KR20100074518A - 수직형 씨모스 이미지 센서의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 빛의 산란에 의한 손실을 줄일 수 있는 수직형 씨모스 이미지 센서의 제조방법에 관한 것으로,
본 발명의 실시 예에 따른 수직형 씨모스 이미지 센서의 제조방법은 반도체 기판에 제 1 포토다이오드를 형성하는 단계와, 상기 제 1 포토다이오드를 포함한 반도체 기판에 제 1 중수소 이온 주입 공정을 통해 제 1 중수소 이온 영역을 형성하는 단계와, 상기 제 1 포토다이오드를 포함한 반도체 기판 전면에 제 1 에피층을 형성하는 단계와, 상기 제 1 에피층에 제 2 포토다이오드를 형성하는 단계와, 상기 제 2 포토다이오드를 포함한 제 1 에피층에 제 2 중수소 이온 주입 공정을 통해 제 2 중수소 이온 영역을 형성하는 단계와, 상기 제 2 포토다이오드를 포함한 제 1 에피층 전면에 제 2 에피층을 형성하는 단계와, 상기 제 2 에피층에 제 3 포토다이오드를 형성하는 단계와, 상기 제 3 포토다이오드를 포함한 제 2 에피층에 제 3 중수소 이온 주입 공정을 통해 제 3 중수소 이온 영역을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
중수소 이온 주입, 수직형 씨모스 이미지 센서
Description
본 발명은 수직형 씨모스 이미지 센서의 제조방법에 관한 것으로, 특히 빛의 산란에 의한 손실을 줄일 수 있는 수직형 씨모스 이미지 센서의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 씨모스 이미지 센서라 함은 광학 영상(optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 이중에서 전하 결합 소자(CCD: Charge Coupled Device)는 개개의 MOS(Metal-Oxide Silicon)캐패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 커패시터에 저장되고 이송되는 소자이다.
한편, 씨모스 이미지 센서는 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소 수 만큼의 포토다이오드와 이에 연결되어 채널을 열고 닫는 트랜지스터들을 만들고 상기 트랜지스터들을 이용하여 차례로 적색(RED), 녹색(GREEN) 및 청색(BLUE)의 광학 신호를 검출하여 스위칭 방식에 의해 출력하는 소자이다.
이러한 씨모스 이미지 센서는 낮은 소비전력, 낮은 공정 단가 및 높은 수준 의 집적도 등의 많은 장점들을 가지고 있다.
일반적인 씨모스 이미지 센서의 경우, 포토 다이오드를 포함하여 구동 등을 위한 트랜지스터들이 수평 상으로 형성되며, 단위 픽셀은 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 컬러 필터를 이용하여 해당 색상의 광을 감지하게 된다. 이 때, 일반적인 씨모스 이미지 센서에 있어서는, 하나의 단위 픽셀은 평면상으로 형성되는 상기 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 컬러필터를 모두 포함하여 대응되어야 하므로, 그 크기가 크게 되며, 따라서, 이러한 일반적인 씨모스 이미지 센서의 경우, 픽셀 집적도가 저하된다.
이와 같이, 일반적인 이미지 센서의 집적도 저하 문제를 개선하기 위해 수직형 이미지 센서가 제안되었다.
이러한 수직형 이미지센서는 단위 픽셀당 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 신호를 모두 감지할 수 있도록 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 포토다이오드가 수직적 구조로 되어 있다.
이러한 일반적인 수직형 씨모스 이미지 센서는 빛을 수광하기 위한 포토다이오드를 형성한 뒤에, 에피층을 성장시키는 방법으로 형성하는데, 이때, 실리콘 기판에 틈이 발생하는 것과 같이 층간 계면에 결함을 생성하게 된다. 이러한 결함은 빛에 의하여 생성되는 전자-홀 쌍의 생성을 저해하여 씨모스 이미지 센서의 감도를 떨어뜨리게 된다.
따라서, 본 발명은 빛의 산란에 의한 손실을 줄일 수 있는 수직형 씨모스 이미지 센서의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 수직형 씨모스 이미지 센서의 제조방법은 반도체 기판에 제 1 포토다이오드를 형성하는 단계와, 상기 제 1 포토다이오드를 포함한 반도체 기판에 제 1 중수소 이온 주입 공정을 통해 제 1 중수소 이온 영역을 형성하는 단계와, 상기 제 1 포토다이오드를 포함한 반도체 기판 전면에 제 1 에피층을 형성하는 단계와, 상기 제 1 에피층에 제 2 포토다이오드를 형성하는 단계와, 상기 제 2 포토다이오드를 포함한 제 1 에피층에 제 2 중수소 이온 주입 공정을 통해 제 2 중수소 이온 영역을 형성하는 단계와, 상기 제 2 포토다이오드를 포함한 제 1 에피층 전면에 제 2 에피층을 형성하는 단계와, 상기 제 2 에피층에 제 3 포토다이오드를 형성하는 단계와, 상기 제 3 포토다이오드를 포함한 제 2 에피층에 제 3 중수소 이온 주입 공정을 통해 제 3 중수소 이온 영역을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서의 제조방법은 결함을 가지고 있는 에피층 내의 결함 및 계면에서의 결함 영역에 수많은 실험과 경험으로 실제 제조 프로세스에 적용후에 도출된 최적화된 수치의 중수소 이온 주입을 실행함으로써 빛의 산란에 의한 손실을 줄이고, 빛에 의해 생성된 전자가 결함에 의하여 소멸되는 가능성을 줄여 포토 다이오드의 전기적 특성을 향상시킬 수 효과를 가진다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 이때 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는않는다.
