KR20080062065A - 수직형 시모스 이미지 센서의 제조 방법 - Google Patents
수직형 시모스 이미지 센서의 제조 방법Info
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Abstract
본 발명은 STI(shallow trench isolation) 공정에 따라 반도체 기판의 상측에 트랜치를 형성하는 단계; 상기 반도체 기판상에 상기 트랜치 영역을 오픈하는 포토레지스트 패턴을 구비하고, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 3가 중이온(heavy ion)을 주입하여 상기 트랜치 하부에 3가 중이온막을 형성하는 단계; 상기 트랜치에 산화물을 충진하고 상기 산화물을 CMP 공정을 통해 평탄화하여 STI를 형성하는 단계; 상기 STI로부터 이격된 상기 반도체 기판상의 일측 영역에 게이트 산화막 패턴과 게이트 폴리 패턴으로 이루어진 게이트 패턴을 구비하는 단계; 상기 게이트 패턴과 STI 사이의 청색 포토 다이오드 영역을 오픈하는 포토레지스트 패턴을 상기 반도체 기판상에 구비하는 단계; 및 상기 청색 포토 다이오드 영역을 오픈하는 포토레지스트 패턴을 이용하여 청색 포토 다이오드용 도펀트를 이온 주입하여 청색 포토 다이오드를 구비하는 단계를 포함하는 수직형 시모스 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것이다.
수직형 시모스 이미지 센서, 3가 중이온막, 청색 포토 다이오드
Description
도 1은 종래의 수직형 시모스 이미지센서의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예에 따른 수직형 시모스 이미지센서의 제조 방법에 따른 공정 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100: 반도체 기판 110: 3가 중이온막
120: STI 130: 제 1 포토레지스트 패턴
141: 게이트 산화막 패턴 142: 게이트 폴리 패턴
150: 제 3 포토레지스트 패턴 160: 청색 포토 다이오드
본 발명은 시모스 이미지센서의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 청색 포토 다이오드가 STI의 에지 영역에 접촉하는 문제를 해결하고 청색 포토 다이오드의 면적을 확보할 수 있는 수직형 시모스 이미지센서의 제조 방법에 관한 것이다.
이미지 센서(image sensor)는 광학적 이미지를 전기적 신호로 변형시키는 소자로서, 이미지 센서는 크게 CMOS(Complementary Metal-Oxide-Silicon) 이미지 센서와 CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서로 구분될 수 있다. CCD 이미지 센서는 CMOS 이미지 센서에 비하여 광감도(Photo sensitivity) 및 노이즈(noise)에 대한 특성이 우수하나, 고집적화에 어려움이 있고, 전력 소모가 높다. 이에 반하여, CMOS 이미지 센서는 CCD 이미지 센서에 비하여 공정들이 단순하고, 고집적화에 적합하며, 전력 소모가 낮다.
따라서, 최근에는 반도체 소자의 제조 기술이 고도로 발전함에 따라, CMOS 이미지 센서의 제조 기술 및 특성이 크게 향상되어 CMOS 이미지 센서에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 통상적으로, CMOS 이미지 센서의 화소(pixel)는 빛을 받아들이는 포토 다이오드들과 포토 다이오드들로부터 입력된 영상신호들을 제어하는 CMOS 소자들을 구비한다. 포토 다이오드들에서는 칼라 필터를 통해 입사되는 적색(Red)광, 녹색(Green)광 및 청색(Blue)광의 파장과 세기에 따라 전자(electron)-정공(hole) 쌍이 발생하고, 발생한 전자들의 양에 따라 출력신호가 변화됨으로써 이미지를 감지할 수 있다.
CMOS 이미지 센서와 같은 이미지 센서는 포토다이오드와 같은 광전변환부가 형성되는 화소 영역과 화소 영역에서 검출되는 신호들을 검출하기 위한 주변회로 영역을 구비하고, 주변회로 영역은 화소 영역을 둘러싸도록 위치한다.
이와 같은 종래의 CMOS 이미지 센서의 제조 방법은 도 1에 도시된 바와 같이 p-형 도펀트를 반도체 기판에 이온 주입을 실시하여 p-형 반도체 기판(1)으로 형성 하고 STI(shallow trench isolation) 공정을 수행하여 형성된 트랜치(2)에 보론(boron: 3)을 이온 주입한다.
보론을 이온 주입한 후, 게이트 산화막(5)과 게이트 폴리(6)로 이루어진 게이트 패턴을 형성하고 청색 포토 다이오드용 도펀트를 청색 포토 다이오드 영역에 이온 주입하여 청색 포토 다이오드(4)를 구비한다.
