KR20070063852A - 반도체 소자, 시모스 이미지 센서, 반도체 소자의 제조방법및 시모스 이미지 센서의 제조방법 - Google Patents
반도체 소자, 시모스 이미지 센서, 반도체 소자의 제조방법및 시모스 이미지 센서의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
반도체 소자, 시모스 이미지 센서, 반도체 소자의 제조방법 및 시모스 이미지 센서의 제조방법을 제공한다. 상기 시모스 이미지 센서를 제조하기 위해 먼저, 기판 내에 포토다이오드 활성영역을 한정하는 트렌치를 형성한다. 상기 트렌치의 바닥 및 측벽 내에 불순물을 도우핑하여, 상기 트렌치의 바닥 및 측벽을 감싸는 채널 스톱 불순물영역을 형성한다. 상기 불순물이 도우핑된 트렌치 내에 절연막을 갭-필하여 트렌치 소자분리영역을 형성한다. 상기 포토다이오드 활성영역의 기판 내에 포토다이오드를 형성한다. 이와 같이, 상기 트렌치의 바닥 및 측벽을 감싸는 채널 스톱 불순물영역을 형성함으로써, 상기 트렌치의 계면 결함으로 인한 암전류 및 잡음을 줄일 수 있다.
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시모스 이미지 센서의 단위 화소의 등가회로도이다.
도 2는 도 1에 도시된 시모스 이미지 센서를 구현하는 일 실시예인 화소 어레이부의 일부를 나타낸 평면도이다.
도 3a 내지 도 3f는 도 2의 절단선 I-I를 따라 취해진 본 발명의 일 실시예에 따른 시모스 이미지 센서의 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 시모스 이미지 센서를 구비하는 컴퓨터 프로세서 시스템을 나타낸 개략도이다.
도 5는 실험예 2에 따른 트렌치 소자분리 영역을 나타낸 사진이다.
도 6은 실험예 3, 실험예 4 및 비교예 2에 따른 시료의 트렌치 측부 기판 깊이에 따른 보론 농도를 나타낸 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100' : 기판 101 : 에피층
100a' : 화소 트렌치 100b : 회로 트렌치
100a" : 화소 트렌치 소자분리영역 100b' : 회로 트렌치 소자분리영역
106 : 채널 스톱 불순물영역 140, 150 : 포토다이오드
123, 133 : 전송 게이트 FD : 플로팅 확산영역
본 발명은 반도체 소자, 이미지 센서 및 그들의 제조방법들에 관한 것으로, 특히 트렌치를 구비하는 반도체 소자, 시모스 이미지 센서 및 그들의 제조방법들에 관한 것이다.
일반적인 이미지 센서는 광학 영상(optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자를 의미한다. 이러한 이미지 센서는 CCD(Charge Coupled Device)와 시모스 이미지 센서(CMOS Image Sensor; CIS)로 구분될 수 있다. 시모스 이미지 센서는 단위 화소 내에 광신호를 수신하는 포토다이오드와 상기 광신호를 제어할 수 있는 모스트랜지스터를 구비하는 소자로, CCD에 비해 제조공정이 매우 단순하며 다른 여러 신호처리 소자와 더불어 하나의 칩으로 제조할 수 있는 장점이 있다.
이러한 시모스 이미지 센서를 제조하는 것은 실리콘 기판에 소자분리막을 형성하여 포토다이오드 및 모스 트랜지스터들이 형성되는 활성영역들을 한정하는 것을 포함한다. 이 때, 상기 소자분리막과 상기 기판 간의 계면에는 댕글링 본드(dangling bond)와 같은 결정 결함이 많이 존재하게 된다. 특히, 상기 소자분리막 이 기판을 식각하여 트렌치를 형성한 후, 상기 트렌치 내에 절연막을 매립한 STI(Shallow Trench Isolation) 구조를 갖는 경우, 상기 기판을 식각하는 과정에서 다수의 결정 결함이 발생하게 된다. 이러한 결정 결함은 전하를 발생시키기 쉬운 상태에 있어, 포토다이오드에 광이 입사하지 않은 경우에도 전류를 발생시킨다. 이러한 전류를 암전류라고 하고, 이는 이미지 센서의 화질에 치명적인 손상을 가할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 상기 트렌치 하부에 이온주입법을 사용하여 불순물 영역을 형성하고자 하는 시도가 있다. 그러나, 이온주입법에 사용되는 이온빔은 직진성을 가지므로, 상기 불순물 영역은 상기 트렌치의 하부에 주로 형성될 뿐 상기 트렌치의 측부를 감싸도록 형성되기는 어렵다. 이를 위해, 상기 이온빔을 틸트시켜 주입할 수 있으나, 이 경우에는 상기 불순물 영역이 상기 트렌치의 측부에 형성될 뿐 상기 트렌치의 하부에는 형성되기 어렵다. 정리하면, 이온주입법을 사용하는 경우 상기 불순물 영역은 상기 트렌치를 감싸도록 형성되기 어렵다. 상기 불순물 영역에 의해 감싸지지 않은 상기 트렌치의 계면에 존재하는 결정 결함은 암전류를 발생시킬 수 있다. 나아가, 소자가 고집적화되면서 트렌치의 폭은 줄고 깊이는 증가되는데 이 경우, 상기 이온주입법에 의한 불순물 영역이 상기 트렌치를 감싸도록 형성되는 것은 더욱 어렵다. 따라서, 암전류 발생이 증가될 수 있다.
또한, 이온주입법은 비교적 높은 에너지 조건에서 수행되므로 상기 불순물 영역은 두껍게 형성되는 것이 일반적이다. 이 경우, 상기 트렌치에 인접하는 포토다이오드 활성영역 내에 형성되는 포토다이오드의 공핍영역을 축소시킬 위험이 있 다. 이는 포토다이오드의 포화전류를 감소시킬 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 소자분리영역과 기판 사이의 계면 결함으로 인한 암전류 또는 누설전류를 효과적으로 감소시킬 수 있는 시모스 이미지 센서 및 반도체 소자의 제조방법들을 제공함에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기한 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 소자분리영역과 기판 사이의 계면 결함으로 인한 암전류 또는 누설전류가 효과적으로 감소된 시모스 이미지 센서 및 반도체 소자를 제공함에 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면(aspect)은 이미지 센서의 제조방법을 제공한다. 먼저, 기판 내에 포토다이오드 활성영역을 한정하는 트렌치를 형성한다. 상기 트렌치의 바닥 및 측벽 내에 불순물을 도우핑하여 상기 트렌치의 바닥 및 측벽을 감싸는 채널 스톱 불순물영역을 형성한다. 상기 불순물이 도우핑된 트렌치 내에 절연막을 갭-필하여 트렌치 소자분리영역을 형성한다. 상기 포토다이오드 활성영역의 기판 내에 포토다이오드를 형성한다. 이와 같이, 상기 트렌치의 바닥 및 측벽을 감싸는 채널 스톱 불순물영역을 형성함으로써, 상기 트렌치의 계면 결함으로 인한 암전류 및 잡음을 줄일 수 있다.
