KR100935048B1

KR100935048B1 - 이미지센서 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100935048B1
Application number: KR1020070139268A
Authority: KR
Inventors: 김태규
Original assignee: 주식회사 동부하이텍
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2007-12-27
Publication date: 2009-12-31
Also published as: KR20090071069A

Abstract

실시예에 따른 이미지센서는 기판상에 형성된 트랜지스터; 상기 트랜지스터의 일측에 형성된 포토다이오드, 상기 트랜지스터의 타측에 형성된 트랜지스터 영역; 상기 트랜지스터 영역 상의 기판에 콘택홀을 포함하여 형성된 절연막; 상기 컨택홀 하측의 트랜지스터 영역에 이온주입을 통해 형성된 제1 도전형 고농도 이온주입영역;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이미지센서, 오믹 컨택

Description

이미지센서 및 그 제조방법{Image Sensor and Method for Manufacturing the same}

실시예는 이미지센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 이미지 센서(Image sensor)는 광학적 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로써, 크게 전하결합소자(charge coupled device: CCD)와 씨모스(CMOS; Complementary Metal Oxide Silicon) 이미지 센서(Image Sensor)(CIS)로 구분된다.

씨모스 이미지 센서는 단위 화소 내에 포토 다이오드와 모스 트랜지스터를 형성시킴으로써 스위칭 방식으로 각 단위 화소의 전기적 신호를 순차적으로 검출하여 영상을 구현한다.

종래기술에 의한 CIS소자는 빛 신호를 받아서 전기 신호로 바꾸어 주는 포토다이오드(Photo Diode) 영역과, 이 전기 신호를 처리하는 트랜지스터 영역으로 구분할 수 있다.

현재 시모스 이미지 센서의 제작에 있어, 플로팅디퓨젼영역(Floating Diffusion Area) 면적에 따라, 졍션 커패시턴스 밸유(Junction Capacitance Value) 가 변함으로 인해 센서티버티 품질(Sensitivity Property)이 변화됨으로 인해 커패시턴스를 줄이는 방법으로 플러그 이온주입(Plug Implant) 등을 이용하고 있다.

이때, 플러그 이온주입(Plug Implant) 공정은 후공정(Backend process)이어서 일반적인 FAB 공정시 프로토콜(Protocol) 상의 문제가 될 수 있어, 적용에 애로점이 많다. 또한, 추가적은 사진공정(Photo) 및 RIE 등의 식각공정이 발생한다는 문제도 있다.

실시예는 FD(Floating Diffusion) 영역의 오믹컨택(Ohmic Contact) 형성을 위한 N+ 이온주입영역을 최소화시킴으로써 감도의 개선과 노이즈(Noise) 특성을 개선할 수 있는 이미지센서 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.

또한, 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법은 기판상에 트랜지스터를 형성하는 단계; 상기 트랜지스터의 일측에는 포토다이오드를 형성하고, 상기 트랜지스터의 타측에는 트랜지스터 영역을 형성하는 단계; 상기 트랜지스터 영역이 형성된 기판상에 절연막을 형성하는 단계; 상기 트랜지스터 영역 상의 상기 절연막을 선택적으로 식각하여 컨택홀을 형성하는 단계; 및 상기 컨택홀 하측의 트랜지스터 영역에 이온주입을 통해 제1 도전형 고농도 이온주입영역을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

실시예에 따른 이미지센서 및 그 제조방법에 의하면, 포토다이오드(Photo Diode) 영역의 절연층(ONO) 구조를 이용하여, FD(Floating Diffusion) 영역의 오믹컨택(Ohmic Contact) 형성을 위한 컨택홀 형성 및 이온주입을 통해 N+ 이온주입영역을 최소화시킴으로써 감도의 개선과 노이즈(Noise) 특성을 개선할 수 있다.

또한, 실시예에 의하면 FD(Floating Diffusion) Node의 졍션 커패시턴스(Junction Capacitance) 값을 줄이기 위한 공정으로 후공정(Backend process)이 아닌 전공정(Frontend process)에서 이온주입(Implantation)을 적용함으로써 추가적인 사진공정(Photo) 및 RIE 등의 식각공정 등을 줄임으로써 수율을 향상시킬 수 있다.

