KR20070023419A - Method for fabrication of image sensor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이미지센서의 메탈라인 상에 형성하는 보호막 형성시 공극 및 치환 등에 의한 불량 발생과, H2 어닐 시 보호막이 배리어 역할을 하지 않도록 하는 이미지센서 제조 방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은, 포토다이오드를 포함한 소정의 공정이 완료된 기판 상에 메탈라인을 형성하는 단계; 수소를 포함하는 분위기에서 제1열처리하는 단계; 상기 메탈라인 상에 제1산화막과 실리콘을 다량 포함하는 제2산화막 및 질화막을 차례로 형성하는 단계; 및 수소를 포함하는 분위기에서 제2열처리하는 단계를 포함하는 이미지센서 제조 방법을 제공한다.The present invention is to provide a method of manufacturing an image sensor that prevents defects caused by voids and substitutions in forming a protective film formed on a metal line of the image sensor, and prevents the protective film from acting as a barrier when H 2 is annealed. The method may include forming a metal line on a substrate on which a predetermined process including a photodiode is completed; A first heat treatment in an atmosphere containing hydrogen; Sequentially forming a first oxide film and a second oxide film and a nitride film containing a large amount of silicon on the metal line; And providing a second heat treatment in an atmosphere containing hydrogen.
이미지센서, 암전류, 댕글링 본드, 수소 열처리, FSG, 보호막,SRO. Image sensor, dark current, dangling bond, hydrogen heat treatment, FSG, protective film, SRO.
Description
도 1a 내지 도 1c는 종래기술에 따른 이미지센서 제조 공정을 도시한 단면도.1A to 1C are cross-sectional views illustrating an image sensor manufacturing process according to the prior art.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 일실시 예에 따른 이미지센서 제조 공정을 도시한 단면도.2A to 2F are cross-sectional views illustrating an image sensor manufacturing process according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
200 : 기판 201 : PMD200: substrate 201: PMD
202, 205, 207 : 메탈라인 203, 206 : IMD202, 205, 207:
204 : 비아 콘택 209 : 제1산화막204: via contact 209: first oxide film
210 : 제2산화막 211 : 질화막210: second oxide film 211: nitride film
212 : 열처리 공정212 heat treatment process
본 발명은 이미지센서에 관한 것으로 특히, 광 특성을 향상시킬 수 있는 이미지센서의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an image sensor, and more particularly, to a manufacturing method of an image sensor capable of improving optical characteristics.
이미지센서는 광학 영상(Optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자이다. 이 중에서 전하결합소자(CCD : Charge Coupled Device)는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 캐패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 소자이다.The image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal. Among them, a charge coupled device (CCD) is a device in which charge carriers are stored and transported in capacitors while individual MOS (Metal-Oxide-Silicon) capacitors are located in close proximity to each other.
반면, CMOS(Complementary MOS; 이하 CMOS) 이미지센서는 제어회로(Control circuit) 및 신호처리회로(Signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하며, 화소 수 만큼 MOS 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(Output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.On the other hand, CMOS (Complementary MOS) image sensors use CMOS technology that uses a control circuit and a signal processing circuit as peripheral circuits. It is a device that adopts a switching system that sequentially detects output.
도 1a 내지 도 1c는 종래기술에 따른 이미지센서 제조 공정을 도시한 단면도로서, 이를 참조하여 종래의 이미지센서의 보호막 형성 공정을 살펴본다.1A to 1C are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of an image sensor according to the prior art, and a process of forming a protective film of a conventional image sensor will be described with reference to this.
도 1a에 도시된 바와 같이, 이미지센서를 이루기 위한 소정의 공정이 완료된 기판(100) 상에 메탈라인 형성 전 절연막(101, Pre-Metal Dielectric 이하 PMD라 함)을 형성한다. PMD(101)로는 산화막 계열의 절연막을 사용한다.As illustrated in FIG. 1A, an insulating film 101 (hereinafter, referred to as PMD) is formed on the
기판(100)에는 포토다이오드와 복수의 트랜지스터 형성 공정이 완료되어 있으며, 도면의 간략화를 위해 생략하였다.The
식각 공정을 통해 게이트전극 및 소스/드레인을 오픈시킨 다음, 오픈된 영역에 전기적으로 접속된 제1메탈라인(102, 이하 M1이라 함)을 형성한다.After the gate electrode and the source / drain are opened through an etching process, a first metal line 102 (hereinafter, referred to as M1) electrically connected to the opened region is formed.
