KR100730472B1 - 이미지센서의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이미지센서에 관한 것으로, 특히 금속 콘택이 이루어지는 부분에만 선택적으로 실리사이드를 형성하여 콘택 저항 및 누설 전류를 감소시킬 수 있으며, 별도의 추가 공정을 생략할 수 있어 제조 원가를 감소시킬 수 있는 이미지센서 및 그 제조 방법제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은, 제1도전형 반도체층 상에 배치된 게이트전극; 상기 게이트전극의 일측에 접하며, 상기 반도체층 내에 형성된 포토다이오드; 상기 게이트전극의 타측에 접하며, 상기 반도체층 내에 형성된 제2도전형의 불순물 영역; 상기 불순물 영역에 콘택된 금속 패턴; 및 상기 불순물 영역과 상기 금속 패턴이 접하는 계면에 배치된 실리사이드를 포함하여 이루어지는 이미지센서를 제공한다.

또한, 본 발명은, 제1도전형 반도체층 상에 게이트전극을 형성하는 제1단계; 상기 반도체층 내에 형성되되, 상기 게이트전극의 일측에 접하도록 포토다이오드를 형성하는 제2단계; 상기 반도체층 내에 형성되되, 상기 게이트전극의 타측에 접하도록 제2도전형의 불순물 영역을 형성하는 제3단계; 상기 게이트전극을 포함한 전체 구조 상부에 절연막을 형성하는 제4단계; 상기 절연막을 선택적으로 식각하여 상기 불순물 영역의 표면을 노출시키는 콘택홀을 형성하는 제5단계; 상기 노출된 불순물 영역의 표면에만 실리사이드를 형성하는 제6단계; 및 적어도 상기 콘택홀을 매립하는 금속 패턴을 형성하는 제7단계를 포함하여 이루어지는 이미지센서 제조 방법을 제공한다.

살리사이드, 포토다이오드, 금속 패턴, RTP, FD.

Description

이미지센서의 제조 방법{Fabricating method of image sensor}

도 1a 내지 도 1c는 종래기술에 따른 이미지센서 제조 공정을 도시한 단면도,

도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서 제조 공정을 도시한 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

20 : 반도체층

21 : 필드 절연막

22, 23 : 게이트전극

24 : 스페이서

25 : 절연막

26b : 실리사이드

29 : 금속 패턴

본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로 특히, 이미지센서 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 누설전류를 감소시킬 수 있는 살리사이드(Self align silicide)를 이용한 이미지센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 이미지센서라 함은 광학 영상(Optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체소자로서, 이중 전하결합소자(CCD : Charge Coupled Device)는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 커패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 커패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, CMOS(Complementary MOS; 이하 CMOS) 이미지센서는 제어회로(Control circuit) 및 신호처리회로(Signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소수만큼 MOS트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(Output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.

이러한 다양한 이미지센서를 제조함에 있어서, 이미지센서의 감광도(Photo sensitivity)를 증가시키기 위한 노력들이 진행되고 있는 바, 그 중 하나가 집광기술이다. 예컨대, CMOS 이미지센서는 빛을 감지하는 포토다이오드와 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 CMOS 로직회로부분으로 구성되어 있는 바, 광감도를 높이기 위해서는 전체 이미지센서 면적에서 포토다이오드의 면적이 차지하는 비율(이를 통상 Fill Factor"라 한다)을 크게 하려는 노력이 진행되고 있다.

도 1a 내지 도 1c는 종래기술에 따른 이미지센서의 살리사이드 형성 공정을 도시한 단면도이다.

이하, 도 1a 내지 도 1c를 참조하여 종래의 살리사이드 형성 공정을 살펴보는 바, 여기서 반도체층(10)은 고농도인 P++ 층 및 P-Epi층이 적층된 것을 이용하는 바, 이하 도면의 간략화를 위해 반도체층(10)으로 칭한다.

먼저 도 1a에 도시된 바와 같이, 반도체층(10)에 국부적으로 필드 절연막(11)을 형성한 다음, 필드 절연막(11)과 떨어진 영역에 게이트전극(12, 13) 예컨대, 트랜스퍼 게이트(Transfer gate)를 형성한 다음, 게이트전극(12, 13)의 일측에 접하는 포토다이오드(PD) 및 게이트전극(12, 13)의 타측에 접하는 센싱노드(FD), 즉 소스/드레인을 형성하는 바, 통상의 포토다이오드 형성을 위한 이온주입 공정을 통해 형성된다.