상기 불순물을 도우핑하는 것은 플라즈마 도우핑법을 사용하여 수행하는 것이 바람직하다. 이로써, 상기 트렌치의 바닥 및 측벽을 감싸는 채널 스톱 불순물 영역을 효과적으로 형성할 수 있다. 나아가, 상기 채널 스톱 불순물 영역의 두께를 전체적으로 얇게 형성할 수 있어 포토다이오드의 포화전류 감소를 막을 수 있다.
상기 플라즈마 도우핑은 소오스 가스로서 불순물 가스와 희석 가스(dilution gas)를 사용하는 것이 바람직하다. 이로써, 상기 트렌치 바닥 내의 채널 스톱 불순물 영역의 두께 대비 상기 트렌치 측벽 내의 채널 스톱 불순물 영역의 두께를 증가시킬 수 있다. 결과적으로, 상기 채널 스톱 불순물 영역이 상기 트렌치를 더욱 콘포말하게 감싸도록 할 수 있다.
상기 트렌치는 깊은 트렌치인 것이 바람직하다. 이로써, 포토다이오드들 사이의 크로스 토크를 방지할 수 있다. 나아가, 상기 기판이 베이스 기판 및 상기 베이스 기판 상에 적층된 에피층을 구비하는 경우, 상기 트렌치는 상기 에피층을 관통하도록 형성할 수 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 일 측면은 다른 이미지 센서의 제조방법을 제공한다. 먼저, 화소영역과 주변회로영역을 구비하는 기판을 제공한다. 상기 주변회로영역의 기판 내에 회로 활성영역을 한정하는 회로 트렌치를 형성하고, 상기 화소영역의 기판 내에 포토다이오드 활성영역을 한정하는 화소 트렌치를 형성한다. 상기 화소 트렌치의 바닥 및 측벽 내에 불순물을 도우핑하여 상기 트렌치의 바닥 및 측벽을 감싸는 채널 스톱 불순물영역을 형성한다. 상기 회로 트렌치 내에 절연막을 갭-필하여 회로 트렌치 소자분리영역을 형성한다. 상기 불순물이 도우핑된 화소 트렌치 내에 절연막을 갭-필하여 화소 트렌치 소자분리영 역을 형성한다. 상기 포토다이오드 활성영역의 기판 내에 포토다이오드를 형성한다.
상기 화소 트렌치는 상기 회로 트렌치 보다 깊게 형성하는 것이 바람직하다. 나아가, 상기 기판은 베이스 기판 및 상기 베이스 기판 상에 적층된 에피층을 구비하고, 상기 회로 트렌치는 상기 에피층 내에 형성하고, 상기 화소 트렌치는 상기 에피층을 관통하도록 형성하는 것이 바람직하다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 또 다른 일 측면은 반도체 소자의 제조방법을 제공한다. 먼저, 기판 내에 활성영역을 한정하는 트렌치를 형성한다. 상기 트렌치의 바닥 및 측벽 내에 불순물을 도우핑하여 상기 트렌치의 바닥 및 측벽을 감싸는 채널 스톱 불순물영역을 형성한다. 상기 불순물이 도우핑된 트렌치 내에 절연막을 갭-필하여 트렌치 소자분리영역을 형성한다. 이와 같이, 상기 트렌치의 바닥 및 측벽을 감싸는 채널 스톱 불순물영역을 형성함으로써, 상기 트렌치의 계면 결함으로 인한 누설전류를 줄일 수 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 또 다른 일 측면은 이미지 센서를 제공한다. 상기 이미지 센서는 기판 내에 형성되고 포토다이오드 활성영역을 한정하는 트렌치 소자분리영역을 구비한다. 상기 소자분리영역과 접하는 기판 내에 상기 소자분리영역의 바닥 및 측벽을 감싸는 채널 스톱 불순물 영역이 제공된다. 상기 포토다이오드 활성영역의 기판 내에 포토다이오드가 제공된다. 이와 같이, 상기 채널 스톱 불순물 영역이 상기 소자분리영역의 바닥 및 측벽을 감쌈으로써, 상기 트렌치의 계면 결함으로 인한 암전류 및 잡음을 줄일 수 있다.
상기 채널 스톱 불순물 영역 내에서 불순물의 농도는 상기 소자분리영역으로부터 계속적으로 감소하는 것이 바람직하다. 이로써, 포토다이오드의 포화전류 감소를 막을 수 있다.
또한, 상기 소자분리영역 측부의 채널 스톱 불순물 영역의 두께는 상기 소자분리영역 하부의 채널 스톱 불순물 영역의 두께에 대해 0.5 내지 1의 비를 갖는 것이 바람직하다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 또 다른 일 측면은 다른 이미지 센서를 제공한다. 상기 이미지 센서는 화소영역과 주변회로영역을 갖는 기판을 구비한다. 상기 주변회로영역의 기판 내에 형성되어 회로 활성영역을 한정하는 회로 트렌치 소자분리영역이 제공되고, 상기 화소영역의 기판 내에 형성되어 포토다이오드 활성영역을 한정하는 화소 트렌치 소자분리영역이 제공된다. 상기 화소 트렌치 소자분리영역과 접하는 기판 내에 상기 화소 트렌치 소자분리영역의 바닥 및 측벽을 감싸는 채널 스톱 불순물 영역이 제공된다. 상기 포토다이오드 활성영역의 기판 내에 포토다이오드가 제공된다.
상기 화소 트렌치 소자분리영역은 상기 회로 트렌치 소자분리영역보다 깊은 것이 바람직하다. 나아가, 상기 기판은 베이스 기판 및 상기 베이스 기판 상에 적층된 에피층을 구비하고, 상기 회로 트렌치 소자분리영역은 상기 에피층 내에 위치하고, 상기 화소 트렌치 소자분리영역은 상기 에피층을 관통하는 것이 바람직하다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 또 다른 일 측면은 반도체 소자를 제공한다. 상기 반도체 소자는 기판 내에 형성되어 활성영역을 한정하는 트 렌치 소자분리영역을 구비한다. 상기 소자분리영역과 접하는 기판 내에 상기 소자분리영역의 바닥 및 측벽을 감싸는 채널 스톱 불순물 영역이 제공된다. 이와 같이, 상기 채널 스톱 불순물 영역이 상기 소자분리영역의 바닥 및 측벽을 감쌈으로써, 상기 트렌치의 계면 결함으로 인한 누설 전류를 줄일 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 도면들에 있어서, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시모스 이미지 센서의 단위 화소의 등가회로도이다.
도 1을 참조하면, 단위 화소(PX)는 제1 포토다이오드(photodiode; 140), 제2 포토다이오드(150), 제1 전송 트랜지스터(transfer transistor; 120), 제2 전송 트랜지스터(130), 리셋 트랜지스터(reset transistor; 160), 드라이브 트랜지스터(drive transistor; 170) 및 선택 트랜지스터(select transistor; 180)를 구비한다.
