KR20060077138A - 저조도 특성을 향상시킬 수 있는 이미지센서 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스페이서 형성시 발생된 기판의 디펙트로 인해 야기되는 암전류 발생을 억제하고, 저조도 특성을 향상시킬 수 있는 CMOS 이미지센서 제조 방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은, 기판 상에 게이트전극을 형성하는 단계; 상기 게이트전극의 측벽에 스페이서를 형성하는 단계; 상기 게이트전극의 측면에 얼라인된 상기 기판에 소스/드레인을 형성하는 단계; 상기 기판 내에 포토다이오드를 형성하는 단계; 상기 게이트 전도막 및 상기 소스/드레인에 선택적으로 금속 실리사이드를 형성하는 단계; 상기 스페이서 형성 시 발생된 상기 기판의 디펙트를 패시베이션하기 위해 상기 금속 실리사이드가 형성된 전면을 중수소 열처리하는 단계; 및 상기 금속 실리사이드를 포함한 전면에 보더리스 콘택용 절연막을 증착하는 단계를 포함하는 이미지센서 제조 방법을 제공한다.
중수소 열처리, 패시베이션, CMOS 이미지센서, 저조도, 암전류.
Description
도 1a 내지 도 1d는 종래기술에 따른 이미지센서 제조 공정을 도시한 단면도.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서 제조 공정을 도시한 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
61 : 기판 62 : 소자분리막
63, 64 : 웰 65 : 게이트 산화막
66 : 게이트 전도막 67 : n-영역
68 : LDD 영역 69 : 실리콘 산화막
70 : 실리콘 질화막 71 : 소스/드레인
72 : P0영역 73 : 금속 실리사이드
74 : 중수소 열처리
본 발명은 이미지센서에 관한 것으로 특히, 저조도 하에서의 이미지 특성을 개선할 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 1a 내지 도 1d는 종래기술에 따른 이미지센서 제조 공정을 도시한 단면도로서, 이를 참조하여 종래의 CMOS 이미지센서 제조 공정을 살펴본다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 아이솔레이션 공정(STI; Shallow Trench Isolation) 공정을 실시하여 기판(11)에 소자분리막(12)을 형성한다.
여기서, 'A'는 일반적인 소자가 형성되는 주변회로 영역이고, 'B'는 픽셀 어레이 영역을 나타내며, 'C'는 포토다이오드 영역을 나타낸다.
주변회로에 이온주입을 실시하여 웰(13)을 형성한다. 이어서, 문턱 전압 조 절을 위해 선택적으로 P형과 N형 불순물을 기판(11)에 주입하여 불순물 영역(도시하지 않음)을 형성한다.
또한, 이온주입을 실시하여 픽셀 어레이에 형성되는 트랜지스터용 웰(14)을 형성한다. 여기서, 기판(11)은 P형의 도전형을 갖는다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 기판(11) 상에 게이트산화막(15)을 형성한 다음, 게이트 산화막(15) 상에 폴리실리콘막(16)을 형성한 후, 폴리실리콘(16)과 게이트 산화막(15)을 선택적으로 식각하여 게이트전극 패턴을 형성한다.
이어서, 포토다이오드 영역에 깊은 N형 불순물 영역(n-) 형성을 위한 이온주입 공정을 실시하여 포토다이오드용 n-영역(17)을 형성한다.
이어서, 게이트전극 양측 기판(11) 상에 선택적으로 이온주입 공정을 실시하여 LDD(Lightly Doped Drain) 영역(18)을 형성한다.
도 1c에 도시된 바와 같이, 실리콘 산화막(19)과 실리콘 질화막(20)을 기판 전면에 증착한 후, 식각하여 게이트전극 측벽에 스페이서를 형성한다. 스페이서 및 게이트전극을 마스크로 하여 N형과 P형의 불순물을 기판(11)에 선택적으로 이온주입하고, 포토다이오드 영역에 포토다이오드용 P형 불순물 영역 즉, P0영역 형성을 위한 이온주입 공정을 실시한 후, 급속 열처리(Rapid Thermal Process) 공정을 통해 이온주입된 불순물을 확산시킴으로써, P0영역(22)과 소스/드레인(21)을 형성한다.
이어서, 메탈라인 콘택 시의 콘택 저항을 줄이기 위해 자기정렬 실리사이드(Self align silicide) 방식을 통해 메탈라인 콘택이 이루어지는 게이트전극과 소 스/드레인 등에 금속 실리사이드(23)를 형성한다.