도 1b에 도시된 바와 같이, M1(102) 상에 제1메탈라인 간 절연막(103, Inter Metal Dielectric-1; 이하 IMD1이라 함)을 형성한다.As shown in FIG. 1B, a first intermetallic insulating film 103 (Inter Metal Dielectric-1 (hereinafter, referred to as IMD1)) is formed on M1 102.
IMD1(102)으로는 산화막 계열의 절연막을 적층 구조로 사용한다. 그 예로, HDP(High Density Plasma) 방식을 이용한 FSG(Fluorinated Silicate Glass)막, 일반적인 CVD(Chemical Vapor Deposition) 방식을 이용한 FSG막 또는 TEOS(Tetra Ethyl Ortho-Silicate)막 등을 사용하며, 막 평탄화를 위해 CMP(Chemical Mechanical Polishing; 이하 CMP라 함) 공정을 막 증착 후 추가로 실시할 수 있다.As the
비아 콘택(104)을 형성한 다음, 비아 콘택(104)을 통해 M1(102)과 전기적으로 접속된 제2메탈라인(105, 이하 M2라 함)을 형성한다.After the
M2(105) 상에 복수의 절연막 및 메탈라인과 비아 콘택을 형성하는 바, 이는 도면부호 '106'으로 간략화하였다.A plurality of insulating films and metal lines and via contacts are formed on the M2 105, which is simplified by
이어서, 최종 메탈라인(107, 이하 Mn이라 함)(n은 2보다 큰 자연수)을 형성한다.Subsequently, a final metal line 107 (hereinafter referred to as Mn) (n is a natural number larger than 2) is formed.
도 1c에 도시된 바와 같이, Mn(107) 상에 산화막(108)과 질화막(109)로 적층 구조를 이루는 보호막(Passivation Layer; PL)을 형성한다. As illustrated in FIG. 1C, a passivation layer PL is formed on the
산화막(108)과 질화막(109)은 외부에서 침투한 불순물을 막기 위해 막이 치밀한 특성을 갖는 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 방식을 이용한다.The
한편, 보호막으로 사용된 질화막(109) 증착 시, 증착 초기에 발생되는 수소(H)는 공극(Vacancy, 110)과 치환(Interstitial)에 악영향을 끼친다, 특히, O2의 공 극에는 더욱 치명적이다.On the other hand, when the
따라서, H2 어닐(Anneal)을 실시하더라도, 불안정한 수소가 실리콘과의 완전한 결합을 이루지 못하여 결함을 충분히 치유하지 못하므로, 암전류(Dark current) 특성을 향상시키는데에는 한계가 드러난다. 그리고, 보호막 자체가 배리어 역할을 하여 H2 어닐시 H2가 실리콘 표면으로 침투하는 것을 차단하는 문제가 발생한다.Accordingly, even when H 2 annealing is performed, unstable hydrogen does not fully bond with silicon, and thus does not sufficiently heal defects. Thus, there is a limit to improving dark current characteristics. Then, there arises a problem that the protective film itself, the barrier serves the H 2 annealing H 2 si blocks the penetration of a silicon surface.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 본 발명은, 이미지센서의 메탈라인 상에 형성하는 보호막 형성시 공극 및 치환 등에 의한 불량 발생과, H2 어닐 시 보호막이 배리어 역할을 하지 않도록 하는 이미지센서 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention proposed to solve the problems of the prior art as described above, when forming a protective film formed on the metal line of the image sensor, defects caused by voids and substitution, etc., and the protective film during H 2 annealing does not act as a barrier It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing an image sensor.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 포토다이오드를 포함한 소정의 공정이 완료된 기판 상에 메탈라인을 형성하는 단계; 수소를 포함하는 분위기에서 제1열처리하는 단계; 상기 메탈라인 상에 제1산화막과 실리콘을 다량 포함하는 제2산화막 및 질화막을 차례로 형성하는 단계; 및 수소를 포함하는 분위기에서 제2열처리하는 단계를 포함하는 이미지센서 제조 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of forming a metal line on a substrate is completed a predetermined process including a photodiode; A first heat treatment in an atmosphere containing hydrogen; Sequentially forming a first oxide film and a second oxide film and a nitride film containing a large amount of silicon on the metal line; And providing a second heat treatment in an atmosphere containing hydrogen.
