KR100760141B1 - Method for manufacturing image sensor using salicide - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이미지센서에 관한 것으로, 특히 포토다이오드를 포함하는 수광영역에서의 살리사이드 형성을 방지하기에 적합한 이미지센서 제조 방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은, 화소어레이영역과 주변회로영역을 구비하는 이미지센서 제조 방법에 있어서, 상기 화소어레이영역 및 상기 주변회로영역의 반도체층 상에 게이트전극을 형성하는 단계; 상기 화소어레이영역의 반도체층 내에 상기 게이트전극에 접하도록 포토다이오드를 포함한 수광영역을 형성하는 단계; 상기 게이트전극이 형성된 전체 프로파일을 따라 절연막을 형성하는 단계; 상기 수광영역 상부의 상기 절연막 상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 수광영역 상에만 상기 절연막이 남도록 전면식각하는 단계; 및 살리사이드 공정을 실시하여 상기 수광영역을 제외한 영역 상부에 금속 실리사이드를 형성하는 단계를 포함하는 이미지센서 제조 방법을 제공한다.
The present invention relates to an image sensor, and more particularly, to provide a method for manufacturing an image sensor suitable for preventing the formation of salicide in a light-receiving region including a photodiode. To this end, the present invention provides a pixel array region and a peripheral circuit region. An image sensor manufacturing method comprising: forming a gate electrode on a semiconductor layer of the pixel array region and the peripheral circuit region; Forming a light receiving region including a photodiode in contact with the gate electrode in the semiconductor layer of the pixel array region; Forming an insulating film along the entire profile where the gate electrode is formed; Forming a photoresist pattern on the insulating layer on the light receiving region; Etching the entire surface such that the insulating film remains only on the light receiving region; And forming a metal silicide on the region except for the light receiving region by performing a salicide process.
살리사이드, 포토다이오드, 수광영역, RTP, FD.Salicide, photodiode, light receiving region, RTP, FD.
Description
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서 제조 공정을 도시한 단면도.
1A to 1C 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
10 : 반도체층 11 : N웰10 semiconductor layer 11 N well
12 : 필드절연막 13 : 게이트절연막12: field insulating film 13: gate insulating film
14 : 게이트전극용 전도막 14: conductive film for gate electrode
15 : 포토다이오드용 N형 불순물영역 16 : 스페이서15 N-type impurity region for
17 : 포토다이오드용 P형 불순물영역 18: 센싱확산영역17: P-type impurity region for photodiode 18: sensing diffusion region
19 : 소스/드레인 20 : 절연막19 source /
22: 금속 실리사이드
22: metal silicide
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로 특히, 이미지센서 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 누설전류를 감소시킬 수 있는 살리사이드(Self align silicide)를 이용한 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 using a salicide (Self align silicide) that can reduce the leakage current.
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).
또한, CCD와는 별도로 CMOS 이미지센서의 고집적화도 급속도로 이루어지고 있는 단계이다. 0.25㎛의 선폭 이하의 기술에서의 이미지센서 제조에 있어서도 기 존의 스탠다드 로직(Standard logic)과 동일하게 Ti 또는 Co 등의 살리사이드를 갖는 게이트전극과 소스/드레인 영역이 필수화되고 있다.In addition, high-density integration of CMOS image sensors is a rapid step apart from CCDs. Also in the manufacture of image sensors in a technology having a line width of 0.25 mu m or less, a gate electrode having a salicide such as Ti or Co and a source / drain region are indispensable, similar to existing standard logic.
한편, 금속 실리사이드는 그것이 필요한 곳 예컨대, 금속 콘택이 이루어지는 영역 등에서는 꼭 필요하나, 빛을 수광하는 영역 즉, 포토다이오드에서는 형성되어서는 안되는 바, 이는 금속 실리사이드의 경우 파장이 짧은 빛 예컨대, 청색 신호의 투과를 방지하는 역할을 하게 되어 광감도를 크게 감소시키는 역할을 하며, 또한 암신호(Dark current)를 생성시키는 소스로서의 역할을 한다.On the other hand, the metal silicide is necessary in the place where it is needed, for example, the area where the metal contact is made, but it should not be formed in the light-receiving area, that is, the photodiode. It serves to prevent the transmission of light, thereby greatly reducing the light sensitivity, and also serves as a source for generating a dark signal (Dark current).
따라서, 포토다이오드 영역에서의 실리사이드 형성을 효과적으로 방지하기 위한 기술이 필요하게 된다.
