KR20070071047A - 시모스 이미지 센서의 매몰콘택 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 매몰콘택 형성시 공정이 복잡하고, 시간과 비용이 많이 소요되는 문제를 해결하는 씨모스 이미지 센서의 매몰콘택 형성방법을 제공하기 위한 것으로, 본 발명은 반도체 기판 상부에 게이트절연막을 형성하는 단계, 상기 게이트절연막 상에 폴리실리콘막을 형성하는 단계, 상기 NMOS영역을 오픈시키는 제1감광막패턴을 형성하는 단계, 상기 제1감광막패턴을 이온주입마스크로 N형 이온주입하는 단계, 상기 제1감광막패턴에 감광막베이크공정을 실시하는 단계, 상기 제1감광막패턴 및 폴리실리콘막 상에 매몰콘택영역을 오픈시키는 제2감광막패턴을 형성하는 단계, 상기 제2감광막패턴을 이온주입마스크로 상기 게이트절연막을 타겟으로 이온주입하는 단계, 상기 제1 및 제2감광막패턴을 제거하는 단계를 포함하고, 상기한 본 발명은 매몰콘택 디파인 전에 N형 이온주입을 실시한 후, 감광막을 제거하지 않고 바로 매몰콘택 디파인을 하기때문에 공정이 보다 단순해고, 시간과 비용이 많이 소요되는 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.

이미지 센서, 콘택, 이온주입

Description

시모스 이미지 센서의 매몰콘택 형성방법{METHOD FOR FABRICATING THE SAME OF CMOS IMAGE SENSOR IN BRURIED CONTACT}

도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 매몰콘택 형성방법을 설명하기 위한 공정 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

11 : 반도체 기판 12 : 게이트절연막

13a : P형폴리실리콘막 13b : N형폴리실리콘막

14 : 제1감광막패턴 15 : 제2감광막패턴

16a : 매몰콘택

본 발명은 시모스 이미지 센서의 제조방법에 관한 것으로, 특히 시모스 이미지 센서의 매몰콘택 형성방법에 관한 것이다.

이미지 센서(Image Sensor)는 1차원 또는 2차원 이상의 광하 ㄱ정보를 전기 신호로 변환하는 장치이다. 이미지 센서의 종류는 크게 나누어 촬상관과 고체 촬상 소자로 분류된다. 촬상관은 텔레비전을 중심으로 하여 화상처리기술을 구사한 계층, 제어, 인식 등에서 널리 상용되며 응용 기술이 발전되었다. 시판되는 고체의 이미지 센서는 MOS(metal oxide semiconductor)형과 CCD(charge coupled device)형의 두종류가 있다.

CMOS이미지 센서는 CMOS제조 기술을 이용하여 광학적 이미지를 전기적신호로 변환시키는 소자로서, 화소수 만큼 MOS트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용하고 있다. CMOS이미지 센서는, 종래 이미지 센서로 널리 사용되고 있는 CCD이미지 센서에 비하여 구동 방식이 간편하고 다양한 스캐닝 방식의 구현이 가능하며, 신호처리 회로를 단일칩에 집적할 수 있어 제품의 소형화가 가능할 뿐만 아니라, 호환성의 CMOS기술을 사용하므로 제조 단가를 낮출 수 있고, 전력 소모 또한 크게 낮다는 장점을 지니고 있다.

한편, 최근들어 이미지 센서의 픽셀 사이즈(Pixel size)가 감소함에 따라 이미지 센서의 수광소자인 포토 다이오드가 차지하는 면적, 즉 필팩터(Fill factor)를 증가시키기 위해 매몰콘택(Buried contact) 공정을 이용하고 있다.

이하에서는, 이러한 매몰콘택 공정을 적용한 CMOS 이미지 센서의 제조방법에 대해 간략히 설명하기로 한다.

먼저, 공지된 CMOS 공정기술에 따라 게이트 산화막 형성공정이 완료된 기판 상에 매몰콘택용 폴리 실리콘을 증착한다. 그런 다음, 포토리소그래피 (Photolithograpy) 공정을 통해 매몰콘택이 형성될 영역, 즉 매몰콘택 영역을 정의(define)하고, 매몰콘택 영역의 폴리 실리콘을 식각하여 제거한다.

이어서, 매몰콘택 영역에 약 40KeV의 에너지로 비소(As)를 주입하여 오믹콘택(Ohmic contact)이 형성되도록 한다. 그런 다음, 전체구조 상부에 폴리 실리콘을 추가로 약 1500Å정도 증착한 후, 열공정(Annealing)을 실시한다.

이후에는, NMOS를 형성시키기 위해 포토리소그래피 공정을 한번 더 진행한 후, 이온주입공정을 실시하여 고농도, 예컨대 5.0E15 atoms/㎠ 도즈량의 P형 불순물 이온을 약 30KeV의 에너지로 주입하고, 후속으로 잔류하는 포토레지스트를 제거하는 스트립(Strip) 공정을 실시한다.

