KR100748315B1

KR100748315B1 - Image sensor manufacturing method

Info

Publication number: KR100748315B1
Application number: KR1020010037448A
Authority: KR
Inventors: 황준
Original assignee: 매그나칩 반도체 유한회사
Priority date: 2001-06-28
Filing date: 2001-06-28
Publication date: 2007-08-09
Anticipated expiration: 2021-06-28
Also published as: KR20030001110A

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.
The present invention relates to an image sensor, and in particular, by forming a nitride film-based protective film containing a large amount of H + ions on the surface of the semiconductor layer to form impurity regions through the protective film during ion implantation, according to the ion implantation and etching process To minimize the attack on the surface of the semiconductor layer to fundamentally prevent the creation of dangling bonds to provide a method for manufacturing an image sensor that can minimize the dark current, for this purpose, the present invention is local to the semiconductor layer of the first conductive type Forming a field insulating film with a first step; Forming a gate electrode on the semiconductor layer; A third step of forming a protective film along a surface of the resultant product of which the second step is completed; Performing a ion implantation to form a first impurity region for a photodiode of a second conductivity type in a semiconductor layer between the gate electrode and the field insulating film; Forming a spacer on sidewalls of the gate electrode covered with the passivation layer; And a sixth step of forming a second impurity region of a first conductivity type at an interface in contact with the semiconductor layer in the first impurity region.

암전류, 포토다이오드, 댕글링 본드, PECVD, 질화막.Dark current, photodiode, dangling bond, PECVD, nitride film.

Description

Fabrication method of image sensor

도 1a 내지 도 1c는 종래기술에 따른 이미지센서 제조 공정을 도시한 단면도,1A to 1C are cross-sectional views illustrating an image sensor manufacturing process according to the prior art;

도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서 제조 공정을 도시한 단면도.
2A through 2C are cross-sectional views illustrating an image sensor manufacturing process according to an embodiment of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

20 : 반도체층20: semiconductor layer

21 : 필드 절연막21: field insulating film

22, 23 : 게이트전극22, 23: gate electrode

24 : 보호막24: protective film

26 : 스페이서
26: spacer

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.The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to an image sensor manufacturing method, and more particularly to an image sensor manufacturing method that can minimize the dark current (Dark current) using a protective film.

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.In general, an image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal. In a double charge coupled device (CCD), individual metal-oxide-silicon (MOS) capacitors are very different from each other. A device in which charge carriers are stored and transported in a capacitor while being located in close proximity, and CMOS (Complementary MOS) image sensor is a CMOS technology that uses a control circuit and a signal processing circuit as peripheral circuits. Is a device that employs a switching method that creates MOS transistors by the number of pixels and sequentially detects the output using them.

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.In the manufacture of such various image sensors, efforts are being made to increase the photo sensitivity of the image sensor, one of which is a condensing technology. For example, a CMOS image sensor is composed of a photodiode for detecting light and a portion of a CMOS logic circuit for processing the detected light into an electrical signal to make data. To increase light sensitivity, the ratio of the photodiode to the total image sensor area is increased. Efforts have been made to increase (usually referred to as Fill Factor).

도 1a 내지 도 1c는 종래기술에 따른 이미지센서 제조 공정을 도시한 단면도이다.1A to 1C are cross-sectional views illustrating an image sensor manufacturing process according to the prior art.

이하, 도 1a 내지 도 1c를 참조하여 종래의 이미지센서 제조 공정을 살펴보 는 바, 여기서 반도체층(10)은 고농도인 P++ 층 및 P-Epi층이 적층된 것을 이용하는 바, 이하 도면의 간략화를 위해 반도체층(10)으로 칭한다.Hereinafter, a conventional image sensor manufacturing process will be described with reference to FIGS. 1A to 1C, where the semiconductor layer 10 uses a stacked P ++ layer and a P-Epi layer having a high concentration. For this purpose, the semiconductor layer 10 is called.