또한, 실시예에 의하면 기존의 FD Node의 실리콘 대미지(Silicon Damage)를 줄이기 위한 식각공정을 진행할 경우 사진공정(Photo) 및 RIE 등의 식각공정의 추가진행 없이 플러그 이온주입(Plug Implantation)과 동일한 효과를 얻을 수 있다.

이하, 실시예에 따른 이미지센서 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

실시예의 설명에 있어서, 각 층의 "상/아래(on/under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상/아래는 직접(directly)와 또는 다른 층을 개재하여(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.

본 발명은 씨모스이미지센서에 한정되는 것이 아니며, CCD 이미지센서 등 모든 이미지센서에 적용이 가능하다.

(실시예)

도 1은 실시예에 따른 이미지센서의 단면도이다.

실시예는 FD(Floating Diffusion) 영역이 채용되는 4 Tr CIS에 대한 예를 들고 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니다.

실시예에 따른 이미지센서는 기판(110) 상에 형성된 트랜지스터(120); 상기 트랜지스터(120)의 일측에 형성된 포토다이오드(PD), 상기 트랜지스터의 타측에 형성된 트랜지스터 영역; 상기 트랜지스터 영역 상의 기판에 콘택홀을 포함하여 형성된 절연막(130); 상기 컨택홀 하측의 트랜지스터 영역에 이온주입을 통해 형성된 제1 도전형 고농도 이온주입영역(140);을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 트랜지스터 영역은 FD(Floating Diffusion) 영역일 수 있으나, 이에 한정되는 것이 아니다.

상기 절연막(130)은 상기 기판(110) 상에 순차적으로 형성된 제1 절연막(131), 제2 절연막(133), 제3 절연막(135)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 절연막(131)과 제3 절연막(135)은 산화막이며, 상기 제2 절연막(133)은 질화막일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예는 상기 제1 도전형 고농도 이온주입영역(140)과 전기적으로 연결되도록 형성된 컨택 플러그(160)를 더 포함할 수 있다.

실시예에 따른 이미지센서에 의하면, 포토다이오드(Photo Diode)(PD) 영역의 절연층(ONO) 구조를 이용하여, FD(Floating Diffusion) 영역의 오믹컨택(Ohmic Contact) 형성을 위한 컨택홀 형성 및 이온주입을 통해 N+ 이온주입영역(140)을 최소화시킴으로써 감도의 개선과 노이즈(Noise) 특성을 개선할 수 있다.

이하, 도 2 내지 도 6을 참조하여 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법을 설명한다.

우선, 도 2와 같이 기판(110) 상에 트랜지스터(120)를 형성한다. 실시예의 이미지센서가 4 Tr CIS인 경우에, 상기 트랜지스터(120)는 트랜스퍼 트랜지스터(Tx) 일 수 있으나 이에 한정되는 것이 아니다.

이후, 상기 트랜지스터(120)의 일측에는 포토다이오드(PD)를 형성하고, 상기 트랜지스터(120)의 타측에는 트랜지스터 영역을 형성한다. 예를 들어, 상기 트랜지스터(120) 일측에 이온주입에 의해 N-/P0(미도시)의 포토다이오드를 형성할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 트랜지스터(120)의 타측에 이온주입에 의해 트랜지스터 영역을 형성한다. 예를 들어, 트랜지스터(120)의 타측에 이온주입에 의해 FD(Floating Diffusion) 영역을 형성할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

이후, 상기 트랜지스터 영역이 형성된 기판(110)상에 절연막(130)을 형성한다. 예를 들어, 상기 기판(110)상에 제1 절연막(131), 제2 절연막(133), 제3 절연막(135)을 순차적으로 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 절연막(131)과 제3 절연막(135)은 SiO₂ 등과 같은 산화막으로, 상기 제2 절연막(133)은 SiN 등과 같은 질화막으로 형성할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

다음으로, 도 3과 같이 상기 트랜지스터 영역 상의 상기 절연막(130)을 선택적으로 식각하여 컨택홀(H)을 형성한다. 예를 들어, 상기 트랜지스터 영역 상의 상기 제3 절연막(135)을 건식식각에 의해 선택적으로 식각하여 컨택홀(H)을 형성할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

다음으로, 도 4와 같이 상기 제3 절연막(135)의 식각에 의해 노출된 제2 절연막(133)을 습식식각에 의해 선택적으로 식각하여 상기 제1 절연막(131)을 노출시킬 수 있다.

이후, 상기 노출된 제1 절연막(131)을 패드막으로 하여 상기 컨택홀 하측의 트랜지스터 영역에 이온주입을 통해 제1 도전형 고농도 이온주입영역(140)을 형성한다.

예를 들어, 상기 컨택홀 하측의 트랜지스터 영역에 이온주입을 통해 N+ 영역(140)을 형성할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

다음으로, 도 5와 같이 상기 제1 도전형 고농도 이온주입영역(140)이 형성된 기판(110) 상에 콘택 플러그 형성을 위한 감광막 패턴(210)을 형성한다. 예를 들어, 상기 감광막 패턴(210)은 상기 콘택홀(H)의 폭 보다 넓은 폭으로 상기 절연층(130)을 노출시킬 수 있다.

다음으로, 상기 제1 도전형 고농도 이온주입영역(140)과 전기적으로 연결되는 컨택 플러그(160)를 형성한다. 예를 들어, 상기 감광막 패턴(210)을 식각마스크로 하여 상기 제3 절연막(135)과 제1 절연막(131)을 선택적으로 제거하여 상기 제1 도전형 고농도 이온주입영역(140)을 노출시킨 후 컨택플러그를 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 상기 제3 절연막(135)과 제1 절연막(131)은 상기 제2 절연막(133)에 비해 선택비가 높은 습식식각 용액을 이용하여 식각할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

이후, 상기 콘택 플러그(160)가 형성된 기판(110) 상에 층간절연층(150)을 형성할 수 있다. 또는, 상기 층간절연층(150)을 형성한 후 컨택 플러그(160)를 형성할 수도 있다.

본 발명은 기재된 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 청구항의 권리범위에 속하는 범위 안에서 다양한 다른 실시예가 가능하다.

도 1은 실시예에 따른 이미지센서의 단면도.

도 2 내지 도 6은 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법의 공정단면도.

Claims

삭제
삭제
삭제
삭제
기판상에 트랜지스터를 형성하는 단계;

상기 트랜지스터의 일측에는 포토다이오드를 형성하고, 상기 트랜지스터의 타측에는 플로팅 디퓨젼 영역을 형성하는 단계;

상기 플로팅 디퓨젼 영역이 형성된 기판상에 절연막을 형성하는 단계;

상기 플로팅 디퓨젼 영역 상의 상기 절연막을 선택적으로 식각하여 컨택홀을 형성하는 단계; 및

상기 컨택홀 하측의 플로팅 디퓨젼 영역에 이온주입을 통해 제1 도전형 고농도 이온주입영역을 형성하는 단계;를 포함하고,

상기 플로팅 디퓨젼 영역이 형성된 기판상에 절연막을 형성하는 단계는 상기 기판상에 제1 절연막, 제2 절연막, 제3 절연막을 순차적으로 형성하는 단계를 포함하고,

상기 컨택홀을 형성하는 단계는 상기 플로팅 디퓨젼 영역 상의 상기 제3 절연막과, 제2 절연막을 순차적으로 선택적인 식각을 진행하여 컨택홀을 형성하되, 상기 제1 절연막은 잔존시키며,

상기 제1 도전형 고농도 이온주입영역을 형성하는 단계는, 상기 제1 절연막을 패드막으로 하여 상기 컨택홀 하측의 플로팅 디퓨젼 영역에 이온주입을 통해 제1 도전형 고농도 이온주입영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
삭제
제5 항에 있어서,

상기 제1 절연막과 제3 절연막은 산화막으로, 상기 제2 절연막은 질화막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
제7 항에 있어서,

상기 제3 절연막의 식각은 건식식각에 의하고,

상기 제2 절연막의 식각은 습식식각에 의하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.
제5 항, 7항 및 제8 항 중 어느 하나의 항에 있어서,

상기 제1 도전형 고농도 이온주입영역을 형성하는 단계 후에,

상기 제1 도전형 고농도 이온주입영역과 전기적으로 연결되는 컨택 플러그를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 제조방법.