상기 제1 및 제2 포토다이오드들(140, 150)은 각각 제1 및 제2 전송 트랜지스터들(120, 130)의 소오스들에 접속한다. 상기 전송 트랜지스터들(120, 130)의 드레인들은 플로팅 노드인 플로팅 확산영역(floating diffusion region; FD)를 공유한다. 상기 플로팅 노드(FD)에 상기 리셋 트랜지스터(160), 상기 선택 트랜지스터(180) 및 상기 드라이브 트랜지스터(170)가 직렬 연결된다. 또한, 상기 플로팅 노드(FD)는 상기 드라이브 트랜지스터(170)의 게이트에 접속한다. 상기 리셋 트랜지스터(160)와 상기 선택 트랜지스터(180) 사이의 노드에 전원(Vdd)이 접속된다.
이러한 단위 화소(PX)는 다음과 같이 구동된다. 먼저, 리셋 트랜지스터(160)의 게이트에 리셋 신호(RX)가 인가되면, 상기 리셋 트랜지스터(160)는 턴 온(turn on)된다. 그 결과, 상기 플로팅 노드(FD)의 포텐셜은 전원전압으로 리셋된다. 그 후, 상기 리셋 트랜지스터(160)를 턴 오프(turn off)시킨다. 이어서, 상기 포토다이오드들(140, 150)에 광이 입사하고, 상기 입사된 광의 량에 비례하여 전자-홀 쌍(Electron-Hole Pair; EHP)이 생성된다. 상기 생성된 신호전하는 상기 전송 트랜지스터들(120, 130)의 게이트 장벽에 의해 상기 포토다이오드들(140, 150)에 구속된다. 이어서, 상기 전송 트랜지스터들(120, 130) 중 하나 예를 들어, 상기 제1 전송 트랜지스터(120)의 게이트에 전송 신호(TX1)을 인가하면, 상기 제1 전송 트랜지스터(120)는 턴 온(on)된다. 그 결과, 상기 제1 포토다이오드(140)에 구속되어 있던 신호전하는 플로팅 노드(FD)로 전송되어 플로팅 노드(FD)의 포텐셜을 변화시킨다. 이와 동시에, 상기 드라이브 트랜지스터(170)의 게이트 바이어스가 변하고, 이에 따라 상기 드라이브 트랜지스터(170)의 전류 구동능력(current drivability)이 결정된다. 이 때, 상기 선택 트랜지스터(180)의 게이트에 선택 신 호(SEL)가 인가되어 상기 선택 트랜지스터(180)는 턴 온된다. 그 결과, 상기 드라이브 트랜지스터(170)에 상기 플로팅 노드(FD)의 포텐셜에 상응하는 전류가 흐르고, 이 전류는 출력전압(Vout)으로 출력된다. 미설명부호인 TX2는 상기 제2 전송 트랜지스터(130)의 게이트에 인가되는 전송 신호이다.
이와 같이, 단위 화소가 2 이상의 포토다이오드들을 구비하고 상기포토다이오드들로부터 신호를 출력하기 위한 트랜지스터들이 공유됨으로써, 단위 화소 면적을 줄여 고집적화가 가능함과 동시에 필 펙터(fill factor)를 증가시킬 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 단위 화소가 하나의 포토다이오드 또는 셋 이상의 포토다이오드들을 구비할 수 있으며, 트랜지스터들의 배치와 갯수 또한 각각에 적합하게 변형될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 시모스 이미지 센서를 구현하는 일 실시예인 화소 어레이부의 일부를 나타낸 평면도이다.
도 2를 참조하면, 화소 어레이부는 행과 열로 배열된 단위 화소들(PX)을 구비한다. 단위 화소(PX)는 기판의 소정영역에 트렌치 소자분리영역을 형성하여 한정된 제 1 활성영역(110) 및 제 2 활성영역(115)을 구비한다. 상기 제 1 활성영역(110)은 서로 이격된 제1 및 제2 포토다이오드 활성영역들(110_1, 110_2); 상기 포토 다이오드 활성영역들(110_1, 110_2)로부터 연장되어 상기 포토 다이오드 활성영역들(110_1, 110_2)을 연결하는 전송 트랜지스터 활성영역(110_3);및 상기 전송 트 랜지스터 활성영역(110_3)으로부터 연장된 리셋 트랜지스터 활성영역(110_4)을 구비한다. 상기 제1 및 제2 포토다이오드 활성영역들(110_1, 110_2)에 각각 제1 및 제2 포토다이오드들(140, 150)이 형성된다.
상기 활성영역들(110, 115) 상에 제1 전송 게이트 전극(123), 제 2 전송 게이트 전극(133), 리셋 게이트 전극(163), 선택 게이트 전극(183) 및 드라이브 게이트 전극(173)이 배치된다. 상기 제 1 및 제2 전송 게이트 전극들(123, 133)은 전송 트랜지스터 활성영역(110_3) 상부를 가로지르되, 각각 상기 제1 및 제2 포토다이오드 활성영역들(110_1, 110_2)에 인접하도록 배치된다. 상기 제 1 및 제2 전송 게이트 전극들(123, 133) 사이에 노출된 전송 트랜지스터 활성영역(110_3)에 플로팅 확산영역(FD)이 형성된다. 상기 리셋 게이트 전극(163)은 상기 리셋 트랜지스터 활성영역(110_4) 상부를 가로지르되, 상기 플로팅 확산 영역(FD)에 인접하도록 배치된다. 또한, 상기 선택 게이트 전극(183) 및 상기 드라이브 게이트 전극(173)은 상기 제2 활성영역(115) 상부를 가로지른다.
상기 게이트 전극들(123, 133, 163, 183, 173) 상에 배선들(미도시)이 배치된다. 상기 배선들 중 하나는 상기 리셋 게이트 전극(163)에 인접하는 리셋 트랜지스터 활성영역(110_4) 중 상기 플로팅 확산영역(FD)의 반대편에 위치하는 활성영역과 상기 선택 게이트 전극(183)의 일측에 노출된 제2 활성영역(115)을 전기적으로 연결하며, 이 배선에는 전원(도 1의 Vdd)이 접속한다. 또한, 상기 배선들 중 다른 하나는 상기 플로팅 확산영역(FD)과 상기 드라이브 게이트 전극(173)을 전기적으로 연결한다.
한편, 단위 화소(PX)의 면적을 줄이고 필 펙터를 증가시키기 위해 상기 포토다이오드들(140, 150) 사이의 간격(Wa, Wb) 또한 줄어들 수 있다. 이 경우, 상기 포토다이오드들(140, 150) 사이에 크로스 토크(cross talk)가 발생할 위험이 있다. 이를 해결하기 위해 상기 제1 및 제2 포토다이오드 활성영역들(110_1, 110_2) 사이의 트렌치 소자분리영역을 깊게 형성할 수 있다.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 일 실시예에 따른 시모스 이미지 센서의 제조방법을 나타낸 단면도들로서, 도 2의 절단선 I-I를 따라 취해진 화소영역과 주변회로영역을 한정하여 나타낸다. 상기 주변회로영역은 도 2에 도시된 화소 어레이부의 주변에 위치하고 상기 화소 어레이부를 구동시키는 구동회로가 배치된 영역이다.