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.First, as shown in FIG. 1A, the field insulating film 11 is locally formed in the semiconductor layer 10, and then the gate electrodes 12 and 13, for example, a transfer gate are formed in a region away from the field insulating film 11. ), And then the impurity region n- for photodiode contacting the field insulating film 11 and the gate electrodes 12 and 13 by using the ion implantation mask 14 in the semiconductor layer 10 has a predetermined depth. To form.

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.Next, as shown in FIG. 1B, after removing the ion implantation mask 14 through a PR strip, a nitride film or the like is deposited on the entire surface, and then spacers are formed on the sidewalls of the gate electrodes 12 and 13 through etching. (15) is formed. Subsequently, ion implantation is performed to form the P-type electrode for the photodiode to form the impurity region P0 in contact with the upper portion of the n− region and the surface of the semiconductor layer 10.

다음으로 도 1c에 도시된 바와 같이, 소스/드레인 형성을 위한 이온주입을 실시하여 n+ 영역을 형성함으로써, 이미지센서의 포토다이오드 형성 공정이 완료된다.Next, as illustrated in FIG. 1C, the photodiode forming process of the image sensor is completed by performing ion implantation for source / drain formation to form an n + region.

계속해서, 이후의 공정으로 상부의 칼라 필터 어레이(Colour Filter Array; CFA)와 마이크로 렌즈(Microlens)를 형성함으로써 이미지센서의 형성이 완료된다.Subsequently, the formation of the image sensor is completed by forming an upper color filter array (CFA) and a microlens in a subsequent process.

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 댕글링 본드(Dangling bond)를 유발시켜 암전류를 증가시킴으로 인해 이미지센서의 동작 특성을 열화시키는 주요인으로 작용하는 문제점이 발생하게 된다.
Meanwhile, when the image sensor manufacturing process is performed in the same manner as the conventional method, since the surface of the semiconductor layer is always exposed to the outside during the process, an attack on the surface of the semiconductor layer occurs as the ion implantation and etching processes are performed. Increasing the dark current by inducing a dangling bond (Dangling bond) causes a problem that acts as a major factor to deteriorate the operating characteristics of the image sensor.

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.
The present invention proposed to solve the above problems of the prior art, by forming a nitride film-based protective film containing a large amount of H + ions on the surface of the semiconductor layer to form an impurity region through the protective film during ion implantation, It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing an image sensor capable of minimizing dark current resulting from dangling bonds by minimizing attack on the surface of a semiconductor layer due to ion implantation and etching processes.

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. The present invention to achieve the above object, the first step of forming a field insulating film locally on the semiconductor layer of the first conductivity type; Forming a gate electrode on the semiconductor layer; A third step of forming a protective film along a surface of the resultant product of which the second step is completed; Performing a ion implantation to form a first impurity region for a photodiode of a second conductivity type in a semiconductor layer between the gate electrode and the field insulating film; Forming a spacer on sidewalls of the gate electrode covered with the passivation layer; And a sixth step of forming a second impurity region of a first conductivity type at an interface in contact with the semiconductor layer in the first impurity region.

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.Hereinafter, in order to explain in detail enough that a person having ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily carry out the technical idea of the present invention, refer to FIGS. 2A to 2C to which the most preferred embodiment of the present invention is attached. This will be described.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서 제조 공정을 도시한 단면도이다.2A through 2C are cross-sectional views illustrating an image sensor manufacturing process according to an exemplary embodiment of the present invention.

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.Hereinafter, a process of manufacturing the image sensor of the present invention will be described with reference to FIGS. 2A to 2C, where the semiconductor layer 20 uses a high concentration of a P ++ layer and a P-Epi layer. The semiconductor layer 20 is referred to for this purpose.

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.First, as shown in FIG. 2A, a field insulating film 21 is locally formed in the semiconductor layer 20, and then gate electrodes 22 and 23, eg, a transfer gate, are formed in a region away from the field insulating film 21. ), Then a thin protective film 24 having a thickness of 200 mW to 500 mW is formed along the surface of the resultant.