이와 같이 청색 포토 다이오드(4)가 STI의 에지(edge)에 닿지 않도록 하기 위하여 트랜치 형성 후에 STI 에지 부분에 보론을 이온 주입한 경우, 후속 열 공정에 의해 보론이 넓게 확산(diffusion)되는 문제점이 발생하여, 청색 포토 다이오드(4)의 면적이 적어지게 된다. 아울러, 이러한 특성으로 인하여 보론의 주입량을 증가시키기 어렵게 되고, 청색 포토 다이오드(4)의 STI 접촉을 완전히 피하기 어려운 문제가 발생하게 된다.
따라서, 화소 크기가 2.5㎛ 이하인 CMOS 이미지 센서에서는 청색 포토 다이오드의 면적 손실로 인하여 동적 범위(dynamic range)와 같은 성능을 개선하기 어렵게 되었다.
본 발명은 청색 포토 다이오드가 STI의 에지(edge) 영역에 닿지 않도록 하여 청색 포토 다이오드와 STI가 접촉하는 문제를 해결하고, 청색 포토 다이오드의 면적을 확보하여 성능을 향상시킬 수 있는 수직형 시모스 이미지 센서의 제조 방법을 제공하는데 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 STI(shallow trench isolation) 공정에 따라 반도체 기판의 상측에 트랜치를 형성하는 단계; 상기 반도체 기판상에 상기 트랜치 영역을 오픈하는 포토레지스트 패턴을 구비하고, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 3가 중이온(heavy ion)을 주입하여 상기 트랜치 하부에 3가 중이온막을 형성하는 단계; 상기 트랜치에 산화물을 충진하고 상기 산화물을 CMP 공정을 통해 평탄화하여 STI를 형성하는 단계; 상기 STI로부터 이격된 상기 반도체 기판상의 일측 영역에 게이트 산화막 패턴과 게이트 폴리 패턴으로 이루어진 게이트 패턴을 구비하는 단계; 상기 게이트 패턴과 STI 사이의 청색 포토 다이오드 영역을 오픈하는 포토레지스트 패턴을 상기 반도체 기판상에 구비하는 단계; 및 상기 청색 포토 다이오드 영역을 오픈하는 포토레지스트 패턴을 이용하여 청색 포토 다이오드용 도펀트를 이온 주입하여 청색 포토 다이오드를 구비하는 단계를 포함하는 수직형 시모스 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 상기 트랜치 하부에 3가 중이온막을 형성하는 단계에서 상기 3가 중이온은 Al, Ga, In, Ti, As 및 Sb으로 구성된 군에서 선택된 어느 하나의 3가 중이온인 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 3가 중이온막은 상기 3가 중이온을 3 ~ 6 Kev의 이온 주입 에너지로 5E14 ~ 5E15 ion/cm2의 이온 주입량으로 주입하여 상기 트랜치 하부에 300 ~ 500Å 두께로 형성하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서 제조방법에 따른 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서 제조방법은 도 2a에 도시된 바와 같이 먼저, STI(shallow trench isolation) 공정에 따라 반도체 기판(100)의 상측에 트랜치(101)를 형성한다.
트랜치(101)를 형성한 후, 도 2b에 도시된 바와 같이 반도체 기판(100) 상에 트랜치(101) 영역을 오픈하는 제 1 포토레지스트 패턴(130)을 구비하고, 이와 같은 제 1 포토레지스트 패턴(130)을 이용하여 3가 중이온(heavy ion)을 3 ~ 6 Kev의 이온 주입 에너지로 5E14 ~ 5E15 ion/cm2의 이온 주입량의 고농도로 주입하여 트랜치(101)의 하부에 300 ~ 500Å 두께의 3가 중이온막(110)을 형성한다. 여기서, 3가 중이온막(110)을 형성하기 위한 3가 중이온은 Al, Ga, In, Ti의 +3가 중이온과 As, Sb 등의 -3가 중이온을 포함할 수 있고, 본 발명의 실시예에서는 In을 주입하여 트랜치(101)의 하부에 3가 중이온막(110)을 형성한다.
트랜치(101)의 하부에 In을 주입하여 3가 중이온막(110)을 형성한 후, 트랜치(101)에 SiO2 등의 실리콘 산화물을 충진하고, 제 1 포토레지스트 패턴(130)을 제거하면서 트랜치(101)의 실리콘 산화물을 CMP 공정을 통해 평탄화하여 STI(120)를 형성한다.