도 3a를 참조하면, 화소영역과 주변회로영역을 구비하는 기판(100')을 제공한다. 상기 기판은 베이스 기판(100)과 상기 베이스 기판(100)상에 형성되고 제1 도전형을 갖는 에피층(101)을 구비한다. 상기 제1 도전형은 P형일 수 있다.
상기 기판(100') 상에 패드 절연막(103) 및 하드 마스크막(104)을 순차적으로 적층한다. 상기 하드 마스크막(104)은 후술하는 트렌치 형성 공정에서 하드 마스크로 사용되며, 예를 들어 실리콘 질화막일 수 있다. 상기 패드 절연막(103)은 상기 하드 마스크막(104)의 적층시 상기 기판에 가해지는 스트레스를 완화할 수 있는 막으로, 예를 들어 실리콘 산화막일 수 있다.
상기 하드 마스크막(104) 상에 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 하드 마스크막(104) 및 상기 패드 절연막(103)을 식각함으로써, 상기 기판(100')의 일부 영역을 노출시킨다. 이어서, 상기 포토레지스트 패턴을 제거한다.
상기 하드 마스크막(104)을 마스크로 하여 상기 기판(100')의 노출된 영역을 식각한다. 그 결과, 상기 기판(100') 자세하게는, 상기 에피층(101) 내에 트렌치들(100a, 100b)이 형성되고, 상기 트렌치들(100a, 100b)은 활성영역들을 한정한다. 자세하게는 화소영역의 기판 내에 형성된 트렌치 즉, 화소 트렌치(100a)는 화소 활성영역을 한정하고, 상기 주변회로영역의 기판 내에 형성된 트렌치 즉, 회로 트렌치(100b)는 회로 활성영역을 한정한다. 상기 화소 활성영역은 제1 및 제2 포토다이오드 활성영역들(도 2의 110_1, 110_2) 및 전송 트랜지스터 활성영역(도 2의 110_3)을 포함한다.
도 3b를 참조하면, 상기 트렌치들(100a, 100b)이 형성된 기판 상에 버퍼 절연막(105)을 적층한다. 상기 버퍼 절연막(105)은 상기 트렌치(100a, 100b)들 내부를 매립하면서 상기 하드 마스크막(104) 상에 적층된다. 상기 버퍼 절연막(105) 상에 포토레지스트 패턴(109)을 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴(109)은 상기 주변회로영역 전체를 덮는 반면, 상기 화소영역에서는 상기 하드 마스크막(104)에 정렬되어 상기 화소 트렌치(100a) 상부의 버퍼 절연막(105)을 노출시킨다.
상기 포토레지스트 패턴(109)을 마스크로 하여 상기 노출된 버퍼 절연막(105)을 식각한다. 따라서, 화소 트렌치(100a) 내부의 버퍼 절연막(105)이 모두 식각되고, 상기 화소 트렌치(100a)의 바닥이 노출된다. 그 후, 상기 노출된 화소 트렌치(100a)의 바닥을 식각하여 도 3c에 도시된 바와 같이, 깊은 화소 트렌치(100a')를 형성한다.
이러한 깊은 화소 트렌치(100a')를 형성하는 동안 상기 포토레지스트 패턴(109)이 식각될 수 있고, 또한 상기 버퍼 절연막(105)의 상부 일부 또한 식각될 수 있다. 이와 같이 상기 버퍼 절연막(105)은 상기 깊은 화소 트렌치(100a')를 형성하는 동안 상기 하드 마스크막(104)이 노출되지 않도록 하는 식각 버퍼층의 역할을 한다.
도 3c를 참조하면, 상기 깊은 화소 트렌치(100a')는 상기 회로 트렌치(100b) 보다 깊다. 따라서, 상기 포토다이오드 활성영역들(도 2의 110_1, 110_2) 사이를 충분히 분리하여 후속하는 공정에서 형성되는 포토다이오드들 간의 크로스 토크를 방지할 수 있다. 바람직하게는, 상기 깊은 화소 트렌치(100a')는 충분한 크로스 토크 방지를 위해 1㎛ 내지 4㎛의 깊이를 갖는다. 한편, 상기 회로 트렌치(100b)는 일반적인 얕은 트렌치(shallow trench)로서 0.4㎛이하의 깊이를 갖는다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에서 상기 화소 트렌치 또한 0.4㎛이하의 깊이를 갖는 얕은 트렌치로 형성할 수도 있다.
상기 깊은 화소 트렌치(100a')와 상기 회로 트렌치(100b)가 모두 상기 에피층(101) 내에 형성된 것을 도시하였으나, 이에 한정되지 않고 상기 회로 트렌치(100b)는 상기 에피층(101) 내에 형성되는 반면 상기 깊은 화소 트렌치(100a')는 상기 에피층(101)을 관통하도록 형성될 수 있다.
이어서, 상기 화소 트렌치(100a')의 바닥 및 측벽 내에 불순물을 도우핑하여 상기 화소 트렌치(100a')의 바닥 및 측벽을 감싸는 채널 스톱 불순물 영역(106)을 형성한다. 부연하면, 상기 채널 스톱 불순물 영역(106)은 상기 화소 트렌치(100a')의 계면이 드러나지 않을 정도로 완전히 감싼다. 또한, 상기 채널 스톱 불순물 영역(106)은 상기 화소 트렌치(100a')의 바닥 및 측벽을 콘포말하게 감싼다. 그 결과, 상기 화소 트렌치(100a')의 계면 결함으로 인한 암전류 및 잡음을 줄일 수 있다.
상기 불순물을 도우핑하는 것은 플라즈마 도우핑법(plasma doping method)을 사용하여 수행하는 것이 바람직하다. 자세하게는, 플라즈마 도우핑 챔버(미도시) 내에 상기 화소 트렌치(100a')의 내부가 노출된 기판을 위치시킨 후, 소오스 가스로서 불순물 가스(dopant gas)를 챔버 내로 유도하고 상기 불순물 가스를 사용하여 플라즈마를 생성한 후, 상기 기판(100)에 전압을 인가하여 상기 플라즈마 중의 이온을 상기 기판 즉, 상기 화소 트렌치(100a')의 내부에 주입한다. 이 때, 상기 플라즈마는 상기 화소 트렌치(100a')의 바닥 및 측벽을 감싸는 채널 스톱 불순물 영역(106)을 형성할 수 있다. 특히, 상술한 바와 같이 상기 화소 트렌치(100a')를 깊은 트렌치로 형성하는 경우, 상기 플라즈마 도우핑법은 상기 깊은 트렌치의 바닥 및 측벽을 감싸는 채널 스톱 불순물 영역(106)을 효과적으로 형성할 수 있다. 또한, 상기 플라즈마 도우핑법을 사용하는 경우 불순물은 상기 화소 트렌치(100a')에 접하는 부분에 집중적으로 분포하고, 불순물의 농도는 상기 화소 트렌치(100a')로부터 계속적으로 감소한다. 다시 말해서, 상기 채널 스톱 불순물 영역(106)은 전체적으로 얇게 형성될 수 있다. 그 결과, 후속하는 공정에서 형성되는 포토다이오 드의 공핍 영역을 감소시키지 않을 수 있다. 따라서, 포화전류 감소를 막을 수 있다.