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 댕글링 본드를 H+로 치환함으로써 댕글링 본드를 제거하는 긍정적인 역할을 하며, 후속 이온주입 공정에서는 보호막(24)을 관통하여 반도체층(20) 내부에 불순물 영역을 형성한다. Here, since the protective film 24 uses a normal nitride film series, the nitride film has a finer structure and a higher hardness than the normal nitride film series, thereby preventing mechanical damage or intrusion of impurities into the semiconductor layer 20. In addition, since the plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) is used at a temperature of 400 ° C. or lower using silane (SiH ₄ ) and ammonia (NH ₃ ), the amount of H + ions is contained when the nitride film is deposited. Although it may cause damage to the lower layer due to stress, in the present invention, by a large amount of H + ions, the dangling bond existing on the surface of the semiconductor layer 20 is replaced with H + to play a positive role of removing the dangling bond. In the subsequent ion implantation process, the impurity region is formed inside the semiconductor layer 20 by penetrating the passivation layer 24.

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.Subsequently, an impurity region n- for photodiode in contact with the field insulating film 21 and the gate electrodes 22 and 23 is formed using the ion implantation mask 25 to a predetermined depth inside the semiconductor layer 20.

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.Next, as shown in FIG. 2B, the ion implantation mask 25 is removed through a PR strip, and a nitride film or the like is deposited on the entire surface, and then the gate electrode 22 covered with the protective layer 24 through front etching. 23) spacers 26 are formed on the sidewalls. Subsequently, ion implantation is performed to form a P-type electrode for a photodiode to form an impurity region P0 in contact with the top of the n− region and the surface of the semiconductor layer 20.

다음으로 도 2c에 도시된 바와 같이, 소스/드레인 형성을 위한 이온주입을 실시하여 n+ 영역을 형성함으로써, 이미지센서의 포토다이오드 형성 공정이 완료된다.
Next, as shown in FIG. 2C, the photodiode forming process of the image sensor is completed by forming an n + region by performing ion implantation for source / drain formation.

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.
The present invention as described above, by forming a protective film containing a large amount of H + ions on the surface of the semiconductor layer to remove the dangling bond and to prevent the attack of the semi-structure layer during the subsequent etching and ion implantation process, thereby minimizing dark current In addition, it was found through the embodiment that the deterioration of the electrical characteristics of the image sensor can be prevented.

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.
Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

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.
The present invention described above, by minimizing the attack of the dark current and the semiconductor layer, it is possible to improve the electrical characteristics of the image sensor, ultimately can be expected to have an excellent effect of improving the yield of the image sensor.

Claims

In the image sensor manufacturing method,

A first step of forming a field insulating film on the first conductive semiconductor layer;

Forming a gate electrode on the semiconductor layer;

A third step of forming a protective film along a surface of the resultant product of which the second step is completed;

Performing a ion implantation to form a first impurity region for a photodiode of a second conductivity type in a semiconductor layer between the gate electrode and the field insulating film;

Forming a spacer on sidewalls of the gate electrode covered with the passivation layer; And

A sixth step of forming a second impurity region of a first conductivity type at an interface in contact with the semiconductor layer in the first impurity region

Image sensor manufacturing method comprising a.

The method of claim 1,

The protective film is an image sensor manufacturing method, characterized in that the nitride film containing H +.

The method of claim 1,

The protective film is formed in the third step, the image sensor manufacturing method, characterized in that using the plasma chemical vapor deposition method.

The method of claim 1,

The impurity region is formed in the semiconductor layer through the passivation layer when the ion is implanted.

The method of claim 1,

The protective film is an image sensor manufacturing method, characterized in that the thickness of 200 ~ 500Å.

The method of claim 1,

The first conductive type is a P-type, the second conductive type is an image sensor manufacturing method, characterized in that the N-type.