KR100971209B1 - 씨모스 이미지 센서의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 씨모스 이미지 센서에 관한 것으로, 특히, 빛의 손실을 줄일 수 있는 씨모스 이미지 센서의 제조방법에 관한 것으로,
본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조방법은 제 1 에피층이 형성된 반도체 기판의 부분 상에 게이트 절연막 및 게이트 전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트 절연막 및 게이트 전극을 포함한 반도체 기판 전면에 층간절연막을 형성하고 평탄화하는 단계와; 상기 게이트 전극과 인접한 제 1 에피층의 일정 부분이 노출되도록 상기 층간절연막을 식각하고 노출된 상기 제 1 에피층 영역을 성장시켜 제 2 에피층을 형성하는는 단계와; 상기 층간절연막을 제거하고, 상기 제 2 에피층을 노출시키면서 상기 게이트 전극 상에 포토레지스트를 형성하는 단계와; 상기 포토레지스트를 마스크로 하여 상기 제 1 및 제 2 에피층에 이온주입을 하여 포토 다이오드를 위한 제 1 및 제 2 도전형 확산 영역을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
에피층, 이온주입
Description
본 발명은 씨모스 이미지 센서에 관한 것으로, 특히, 빛의 손실을 줄일 수 있는 씨모스 이미지 센서의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지 센서는 광학적 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 크게 전하 결합소자(charge coupled device: CCD)와 씨모스 이미지 센서(CMOS image sensor)로 구분된다. 전하 결합 소자(charge coupled device: CCD)는 각각의 모스(MOS) 커패시터가 서로 인접하여 배치된 구조를 가지며, 전하 캐리어가 임의의 모스 커패시터에 저장된 후 그 후단의 모스 커패시터로 전송되는 방식의 소자이다. 상기 전하 결합 소자는 복잡한 구동 방식, 많은 전력 소모, 많은 포토공정 스텝으로 인한 복잡한 제조공정 등의 단점을 갖는다. 또한, 전하 결합 소자는 제어회로, 신호처리회로, 아날로그/디지털 변환회로(A/D converter) 등을 전하 결합 소자 칩에 집적시키기가 어려워 제품의 소형화가 곤란한 단점을 갖는다.
최근에는 전하 결합 소자의 단점을 극복하기 위한 차세대 이미지 센서로서 씨모스 이미지 센서가 주목을 받고 있다. 씨모스 이미지 센서는 제어회로 및 신호처리회로 등을 주변회로로 사용하는 씨모스 기술을 이용하여 단위 화소의 수량에 해당하는 모스 트랜지스터들을 반도체 기판에 형성함으로써 모스 트랜지스터들에 의해 각 단위 화소의 출력을 순차적으로 검출하는 스위칭 방식을 채용한 소자이다. 즉, 씨모스 이미지 센서는 단위 화소 내에 포토 다이오드와 모스 트랜지스터를 형성시킴으로써 스위칭 방식으로 각 단위 화소의 전기적 신호를 순차적으로 검출하여 영상을 구현한다. 씨모스 이미지 센서는 씨모스 제조 기술을 이용하므로 적은 전력 소모, 적은 포토공정 스텝에 따른 단순한 제조공정 등과 같은 장점을 갖는다. 또한, 씨모스 이미지 센서는 제어회로, 신호처리회로, 아날로그/디지털 변환회로 등을 씨모스 이미지 센서 칩에 집적시킬 수가 있으므로 제품의 소형화가 용이하다는 장점을 갖고 있다. 따라서, 상기 씨모스 이미지 센서는 현재 디지털 정지 카메라(digital still camera), 디지털 비디오 카메라 등과 같은 다양한 응용 부분에 널리 사용되고 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 씨모스 이미지 센서를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 씨모스 이미지 센서를 도시한 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, P++형 반도체 기판(10) 상에 P-형 에피층(11)이 형성된다. 반도체 기판(10)의 액티브 영역을 정의하기 위해 반도체 기판(10)의 소자 분리 영역을 위한 에피층(11)의 부분에 소자 분리막(13)이 형성된다. 트랜지스터를 위한 에피층(11)의 부분 상에 게이트 절연막(14)과 게이트 전극(15)이 형성되 고, 게이트 전극(15)의 양 측벽에 절연막의 스페이서(17)가 형성된다. 액티브 영역의 포토 다이오드 영역을 위한 에피층(11)의 부분에 포토 다이오드(PD)의 n-형 확산 영역(18) 및 Po형 확산 영역(19)이 형성된다. n-형 확산 영역(18) 상에 Po형 확산 영역(19)이 형성된다. 또한, 플로팅 확산 영역(FD)은 트랜지스터의 게이트 전극(15)을 사이에 두고 n-/Po형 확산 영역(18),(19)과 이격하며 에피층(11)에 형성된다.
