KR20110079309A - 이미지 센서 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 실시예에 이미지 센서의 제조 방법은 기판 내에 불순물을 주입하는 단계; 상기 기판 상에 절연층을 형성하고, 상기 기판의 활성 영역이 노출되도록 상기 절연층의 일부를 식각하는 단계; 상기의 절연층 식각 공정에 의하여 노출되는 기판에 대하여 선택적 에피텍시얼 성장시키는 단계; 상기의 성장된 기판에 웰 영역을 형성하는 단계; 및 상기 기판에 게이트 전극과 소스/드레인 영역을 형성하는 단계;를 포함한다.
이미지 센서
Description
본 실시예는 이미지 센서 및 그 제조 방법에 대해서 개시한다.
이미지센서는 크게 CCD 센서와 CMOS 이미지 센서로 구분할 수 있으며, 이 두 장치는 기본적으로 실리콘 밴드갭보다 큰 에너지의 빛에 의하여 생성된 전자-홀 쌍(pair)을 이용하는데, 일반적으로 어느 한쪽(전자 또는 홀)을 모음으로써 조사된 빛의 양을 추정하는 기법을 이용하고 있다.
CMOS 이미지 센서는 각각의 이미지 픽셀내부에서 일반적인 CMOS 소자의 경우와 유사하게 포토다이오드 및 트랜지스터를 구현함으로써, 기존의 CMOS 반도체 제조 공정을 거의 그대로 사용하고 있기 때문에, 반드시 별도의 칩에서 이미지 신호 처리부를 가져야 하는 CCD에 비해, 픽셀 외부 블럭에 이미지 신호 처리 및 검출을 위한 회로를 일체화하여 집적할 수 있고 저전압 동작이 가능하며 제조 단가가 낮은 장점이 있다.
본 발명은 실리콘 기판위에 불소(F, fluorine) 또는 이를 포함하는 불화규소(SiF4) 이온주입과 선택적 에피(SEG, selective epitaxial growth) 공정을 이용한 기판 또는 소자분리막을 형성하는 격리형 트랜지스터에 관한 것이다.
기존의 STI 공정에 의해 형성된 소자분리막으로 제작된 트랜지스터의 전기적 격리특성 및 누설전류 등을 개선할 수 있는 이미지 센서 및 그 제조 방법을 제안한다.
본 실시예에 이미지 센서의 제조 방법은 기판 내에 불순물을 주입하는 단계; 상기 기판 상에 절연층을 형성하고, 상기 기판의 활성 영역이 노출되도록 상기 절연층의 일부를 식각하는 단계; 상기의 절연층 식각 공정에 의하여 노출되는 기판에 대하여 선택적 에피텍시얼 성장시키는 단계; 상기의 성장된 기판에 웰 영역을 형성하는 단계; 및 상기 기판에 게이트 전극과 소스/드레인 영역을 형성하는 단계;를 포함한다.
그리고, 상기 기판 내에 불순물을 주입하는 단계 이전에, 상기 기판 상에 패드 산화막을 형성하는 단계를 더 포함한다.
그리고, 상기 기판 내에 불순물을 주입하는 단계는 불소(F) 또는 이를 포함한 이온(SiF4)을 주입한다.
또한, 실시예의 이미지 센서는 기판; 상기 기판 상에 형성되고, 소자 분리막인 절연층; 상기 절연층들 사이에서 에피텍시얼 성장된 웰 영역; 상기 웰 영역 내에 형성된 소스/드레인 영역; 및 상기 웰 영역 상에 형성되는 게이트 전극;을 포함한다.
그리고, 상기 기판과 웰 영역 사이에는 불소 또는 이를 포함하는 이온이 주입되어 있는 불소 도핑 영역이 형성된다.
제안되는 바와 같은 이미지 센서 및 그 제조 방법에 의해서, SiF절연층으로 형성된 기판 분리막과 선택적 에피공정을 사용하여 소자 분리막을 형성시킨 격리형 트랜지스터 제작이 가능하다.
그리고, 기존 STI 공정과 달리 실리콘 식각 공정이 없어 활성영역의 전기적 격리, 누설전류, 소자 열화 특성 등을 개선할 수 있다. 또한, 추가적인 CMP 공정이 필요 없어 균일도 개선 및 활성영역이 손상되는 현상이 없는 장점이 있다.
이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다.
그리고, 이하의 설명에서, 단어 '포함하는'은 열거된 것과 다른 구성요소들 또는 단계들의 존재를 배제하지 않는다. 그리고, 첨부되는 도면에는 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 그 두께가 확대되어 도시된다. 그리고, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 층, 막, 영역, 판등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에"있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
도 1 내지 도 6은 본 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하는 도면이다.
이들 도면을 참조하여 본 실시예의 제조 방법을 살펴봄으로써, 실시예의 이미지 센서의 구성에 대해서 상세히 살펴본다.
먼저, 도 1을 참조하면, 실리콘 기판(1) 위에 패드 산화막(2)을 형성한다. 상기 패드 산화막(2)은 100Å 내지 200Å범위의 두께로 형성한다.
그 다음, 상기 기판(1) 내에 불소(F) 또는 이를 포함한 이온(SiF4)을 주입(implant)한다. 여기서, 상기 기판(1)에 주입되는 불순물의 양은 1012 내지 1016/㎠ 범위가 되도록 한다.
이로써, 상기 기판(1)에 도핑 영역으로서, 불소 도핑 영역(3)을 형성한다.
