(57)【要約】【課題】損傷したエピタキシャル層の表面を除去して、漏洩電流の発生を防止できるイメージセンサー及びその製造方法を課題にする。【解決手段】半導体基板上に順次に形成された第１、第２及び第３エピタキシャル層２０、３０、４０と、第１エピタキシャル層２０に形成された第１イオン注入層２５と、第２エピタキシャル層３０に形成された第２イオン注入層３５と、第３エピタキシャル層４０に形成された第３イオン注入層４５と、第３エピタキシャル層４０の第３イオン注入層４５の上部に形成されたトレンチ５０を含む。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に順次に形成された第１、第２及び第３エピタキシャル層と、
前記第１エピタキシャル層に形成された第１イオン注入層と、
前記第２エピタキシャル層に形成された第２イオン注入層と、
前記第３エピタキシャル層に形成された第３イオン注入層含み、前記第３エピタキシャル層の第３イオン注入層の上部に形成されたトレンチと、
を含むイメージセンサー。
【請求項２】
前記第１イオン注入層は赤色フォトダイオードで、前記第２イオン注入層は緑色フォトダイオードで、前記第３イオン注入層は青色フォトダイオードであることを含む請求項１に記載のイメージセンサー。
【請求項３】
前記第３エピタキシャル層は1.5〜2.0μmの厚さに形成され、前記トレンチは0.3〜0.7μmの深みに形成されたことを含む請求項１に記載のイメージセンサー。
【請求項４】
前記第１イオン注入層と繋がる第１コンタクトと、前記第２イオン注入層と繋がる第２コンタクトを含む請求項１に記載のイメージセンサー。
【請求項５】
半導体基板に第１エピタキシャル層を形成する段階と、
前記第１エピタキシャル層に第１イオン注入層を形成する段階と、
前記第１イオン注入層が形成された前記第１エピタキシャル層上に第２エピタキシャル層を形成する段階と、
前記第２エピタキシャル層に第２イオン注入層を形成する段階と、
前記第２イオン注入層が形成された前記第２エピタキシャル層上に第３エピタキシャル層を形成する段階と、
前記第３エピタキシャル層に第３イオン注入層を形成する段階と、
前記第３エピタキシャル層の前記第３イオン注入層上部にトレンチを形成する段階と、
を含むイメージセンサーの製造方法。
【請求項６】
前記第１イオン注入層は赤色フォトダイオードで、前記第２イオン注入層は緑色フォトダイオードで、前記第３イオン注入層は青色フォトダイオードであることを含む請求項５に記載のイメージセンサーの製造方法。
【請求項７】
前記第３エピタキシャル層は1.5〜2.0μmの厚さに形成され、前記トレンチは0.3〜0.7μmの深みに形成されたことを含む請求項５に記載のイメージセンサーの製造方法。
【請求項８】
前記第２イオン注入層を形成した後、前記第１エピタキシャル層と第２エピタキシャル層を貫いて、前記第１イオン注入層と繋がる第１コンタクトを形成する段階を含み、
前記第３イオン注入層を形成した後、前記第１エピタキシャル層と第２エピタキシャル層を貫いて、前記第１コンタクトと繋がる第２コンタクト及び前記第２イオン注入層と繋がる第３コンタクトを形成する段階を更に含む請求項５に記載のイメージセンサーの製造方法。
【請求項９】
前記第２コンタクトと第３コンタクトは、同時に形成されることを含む請求項８に記載のイメージセンサーの製造方法。
【請求項１０】
前記第１、第２及び第３コンタクトは、イオン注入工程を行って形成されることを含む請求項８に記載のイメージセンサーの製造方法。
【請求項１１】
前記第１、第２及び第３イオン注入層は、1.0×1012〜1.0×1013atoms/cm２濃度の砒素(As)イオンを５０〜１５０KeVのエネルギーでイオン注入して形成される請求項５に記載のイメージセンサーの製造方法。
【請求項１２】
前記第１イオン注入層形成後、前記半導体基板に第１熱処理工程を行う段階と、前記第２イオン注入層形成後、前記半導体基板に第２熱処理工程を行う段階と、前記第３イオン注入層形成後、前記半導体基板に第３熱処理工程を行う段階を含む請求項５に記載のイメージセンサーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はイメージセンサー及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イメージセンサーは、光学的映像(optical image)を電気的信号に変換させる半導体素子として、大きく電荷結合素子(charge coupled device: CCD)とＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Silicon)イメージセンサーに分けられる。
【０００３】
ＣＭＯＳイメージセンサーは、単位画素内にフォトダイオードとモストランジスターを形成させることで、スイッチング方式で各単位画素の電気的信号を順次に検出して映像を具現する。
【０００４】
イメージセンサーのフォトダイオードを形成する方法は、半導体基板にシリコンエピタキシャル層を形成した後、イオン注入工程を行い形成される。
【０００５】
この時、前記シリコンエピタキシャル層は、ＲＧＢ(Red-Green-Blue)の三つの層に形成される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、損傷したエピタキシャル層の表面を除去して、漏洩電流(leakage current)の発生を防止できるイメージセンサー及びその製造方法を課題にする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様によるイメージセンサーは、半導体基板上に順次に形成された第１、第２及び第３エピタキシャル層と、前記第１エピタキシャル層に形成された第１イオン注入層と、前記第２エピタキシャル層に形成された第２イオン注入層と、前記第３エピタキシャル層に形成された第３イオン注入層と、前記第３エピタキシャル層の第３イオン注入層の上部に形成されたトレンチを含む。
【０００８】
本発明のある態様によるイメージセンサー製造方法は、半導体基板に第１エピタキシャル層を形成する段階と、前記第１エピタキシャル層に第１イオン注入層を形成する段階と、前記第１イオン注入層が形成された前記第１エピタキシャル層上に第２エピタキシャル層を形成する段階と、前記第２エピタキシャル層に第２イオン注入層を形成する段階と、前記第２イオン注入層が形成された前記第２エピタキシャル層上に第３エピタキシャル層を形成する段階と、前記第３エピタキシャル層に第３イオン注入層を形成する段階と、前記第３エピタキシャル層の前記第３イオン注入層上部にトレンチを形成する段階を含む。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によるイメージセンサー及びその製造方法は、青色フォトダイオードを形成するためのエピタキシャル層を形成した後、蝕刻工程でトレンチを形成することで、損傷したエピタキシャル層の表面を除去して、漏洩電流の発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、実施例によるイメージセンサー及びその製造方法を添付された図面を参照して詳しく説明する。
【００１１】
実施例の説明において、各層の〔上(on/over)〕に形成されることに記載される場合において、〔上(on/over)〕は、直接(directly)または他の層を介在して(indirectly)形成されることを含む。
【００１２】
図面において、各層の厚さや大きさは説明の便宜及び明確性のために、誇張されるとか省略されるとかまたは概略的に図示されている。また、各構成要素の大きさは実際の大きさを全面的に反映するものではない。
【００１３】
図１ないし図８は、実施例によるイメージセンサーの工程断面図である。
【００１４】
まず、図１に図示されているように、半導体基板１０上に第１エピタキシャル層２０を形成する。
【００１５】
前記第１エピタキシャル層２０は、エピタキシー(epitaxy)装備でシリコンを成長させて形成させることができて、３μmの厚さで形成させる。
【００１６】
そして、図２に図示されているように、前記第１エピタキシャル層２０上に第１フォトレジストパターン１を形成して、前記第１エピタキシャル層２０に第１イオン注入工程を行い第１イオン注入層２５を形成する。
【００１７】
前記第１イオン注入工程は、1.0×1012〜1.0×1013atoms/cm２濃度の砒素イオンを５０〜１５０KeVのエネルギーでイオン注入して行われることができる。
【００１８】
前記第１イオン注入層２５は、赤色フォトダイオードとして使われることができる。
【００１９】
そして、前記第１フォトレジストパターン１を除去して、前記第１イオン注入層２５に注入されたドーパントの活性化のための第１熱処理工程を行う。
【００２０】
続いて、図３に図示されているように、前記第１エピタキシャル層２０上に第２エピタキシャル層３０及び第２フォトレジストパターン２を形成して、第２イオン注入工程を行い、第２イオン注入層３５を形成する。
【００２１】
前記第２エピタキシャル層３０は、エピタキシー装備でシリコンを成長させて形成させることができて、２μmの厚さで形成させる。
【００２２】
前記第２イオン注入工程は、1.0×1012〜1.0×1013atoms/cm２濃度の砒素イオンを５０〜１５０KeVのエネルギーでイオン注入して行われることができる。
【００２３】
前記第２イオン注入層３５は、緑色フォトダイオードとして使われることができる。
【００２４】
そして、第２フォトレジストパターン２を除去して、前記第２イオン注入層３５に注入されたドーパントの活性化のための第２熱処理工程を行う。
【００２５】
続いて、図４に図示されているように、前記第２エピタキシャル層３０上に第３フォトレジストパターン３を形成して、第３イオン注入工程を行い、第１コンタクト２１を形成する。
【００２６】
前記第３イオン注入工程も砒素イオンをイオン注入して行われることができる。
【００２７】
前記第１コンタクト２１は、赤色フォトダイオードで形成された信号を移送して処理するためのトランジスターなどの素子と連結するために形成される。
【００２８】
そして、前記第３フォトレジストパターン３を除去して、前記第１コンタクト２１に注入されたドーパントの活性化のための第３熱処理工程を行う。
【００２９】
続いて、図５に図示されているように、前記第２エピタキシャル層３０上に第３エピタキシャル層４０及び第４フォトレジストパターン４を形成して、第４イオン注入工程を行い、第３イオン注入層４５を形成する。
【００３０】
前記第３エピタキシャル層４０は、エピタキシー装備でシリコンを成長させて形成させることができて、1.5〜2.0μmの厚さで形成させる。
【００３１】
前記第４イオン注入工程は、1.0×1012〜1.0×1013atoms/cm２濃度の砒素イオンを５０〜１５０KeVのエネルギーでイオン注入して行われることができる。
【００３２】
前記第３イオン注入層４５は、青色フォトダイオードとして使われることができる。
【００３３】
そして、第４フォトレジストパターン４を除去して、前記第３イオン注入層４５に注入されたドーパントの活性化のための第４熱処理工程を行う。
【００３４】
続いて、図６に図示されているように、前記第３エピタキシャル層４０上に第５フォトレジストパターン５を形成して、第５イオン注入工程を行い、第２コンタクト２２及び第３コンタクト２６を形成する。
【００３５】
前記第５イオン注入工程も砒素イオンをイオン注入して行われることができて、前記第２コンタクト２２及び第３コンタクト２６は同時に形成されることができる。
【００３６】
前記第５イオン注入工程で、第１コンタクト２１と第２コンタクト２２が繋がり、赤色フォトダイオードで形成された信号を移送して処理するためのトランジスターなどの素子に連結するための第４コンタクト２３が形成される。
【００３７】
前記第３コンタクト２６は、緑色フォトダイオードで形成された信号を移送して処理するためのトランジスターなどの素子と連結するために形成される。
【００３８】
そして、前記第５フォトレジストパターン５を除去して、前記第２コンタクト２２及び第３コンタクト２６に注入されたドーパントの活性化のための第５熱処理工程を行う。
【００３９】
続いて、図７に図示されているように、前記第３エピタキシャル層４０上に第６フォトレジストパターン６を形成して、乾式蝕刻工程を行い前記第３イオン注入層４５上にトレンチ５０を形成する。
【００４０】
前記乾式蝕刻工程は、時間によるシリコン蝕刻率(etch rate)を考慮して、時間によって蝕刻工程を行う。
【００４１】
前記トレンチ５０は、前記青色フォトダイオードである第３イオン注入層４５形成のための第４イオン注入工程時、前記第３エピタキシャル層４０の表面が損傷されたから、これを取り除くめに形成される。
【００４２】
イオン注入工程による表面損傷は、漏洩電流を発生させるので素子の欠陷を発生させる。
【００４３】
この時、前記第１イオン注入層２５が形成された前記第１エピタキシャル層２０は、上部に第２エピタキシャル層３０があり、前記第２イオン注入層３５が形成された前記第２エピタキシャル層３０は、上部に第３エピタキシャル層４０があるから、イオン注入工程による損傷を回復して漏洩電流が減少する。
【００４４】
すなわち、上部に追加的なエピタキシャル層が形成されない第３エピタキシャル層４０の表面にだけ損傷が発生するから、前記第３エピタキシャル層４０を1.5〜2.0μm厚さで形成した後、蝕刻工程で前記トレンチ５０を形成することで、損傷された第３エピタキシャル層４０の表面を除去して、漏洩電流の発生を防止することができる。
【００４５】
そして、前記第６フォトレジストパターン６を取り除くことで、図８に図示されているように、第１、第２及び第３イオン注入層２５、３５、４５が形成された赤色、緑色及び青色フォトダイオードを形成することができる。
【００４６】
前記赤色、緑色及び青色フォトダイオードは、一つの画素に３種色皆が垂直に配列されて高画質のイメージを具現できることと、別途のカラーフィルター工程なしに多様な色彩を具現することができるようになる。
【００４７】
そして、図示されてはないが、前記赤色、緑色及び青色フォトダイオードが形成された以後に、前記第１、第２及び第３エピタキシャル層２０、３０、４０を含む前記半導体基板１０上に素子分離膜を形成させた後、各種信号を移送して処理することができるトランジスターを形成することができる。
【００４８】
また、前記素子分離膜及びトランジスターが形成された以後に、前記第１、第２及び第３エピタキシャル層２０、３０、４０を含む前記半導体基板１０上に、金属配線が形成された層間絶縁膜及びマイクロレンズを形成することができる。
【００４９】
図８は、実施例によるイメージセンサーの断面図である。
【００５０】
実施例によるイメージセンサーは、半導体基板１０上に順次に形成された第１、第２及び第３エピタキシャル層２０、３０、４０と、前記第１エピタキシャル層２０に形成された第１イオン注入層２５と、前記第２エピタキシャル層３０に形成された第２イオン注入層３５と、前記第３エピタキシャル層４０に形成された第３イオン注入層４５と、前記第３エピタキシャル層４０の第３イオン注入層４５の上部に形成されたトレンチ５０を含んで形成される。
【００５１】
また、前記第１イオン注入層２５は赤色フォトダイオードで、前記第２イオン注入層３５は緑色フォトダイオードで、前記第３イオン注入層４５は青色フォトダイオードであることを含む。
【００５２】
また、前記第３エピタキシャル層４０は1.5〜2.0μmの厚さに形成されて、前記トレンチ５０は0.3〜0.7μmの深みに形成されることができる。
【００５３】
また、前記第１イオン注入層２５と繋がる第４コンタクト２３と、前記第２イオン注入層３５と繋がる第３コンタクト２６を含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】実施例に係るイメージセンサーの工程断面図である。
【図２】実施例に係るイメージセンサーの工程断面図である。
【図３】実施例に係るイメージセンサーの工程断面図である。
【図４】実施例に係るイメージセンサーの工程断面図である。
【図５】実施例に係るイメージセンサーの工程断面図である。
【図６】実施例に係るイメージセンサーの工程断面図である。
【図７】実施例に係るイメージセンサーの工程断面図である。
【図８】実施例に係るイメージセンサーの工程断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  第１フォトレジストパターン、２  第２フォトレジストパターン、３  第３フォトレジストパターン、４  第４フォトレジストパターン、５、  第５フォトレジストパターン、６  第６フォトレジストパターン、１０  半導体基板、２０  第１エピタキシャル層、２１  第１コンタクト、２２  第２コンタクト、２３  第４コンタクト、２５  第１イオン注入層、２６  第３コンタクト、３０  第２エピタキシャル層、３５  第２イオン注入層、４０  第３エピタキシャル層、４５  第３イオン注入層、５０  トレンチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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