이트전극을 형성하는 단계; 상기 기판 내부에 포토다이오드용 불순물 영역을 형성하기 위해 상기 게이트전극의 일측에 얼라인되도록 이온주입 공정을 실시하는 단계; 상기 게이트전극을 포함한 기판 전면에 보호막을 형성하는 단계; 상기 하드마스크를 노출시키기 위해 상기 보호막을 에치백하는 단계; 노출된 상기 하드마스크를 제거하는 단계; 및 상기 보호막을 제거하는 단계를 포함하는 CMOS 이미지센서 제조 방법을 제공한다.

CMOS 이미지센서, 포토레지스트, 보호막, 활성영역, 이온주입, 하드마스크.

Description

식각 공정으로 인한 활성영역의 어택을 방지할 수 있는 씨모스 이미지센서 제조 방법{METHOD FOR FABRICATION OF CMOS IMAGE SENSOR CAPABLE OF PROTECTING ATTACK IN ACTIVE REGION BY ETCH PROCESS}

도 1은 CMOS 이미지센서의 레이아웃을 도시한 평면도.

도 2a 내지 도 2d는 종래기술에 따른 CMOS 이미지센서 제조 공정을 도시한 단면도.

도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 일실시예에 따른 CMOS 이미지센서 제조 공정을 도시한 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 기판 101b : 게이트 전도막

102b : 하드마스크 106b : n-영역

107b : 보호막

본 발명은 이미지센서에 관한 것으로 특히, 게이트 하드마스크 제거에 따른 기판과 게이트 전도막의 어택을 방지할 수 있는 CMOS 이미지센서 제조 방법에 관한 것이다.

CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지센서는 현재 모바일 폰(Mobile phone), PC(Personal Computer)용 카메라(Camera) 및 전자기기 등에서 광범위하게 사용되고 있는 디바이스(Device)이다. CMOS 이미지센서는 기존에 이미지센서로 사용되던 CCD(Charge Coupled Device)에 비해 구동방식이 간편하며, 신호 처리 회로(Signal Processing Circuit)를 한 칩에 집적할 수 있어서 SOC(System On Chip)이 가능하므로 모듈의 소형화를 가능하게 한다.

또한, 기존에 셋-업(Set-up)된 CMOS 기술을 호환성 있게 사용할 수 있으므로 제조 단가를 낮출 수 있는 등 많은 장점을 가지고 있다.

도 1은 CMOS 이미지센서의 레이아웃을 도시한 평면도이다.

도 1을 참조하면, 활성영역(ACT)이 배치되어 있고, 활성영역(ACT) 중 일부는 포토다이오드(PD)를 이루고 있으며, 포토다이오드(PD)와 인접하여 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)가 배치되어 있으며, 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)와 이격되어 다른 트랜지스터(Tr)가 배치되어 있다.

여기서, 다른 트랜지스터(Tr)는 리셋 트래지스터, 셀렉트 트랜지스터, 드라이브 트랜지스터 등을 포함한다.

CMOS 이미지센서를 제조하기 위해서는 포토다이오드를 형성하고, 이 포토다 이오드에서 형성된 광전자를 외부 회로로 전달해 주는 트랜스퍼 트랜지스터(Transfer transistor)가 필요하다. 포토다이오드를 형성하는 주요 공정 중의 하나는 깊은 N형 불순물 영역 형성을 위한 이온주입(Deep n implantation) 공정이다. 깊은 N형 불순물 이온주입시 트랜스퍼 트랜지스터 밑부분에는 불순물 이온주입이 이루어지면 안되고, 트랜스퍼 트랜지스터와 맞닿은 포토다이오드 까지는 불순물 이온주입이 되어야 하므로 셀프 얼라인 구조로 형성하여야 한다.

그러므로, 게이트 전도막(예컨대, 폴리실리콘막) 패터닝 후 게이트 전도막 상에 위치하는 포토레지스트 패턴을 제거하지 않고, 이 포토레지스트 패턴을 장벽층(Blocking layer)으로 하여 이온주입을 하거나, 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막을 장벽층으로 하는 방식을 사용한다.

한편, 포토레지스트 패턴을 장벽층으로 사용하는 방식은 파티클 문제로 인하여 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막을 하드마스크로 이용한다.

도 2a 내지 도 2d는 종래기술에 따른 CMOS 이미지센서 제조 공정을 도시한 단면도로서, 이를 참조하여 종래의 CMOS 이미지센서 제조 공정을 살펴본다.

도 2a에 도시된 바와 같이, CMOS 이미지센서를 이루기 위한 여러 요소가 형성된 기판(10) 상에 폴리실리콘막(11a)과 하드마스크용 절연막(12a)을 형성한 다음, 하드마스크용 절연막(12a) 상에 포토레지스트 패턴(13)을 형성한다.

도 2b에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(13)을 식각마스크로 하드마스크용 절연막(12a)과 폴리실리콘막(11a)을 선택적으로 식각하여 하드마스크(12b)/폴리실리콘막(11b)의 적층 구조를 갖는 게이트전극 패턴을 형성한다.