상기 불순물 가스는 BF3, B2H6, BCl3 또는 이들의 혼합기체일 수 있다. 이로써, 상기 채널 스톱 불순물 영역(106)에 보론을 도우핑할 수 있다. 또한, 상기 소오스 가스는 상기 불순물 가스와 더불어서 희석 가스(dilution gas)를 포함할 수 있다. 상기 희석 가스는 수소(H2), 질소(N2), 산소(O2), 불소(F2), 헬륨(He), 아르곤(Ar), 크세논(Xe) 및 이들의 혼합기체일 수 있다. 상기 희석 가스는 플라즈마의 밀도를 고르게 분산시켜 상기 채널 스톱 불순물 영역(106)을 상기 화소 트렌치(100a')의 바닥 및 측벽 내에 고르게 분포시킬 수 있다. 다시 말해, 이 경우 상기 채널 스톱 불순물 영역(106)은 상기 깊은 트렌치의 바닥 및 측벽을 더욱 콘포말하게 감쌀 수 있다. 자세하게는, 상기 화소 트렌치(100a') 측부의 채널 스톱 불순물 영역(106)의 두께는 상기 화소 트렌치(100a') 하부의 채널 스톱 불순물 영역(106)의 두께에 대해 0.5 내지 1의 비를 가질 수 있다.
상기 불순물을 도우핑하기 전에, 상기 화소 트렌치(100a') 내에 산화막(108)을 형성할 수 있다. 상기 산화막(108)은 상기 플라즈마 도우핑시 보론 외의 물질이 상기 기판 내로 유입되는 것을 막을 수 있다. 나아가, 상기 산화막(108)은 열산화막일 수 있다. 상기 열산화막의 형성과정에서 상기 트렌치(100a') 내부에 발생된 격자 결함 등의 손상은 치유될 수 있다. 이 경우, 상기 플라즈마 도우핑은 암전류 방지 및 포화전류 감소 방지를 고려할 때, 1㎸ 내지 7㎸의 에너지 범위에서 수행하는 것이 바람직하다.
또한, 암전류 방지 및 포화전류 감소방지를 고려할 때 상기 플라즈마 도우핑은 1.0E13 atoms/㎠ 내지 1.0E18 atoms/㎠의 도즈 범위에서 수행하는 것이 바람직하다.
도 3d를 참조하면, 상기 불순물이 도우핑된 화소 트렌치(100a') 내에 매립 절연막(107)을 갭-필한다. 상기 매립 절연막(107)은 상기 버퍼 절연막(105) 상부에도 적층된다. 상기 매립 절연막(107)은 매립 특성이 우수한 HDP-CVD(High Density Plasma - Chemical Vapor Deposition) 산화막 또는 USG(Undoped Silica Glass)막일 수 있다. 이어서, 상기 매립 절연막(107)이 적층된 기판을 상기 하드 마스크막(104)이 노출될 때까지 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP)하여 상기 매립 절연막(107) 및 버퍼 절연막(105)을 평탄화한 후, 상기 하드 마스크막(104) 및 상기 패드 절연막(103)을 제거하여 활성영역들을 노출시킨다.
그 결과, 도 3e에 도시된 바와 같이, 상기 매립 절연막(107)에 의해 갭-필된 화소 트렌치 소자분리영역(100a") 및 상기 버퍼 절연막(105)에 의해 갭-필된 회로 트렌치 소자분리영역(100b')이 형성된다.
이어서, 상기 주변회로영역의 기판 내에 제 2 도전형 불순물을 주입하여 제 2 도전형 웰(102)을 형성한다. 상기 제 2 도전형은 N형일 수 있다. 그 후, 상기 기판 상에 게이트 절연막(119)을 형성하고, 상기 게이트 절연막(119) 상에 게이트 도전막을 형성한다. 상기 게이트 도전막은 도우프트 폴리실리콘막일 수 있다. 상 기 게이트 도전막을 패터닝하여 상기 전송 트랜지스터 활성영역(110_3) 상에 제1 전송 게이트 전극(123) 및 제2 전송 게이트 전극(133)을 형성하고, 상기 회로 활성영역 상에 회로 게이트 전극(193)을 형성한다. 이 때, 상기 게이트 절연막(119)도 패터닝될 수 있다. 상기 제1 및 제2 전송 게이트 전극들(123, 133)은 각각 상기 제1 및 제2 포토다이오드 활성영역들(도 2의 110_1, 110_2)에 인접하도록 형성된다.
이어서, 상기 전송 트랜지스터 활성영역(110_3)을 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴 및 상기 제1 및 제2 전송 게이트 전극들(123, 133)을 마스크로 하여 제 2 도전형 불순물을 주입하여 플로팅 확산 영역(FD)을 형성한다.
그 후, 상기 포토레지스트 패턴을 제거하고 상기 회로 활성영역을 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴 및 상기 회로 게이트 전극(193)을 마스크로 하여 제 1 도전형 불순물을 주입하여 소오스/드레인 영역들(195)을 형성한다.
이어서, 상기 포토다이오드 활성영역들(도 2의 110_1, 110_2)을 노출시키는 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 제1 및 제2 포토다이오드 활성영역들(도 2의 110_1, 110_2)에 제 2 도전형 불순물을 고에너지로 주입하여 제1 및 제2 하부 불순물 영역들(147, 157)을 형성한다. 그 후, 상기 포토레지스트 패턴을 제거한다.
도 3f를 참조하면, 상기 기판 상에 스페이서 절연막을 적층한다. 상기 스페 이서 절연막을 이방성 식각(anisotropic etch)하여 상기 게이트 전극들(123, 133, 193) 측면에 스페이서들(129)을 형성한다. 이어서, 상기 스페이서들(129)이 형성된 기판 상에 상기 포토다이오드 활성영역들(도 2의 110_1, 110_2)을 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴 및 상기 스페이서들(129)을 마스크로 하여 제 1 도전형 불순물을 저에너지로 주입하여 제1 및 제2 상부 불순물 영역들(145, 155)을 형성한다. 그 결과, 상기 제1 및 제2 상부 불순물 영역들(145, 155)은 상기 제1 및 제2 하부 불순물 영역들(147, 157) 내에 각각 형성된다. 상기 제1 상부 불순물 영역(145) 및 상기 제1 하부 불순물 영역(147)은 제1 포토다이오드(140)를 형성하고, 상기 제2 상부 불순물 영역(155) 및 상기 제2 하부 불순물 영역(157)은 제2 포토다이오드(150)를 형성한다.
