KR20070064856A - Method for manufacturing image sensor - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 따른 CMOS 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위해 도시한 공정 단면도.1A to 1D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a CMOS image sensor according to the prior art.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예1에 따른 CMOS 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위하여 도시한 공정단면도.2A through 2D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a CMOS image sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예2에 따른 CMOS 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위하여 도시한 공정단면도.3A to 3D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a CMOS image sensor according to Embodiment 2 of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10, 110, 210 : 반도체 기판 10, 110, 210: semiconductor substrate
11, 111, 211 : 소자분리막 11, 111, 211: device isolation film
12, 112, 212 : 채널 스톱영역12, 112, 212: Channel stop area
13, 113, 213 : 웰 영역13, 113, 213: well area
14, 114, 214 : 게이트 절연막 14, 114, 214: gate insulating film
15, 115, 215 : 폴리 실리콘막15, 115, 215: polysilicon film
15a, 15b, 115a, 115b, 215a, 215b : 게이트 전극15a, 15b, 115a, 115b, 215a, 215b: gate electrode
17, 117, 217 : N- 도핑영역17, 117, 217: N - doped region
18, 25, 118, 126, 218, 226 : P0 도핑영역18, 25, 118, 126, 218, 226: P 0 doping area
19, 119, 219 : 저농도 접합영역19, 119, 219: low concentration junction region
20, 120, 220 : 실리콘 산화막 20, 120, 220: silicon oxide film
21, 121, 221 : 실리콘 질화막21, 121, 221: silicon nitride film
22, 123, 222 : 스페이서22, 123, 222: spacer
23, 124, 224 : 소스/드레인 영역23, 124, 224: source / drain regions
223 : 열산화막 223a : 질화 산화막223:
본 발명은 이미지 센서 제조방법에 관한 것으로, 특히 CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) 이미지 센서 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for manufacturing an image sensor, and more particularly, to a method for manufacturing a complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) image sensor.
최근들어 디지털 카메라(digital camera)는 인터넷을 이용한 영상통신의 발전과 더불어 그 수요가 폭발적으로 증가하고 있는 추세에 있다. 더욱이, 카메라가 장착된 PDA(Personal Digital Assistant), IMT-2000(International Mobile Telecommunications-2000), CDMA(Code Division Multiple Access) 단말기 등과 같은 이동통신단말기의 보급이 증가됨에 따라 소형 카메라 모듈의 수요가 증가하고 있다. Recently, the demand of digital cameras is exploding with the development of video communication using the Internet. Moreover, the demand for small camera modules increases as the popularity of mobile communication terminals such as PDAs equipped with cameras, International Mobile Telecommunications-2000 (IMT-2000), Code Division Multiple Access (CDMA) terminals, etc. increases. Doing.
카메라 모듈로는 기본적인 구성요소가 되는 CCD(Charge Coupled Device)나 CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) 이미지 센서를 이용한 이미지 센서 모듈이 널리 보급되어 사용되고 있다. 이미지 센서는 칼라 이미지를 구현하기 위하여 외부로부터 빛을 받아 광전하를 생성 및 축적하는 광감지부 상부에 칼라필터가 정렬되어 있다. 이러한 칼라필터 어레이(Color Filter Array, CFA)는 레드(Red; R), 그린(Green; G) 및 블루(Blue; B) 또는, 옐로우(Yellow), 마젠타(Magenta) 및 시안(Cyan)의 3가지 칼라로 이루어진다. 통상적으로, CMOS 이미지 센서의 칼라필터 어레이에는 레드(R), 그린(G) 및 블루(B)의 3가지 칼라가 많이 사용된다. As a camera module, an image sensor module using a Charge Coupled Device (CCD) or a Complementary Metal-Oxide-Semiconductor (CMOS) image sensor, which are basic components, is widely used. The image sensor is arranged on the upper part of the light sensing unit for generating and accumulating photocharges from the outside to implement a color image. Such color filter arrays (CFAs) are red (R), green (G) and blue (B), or yellow, magenta, and cyan. It consists of a branch collar. Typically, three colors of red (R), green (G), and blue (B) are frequently used in a color filter array of a CMOS image sensor.
이러한 이미지 센서는 광학 영상(optical image)을 전기신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 전술한 바와 같이 CCD와 CMOS 이미지 센서가 개발되어 널리 상용화되어 있다. CCD는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 캐패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 소자이다. 반면, CMOS 이미지 센서는 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소수만큼 MOS 트랜지스터를 만들고, 이것을 이용하여 차례차례 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용한 소자이다. Such an image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal. As described above, a CCD and a CMOS image sensor have been developed and widely commercialized. A CCD is a device in which charge carriers are stored and transported in a capacitor while individual metal-oxide-silicon (MOS) capacitors are in close proximity to each other. On the other hand, a CMOS image sensor uses a CMOS technology that uses a control circuit and a signal processing circuit as peripheral circuits to make MOS transistors by the number of pixels, and uses the switching to detect an output sequentially. It is a device employing the method.