하드마스크용 절연막(12a)으로는 실리콘 질화막과 실리콘 산화막을 사용한다.

이어서, 포토레지스트 패턴(13)을 제거한 다음, 세정 공정을 실시하여 식각 잔류물을 제거한다.

도 2c에 도시된 바와 같이, 게이트전극에 얼라인되면서 포토다이오드 형성 영역을 오픈시키는 포토다이오드용 깊은 N형 불순물 이온주입을 위한 이온주입 마스크인 포토레지스트 패턴(14)을 형성한다.

포토레지스트 패턴(14)을 이온주입 마스크로 N형 불순물 이온주입(15) 공정을 실시하여 오픈된 영역의 기판(10) 내부에 깊은 N형 불순물 영역(16, 이하 n-영역이라 함)을 형성한다.

도 2d에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(14)을 제거한 다음, 하드마스크(12b)를 제거한다.

하드마스크(12b) 제거 시에는 주로 습식 방식을 이용한다. 이 때, 폴리실리콘막(11b)과 노출된 기판(10)의 활성영역에 도면부호 '17'과 같이 어택이 발생한다.

트랜스퍼 트랜지스터는 단지 전하를 전달하는 역할만을 하므로 폴리실리콘막(11b)의 어택으로 인하 트랜스퍼 트랜지스터의 특성 변화는 매우 큰 영향을 미치지 않는다 할지라도, 활성영역의 경우 CMOS 이미지센서를 구동하는 로직 소자들이 형성되므로 활성영역의 어택은 MCOS 이미지센서의 동작 특성에 큰 영향을 미친다.

한편, 통상의 이온주입시 이온주입되는 영역은 산화막 계열의 버퍼층이 존재 하므로 포토다이오드 형성 영역에서의 어택은 거의 발생하지 않는다.

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 본 발명은, 포토다이오드 형성을 위한 이온주입시 배리어 역할을 위해 사용하는 하드마스크의 제거에 따른 게이트전도막 및 활성영역의 어택을 최소화할 수 있는 CMOS 이미지센서 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 기판 상의 게이트 전도막과, 상기 게이트 전도막 상의 하드마스크가 적층 구조를 이루는 게이트전극을 형성하는 단계; 상기 기판 내부에 포토다이오드용 불순물 영역을 형성하기 위해 상기 게이트전극의 일측에 얼라인되도록 이온주입 공정을 실시하는 단계; 상기 게이트전극을 포함한 기판 전면에 보호막을 형성하는 단계; 상기 하드마스크를 노출시키기 위해 상기 보호막을 에치백하는 단계; 노출된 상기 하드마스크를 제거하는 단계; 및 상기 보호막을 제거하는 단계를 포함하는 CMOS 이미지센서 제조 방법을 제공한다.

본 발명은, 포토다이오드용 깊은 N형 불순물 이온주입 및 포토레지스트 패턴을 제거한 후, 하드마스크 상에 보호막을 형성하고 하드마스크가 노출되도록 에치백한 다음, 하드마스크를 제거한다. 따라서, 하드마스크 제거 시 활성영역 및 게이 트 전도막이 보호막에 의해 보호되므로 하드마스크 제거로 인한 어택 발생을 줄일 수 있다.

보호막으로는 포토레지스트와 같이 하드마스크와 게이트 전도막 및 기판과는 다른 성질의 물질을 이용한다.

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 도면을 참조하여 설명한다.

도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 일실시예에 따른 CMOS 이미지센서 제조 공정을 도시한 단면도로서, 이를 참조하여 본 발명의 CMOS 이미지센서 제조 공정을 살펴본다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 아이솔레이션 공정 공정을 실시하여 기판(100)에 소자분리막(도시하지 않음)을 형성한다.

여기서, 기판(100)은 실리콘 기판으로서 고농도의 P형(P++) 영역과 P형 에피층(P-epi)을 포함한다.

주변회로에 이온주입을 실시하여 웰(도시하지 않음)을 형성한다. 이어서, 문턱 전압 조절을 위해 선택적으로 P형과 N형 불순물을 기판(100)에 주입하여 불순물 영역(도시하지 않음)을 형성한다.

또한, 이온주입을 실시하여 픽셀 어레이에 형성되는 트랜지스터용 웰(도시하 지 않음)을 형성한다.

이어서, 기판(100) 상에 게이트 전도막(101a)과 하드마스크용 절연막(102a)을 형성한 다음, 하드마스크용 절연막(102a) 상에 포토레지스트 패턴(103)을 형성한다.

게이트 전도막(101a)은 폴리실리콘막, 텅스텐막, 텅스텐 실리사이드의 단독 또는 이들의 조합 구조를 포함하며, 게이트 전도막(101a)과 기판(100) 사이에는 게이트 절연막이 존재하나 여기서는 도면의 간략화를 위해 생략하였다. 게이트 절연막으로는 실리콘 산화막과 실리콘 질화막 등이 사용된다.

하드마스크용 절연막(102a)으로는 실리콘 산화막과 실리콘 질화막 등의 절연성 산화막 또는 절연성 질화막을 사용한다.

