KR20060110550A - Method for fabricating cmos image sensor - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a 내지 도 1c는 종래기술에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 공정을 도시한 단면도.1A to 1C are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of the CMOS image sensor according to the prior art.
도 2a 내지 도 2f는 본발명의 일실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 공정을 도시한 단면도.2A to 2F are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of the CMOS image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3은 본발명의 일실시예에 따른 채널스톱영역을 형성한 후을 나타낸 평면도.Figure 3 is a plan view showing after forming the channel stop region according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
201 : p+실리콘 기판 202 : p에피층201: p + silicon substrate 202: p epi layer
203 : 패드 산화막 204 : 제1 n채널스톱영역203: pad oxide film 204: first n-channel stop region
205 : 소자분리용 절연막 206 : 제2 n채널스톱영역205: insulating film for device isolation 206: second n-channel stop region
207 : 패드 질화막 207: pad nitride film
본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로 특히, 반도체 소자 제조 공정 중, 씨모스 이미지 센서의 제조 공정에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor manufacturing technology, and more particularly, to a manufacturing process of CMOS image sensors during a semiconductor device manufacturing process.
일반적으로, 이미지 센서는 디지털 카메라, 휴대폰 등의 가정용 제품이나, 병원에서 사용되는 내시경, 지구를 돌고 있는 인공위성의 망원경에 이르기까지 매우 광범위한 분야에서 사용되고 있으며, 다양한 이미지 센서중, 씨모스 제조 기술로 생산되는 씨모스(CMOS) 이미지 센서는 광학적 이미지를 전기적 신호로 변환시키는 소자로서, 화소수 만큼 모스(MOS)트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용하고 있다. 씨모스 이미지 센서는, 종래 이미지 센서로 널리 사용되고 있는 씨씨디(CCD) 이미지센서에 비하여 구동 방식이 간편하고 다양한 스캐닝 방식의 구현이 가능하며, 신호처리 회로를 단일칩에 집적할 수 있어 제품의 소형화가 가능할 뿐만 아니라, 호환성의 씨모스 기술을 사용하므로 제조 단가를 낮출 수 있고, 전력 소모 또한 크게 낮다는 장점을 지니고 있어서 휴대폰, PC, 감시 카메라 등의 저가, 저전력을 요하는 분야에 쓰이고 있다. In general, image sensors are used in a wide range of fields, from home products such as digital cameras and mobile phones, to endoscopes used in hospitals, and to satellite telescopes around the earth. The CMOS image sensor is a device that converts an optical image into an electrical signal, and employs a switching method in which a MOS transistor is formed by the number of pixels and the output is sequentially detected using the MOS transistor. The CMOS image sensor is simpler to drive than the CCD image sensor, which is widely used as a conventional image sensor, enables various scanning methods, and can integrate signal processing circuits onto a single chip. In addition to the use of compatible CMOS technology, the manufacturing cost can be lowered and the power consumption is significantly lower. Therefore, it is used in low cost and low power fields such as mobile phones, PCs and surveillance cameras.
도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 공정을 나타낸 단면도이다.1A to 1C are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of the CMOS image sensor according to the prior art.
종래 기술에 따른씨모스 이미지 센서의 제조 공정은 우선, 도 1a에 도시된 바와 같이, p+실리콘 기판(101) 상에 p에피층(102)이 형성된 반도체 기판(106)을 제조한다.In the manufacturing process of the CMOS image sensor according to the related art, first, as shown in FIG. 1A, a
이어서, 상기 반도체 기판(106) 상에 패드 산화막(103), 패드 질화막(104)을 순차적으로 증착하여 패드층을 형성한다.Subsequently, the
이때, A는 활성영역을 나타내며, B는 소자분리영역을 나타낸다.In this case, A represents an active region and B represents an isolation region.
다음으로, 도 1b에 도시된 바와 같이, 트렌치를 형성하기 위하여 상기 패드층을 선택적 식각한다.Next, as shown in FIG. 1B, the pad layer is selectively etched to form trenches.
