KR0162691B1

KR0162691B1 - 고체 촬상소자의 수광부 구조 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR0162691B1
Application number: KR1019950014701A
Authority: KR
Inventors: 문상호; 박용
Original assignee: 문정환; 엘지반도체주식회사
Priority date: 1995-06-03
Filing date: 1995-06-03
Publication date: 1998-12-01
Also published as: KR970004049A; JP3772920B2; US5723354A; US6031259A; JPH08330564A

Abstract

본 발명은 고체촬상소자의 수광부에서 표면전하에 의한 백색결함을 효율적으로 억제하기 위한 고체촬상소자의 수광부 구조 및 그 제조방법으로, 본 발명에 의한 고체촬상소자의 수광부의 구조는 고체촬상소자의 수광부를 이루는 수직구조가 광이 입사하는 표면에서 부터 N⁺- P⁺-N-P-N^-으로 형성된 것이 특징으로 하며, 이를 제조하는 방법에 있어서는, P형 웰내에 챈넬 스톱부와 수직CCD부를 형성하고 게이트절연막을 형성한 후, 전하이송용 게이트 전극을 만들고, N형 불순물을 주입하여 수광부용 포토다이오드를 형성하는 공정 ; 수광부의 표면에 P형 불순물을 주입하여 P⁺층을 형성한 수광부 표면의 게이트절연막을 제거하는 공정 ; N형 불순물을 포함한 막∝를 증착하고, 열처리하여 막∝ 내에 있는 N형 불순물이 수광부의 표면에 도핑 되어서 표면에 얇은 n-p 정션을 형성하는 공정 ; 차광용금속막과 보호막을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지거나, 또 다른 방법으로는 P형 웰내에 챈넬스톱부와 수직CCD부를 형성하고 게이트절연막을 형성한 후, 전하이송용 게이트 전극을 만들고, N형 불순물을 주입하여 수광부용 포토다이오드를 형성하는 공정 ; 수광부의 표면에 P형 불순물을 주입하여 P⁺층을 형성한 수광부 표면의 게이트절연막을 제거하는 공정 ; N형 불순물로 도핑된 폴리실리콘층을 형성한 후 열처리하여 수광부의 표면에 얇은 n-p정션을 형성한 후 폴리실리콘층을 제거하는 공정 ; 절연층과 차광용금속막과 보호막을 차례로 형성하는 공정을 포함하여 이루어지거나, 또 다른 방법으로는 P형 웰내에 챈넬스톱부와 수직CCD부를 형성하고 게이트절연막을 형성한 후, 전하이송용 게이트 전극을 만들고, N형 불순물을 주입하여 수광부용 포토다이오드를 형성하는 공정; 수광부의 표면에 P형 불순물을 주입하여 P⁺층을 형성한 수광부 표면의 게이트절연막을 제거하는 공정 ; N형 불순물 이온을 이온주입하고 열처리하여 수광부의 표면에 얇은 n-p정션을 형성한 후 폴리실리콘층을 제거하는 공정 ; 절연층과 차광용금속막과 보호막을 차례로 형성하는 공정을 포함하여 이루어진다.

Description

고체 촬상소자의 수광부 구조 및 제조방법

제1a도는 종래의 고체촬상소자의 수광부 단면구조를 보인 단면도.

제1b도는 종래의 고체촬상소자의 수광부의 수직 깊이에 따른 불순물농도를 보인 그래프.

제1c도는 종래의 고체촬상소자의 수광부의 수직 깊이에 따른 전위 분포를 보인 그래프.

제2a도부터 제2c도는 본 발명의 고체촬상소자의 수광부 단면구조를 보인 제조공정 단면도.

제3a도 및 3b도는 본 발명의 고체촬상소자의 수광부의 개략적인 레이아웃을 도시한 도면.

제4a도는 본 발명의 고체촬상소자의 수광부의 수직 깊이에 따른 불순물 농도 분포를 보인 그래프.

제4b도는 종래의 고체촬상소자의 수광부의 수직 깊이에 따른 전위 분포를 보인 그래프.

본 발명은 고체촬상소자 CCD의 수광부(PHOTO DIODE) 구조를 개선하여 표면전하에 의한 백색결함(WHITE DEFECT)을 효율적으로 억제하도록 한 고체촬상소자의 구조 및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근 비디오 카메라 등에서 사용되는 고체촬상소자로서 CCD 촬상소자가 많이 이용되고 있다.

제1a도는 종래의 고체촬상소자의 포토셀과 그 제조방법을 설명하기위한 일부 단면을 보인 도면이고, 제1도의 b 및 c는 표면에서의 깊이에 따른 농도와 전위분포를 나타낸 그래프이다.

