KR20030001110A - 이미지센서 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이미지센서에 관한 것으로, 특히 반도체층 표면에 H+ 이온을 다량 포함하는 질화막 계열의 보호막을 형성하여 이온주입시 상기 보호막을 관통하여 불순물 영역을 형성함도록 함으로써, 이온주입과 식각 공정에 따른 반도체층 표면의 어택을 최소화하여 댕글링 본드 생성을 근본적으로 방지함으로써 그에 따른 암전류를 최소화할 수 있는 이미지센서 제조 방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은, 제1도전형의 반도체층에 국부적으로 필드 절연막을 형성하는 제1단계; 상기 반도체층 상에 게이트전극을 형성하는 제2단계; 상기 제2단계가 완료된 결과물 표면을 따라 보호막을 형성하는 제3단계; 이온주입을 실시하여 상기 게이트전극과 상기 필드 절연막 사이에 접하는 반도체층 내부에 제2도전형의 포토다이오드용 제1불순물 영역을 형성하는 제4단계; 상기 보호막으로 덮힌 게이트전극 측벽에 스페이서를 형성하는 제5단계; 및 상기 제1불순물 영역 내의 상기 반도체층과 접하는 계면에 제1도전형의 제2불순물 영역을 형성하는 제6단계를 포함하여 이루어지는 이미지센서 제조 방법을 제공한다.

Description

이미지센서 제조 방법{Fabricating method of image sensor}

본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로 특히, 이미지센서 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 보호막을 이용하여 암전류(Dark current)를 최소화할 수 있는 이미지센서 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 이미지센서 제조 공정을 도시한 단면도이다.

이하, 도 1a 내지 도 1c를 참조하여 종래의 이미지센서 제조 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, 이온주입 마스크(14)를 이용하여 필드 절연막(11)과 게이트전극(12, 13)에 접하는 포토다이오드용 불순물 영역(n-)을 반도체층(10) 내부에 소정의 깊이로 형성한다.

다음으로 도 1b에 도시된 바와 같이, 피알 스트립(PR strip)을 통해 이온주입 마스크(14)를 제거한 다음, 질화막 등을 전면에 증착한 후 전면식각을 통해 게이트전극(12, 13) 측벽에 스페이서(15)를 형성한다. 이어서, 포토다이오드용 P형 전극 형성을 위한 이온주입을 실시하여 n- 영역의 상부와 반도체층(10) 표면에 접하는 불순물 영역(P0)을 형성한다.

다음으로 도 1c에 도시된 바와 같이, 소스/드레인 형성을 위한 이온주입을 실시하여 n+ 영역을 형성함으로써, 이미지센서의 포토다이오드 형성 공정이 완료된다.

계속해서, 이후의 공정으로 상부의 칼라 필터 어레이(Colour Filter Array; CFA)와 마이크로 렌즈(Microlens)를 형성함으로써 이미지센서의 형성이 완료된다.

한편, 상기와 같은 종래와 같은 방법으로 이미지센서 제조 공정을 진행할 경우 공정 진행시 반도체층 표면이 항상 외부에 노출되어 있으므로, 이온주입 및 식각 공정 등을 진행함에 따라 반도체층 표면의 어택이 발생하게 되어 댕글링본드(Dangling bond)를 유발시켜 암전류를 증가시킴으로 인해 이미지센서의 동작 특성을 열화시키는 주요인으로 작용하는 문제점이 발생하게 된다.

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 본 발명은, 반도체층 표면에 H+ 이온을 다량 포함하는 질화막 계열의 보호막을 형성하여 이온주입시 상기 보호막을 관통하여 불순물 영역을 형성함도록 함으로써, 이온주입과 식각 공정에 따른 반도체층 표면의 어택을 최소화하여 댕글링 본드 생성을 근본적으로 방지함으로써 그에 따른 암전류를 최소화할 수 있는 이미지센서 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

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

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

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

20 : 반도체층

21 : 필드 절연막

22, 23 : 게이트전극

24 : 보호막

26 : 스페이서

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 제1도전형의 반도체층에 국부적으로 필드 절연막을 형성하는 제1단계; 상기 반도체층 상에 게이트전극을 형성하는 제2단계; 상기 제2단계가 완료된 결과물 표면을 따라 보호막을 형성하는 제3단계; 이온주입을 실시하여 상기 게이트전극과 상기 필드 절연막 사이에 접하는 반도체층 내부에 제2도전형의 포토다이오드용 제1불순물 영역을 형성하는 제4단계; 상기 보호막으로 덮힌 게이트전극 측벽에 스페이서를 형성하는 제5단계; 및 상기 제1불순물 영역 내의 상기 반도체층과 접하는 계면에 제1도전형의 제2불순물 영역을 형성하는 제6단계를 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 도 2a 내지 도 2c를 참조하여 설명하기로 한다.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서 제조 공정을 도시한 단면도이다.