이어서, 전체 구조 표면을 따라 Ti 등의 금속막(15a)을 형성하는 바, 스퍼터링(Sputtering)법을 이용하여 300Å ∼ 500Å의 두께가 되도록 한다.

다음으로 도 1b에 도시된 바와 같이, 730℃ 정도의 온도에서 20초 정도의 시간 동안 급속열처리(Rapid Thermal Process; 이하 RTP라 함)함으로써, 실리사이드(15b)를 형성하는 바, 이 때 N₂ 등의 가스 분위기에서 열처리를 함으로써 기판(10)의 Si와 Ti 등의 금속이 반응하여 TiSi₂ 등의 실리사이드(15b)가 형성된다.

이 때, 살리사이드 공정이 적용되는 바, 산화막 계열에서는 Ti가 반응하지 않고 미반응 Ti가 잔류하게 되므로, 세정 공정 등을 실시하여 이러한 미반응 Ti를 제거한 다음, 다시 850℃ 정도의 고온에서 RTP를 실시함으로써, FD 등의 콘택 형성에 저항을 감소시킬 수 있는 실리사이드(15b)가 형성된다.

다음으로 도 1c에 도시된 바와 같이, 게이트전극(12, 13)과 제1금속층간의 절연을 위하여 PMD(Pre Metal Dielectric, 16) 물질을 증착한 다음, PMD(16)를 선택적으로 식각하여 금속층 콘택 부위를 형성한 후, 상기 콘택 부위에 금속 패턴(17)을 형성한다.

다음으로, 도면에 도시되지는 않았지만, 금속 패턴(17) 상부에 적층된 다수의 금속 패턴을 형성한 다음, 보호막 등을 형성하며, 그 상부에 CFA(Colour Filter Array) 및 마이크로 렌즈 등을 형성항으로써, 이미지센서 제조 공정이 완료된다.

한편, 상기와 같은 종래와 같은 살리사이드 공정을 통해 이미지센서를 제조할 경우 실리사이드 형성이 필요없는 영역에는 산화막 계열의 보호막을 형성한 다음, 별도의 리소그라피(Lithography) 공정을 실시해야 하므로, 이에 따른 제조 비용의 상승과 더불어 콘택 형성 영역 보다 더 넓은 범위로 실리사이드가 형성되며 이에 따라, 누설전류(Leakage current)의 증가하는 문제점이 발생하게 된다.

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 본 발명은, 금속 콘택이 이루어지는 부분에만 선택적으로 실리사이드를 형성하여 콘택 저항 및 누설 전류를 감소시킬 수 있으며, 별도의 추가 공정을 생략할 수 있어 제조 원가를 감소시킬 수 있는 이미지센서 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

삭제

목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 제1도전형 반도체층 상에 게이트전극을 형성하는 단계와, 상기 반도체층 내에 상기 게이트전극의 일측에 접하도록 포토다이오드를 형성하는 단계와, 상기 반도체층 내에 상기 게이트전극의 타측에 접하도록 제2도전형의 센싱 노드를 형성하는 단계와, 상기 반도체층 상에 상기 게이트전극을 덮도록 절연막을 형성하는 단계와, 상기 절연막을 선택적으로 식각하여 상기 센싱 노드의 표면을 노출시키는 콘택홀을 형성하는 단계와, 상기 콘택홀을 통해 노출되는 상기 센싱 노드의 표면에 실리사이드를 형성하는 단계와, 적어도 상기 콘택홀을 매립하여 상기 실리사이드와 접촉되는 금속 패턴을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 실리사이드를 형성하는 단계는, 상기 콘택홀을 포함한 결과물 전면에 실리사이드 형성 물질을 증착하는 단계와, 제1 열처리 공정을 실시하여 상기 센싱 노드의 표면에 상기 실리사이드를 형성하는 단계와, 미반응된 실리사이드 형성 물질을 제거하는 단계와, 상기 제1 열처리 공정보다 높은 온도로 제2 열처리 공정을 실시하여 상기 실리사이드의 저항을 낮추는 단계를 포함하여 이루어지는 이미지센서 제조 방법을 제공한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 2d는 본 발명의 일실시예에 따라 형성된 이미지센서의 단면도이다.

