KR20070034884A - CMOS image sensor manufacturing method - Google Patents

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KR20070034884A
KR20070034884A KR1020050089529A KR20050089529A KR20070034884A KR 20070034884 A KR20070034884 A KR 20070034884A KR 1020050089529 A KR1020050089529 A KR 1020050089529A KR 20050089529 A KR20050089529 A KR 20050089529A KR 20070034884 A KR20070034884 A KR 20070034884A
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황경진
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매그나칩 반도체 유한회사
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Abstract

본 발명은 암전류를 방지하면서 포토 다이오드의 광집속 효율을 향상시킬 수 있는 씨모스(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명에서는 화소 영역과 주변 영역을 갖는 기판의 일부를 식각하여 복수의 트렌치를 형성하는 단계와, 상기 트렌치를 감싸도록 라이너 절연막을 형성하는 단계와, 상기 화소 영역에서의 상기 라이너 절연막을 제거하는 단계와, 상기 화소 영역에서의 상기 트렌치 내부면을 따라 채널스탑층을 성장시키는 단계와, 상기 트렌치를 매립시키는 복수의 소자분리막을 형성하는 단계와, 상기 소자분리막이 형성된 상기 기판 상에 트랜지스터용 게이트 전극을 형성하는 단계와, 상기 게이트 전극과 상기 채널스탑층 사이의 상기 기판에 포토 다이오드를 형성하는 단계를 포함하는 씨모스 이미지 센서 제조방법을 제공한다.The present invention is to provide a method of manufacturing a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor that can improve the light focusing efficiency of the photodiode while preventing a dark current. Etching a portion to form a plurality of trenches, forming a liner insulating film to cover the trench, removing the liner insulating film in the pixel region, and forming an inner surface of the trench in the pixel region. Growing a channel stop layer, forming a plurality of device isolation layers filling the trench, forming a gate electrode for a transistor on the substrate on which the device isolation layer is formed, and forming the gate electrode and the channel. Forming a photodiode in said substrate between stop layers; It provides a CMOS image sensor manufacturing method.

CMOS, 이미지 센서, 채널스탑층, 암전류, 광집속, 단결정 실리콘. CMOS, image sensor, channel stop layer, dark current, light focusing, single crystal silicon.

Description

씨모스 이미지 센서 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING COMPLEMENTARY METAL OXIDE SEMICONDUCTOR IMAGE SENSOR}CMOS image sensor manufacturing method {METHOD FOR MANUFACTURING COMPLEMENTARY METAL OXIDE SEMICONDUCTOR IMAGE SENSOR}

도 1은 종래기술에 따라 암전류를 해결하기 위해 형성된 CMOS 이미지 센서의 단위화소(unit pixel) 일부를 도시한 단면도.1 is a cross-sectional view showing a portion of a unit pixel of a CMOS image sensor formed to solve a dark current according to the prior art.

도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서 제조방법을 도시한 공정단면도.2A to 2G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a CMOS image sensor according to a preferred embodiment of the present invention.

- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 --Explanation of symbols for the main parts of the drawings-

110 : 기판 111 : 패드 산화막110 substrate 111 pad oxide film

112 : 패드 질화막 113a, 113b : 트렌치112: pad nitride film 113a, 113b: trench

115 : 라이너 산화막 116 : 감광막 패턴115: liner oxide film 116: photosensitive film pattern

118 : 채널스탑층 120 : 스크린 산화막118: channel stop layer 120: screen oxide film

122 : 소자분리막 123 : 트랜스퍼 게이트 전극122: isolation layer 123: transfer gate electrode

124 : 스페이서 125 : 포토 다이오드124: spacer 125: photodiode

127 : 플로팅 확산영역 128 : 에피층127: floating diffusion region 128: epi layer

본 발명은 씨모스(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서 제조방법에 관한 것으로 특히, CMOS 이미지 센서의 채널스탑층(Channel stop layer) 형성방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a CMOS metal image sensor, and more particularly, to a method for forming a channel stop layer of a CMOS image sensor.

씨모스(Complementary Metal Oxide Semiconductor; 이하, CMOS라 함) 이미지 센서는 현재 모바일 폰(Mobile phone), PC(Personal Computer)용 카메라(Camera) 및 전자기기 등에서 광범위하게 사용되고 있는 디바이스(Device)이다. CMOS 이미지 센서는 기존에 이미지 센서로 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. The CMOS metal sensor is a device widely used in mobile phones, cameras for personal computers (PCs), and electronic devices. CMOS image sensor is simpler to drive than CCD (Charge Coupled Device), which is used as an image sensor, and it is possible to integrate a signal processing circuit into one chip so that a system on chip (SOC) is possible. Allows the module to be miniaturized.