이하, 도 2a 내지 도 2c를 참조하여 본 발명의 이미지센서 제조 공정을 살펴보는 바, 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, 결과물 표면을 따라 200Å 내지 500Å의 두께의 얇은 보호막(24)을 형성한다.

여기서, 보호막(24)은 통상의 질화막 계열을 이용하는 바, 질화막은 통상의 신화막 계열에 비해 조직이 치밀하고 경도가 높기 때문에 반도체층(20)의 기계적 손상이나 불순물의 침입을 방지할 수 있다. 또한, 질화막 증착시 실란(SiH₄)과 암모니아(NH₃)를 이용하여 400℃ 이하의 온도에서 플라즈마 화학기상 증착법(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition; 이하 PECVD라 함)을 이용하므로 H+ 이온이 다량 함유되어 있어 자칫 응력에 의한 하부층의 데미지를 유발할 수도 있으나, 본 발명에서는 이러한 다량의 H+ 이온에 의해 반도체층(20) 표면에 존재하는 댕글링본드를 H+로 치환함으로써 댕글링 본드를 제거하는 긍정적인 역할을 하며, 후속 이온주입 공정에서는 보호막(24)을 관통하여 반도체층(20) 내부에 불순물 영역을 형성한다.

이어서, 이온주입 마스크(25)를 이용하여 필드 절연막(21)과 게이트전극(22, 23)에 접하는 포토다이오드용 불순물 영역(n-)을 반도체층(20) 내부에 소정의 깊이로 형성한다.

다음으로 도 2b에 도시된 바와 같이, 피알 스트립(PR strip)을 통해 이온주입 마스크(25)를 제거한 다음, 질화막 등을 전면에 증착한 후 전면식각을 통해 보호막(24)으로 덮힌 게이트전극(22, 23) 측벽에 스페이서(26)를 형성한다. 이어서, 포토다이오드용 P형 전극 형성을 위한 이온주입을 실시하여 n- 영역의 상부와 반도체층(20) 표면에 접하는 불순물 영역(P0)을 형성한다.

다음으로 도 2c에 도시된 바와 같이, 소스/드레인 형성을 위한 이온주입을 실시하여 n+ 영역을 형성함으로써, 이미지센서의 포토다이오드 형성 공정이 완료된다.

상기한 바와 같이 이루어지는 본 발명은, H+ 이온을 다량 함유하는 보호막을 반도체층 표면에 형성함으로써 댕글링 본드를 제거함과 동시에 후속 식각 및 이온주입 공정에 따른 반조체층의 어택을 방지하도록 함으로써, 암전류르 최소화하며, 이미지센서의 전기적 특성 열화를 방지할 수 있음을 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, 암전류 및 반도체층의 어택을 최소화함으로써, 이미지센서의 전기적 특성를 향상시킬 수 있어, 궁극적으로 이미지센서의 수율을 향상시킬 수 있는 탁월한 효과를 기대할 수 있다.

Claims (6)

1. 이미지센서 제조 방법에 있어서,

   제1도전형의 반도체층에 국부적으로 필드 절연막을 형성하는 제1단계;

   상기 반도체층 상에 게이트전극을 형성하는 제2단계;

   상기 제2단계가 완료된 결과물 표면을 따라 보호막을 형성하는 제3단계;

   이온주입을 실시하여 상기 게이트전극과 상기 필드 절연막 사이에 접하는 반도체층 내부에 제2도전형의 포토다이오드용 제1불순물 영역을 형성하는 제4단계;

   상기 보호막으로 덮힌 게이트전극 측벽에 스페이서를 형성하는 제5단계; 및

   상기 제1불순물 영역 내의 상기 반도체층과 접하는 계면에 제1도전형의 제2불순물 영역을 형성하는 제6단계

   를 포함하여 이루어지는 이미지센서 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 보호막은, H+가 다량 함유된 질화막인 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제3단계의 상기 보호막 형성은, 플라즈마 화학기상 증착법을 이용하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 이온주입시, 상기 보호막을 관통하여 상기 반도체층에 불순물 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 보호막은, 200Å 내지 500Å의 두께인 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1도전형은 P형이며, 상기 제2도전형은 N형인 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.