도 3b에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(103)을 식각마스크로 하드마스크용 절연막(102a)과 폴리실리콘막(101a)을 선택적으로 식각하여 하드마스크(102b)/폴리실리콘막(101b)의 적층 구조를 갖는 게이트전극 패턴을 형성한다.

이어서, 포토레지스트 패턴(103)을 제거한 다음, 세정 공정을 실시하여 식각 잔류물을 제거한다.

도 3c에 도시된 바와 같이, 게이트전극에 얼라인되면서 포토다이오드 형성 영역을 오픈시키는 포토다이오드용 깊은 N형 불순물 이온주입을 위한 이온주입 마스크인 포토레지스트 패턴(104)을 형성한다.

포토레지스트 패턴(104)을 이온주입 마스크로 N형 불순물 이온주입(105) 공정을 실시하여 오픈된 영역의 기판(100) 내부에 깊은 N형 불순물 영역(106, 이하 n-영역이라 함)을 형성한다. n-영역(106)은 후속 열공정에 의해 확산되어 원하는 불순물 분포를 이룬다.

도 3d에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(104)을 제거한 다음, 전면에 보호막(107a)을 형성한다.

보호막(107a)으로는 포토레지스트와 같이 하드마스크와 게이트 전도막 및 기판과는 다른 성질(식각 특성)을 갖는 물질을 이용한다.

보호막(107a)으로 포토레지스트를 사용할 경우 1000Å ∼ 20000Å 정도의 두께로 형성하며, 포토레지스트의 경우 도포 후 액체 성분의 휘발을 위해 60℃ ∼ 220℃에서 열처리 공정을 실시한다.

도 3e에 도시된 바와 같이, 에치백 공정을 실시하여 하드마스크(102b)를 노출시킨다. 이 때, 게이트 전도막(101b)은 노출되지 않도록 하는 것이 바람직하다.

보호막(107b)으로 포토레지스트를 사용할 경우, O₂ 플라즈마를 이용하여 에치백 공정을 실시한다.

도 3f에 도시된 바와 같이, 노출된 하드마스크(102b)를 제거한다.

이 때, 활성영역과 게이트 전도막(101b)은 보호막(107b)에 의해 보호되고 있으므로, 어택받지 않는다.

하드마스크(102b) 제거 시에는 건식 또는 습식의 방식을 이용할 수 있으며, 습식의 경우 인산을 이용한다.

도 3g에 도시된 바와 같이, 잔류하는 보호막(107b)를 제거한다.

보호막(107b)으로 포토레지스트를 사용할 경우, O₂ 플라즈마를 이용하여 제거하며, 활성영역과 게이트 전도막(101b)은 어택받지 않는다.

한편, 도면에 도시되지는 않았지만, LDD(Lightly Doped Drain) 이온주입과 스페이서 형성과 소스/드레인 형성 및 포토다이오드용 P형 불순물 이온주입 공정 등을 실시한다.

또한, 복수의 메탈라인을 포함한 멀티 레이어 형성과 평탄화 및 칼라필터와 마이크로렌즈 형성 공정을 실시함으로써, CMOS 이미지센서 형성 공정이 완료된다.

전술한 바와 같이 이루어지는 본 발명은, 하드마스크 제거시 포토레지스트와 같은 보호막에 의해 게이트 전도막과 활성 영역이 보호를 받도록 함으로써, 하드마스크 제거로 인한 어택 발생을 줄일 수 있음을 실시예를 통해 알아보았다.

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 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

상술한 본 발명은, CMOS 이미지센서를 이루는 트랜지스터 특성 열화를 방지 하여 , CMOS 이미지센서의 성능을 크게 향상시키는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 기판 상의 게이트 전도막과, 상기 게이트 전도막 상의 하드마스크가 적층 구조를 이루는 게이트전극을 형성하는 단계;

   상기 기판 내부에 포토다이오드용 불순물 영역을 형성하기 위해 상기 게이트전극의 일측에 얼라인되도록 이온주입 공정을 실시하는 단계;

   상기 게이트전극을 포함한 기판 전면에 보호막을 형성하는 단계;

   상기 하드마스크를 노출시키기 위해 상기 보호막을 에치백하는 단계;

   노출된 상기 하드마스크를 제거하는 단계; 및

   상기 보호막을 제거하는 단계

   를 포함하는 CMOS 이미지센서 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 보호막은 포토레지스트를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서 제조 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 보호막을 에치백하는 단계에서,

   상기 게이트 전도막이 노출되지 않고 상기 하드마스크까지 노출시키는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서 제조 방법.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 보호막을 1000Å 내지 20000Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서 제조 방법.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 보호막을 형성하는 단계 후, 60℃ 내지 220℃의 온도에서 열처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서 제조 방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 하드마스크는 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막을 포함하는 절연성 막인 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서 제조 방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 하드마스크를 제거하는 단계에서, 습식 또는 건식의 방식을 이용하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서 제조 방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 하드마스크를 제거하는 단계에서 습식의 방식을 이용하는 경우 인산을 사용하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서 제조 방법.

Images