그러나, CCD는 구동방식이 복잡하고 전력소모가 많으며, 마스크 공정 수가 많이 필요하여 공정이 복잡하고, 시스날 프로세싱(signal processing) 회로를 CCD 칩 내에 구현할 수 없어 원칩(one chip)화가 곤란하다는 여러 단점이 있는 바, 최근에는 이러한 CCD의 단점을 극복하기 위하여 서브 마이크론(sub-micron) CMOS 제조기술을 이용한 CMOS 이미지 센서의 개발에 대한 연구가 열정적으로 이루어지고 있다. However, CCD has many disadvantages such as complicated driving method, high power consumption, high number of mask processes, complicated process, and difficult to implement one chip because signal processing circuit cannot be implemented in CCD chip. Recently, researches on the development of CMOS image sensors using sub-micron CMOS manufacturing techniques have been enthusiastically conducted to overcome the disadvantages of the CCD.
CMOS 이미지 센서는 단위 화소(pixel) 내에 포토 다이오드(photo diode)와 MOS 트랜지스터를 형성시켜 스위칭 방식으로 차례로 신호를 검출함으로써 이미지를 구현하게 되는데, CMOS 제조기술을 이용하므로 전력 소모도 적고, 마스크 수도 대략 2O개 정도로 30~40개의 마스크가 필요한 CCD 공정에 비해 공정이 매우 단순하며, 여러 신호 처리 회로와 원칩화가 가능하여 차세대 이미지 센서로 각광을 받고 있다. The CMOS image sensor forms an image by forming a photo diode and a MOS transistor in a unit pixel and sequentially detects a signal in a switching method. Since the CMOS manufacturing technology is used, the power consumption is low and the number of masks is approximately. The process is very simple compared to CCD process that requires 30 to 40 masks, and it is possible to make various signal processing circuits and one chip.
보편적으로, CMOS 이미지 센서는 빛을 감지하는 광감지부와, 광감지부를 통해 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 로직회로부로 구성되어 있으며, 광감도를 높이기 위하여 전체 이미지 센서에서 광감지부의 면적이 차지하는 비율(Fill Facter)을 크게 하려는 노력이 진행되고 있다. 하지만, 근본적으로 로직회로부를 제거할 수 없기 때문에 제한된 면적 하에서 이러한 노력에는 한계가 있다. In general, the CMOS image sensor is composed of a light sensing unit for detecting light and a logic circuit unit for processing the light detected by the light sensing unit into an electrical signal and converting the data into an electric signal. Efforts are underway to increase this fill factor. However, there is a limit to this effort under a limited area since the logic circuit part cannot be removed essentially.
이하, 도 1a 내지 도 1c를 참조하여 종래기술에 따른 CMOS 이미지 센서의 제조방법을 설명하기로 한다. 도 1a 내지 도 1c에는 설명의 편의를 위해 포토 다이오드(PD), 트랜스퍼 트랜지스터(Tx) 그리고 로직회로부의 복수의 트랜지스터 중 한 개만 도시하였다. Hereinafter, a method of manufacturing a CMOS image sensor according to the prior art will be described with reference to FIGS. 1A to 1C. 1A to 1C, only one of a plurality of transistors of the photodiode PD, the transfer transistor Tx, and the logic circuit unit is illustrated for convenience of description.
먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 로직회로가 형성되는 영역(이하, 로직영역 이라 함)과, 광감지부를 포함하는 화소가 형성되는 영역(이하, 화소영역이라 함)으로 정의되고, 화소영역은 포토 다이오드가 형성되는 영역(이하, PD라 함)과 트랜스퍼 트랜지스터가 형성되는 영역(이하, Tx라 함)으로 정의되는 반도체 기판(10)을 제공한다. 이때, 기판(10)은 P+ 영역과 P-에피층이 적층된 구조로 이루어진다. First, as shown in FIG. 1A, a region in which a logic circuit is formed (hereinafter referred to as a logic region) and a region in which a pixel including a light sensing unit is formed (hereinafter referred to as a pixel region) are defined. Provides a
이어서, STI(Shallow Trench Isolation) 공정을 실시하여 소자 분리용 트렌치(trench, 미도시)를 형성하고, 마스크 공정 및 채널 스톱 이온주입공정을 실시하여 소자분리막(11)을 둘러싸는 채널 스톱영역(12)을 형성한다. 예컨대, N 채널 스톱영역(12)을 형성한다. 그런 다음, 트렌치가 매립되는 소자분리막(11)을 형성한다.Subsequently, a trench isolation (not shown) is formed by performing a shallow trench isolation (STI) process, and a
이어서, 웰 이온주입공정을 실시하여 로직영역에 로직소자용 웰 영역(13)을 형성하고, 문턱전압 조절을 위해 선택적으로 p형 또는 n형 불순물을 주입하여 p형 또는 n형 영역(미도시)을 형성한다. Subsequently, a well ion implantation process is performed to form the
이어서, 기판(10) 상부에 게이트 전극으로 사용될 게이트 절연막(14) 및 폴리 실리콘막(15)을 순차적으로 형성한다.Subsequently, the