Thus, there is a need for a technique for effectively preventing silicide formation in the photodiode region.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 본 발명은, 포토다이오드를 포함하는 수광영역에서의 살리사이드 형성을 방지하기에 적합한 이미지센서 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention proposed to solve the above problems of the prior art, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing an image sensor suitable for preventing the formation of salicide in the light-receiving region including a photodiode.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 화소어레이영역과 주변회로영역을 구비하는 이미지센서 제조 방법에 있어서, 상기 화소어레이영역의 반도체층 상에 트랜스퍼게이트를 형성하는 동시에 상기 주변회로영역의 반도체층 상에 게이트전극을 형성하는 단계와, 상기 트랜스퍼게이트의 일측 및 타측과 각각 접하도록 포토다이오드와 센싱확산영역을 형성하는 단계와, 상기 트랜스퍼게이트와 상기 게이트전극이 형성된 전체 프로파일을 따라 절연막을 형성하는 단계와, 상기 포토다이오드, 상기 트랜스퍼게이트 및 상기 센싱확산영역을 덮도록 상기 절연막 상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 포토다이오드와 상기 센싱확산영역 상에만 상기 절연막이 잔류되도록 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 동시에 상기 절연막을 전면식각하는 단계와, 살리사이드 공정을 실시하여 상기 포토다이오드 및 상기 센싱확산영역을 제외한 영역 상부에 금속 실리사이드를 형성하는 단계를 포함하는 이미지센서 제조 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method of manufacturing an image sensor having a pixel array region and a peripheral circuit region, wherein a transfer gate is formed on the semiconductor layer of the pixel array region and at the same time on the semiconductor layer of the peripheral circuit region. Forming a gate electrode on the substrate, forming a photodiode and a sensing diffusion region to be in contact with one side and the other side of the transfer gate, and forming an insulating film along an entire profile in which the transfer gate and the gate electrode are formed; And forming a photoresist pattern on the insulating layer to cover the photodiode, the transfer gate, and the sensing diffusion region, and forming the photoresist pattern so that the insulating layer remains only on the photodiode and the sensing diffusion region. While removing the entire surface of the insulating film at the same time ; And raise the side subjected to the process to provide the photodiode and manufacturing an image sensor comprising the step of forming a metal silicide region on top, except for the sensing diffusion region.
본 발명은, 절연막을 증착한 후 포토레지스트 패턴을 이용한 산화막과의 선택비를 1:1로한 전면식각을 통해 화소어레이영역에서의 게이트 상부와 주변회로영역 등의 게이트전극 상부 및 소스/드레인 등에만 살리사이드가 형성되도록 하는 것을 기술적 특징으로 한다.
According to the present invention, after the deposition of the insulating film, the selectivity with the oxide film using the photoresist pattern is 1: 1, and only the gate electrode and the source / drain, such as the gate top and the peripheral circuit area in the pixel array region and the like, are formed. It is a technical feature that the salicide is formed.
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 도면을 참조하여 설명하는 바, 도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 일실시예에 따른 살리사이드 공정을 적용한 이미지센서 제조 공정을 도시한 단면도이다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. 1A to 1C are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of an image sensor to which a salicide process is applied according to an exemplary embodiment of the present invention.
여기서, A-A'은 화소어레이영역을 나타내고 B-B'는 주변회로영역을 나타내며, 반도체층(10)은 고농도인 P++ 층 및 P-Epi층이 적층된 것을 이용하는 바, 이하 도면의 간략화를 위해 반도체층(10)으로 칭한다.Here, A-A 'denotes a pixel array region and B-B' denotes a peripheral circuit region, and the
먼저 도 1a는 화소어레이영역(A-A')에 포토다이오드(PD)와 센싱확산영역(FD) 등이 형성되어 있으며, 주변회로영역(B-B')에 피모스 트랜지스터(PMOS)가 형성된 단면도를 나타내는 바, 보다 구체적으로 살펴본다.First, in FIG. 1A, a photodiode PD and a sensing diffusion region FD are formed in a pixel array region A-A ', and a PMOS transistor PMOS is formed in a peripheral circuit region B-B'. A cross section is shown and it looks at in more detail.
반도체층(10) 상에 게이트절연막(13)과 게이트전극용 전도막(14)과 그 측벽에 스페이서(16)를 구비하는 게이트전극(예컨대, 화소어레이영역의 트랜스퍼게이트(Tx)와 주변회로영역의 피모스 트랜지스터(PMOS)가 형성되어 있으며, Tx의 일측에 접하며, 반도체층(10) 내에 소정의 깊이로 형성된 포토다이오드(PD)와, Tx의 타측에 접하며, 반도체층(10) 내에 고농도의 N형 불순물 영역 즉, 센싱확산영역(FD, 18)이 형성되어 있으며, PMOS의 양측 N웰 영역에 고농도 P형의 소스/드레인(P+, 19)이 형성되어 있다.A gate electrode (eg, a transfer gate Tx of the pixel array region and a peripheral circuit region having a
포토다이오드(PD)는 반도체층(10) 하부로 확장된 저농도 N형 불순물영역(n-, 15)과 n-영역(15) 상부의 반도체층(10)과의 계면에 P형 불순물영역(P0, 17)을 포함한다.The photodiode PD has a P-type impurity region P0 at an interface between the low concentration N-type impurity regions n- and 15 extending below the
계속해서, 본 발명의 살리사이드 공정을 설명한다.Next, the salicide process of this invention is demonstrated.
먼저, 도 1b에 도시된 바와 같이 게이트전극이 형성된 전체 프로파일을 따라 살리사이드 공정시 선택적 실리사이드 형성을 위한 산화막 등의 절연막(20)을 형성하는 바, 후속 전면식각 공정에 따른 게이트전극의 수직 단차와의 식각 프로파일을 고려하여 1000Å ∼ 3000Å의 두께로 증착한다.First, as shown in FIG. 1B, an
이어서, 절연막(20) 상에 살리사이드 형성을 위한 포토레지스트 패턴(21)을 형성하는 바, 포토다이오드 등의 수광영역을 덮도록 한다.Subsequently, a
다음으로, 도 1c에 도시된 바와 같이 게이트전극 상부 표면이 노출될 때까지 포토레지스트 패턴(21)과 절연막(20)을 전면식각하는 바, 이 때 절연막(20)과 포토레지스트 패턴(21)의 식각선택비를 1:1로 하여 포토다이오드 상부는 절연막(20)을 잔류시키며, Tx 상부와 주변회로영역 등의 게이트전극 상부 및 소스/드레인 상부는 노출시키다.Next, as shown in FIG. 1C, the
따라서, 살리사이드 공정이 가능해지는 것이다.Therefore, a salicide process becomes possible.
계속해서, 살리사이드 공정을 실시하여 게이트전극 상부와 PMOS와 Tx의 게이트전극 및 소스/드레인이 형성된 반도체층(10) 표면에 Ti 또는 Co 등의 실리사이드(22)를 형성한다.Subsequently, a salicide process is performed to form
실리사이드 형성용 금속 물질의 증착은 스퍼터링(Sputtering)법을 이용하는 것이 바람직하며, 증착된 금속은 열처리에 의한 실리콘과 금속의 반응을 통해 형성한다.The deposition of the silicide-forming metal material is preferably performed by sputtering, and the deposited metal is formed through reaction of silicon and metal by heat treatment.
구체적으로 설명하면, 680℃ ∼ 780℃의 온도 하에서 15초 ∼ 25초 동안 열처리 예컨대, 금속열처리(Rapid Thermal Process; RTP)를 실시하여 노출된 영역의 표면에 실리사이드(22)를 형성한다. 이 때, 살리사이드 공정이 적용되는 바, 산화막 계열에서는 Ti 등의 금속이 반응하지 않고 미반응 금속이 잔류하게 되므로, 세정 공정 등을 실시하여 이러한 미반응 금속을 제거한 다음, 다시 800℃ ∼ 900℃ 정도의 고온에서 15초 ∼ 25초 동안 RTP를 실시함으로써, 콘택 저항을 감소시킬 수 있으며 광차단이 필요한 영역에서의 효과적인 광차단을 위한 실리사이드(22)가 형성된다. 이러한 열처리는 N2 가스 분위기에서 실시하는 것이 바람직하다.
Specifically, the
전술한 본 발명은, 포토다이오드 등의 수광영역에서의 실리사이드 형성을 방지하며, 주변회로영역 및 게이트전극 상부에서의 실리사이드를 효과적으로 형성할 수 있도록 함으로써, 비교적 간단한 공정에 의해 암신호 생성에 따른 이미지센서의 특성 열화를 방지할 수 있음을 실시예를 통해 알아 보았다.
The present invention as described above prevents silicide formation in a light receiving region such as a photodiode and enables effective formation of the silicide in the peripheral circuit region and the upper portion of the gate electrode. It was found through the examples that the degradation of the properties 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, 비교적 간단한 공정에 의해 살리사이드를 형성할 수 있어, 궁극적으로 이미지센서의 성능 및 가격 경쟁력을 동시에 향상시킬 수 있는 탁월한 효과를 기대할 수 있다.According to the present invention, the salicide can be formed by a relatively simple process, and ultimately, an excellent effect of improving the performance and price competitiveness of the image sensor can be expected.
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