상기 제1 및 제2 상부 불순물 영역들(145, 155)을 형성하는 것은 플라즈마 도우핑법을 사용하여 수행할 수 있다. 그 결과, 상기 제1 및 제2 상부 불순물 영역들(145, 155) 내의 불순물의 농도가 기판 표면에 집중되어 상기 제1 및 제2 상부 불순물 영역들(145, 155)의 두께가 얇아질 수 있다. 결과적으로, 상기 포토다이오드들(140, 150)이 동작할 때 공핍영역의 두께가 증가되어 포토다이오드의 감광성이 향상될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 시모스 이미지 센서를 구비하는 컴퓨터 프로세서 시스템을 나타낸 개략도이다.
도 4를 참조하면, 컴퓨터 프로세서 시스템(300)은 중앙처리장치(CPU, 320), 플로피 디스크 드라이브(330), CD롬 드라이브(340), 시모스 이미지 센서(310), I/O 소자(360) 및 램(350)을 포함한다. 이 때, 상기 시모스 이미지 센서(310)은 도 1, 도 2, 도 3a 내지 도 3f를 참조하여 설명한 시모스 이미지 센서이다. 한편, 상기 중앙처리장치(320), 시모스 이미지 센서(310) 및 램(350)은 시스텝 온 칩(System on Chip; SoC) 내에 구비된 소자일 수 있다.
상기 중앙처리장치(320), 상기 플로피 디스크 드라이브(330), 상기 CD롬 드라이브(340), 상기 시모스 이미지 센서(310), 상기 I/O 소자(360) 및 상기 램(350)은 버스(370)를 통하여 서로 통신할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실험예(example)들을 제시한다. 다만, 하기의 실험예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예들에 의해 한정되는 것은 아니다.
시모스
이미지 센서의 암전류 및 잡음(
Random
Noise
) 특성
<실험예 1>
에피층을 구비하는 기판(SUMCO 사)을 준비하고, 상기 에피층 상에 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막이 차례로 적층된 마스크 패턴을 형성하였다. 상기 마스크 패턴을 마스크로 하여 상기 에피층을 0.3㎛ 식각하여 트렌치를 형성하여 포토다이오드 활성영역을 한정하였다. 그 후, 플라즈마 도우핑법을 사용하여 상기 트렌치의 바닥 및 측벽 내에 보론을 도우핑하여 채널 스톱 불순물 영역을 형성하였다. 상기 플라즈마 도우핑시 BF3를 소오스 가스로 사용하였다. 또한, 상기 플라즈마 도우핑시 도우핑 에너지는 3kV였고, BF3의 도즈는 1.0E15atoms/㎠이었다. 상기 보론이 도우핑된 트렌치 내에 HDP-CVD 산화막을 매립하고, 상기 HDP-CVD 산화막을 화학적 기계적 연마하여 평탄화 한 후, 상기 실리콘 질화막 및 상기 실리콘 산화막을 제거하여 트렌치 소자분리영역을 형성하였다. 그 후, 상기 포토다이오드 활성영역에 인(phosphorus)를 이온주입하여 하부 불순물 영역을 형성하였고, 또한 상기 포토다이오드 활성영역에 보론(boron)을 이온주입하여 상부 불순물 영역을 형성하였다.
<실험예 2>
플라즈마 도우핑시 BF3와 N2를 소오스 가스로 사용하되, 상기 BF3와 N2의 유량비는 각각 20%와 80%인 것을 제외하고는 실험예 1과 동일한 방법으로 시료를 제작하였다.
<비교예 1>
상기 트렌치 내에 보론을 도우핑함에 있어서, 플라즈마 도우핑법을 사용하지 않고 B을 30kV, 1.2E13atoms/㎠의 조건에서 이온주입한 후, 다시 B을 10kV, 6.0E12 atoms/㎠의 조건에서 이온주입한 것을 제외하고는 실험예 1과 동일한 방법으로 시료를 제작하였다.
상기 실험예 1, 상기 실험예 2 및 상기 비교예 1에 따른 시료들의 암전류 특 성 및 잡음 특성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
| 트렌치 내부 보론 도우핑 조건 | 암전류(mV/sec) | 잡음(LSB) | ||
| 플라즈마 도우핑법 | 이온주입법 | |||
| 실험예 1 | BF3, 3kV, 1.0E15 atoms/㎠ | - | 6 | 3.97 |
| 실험예 2 | BF3, 3kV, 1.0E15 atoms/㎠ (20% BF3, 80% N2) | - | 7.5 | 3.65 |
| 비교예 2 | - | B, 30kV, 1.2E13 atoms/㎠ B, 10kV, 6.0E12 atoms/㎠ | 14 | 4.65 |
표 1을 참조하면, 트렌치 내부에 보론을 도우핑함에 있어서, 플라즈마 도우핑법을 사용한 실험예 1 및 실험예 2에 따른 시료는 이온주입법을 사용한 비교예 2에 따른 시료에 비해 암전류 및 잡음이 낮은 값을 보였다. 또한, 희석가스로서 N2를 첨가한 실험예 2의 경우 실험예 1에 비해 더 낮은 잡음값을 보였다. 정리하면, 트렌치 내부 즉, 트렌치의 바닥 및 측벽에 불순물을 도우핑함에 있어서, 플라즈마 도우핑법을 사용하면 암전류 특성 및 잡음 특성을 개선할 수 있음을 알 수 있다.
이와 같이 플라즈마 도우핑법을 사용하여 트렌치 내부를 도우핑하는 경우, 채널 스톱 불순물 영역이 트렌치의 바닥 및 측벽을 완전히 감싸도록 형성될 수 있고, 이러한 채널 스톱 불순물 영역은 결정 결함이 존재하는 트렌치 계면으로부터 발생된 전하가 포토다이오드에 이르는 것을 차단하여 암전류 및 잡음을 감소시킨다.
트렌치
바닥 및 측벽의
도우핑
프로파일
도 5는 실험예 2에 따른 트렌치 소자분리 영역을 나타낸 사진이다.
도 5를 참조하면, 트렌치(100a) 양 측부의 채널 스톱 불순물 영역(106)의 두께들(W2, W3)은 65.74㎚와 61.07㎚이고, 트렌치(100a) 하부의 채널 스톱 불순물 영역(106)의 두께(W1)는 72.37nm이다. 따라서, 트렌치(100a) 측부의 채널 스톱 불순물 영역(106)의 두께는 트렌치(100a) 하부의 채널 스톱 불순물 영역(106)의 두께에 대해 0.86 또는 0.91의 비를 가짐을 알 수 있다.
한편, 희석가스를 사용하지 않고 BF3만을 소오스 가스로서 사용한 경우(실험예 1), 트렌치 측부의 채널 스톱 불순물 영역의 두께는 트렌치 하부의 채널 스톱 불순물 영역의 두께에 대해 약 0.5의 비를 가진 것으로 측정되었다.