이어서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 건식식각공정을 통해 폴리 실리콘막(15)을 식각하여 로직영역과 Tx 영역에 각각 게이트 전극(15a, 15b)을 형성한다. 이러한 게이트 전극(15a, 15b) 형성시 게이트 절연막(14)을 남겨두는 이유는 PD가 바로 노출되어 후속 공정시 데미지(Damage)를 입는 것을 방지하기 위함이다.Subsequently, as shown in FIG. 1B, the
이어서, 마스크 공정 및 딥 N 이온주입 공정을 실시하여 PD의 기판(10) 내에 포토 다이오드를 구성하는 N- 도핑영역(17)을 형성한다. Subsequently, a mask process and a deep N ion implantation process are performed to form an N − doped
이어서, p0 이온주입마스크(미도시)를 이용한 첫번째 p0 이온주입공정을 실시하여 N- 도핑영역(17) 내에 p0 도핑영역(18)을 형성한다. 이때, p0 도핑영역(18)은 비교적 얇게 형성한다. Subsequently, a first p 0 ion implantation process using a p 0 ion implantation mask (not shown) is performed to form a p 0 doped
이어서, LDD(Lightly Doped Drain) 이온주입마스크(미도시)를 이용한 LDD 이온주입공정을 실시하여 게이트 전극(15a, 15b)의 양측으로 노출되는 기판(10)내에 저농도 접합영역(19)을 형성한다. Subsequently, an LDD ion implantation process using a lightly doped drain (LDD) ion implantation mask (not shown) is performed to form a low
이어서, 도 1c에 도시된 바와 같이, 세정공정을 실시하여 게이트 전극(15a, 15)의 양측으로 노출된 게이트 절연막(14)을 제거한다.Subsequently, as shown in FIG. 1C, a cleaning process is performed to remove the
이어서, 게이트 전극(15a, 15b)을 포함한 전체 구조 상부의 단차를 따라 스페이서용 절연막으로 실리콘 산화막(20)과 실리콘 질화막(21)을 순차적으로 증착한다. 예컨대, 실리콘 산화막(20)은 100~200Å의 두께로 증착하고, 실리콘 질화막(21)은 700~900Å의 두께로 증착하여 후속으로 형성될 스페이서의 최종 길이(L)가 0.1㎛가 되도록 한다.Subsequently, the silicon oxide film 20 and the
이어서, 건식식각공정을 실시하여 실리콘 질화막(21)과 실리콘 산화막(20)을 차례로 식각하여 게이트 전극(15a, 15b)의 양측벽에 각각 스페이서(22)를 형성한다. Subsequently, a dry etching process is performed to sequentially etch the
이어서, 도 1d에 도시된 바와 같이, 소스/드레인 이온주입마스크(미도시)를 이용한 소스/드레인 이온주입공정을 실시하여 게이트 전극(16a, 16b)의 양측으로 노출되는 로직영역과 플로팅 확산영역(이하, FD라 함)에 비교적 고농도인 N+ 소스/드레인 영역(23)을 형성한다. 이때, 소스/드레인 영역(23)은 LDD 영역(19)보다 깊게 형성된다. Subsequently, as shown in FIG. 1D, a source / drain ion implantation process using a source / drain ion implantation mask (not shown) is performed to expose the logic region and the floating diffusion region (eg, exposed to both sides of the gate electrodes 16a and 16b). A relatively high concentration of N + source /
이어서, 두번째 p0 이온주입마스크(미도시)를 이용한 p0 이온주입공정을 실시하여 N- 도핑영역(17) 내에 p0 도핑영역(18)보다 깊은 po 도핑영역(25)을 형성한다. Subsequently, a p 0 ion implantation process using a second p 0 ion implantation mask (not shown) is performed to form a p o doped
이어서, RTP(Rapid Temperature Process) 또는 RTA(Rapid Temperature Process) 공정을 실시하여 소스/드레인 이온주입공정 및 p0 이온주입공정시 주입된 p형 또는 n형 불순물 이온을 확산시켜 목표치 프로파일(profile)을 갖는 소스/드레인 영역과 p0 도핑영역을 형성한다. Subsequently, a target temperature profile is diffused by performing a rapid temperature process (RTP) or a rapid temperature process (RTA) process to diffuse the p-type or n-type impurity ions implanted during the source / drain ion implantation process and the p 0 ion implantation process. which forms a source / drain region and the p-doped region 0.
그러나, 도 1c에서와 같은 건식식각공정시에는 실리콘 질화막(21) 및 실리콘 산화막(20) 간의 식각 선택비가 낮아 기판(10)의 표면이 약 200Å 정도 식각('h' 부위 참조)되게 된다. 이로써, 기판(10) 표면이 결함(Defect)을 갖게 된다. 이러한 기판(10) 결함은 암전류(Dark current) 발생의 주요 원인이 되고, 첫번째 P0 도핑영역(18)의 표면도 결함을 갖게 되므로 암전류에 대한 충분한 포텐셜 베리어층(Ptential Barrier Layer)을 확보할 수 없게 된다.However, during the dry etching process as shown in FIG. 1C, the etching selectivity between the
특히, 이와 같은 암전류 발생은 이미지 센서의 특성을 열화시키는 주요 원인 이 된다. In particular, such dark current generation is a major cause of deterioration of the characteristics of the image sensor.
따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 암전류 발생을 억제하여 소자 특성 열화를 방지할 수 있는 이미지 센서 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing an image sensor capable of preventing deterioration of device characteristics by suppressing generation of dark current, which is devised to solve the above problems of the prior art.