또한, 기존에 셋-업(Set-up)된 CMOS 기술을 호환성 있게 사용할 수 있으므로 제조 단가를 낮출 수 있는 등 많은 장점을 가지고 있다. In addition, since the conventional set-up CMOS technology can be used interchangeably, it has many advantages, such as lowering the manufacturing cost.

이러한 CMOS 이미지 센서에서 가장 중요한 부분 중의 하나는 암전류(Dark current)를 방지하는 것이다. 특히, 포토 다이오드(Photo diode)의 공핍 영역(depltion region)에서의 결함(defect)으로 인한 정션 리키지(junction leakage)는 CMOS 이미지 센서의 화질을 저하시키고 상을 왜곡시키는 원인이 된다. 즉, 포토 다이오드는 각기 다른 고유 파장의 빛을 받아서 전류를 생성해야 하는데, 포토 다이오드의 결함으로 인해 빛의 유무와는 관계없이 암전류를 유발하여 잘못된 정보를 만들게 되는 것이다.One of the most important parts of this CMOS image sensor is the prevention of dark current. In particular, junction leakage due to defects in the depletion region of the photodiode may cause deterioration of image quality and distortion of the CMOS image sensor. That is, photodiodes must generate current by receiving light of different intrinsic wavelengths, and photoelectric defects cause dark current regardless of the presence or absence of light, thereby creating false information.

통상, 포토 다이오드는 소자 구성상 소자분리용 트렌치(여기서는, STI 트렌치라 함)에 인접하여 형성된다. 이러한 STI 트렌치는 실리콘으로 이루어진 기판을 식각하여 형성한 것이므로 트렌치 계면 부분에 수많은 결함을 유발하게 되고, 이러한 결함은 암전류의 원인이 된다. 따라서, 이러한 트렌치 계면의 결함으로 인한 암전류를 해결하기 위하여 종래에는 트렌치 형성 후 이온주입 공정을 통해 트렌치를 둘러싸는 보호막을 형성하고 있다.Typically, photodiodes are formed adjacent to device isolation trenches (herein referred to as STI trenches) due to device construction. Since the STI trench is formed by etching a substrate made of silicon, a number of defects are caused in the trench interface portion, and these defects cause dark current. Therefore, in order to solve the dark current caused by the defect of the trench interface, a protective film surrounding the trench is conventionally formed through an ion implantation process after the trench is formed.

도 1은 종래기술에 따라 암전류를 해결하기 위해 형성된 CMOS 이미지 센서의 단위화소(unit pixel) 일부를 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a portion of a unit pixel of a CMOS image sensor formed to solve a dark current according to the prior art.

도 1을 참조하면, 고농도의 P형 기판(10; P-Sub)에 국부적으로 소자분리막(12)이 형성되어 있고, 기판(10) 상에는 트랜스퍼 트랜지스터용 게이트 전극(15)이 그 하부에 형성된 게이트 절연막(13) 및 그 양측벽에 형성된 스페이서(16)를 포함하는 구조로 형성되어 있다.Referring to FIG. 1, a device isolation film 12 is locally formed on a high concentration P-type substrate 10 (P-Sub), and a gate on which a transfer transistor gate electrode 15 is formed below the substrate 10. It is formed in a structure including an insulating film 13 and spacers 16 formed on both side walls thereof.

또한, 게이트 전극(15)의 일측에 얼라인된(aligned) 기판(10) 내부에 P형(P+) 에피영역(20)과 저농도의 N형(N-) 포토 다이오드(18)가 이온주입 및 열확산 공정을 통해 형성되어 있다. 반면에, 게이트 전극(15)의 타측에 얼라인된 기판(10) 내부에는 고농도의 N형(N+) 플로팅 확산영역(19)이 형성되어 있다.In addition, the P-type (P + ) epi region 20 and the low concentration of the N-type (N ) photodiode 18 are implanted into the substrate 10 aligned with one side of the gate electrode 15. And through a thermal diffusion process. On the other hand, a high concentration N-type (N + ) floating diffusion region 19 is formed in the substrate 10 aligned on the other side of the gate electrode 15.