도 1d에 도시된 바와 같이, 집적화에 따른 콘택 식각 공정의 안정성 확보를 위해 적용되는 보더리스 콘택용 질화막(24)을 금속 실리사이드(23)를 포함한 기판(11) 전면에 증착한 후 콘택 식각을 통해 금속 실리사이드(23)가 형성된 부분을 노출시키고, 노출된 부분과 콘택된 메탈라인(도시하지 않음)을 형성한다.
이후, 메탈라인 위로 절연막 증착과 평탄화, 비아 식각 공정, 복수의 메탈라인 공정, 수소 열처리 공정, 칼라필터 어레이 형성 공정 및 마이크로렌즈 형성 공정을 실시함으로써, CMOS 이미지센서 형성 공정이 완료된다.
한편, 스페이서 형성을 위한 실리콘 산화막과 질화막의 식각 공정에서 식각시 낮은 선택비(산화막/질화막 대 실리콘 기판)로 인해 포토다이오드 영역의 기판도 식각되어 기판 표면에서의 디펙트(Defect)가 다량 발생한다. 이러한 디펙트는 암전류를 발생시키며, 이로 인해 저조도 이미지 특성이 열화된다.
상기한 문제점들을 해결하기 위해 메탈라인 공정을 마친 후, 수소 열처리 공정을 고온으로 장시간에 걸쳐 실시함으로써, 실리콘 기판 표면의 댕글링 본드 등의 디펙트를 패시베이션(Passivation)하여 암전류 성분을 줄이고, 이로 인해 저조도 하에서의 이미지 특성을 향상시킬 수 있다. 하지만, 고온 장시간의 공정으로 인해 메탈라인 및 콘택 저항에 악영향을 미쳐 오히려 소자의 구동 능력을 저하시킨다.
또한, 핫캐리어에 의한 문턱전압의 변화로 인한 소자의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 본 발명은, 스페이서 형성시 발생된 기판의 디펙트로 인해 야기되는 암전류 발생을 억제하고, 저조도 특성을 향상시킬 수 있는 CMOS 이미지센서 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 기판 상에 게이트전극을 형성하는 단계; 상기 게이트전극의 측벽에 스페이서를 형성하는 단계; 상기 게이트전극의 측면에 얼라인된 상기 기판에 소스/드레인을 형성하는 단계; 상기 기판 내에 포토다이오드를 형성하는 단계; 상기 게이트 전도막 및 상기 소스/드레인에 선택적으로 금속 실리사이드를 형성하는 단계; 상기 스페이서 형성 시 발생된 상기 기판의 디펙트를 패시베이션하기 위해 상기 금속 실리사이드가 형성된 전면을 중수소 열처리하는 단계; 및 상기 금속 실리사이드를 포함한 전면에 보더리스 콘택용 절연막을 증착하는 단계를 포함하는 이미지센서 제조 방법을 제공한다.
본 발명은, Si-H 결합 보다 강한 Si-D2 결합으로 기판 표면의 댕글링 등의 디펙트들을 패시베이션시키기 위해 보더리스 콘택용 절연막 증착 전에 중수소(D3) 열처리를 실시한다. 이 때, 보더리스 콘택용 절연막을 수소 이온 통과가 어려운 Si3N4와 같은 막이 아닌 수소 이온의 통과가 용이한 SiON막을 플라즈마 방식으로 형성함으로써, 후속 수소 열처리 공정이 저온/단시간 하에서도 암전류를 개선할 수 있도록 한다. 또한, 중수소 열처리로 핫캐리어로 인한 신뢰성을 개선한다.
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.
후술하는 본 발명의 일실시예에서는 중수소 이온주입에 의한 기판 표면의 디펙트를 패시베이션한다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서 제조 공정을 도시한 단면도로서, 이를 참조하여 일실시예에 따른 CMOS 이미지센서 제조 공정을 살펴본다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 아이솔레이션 공정 공정을 실시하여 기판(61)에 소자분리막(62)을 형성한다.
여기서, 'A'는 일반적인 소자가 형성되는 주변회로 영역이고, 'B'는 픽셀 어레이 영역을 나타내며, 'C'는 포토다이오드 영역을 나타낸다.