그러나, 이와 같은 일반적인 CMOS 이미지 센서 제조공정에 따르면, 매몰콘택을 형성하기 위해 별도의 식각공정이 필요하고, 또한 폴리 실리콘을 1차로 식각한 후 추가로 폴리 실리콘의 증착공정이 필요하므로, 제조공정이 복잡해지고, 제조시간 및 제조비용이 증가하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 매몰콘택 형성시 공정이 복잡하고, 시간과 비용이 많이 소요되는 문제를 해결하는 씨모스 이미지 센서의 매몰콘택 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 씨모스 이미지 센서의 매몰콘택 형성방법은 반도체 기판 상부에 게이트절연막을 형성하는 단계, 상기 게이트절연막 상에 폴리실리콘막을 형성하는 단계, 상기 NMOS영역을 오픈시키는 제1감광막패턴을 형성하는 단계, 상기 제1감광막패턴을 이온주입마스크로 N형 이온주입하는 단계, 상기 제1감광막패턴에 감광막베이크공정을 실시하는 단계, 상기 제1감광막패턴 및 폴리실리콘막 상에 매몰콘택영역을 오픈시키는 제2감광막패턴을 형성하는 단계, 상기 제2감광막패턴을 이온주입마스크로 상기 게이트절연막을 타겟으로 이온주입하는 단계, 상기 제1 및 제2감광막패턴을 제거하는 단계를 포함한다.

이하, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발며으이 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 매몰콘택 형성방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.

도 1a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(11) 상부에 게이트절연막(12)을 형성한다. 여기서, 게이트절연막(12)은 45Å∼50Å의 두께로 형성한다. 이때, 도시되지는 않았지만, 반도체 기판(11)은 활성영역을 정의하는 소자분리막을 포함하고, PMOS(100)와 NMOS(200)로 정의된다.

이어서, 게이트절연막(12) 상에 P형 불순물이 도핑된 폴리실리콘막(13a)을 형성한다. 여기서, 폴리실리콘막(13a)은 2000Å∼2500Å의 두께로 형성한다.

이어서, NMOS(200)영역의 폴리실리콘막(13a)을 오픈시키는 제1감광막패턴 (14)을 형성한다. 이를 위해, 게이트절연막(12) 상에 감광막을 9000Å∼10000Å의 두께로 형성하고, 노광 및 현상으로 NMOS(200)영역의 폴리실리콘막(13a)을 오픈시킨다.

이어서, 제1감광막패턴(14)을 이온주입마스크로 NMOS(200)영역의 폴리실리콘막(13a)에 N형 이온주입공정을 실시한다. 여기서, N형 이온은 인(P+)으로 사용하여 실시하되, 30keV의 에너지로, 5.0E15의 도즈로 이온주입을 실시한다.

이하, NMOS(200)영역의 N형 이온주입공정을 실시한 폴리실리콘막(13a)을 'N형 폴리실리콘막(13b)'라고 한다.

도 1b에 도시된 바와 같이, 제1감광막패턴(14)을 감광막베이크(Photo Resist Bake)공정을 통해 단단하게 만든다. 이를 위해, 110℃에서 120초동안 공정을 실시한다.

감광막베이크공정을 통해 단단해진 제1감광막패턴(14)은 후속 포토마스크(Photo Mask) 및 식각공정에도 처음의 형상을 유지할 수 있다.

이어서, 제1감광막패턴(14) 및 N형 폴리실리콘막(13b) 상에 제2감광막패턴(15)을 형성한다. 여기서, 제2감광막패턴(15)은 후속 매몰콘택(Buried Contact)을 디파인(Define)하기 위한 것으로, 8000Å∼9000Å의 두께로 형성한다.

이를 위해, 제1감광막패턴(14) 및 N형 폴리실리콘막(13b) 상에 감광막을 형성하고, 노광 및 현상으로 매몰콘택 예정지역을 오픈시킨다. 여기서, 매몰콘택 예정지역은 0.2×0.2㎛∼0.35×0.35㎛의 사이즈로 디파인한다.

이어서, 제2감광막패턴(15)을 이온주입마스크로 매몰콘택 예정지역에 이온주 입을 실시하여 게이트절연막(12)을 파괴(Break down)시킨다(16).

이를 위해, 고전류(High Gurrent)장비를 이용하여 폴리실리콘막(13b)을 통과하여 게이트절연막(12) 위치에 이온주입도즈(Implant dose)의 픽(peak)이 오도록 실시한다. 또한, 150keV∼160keV의 고에너지, 이온주입도즈를 1E14∼5E16의 높은 도즈로 하여, 비소(As) 또는 인(P+)을 주입한다.