이어서, 상기 패드층을 식각장벽으로 사용하여 상기 반도체 기판(106)을 식각한다.Subsequently, the
다음으로, 도 1c에 도시된 바와 같이, 상기 패드층을 이온주입 마스크로 사용하여 상기 트렌치 형성으로 인해 노출된 반도체 기판(106)에 n채널스톱영역(105)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 1C, the n-
이때, n채널스톱이온은 틸트(Tilt) 이온주입 조건으로 픽셀 전구간에 걸쳐 주입된다.In this case, the n-channel stop ion is implanted over the entire pixel region under a tilt ion implantation condition.
근본적으로, 씨모스 이미지 센서 제조시 소자분리막을 형성하기 위하여 트렌치 소자분리(Shallow trench isolation: STI) 공정을 수행한다. 그런데 상기 트렌치 소자분리 공정은 트렌치가 형성되는 반도체 기판의 실리콘 격자가 많은 데미지를 받아 결함이 유발되고, 상기 결함으로부터 잉여 전자가 포획(Trap)되어 이미지센서의 특성 열화의 대표적인 암신호를 발생시키게 된다.Essentially, a trench trench isolation (STI) process is performed to form a device isolation layer in manufacturing CMOS image sensors. However, in the trench isolation process, the silicon lattice of the semiconductor substrate in which the trench is formed is damaged, causing defects, and the excess electrons are trapped from the defects to generate a representative dark signal of deterioration of characteristics of the image sensor. .
이때, 암신호를 방지하기 위하여 활성영역/소자분리영역의 계면에 채널스톱영역을 형성하는데, 이때 채널스톱영역이 암신호를 방지할 정도로 형성되지 않아 암신호가 포토다이오드로 유입되는 문제점이 발생한다.At this time, the channel stop region is formed at the interface between the active region and the device isolation region to prevent the dark signal, but the channel stop region is not formed to prevent the dark signal, which causes the dark signal to flow into the photodiode. .
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 암신호를 방지하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, and an object thereof is to provide a method for manufacturing a CMOS image sensor that prevents a dark signal.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 반도체 기판 상에 패드층을 형성하는 단계, 상기 반도체 기판을 선택적으로 식각하여 트렌치를 형성하는 단계, 상기 패드층을 제1 이온 주입 마스크 패턴으로 사용하여 제1 채널스톱영역을 형성하는 단계, 상기 트렌치가 형성된 기판 상에 소자분리용 절연막을 증착하는 단계, 상기 트랜치 에지부분의 상기 패드층의 일부를 오픈하도록 상기 소자분리용 절연막을 선택적으로 리세스 시켜 제2 이온 주입 마스크 패턴을 형성하는 단계 및 상기 제2 이온 주입 마스크 패턴을 사용하여 제2 채널스톱영역을 형성하는 단계를 포함하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법이 제공된다.According to an aspect of the present invention for achieving the above object, the step of forming a pad layer on a semiconductor substrate, selectively etching the semiconductor substrate to form a trench, the pad layer is a first ion implantation mask pattern Forming a first channel stop region, depositing a device isolation insulating film on the trench formed substrate, selectively opening the device isolation insulating film to open a portion of the pad layer in the trench edge portion A method of manufacturing a CMOS image sensor is provided, the method including recessing to form a second ion implantation mask pattern and forming a second channel stop region using the second ion implantation mask pattern.
이하, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사항을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily implement the technical matters of the present invention. .
도 2a 내지 도 2f는 본발명의 일실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 공정을 도시한 단면도이다.2A to 2F are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of the CMOS image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 공정은 우선, 도 2a에 도시된 바와 같이, p+실리콘 기판(201) 상에 p에피층(202)이 형성된 반도체 기판(208)을 제조한다.In the manufacturing process of the CMOS image sensor according to the present invention, first, as shown in FIG. 2A, a
이어서, 상기 반도체 기판(208) 상에 패드 산화막(203), 패드 질화막(207)을 순차적으로 증착하여 패드층을 형성한다.Subsequently, a
이때, A는 활성영역을 나타내며, B는 소자분리영역을 나타낸다.In this case, A represents an active region and B represents an isolation region.
