KR20100057237A - 이미지 센서 및 그의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
이미지 센서 및 그의 제조 방법이 개시된다. 주변 영역 및 픽셀 영역을 갖는 이미지 센서는, 픽셀 영역에 형성된 포토 다이오드와, 포토 다이오드의 상부에 형성된 층간 절연막과 금속 배선 및 포토 다이오드의 주변 및 내부 중 적어도 하나에 형성된 수소 영역을 구비하는 것을 특징으로 한다. 그러므로, 포토 다이오드의 주변 과 내부의 결함 예를 들면, 포토 다이오드 계면 결함이나 내부 결정의 결함처럼 전자의 소멸 원인이 되는 부분에 수소 이온을 결합시켜서 빛에 의하여 생성된 전자의 손실을 억제하여 감도를 향상시킬 수 있고, 암전류(Dark Current)를 감소시켜 전기적 특성을 향상시킬 수도 있는 효과를 갖는다.
이미지 센서, 수소 영역, 결함
Description
본 발명은 반도체 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 이미지 센서 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 이미지 센서는 광학 영상(optical image)을 전기신호로 변환시키는 반도체 소자로써, 개별 모스(MOS:metaloxide-silicon) 캐패시터(capacitor)가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 이중결합소자(CCD:charge coupled device)와 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로에 사용하는 씨모스(CMOS)기술을 이용하여 화소수 만큼 모스 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용한 씨모스(CMOS:complementary MOS) 이미지 센서가 있다.
한편, 일반적인 씨모스 이미지 센서의 제조 방법에 있어서, 보다 높은 해상도 및 높은 집적도를 얻기 위하여 보다 작은 크기의 픽셀을 요구하고 있다. 그러나, 픽셀의 크기가 작아질수록 빛에 의하여 생성되는 전자의 양은 작아지며 또 한 생성된 전자들이 소멸될 수 있는 결함의 상대적인 비율도 매우 크게 증가하는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 수광된 빛에 의해서 생성된 전자들을 소멸시키는 결함을 최소화시킬 수 있는 이미지 센서 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 이루기 위해, 주변 영역 및 픽셀 영역을 갖는 본 발명에 의한 이미지 센서는, 상기 픽셀 영역에 형성된 포토 다이오드와, 상기 포토 다이오드의 상부에 형성된 층간 절연막과 금속 배선 및 상기 포토 다이오드의 주변 및 내부 중 적어도 하나에 형성된 수소 영역으로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 다른 과제를 이루기 위해, 주변 영역 및 픽셀 영역을 갖는 이미지 센서의 본 발명에 의한 제조 방법은, 상기 픽셀 영역에 포토 다이오드를 형성하는 단계와, 상기 포토 다이오드의 상부에 층간 절연막과 금속 배선을 형성하는 단계 및 상기 포토 다이오드의 주변 및 내부 중 적어도 하나에 수소 영역을 형성하는 단계로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 이미지 센서 및 그의 제조 방법은 픽셀 내의 포토 다이오드의 주변 및 포토 다이오드의 내부에 수소 영역을 형성하여, 포토 다이오드의 주변 과 내부의 결함 예를 들면, 포토 다이오드 계면 결함이나 내부 결정의 결함처럼 전자의 소멸 원인이 되는 부분에 수소 이온을 결합시켜서 빛에 의하여 생성된 전자의 손실을 억제하여 감도를 향상시킬 수 있고, 암전류(Dark Current)를 감소시켜 전기적 특성을 향상시킬 수도 있는 효과를 갖는다.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 이미지 센서를 첨부한 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 이미지 센서의 단면도를 나타낸다.
일반적으로, 이미지 센서는 빛을 수광하는 픽셀 영역(Pixel Area)과 수광된 빛을 처리하는 주변 영역(Peri Area)을 갖는다.
픽셀 영역에서, 반도체 기판(100)에 다수의 광 감지 소자인 포토 다이오드(104)가 형성되어 있다. 비록, 도 1에서 하나의 포토 다이오드(104)만이 도시되어 있다고 하더라도, 복수개의 포토 다이오드가 도 1에 도시된 포토 다이오드(104)와 동일한 형태로 형성될 수 있다.
도 1에 도시된 이미지 센서에서, 소자 분리막(미도시)에 의해 활성 영역이 정의된다.