게이트절연막(12)에 비소 또는 인을 주입하여 파괴(16) 시킴과 동시에 전도성(Conductance)을 확보할 수 있다. 즉, 도 1c에 도시된 바와 같이, 비소 또는 인 주입에 의해서 게이트절연막(12)의 파괴된 부분(16)이 전도성을 갖는 매몰콘택(16a)이 되고, 이 전도성을 갖는 매몰콘택(16a)은 폴리실리콘막(13b)과 반도체 기판(11)을 연결한다.

여기서, 폴리실리콘막(13b)은 소스팔로어(Source follower)역할을 하는 드라이브 트랜지스터의 게이트와 활성영역(즉, 포토다이오드)을 연결하고자 하는 폴리실리콘라인이다. 게이트절연막(12)의 파괴라 함은 게이트절연막(12)을 이루고 있는 실리콘과 산소의 결합이 끊어지는 것을 의미하며, 따라서 주입된 불순물들에 의해 전도성을 갖게되는 실리콘이 폴리실리콘막(13b)과 반도체 기판(11)을 연결하게 되는 것이다.

이어서, 제1감광막패턴(14) 및 제2감광막패턴(15)을 제거한다. 여기서, 제1 및 제2감광막패턴(14, 15)은 에싱(ASH) 또는 습식식각으로 제거한다.

상기한 본 발명은 매몰콘택을 형성하여 적은 면적으로 배선 공정이 가능하면서도, 접합캐패시턴스의 비율을 줄이고, 낮은 도핑접합이 되도록하여 누설전류 방 지특성이 좋아짐으로 인해 암전류레벨의 감소효과를 얻을 수 있으며, 매몰콘택 디파인 전에 N형 이온주입을 실시하고, 감광막을 제거하지 않고 바로 매몰콘택 디파인을 하기때문에 공정이 보다 단순해지는 장점이 있다.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예들에 따라 구체적으로 기록되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

상술한 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서의 매몰콘택 형성방법은 매몰콘택 디파인 전에 N형 이온주입을 실시한 후, 감광막을 제거하지 않고 바로 매몰콘택 디파인을 하기 때문에 공정이 보다 단순해고, 시간과 비용이 많이 소요되는 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.

Claims (14)

1. 반도체 기판 상부에 게이트절연막을 형성하는 단계;

   상기 게이트절연막 상에 폴리실리콘막을 형성하는 단계;

   상기 NMOS영역을 오픈시키는 제1감광막패턴을 형성하는 단계;

   상기 제1감광막패턴을 이온주입마스크로 N형 이온주입하는 단계;

   상기 제1감광막패턴에 감광막베이크공정을 실시하는 단계;

   상기 제1감광막패턴 및 폴리실리콘막 상에 매몰콘택영역을 오픈시키는 제2감광막패턴을 형성하는 단계;

   상기 제2감광막패턴을 이온주입마스크로 상기 게이트절연막을 타겟으로 이온주입하는 단계; 및

   상기 제1 및 제2감광막패턴을 제거하는 단계

   를 포함하는 씨모스 이미지 센서의 형성방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1감광막패턴은 9000Å∼10000Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 형성방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 감광막베이크공정은,

   110℃에서 120초간 실시하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 형성방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 N형 이온주입을 하는 단계에서,

   상기 N형 이온은 인을 사용하되, 이온주입 농도를 5.0E15도즈로 실시하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 형성방법.
5. 제4항에 있어서,

   상기 N형 이온주입은 30keV에너지로 실시하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 형성방법.
6. 제1항에 있어서,

   상기 제2감광막패턴을 형성하는 단계에서,

   상기 제2감광막패턴은 8000Å∼9000Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하 는 씨모스 이미지 센서의 형성방법.
7. 제1항에 있어서,

   상기 제2감광막패턴을 형성하는 단계에서,

   매몰콘택영역은 0.2×0.2㎛∼0.35×0.35㎛의 크기만큼 오픈되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 형성방법.
8. 제1항에 있어서,

   상기 게이트절연막을 타겟으로 이온주입 하는 단계에서,

   상기 이온주입은 폴리실리콘막을 통과하는 에너지로 실시하되, 150keV∼160keV로 실시하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 형성방법.
9. 제8항에 있어서,

   상기 이온주입은 비소 또는 인을 주입하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 형성방법.
10. 제9항에 있어서,

    상기 이온주입은,

    이온주입 농도를 1E14∼5E16으로 실시하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 형성방법.
11. 제1항에 있어서,

    상기 제1 및 제2감광막패턴을 제거하는 단계는 에싱 또는 습식세정공정으로 실시하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 형성방법.
12. 제1항에 있어서,

    상기 게이트절연막은 45Å∼50Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 형성방법.
13. 제1항에 있어서,

    상기 폴리실리콘막은 P형 불순물이 도핑된 P형 폴리실리콘막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 형성방법.
14. 제13항에 있어서,

    상기 폴리실리콘막은 2000Å∼2500Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 형성방법.

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