제조방법을 먼저 설명하면 N형 기판(11)에 P형 웰(WELL)(12)을 형성하고 찬넬스톱(CHANNEL STOP)(13)과 수직CCD(VCCD, 14)를 형성하고 게이트절연막(15)을 형성한 후, 전하이송용 게이트 전극(16)을 만들고, 수광부가 될 부분에 N형 불순물을 주입하여 포토다이오드 PD(17)을 형성한다. 수광부의 표면에 P형 불순물을 주입하여 P⁺층(18)을 형성한다. 이후 절연산화막(19), 차광용 금속막(20)과 보호막(21)을 만든다.

수광부인 N형의 포토다이오드(17)의 표면에 P형 불순물을 이온주입하여 P⁺층(18)을 형성하므로써, 수광부 표면의 상태, 즉 댕글링본드에 결합된 수소 이온이나 온도에너지에 의해 발생된 노이즈(NOISE) 전하들이 포토다이오드로 유입되어 촬상하려고 하는 광신호에 의한 전하와 함께 신호전하로 처리되는 것을 막아 왔다. 즉 N형의 포토다이오드(17)의 표면에서 발생된 노이즈 전하들이 포토다이오드로 유입되려고 하는 것을 포토다이오드(17)의 표면에 형성된 P⁺층(18)이 배리어 역할을 하여 전하의 유입을 차단하였다.

이때 P⁺층(18)은 중성(NEUTRAL)영역이 존재하도록 N형의 포토다이오드영역보다 1-오더(ORDER) 이상의 농도를 유지하여야만 효과적인 배리어(BARRIER) 역할을 할 수 있다.

제1b도는 표면으로부터의 깊이에 따른 불순물농도가 도시되어 있는데, 표면의 P⁺, N, P, N^-의 차례로 농도가 낮아지게 설계된다. 이렇게 불순물농도가 분포되면 제1c도의 도시된 바와 같이 표면의 전위를 영전위라고 할 때 N 영역은 음전위로 되로 P영역은 표면보다 약간의 음전위로 되는 것을 알 수 있다.

이렇게 종래의 수광부 구조는 P⁺-N-P-N^-로 되어서 표면의 노이즈 전하들을 P⁺영역과 표면 사이의 중립영역에 가두어 두는 역할을 하게 되는데 이 중성(NEUTRAL)영역의 깊이가 크게 되면 입사광의 단파장을 촬상하는 능력이 떨어지게 되므로 무한정 깊게 형성할 수 없다. 그래서 적정 깊이로 형성하면 P⁺층의 배리어를 넘어오는 노이즈(NOISE)전하들이 많이 발생하게 되어 백색노이즈를 일으키게 된다.

본 발명은 이러한 백색노이즈를 감소시키기 위하여 즉 CCD수광부의 표면상태가 노이즈전하로 작용하는 것을 방지하기 위해, 표면에 P⁺층을 형성하여 표면전하가 신호전하로 처리되는 것을 억제하는 종래의 P⁺-N-P-N^-형의 웰(WELL) 구조에서 표면에 얕은 N-형 불순물을 도핑하여 P⁺층의 완벽한 배리어를 만들어 줌으로써 화이트디펙트(WHITE DEFECT)를 효율적으로 억제하려는 것이다.

제2a도로부터 제2c도는 본 발명의 제조방법을 설명하기 위한 일부단면도이고 제3a도 및 제3b도는 제2a도 및 제2b도의 FP이아웃을 도시한 것이다.

제2a도 및 제3a도에 도시된 바와 같이, 위에서 설명한 기존 기술과 같이 수광부 표면에 P⁺층(28)을 형성한 후, 게이트 절연층을 형성한다. 즉 N형 기판(21)에 P형 웰(WELL)(22)을 형성하고 챈넬 스톱(CHANNEL STOP)(23)과 수직CCD(VCCD, 24)를 형성하고 게이트절연막(25)을 형성한 후, 전하이송용 게이트 전극(26)을 만들고, 수광부가 될 부분에 N형 불순물을 주입하여 포토다이오드 PD(27)을 형성한다. 다음으로 수광부의 표면에 P형 불순물을 주입하여 P⁺층(28)을 형성한다. 여기까지의 공정을 종래의 방법과 동일하게 실시한다.

제2b도 및 제3b도에 도시된 바와 같이, 사진식각공정으로 수광부 상부의 수광부(27)상부의 게이트절연막(25)을 제거하여 수광부창(29)을 연다. 이때 습식식 각공정을 이용한다. 다음에 N형 불순물을 포함한 절연물질로된 막∝, 예를 들어, PSG(phosphor Silica Glass)를 사용하여 증착한다. 증착막 ∝가 게이트전극(26)을 형성시킬 때 생기는 단차를 어느 정도 평탄화 시켜줄 수 있도록 열처리를 하여 준다. 그러면 막∝ 내에 있는 N형 불순물들이 수광부의 표면에 도핑 되어서 표면에 얇은 정션(SHALLOW JUNCTION)(30)을 형성하게 된다. 이렇게 형성되는 N영역(N⁺또는 N)(30)이 발생되어서 수광부 구조는 N(또는N⁺)-P⁺-N-P-N^_으로 형성된다.