본 발명은 최종 메탈라인 형성 후 수소 열처리를 실시하고, 보호막을 이루는 산화막과 질화막 사이에 실리콘을 다량 포함하는 산화막을 형성함으로써, 암전류 특성을 개선하고자 한다.The present invention is to improve the dark current characteristics by performing a hydrogen heat treatment after forming the final metal line, and forming an oxide film containing a large amount of silicon between the oxide film and the nitride film forming a protective film.
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.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 may easily implement the technical idea of the present invention.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 일실시 예에 따른 이미지센서 제조 공정을 도시한 단면도로서, 이를 참조하여 본 발명의 이미지센서의 보호막 형성 공정을 살펴본다.2A to 2F are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of an image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention, and a process of forming a protective film of the image sensor according to the present invention will be described with reference to the drawing.
도 2a에 도시된 바와 같이, 이미지센서를 이루기 위한 소정의 공정이 완료된 기판(200) 상에 메탈라인 형성 전 절연막(201, 이하 PMD라 함)을 형성한다. PMD(201)로는 산화막 계열의 절연막을 사용한다.As shown in FIG. 2A, an insulating film 201 (hereinafter referred to as PMD) is formed on the
기판(200)에는 포토다이오드와 복수의 트랜지스터 형성 공정이 완료되어 있으며, 도면의 간략화를 위해 생략하였다.The
식각 공정을 통해 게이트전극 및 소스/드레인을 오픈시킨 다음, 오픈된 영역에 전기적으로 접속된 제1메탈라인(202, 이하 M1이라 함)을 형성한다.After the gate electrode and the source / drain are opened through an etching process, a first metal line 202 (hereinafter, referred to as M1) electrically connected to the opened area is formed.
도 2b에 도시된 바와 같이, M1(202) 상에 제1메탈라인 간 절연막(203, 이하 IMD1이라 함)을 형성한다.As shown in FIG. 2B, a first intermetallic insulating film 203 (hereinafter referred to as IMD1) is formed on M1 202.
IMD1(202)으로는 산화막 계열의 절연막을 적층 구조로 사용한다. 그 예로, HDP 방식을 이용한 FSG막, 일반적인 CVD 방식을 이용한 FSG막 또는 TEOS막 등을 사용하며, 막 평탄화를 위해 CMP 공정을 막 증착 후 추가로 실시할 수 있다.As the
비아 콘택(204)을 형성한 다음, 비아 콘택(204)을 통해 M1(202)과 전기적으로 접속된 제2메탈라인(205, 이하 M2라 함)을 형성한다.After the
M2(205) 상에 복수의 절연막 및 메탈라인과 비아 콘택을 형성하는 바, 이는 도면부호 '206'으로 간략화하였다.A plurality of insulating films and metal lines and via contacts are formed on the M2 205, which is simplified by
이어서, 최종 메탈라인(207, 이하 Mn이라 함)(n은 2보다 큰 자연수)을 형성한다.Subsequently, a final metal line 207 (hereinafter referred to as Mn) (n is a natural number larger than 2) is formed.
도 2c에 도시된 바와 같이, Mn(207)을 수소를 포함하는 가스를 이용한 열처리 공정(208)을 실시한다. 이때, H2 또는 중수소를 사용한다. 열처리 공정시 외부로 빠져나가는 수소보다는 표면과 계면으로 이동하여 실리콘의 결함이 표면으로부터 빠져나가고, 댕글링 본드(Dangling bond)를 제거하면서 계면 포획 밀도(Interface trap density)를 감소시키게 된다.As shown in FIG. 2C, a
또한, 열처리시 플라즈마를 이용하여 진행되는 공정(예컨대, Mn의 식각 공정 등)에서 발생된 플라즈마 데미지(Damage)를 큐어링(Curing)하게 된다. In addition, during the heat treatment, plasma damage generated in a process that is performed by using plasma (for example, an etching process of Mn) may be cured.
열처리 공정(208)은 300℃ ∼ 500℃의 온도에서 실시하며, 30분 ∼ 120분 동안 실시하는 것이 바람직하다.The
이후의 공정의 보호막 형성 공정인 바, 본 발명에서는 두 개의 산화막과 한 개의 질화막이 적층된 구조를 사용한다.Since the protective film forming process of the following process, the present invention uses a structure in which two oxide films and one nitride film are stacked.