특히, 포토 다이오드(18)와 인접한 소자분리막(12)을 둘러싸는 채널스탑층(11)은 소자분리막(12) 형성을 위한 STI 트렌치 형성 후, 별도의 이온주입 공정을 통해 두껍게 형성되어 있다. In particular, the channel stop layer 11 surrounding the photodiode 18 and the device isolation layer 12 adjacent to the photodiode 18 is thickly formed through a separate ion implantation process after forming the STI trench for forming the device isolation layer 12.

그러나, 이처럼 별도의 이온주입 공정을 통해 채널스탑층(11)을 형성하는 경우에는 암전류가 발생하는 문제점이 있다. 즉, 이온주입 공정시에는 이온이 일정 운동에너지를 갖고 기판(10)에 주입되는데, 이러한 운동에너지를 갖는 이온에 의해 기판(10) 내에는 결함이 발생된다. 이때, 발생된 결함은 곧 이미지 센서의 암전류를 생성하는데 원인이 된다. However, when the channel stop layer 11 is formed through a separate ion implantation process as described above, a dark current occurs. That is, in the ion implantation process, ions are implanted into the substrate 10 with a constant kinetic energy, and defects are generated in the substrate 10 by the ions having such kinetic energy. In this case, the generated defect may cause a dark current of the image sensor.

또한, 이처럼 별도의 이온주입 공정을 통해 채널스탑층(11)을 형성하는 경우에는, 이온주입 공정시 셸로우하게 STI 트렌치를 둘러싸는 것이 어려워 채널스탑층(11)의 두께가 매우 두꺼워진다. 따라서, 인접한 포토 다이오드(18)의 면적이 상대적으로 감소하여 포토 다이오드의 광집속 효율을 감소시키게 된다. 이는 곧, CMOS 이미지 센서의 성능 및 수율을 저하시키게 된다.In addition, when the channel stop layer 11 is formed through a separate ion implantation process as described above, it is difficult to surround the STI trenches shallowly during the ion implantation process, and thus the thickness of the channel stop layer 11 becomes very thick. Therefore, the area of the adjacent photodiode 18 is relatively reduced to reduce the light focusing efficiency of the photodiode. This, in turn, degrades the performance and yield of the CMOS image sensor.

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 본 발명은, 암전류(Dark current)를 방지하면서 포토 다이오드의 광집속 효율을 향상시킬 수 있는 씨모스 이미지 센서 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention proposed to solve the problems of the prior art as described above, an object of the present invention to provide a CMOS image sensor manufacturing method that can improve the light focusing efficiency of the photodiode while preventing dark current (Dark current).

상기 목적을 달성하기 위한 일측면에 따른 본 발명은, 화소 영역과 주변 영역을 갖는 기판의 일부를 식각하여 복수의 트렌치를 형성하는 단계와, 상기 트렌치 를 감싸도록 라이너 절연막을 형성하는 단계와, 상기 화소 영역에서의 상기 라이너 절연막을 제거하는 단계와, 상기 화소 영역에서의 상기 트렌치 내부면을 따라 채널스탑층을 성장시키는 단계와, 상기 트렌치를 매립시키는 복수의 소자분리막을 형성하는 단계와, 상기 소자분리막이 형성된 상기 기판 상에 트랜지스터용 게이트 전극을 형성하는 단계와, 상기 게이트 전극과 상기 채널스탑층 사이의 상기 기판에 포토 다이오드를 형성하는 단계를 포함하는 씨모스 이미지 센서 제조방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of forming a plurality of trenches by etching a portion of a substrate having a pixel region and a peripheral region, forming a liner insulating layer to surround the trench, and Removing the liner insulating layer in the pixel region, growing a channel stop layer along the inner surface of the trench in the pixel region, forming a plurality of device isolation layers to fill the trench, and And forming a gate electrode for a transistor on the substrate on which the separator is formed, and forming a photodiode on the substrate between the gate electrode and the channel stop layer.

상기한 본 발명은, 화소 영역의 트렌치를 감싸도록 실리콘 에피택셜 성장법을 이용해 형성된 단결정 실리콘층을 채널스탑층으로 이용함으로써, 별도의 이온주입 공정을 필요로 하지 않고도 채널스탑층을 형성하여 암전류를 효과적으로 방지할 뿐만 아니라 포토 다이오드의 광집속 효율을 향상시킬 수 있다.The present invention described above uses a single crystal silicon layer formed by the silicon epitaxial growth method as a channel stop layer to cover the trenches of the pixel region, thereby forming a channel stop layer without requiring a separate ion implantation process to provide a dark current. Not only can it be effectively prevented, but the light focusing efficiency of the photodiode can be improved.