그리고 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀두고자 한다.
이하, 본 발명의 기술적 과제 및 특징들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 본 발명을 구체적으로 살펴보면 다음 과 같다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시 예에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조방법에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1a 내지 1c는 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조방법을 나타내는 도면이다.
먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 제 1 에피층(epitaxial layer)이 성장된 반도체 기판(10)의 전면에 붕소(Boron) 이온을 주입하고, 반도체 기판(10) 상에 제 1 포토레지스트(미도시)을 형성하고, 제 1 포토레지스트를 패터닝하여 레드 포토다이오드가 형성될 영역을 노출시키는 제 1 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성한다. 이어, 제 1 포토레지스트 패턴을 이온주입 마스크로 이용하여 비소(As) 이온을 주입하여 레드(Red) 포토다이오드(12)를 형성한다. 그리고, 스트립(Strip) 공정을 통해 제 1 포토레지스트 패턴을 제거한다. 이후, 반도체 기판(10) 전면에 제 1 차 중수소 이온을 1~30KeV 에너지, 1E14~5E15 dose/cm2의 이온주입량으로 이온주입하여 제 1 차 중수소 이온 영역(14)을 형성한다.
이어서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 레드 포토다이오드(12)를 포함한 반도체 기판(10) 상에 제 2 에피층(16)을 적정 두께로 성장시킨다. 그리고, 레드 포토다이오드(12)를 연결하여 신호를 추출하기 위하여 제 1 플러그(18)을 형성한다. 여기서, 제 1 플러그(18)는 제 2 포토레지스트(미도시)를 제 2 에피층(16) 전면 상에 형성하고, 패터닝 공정을 통해 제 1 플러그(18)가 형성될 영역을 노출시키는 제 2 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성하여, 제 2 포토레지스트 패턴을 마스크로 레드 포토다이오드(12)가 노출되도록 제 2 에피층(16)을 패터닝하고, 제 2 포토레지스트 패턴을 이온주입 마스크로 이용하여 인(Ph)를 주입하여 형성한다. 여기서, 제 1 플러그(18)는 레드 포토다이오드 및 후술할 공정에서 형성되는 제 2 플러그(26)과 연결된다.
다음으로, 제 2 에피층(16) 상에 제 3 포토레지스트(미도시)을 형성하고, 제 3 포토레지스트를 패터닝하여 그린(Green) 포토다이오드가 형성될 영역을 노출시키는 제 3 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성한다. 이어, 제 3 포토레지스트 패턴을 이온주입 마스크로 이용하여 이온을 주입하여 그린(Red) 포토다이오드(20)를 형성한다. 그리고, 스트립(Strip) 공정을 통해 제 3 포토레지스트 패턴을 제거한다. 이후, 제 2 에피층(16) 전면에 제 2 차 중수소 이온을 1~100KeV 에너지, 1E14~5E15 dose/cm2의 이온주입량으로 이온주입하여 제 2 차 중수소 이온 영역(22)을 형성한다.
이어서, 도 1c에 도시된 바와 같이, 그린 포토다이오드(20)를 포함한 제 2 에피층(16) 상에 제 3 에피층(24)을 적정 두께로 성장시킨다. 그리고, 그린 포토다이오드(20)를 연결하여 신호를 추출하기 위하여 제 2 플러그(26)을 형성한다. 여기서, 제 2 플러그(26)는 제 4 포토레지스트(미도시)를 제 3 에피층(24) 전면 상에 형성하고, 패터닝 공정을 통해 제 2 플러그(26)가 형성될 영역을 노출시키는 제 4 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성하고, 제 4 포토레지스트 패턴을 마스크로 그린 포토다이오드(20)가 노출되도록 제 3 에피층(24)을 패터닝하고, 제 4 포토레지스트 패턴을 이온주입 마스크로 이용하여 인(Ph)를 주입하여 형성한다.