도 2d에 도시된 바와 같이, 수소 열처리가 완료된 Mn(207) 상에 제1산화막(209)을 형성한다. 제1산화막(209) 증착 시에는 HDP 방식이나 PECVD 방식을 사용한다. 또한, 제1산화막(209)으로 USG(Undoped Silicate Glass)막을 사용할 수 있다.As shown in FIG. 2D, the
도 2e에 도시된 바와 같이, 제1산화막(209) 상에 실리콘을 다량 포함하고 있는 산화막(Silicon Rich Oxide; SRO)인 제2산화막(210)을 형성한다. 제2산화막(210) 증착 시에도 HDP 방식이나 PECVD 방식을 사용한다. 제2산화막(210)은 300Å ∼ 2000Å의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 제2산화막(210) 상에 질화막(211)을 형성한다. 질화막(211)은 외부에서 불순물이 침투하는 역할을 한다.As shown in FIG. 2E, a
도 2f에 도시된 바와 같이, 수소를 포함하는 가스를 이용한 열처리 공정(212)을 실시한다.As shown in FIG. 2F, a heat treatment process 212 using a gas containing hydrogen is performed.
이때, 질화막(211) 증착시 포함되어 있던 초기의 불안정한 수소가 SRO인 제2산화막(210)의 댕글링 본드와 결합하여 공극과 치환을 발생시킬 수 있는 결합을 막는다.At this time, the initial unstable hydrogen contained in the deposition of the
전술한 바와 같이 이루어지는 발명은, 최종 메탈라인 식각 후 수소 열처리를 바로 실시하여 수소 열처리시 외부로 빠져나가는 수소보다 표면과 계면으로 이동하는 수소가 많도록 함으로써, 실리콘 결함이 표면으로 빠져나가도록 하고 댕글링 본드를 제거하면서 계면 포획 밀도를 감소시킴으로써, 이미지센서에서 가장 중요한 문제 중 하나인 암전류(Dark current) 특성을 개선할 수 있다.According to the invention made as described above, the hydrogen heat treatment is performed immediately after the final metal line etching, so that more hydrogen moves to the surface and the interface than hydrogen that escapes to the outside during hydrogen heat treatment, thereby allowing silicon defects to escape to the surface. By reducing the interface capture density while removing ring bonds, it is possible to improve the dark current characteristic, one of the most important problems in the image sensor.
또한, 수소 열처리시 플라즈마를 이용하여 진행되는 공정에 의한 발생된 데미지를 감소시키고, 보호막을 기존의 산화막과 질화막 사이에 실리콘을 다량 포함하는 산화막 즉, SRO을 포함한 3중 구조를 갖도록 한 후 수소 열처리를 실시함으로써, 불안전한 수소를 제어할 수 있음을 실시 예를 통해 알아보았다.In addition, during the heat treatment of hydrogen, the damage caused by the plasma process is reduced, and the protective film has a triple structure including an oxide film containing a large amount of silicon, that is, SRO, between the existing oxide film and the nitride film, followed by hydrogen heat treatment. By performing, it was found through the embodiment that the unstable hydrogen can be controlled.
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. Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
예컨대, 상기한 본 발명의 실시 예에서는 CMOS 이미지센서를 그 예로 하였으나, 이외에도 수광부와 마이크로렌즈를 갖는 모든 이미지센서에도 적용이 가능하다.For example, in the above-described embodiment of the present invention, the CMOS image sensor is taken as an example. In addition, the present invention may be applied to any image sensor having a light receiving unit and a microlens.
상술한 본 발명은, 이미지센서의 암전류 특성을 향상시킬 수 있어, 이미지센서의 성능 및 수율을 크게 향상시키는 효과가 있다.The present invention described above can improve the dark current characteristics of the image sensor, thereby greatly improving the performance and yield of the image sensor.
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| KR1020050077978A KR20070023419A (en) | 2005-08-24 | 2005-08-24 | Method for fabrication of image sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20070023419A true KR20070023419A (en) | 2007-02-28 |
Family
ID=43654766
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020050077978A KR20070023419A (en) | 2005-08-24 | 2005-08-24 | Method for fabrication of image sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20070023419A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8021912B2 (en) | 2008-01-29 | 2011-09-20 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method of fabricating an image sensor having an annealing layer |
-
2005
- 2005-08-24 KR KR1020050077978A patent/KR20070023419A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8021912B2 (en) | 2008-01-29 | 2011-09-20 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method of fabricating an image sensor having an annealing layer |
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