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 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이며, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나, 또는 그들 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호는 표시된 부분은 동일한 구성요소들을 나타낸다. Hereinafter, the most preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily implement the technical idea of the present invention. In addition, in the drawings, the thicknesses of layers and regions are exaggerated for clarity, and in the case where the layers are said to be "on" another layer or substrate, they may be formed directly on another layer or substrate or Or a third layer may be interposed therebetween. Also, throughout the specification, the same reference numerals denote the same components.

실시예Example

도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서 제조방법을 도시한 공정단면도이다. 여기서는, 설명의 편의를 위해 포토다이오드 및 트랜스퍼 트랜지스터용 게이트가 형성될 영역에 대해서만 설명하기로 한다. 이하에서, 'A'는 포토 다이오드를 포함하는 화소 영역을 나타내고, 'B'는 주변 영역을 나타낸다.2A to 2G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a CMOS image sensor according to a preferred embodiment of the present invention. For convenience of description, only the region where the gate for the photodiode and the transfer transistor are to be formed will be described. Hereinafter, 'A' represents a pixel region including a photodiode, and 'B' represents a peripheral region.

먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 화소 영역(A)과 주변 영역(B)이 정의된 기판(110) 상에 패드 산화막(111) 및 패드 질화막(112)을 증착한다. 이때, 기판(110) 은 고농도의 P형 실리콘 상에 저농도의 P형 에피층(P- epi, 미도시)이 형성된 구조를 갖는다.First, as illustrated in FIG. 2A, the pad oxide layer 111 and the pad nitride layer 112 are deposited on the substrate 110 on which the pixel region A and the peripheral region B are defined. In this case, the substrate 110 has a structure in which a low concentration P-type epi layer (P - epi, not shown) is formed on a high concentration of P-type silicon.

이어서, STI(Shallow Trench Isolation) 식각공정을 실시하여 기판(110)에 복수의 트렌치(113a, 113b)를 형성한다. 예컨대, 마스크 공정 및 식각공정을 실시하여 패드 질화막(112) 상에 소정의 감광막 패턴(미도시)을 형성한다. 그런 다음, 감광막 패턴을 이용한 식각공정을 실시하여 패드 질화막(112)을 식각하고, 이때 식각된 패드 질화막(112)을 마스크로 이용하여 패드 산화막(111) 및 기판(110)의 일부를 식각한다. 이로써, 화소 영역(A)과 주변 영역(B)의 기판(110)에 각각 제1 및 제2 트렌치(113a, 113b)가 형성된다. 그런 다음, 감광막 스트립(strip) 공정을 통해 감광막 패턴을 제거한다. 여기서, 패드 산화막(111)은 상기 감광막 패턴을 이용해 식각될 수도 있다.Subsequently, a plurality of trenches 113a and 113b are formed in the substrate 110 by performing a shallow trench isolation (STI) etching process. For example, a mask process and an etching process are performed to form a predetermined photoresist pattern (not shown) on the pad nitride film 112. Next, the pad nitride layer 112 is etched by performing an etching process using a photoresist pattern, and the pad oxide layer 111 and a part of the substrate 110 are etched using the etched pad nitride layer 112 as a mask. As a result, first and second trenches 113a and 113b are formed in the substrate 110 of the pixel region A and the peripheral region B, respectively. Then, the photoresist pattern is removed through a photoresist strip process. The pad oxide layer 111 may be etched using the photoresist pattern.

이어서, 도면에 도시되진 않았지만, ATC(After Treatment Chamber)공정을 실시한다. ATC 공정이란, CF4 가스 및 O2 가스를 이용하여 매우 약한 플라즈마(Plasma)를 형성함으로써, 기판(110) 상에 있는 폴리머(Polymer) 등의 찌꺼기와 데미지가 발생된 기판(110)의 거칠기(roughness)를 개선하도록 하는 것이다.Subsequently, although not shown in the drawing, an ATC (After Treatment Chamber) process is performed. In the ATC process, a very weak plasma is formed by using CF 4 gas and O 2 gas, and thus, the roughness of the substrate 110 in which debris and damage, such as polymer, on the substrate 110 is generated ( to improve roughness.