픽셀 영역에서, 포토 다이오드(104)를 포함하는 반도체 기판(100)상에 적어도 하나의 절연막(110)이 순차적으로 적층되어 형성되어 있다. 구체적으로 예를 들면, 픽셀 영역과 주변 영역의 반도체 기판(100)의 상부에 제1, 제2, 제3 및 제4 층간 절연막들(112, 114, 116 및 118)이 형성되어 있다. 픽셀 영역에서 제2 및 제3 층간 절연막들(114 및 116)에 금속 배선(120)이 형성되어 있다. 금속 배선(120)은 포토 다이오드(104)로 광이 입사되는 경로를 막지 않는 곳에 형성되어 있다. 주변 영역에서 제2, 제3 및 제4 층간 절연막들(114, 116 및 118)에 금속 배선(120)과 패드(미도시)가 형성되어 있다. 부가하여, 제4 절연막(118)의 상부의 필요한 부분에 광 차폐막(미도시)이 더 마련될 수도 있다.
또한, 제4 절연막(118)의 상부에 마이크로 렌즈(150)가 형성되어 있다. 도 1의 경우 하나의 마이크로 렌즈(150)만이 도시되어 있지만 도 1에 도시된 마이크로 렌즈와 비슷한 마이크로 렌즈가 복수 개 형성될 수 있다. 비록 도시되지는 않았지만, 제4 층간 절연막(118)과 마이크로 렌즈(150)의 사이에 평탄화층(미도시)이 더 존재할 수도 있다.
이상에서 살펴본 구조들은 통상적인 이미지 센서에 기본적으로 마련되는 것들로서, 이들에 대한 상세한 설명은 생략한다.
한편, 본 발명에 의한 이미지 센서의 경우, 도 1에 도시된 포토 다이오드(104)의 주변 및 내부 중 적어도 하나에 수소 영역(102)이 형성되어 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 수소 영역(102)과 포토 다이오드(104)가 부분적으로 오버랩될 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 국한되지 않는다. 즉, 도 1에 도시된 바와 달리 수소 영역(102)은 포토 다이오드(104)를 포함하여 기판(100)의 깊숙이 형성될 수도 있다. 여기서, 수소 영역(102)이 형성되는 포토 다이오드(104)의 주변이란, 소자 분리막과 포토 다이오드(104)의 계면 및 포토 다이오드(104)의 상부 표면을 포함할 수 있다.
이하, 도 1에 도시된 본 발명의 실시예에 의한 이미지 센서의 제조 방법을 첨부한 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 의한 이미지 센서의 제조 방법에 의한 공정 단면도들을 나타낸다.
도 2를 참조하면, 픽셀 영역에서 반도체 기판(100)에 적어도 하나의 포토 다이오드(104)를 형성한다. 이후, 픽셀 영역과 주변 영역에서, 포토 다이오드(104)를 포함한 반도체 기판(100)의 상부에 적어도 하나의 층간 절연막(110)을 형성한다. 층간 절연막(110)은 산화막이나 질화막으로 형성될 수도 있다. 이때, 활성 영역을 정의하는 소자 분리막(미도시)도 형성된다.
이때, 층간 절연막(110)을 선택적으로 식각하여 금속 배선(120)을 픽셀 영역에 형성하고 금속 배선(120)과 패드를 주변 영역에 형성한다.
전술한 바와 같이, 포토 다이오드(104), 층간 절연막(110), 금속 배선(120) 및 패드(미도시)를 형성하는 과정은 일반적인 이미지 센서의 제조 방법과 동일하므로 이들에 대한 더 상세한 설명은 생략한다.
이후, 본 발명에 의한 이미지 센서의 제조 방법은, 마이크로 렌즈(150)를 형성하기 이전에, 픽셀 영역에서 포토 다이오드(104)의 주변 및 내부 중 적어도 하나에 수소 영역(102)을 형성한다. 여기서, 포토 다이오드(104)의 주변이란, 포토 다이오드(104)와 소자 분리막의 계면 및 포토 다이오드(104)의 상부 표면을 포함할 수 있다. 포토 다이오드(104)의 내부란, 포토 다이오드(1040의 결정 결함이 존재하는 부분을 의미한다.
수소 영역(102)은 도 1에 도시된 바와 같이 포토 다이오드(104)와 부분적으로 오버랩되도록 형성될 수도 있지만, 도 1에 도시된 바와 달리 포토 다이오드(104)를 모두 포함하도록 반도체 기판(100)의 아래쪽까지 깊숙이 형성될 수도 있다.
이하, 본 발명의 실시예들에 의한 수소 영역(102)의 형성 방법을 살펴보면 다음과 같다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 도 1에 도시된 수소 영역(102)은 포토 다이오드(104)를 수소 분위기에서 어닐링처리하여 형성될 수도 있다.
이와 같이 형성된 수소 영역(102)의 수소는 빛에 의하여 생성되는 전자들이 소멸될 수 있는 전자와 결합하여 전자들이 소멸할 수 있는 원인을 제거하는 데 기여한다. 그러나, 이와 같이 어닐링에 의한 확산에 의하여 수소가 픽셀 영역의 포토 다이오드(104)에 도달하는데 한계가 있을 수 있으며, 후속의 열처리 과정에서 수소는 소자 근처에서 대기중으로 빠져(Out-Diffusion)나갈 수도 있다.