상기 목적을 달성하기 위한 일측면에 따른 본 발명은, 제1 도전형의 기판 상부에 게이트 전도막을 증착하는 단계와, 상기 게이트 전도막의 일부를 식각하여 상기 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계와, 상기 게이트 전극의 일측으로 노출된 상기 기판 내에 제2 도전형의 포토 다이오드용 제1 도핑영역을 형성하는 단계와, 상기 게이트 전극을 포함한 전체 구조 상부의 단차를 따라 스페이서용 절연막을 증착하는 단계와, 상기 스페이서용 절연막이 상기 기판 상부에 일정 두께 잔류하도록 상기 스페이서용 절연막을 식각하여 상기 게이트 전극의 양측벽에 스페이서를 형성하는 단계와, 습식식각공정을 실시하여 상기 기판 상에 잔류하는 상기 스페이서용 절연막을 제거하는 단계와, 상기 스페이서의 일측으로 노출된 상기 제1 도핑영역 상부에 포텐셜 베리어용으로 상기 제1 도전형의 제2 도핑영역을 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서 제조방법을 제공한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method including: depositing a gate conductive layer on a substrate of a first conductivity type, forming a gate electrode on the substrate by etching a portion of the gate conductive layer; Forming a first doped region for a photoconductive diode of a second conductivity type in the substrate exposed to one side of the gate electrode, depositing an insulating film for a spacer along a step of an upper portion of the entire structure including the gate electrode; Etching the spacer insulating film to form a spacer on both sidewalls of the gate electrode such that the spacer insulating film remains on the substrate at a predetermined thickness, and performing a wet etching process to maintain the insulating film for the spacer. Removing the potential and potential on the first doped region exposed to one side of the spacer; A rieoyong provides a second method of manufacturing an image sensor comprising a step of forming a doped region of the first conductivity type.
본 발명의 일측면에 있어서, 상기 스페이서를 형성한 후, 상기 스페이서 형 성시 발생된 상기 스페이서용 절연막의 데미지를 제거하기 위해 상기 기판 상에 잔류하는 상기 스페이서용 절연막을 일정 두께 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one aspect of the present invention, after forming the spacer, further comprising removing a predetermined thickness of the insulating film for the spacer remaining on the substrate in order to remove the damage of the insulating film for the spacer generated during formation of the spacer. can do.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 다른 측면에 따른 본 발명은, 제1 도전형의 기판 상부에 게이트 전도막을 증착하는 단계와, 상기 게이트 전도막의 일부를 식각하여 상기 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계와, 상기 게이트 전극의 일측으로 노출된 상기 기판 내에 제2 도전형의 포토 다이오드용 제1 도핑영역을 형성하는 단계와, 상기 게이트 전극의 양측벽에 스페이서를 형성하는 단계와, 상기 스페이서 형성시 발생된 기판의 결함을 보상하기 위해 열산화공정을 실시하여 상기 게이트 전극을 포함한 전체 구조 상부의 단차를 따라 열산화막을 형성하는 단계와, 상기 스페이서의 일측으로 노출된 상기 제1 도핑영역 상부에 포텐셜 베리어용으로 상기 제1 도전형의 제2 도핑영역을 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention according to another aspect for achieving the above object, the step of depositing a gate conductive film on the substrate of the first conductivity type, and forming a gate electrode on the substrate by etching a portion of the gate conductive film And forming a first doped region for a photoconductor of a second conductivity type in the substrate exposed to one side of the gate electrode, forming a spacer on both sidewalls of the gate electrode, and forming the spacer. Performing a thermal oxidation process to compensate for defects of the formed substrate and forming a thermal oxide film along a step of an upper portion of the entire structure including the gate electrode, and a potential berry on the first doped region exposed to one side of the spacer. It provides a method of manufacturing an image sensor comprising the step of forming a second doped region of the first conductivity type for use.
본 발명의 다른 측면에 있어서, 상기 열산화막을 형성한 후, 플라즈마 질화공정을 실시하여 상기 열산화막을 질화막 계열의 물질로 변환시키는 단계를 더 포함할 수 있다.In another aspect of the present invention, after the thermal oxide film is formed, a plasma nitriding process may be performed to convert the thermal oxide film into a nitride film-based material.
본 발명의 다른 측면에 있어서, 상기 열산화 공정을 실시한 후, 열처리를 실시하는 단계를 더 포함할 수 있다.In another aspect of the present invention, after performing the thermal oxidation process, may further comprise the step of performing a heat treatment.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명 의 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 참조번호로 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 may 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. In addition, the same reference numerals throughout the specification represent the same components.
실시예1Example 1
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예1에 따른 CMOS 이미지 센서의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 공정 단면도이다. 도 2a 내지 도 2d는 설명의 편의를 위해 포토 다이오드(PD), 트랜스퍼 트랜지스터(Tx) 그리고 로직회로부의 복수의 트랜지스터 중 한 개만 도시하였다. 2A to 2D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a CMOS image sensor according to Embodiment 1 of the present invention. 2A to 2D illustrate only one of a photodiode PD, a transfer transistor Tx, and a plurality of transistors of a logic circuit unit for convenience of description.
먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 로직회로가 형성되는 영역(이하, 로직영역이라 함)과, 광감지부를 포함하는 화소가 형성되는 영역(이하, 화소영역이라 함)으로 정의되고, 화소영역은 포토 다이오드가 형성되는 영역(이하, PD이라 함)과 트랜스퍼 트랜지스터가 형성되는 영역(이하, Tx라 함)으로 정의되는 반도체 기판(110)을 제공한다. 이때, 기판(110)은 P+ 영역과 P-에피층이 적층된 구조로 이루어진다. First, as shown in FIG. 2A, a logic region is defined as a region (hereinafter referred to as a logic region) and a region where a pixel including a light sensing unit is formed (hereinafter referred to as a pixel region). The
이어서, STI 공정을 실시하여 소자 분리용 트렌치(미도시)를 형성하고, 마스크 공정 및 채널 스탑 이온주입공정을 실시하여 채널 스톱영역(112)을 형성한다. 그런 다음, 트렌치가 매립되는 소자분리막(111)을 형성한다. 이때, 소자분리막 (111)은 매립특성이 우수한 HDP(High Density Plasma) 산화막 또는 에피텍시얼 성장(epitaxial growth)된 폴리 실리콘막으로 형성한다. Subsequently, an STI process is performed to form trenches for device isolation (not shown), and a
이어서, 웰 이온주입공정을 실시하여 로직영역에 로직소자용 웰 영역(113)을 형성하고, 문턱전압 조절을 위해 선택적으로 p형 또는 n형 불순물을 주입하여 p형 또는 n형 영역(미도시)을 형성한다. Subsequently, the well ion implantation process is performed to form the
이어서, 기판(110) 전면 상에 게이트 절연막(114) 및 게이트 전도막으로 기능하는 폴리 실리콘막(115)을 순차적으로 형성한다. Subsequently, a
이어서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 건식식각공정을 실시하여 폴리 실리콘막(115, 도 2a 참조)을 식각한다. 이로써, 로직영역과 Tx의 게이트 절연막(114) 상에 각각 게이트 전극(115a, 115b)이 형성된다. 이러한 게이트 전극(115a, 115b) 형성시 게이트 절연막(114)을 남겨두는 이유는, 후속으로 이어지는 N- 이온주입공정시 기판(110)의 결함을 방지하기 위함이다.Subsequently, as shown in FIG. 2B, a dry etching process is performed to etch the polysilicon film 115 (see FIG. 2A). As a result,
이어서, N- 이온주입마스크(미도시)를 이용한 N- 이온주입공정을 실시하여 PD의 기판(110) 내에 비교적 깊게 포토 다이오드를 구성하는 N- 도핑영역(117)을 형성한다. Subsequently, an N − ion implantation process using an N − ion implantation mask (not shown) is performed to form an N − doped
이어서, 도면에 도시하진 않았지만, 열산화공정을 실시하여 게이트 전극(115a, 115b)을 포함한 기판(110) 상부의 단차를 따라 열산화막을 형성한다. 이는, 후속으로 이어지는 P0 이온주입공정시 기판(110)의 결함을 방지하기 위함이다.Subsequently, although not shown in the drawing, a thermal oxidation process is performed to form a thermal oxide film along the step of the upper portion of the
이어서, p0 이온주입마스크(미도시)를 이용한 첫번째 p0 이온주입공정을 실시하여 N- 도핑영역(117) 내에 p0 도핑영역(118)을 형성한다. 이때, p0 도핑영역(118)은 비교적 얇게 형성한다. Subsequently, a first p 0 ion implantation process using a p 0 ion implantation mask (not shown) is performed to form a p 0 doped
이어서, LDD 이온주입마스크(미도시)를 이용한 LDD 이온주입공정을 실시하여 게이트 전극(115a, 115b)의 양측으로 노출되는 기판(110)내에 저농도 접합영역(119)을 형성한다. Next, an LDD ion implantation process using an LDD ion implantation mask (not shown) is performed to form a low
이어서, 도 2c에 도시된 바와 같이, N- 도핑영역(117) 및 P0 도핑영역(118) 형성을 위한 이온주입공정시 데미지를 입은 열산화막(미도시) 및 게이트 절연막(114)을 불산용액을 이용한 세정공정(Cleaning)을 실시하여 제거한다. Subsequently, as shown in FIG. 2C, a thermal oxide film (not shown) and a
이어서, 게이트 전극(115a, 115b)을 포함한 전체 구조 상부의 단차를 따라 스페이서용 절연막으로 실리콘 산화막(120)과 실리콘 질화막(121)을 순차적으로 증착한다. 예컨대, 실리콘 산화막(120)은 기존(100~200Å)보다 두껍게 300~400Å의 두께로 증착하고, 실리콘 질화막(121)은 기존(700~900Å)보다 얇게 500~700Å의 두께로 증착하여 후속으로 형성될 스페이서의 최종 길이(L)가 0.1㎛가 되도록 한다.Subsequently, the silicon oxide film 120 and the silicon nitride film 121 are sequentially deposited with an insulating film for spacers along the steps of the entire structure including the