이어서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 산화공정을 실시하여 제1 및 제2 트렌치(113a, 113b; 도 2a 참조)를 감싸는 라이너 산화막(115)을 형성한다. 이때, 라이너 산화막(115)은 제1 및 제2 트렌치(113a, 113b) 형성으로 인해 노출된 기판(110) 내에 100~400Å의 두께로 형성된다.Subsequently, as illustrated in FIG. 2B, an oxidation process is performed to form a liner oxide film 115 covering the first and second trenches 113a and 113b (see FIG. 2A). In this case, the liner oxide layer 115 is formed to have a thickness of 100 to 400 kV in the exposed substrate 110 due to the formation of the first and second trenches 113a and 113b.

여기서, 라이너 산화막(115)은 제1 및 제2 트렌치(113a, 113b)의 모서리 부분의 라운딩 및 식각 데미지의 큐어링(curing)을 위해 900℃ 이상의 고온에서 O2 가스를 이용하여 형성한다.Here, the liner oxide layer 115 is formed using O 2 gas at a high temperature of 900 ° C. or higher for rounding corner portions of the first and second trenches 113a and 113b and curing of etch damage.

이어서, 도 2c에 도시된 바와 같이, 제1 트렌치(113a, 도 2a 참조)를 오픈시키는 구조의 감광막 패턴(116)을 형성한다. 예컨대, 도 2b의 전체 구조 상부에 감광막(미도시)을 도포한 후 노광 및 현상공정을 실시하여 감광막 패턴(116)을 형성한다.Subsequently, as illustrated in FIG. 2C, a photosensitive film pattern 116 having a structure of opening the first trench 113a (see FIG. 2A) is formed. For example, after the photoresist film (not shown) is applied over the entire structure of FIG. 2B, the photoresist pattern 116 is formed by performing exposure and development processes.

이어서, BOE(Buffered Oxide Etchant)로 NH4F/H2O2/H2O의 혼합액를 이용한 세정공정을 실시하여 제1 트렌치(113a)를 감싸던 라이너 산화막(115, 도 2b 참조)을 제거한다. Subsequently, a liner oxide film 115 (see FIG. 2B) surrounding the first trench 113a is removed by performing a cleaning process using a mixed solution of NH 4 F / H 2 O 2 / H 2 O with BOE (Buffered Oxide Etchant). .

이어서, 도 2d에 도시된 바와 같이, 희석된 HF 용액을 이용하여 제1 트렌치 (113a) 상부에 노출된 패드 산화막(111)을 제거한다. 이와 동시에, 제2 트렌치(113b, 도 2a참조)를 감싸는 라이너 산화막(115)의 두께가 약간 감소하게 된다.Subsequently, as illustrated in FIG. 2D, the pad oxide layer 111 exposed on the upper portion of the first trench 113a is removed using a diluted HF solution. At the same time, the thickness of the liner oxide film 115 surrounding the second trench 113b (see FIG. 2A) is slightly reduced.

이어서, 선택적 에피택셜 성장(Selective Epitaxial Growth; 이하, SEG라 함)법을 이용하여 단결정 실리콘층을 성장시킴으로써 채널스탑층(118)을 형성한다. 여기서, SEG는 실리콘 소스가스로 DCS(SiH2Cl2) 또는 Si2H6를 사용하고 반응가스로 H2/HCl의 혼합가스를 사용한다. 또한, SEG를 이용한 단결정 실리콘층 형성시에는 900℃ 이상의 온도에서 H2를 이용한 열공정을 적어도 10초간 실시하고, 불순물 도핑을 실시할 수 있다. 바람직하게는, 보론 또는 인을 주입하여 도핑된 단결정 실리콘층을 성장시킴으로써 채널스탑층(118)을 형성한다.Next, the channel stop layer 118 is formed by growing a single crystal silicon layer using a selective epitaxial growth method (hereinafter, referred to as SEG). Here, SEG uses DCS (SiH 2 Cl 2 ) or Si 2 H 6 as a silicon source gas and a mixed gas of H 2 / HCl as a reaction gas. In addition, in forming a single crystal silicon layer using SEG, a thermal process using H 2 may be performed at a temperature of 900 ° C. or higher for at least 10 seconds, and doping of impurities may be performed. Preferably, the channel stop layer 118 is formed by injecting boron or phosphorus to grow the doped single crystal silicon layer.

