KR20060077707A - 시모스 이미지 센서의 격리막 형성방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 식각 손상을 없이 소자격리영역에 산소와 P 형 이온주입을 실시하고 열처리하여 반도체 기판 내에 소자격리막을 형성하는 시모스 이미지 센서의 격리막 형성방법에 관한 것으로, 반도체 기판 상에 소자격리영역을 개구하는 이온주입 마스크층을 형성하는 단계; 상기 마스크층을 이용하여 상기 반도체 기판에 산소를 이온주입하는 단계; 열처리를 실시하여 소자격리영역에 산화막을 형성하는 단계를 포함한다.
시모스 이미지 센서, 소자격리막, 이온주입, 산소
Description
도 1은 종래기술의 시모스 이미지 센서의 단면도
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 시모스 이미지 센서의 격리막 형성방법을 나타낸 공정단면도
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
210 : 기판 211 : 에피층
212 : 패드산화막 213 : 감광막 패턴
214 : 산화막 215 : 스페이서
216 : 게이트절연막 221 : 저농도 N 형 확산영역
222 : P 형 확산영역 230 : 게이트전극
본 발명은 반도체 시모스 이미지 센서의 격리막 형성방법에 관한 것으로, 특히 식각 손상을 없이 소자격리영역에 산소와 P 형 이온주입을 실시하고 열처리하여 반도체 기판 내에 소자격리막을 형성하는 시모스 이미지 센서의 격리막 형성방법에 관한 것이다.
일반적으로 이미지 센서는 광학 영상(optical image)을 전기신호로 변환시키는 반도체 소자로써, 개별 모스(MOS:metal-oxide-silicon) 캐패시터(capacitor)가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 이중결합소자(CCD:charge coupled device)와 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로에 사용하는 시모스(CMOS)기술을 이용하여 화소수 만큼 모스 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용한 시모스(CMOS:complementary MOS) 이미지 센서가 있다.
그리고 피사체의 정보를 전기적인 신호로 변환하는 시모스 이미지 센서는 포토다이오드가 들어있는 시그날 처리칩 들로 구성되어 있으며, 칩 하나에 증폭기(Amplifier), 아날로그/디지탈 변환기(A/D converter), 내부 전압 발생기(Internal voltage generator), 타이밍 제너레이터(Timing generator) 그리고 디지털 로직(Digital logic) 등이 결합되기도 하는데, 이는 공간과 전력 그리고 비용절감에 큰 장점을 갖고 있다. 이중결합소자(CCD)가 전문공정을 통하여 제조하지만, 시모스 이미지 센서는 이중결합소자보다 가격이 저렴한 실리콘 웨이퍼(Wafer)의 식각 공정을 통하여 대량생산이 가능하며, 집적도에서도 장점이 있다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 종래 기술의 시모스 이미지 센서에 대하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래기술의 시모스 이미지 센서의 단면도이다.
고농도 P 형 기판(110) 상에 저농도 P 형의 에피층(111)을 성장시키고, 에피층(111)에 소자간의 격리를 위하여 트렌치를 형성하고 절연막을 충진시키는 STI(shallow trench isolation)(118)을 형성한다. 그리고 STI(118)를 포함하는 에피층(111) 상에 게이트절연막(116)을 형성하고, 게이트절연막(116) 상에 다결정실리콘으로 게이트전극(119)을 형성한다. 게이트전극(119)을 포함한 에피층(111) 상에 감광막 패턴(도시하지 않음)을 형성하고, 감광막 패턴을 마스크(130)로 이온주입하여 광감지 소자영역에 고에너지(high energy)의 저농도 N 형 확산형역(121)을 형성한다. 감광막 패턴(130)을 제거하고 게이트전극(119) 양측면에 스페이서(spacer)(122)을 형성하고 고농도 N 형 확산영역(123)을 형성한다.
광감지 소자영역의 저농도 N 형 확산영역(121) 상에 기판(110) 보다는 낮고 에피층(111) 보다는 높은 P 형 불순물을 에피층(111)에 이온주입하여 P 형 확산영역(124)을 형성한다.
상기와 같은 시모스 이미지 센서는 STI에 의해 소자격리막을 형성하고, 광감지 소자영역에 P-N-P 구조의 포토다이오드(photo diode)를 형성한다. 그런데 STI는 반도체 기판을 식각하여 트렌치를 형성하고 절연막을 충진시켜 형성하는 데, 반도체 기판을 식각할 때 실리콘 격자가 식각 손상(damage)을 입게 된다. 그리고 포토다이오드 영역에 트렌치 영역이 포함되어 있어, STI의 계면에서 불필요한 계면 트랩(interface trap)을 만든다. 이로 인해 접합 누설 전류(junction leakage current)가 증가되어 이미지 센서의 노이즈(noise) 특성이 저하되는 문제가 있다.
이와 같은 종래 기술의 시모스 이미지 센서는 다음과 같은 문제가 있다.
트렌치를 형성하고 절연막을 충진하는 소자격리막의 형성하여 반도체 기판이 식각손상을 입고 이로 인해 불필요한 트랩(trap)을 가지게 되어 접합 누설 전류(junction leakage current)가 증가되어 이미지 센서의 노이즈(noise)에 의한 영향이 증가하는 문제가 있다.
본 발명은 이와 같은 종래기술의 시모스 이미지 센서의 문제를 해결하기 위한 것으로, 반도체 기판을 식각하지 않고 소자격리막을 형성하여, 식각손상에 의해 발생하는 트랩(trap)에 의해 발생하는 누설전류을 감소시켜 이미지 센서의 특성을 개선하는 시모스 이미지 센서의 격리막 형성방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 따른 시모스 이미지 센서의 격리막 형성방법은 반도체 기판 상에 소자격리영역을 개구하는 이온주입 마스크층을 형성하는 단계; 상기 마스크층을 이용하여 상기 반도체 기판에 산소를 이온주입하는 단계; 열처리를 실시하여 소자격리영역에 산화막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 시모스 이미지 센서의 격리막 형성방법에 있어서, 상기 마스크층을 이용하여 P 형 불순물을 이온주입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 시모스 이미지 센서의 격리막 형성방법에 있어서, 상기 P 형 불순물은 상기 반도체 기판보다 높은 농도인 것을 특징으로 한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 시모스 이미지 센서의 격리막 제조방법은 저농도 제 1 도전형의 반도체 기판 상에 소자격리영역을 개구하는 이온주입 마스크층을 형성하는 단계; 상기 마스크층을 이용하여 상기 반도체 기판에 산소를 이온주입하는 단계; 열처리를 실시하여 소자격리영역에 산화막을 형성하는 단계; 상기 반도체 기판 상에 게이트절연막과 상기 게이트절연막 상에 게이트전극을 형성하는 단계; 상기 광감지 소자영역에 저농도 제 2 도전형의 확산영역을 형성하는 단계; 상기 게이트전극 양측의 상기 반도체 기판에 고농도 제 2 도전형의 확산영역을 형성하는 단계; 상기 저농도 제 2 도전형의 확산영역 상의 상기 반도체 기판에 상기 반도체 기판의 농도보다 높은 제 1 도전형의 확산영역을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 시모스 이미지 센서의 격리막 제조방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 시모스 이미지 센서의 격리막 제조방법을 나타낸 공정단면도이다.
도 2와 같이, 고농도 P 형 기판(210) 상에 저농도 P 형의 에피층(211)을 성장시키고, 에피층(211) 상에 패드 산화막(212)을 성장시킨다. 그리고 패드 산화막(212) 상에 감광막(도시하지 않음)을 도포하고 노광 및 현상공정에 의해, 소자격리영역을 개구하는 감광막 패턴(213)을 형성한다. 그리고 감광막 패턴(213)을 마스크로 에피층(211)에 산소이온과 고농도 P 형 불순물을 순차적으로 주입한다.산소의 이온주입은 기존의 이온주입기에 불순물을 교체하여 사용하므로 용이하게 공정을 진행할 수 있다.
도 3과 같이, 감광막 패턴(213)을 제거하고, 열처리를 실시하여 소자격리막 영역의 에피층(213)내에서 산소와 실리콘의 반응에 의해 소자격리막으로 기능하는 산화막(214)가 형성되어, 고농도 P 형 불순물은 확산되어 산화막(214)을 감싸는 형태의 격리막 확산영역(231)이 형성된다.
도 4와 같이, 에피층(211) 상에 게이트절연막(216)을 성장시키고, 게이트절연막(216) 상에 다결정실리콘으로 게이트전극(214)을 형성한다. 게이트전극(230) 양측면에 스페이서(spacer)(215)를 형성하고, 광감지 소자영역에 150 ~250 KeV 정도의 고에너지(high energy)로 이온주입하여 광감지 소자의 저농도 N 형 확산영역(225)을 형성한다. 그리고 게이트전극(214) 양측의 에피층(211)에 소오스(source) 및 드레인(drain) 영역의 고농도 N 형 확산영역(220)을 형성하고, 광감지 소자영역의 저농도 N 형 확산영역(221) 상에 기판(210) 보다는 낮고 에피층(211) 보다는 높은 P 형 불순물을 에피층(211)에 이온주입하여 P 형 확산영역(222)을 형성한다.
이와 같은 본 발명에 따른 시모스 이미지 센서의 격리막 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
반도체 기판을 식각하지 않고 소자격리막을 형성하여, 식각손상에 의해 발생하는 트랩(trap)에 의해 발생하는 누설전류를 감소시켜 이미지 센서의 특성을 개선하는 효과가 있다.
Claims (4)
- 반도체 기판 상에 소자격리영역을 개구하는 이온주입 마스크층을 형성하는 단계;상기 마스크층을 이용하여 상기 반도체 기판에 산소를 이온주입하는 단계;열처리를 실시하여 소자격리영역에 산화막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서의 격리막 형성방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 마스크층을 이용하여 P 형 불순물을 이온주입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서의 격리막 형성방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 P 형 불순물은 상기 반도체 기판보다 높은 농도인 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서의 격리막 형성방법.
- 저농도 제 1 도전형의 반도체 기판 상에 소자격리영역을 개구하는 이온주입 마스크층을 형성하는 단계;상기 마스크층을 이용하여 상기 반도체 기판에 산소를 이온주입하는 단계;열처리를 실시하여 소자격리영역에 산화막을 형성하는 단계;상기 반도체 기판 상에 게이트절연막과 상기 게이트절연막 상에 게이트전극을 형성하는 단계;상기 광감지 소자영역에 저농도 제 2 도전형의 확산영역을 형성하는 단계;상기 게이트전극 양측의 상기 반도체 기판에 고농도 제 2 도전형의 확산영역을 형성하는 단계;상기 저농도 제 2 도전형의 확산영역 상의 상기 반도체 기판에 상기 반도체 기판의 농도보다 높은 제 1 도전형의 확산영역을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서의 격리막 제조방법.
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