이어서, 건식식각공정(122)을 실시하여 실리콘 질화막(121)과 실리콘 산화막(120)을 차례로 식각하여 게이트 전극(115a, 115b)의 양측벽에 각각 스페이서(123)를 형성한다. 이때, 실리콘 질화막(121)과 실리콘 산화막(120)의 식각 선택비는 낮지만 실리콘 산화막(120)에서 식각이 멈추도록 건식식각공정(122)의 시간을 조절한다.Next, a
특히, 중요한 것은 실리콘 산화막(120)이 일정 두께 잔류할때까지 건식식각공정(122)을 진행하여 기판(110)이 일정 깊이 식각되는 것을 방지하는 것이다. 예컨대, 잔류하는 실리콘 산화막(120a)의 두께가 150~210Å이 되도록 건식식각공정(122)을 실시한다. In particular, it is important to prevent the
이어서, 불산용액을 이용한 세정공정을 실시하여 잔류하는 실리콘 산화막(120a)의 최종 두께가 80~120Å이 되도록 한다. 이는, 건식식각공정(122)시 실리콘 산화막(120)에 발생한 플라즈마 데미지를 방지하기 위함이다.Subsequently, a cleaning process using a hydrofluoric acid solution is performed to make the final thickness of the remaining
즉, 스페이서(123) 형성시 실리콘 산화막(120)을 일정 두께 잔류시킴으로써, 기판(110)이 일정깊이 식각되는 것을 방지하여 기판(110)의 결함을 억제할 수 있다. 따라서, 암전류 흐름을 차단할 수 있다. 또한, 첫번째 P0 도핑영역(118)의 표면 결함을 함께 억제하게 되므로 암전류에 대한 충분한 포텐셜 베리어층을 확보할 수 있게 된다.That is, by forming the silicon oxide film 120 at a predetermined thickness when forming the spacer 123, the
이어서, 도 2d에 도시된 바와 같이, 소스/드레인 이온주입마스크(미도시)를 이용한 소스/드레인 이온주입공정을 실시하여 게이트 전극(115a, 115b)의 양측으로 노출되는 로직영역과 플로팅 확산영역(이하, FD라 함)에 비교적 고농도인 N+ 소스/드레인 영역(124)을 형성한다. 이때, 소스/드레인 영역(124)은 저농도 접합영역(119)보다 깊게 형성된다. Subsequently, as illustrated in FIG. 2D, a source / drain ion implantation process using a source / drain ion implantation mask (not shown) is performed to expose the logic region and the floating diffusion region (eg, exposed to both sides of the
이어서, 두번째 p0 이온주입마스크(미도시)를 이용한 p0 이온주입공정을 실 시하여 N- 도핑영역(117) 내에 p0 도핑영역(118)보다 깊은 po 도핑영역(126)을 형성한다. Subsequently, a p 0 ion implantation process using a second p 0 ion implantation mask (not shown) is performed to form a p o doped
이어서, RTP(Rapid Temperature Process) 또는 RTA(Rapid Temperature Process) 공정을 실시하여 소스/드레인 이온주입공정 및 p0 이온주입공정시 주입된 p형 또는 n형 불순물 이온을 확산시켜 목표치 프로파일(profile)을 갖는 소스/드레인 영역과 p0 도핑영역을 형성한다. Subsequently, a target temperature profile is diffused by performing a rapid temperature process (RTP) or a rapid temperature process (RTA) process to diffuse the p-type or n-type impurity ions implanted during the source / drain ion implantation process and the p 0 ion implantation process. which forms a source / drain region and the p-doped region 0.
이후, 이미 공지된 기술을 통해 금속배선 공정, 칼라필터 형성공정, 마이크로 렌즈 형성공정과 같은 후속 공정을 순차적으로 진행하여 CMOS 이미지 센서를 완성한다. Subsequently, the CMOS image sensor is completed by sequentially performing subsequent processes such as a metal wiring process, a color filter forming process, and a microlens forming process through a known technique.
실시예2Example 2
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예2에 따른 CMOS 이미지 센서의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 공정 단면도이다. 도 3a 내지 도 3d는 설명의 편의를 위해 포토 다이오드(PD), 트랜스퍼 트랜지스터(Tx) 그리고 로직회로부의 복수의 트랜지스터 중 한 개만 도시하였다. 3A to 3D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a CMOS image sensor according to Embodiment 2 of the present invention. 3A to 3D illustrate only one of the photodiode PD, the transfer transistor Tx, and a plurality of transistors of the logic circuit unit for convenience of description.
먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 로직회로가 형성되는 영역(이하, 로직영역이라 함)과, 광감지부를 포함하는 화소가 형성되는 영역(이하, 화소영역이라 함)으로 정의되고, 화소영역은 포토 다이오드가 형성되는 영역(이하, PD이라 함)과 트랜스퍼 트랜지스터가 형성되는 영역(이하, Tx라 함)으로 정의되는 반도체 기판(210) 을 제공한다. 이때, 기판(210)은 P+ 영역과 P-에피층이 적층된 구조로 이루어진다. First, as shown in FIG. 3A, a logic region is defined as a region (hereinafter referred to as a logic region) and a region in which a pixel including a light sensing unit is formed (hereinafter referred to as a pixel region). Provides a
이어서, STI 공정을 실시하여 소자 분리용 트렌치(미도시)를 형성하고, 마스크 공정 및 채널 스탑 이온주입공정을 실시하여 채널 스톱영역(212)을 형성한다. 그런 다음, 트렌치가 매립되는 소자분리막(211)을 형성한다. 이때, 소자분리막(211)은 매립특성이 우수한 HDP(High Density Plasma) 산화막 또는 에피텍시얼 성장(epitaxial growth)된 폴리 실리콘막으로 형성한다. Subsequently, an STI process is performed to form trenches (not shown) for device isolation, and a
이어서, 웰 이온주입공정을 실시하여 로직영역에 로직소자용 웰 영역(213)을 형성하고, 문턱전압 조절을 위해 선택적으로 p형 또는 n형 불순물을 주입하여 p형 또는 n형 영역(미도시)을 형성한다. Subsequently, a well ion implantation process is performed to form a logic
이어서, 기판(210) 전면 상에 게이트 절연막(214) 및 게이트 전도막으로 기능하는 폴리 실리콘막(미도시)을 순차적으로 형성한다. Subsequently, a polysilicon film (not shown) that functions as a
이어서, 건식식각공정을 실시하여 폴리 실리콘막을 식각한다. 이로써, 로직영역과 Tx의 게이트 절연막(214) 상에 각각 게이트 전극(215a, 215b)이 형성된다. 이러한 게이트 전극(215a, 215b) 형성시 게이트 절연막(214)을 남겨두는 이유는, 후속으로 이어지는 N- 이온주입공정시 기판(210)의 결함을 방지하기 위함이다.Next, a dry etching process is performed to etch the polysilicon film. As a result,
이어서, 도 3b에 도시된 바와 같이, N- 이온주입마스크(미도시)를 이용한 N- 이온주입공정을 실시하여 PD의 기판(210) 내에 비교적 깊게 포토 다이오드를 구성하는 N- 도핑영역(217)을 형성한다. Next, as shown in FIG. 3B, an N − ion implantation process using an N − ion implantation mask (not shown) is performed to form the N − doped
이어서, 도면에 도시하진 않았지만, 열산화공정을 실시하여 게이트 전극(215a, 215b)을 포함한 기판(210) 상부의 단차를 따라 열산화막을 형성한다. 이는, 후속으로 이어지는 P0 이온주입공정시 기판(210)의 결함을 방지하기 위함이다.Subsequently, although not shown in the drawing, a thermal oxidation process is performed to form a thermal oxide film along a step of the upper portion of the
이어서, p0 이온주입마스크(미도시)를 이용한 첫번째 p0 이온주입공정을 실시하여 N- 도핑영역(217) 내에 p0 도핑영역(218)을 형성한다. 이때, p0 도핑영역(218)은 비교적 얇게 형성한다. Subsequently, a first p 0 ion implantation process using a p 0 ion implantation mask (not shown) is performed to form a p 0 doped
이어서, LDD 이온주입마스크(미도시)를 이용한 LDD 이온주입공정을 실시하여 게이트 전극(215a, 215b)의 양측으로 노출되는 기판(210)내에 저농도 접합영역(219)을 형성한다. Subsequently, an LDD ion implantation process using an LDD ion implantation mask (not shown) is performed to form a low
이어서, N- 도핑영역(217) 및 P0 도핑영역(218) 형성을 위한 이온주입공정시 데미지를 입은 열산화막(미도시) 및 게이트 절연막(214)을 불산용액을 이용한 세정공정(Cleaning)을 실시하여 제거한다. 예컨대, 게이트 절연막(214)은 게이트 전극(215a, 215b)의 양측으로 노출된 게이트 절연막(214)을 제거한다.Subsequently, during the ion implantation process to form the N − doped
이어서, 게이트 전극(215a, 215b)을 포함한 전체 구조 상부의 단차를 따라 스페이서용 절연막으로 실리콘 산화막(220)과 실리콘 질화막(221)을 순차적으로 증착한다. Subsequently, the
이어서, 건식식각공정을 실시하여 실리콘 질화막(221)과 실리콘 산화막(220)을 차례로 식각하여 게이트 전극(215a, 215b)의 양측벽에 각각 스페이서(222)를 형 성한다. Subsequently, a dry etching process is performed to sequentially etch the
이어서, 도 3c에 도시된 바와 같이, 스페이서(222) 형성을 위한 건식식각공정시 데미지를 입은 기판(210)의 결함을 보상하기 위해, 열산화 공정을 실시하여 게이트 전극(215a, 215b)을 포함한 전체 구조 상부의 단차를 따라 열산화막(223)을 형성한 후, 열처리 공정을 진행한다.Subsequently, as shown in FIG. 3C, in order to compensate for the defect of the damaged
예컨대, 열산화 공정은 600~1000℃의 온도 범위 내에서 급속열처리(RTP; Rapid Thermal Process) 방식을 이용하거나 확산로 방식을 이용하여 10~200Å의 두께를 갖는 열산화막(223)을 형성한다. 후속으로 이어지는 열처리 공정 또한 600~1000℃의 온도 범위 내에서 급속열처리 방식을 이용하거나 확산로 방식을 이용한다.For example, the thermal oxidation process uses a rapid thermal process (RTP) method or a diffusion furnace method within a temperature range of 600 to 1000 ° C. to form a
즉, 열산화 공정 및 열처리 공정을 통해, 스페이서(222) 형성을 위한 건식식각공정시 기판(210)에 발생하는 결함을 보상하여 암전류의 흐름을 억제할 수 있다.That is, through the thermal oxidation process and the heat treatment process, the defect generated in the
이어서, 도 3d에 도시된 바와 같이, 플라즈마를 이용한 질화공정을 실시하여 열산화막(223, 도 3c 참조)을 질화 산화막(223a)으로 변환시킨다. 예컨대, 질화공정은 200~600℃의 온도 조건 내에서 N2 또는 NH3 가스를 이용하여 실시한다.Next, as illustrated in FIG. 3D, a nitriding process using plasma is performed to convert the thermal oxide film 223 (see FIG. 3C) into the