도 2d를 참조하면, 본 발명의 이미지센서는, P형 반도체층(20) 상에 배치된 게이트전극(22, 23)과, 게이트전극(22, 23) 측벽에 형성된 스페이서(24)와, 게이트전극(22, 23)의 일측에 접하며, 반도체층(20) 내에 소정의 깊이로 형성된 포토다이오드(PD)와, 게이트전극(22, 23)의 타측에 접하며, 반도체층(20) 내에 형성된 N형의 불순물 영역(FD)와, 불순물 영역(FD)에 콘택된 금속 패턴(27)과, 불순물 영역(FD)과 금속 패턴(27)이 접하는 계면에 배치된 실리사이드(26b)를 구비하여 구성된다.

여기서, 실리사이드(26b)는 TiSi₂이며, 금속 패턴(27)은, Al 또는 Cu이며, 불순물 영역(FD)은, 소스/드레인 즉, 센싱노드(Floating diffusion)이다.

이하 상기한 구성을 갖는 이미지센서의 제조 공정을 자세히 살펴보는 바, 도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서 제조 공정을 도시한 단면도이다.

여기서, 반도체층(20)은 고농도인 P++ 층 및 P-Epi층이 적층된 것을 이용하는 바, 이하 도면의 간략화를 위해 반도체층(20)으로 칭한다.

먼저 도 2a에 도시된 바와 같이, 반도체층(20)에 국부적으로 필드 절연막(21)을 형성한 다음, 필드 절연막(21)과 떨어진 영역에 게이트전극(22, 23) 예컨대, 트랜스퍼 게이트(Transfer gate)를 형성한 다음, 이온주입 마스크(도시하지 않음)를 이용하여 필드 절연막(21)과 게이트전극(22, 23)에 접하는 포토다이오드용 N형 불순물 영역(도시하지 않음)을 반도체층(20) 내부에 소정의 깊이로 형성 한다. 이어서, 피알 스트립(PR strip)을 통해 이온주입 마스크(도시하지 않음)를 제거한 다음, 질화막 등을 전면에 증착한 후 전면식각을 통해 게이트전극(22, 23) 측벽에 스페이서(24)를 형성한다.

이어서, 포토다이오드용 P형 전극 형성을 위한 이온주입 마스크(도시하지 않음)을 이용하여 이온주입을 실시하여 n- 영역의 반대 영역에 게이트전극(22, 23)과 필드 절연막(21)에 접하는 N 형의 불순물 영역(FD)을 형성한다.

다음으로 도 2b에 도시된 바와 같이, 게이트전극(22, 23)과 후속 금속 패턴 간의 절연을 위하여 절연막(25) 예컨대, PMD(Pre Metal Dielectric)를 형성한 다음, 절연막(25)을 선택적으로 식각하여 불순물 영역(FD)의 표면을 노출시키는 콘택홀(30)을 형성한 후, 콘택홀(30)을 포함한 결과물 전면에 실리사이드 형성 물질 예컨대, Ti를 증착하여 Ti막(26a)을 형성하는 바, 스퍼터링(Sputtering)법을 이용하여 300Å 내지 500Å의 두께가 되도록 한다.

다음으로 도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 노출된 불순물 영역(FD)의 표면에만 실리사이드(26b)를 형성한다.

구체적으로 설명하면, 680℃ ∼ 780℃의 온도 하에서 15초 ∼ 25초 동안 열처리 예컨대, RTP를 실시하여 상기 노출된 불순물 영역의 표면에 실리사이드(26b)를 형성한다. 이 때, 살리사이드 공정이 적용되는 바, 산화막 계열에서는 Ti가 반응하지 않고 미반응 Ti가 잔류하게 되므로, 세정 공정 등을 실시하여 이러한 미반응 Ti를 제거한 다음, 다시 800℃ ∼ 900℃ 정도의 고온에서 15초 ∼ 25초 동안 RTP를 실시함으로써, 불순물 영역(FD) 등의 콘택 저항을 감소시킬 수 있는 실리사 이드(26b)가 형성된다. 이때, 상술한 각 열처리는, N₂ 가스 분위기에서 실시힌다.

다음으로 도 2d에 도시된 바와 같이, 불순물 영역(FD)에 콘택된 금속 패턴(27)을 형성하는 바, 콘택 영역 또는 콘택 영역보다 더 넓은 폭의 상부를 갖도록 한다.

이 때, 금속 패턴(27)은 전도성이 뛰어난 Al 또는 Cu 등을 이용한다.

상기한 바와 같이 이루어지는 본 발명은, 센싱 노드에 콘택된 금속 패턴 형성 전에 콘택 저항을 감소시키기 위한 살리사이드 형성시 콘택 형성 부위에만 살리사이드가 형성되도록 함으로써, 누설전류 및 콘택 저항을 감소시킬 수 있으며 살리사이드 형성을 위한 별도의 산화막 형성과 마스크 공정을 생략할 수 있어 공정 단순화를 기할 수 있으며, 제조 원가를 감소시킬 수 실시예를 통해 알아 보았다.

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

상술한 본 발명은, 살리사이드 형성을 위한 별도의 증착 및 마스크 공정을 생략할 수 있으며 콘택 저항 및 누설 전류를 최소화할 수 있어, 궁극적으로 이미지 센서의 성능 및 가격 경쟁력을 동시에 향상시킬 수 있는 탁월한 효과를 기대할 수 있다.

Claims (15)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1도전형 반도체층 상에 게이트전극을 형성하는 단계;

   상기 반도체층 내에 상기 게이트전극의 일측에 접하도록 포토다이오드를 형성하는 단계;

   상기 반도체층 내에 상기 게이트전극의 타측에 접하도록 제2도전형의 센싱 노드를 형성하는 단계;

   상기 반도체층 상에 상기 게이트전극을 덮도록 절연막을 형성하는 단계;

   상기 절연막을 선택적으로 식각하여 상기 센싱 노드의 표면을 노출시키는 콘택홀을 형성하는 단계;

   상기 콘택홀을 통해 노출되는 상기 센싱 노드의 표면에 실리사이드를 형성하는 단계; 및

   적어도 상기 콘택홀을 매립하여 상기 실리사이드와 접촉되는 금속 패턴을 형성하는 단계를 포함하되,

   상기 실리사이드를 형성하는 단계는,

   상기 콘택홀을 포함한 결과물 전면에 실리사이드 형성 물질을 증착하는 단계;

   제1 열처리 공정을 실시하여 상기 센싱 노드의 표면에 상기 실리사이드를 형성하는 단계;

   미반응된 실리사이드 형성 물질을 제거하는 단계; 및

   상기 제1 열처리 공정보다 높은 온도로 제2 열처리 공정을 실시하여 상기 실리사이드의 저항을 낮추는 단계

   를 포함하여 이루어지는 이미지센서 제조 방법.
7. 삭제
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 실리사이드 형성 물질을 증착하는 단계는 스퍼터링법을 이용하여 상기 실리사이드 형성 물질이 300Å 내지 500Å의 두께로 증착되도록 실시하는 이미지센서 제조 방법.
9. 제 6 항에 있어서,

   상기 제1 열처리 공정은 680℃ 내지 780℃의 온도 하에서 15초 내지 25초 동안 실시하는 이미지센서 제조 방법.
10. 제 6 항에 있어서,

    상기 제2 열처리 공정은 800℃ 내지 900℃의 온도 하에서 15초 내지 25초 동안 실시하는 이미지센서 제조 방법.
11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,

    상기 제1 및 제2 열처리 공정은 N₂ 가스 분위기에서 실시하는 이미지센서 제조 방법.
12. 제 6 항에 있어서,

    상기 실리사이드는, TiSi₂인 이미지센서 제조 방법.
13. 제 6 항에 있어서,

    상기 금속 패턴은, Al 또는 Cu인 이미지센서 제조 방법.
14. 삭제
15. 제 6 항에 있어서,

    상기 제1도전형은 P형이며, 상기 제2도전형은 N형인 이미지센서 제조 방법.

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