여기서, 기판(61)은 실리콘 기판으로서 고농도의 P형(P++) 영역과 P형 에피층(P-epi)을 포함한다.
주변회로에 이온주입을 실시하여 웰(63)을 형성한다. 이어서, 문턱 전압 조절을 위해 선택적으로 P형과 N형 불순물을 기판(61)에 주입하여 불순물 영역(도시하지 않음)을 형성한다.
또한, 이온주입을 실시하여 픽셀 어레이에 형성되는 트랜지스터용 웰(64)을 형성한다.
기판(61) 상에 게이트 산화막(65)을 형성한 다음, 게이트 산화막(65) 상에 게이트 전도막(66)을 형성한다. 게이트 전도막(66)으로는 폴리실리콘막, 텅스텐막 등을 사용한다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 게이트 전도막(66)과 게이트 산화막(65)을 선택적으로 식각하여 게이트전극 패턴을 형성한다.
이어서, 포토다이오드 영역에 깊은 N형 불순물 영역(n-) 형성을 위한 이온주입 공정을 실시하여 포토다이오드용 n-영역(67)을 형성한다.
이어서, 게이트전극 양측 기판(61) 상에 선택적으로 이온주입 공정을 실시하여 LDD 영역(68)을 형성한다.
도 2c에 도시된 바와 같이, 실리콘 산화막(69)과 실리콘 질화막(70)을 기판 전면에 증착한 후, 식각하여 게이트전극 측벽에 스페이서를 형성한다.
여기서는, 스페이서의 구성 요소로 실리콘 산화막(69)과 실리콘 질화막(70)의 적층 구조를 그 예로 하였으나, 산화막 계열과 질화막 계열 각각의 단독 구조 또는 이들의 적층 구조를 사용할 수 있다.
스페이서 및 게이트전극을 마스크로 하여 N형과 P형의 불순물을 기판(61)에 선택적으로 이온주입하고, 포토다이오드 영역에 포토다이오드용 P형 불순물 영역 즉, P0영역 형성을 위한 이온주입 공정을 실시한 후, 급속 열처리 공정을 통해 이온주입된 불순물을 확산시킴으로써, P0영역(72)과 소스/드레인(71)을 형성한다.
이어서, 메탈라인 콘택 시의 콘택 저항을 줄이기 위해 자기정렬 실리사이드 방식을 통해 메탈라인 콘택이 이루어지는 게이트전극과 소스/드레인 등에 금속 실리사이드(73)를 형성한다.
이어서, 전면에 중수소 열처리(74)를 실시한다. 중수소 열처리(74)는 300℃ ∼ 500℃의 온도에서 20분 ∼ 30분 동안 D2 분위기에서 실시한다.
도 2d에 도시된 바와 같이, 집적화에 따른 콘택 식각 공정의 안정성 확보를 위해 적용되는 보더리스 콘택용 절연막(75)을 금속 실리사이드(73)를 포함한 기판(61) 전면에 증착한다. 보더리스 콘택용 절연막(75)으로는 SiON막을 이용한다. 보더리스 콘택용 절연막(75) 증착 시에는 플라즈마 방식(Plasma enhanced deposition)이나 래디컬을 이용한(Radical assisted) 방식을 이용한다.
이어서, 콘택 식각을 통해 금속 실리사이드(73)가 형성된 부분을 노출시키고, 노출된 부분과 콘택된 메탈라인(도시하지 않음)을 형성한다.
이후, 메탈라인 위로 절연막 증착과 평탄화, 비아 식각 공정, 복수의 메탈라인 공정, 수소 열처리 공정, 칼라필터 어레이 형성 공정 및 마이크로렌즈 형성 공정을 실시함으로써, CMOS 이미지센서 형성 공정이 완료된다.
상기한 일실시예를 통해 본 발명은 다음과 장점이 있음을 알 수 있다.
1) 종래의 CMOS 이미지센서 제조 방법으로 암전류 등의 저조도 특성을 개선하기 위해서는 수소 열처리 온도를 올리거나 열처리 시간을 길게 하여야 하지만, 그로 인해 메탈라인 및 실리사이드의 저항이 급격히 증가하여 소자의 구동 능력 등을 열화시킨다. 하지만, 상기한 본 발명의 제2실시예에서는 보더리스 콘택용 절연막을 증착하기 전에 중수소 열처리를 실시함으로써, 암전류 및 저조도 특성을 개선할 수 있다.