이때, SEG의 경우 실리콘 결정 방향대로 성장이 진행되므로, 트렌치(113a, 113b)의 바닥 뿐만 아니라 측면 방향으로도 안정적인 두께 및 도핑 농도를 얻을 수 있는 것이다. 이로써, 이온주입에 의한 기판(110)의 결함을 방지할 뿐만 아니라, 두께가 얇고 불순물의 도핑 농도가 균일한 채널스탑층(118)을 형성할 수 있다. 따라서, 채널스탑층(118)의 두께 증가로 인해 후속의 포토 다이오드(125, 도 2g 참조) 면적이 감소되는 것을 방지할 수 있다.At this time, in the case of SEG, since the growth proceeds in the direction of the silicon crystal, stable thickness and doping concentration can be obtained not only at the bottom of the trenches 113a and 113b but also in the lateral direction. As a result, not only the defect of the substrate 110 may be prevented by ion implantation, but also the channel stop layer 118 having a thin thickness and a uniform doping concentration of impurities may be formed. Therefore, it is possible to prevent the area of the subsequent photodiode 125 (see FIG. 2G) from decreasing due to the increase in the thickness of the channel stop layer 118.

한편, 채널스탑층(118)은 불순물의 도핑 농도가 단결정 실리콘층의 성장 두께에 비례하여 증가되도록 하여 10 내지 2000Å의 두께까지 형성할 수 있다. 예컨대, 제1 트렌치(113a, 도 2a 참조)의 표면으로부터 50Å의 두께까지는 불순물, 즉 보론이 도핑되지 않은 단결정 실리콘층으로 성장시킨다. 그리고, 50Å~150Å의 두 께에서는 보론의 농도를 1E18~1E19(atoms/㎤)로 하여 단결정 실리콘층을 성장시키고 150~300Å의 두께에서는 보론의 농도를 1E19~1E21(atoms/㎤)로 하여 단결정 실리콘층을 성장시킨다. 이는, 불순물이 균일하게 도핑된, 다시말해 무결점의 단결정 실리콘층을 형성하기 위함이다.On the other hand, the channel stop layer 118 may be formed to a thickness of 10 to 2000Å by allowing the doping concentration of impurities to increase in proportion to the growth thickness of the single crystal silicon layer. For example, from the surface of the first trench 113a (see FIG. 2A) to a thickness of 50 GPa, an impurity, i.e., boron-doped single crystal silicon layer is grown. At a thickness of 50 μs to 150 μs, the single crystal silicon layer was grown with boron concentration of 1E18 to 1E19 (atoms / cm 3), and at 150 to 300 μm thickness of single crystal with boron concentration of 1E19 to 1E21 (atoms / cm 3) The silicon layer is grown. This is to form a single crystalline silicon layer in which impurities are uniformly doped, that is to say defect-free.

이어서, 도 2e에 도시된 바와 같이, 산화공정을 실시하여 실리콘이 노출된 채널스탑층(118)의 표면 상에 스크린 산화막(120)을 형성한다. 바람직하게는, 스크린 산화막(120)은 20~400Å의 두께로 형성한다. 이는, 후속으로 이어지는 소자분리용 HDP(High Density Plasma) 산화막 증착 시에 발생하는 플라즈마 데미지로부터 채널스탑층(118)을 보호할 뿐만 아니라, 스트레스(stress)를 완화시키기 위함이다. Subsequently, as shown in FIG. 2E, an oxidation process is performed to form the screen oxide film 120 on the surface of the channel stop layer 118 where the silicon is exposed. Preferably, the screen oxide film 120 is formed to a thickness of 20 ~ 400Å. This is not only to protect the channel stop layer 118 from plasma damage occurring during subsequent deposition of a high density plasma (HDP) oxide film for device isolation, but also to alleviate stress.

이어서, 도 2f에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 트렌치(113a, 113b)가 매립되도록 소자분리용 절연막으로 HDP 산화막을 증착한다. 그런 다음, CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 통해 이를 평탄화함으로써, 소자분리막(122)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 2F, an HDP oxide film is deposited as an insulating film for device isolation so that the first and second trenches 113a and 113b are buried. Then, the device isolation film 122 is formed by planarizing it through a chemical mechanical polishing (CMP) process.