참고로, P0 도핑영역(226)에 주입된 보론 이온은 후속 공정에 의해 외부 확산이 이루어지면 보론 농도가 낮아져 암전류의 유입 통로를 제공하게 된다. 이에 따라, 본 발명의 실시예2에서는 질화 산화막(223a)을 적용하여 후속 공정에 의해서도 보론이 외부로 확산되는 것을 차단하여 기판(210) 표면으로부터 유입되는 암전 류를 억제할 수 있다.For reference, when the boron ions implanted into the P 0 doped
이어서, 소스/드레인 이온주입마스크(미도시)를 이용한 소스/드레인 이온주입공정을 실시하여 게이트 전극(215a, 215b)의 양측으로 노출되는 로직영역과 플로팅 확산영역(이하, FD라 함)에 비교적 고농도인 N+ 소스/드레인 영역(224)을 형성한다. 이때, 소스/드레인 영역(224)은 저농도 접합영역(219)보다 깊게 형성된다. Subsequently, a source / drain ion implantation process using a source / drain ion implantation mask (not shown) is performed to relatively expose the logic region and floating diffusion region (hereinafter referred to as FD) exposed to both sides of the
이어서, 두번째 p0 이온주입마스크(미도시)를 이용한 p0 이온주입공정을 실시하여 N- 도핑영역(217) 내에 p0 도핑영역(218)보다 깊은 po 도핑영역(226)을 형성한다. Subsequently, a p 0 ion implantation process using a second p 0 ion implantation mask (not shown) is performed to form a p o doped
이어서, RTP(Rapid Temperature Process) 또는 RTA(Rapid Temperature Process) 공정을 실시하여 소스/드레인 이온주입공정 및 p0 이온주입공정시 주입된 p형 또는 n형 불순물 이온을 확산시켜 목표치 프로파일(profile)을 갖는 소스/드레인 영역과 p0 도핑영역을 형성한다. Subsequently, a target temperature profile is diffused by performing a rapid temperature process (RTP) or a rapid temperature process (RTA) process to diffuse the p-type or n-type impurity ions implanted during the source / drain ion implantation process and the p 0 ion implantation process. which forms a source / drain region and the p-doped region 0.
이후, 이미 공지된 기술을 통해 금속배선 공정, 칼라필터 형성공정, 마이크로 렌즈 형성공정과 같은 후속 공정을 순차적으로 진행하여 CMOS 이미지 센서를 완성한다. Subsequently, the CMOS image sensor is completed by sequentially performing subsequent processes such as a metal wiring process, a color filter forming process, and a microlens forming process through a known technique.
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 실시 예가 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, 게이트 전극의 스페이서 형성시 스페이서를 이루는 실리콘 산화막을 일정 두께 잔류시킴으로써, 스페이서 형성시 기판 결함 및 포텐셜 베리어층의 결함을 억제할 수 있을 뿐만 아니라 기판 표면이 노출되지 않음에 따라 금속 오염을 감소시킬 수 있다. As described above, according to the present invention, the silicon oxide film constituting the spacer remains at a predetermined thickness when forming the spacer of the gate electrode, so that the defect of the substrate and the potential barrier layer during the formation of the spacer can be suppressed and the substrate surface is exposed. As a result, metal contamination can be reduced.
따라서, 암전류 발생을 억제하여 이미지 센서의 특성을 개선시킬 수 있다.Therefore, dark current generation can be suppressed to improve characteristics of the image sensor.
또한, 일정 두께 잔류된 실리콘 산화막 중 식각공정시 데미지를 입은 부분을 불산 용액을 이용해 제거함으로써, 암전류 발생 원인을 확실히 차단할 수 있다. In addition, by removing a portion of the silicon oxide film remaining a certain thickness damaged during the etching process using a hydrofluoric acid solution, it is possible to reliably block the cause of dark current generation.
또한, 열산화 공정 및 열처리 공정에 의해 스페이서 형성을 위한 건식식각공정시 발생된 기판의 결함 및 포텐셜 베리어층의 결함을 보상할 수 있다. In addition, defects in the substrate and defects in the potential barrier layer generated during the dry etching process for forming the spacers may be compensated for by the thermal oxidation process and the heat treatment process.
또한, 포텐셜 베리어층을 포함한 전체 구조 상부의 단차를 따라 질화 산화막(또는, 열산화막)을 형성하여 포텐셜 베리어층에 주입된 불순물 이온이 후속공정을 통해 외부로 확산되는 것을 차단하여 암전류에 대한 통로를 미리 제거할 수 있다. 따라서, 이미지 센서의 신뢰성을 확보할 수 있다.In addition, a nitride oxide film (or a thermal oxide film) is formed along the level of the upper part of the entire structure including the potential barrier layer, thereby preventing impurity ions injected into the potential barrier layer from diffusing to the outside through a subsequent process, thereby preventing passage of dark current. Can be removed in advance. Therefore, the reliability of the image sensor can be secured.
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2005
- 2005-12-19 KR KR1020050125405A patent/KR20070064856A/en not_active Application Discontinuation
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