STI(120)를 형성한 후, 도 2c에 도시된 바와 같이 STI(120)로부터 이격된 반도체 기판(100) 상의 게이트 영역에 게이트 산화막 패턴(141)과 게이트 폴리 패턴(142)으로 이루어진 게이트 패턴을 구비한다.
구체적으로, STI(120)를 구비한 반도체 기판(100) 상에 게이트 산화막 패턴(141)을 위한 산화막을 증착하고 산화막 상에 폴리 실리콘막을 증착하여, 이와 같이 증착된 폴리실리콘막 상에 구비된 게이트 패턴을 형성하기 위한 제 2 포토레지스트 패턴(도시하지 않음)을 이용하여 패터닝 공정을 수행함으로써 게이트 산화막 패턴(141)과 게이트 폴리 패턴(142)을 포함하는 게이트 패턴을 형성한다.
게이트 산화막 패턴(141)과 게이트 폴리 패턴(142)을 포함하는 게이트 패턴을 형성한 후, 도 2d에 도시된 바와 같이 청색 포토 다이오드 영역을 오픈하는 제 3 포토레지스트 패턴(150)을 게이트 패턴과 STI(120)를 포함한 반도체 기판(100) 상에 구비한다.
이어서, 제 3 포토레지스트 패턴(150)을 이용하여 청색 포토 다이오드용 도펀트를 청색 포토 다이오드 영역에 이온 주입하여 청색 포토 다이오드(160)를 구비할 수 있다.
따라서, 수직형 시모스 이미지 센서에서 STI(120) 에지 부근에 In과 같은 3가의 중이온을 이온 주입하여 3가 중이온막(110)을 형성하여, 청색 포토 다이오드(160)가 STI(120) 에지에 닿아서 발생하는 누설 전류의 문제를 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 청색 포토 다이오드(160)의 영역을 충분히 확보할 수 있으므로 청색 포토 다이오드(160)의 성능(capacity)을 증가시켜 포토 다이오드(160)의 동적 범 위(dynamic range)를 개선할 수 있다.
본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 전술한 실시예들은 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다.
또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양한 실시가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
상기한 바와 같이 본 발명은 STI 에지 부근에 3가의 중이온을 이온 주입하여 3가 중이온막을 형성하여, 청색 포토 다이오드가 STI 에지에 닿아서 발생하는 누설 전류의 문제를 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 청색 포토 다이오드의 영역을 충분히 확보하여 청색 포토 다이오드의 성능(capacity)을 증가시키고 포토 다이오드의 동적 범위(dynamic range)를 개선하여 수직형 시모스 이미지 센서의 이미지 특성을 향상시킬 수 있다.
Claims (3)
- STI(shallow trench isolation) 공정에 따라 반도체 기판의 상측에 트랜치를 형성하는 단계;상기 반도체 기판상에 상기 트랜치 영역을 오픈하는 포토레지스트 패턴을 구비하고, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 3가 중이온(heavy ion)을 주입하여 상기 트랜치 하부에 3가 중이온막을 형성하는 단계;상기 트랜치에 산화물을 충진하고 상기 산화물을 CMP 공정을 통해 평탄화하여 STI를 형성하는 단계;상기 STI로부터 이격된 상기 반도체 기판상의 일측 영역에 게이트 산화막 패턴과 게이트 폴리 패턴으로 이루어진 게이트 패턴을 구비하는 단계;상기 게이트 패턴과 STI 사이의 청색 포토 다이오드 영역을 오픈하는 포토레지스트 패턴을 상기 반도체 기판상에 구비하는 단계; 및상기 청색 포토 다이오드 영역을 오픈하는 포토레지스트 패턴을 이용하여 청색 포토 다이오드용 도펀트를 이온 주입하여 청색 포토 다이오드를 구비하는 단계를 포함하는 수직형 시모스 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 트랜치 하부에 3가 중이온막을 형성하는 단계에서상기 3가 중이온은 Al, Ga, In, Ti, As 및 Sb으로 구성된 군에서 선택된 어 느 하나의 3가 중이온인 것을 특징으로 하는 수직형 시모스 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 3가 중이온막은상기 3가 중이온을 3 ~ 6 Kev의 이온 주입 에너지로 5E14 ~ 5E15 ion/cm2의 이온 주입량으로 주입하여 상기 트랜치 하부에 300 ~ 500Å 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 수직형 시모스 이미지 센서의 제조 방법.
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