따라서, 플라즈마 도우핑법을 사용하여 상기 채널 스톱 불순물 영역을 형성한 경우, 트렌치 측부의 채널 스톱 불순물 영역의 두께는 상기 트렌치 하부의 채널 스톱 불순물 영역의 두께에 대해 0.5 내지 1의 비를 갖는 것을 알 수 있다. 이로써, 플라즈마 도우핑법을 사용하여 채널 스톱 불순물 영역을 형성하는 경우 상기 채널 스톱 불순물 영역이 상기 트렌치의 측벽을 콘포말하게 감싸는 것을 알 수 있고, 플라즈마 도우핑시 희석가스를 사용하는 경우 콘포말한 정도를 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
기판 내
도우핑
프로파일
<실험예 3>
에피층을 구비하는 기판(SUMCO 사)을 준비하고, 플라즈마 도우핑법을 사용하여 상기 기판 내에 보론을 도우핑하여 불순물 영역을 형성하였다. 상기 플라즈마 도우핑시 BF3와 N2를 소오스 가스로 사용하였다. 상기 BF3와 N2의 유량비는 각각 20%와 80%였다. 또한, 상기 플라즈마 도우핑시 도우핑 에너지는 3kV였고, BF3의 도즈는 1.0E15atoms/㎠이었다.
<실험예 4>
플라즈마 도우핑시 도우핑 에너지는 1kV인 것을 제외하고는 실험예 3과 동일한 방법으로 시료를 제작하였다.
<비교예 2>
에피층을 구비하는 기판(SUMCO 사)을 준비하고, B을 30kV, 1.2E13atoms/㎠의 조건에서 이온주입한 후, 다시 B을 10kV, 6.0E12 atoms/㎠의 조건에서 이온주입하여 상기 기판 내에 보론이 도우핑된 불순물 영역을 형성하였다.
상기 실험예 3, 상기 실험예 4 및 상기 비교예 2에 따른 시료들의 보론 도우핑 조건을 하기 표 2에 정리하여 나타내었다.
| .트렌치내 보론 도우핑 조건 | ||
| 플라즈마 도우핑법 | 이온 주입법 | |
| 실험예 3 | BF3, 3kV, 1.0E15 atoms/㎠ (20% BF3, 80% N2) | |
| 실험예 4 | BF3, 1kV, 1.0E15 atoms/㎠ (20% BF3, 80% N2) | |
| 비교예 2 | - | B, 30kV, 1.2E13 atoms/㎠ B, 10kV, 6.0E12 atoms/㎠ |
도 5는 실험예 3, 실험예 4 및 비교예 2에 따른 시료의 기판 깊이에 따른 보론 농도를 나타낸 그래프이다. 참조번호 a, b 및 c는 각각 실험예 3, 실험예 4 및 비교예 2에 따른 시료들을 나타낸다.
도 5를 참조하면, 실험예 3 및 실험예 4에 따른 시료들(a, b)은 기판 표면에 상당량의 불순물이 있고, 기판 표면으로부터의 깊이가 증가할수록 불순물의 농도는 계속적으로 급격하게 감소한다. 반면, 비교예 2에 따른 시료(c)는 기판 표면으로부터의 0.01㎛까지는 불순물의 농도가 감소하지만, 0.01㎛ 이상에서는 불순물의 농도가 오히려 증가하거나 일정하다.
이러한 결과를 참조할 때, 이온주입법을 사용하여 형성된 불순물 영역의 두께는 플라즈마 도우핑법을 사용하여 형성된 불순물 영역의 두께에 비해 두꺼운 것을 알 수 있다. 따라서, 이온빔을 틸트시킨 이온주입법을 사용하여 트렌치 측부에 채널 스톱 불순물 영역을 형성할 수 있다고 하더라도, 이러한 불순물 영역의 두께는 상당히 두꺼워 상기 트렌치 측부에 인접하는 포토다이오드의 공핍 영역을 감소시킬 수 있다. 반면, 플라즈마 도우핑법을 사용하여 형성된 채널 스톱 불순물 영역은 포토다이오드의 공핍 영역에 영향을 미치지 않는다. 따라서, 플라즈마 도우핑법을 사용하여 채널 스톱 불순물 영역을 형성하는 경우, 포화전류의 감소를 막을 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 트렌치의 바닥 및 측벽에 불순물을 도우핑하여 상기 트렌치의 바닥 및 측벽을 완전히 감싸는 채널 스톱 불순물 영역을 형성함으로써, 시모스 이미지 센서의 암전류 및 잡음을 줄일 수 있다. 또한, 상기 불순물 도우핑을 플라즈마 도우핑법을 사용하여 수행함으로써 상기 채널 스톱 불순물 영역의 두께를 전체적으로 낮출 수 있어, 시모스 이미지 센서의 포화전류 감소 를 막을 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (49)
- 기판 내에 포토다이오드 활성영역을 한정하는 트렌치를 형성하고,상기 트렌치의 바닥 및 측벽 내에 불순물을 도우핑하여, 상기 트렌치의 바닥 및 측벽을 감싸는 채널 스톱 불순물영역을 형성하고,상기 불순물이 도우핑된 트렌치 내에 절연막을 갭-필하여 트렌치 소자분리영역을 형성하고,상기 포토다이오드 활성영역의 기판 내에 포토다이오드를 형성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 불순물을 도우핑하는 것은 플라즈마 도우핑법을 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 불순물을 도우핑하기 전에, 상기 트렌치 내에 산화막을 형성하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 플라즈마 도우핑은 1㎸ 내지 7㎸의 에너지 범위에서 수행하는 것을 특 징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 플라즈마 도우핑은 1.0E13 atoms/㎠ 내지 1.0E18 atoms/㎠의 도즈 범위에서 수행하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 플라즈마 도우핑은 소오스 가스로서 불순물 가스와 희석 가스(dilution gas)를 사용하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 불순물 가스는 BF3, B2H6 및 BCl3로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 가스인 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 희석 가스는 수소(H2), 질소(N2), 산소(O2), 불소(F2), 헬륨(He), 아르곤(Ar) 및 크세논(Xe)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 가스인 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 트렌치는 깊은 트렌치인 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 트렌치는 1㎛ 내지 4㎛의 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 기판은 베이스 기판 및 상기 베이스 기판 상에 적층된 에피층을 구비하고, 상기 트렌치는 상기 에피층을 관통하도록 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 포토다이오드를 형성하는 것은 상기 포토다이오드 활성영역의 기판 내에 하부 불순물 영역을 형성하고, 상기 하부 불순물 영역 상에 플라즈마 도우핑법을 사용하여 상부 불순물 영역을 형성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
- 화소영역과 주변회로영역을 구비하는 기판을 제공하고,상기 주변회로영역의 기판 내에 회로 활성영역을 한정하는 회로 트렌치를 형 성하고, 상기 화소영역의 기판 내에 포토다이오드 활성영역을 한정하는 화소 트렌치를 형성하고,상기 화소 트렌치의 바닥 및 측벽 내에 불순물을 도우핑하여, 상기 화소 트렌치의 바닥 및 측벽을 감싸는 채널 스톱 불순물영역을 형성하고,상기 회로 트렌치 내에 절연막을 갭-필하여 회로 트렌치 소자분리영역을 형성하고,상기 불순물이 도우핑된 화소 트렌치 내에 절연막을 갭-필하여 화소 트렌치 소자분리영역을 형성하고,상기 포토다이오드 활성영역의 기판 내에 포토다이오드를 형성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 화소 트렌치는 상기 회로 트렌치 보다 깊게 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제 14 항에 있어서,상기 화소 트렌치는 1㎛ 내지 4㎛의 깊이를 갖도록 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 불순물을 도우핑하는 것은 플라즈마 도우핑법을 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제 16 항에 있어서,상기 불순물을 도우핑하기 전에, 상기 화소 트렌치 내에 산화막을 형성하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제 16 항에 있어서,상기 플라즈마 도우핑은 소오스 가스로서 불순물 가스와 희석 가스(dilution gas)를 사용하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 기판은 베이스 기판 및 상기 베이스 기판 상에 적층된 에피층을 구비하고, 상기 회로 트렌치는 상기 에피층 내에 형성하고, 상기 화소 트렌치는 상기 에피층을 관통하도록 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 포토다이오드를 형성하는 것은 상기 포토다이오드 활성영역의 기판 내에 하부 불순물 영역을 형성하고, 상기 하부 불순물 영역 상에 플라즈마 도우핑법을 사용하여 상부 불순물 영역을 형성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미 지 센서의 제조방법.