다음으로, 제 3 에피층(24) 상에 제 5 포토레지스트(미도시)을 형성하고, 제 5 포토레지스트를 패터닝하여 블루(Blue) 포토다이오드가 형성될 영역을 노출시키는 제 5 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성한다. 이어, 제 5 포토레지스트 패턴을 이온주입 마스크로 이용하여 이온을 주입하여 블루 포토다이오드(28)를 형성한다. 그리고, 스트립(Strip) 공정을 통해 제 5 포토레지스트 패턴을 제거한다. 이후, 제 3 에피층(24) 전면에 제 3 차 중수소 이온을 1~200KeV 에너지, 1E14~5E15 dose/cm2의 이온주입량으로 이온주입하여 제 3 차 중수소 이온 영역(30)을 형성한다. 여기서, 제 1, 2 및 3 차 중수소 이온 영역(14,22,30)은 반도체 기판 및 각 에피층의 하부에 형성된다.
이후, 공지된 후속 공정을 실시하여 수직형 씨모스 이미지 센서의 완성시킨다.
이러한 본 발명에 따른 수직형 씨모스 이미지 센서의 제조방법은 결함을 가지고 있는 에피층 내의 결함 및 계면에서의 결함 영역에 수많은 실험과 경험으로 실제 제조 프로세스에 적용후에 도출된 최적화된 수치의 중수소 이온 주입을 실행함으로써 빛의 산란에 의한 손실을 줄이고, 빛에 의해 생성된 전자가 결함에 의하여 소멸되는 가능성을 줄여 포토 다이오드의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 수직형 씨모스 이미지 센서는 레드, 그린 및 블루 포토다이오드로 예를 들어 설명하였지만, 이 순서를 바꾸어 형성하는 것 역시 적용가능하다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
도 1a 내지 1c는 본 발명에 따른 수직형 씨모스 이미지 센서의 제조방법을 나타내는 도면
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10: 반도체 기판 12: 레드 포토다이오드
14: 제 1차 중수소 이온 영역 16: 제 2 에피층
18: 제 1 플러그 20: 그린 포토다이오드
22: 제 2차 중수소 이온 영역 24: 제 3 에피층
26: 제 2 플러그 28: 블루 포토다이오드
30: 제 3차 중수소 이온 영역
Claims (8)
- 반도체 기판에 제 1 포토다이오드를 형성하는 단계와,상기 제 1 포토다이오드를 포함한 반도체 기판에 제 1 중수소 이온 주입 공정을 통해 제 1차 중수소 이온 영역을 형성하는 단계와 ,상기 제 1 포토다이오드를 포함한 반도체 기판 전면에 제 1 에피층을 형성하는 단계와,상기 제 1 에피층에 제 2 포토다이오드를 형성하는 단계와,상기 제 2 포토다이오드를 포함한 제 1 에피층에 제 2 중수소 이온 주입 공정을 통해 제 2차 중수소 이온 영역을 형성하는 단계와,상기 제 2 포토다이오드를 포함한 제 1 에피층 전면에 제 2 에피층을 형성하는 단계와,상기 제 2 에피층에 제 3 포토다이오드를 형성하는 단계와,상기 제 3 포토다이오드를 포함한 제 2 에피층에 제 3 중수소 이온 주입 공정을 통해 제 3차 중수소 이온 영역을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1 포토다이오드를 포함한 반도체 기판 전면에 제 1 에피층을 형성하는 단계 후,상기 제 1 포토다이오드와 연결되어 신호를 추출하는 제 1 플러그를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 제 2 포토다이오드를 포함한 제 1 에피층 전면에 제 2 에피층을 형성하는 단계 후,상기 제 2 포토다이오드와 연결되어 신호를 추출하는 제 2 플러그를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1, 2 및 3 포토다이오드는 레드, 그린 및 블루 포토다이오드인 것을 특징으로 하는 수직형 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,제 1차 중수소 이온 주입 공정은1~30KeV 에너지, 1E14~5E15 dose/cm2의 이온주입량으로 실행하는 것을 특징으로 하는 수직형 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,제 2차 중수소 이온 주입 공정은1~100KeV 에너지, 1E14~5E15 dose/cm2의 이온주입량으로 실행하는 것을 특징으로 하는 수직형 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,제 3차 중수소 이온 주입 공정은1~200KeV 에너지, 1E14~5E15 dose/cm2의 이온주입량으로 실행하는 것을 특징으로 하는 수직형 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1, 2 및 3 차 중수소 이온 영역은 상기 반도체 기판 및 각 상기 에피층의 하부에 형성되는 것을 특징으로 하는 수직형 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
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KR1020080132978A KR20100074518A (ko) | 2008-12-24 | 2008-12-24 | 수직형 씨모스 이미지 센서의 제조방법 |
Publications (1)
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ID=42637030
Family Applications (1)
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KR1020080132978A KR20100074518A (ko) | 2008-12-24 | 2008-12-24 | 수직형 씨모스 이미지 센서의 제조방법 |
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-
2008
- 2008-12-24 KR KR1020080132978A patent/KR20100074518A/ko not_active Application Discontinuation
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