이어서, 인산(H3PO4)을 이용한 습식식각공정을 통해 패드 질화막(112, 도 2e 참조)을 제거한다. Subsequently, the pad nitride layer 112 (see FIG. 2E) is removed through a wet etching process using phosphoric acid (H 3 PO 4 ).

이어서, 도 2g에 도시된 바와 같이, 통상적인 CMOS 이미지 센서 제조공정에 따라 트랜스퍼 게이트 전극(123) 및 포토 다이오드(125) 등을 형성한다. 구체적으로, 게이트 절연막으로도 기능하는 패드 산화막(111) 상에 그 양측벽에 스페이서(124)를 구비한 트랜스퍼 게이트 전극(123)을 형성한 후, 마스크 공정 및 이온주입 공정을 실시하여 트랜스퍼 게이트 전극(123)과 채널 스톱층(118) 간의 기판(110)에 포토 다이오드(125)를 형성한다. 예컨대, N- 확산층을 형성한다. 그런 다음, 마스크 공정 및 이온주입 공정을 통해 포토 다이오드(125)와 일정거리 이격되도록 트랜스퍼 게이트 전극(123)의 일측 기판(110)에 고농도의 N+ 플로팅 확산영역(127)을 형성하고, 포토 다이오드(125) 상부에는 P형 에피층(128)을 형성한다. 이로써, 포토 다이오드는 PNP(P형 기판(110)/N- 포토 다이오드(125)/P형 에피층(128))형의 핀 다이오드로 기능하게 된다.Subsequently, as illustrated in FIG. 2G, the transfer gate electrode 123, the photodiode 125, and the like are formed according to a conventional CMOS image sensor manufacturing process. Specifically, after the transfer gate electrode 123 having the spacers 124 is formed on both side walls of the pad oxide film 111, which also functions as a gate insulating film, the transfer gate electrode is performed by performing a mask process and an ion implantation process. The photodiode 125 is formed on the substrate 110 between the 123 and the channel stop layer 118. For example, an N-diffusion layer is formed. Then, a high concentration N + floating diffusion region 127 is formed on one side substrate 110 of the transfer gate electrode 123 to be spaced apart from the photodiode 125 by a mask process and an ion implantation process. The P-type epitaxial layer 128 is formed on the top 125. As a result, the photodiode functions as a pin diode of the PNP type (P type substrate 110 / N - photo diode 125 / P type epi layer 128).

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.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 화소 영역의 트렌치를 감싸도록 실리콘 에피택셜 성장법을 이용해 형성된 단결정 실리콘층을 채널스탑층으로 이용함으로써, 별도의 이온주입 공정을 필요로 하지 않고도 채널스탑층을 형성하여 암전류를 효과적으로 방지할 수 있다. 이에 더하여, 실리콘 에피택셜 성장법을 이용해 형성된 채널스탑층은 그 두께가 얇아 인접한 포토 다이오드의 면적을 감소시키지 않게 되므로, 포토 다이오드의 광집속 효율을 향상시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, by using the single crystal silicon layer formed by the silicon epitaxial growth method so as to cover the trench of the pixel region as the channel stop layer, the channel stop layer is not required. It is possible to effectively prevent the dark current by forming a. In addition, since the channel stop layer formed by the silicon epitaxial growth method is thin so that the area of the adjacent photodiode is not reduced, the light focusing efficiency of the photodiode can be improved.

따라서, 이미지 센서의 성능 및 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 발생한다.Therefore, the effect that can improve the performance and yield of the image sensor occurs.

Claims (11)