또한, 낮은 온도 및 단시간 조건으로 수소 열처리로 할 수 있도록 하여 메탈라인 및 실리사이드의 저항 안정화를 이룰 수 있다.
2) 종래와 같이 보더리스 콘택용 절연막으로 Si3N4막을 사용할 경우 수소 열처리에 의한 수소 이온의 통과가 어려워 암전류 개선이 어렵지만, 본 발명의 제2실시예에서는 수소 이온의 통과가 비교적 쉬운 SiON막을 사용함으로 인해 암전류 등을 개선할 수 있다.
3) NMOS 트랜지스터의 경우 소스에서 드레인으로 이동하는 전자/정공이 드레인 영역 근처에서 전계로 부터 실리콘 기판과 게이트 산화막 계면의 에너지 장벽보다 높은 에너지를 얻어 게이트 산화막 내로 유입되어(핫캐리어) 소자의 문턱 전압 변화 등을 야기시키는데, 중수소 열처리로 인해 기판과 게이트 산화막 사이의 계면의 에너지 장벽을 높여 핫캐리어 특성을 개선시킬 수 있다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으 나, 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, 이미지센서의 암전류 및 저조도 특성을 개선시킬 수 있어, 이미지센서의 성능을 크게 향상시키는 효과가 있다.
Claims (4)
- 기판 상에 게이트전극을 형성하는 단계;상기 게이트전극의 측벽에 스페이서를 형성하는 단계;상기 게이트전극의 측면에 얼라인된 상기 기판에 소스/드레인을 형성하는 단계;상기 기판 내에 포토다이오드를 형성하는 단계;상기 게이트 전도막 및 상기 소스/드레인에 선택적으로 금속 실리사이드를 형성하는 단계;상기 스페이서 형성 시 발생된 상기 기판의 디펙트를 패시베이션하기 위해 상기 금속 실리사이드가 형성된 전면을 중수소 열처리하는 단계; 및상기 금속 실리사이드를 포함한 전면에 보더리스 콘택용 절연막을 증착하는 단계를 포함하는 이미지센서 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 중수소 열처리하는 단계는, D2 분위기와 300℃ 내지 500℃의 온도에서 20분 내지 50분 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 보더리스 콘택용 절연막은 SiON막을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 보더리스 콘택용 절연막을 플라즈마 방식 또는 래디컬 방식을 이용하여 증착하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020040115934A KR20060077138A (ko) | 2004-12-30 | 2004-12-30 | 저조도 특성을 향상시킬 수 있는 이미지센서 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020040115934A KR20060077138A (ko) | 2004-12-30 | 2004-12-30 | 저조도 특성을 향상시킬 수 있는 이미지센서 제조 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20060077138A true KR20060077138A (ko) | 2006-07-05 |
Family
ID=37169254
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020040115934A KR20060077138A (ko) | 2004-12-30 | 2004-12-30 | 저조도 특성을 향상시킬 수 있는 이미지센서 제조 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20060077138A (ko) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100965217B1 (ko) * | 2007-12-27 | 2010-06-22 | 주식회사 동부하이텍 | 이미지 센서의 제조 방법 |
| KR100968645B1 (ko) * | 2007-12-28 | 2010-07-06 | 매그나칩 반도체 유한회사 | 반도체 집적회로의 저항체 제조 방법 |
| US7977126B2 (en) | 2007-07-04 | 2011-07-12 | Samsung Mobile Display Co., Ltd. | Method of manufacturing organic light emitting device having photo diode |
| US8076669B2 (en) | 2007-09-14 | 2011-12-13 | Samsung Mobile Display Co., Ltd. | Organic light emitting display and method of manufacturing the same |
| US8592881B2 (en) | 2007-07-04 | 2013-11-26 | Samsung Display Co., Ltd. | Organic light emitting element and method of manufacturing the same |
-
2004
- 2004-12-30 KR KR1020040115934A patent/KR20060077138A/ko not_active Application Discontinuation
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| US9368558B2 (en) | 2007-07-04 | 2016-06-14 | Samsung Display Co., Ltd. | Organic light emitting element and method of manufacturing the same |
| US8076669B2 (en) | 2007-09-14 | 2011-12-13 | Samsung Mobile Display Co., Ltd. | Organic light emitting display and method of manufacturing the same |
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