이러한 Out-Diffusion 현상에 대처하도록, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 수소 영역(102)은 수소 이온을 주입하는 방법에 의해서도 형성될 수 있다. 예를 들면, 최상위의 층간 절연막(118)의 상부에 픽셀 영역을 오픈하는 포토 레지스트 패턴(130)을 형성한다. 포토 레지스트 패턴(130)은 일반적인 포토 리소그라피 공정에 의해 주변 영역을 덮고 픽셀 영역을 노출하도록 형성될 수 있다. 이후, 포토 레지스트 패턴(103)을 이온 주입 마스크로서 이용하여, 픽셀 영역에 수소 이온(132)을 주입하여 도 1에 도시된 바와 같이 수소 영역(102A)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 수소 이온(132)은 200 내지 500KeV의 에너지로 1E13 내지 1E15 atoms/㎠의 농도로 주입될 수 있다.
이후, 이온(132)을 주입하여 수소 영역(102)을 일차적으로 형성한 이후에, 포토 레지스트 패턴(130)을 제거한다. 이후, 도 3에 도시된 바와 같이 이온 주입된 결과물(102A)을 열처리(140)할 수도 있다. 예를 들어, 열처리(140)는 350℃ 내지 450℃의 온도에서 10 내지 30분간 수행될 수 있다. 이와 같이, 열처리를 수행할 경우, 수소 이온들이 이후의 열처리 과정에서 Out-Diffusion되는 것이 방지된다. 즉, 열처리에 의해 수소 이온들이 포토 다이오드(104)의 주변이나 내부의 결함등과 더욱 결합될 수 있다.
전술한 바와 같이, 수소 영역(102)은 마이크로 렌즈(150)를 형성하기 이전에 제4 층간 절연막(118)에 대한 화학적 기계적 연마(CMP:Chemical Mechanical Polishing) 공정을 완료한 이후에 형성된다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 이미지 센서의 단면도를 나타낸다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 의한 이미지 센서의 제조 방법에 의한 공정 단면도들을 나타낸다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : 반도체 기판 102 : 수소 영역
104 : 포토 다이오드 110 : 층간 절연막
120 : 금속 배선 150 : 마이크로 렌즈
Claims (9)
- 주변 영역 및 픽셀 영역을 갖는 이미지 센서에 있어서,상기 픽셀 영역에 형성된 포토 다이오드;상기 포토 다이오드의 상부에 형성된 층간 절연막과 금속 배선; 및상기 포토 다이오드의 주변 및 내부 중 적어도 하나에 형성된 수소 영역을 구비하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제1 항에 있어서, 소자 분리막에 의해 정의되는 활성 영역에 형성된 상기 포토 다이오드를 갖는 이미지 센서에 있어서,상기 포토 다이오드의 주변은 상기 포토 다이오드와 상기 소자 분리막의 계면 및 상기 포토 다이오드의 상부 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 주변 영역 및 픽셀 영역을 갖는 이미지 센서의 제조 방법에 있어서,상기 픽셀 영역에 포토 다이오드를 형성하는 단계;상기 포토 다이오드의 상부에 층간 절연막과 금속 배선을 형성하는 단계; 및상기 포토 다이오드의 주변 및 내부 중 적어도 하나에 수소 영역을 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제3 항에 있어서, 상기 수소 영역은 상기 포토 다이오드를 수소 분위기에서 어닐링처리하여 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제3 항에 있어서, 상기 수소 영역을 형성하는 단계는최상위의 상기 층간 절연막의 상부에 상기 픽셀 영역을 오픈하는 포토 레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및상기 포토 레지스트 패턴을 이온 주입 마스로서 이용하여, 상기 픽셀 영역에 수소 이온을 주입하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제5 항에 있어서, 상기 수소 영역을 형성하는 단계는상기 수소 이온을 주입한 후에, 상기 이온 주입된 결과물을 열처리하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제3 항에 있어서, 소자 분리막에 의해 정의되는 활성 영역에 형성된 상기 포토 다이오드를 갖는 이미지 센서의 제조 방법에 있어서,상기 포토 다이오드의 주변은 상기 포토 다이오드와 상기 소자 분리막의 계면 및 상기 포토 다이오드의 상부 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제5 항에 있어서, 상기 수소 이온은 200 내지 500KeV의 에너지로 1E13 내지 1E15 atoms/㎠의 농도로 주입되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제6 항에 있어서, 상기 열처리는 350℃ 내지 450℃의 온도에서 10 내지 30분간 수행되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
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