하지만, 종래의 씨모스 이미지 센서는 포토다이오드를 형성한 후, 여러 개의 금속 배선 층을 형성하기 때문에 빛이 마이크로렌즈를 통과하여 포토다이오드에 도달하는 동안 스케터링에 의해 많은 빛 손실이 발생한다. 이러한, 빛 손실로 인해 빛에 의해 생성되는 전자들의 수가 감소되어 씨모스 이미지 센서의 성능을 저하시키는 문제점이 있다.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 빛의 손실을 줄일 수 있는 씨모스 이미지 센서의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조방법은 제 1 에피층이 형성된 반도체 기판의 부분 상에 게이트 절연막 및 게이트 전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트 절연막 및 게이트 전극을 포함한 반도체 기판 전면에 층간절연막을 형성하고 평탄화하는 단계와; 상기 게이트 전극과 인접한 제 1 에피층의 일정 부분이 노출되도록 상기 층간절연막을 식각하고 노출된 상기 제 1 에피층 영역을 성장시켜 제 2 에피층을 형성하는는 단계와; 상기 층간절연막을 제거하고, 상기 제 2 에피층을 노출시키면서 상기 게이트 전극 상에 포토레지스트를 형성하는 단계와; 상기 포토레지스트를 마스크로 하여 상기 제 1 및 제 2 에피층에 이온주입을 하여 포토 다이오드를 위한 제 1 및 제 2 도전형 확산 영역을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조방법은 포토다이오드가 형성될 영역에 선택적 에피층을 성장시켜 마이크로 렌즈와 포토다이오드의 거리를 좁힘으로써 빛의 손실을 줄일 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 공정을 나타낸 단면도이다.
먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, P++형 반도체 기판(100)의 소자를 형성하기 위한 표면 상에 에피택셜(epitaxial) 공정에 의해 성장된 저농도의 제 1 도전형, 예를 들어 P-형 에피층(110)이 형성된다. 이는 포토 다이오드에서의 공핍 영역(depletion region)을 크고 깊게 형성시킴으로써 광전하를 모으기 위한 저전압 포토 다이오드의 능력을 증가시키고 나아가 광감도를 개선시키기 위함이다.
이후, 액티브 영역을 정의하기 위해 반도체 기판(100)의 소자 분리 영역을 위한 에피층(110)의 부분에 STI 공정에 의해 소자분리막(미도시)을 형성한다. 물론, 소자 분리막을 로코스(LOCOS) 공정 등에 의해 형성하는 것도 가능하다. 그 다음에, 포토 다이오드(PD)의 액티브 영역을 포함한 액티브 영역 전체의 에피층(110) 상에 게이트 절연막(120)과 게이트 전극(130)을 원하는 두께로 형성시킨다.
다음으로, 사진 식각 공정을 이용하여 트랜지스터를 위한 게이트 절연막(120)과 게이트 전극(130)을 남기고 나머지 부분을 제거시킴으로써 포토 다이오드와 플로팅 확산 영역을 위한 액티브 영역의 표면을 노출시킨다. 이후, 게이트 절연막(120)과 게이트 전극(130)을 포함한 반도체 기판(100) 전면에 TEOS를 증착하여 층간절연막(140)을 형성한다.