화소 영역과 주변 영역을 갖는 기판의 일부를 식각하여 복수의 트렌치를 형성하는 단계;Etching a portion of the substrate having a pixel region and a peripheral region to form a plurality of trenches; 상기 트렌치를 감싸도록 라이너 절연막을 형성하는 단계;Forming a liner insulating film to cover the trench; 상기 화소 영역에서의 상기 라이너 절연막을 제거하는 단계;Removing the liner insulating layer in the pixel area; 상기 화소 영역에서의 상기 트렌치 내부면을 따라 채널스탑층을 성장시키는 단계;Growing a channel stop layer along the inner surface of the trench in the pixel region; 상기 트렌치를 매립시키는 복수의 소자분리막을 형성하는 단계;Forming a plurality of device isolation layers to fill the trenches; 상기 소자분리막이 형성된 상기 기판 상에 트랜지스터용 게이트 전극을 형성하는 단계; 및Forming a gate electrode for a transistor on the substrate on which the device isolation film is formed; And 상기 게이트 전극과 상기 채널스탑층 사이의 상기 기판에 포토 다이오드를 형성하는 단계Forming a photodiode on the substrate between the gate electrode and the channel stop layer 를 포함하는 씨모스 이미지 센서 제조방법.CMOS image sensor manufacturing method comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 채널스탑층을 형성하는 단계는 선택적 에피택셜 성장법을 이용하여 단결정 실리콘층을 형성하는 씨모스 이미지 센서 제조방법.The forming of the channel stop layer may include forming a single crystal silicon layer using a selective epitaxial growth method. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 선택적 에피택셜 성장법은 실리콘 소스가스로 DCS(SiH2Cl2) 또는 Si2H6를 사용하고 반응가스로 H2/HCl의 혼합가스를 사용하는 씨모스 이미지 센서 제조방법.The selective epitaxial growth method is a method of manufacturing a CMOS image sensor using DCS (SiH 2 Cl 2 ) or Si 2 H 6 as a silicon source gas and a mixed gas of H 2 / HCl as a reaction gas. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,The method of claim 2 or 3, 상기 선택적 에피택셜 성장법을 이용한 상기 단결정 실리콘층 형성시 적어도 900℃가 되는 온도에서 H2를 이용한 열공정을 적어도 10초간 실시하는 씨모스 이미지 센서 제조방법.And a thermal process using H 2 for at least 10 seconds at a temperature of at least 900 ° C. when forming the single crystal silicon layer using the selective epitaxial growth method. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,The method of claim 2 or 3, 상기 선택적 에피택셜 성장법을 이용한 상기 단결정 실리콘층 형성시 상기 단결정 실리콘층에 불순물을 도핑하는 씨모스 이미지 센서 제조방법.And doping impurities into the single crystal silicon layer when the single crystal silicon layer is formed using the selective epitaxial growth method. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 단결정 실리콘층에 상기 불순물을 도핑할 시에 상기 불순물의 도핑 농도를 상기 단결정 실리콘층의 성장 두께에 비례하여 증가시키는 씨모스 이미지 센서 제조방법.And a doping concentration of the impurity is increased in proportion to the growth thickness of the single crystal silicon layer when the impurity is doped into the single crystal silicon layer. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 채널스탑층을 형성한 후, 상기 채널스탑층 표면 상에 스크린 절연막을 형성하는 단계를 더 포함하는 씨모스 이미지 센서 제조방법.And forming a screen insulating layer on the surface of the channel stop layer after the channel stop layer is formed. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 트렌치를 형성하는 단계는, The method of claim 1, wherein the forming of the trench comprises: 상기 기판 상에 패드 산화막 및 패드 질화막을 증착하는 단계; 및Depositing a pad oxide film and a pad nitride film on the substrate; And 상기 패드 질화막을 식각한 후, 식각된 상기 패드 질화막을 마스크로 상기 패드 산화막 및 상기 기판의 일부를 식각하는 단계Etching the pad nitride layer, and then etching the pad oxide layer and a portion of the substrate using the etched pad nitride layer as a mask 를 포함하여 이루어지는 씨모스 이미지 센서 제조방법.CMOS image sensor manufacturing method comprising a. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 라이너 절연막은 상기 트렌치 상부 모서리 부분의 라운딩을 위하여 적 어도 900℃의 온도에서 O2 가스를 이용하여 형성하는 씨모스 이미지 센서 제조방법.And the liner insulating layer is formed using O 2 gas at a temperature of at least 900 ° C. for rounding the upper corner portion of the trench. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 라이너 절연막을 제거하는 단계는 NH4F/H2O2/H2O의 혼합액을 이용한 세정공정을 실시하는 씨모스 이미지 센서 제조방법.Removing the liner insulating film is a CMOS image sensor manufacturing method performing a cleaning process using a mixture of NH 4 F / H 2 O 2 / H 2 O. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 트렌치를 형성한 후, ATC 공정을 실시하는 단계를 더 포함하는 씨모스 이미지 센서 제조방법.After forming the trench, the CMOS image sensor manufacturing method further comprising the step of performing an ATC process.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103000651A (en) * 2012-12-24 2013-03-27 上海宏力半导体制造有限公司 Forming method of complementary metal oxide semiconductor (CMOS) image sensor

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