- 기판 내에 포토다이오드 활성영역을 한정하는 트렌치를 형성하고,플라즈마 도우핑법을 사용하여 상기 트렌치의 바닥 및 측벽 내에 불순물을 도우핑하고,상기 불순물이 도우핑된 트렌치 내에 절연막을 갭-필하여 트렌치 소자분리영역을 형성하고,상기 포토다이오드 활성영역의 기판 내에 포토다이오드를 형성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 불순물을 도우핑하기 전에, 상기 트렌치 내에 산화막을 형성하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 플라즈마 도우핑은 소오스 가스로서 불순물 가스와 희석 가스(dilution gas)를 사용하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 트렌치는 깊은 트렌치인 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 기판은 베이스 기판 및 상기 베이스 기판 상에 적층된 에피층을 구비하고, 상기 트렌치는 상기 에피층을 관통하도록 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 포토다이오드를 형성하는 것은 상기 포토다이오드 활성영역의 기판 내에 하부 불순물 영역을 형성하고, 상기 하부 불순물 영역 상에 플라즈마 도우핑법을 사용하여 상부 불순물 영역을 형성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
- 기판 내에 활성영역을 한정하는 트렌치를 형성하고,상기 트렌치의 바닥 및 측벽 내에 불순물을 도우핑하여, 상기 트렌치의 바닥 및 측벽을 감싸는 채널 스톱 불순물영역을 형성하고,상기 불순물이 도우핑된 트렌치 내에 절연막을 갭-필하여 트렌치 소자분리영역을 형성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
- 제 27 항에 있어서,상기 불순물을 도우핑하는 것은 플라즈마 도우핑법을 사용하여 수행하는 것 을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
- 제 27 항에 있어서,상기 불순물을 도우핑하기 전에, 상기 트렌치 내에 산화막을 형성하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
- 제 27 항에 있어서,상기 플라즈마 도우핑은 소오스 가스로서 불순물 가스와 희석 가스(dilution gas)를 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
- 제 27 항에 있어서,상기 트렌치는 깊은 트렌치인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
- 제 27 항에 있어서,상기 기판은 베이스 기판 및 상기 베이스 기판 상에 적층된 에피층을 구비하고, 상기 트렌치는 상기 에피층을 관통하도록 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
- 기판 내에 형성되고 포토다이오드 활성영역을 한정하는 트렌치 소자분리영역;상기 소자분리영역과 접하는 기판 내에 형성되고, 상기 소자분리영역의 바닥과 측벽을 감싸는 채널 스톱 불순물 영역; 및상기 포토다이오드 활성영역의 기판 내에 형성된 포토다이오드를 구비하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 33 항에 있어서,상기 채널 스톱 불순물 영역 내에서 불순물의 농도는 상기 소자분리영역으로부터 계속적으로 감소하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 33 항에 있어서,상기 소자분리영역 측부의 채널 스톱 불순물 영역의 두께는 상기 소자분리영역 하부의 채널 스톱 불순물 영역의 두께에 대해 0.5 내지 1의 비를 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 33 항에 있어서,상기 트렌치는 깊은 트렌치인 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 36 항에 있어서,상기 트렌치는 1㎛ 내지 4㎛의 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 33 항에 있어서,상기 기판은 베이스 기판 및 상기 베이스 기판 상에 적층된 에피층을 구비하고, 상기 트렌치는 상기 에피층을 관통하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 화소영역과 주변회로영역을 구비하는 기판;상기 주변회로영역의 기판 내에 형성되어 회로 활성영역을 한정하는 회로 트렌치 소자분리영역;상기 화소영역의 기판 내에 형성되어 포토다이오드 활성영역을 한정하는 화소 트렌치 소자분리영역;상기 화소 트렌치 소자분리영역과 접하는 기판 내에 형성되고, 상기 화소 트렌치 소자분리영역의 바닥과 측벽을 감싸는 채널 스톱 불순물 영역; 및상기 포토다이오드 활성영역의 기판 내에 형성된 포토다이오드를 구비하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 39 항에 있어서,상기 화소 트렌치 소자분리영역은 상기 회로 트렌치 소자분리영역보다 깊은 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 40 항에 있어서,상기 화소 트렌치 소자분리영역은 1㎛ 내지 4㎛의 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 39 항에 있어서,상기 채널 스톱 불순물 영역 내에서 불순물의 농도는 상기 화소 트렌치 소자분리영역으로부터 계속적으로 감소하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 39 항에 있어서,상기 화소 트렌치 소자분리영역 측부의 채널 스톱 불순물 영역의 두께는 상기 소자분리영역 하부의 채널 스톱 불순물 영역의 두께에 대해 0.5 내지 1의 비를 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 39 항에 있어서,상기 기판은 베이스 기판 및 상기 베이스 기판 상에 적층된 에피층을 구비하고, 상기 회로 트렌치 소자분리영역은 상기 에피층 내에 위치하고, 상기 화소 트렌치 소자분리영역은 상기 에피층을 관통하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 기판 내에 형성되고 활성영역을 한정하는 트렌치 소자분리영역; 및상기 소자분리영역과 접하는 기판 내에 형성되고, 상기 소자분리영역의 바닥과 측벽을 감싸는 채널 스톱 불순물 영역을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
- 제 45 항에 있어서,상기 채널 스톱 불순물 영역 내에서 불순물의 농도는 상기 소자분리영역으로부터 계속적으로 감소하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
- 제 45 항에 있어서,상기 소자분리영역 측부의 채널 스톱 불순물 영역의 두께는 상기 소자분리영역 하부의 채널 스톱 불순물 영역의 두께에 대해 0.5 내지 1의 비를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
- 제 45 항에 있어서,상기 트렌치는 깊은 트렌치인 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
- 제 45 항에 있어서,상기 기판은 베이스 기판 및 상기 베이스 기판 상에 적층된 에피층을 구비하고, 상기 트렌치는 상기 에피층을 관통하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
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