그 다음, 도 2를 참조하면, 소자 분리막으로 사용될 절연층을 증착하는 단계로서, 상기 기판(1) 상에 질화막 또는 산화막을 형성하여 절연층(4)을 형성한다. 상기 절연층(4)은 적절한 활성영역을 갖도록 3000Å~5000Å 범위의 두께로 증착형성한다.
그 다음, 도 3을 참조하면, 상기 기판(1) 상에 포토 레지스트 패턴(PR)을 형성하고, 상기 절연층(4)과 패드 산화막(2)을 식각함으로써 활성 영역의 실리콘 기판을 노출시킨다.
그리고, 상기 절연층(4)과 패드 산화막(2) 일부를 식각한 다음에는, 상기 포토 레지스트 패턴을 제거한다.
그 다음, 도 4를 참조하면, 노출된 상기 기판(1)에 대하여 남아있는 상기 절연층(4)의 두께만큼 선택적 에피텍시얼 성장(SEG)을 진행한다. 이때, 상기 절연층은 에피 성장이 되지 않고, 소자분리막의 역할을 하게 된다.
에피공정은 약1000도의 고온에서 진행할 수 있는데, 앞서 이온 주입된 불소가 실리콘과 반응/결합하여 안정된 불소 도핑 영역(3)(SiF층)이 활성화(activation)된다.
여기서, 불소 도핑 영역(3)은 절연특성을 갖게 되어 기판으로부터 활성영역을 격리시킬 수 있다.
그 다음, 도 5를 참조하면, 트랜지스터 형성을 위해 활성영역에 웰 이온주입, 게이트 형성, 소스/드레인 이온주입을 실시한다. 이로써, 상기 기판(1) 내에 웰 영역(5)과 소스/드레인 영역(7)이 형성되고, 상기 기판(1) 상에는 게이트 전극(6)이 형성된다.
그 다음, 도 6을 참조하면, 금속 배선을 위하여 상기 기판(1) 상에 층간 절연막(9)과, 컨택 플러그(10) 및 메탈(11)을 형성한다. 이러한 공정은 일반적인 CMOS 공정과 동일하다.
이렇게 제조된 이미지 센서는 기판(1)과, 상기 기판(1) 상에 형성된 불소 도핑 영역(3)과, 상기 불소 도핑 영역(3) 상에 형성되는 패드 산화막(2)을 포함한다.
그리고, 상기 패드 산화막(2)은 기판의 활성 영역에는 형성되지 않는다.
그리고, 상기 불소 도핑 영역(3)과 패드 산화막(2) 상에는 소자 분리막으로서 절연층(4)이 형성된다. 그리고, 상기 절연층(4)들 사이에는 에피텍시얼 성장된 실리콘 형성되고, 성장된 실리콘 기판내에는 불순물이 주입된 웰 영역(5)이 형성된다.
그리고, 상기 웰 영역(5)에는 소스/드레인 영역(7)이 형성되고, 상기 웰 영역(5) 상부에는 게이트 전극(6)이 형성된다.
따라서, 실시예의 이미지 센서는 SiF절연층으로 형성된 기판 분리막과 선택적 에피공정을 사용하여 소자 분리막을 형성시킨 격리형 트랜지스터가 된다.
그리고, 기존 STI 공정과 달리 실리콘 식각 공정이 없어 활성영역의 전기적 격리, 누설전류, 소자 열화 특성 등을 개선할 수 있다. 또한, 추가적인 CMP 공정이 필요 없어 균일도 개선 및 활성영역이 손상되는 현상이 없는 장점이 있다.
도 1 내지 도 6은 본 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하는 도면.
Claims (10)
- 기판 내에 불순물을 주입하는 단계;상기 기판 상에 절연층을 형성하고, 상기 기판의 활성 영역이 노출되도록 상기 절연층의 일부를 식각하는 단계;상기의 절연층 식각 공정에 의하여 노출되는 기판에 대하여 선택적 에피텍시얼 성장시키는 단계;상기의 성장된 기판에 웰 영역을 형성하는 단계; 및상기 기판에 게이트 전극과 소스/드레인 영역을 형성하는 단계;를 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 기판 내에 불순물을 주입하는 단계 이전에,상기 기판 상에 패드 산화막을 형성하는 단계를 더 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 기판 내에 불순물을 주입하는 단계는 불소(F) 또는 이를 포함한 이온(SiF4)을 주입하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 불소 또는 이를 포함한 이온은 1012 내지 1016/㎠ 범위의 양으로 주입하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기의 절연층 식각 공정에 의하여 노출되는 기판에 대하여 선택적 에피텍시얼 성장시키는 단계는, 상기 절연층을 식각한 다음 남아있는 절연층의 두께만큼 에피텍시얼 성장시키는 이미지 센서의 제조 방법.
- 기판;상기 기판 상에 형성되고, 소자 분리막인 절연층;상기 절연층들 사이에서 에피텍시얼 성장된 웰 영역;상기 웰 영역 내에 형성된 소스/드레인 영역; 및상기 웰 영역 상에 형성되는 게이트 전극;을 포함하는 이미지 센서.
- 제 6 항에 있어서,상기 기판과 웰 영역 사이에는 패드 산화막이 더 형성되는 이미지 센서.
- 제 7 항에 있어서,상기 패드 산화막은 상기 절연층과 기판 사이에도 형성되는 이미지 센서.
- 제 6 항에 있어서,상기 기판과 웰 영역 사이에는 불소 또는 이를 포함하는 이온이 주입되어 있는 불소 도핑 영역이 형성되는 이미지 센서.
- 제 9 항에 있어서,상기 불소 도핑 영역과 웰 영역 사이에는 패드 산화막이 더 형성되는 이미지 센서.
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