그리고나서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 층간절연막(140) 상에 제 1 포토레지스트(미도시)를 증착하고 노광 및 현상으로 포토다이오드가 형성될 영역, 즉 후술 공정에서 언급할 포토 다이오드를 위한 제 1 및 제 2 도전형 확산 영역이 형성 될 영역의 층간절연막(140)을 노출시킨다. 그리고, 제 1 포토레지스트를 마스크로 이용하여 노출된 층간절연막(140)을 소정의 식각공정을 이용하여 식각하여 반도체 기판(100)의 에피층(110)을 노출시키고, 노출된 에피층(110)을 가스를 주입하여 성장시킨다. 이때, 성장된 에피층(110)은 1500~2500Å의 두께로 성장시키는 것이 바람직하다.
이후, 도 2c에 도시된 바와 같이, 층간절연막(140)을 습식식각(wet etch)으로 제거하고, 게이트 절연막(120), 게이트 전극(130) 및 성장된 에피층(110)을 포함한 반도체 기판(100) 전면에 제 2 포토레지스트(150)를 증착한다. 그리고, 증착된 제 2 포토레지스트(150)를 노광 및 현상하여 포토다이오드가 형성될 영역 즉, 후술 공정에서 언급할 포토 다이오드를 위한 제 1 및 제 2 도전형 확산 영역이 형성될 영역을 노출시킨다.
다음으로, 도 2d에 도시된 바와 같이, 제 2 포토레지스트(150)를 마스크로 이용하여 포토 다이오드를 형성하기 위한 이온주입을 한다. 이때, 포토 다이오드의 제 1 및 제 2 도전형 확산영역(180,190)을 형성하기 위한 이온 주입이 성장된 에피층(110)의 측벽에도 이온 주입될 수 있도록 15~25도의 각도로 이온주입하고, 이온 주입 에너지 및 주입량 조건은 공지된 이온 주입 조건을 따른다. 여기서, 제 1 도전형 확산영역(180)은 Po형 확산 영역이고, 제 2 도전형 확산 영역(190)은 n-형 확산 영역으로, 제 1 도전형 확산 영역(180)은 제 2 도전형 확산 영역(190) 상에 형성된다.
이후, 스페이서 형성등의 공지의 후속공정을 통해 씨모스 이미지 센서를 완 성하게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조방법은 포토다이오드가 형성될 영역에 선택적으로 에피층을 성장시켜 마이크로 렌즈와 포토 다이오드의 거리를 좁함으로써 빛의 손실을 줄일 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.
도 1은 종래의 씨모스 이미지 센서를 도시한 단면도.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 공정을 나타낸 단면도.
Claims (8)
- 제 1 에피층이 형성된 반도체 기판의 부분 상에 게이트 절연막 및 게이트 전극을 형성하는 단계와;상기 게이트 절연막 및 게이트 전극을 포함한 반도체 기판 전면에 층간절연막을 형성하고 평탄화하는 단계와;상기 게이트 전극과 인접한 제 1 에피층의 일정 부분이 노출되도록 상기 층간절연막을 식각하고 노출된 상기 제 1 에피층 영역을 성장시켜 제 2 에피층을 형성하는 단계와;상기 층간절연막을 제거하고, 상기 제 2 에피층을 노출시키면서 상기 게이트 전극 상에 포토레지스트를 형성하는 단계와;상기 포토레지스트를 마스크로 하여 상기 제 1 및 제 2 에피층에 이온주입을 하여 포토 다이오드를 위한 제 1 및 제 2 도전형 확산 영역을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 포토레지스트는 상기 제 1 및 제 2 도전형 확산 영역이 형성될 영역을 제외한 상기 반도체 기판 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 층간절연막은 상기 제 1 및 제 2 도전형 확산 영역이 형성될 영역을 식각하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 층간절연막은 TEOS로 형성되는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 이온주입은 15~25도의 각도로 주입하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 제 2 에피층은 측벽에도 이온주입되는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1 도전형 확산 영역은 상기 제 2 도전형 확산 영역 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1 도전형 확산 영역은 Po형 확산 영역이고, 상기 제 2 도전형 확산 영역은 n-형 확산 영역인 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |