KR20070001535A - 씨모스 이미지 센서의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로 특히, 반도체 소자 제조 공정 중, 포토다이오드 표면을 안정화 시키는 씨모스 이미지 센서의 제조 공정에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명은, 포토다이오드와 트랜지스터가 형성된 기판을 준비하는 단계, 상기 기판 상에 실리사이드 방지막용 질화막을 증착하는 단계, 상기 포토다이오드영역을 제외한 부분의 상기 실리사이드 방지막용 질화막을 제거하는 단계 및 금속층을 증착하고, 열처리 하여 실리사이드층을 형성하는 단계를 포함하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법이 제공된다.
포토다이오드, 댕글링 본드, 실리사이드 방지막, 실리사이드층, 소자분리막
Description
도 1은 통상의 시모스 이미지센서에서 1개의 포토다이오드(PD)와 4개의 모스(MOS) 트랜지스터로 구성된 단위화소(Unit Pixel)를 도시한 회로도.
도 2는 종래 기술에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 공정을 나타낸 단면도.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 공정을 나타낸 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
201 : p+형 기판 202 : p에피층
203 : p형 웨이퍼 204 : 소자분리막
205 : 게이트 절연막 206 : 게이트 전도막
207 : 게이트 전극 208 : n형 불순물영역
209 : 스페이서 210 : 플로팅 확산영역
211 : p형 불순물영역 212 : 실리사이드 방지막용 질화막
213 : 슬리사이드층
본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로 특히, 반도체 소자 제조 공정 중, 씨모스 이미지 센서의 제조 공정에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지 센서는 디지털 카메라, 휴대폰 등의 가정용 제품이나, 병원에서 사용되는 내시경, 지구를 돌고 있는 인공위성의 망원경에 이르기까지 매우 광범위한 분야에서 사용되고 있으며, 다양한 이미지 센서중, 씨모스 제조 기술로 생산되는 씨모스(CMOS) 이미지 센서는 광학적 이미지를 전기적 신호로 변환시키는 소자로서, 화소수 만큼 모스(MOS)트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용하고 있다. 씨모스 이미지 센서는, 종래 이미지 센서로 널리 사용되고 있는 씨씨디(CCD) 이미지센서에 비하여 구동 방식이 간편하고 다양한 스캐닝 방식의 구현이 가능하며, 신호처리 회로를 단일칩에 집적할 수 있어 제품의 소형화가 가능할 뿐만 아니라, 호환성의 씨모스 기술을 사용하므로 제조 단가를 낮출 수 있고, 전력 소모 또한 크게 낮다는 장점을 지니고 있어서 휴대폰, PC, 감시 카메라 등의 저가, 저전력을 요하는 분야에 쓰이고 있다.
도 1은 통상의 시모스 이미지센서에서 1개의 포토다이오드(PD)와 4개의 모스(MOS) 트랜지스터로 구성된 단위화소(Unit Pixel)를 도시한 회로도로서, 빛을 받아 광전하를 생성하는 포토다이오드(10)와, 포토다이오드(10)에서 모아진 광전하를 플 로팅확산영역(12)으로 운송하기 위한 트랜스퍼 트랜지스터(11)와, 원하는 값으로 플로팅 확산영역의 전위를 세팅하고 전하를 배출하여 플로팅 확산영역(12)를 리셋시키기 위한 리셋 트랜지스터 (13)와, 플로팅 확산영역의 전압이 게이트로 인가되어 소스 팔로워 버퍼 증폭기(Source Follower Buffer Amplifier) 역할을 하는 드라이브 트랜지스터(14)와, 스위칭(Switching) 역할로 어드레싱(Addressing) 역할을 수행하는 셀렉트 트랜지스터(15)로 구성된다. 단위 화소 밖에는 출력신호(Output Signal)를 읽을 수 있도록 로드(load) 트랜지스터(16)가 형성된 모습을 도시하고 있다.
도 2는 종래 기술에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 공정을 나타낸 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, p+형 기판(101)에 p에피층(102)이 형성된 p형 웨이퍼(103)에 활성영역과 소자분리영역을 분리하는 소자분리막(104)을 형성한다.
이때, 고농도의 p+형 기판(101) 상에 저농도의 p에피층(102)을 사용하는 이유는 첫째, 저농도의 p에피층(102)이 존재하므로 포토다이오드의 공핍영역(Depletion region)을 크고, 깊게 증가시킬 수 있어 광전하를 모으기 위한 포토다이오드의 능력(ability)을 증가시킬 수 있고, 둘째, p형 에피층(102)의 하부에 고농도의 p+형 기판(101)을 갖게되면, 이웃하는 단위화소(pixel)로 전하가 확산되기 전에 이 전하가 빨리 재결합(Recombination)되기 때문에 광전하의 불규칙 확산(Random Diffusion)을 감소시켜 광전하의 전달 기능 변화를 감소시킬 수 있기 때문이다.
또한, 상기 소자분리막(104)는 버즈 비크(Bird's Beak)가 거의 없어 소자의 고집적화에 따라 소자간에 전기적으로 분리시키는 영역을 축소시킬수 있는 STI 공정을 통하여 형성된다.
이어서, 상기 소자분리막(104)이 형성된 p형 웨이퍼(103) 상에 게이트 절연막(105)과 게이트 전도막(106)을 순차적으로 증착한후, 선택적으로 식각하여 게이트 전극(107)을 형성한다.
이어서, 게이트 전극(107)의 에지와 자기 정렬(Self Alignment)되도록 n형 불순물을 주입하여 포토다이오드가 형성될 광감지영역에 대해 n형 불순물영역(108)을 형성한다.
이어서, 상기 게이트 전극(107)의 양측벽에 스페이서(109)를 형성한다.
상기 스페이서(109)는 버퍼산화막과 스페이서용 질화막을 순차적으로 상기 게이트 전극(107)을 포함하는 상기 p형 웨이퍼(103) 상에 증착후, 건식 식각을 통하여 형성하는 것이 바람직하다.
이어서, 상기 n형 불순물영역(108)과 상기 게이트 전극(107) 상부의 일부를 포함하는 이온주입 방지막을 형성시키고, 고농도의 p형 불순물을 주입시켜 상기 p형 웨이퍼(103)에 플로팅 확산영역(110)을 형성한다.
이어서, 상기 게이트 전극(107)의 양측벽에 형성된 상기 스페이서(109)의 일측 에지와 자기 정렬(Self Alignment)되도록 p형 불순물을 주입하여 n형 불순물영역(108)이 형성된 상기 p형 웨이퍼(103) 내에 p형 불순물영역(111)을 형성한다.
이이서, 상기 p형 불순물영역(111)이 형성된 기판 상에 실리사이드 방지막용 HLD(high temperature low deposition)막(112)을 증착한 후, 상기 포토다이오드(108, 111)가 형성된 광감지영역을 제외한 부분에 상기 실리사이드 방지막용 HLD막(112)을 제거한다.
이어서, 상기 실리사이드 방지막용 HLD막(112)이 형성된 기판 상에 코발트와 같은 금속층을 증착한후, 열처리하여 실리사이드층(113)을 형성한다.
이때, 상기 실리사이드 방지막용 HLD막(112)은 다공(Porous)을 갖는 특성상 상기 다공에 의해 상기 포토다이오드(108, 111) 표면 기판에 어택(Attack)을 가할 수 있다.
또한, 상기 실리사이드층(113)을 형성하기 위해 상기 실리사이드 방지막용 HLD막(112)을 제거할 시, 상기 포토다이오드(108, 111) 상의 실리사이드 방지막용 HLD막(112)중 일부도 함께 제거되는 문제점이 발생하게 된다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 포토다이오드 표면을 안정화 시키는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 포토다이오드와 트랜지스터가 형성된 기판을 준비하는 단계, 상기 기판 상에 실리사이드 방지막용 질화막을 증착하는 단계, 상기 포토다이오드영역을 제외한 부분의 상기 실리사이드 방지막용 질화막을 제거하는 단계 및 금속층을 증착하고, 열처리 하여 실리사이드층을 형성하는 단계를 포함하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법이 제공된다.
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 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 공정을 나타낸 단면도이다.
본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 공정은 우선, 도 3a에 도시된 바와 같이, p+형 기판(201)에 p에피층(202)이 형성된 p형 웨이퍼(203)에 활성영역과 소자분리영역을 분리하는 소자분리막(204)을 형성한다.
이때, 고농도의 p+형 기판(201) 상에 저농도의 p에피층(202)을 사용하는 이유는 첫째, 저농도의 p에피층(202)이 존재하므로 포토다이오드의 공핍영역(Depletion region)을 크고, 깊게 증가시킬 수 있어 광전하를 모으기 위한 포토다이오드의 능력(ability)을 증가시킬 수 있고, 둘째, p형 에피층(202)의 하부에 고농도의 p+형 기판(201)을 갖게되면, 이웃하는 단위화소(pixel)로 전하가 확산되기 전에 이 전하가 빨리 재결합(Recombination)되기 때문에 광전하의 불규칙 확산(Random Diffusion)을 감소시켜 광전하의 전달 기능 변화를 감소시킬 수 있기 때문이다.
또한, 상기 소자분리막(204)는 버즈 비크(Bird's Beak)가 거의 없어 소자의 고집적화에 따라 소자간에 전기적으로 분리시키는 영역을 축소시킬수 있는 STI 공정을 통하여 형성된다.
이어서, 상기 소자분리막(204)이 형성된 p형 웨이퍼(203) 상에 게이트 절연막(205)과 게이트 전도막(206)을 순차적으로 증착한후, 선택적으로 식각하여 게이트 전극(207)을 형성한다.
이어서, 상기 게이트 전극(207)의 에지와 자기 정렬(Self Alignment)되도록 n형 불순물을 주입하여 포토다이오드가 형성될 광감지영역에 n형 불순물영역(208)을 형성한다.
이어서, 상기 게이트 전극(207)의 양측벽에 스페이서(209)를 형성한다.
상기 스페이서(209)는 버퍼산화막과 스페이서용 질화막을 순차적으로 상기 게이트 전극(207)을 포함하는 상기 p형 웨이퍼(203) 상에 증착후, 건식 식각을 통하여 형성한다.
이어서, 상기 n형 불순물영역(208)과 상기 게이트 전극(207) 상부의 일부를 포함하는 이온주입 방지막을 형성시키고, 고농도의 p형 불순물을 주입시켜 상기 p형 웨이퍼(203)에 플로팅 확산영역(210)을 형성한다.
이어서, 상기 게이트 전극(207)의 양측면에 형성된 상기 스페이서(209)의 일측 에지와 자기 정렬(Self Alignment)되도록 p형 불순물을 주입하여 상기 n형 불순물영역(208) 상의 상기 p형 웨이퍼(203) 내에 p형 불순물영역(211)을 형성한다.
이이서, 상기 p형 불순물영역(211)이 형성된 기판 상에 실리사이드 방지막용 질화막(212)을 증착한다.
다음으로 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 포토다이오드(208, 211)가 형성된 광감지영역을 제외한 부분에 상기 실리사이드 방지막용 질화막(212)을 제거한다.
이어서, 상기 실리사이드 방지막용 질화막(212)이 형성된 기판 상에 코발트와 같은 금속층을 증착한후, 열처리하여 실리사이드층(213)을 형성한다.
이때, 상기 실리사이드 방지막용 질화막은 상기 포토다이오드 표면에 형성되어 다수의 식각 공정으로 인해 상기 포토다이오드 표면에 발생한 댕글링 본드를 제거하기 위해 수소기를 포함하고 있는 것이 바람직하다.
즉, 본 발명에서는 포토다이오드(208, 211) 표면의 기판 상에 실리사이드층이 형성되는 것을 방지하기 위하여 상기 실리사이드 방지막용 질화막(212)을 형성하여 상기 포토다이오드를 안정화 시킨다.
또한, 다수의 식각 공정으로 인해 상기 포토다이오드의 기판 표면에 발생한 댕글링 본드를 제거하기 위해 수소기를 포함하고 있다.
따라서, 댕글링 본드를 제거하여 포토다이오드를 안정화 시킴으로써, 암신호 및 DBP(Dark Bed Pixel) 결함을 개선할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 포토다이오드 표면의 기판 상에 실리사이드층이 형성되는 것을 방지하기 위하여 상기 실리사이드 방지막용 질화막을 형성하여 상기 포토다이오드를 안정화 시킨다.
또한, 다수의 식각 공정으로 인해 상기 포토다이오드의 기판 표면에 발생한 댕글링 본드를 제거하기 위해 수소기를 포함하고 있어서, 암신호 및 DBP(Dark Bed Pixel) 결함을 개선할 수 있다.
Claims (2)
- 포토다이오드와 트랜지스터가 형성된 기판을 준비하는 단계;상기 기판 상에 실리사이드 방지막용 질화막을 증착하는 단계;상기 포토다이오드영역을 제외한 부분의 상기 실리사이드 방지막용 질화막을 제거하는 단계; 및금속층을 증착하고, 열처리 하여 실리사이드층을 형성하는 단계를 포함하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 실리사이드 방지막용 질화막은 상기 포토다이오드 표면에 형성되어 상기 포토다이오드 표면에 발생한 댕글링 본드를 제거하기 위해 수소기를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |