KR0161850B1 - 전하결합소자의 구조 및 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이중전극(Double Poly)구조의 전하결합소자(Charge Coupled Device)에 관한 것으로, 특히 제1폴리게이트를 기판내의 트랜치영역에 형성하여 게이트간의 단차를 줄여 소자의 성능을 향상시킨 전하결합소자의 구조 및 제조방법에 관한 것이다.
상기와 같은 본 발명의 전하결합소자는 클럭신호(Vψ1, Vψ2, Vψ3, Vψ4)에 의해 전하를 수직전하전송영역에서 일방향으로 전송하기 위한 제1, 2폴리게이트를 형성에 있어서, 기판과 게이트, 게이트와 게이트사이의 단차를 줄이기 위해 제1폴리게이트가 형성될 부분의 기판을 트랜치구조로 식각하여 제1폴리게이트를 기판과 동일 높이로 형성하는 것으로 이루어진다.
Description
제1도는 일반적인 전하결합소자의 포텐셜 프로파일.
제2도는 종래의 전하결합소자의 구조단면도.
제3도는 본 발명의 전하결합소자의 구조단면도.
제4도는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 전하결합소자의 구조단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
30 : 반도체기판 31 : 수직전하전송영역(VCCD)
32 : 제1절연막 33 : 제1폴리게이트
34 : 제2절연막 35 : 제2폴리게이트
본 발명은 이중 전극(Double Poly)구조의 전하결합소자(Charge Coupled Dev
ice)에 관한 것으로, 특히 제1폴리게이트를 기판내의 트랜치(Trench)영역에 형성하여 게이트간의 단차를 줄여 소자의 성능을 향상시킨 전하결합소자의 구조 및 제조방법에 관한 것이다.
제조결합소자(Charge Coupled Device : CCD)는 1970년에 Bell 연구소의 Boyle과 Smith에 의하여 제안된 것으로 자기 주사기능과 기억기능을 갖는 MOS 구조의 반도체 소자이다.
일종의 전하전송소자(Charge Transfer Device)로서 생성된 전하가 반도체 기판의 표면을 소수 캐리어로 이동하는 SCCD, 다수캐리어로 이동하는 BCCD등이 있다.
CCD는 지연, 여파, 수개의 신호의 다중화 등과 같은 신호처리기능을 포함하여 여러 가지로 응용되고 있는 추세이다(디지탈 기억장치, 논리회로 어레이).
현재 CCD는 주로 영상처리에 응용되어 그 발전속도가 매우 빠르다.
영상처리에서 CCD는 감광소자(Photo sensor)의 어레이를 써서 빛의 세기에 비례하는 전하를 생성하여 화상정보의 검출에 이용된다.
즉, CCD를 영상처리에 이용하는 소자를 고체촬상소자(Solid State Image Sensing Device)라 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래의 이중 전극(Double Poly)구조를 갖는 전하결합소자에 대하여 설명하면 다음과 같다.
제1도는 일반적인 전하결합소자의 포텐셜 프로파일이고, 제2도는 종래의 전하결합소자의 구조단면도이다.
종래의 전하결합소자는 먼저, 반도체기판(1)의 일정영역에 이온주입공정으로 형성되어 전하를 수직방향으로 전송하는 수직전하전송영역(VCCD)(2)과 반도체기판(1) 전면에 형성되는 제1절연막(3)과, 폴리실리콘을 증착하여 포토에치 공정으로 수직 전하전송영역(2) 상층의 일정폭 이외의 부분을 선택적으로 제거하여 일정 간격으로 형성되는 제1폴리게이트(4)와, 이어 게이트간의 절연을 위해 형성되는 제2절연막(5)과, 폴리실리콘을 증착하고 제1폴리게이트(4)에 일정 부분이 겹쳐지도록 선택적으로 제거하여 제1폴리게이트(4) 사이에만 남도록 형성된 트랜스퍼 게이트(Transfer gate)로 사용되는 제2폴리게이트(6)로 구성된다.
그리고 CCD를 이용한 영상소자에 있어서는 상기 제2폴리게이트(6) 형성공정이 끝난후에 후공정으로 상기 제1, 2폴리게이트(4)(6)를 마스크로 이온주입공정을 하여 포토다이오드(도면에 도시되지 않음)가 형성된다.
상기와 같이 구성된 전하결합소자는 제1도에서와 같이 4페이즈(Phase)클럭신호(Vψ1-Vψ4)에 의해 수직전하가 전송된다.
즉, 각각의 제1, 2폴리게이트에 각각 Vψ1, Vψ2, Vψ3, Vψ4의 클럭펄스가 연속적으로 인가되면 t=1일 때 각각의 제1, 2폴리게이트에 인가되는 클럭펄스의 레벨은 H.H.L.L이 되어 Vψ1, Vψ2이 인가되는 제1, 2폴리게이트 부분의 수직전하전송영역(VCCD)(31)의 에너지 레벨이 낮아져 전하가 있는 이곳으로 모이게 된다.
그리고 t=2일 때 포텐셜이 H.H.H.L가 되어 Vψ3가 인가되는 제3폴리게이트 부분의 에너지 레벨도 낮아지게 되어 포텐셜 웰(Potential Well)이 넓게 형성되므로 전하가 옆으로 이동하게 된다.
그리고 t=3일때는 Vψ2, Vψ3에 하이(High)레벨의 신호가 인가되므로 Vψ2, Vψ3의 클럭펄스가 인가되는 제2, 3폴리게이트 아래부분에 전하가 이동되어 모이게 된다.
상기와 같은 방법으로 t=8까지 클럭펄스가 각각의 폴리게이트에 인가되면 전하는 게이트(8)영역 아래까지 전송되게 된다.
상기와 같은 종래의 전하결합소자에 있어서는 제1, 2폴리게이트(4)(6)의 끝부분(Edge)이 제2절연막(5)에 의해 분리되어 서로 겹친 구조이기 때문에 폴리게이트간의 단차와 전체 폴리게이트와 기판간의 단차가 커져 제1폴리게이트(4)와 제2폴리게이트(6)간의 제2절연막(5)의 두께를 균일하게 형성하기가 어려워 누설전류(Leakage Current)가 발생하는 문제점이 있었다.
그리고 상기와 같은 단차로 인하여 소자 전체의 평탄도가 나빠져 후공정에서의 CCD를 이용한 영상소자의 정밀도, 해상도에 직접적인 영향을 주는 마이크로렌즈 및 칼라필터 제조에 악영향을 주는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 전하결합소자의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 제1폴리게이트를 기판내의 트랜치(Trench)영역에 형성하여 게이트간의 단차를 줄여 소자의 성능을 향상시킨 전하결합소자를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전하결합소자의 구조 및 제조방법은 클럭신호(Vψ1, Vψ2, Vψ3, Vψ4)에 의해 전하를 수직전하전송영역에서 일방향으로 전송하기 위한 제1, 2폴리게이트를 형성함에 있어, 기판과 게이트, 게이트와 게이트 사이의 단차를 줄이기위해 제1폴리게이트가 형성될 부분의 기판을 트랜치 구조가 식각하여 제1폴리게이트를 기판과 동일 높이로 형성하는 것으로 이루어짐을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 전하결합소자에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
제3도는 본 발명의 전하결합소자의 구조단면도이고, 제4도는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 전하결합소자의 구조 단면도이다.
먼저, 본 발명의 전하결합소자의 구조는 제3도에서와 같이 반도체기판(30)에 일정 간격으로 복수개 형성되어 일방향으로 전하를 전송하는 수직전하전송영역(31)과, 상기 수직전하전송영역(31)내에 일정 간격으로 복수개 형성된 트랜치와, 상기 트랜치내에 게이트 절연을 위해 형성된 제1절연막(32)과 상기 제1절연막(32)상에 기판과 동일 높이로 형성된 제1폴리게이트(33)와, 그리고 게이트와 게이트의 절연을 위해 전면에 형성된 제2절연막(34)과, 상기 각각의 제1폴리게이트(33)사이의 제2절연막(34)상에 일정 간격으로 형성된 제2폴리게이트(35)를 포함하여 구성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 전하결합소자의 제조방법은 다음과 같다.
먼저, 반도체기판(30)의 특정부분을 일정깊이로 식각하여 트랜치를 형성하고, 식각으로 인하여 기판 표면의 손상받은 부분을 재결정 시켜주기 위한 어닐링(Annealing)하는 공정과, 상기 트랜치가 형성된 반도체기판(30)의 일정영역에 선택적으로 이온주입공정을 하여 전하를 일방향으로 전송하기위한 수직전하전송영역(VCCD)(31)을 형성하는 공정과, 상기 반도체기판(30)의 전면에 절연막을 증착하고 트랜치(Trench)부분에만 남도록 제거하여 기판과 제1폴리게이트(33)의 절연을 위한 제1절연막(32)을 형성하는 공정과, 전면에 폴리실리콘을 증착하고 상기 트랜치 부분의 제1절연막(32)상에만 남도록 선택적으로 제거하여 제1폴리게이트(33)를 형성하는 공정과, 반도체기판(30)의 전면에 게이트와 게이트의 절연을 위한 제2절연막(34)을 형성하고 폴리실리콘을 제2절연막(34)상에 증착하여 상기 각각의 제1폴리게이트(33)사이 영역상에만 남도록 제거하여 제2폴리게이트(35)를 형성하는 공정이 순차적으로 진행되어 이루어진다.
상기의 공정에서 어닐링 공정을 수직전하전송영역(31) 형송후에 추가로 실시하여 트랜치를 형성하기 위한 식각 공정에서 기판이 받은 표면 손상을 다시 재결정화하여 복구한다.
그리고 제4도에서와 같은 본 발명의 다른 실시예에서는 트랜치 형성공정을 수직전하전송영역(31)을 형성하기 위한 이온주입공정 이후에 실시하는 것을 나타낸 것이다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 전하결합소자는 제1도에서와 같이 클럭신호(Vψ1, Vψ2, Vψ3, Vψ4)에 의해 전하를 일방향을 전송하게 된다.
이중전극(Double poly)구조를 가지고 동작되지만 제1폴리게이트를 트랜치내에 기판과 동일 높이로 형성하였으므로 제2절연막의 두께를 균일하게 하기 쉬워 누설전류(Leakage Current)의 발생을 조절하는 효과가 있고, 기판과 게이트, 게이트와 게이트의 낮은 단차로 인해 평탄효율이 높아져 이후에 진행되는 공정(특히, 소자의 해상도에 직접 관계되는 마이크로 렌즈, 칼라필터의 형성공정)에서 보다 정밀한 공정이 이루어지게 하여 소자의 성능을 효율적으로 향상하는 효과가 있다.
Claims (2)
- 반도체 기판에 단차를 갖지 않고 일정간격으로 복수개 형성되어 일방향으로 전하를 전송하는 전하 전송 영역과, 상기 전하 전송 영역내에 일정간격으로 복수개 형성된 트랜치와, 상기 트랜치내에 게이트 절연을 위해 형성된 제1절연막과, 상기 제1절연막상에 기판과 동일 높이로 형성되고 상기 전하전송영역의 형성 깊이보다 얕은 깊이로 형성된 제1폴리 게이트와, 게이트와 게이트의 절연을 위해 전면에 형성된 제2절연막과, 상기 각각의 제1폴리 게이트 사이의 제2절연막상에 일정간격으로 형성된 제2폴리 게이트를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 전하 결합 소자의 구조.
- 반도체 기판의 선택적으로 이온주입 공정을 하여 전하 전송 영역을 형성하고 특정 부분을 일정 깊이로 식각하여 트렌치를 형성하고, 어닐링(Annealing)하는 공정과, 상기 반도체 기판의 전면에 절연막을 증착하고 트랜치 부분에만 남도록 제거하여 제1절연막을 형성하는 공정과, 전면에 폴리실콘을 증착하고 상기 트렌치 부분의 제1절연막상에만 남도록 선택적으로 제거하여 전하 전송 영역의 형성 깊이보다 얕은 깊이의 제1폴리 게이트를 형성하는 공정과, 반도체 기판의 전면에 제2절연막을 형성한후 폴리 실리콘을 제2절연막상에 증착하여 상기 각각의 제1폴리 게이트 사이 영역상에만 남도록 제거하여 제2폴리 게이트를 형성하는 공정을 포함하여 순차적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전하결합소자의 제조 방법.
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| KR1019950006905A KR0161850B1 (ko) | 1995-03-29 | 1995-03-29 | 전하결합소자의 구조 및 제조방법 |
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| KR1019950006905A KR0161850B1 (ko) | 1995-03-29 | 1995-03-29 | 전하결합소자의 구조 및 제조방법 |
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| KR960036126A KR960036126A (ko) | 1996-10-28 |
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| KR (1) | KR0161850B1 (ko) |
Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| KR20030011506A (ko) * | 2001-08-03 | 2003-02-11 | 최태현 | 트렌치 구조의 전극을 가진 전하 결합 소자 |
-
1995
- 1995-03-29 KR KR1019950006905A patent/KR0161850B1/ko not_active IP Right Cessation
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| KR20030011506A (ko) * | 2001-08-03 | 2003-02-11 | 최태현 | 트렌치 구조의 전극을 가진 전하 결합 소자 |
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| KR960036126A (ko) | 1996-10-28 |
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