다음으로, 도 2b에 도시된 바와 같이, 트렌치를 형성하기 위하여 상기 패드층을 선택적 식각한다.Next, as shown in FIG. 2B, the pad layer is selectively etched to form trenches.
이어서, 상기 패드층을 식각장벽으로 사용하여 상기 반도체 기판(106)을 식각한다.Subsequently, the
다음으로, 도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 패드층을 제1 이온주입 마스크로 사용하여 상기 트렌치 형성으로 인해 노출된 반도체 기판(208)에 제1 n채널스톱영역(204)을 형성한다.Next, as illustrated in FIG. 2C, the first n-
이때, n채널스톱이온은 틸트(Tilt) 이온주입 조건으로 픽셀 전구간에 걸쳐 주입된다.In this case, the n-channel stop ion is implanted over the entire pixel region under a tilt ion implantation condition.
또한, 제1 n채널스톱영역(204) 형성시 패드 질화막(207)을 통하여 활성영역(A)에 제1 n채널스톱영역(204)이 형성되지 않는 수준의 이온 주입 에너지로 수행하는 것이 바람직하다.In addition, when the first n-
다음으로, 도 2d에 도시된 바와 같이, 상기 제1 n채널스톱영역(204)이 형성된 기판 상에 소자분리용 절연막(205)을 증착한다.Next, as shown in FIG. 2D, an
이때, 소자분리용 절연막(205)은 HLD막을 사용한다.At this time, the element
다음으로, 도 2e에 도시된 바와 같이, 트렌치 에지부분의 상기 패드층의 일부가 오픈되도록 상기 소자분리용 절연막(205)를 선택적으로 리세스 시켜 제2 이온주입 마스크를 형성한다.Next, as shown in FIG. 2E, the device
다음으로, 도 2f에 도시된 바와 같이, 상기 제2 이온주입 마스크를 이용하여 노출된 패드 질화막(207) 하부 지역의 p형 에피 실리콘기판(208)에 제2 n채널스톱영역(206)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 2F, a second n-
이때, n채널스톱이온은 틸트(Tilt) 이온주입 조건으로 주입하고, 상기 제2 n채널스톱영역(206) 형성시 상기 패드 질화막(207)을 통과하는 이온 주입 에너지로 수행하는 것이 바람직하다.In this case, the n-channel stop ion may be implanted under a tilt ion implantation condition, and may be performed by ion implantation energy passing through the
도 3은 본발명에 따른 채널스톱영역을 형성한 후을 나타낸 평면도이다.Figure 3 is a plan view showing after forming the channel stop region according to the present invention.
도 3을 참조하면, 제2 n채널스톱영역(c)이 활성영역 내의 포토다이오드와 소자분리영역의 경계면을 따라 형성되어 있음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 3, it can be seen that the second n-channel stop region c is formed along the interface between the photodiode and the isolation region in the active region.
즉, 본 발명은 트랜치 상의 패드층중 일부를 노출시키도록 상기 소자분리용 절연막(205)을 선택적 리세스 시켜 제2 이온주입 마스크를 형성시키고, 상기 제2 이온주입 마스크가 형성된 기판에 n채널스톱 이온을 주입하는 공정을 추가적으로 실시한다. 따라서, 트렌치 측벽에 암신호 성분이 포토다이오드로 유입되지 않을 만큼의 제2 n채널스톱영역이 형성되어 암신호 결함을 해결하는 씨모스 이미지 센서를 제조한다.That is, the present invention selectively recesses the
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those of ordinary knowledge.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 활성영역/소자분리영역 계면에서 발생한 암신호 성분의 포토다이오드로의 유입을 방지하여 씨모스 이미지 센서의 안정화 및 성능을 개선하는 효과가 있다.As described above, the present invention has the effect of preventing the inflow of the dark signal component generated at the interface of the active region / device isolation region to the photodiode to improve the stability and performance of the CMOS image sensor.
또한, 상기의 효과에 의해 씨모스 이미지 센서의 제품 경쟁력의 고양 및 수율을 향상시킬 수 있다.In addition, it is possible to improve the product competitiveness and yield of the CMOS image sensor by the above effects.
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