제2c도에 도시된 바와 같이, 차광용금속막(31)과 보호막(32)을 형성한다.

여기서 막∝를 증착하여 자동도핑시키는 공정대신에 N형으로 도핑된 폴리실리콘층을 형성한 후 열처리하여 자동도핑시킨후에 이 폴리실리콘층을 제거하여도 된다. 또 다른 실시예로는 막∝를 통하여 자동도핑하는 대신에 N형 불순물을 표면에만 이온주입하여 N형 표면층을 형성하여도 된다. 물론 이렇게 N층을 표면에 형성한 후에는 제2c도를 참조하여 설명한 바와 같이, 절연산화막∝, 차광용 금속막(31)과 보호막(32)을 형성한다.

이러한 공정으로 형성된 본 발명의 촬상소자 수광부구조는 표면에 N or N⁺형의 불순물이 자동도핑됨으로써 수광부는 표면에서부터 깊이 방향으로 N(또는 N⁺)-P⁺-N-P-N^_의 구조를 가지게 된다.

이 때, 수광부 표면의 N형 또는 N⁺형 불순물로 형성되는 N형 불순물층(30)의 불순물 농도를 그 하단의 P⁺층(28)의 불순물 농도보다 크게 하거나 작게 할 수 있다. 그리고, N형 표면층(30)을 P⁺층(28)영역내에 위치하도록 형성할 수 있다. P형과 N형을 서로 바꾸어서 형성되어도 같은 효과를 가져올 수 있는 것은 물론이다.

종래 구조에서는 표면과 수광부를 P⁺층만으로 보호해 주는 것인데 대하여, 본 발명에서는 P⁺표면에 N(또는 N⁺)층을 추가로 형성함으로써, N-P 정션층이 형성하는 배리어(BARRIER)가 크게 발생되므로 표면의 노이즈전하들이 수광부로 유입되는 것이 거의 완벽하게 차단된다.

본 발명의 효과로는 백색결합(WHITE DEFECT)를 효과적으로 억제하고, CCD촬상소자의 수율을 향상시킬 수 있다.

Claims

고체촬상소자의 수광부를 제조하는 방법에 있어서, 제1도전형 기판에 제2도전형 웰을 형성하고, 상기 제2도전형 웰에 제1도전형 수직CCD부를 형성하고, 노출된 기판을 덮는 게이트절연막을 형성한 후, 상기 게이트 절연막에 전하이송용 게이트 전극을 형성하고, 상기 제2도전형 웰에 제1도전형 수광영역을 형성하는 공정과, 상기 수광영역의 상부에 제2도전형 불순물을 주입하여 제2도전형 불순물층(28)을 형성하는 공정과, 상기 수광영역 상부의 게이트절연막 부분을 선택적으로 제거하여 제2도전형 불순물층의 일부를 노출시키는 공정과, 상기 제2도전형 불순물층을 포함하는 기판의 노출된 면을 덮돌고 제1도전형 불순물이 도핑된 절연막을 형성하는 공정과, 상기 절연막을 포함하는 기판을 열처리하여 상기 제2도전형 불순물층 상부 표면에 제1도전형 불순물층을 형성하는 공정을 포함하는 고체촬상소자의 수광부 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 게이트절연막이 제거되는 부분은 상기 제2도전형 불순물층의 영역을 벗어나지 아니하도록 하는 것이 특징인 고체 촬상소자의 수광부 제조 방법.
고체 촬상소자의 수광부를 제조하는 방법에 있어서, 제1도전형 기판에 제2도전형 웰을 형성하고, 상기 제2도전형 웰에 제1도전형 수직CCD부를 형성하고, 노출된 기판을 덮는 게이트절연막을 형성하고, 상기 게이트절연막 상에 전하이송용 게이트 전극을 형성하고, 상기 제2도전형 웰에 제1도전형 불순물을 주입하여 제1도전형 수광영역을 형성하는 공정과, 수광영역의 표면에 제2도전형 불순물을 주입하여 제2도전형 불순물층을 형성하는 공정과, 상기 수광영역 상부의 게이트절연막 부분을 선택적으로 제거하여 제2도전형 불순물층의 일부를 노출시키는 공정과, 상기 제2도전형 불순물층을 포함하는 기판의 노출된 면을 덮도록 제1도전형 불순물로 도핑된 폴리실리콘층을 형성하는 공정과, 상기 폴리실리콘층을 포함하는 기판을 열처리하여 상기 제2도전형 불순물층 상부 표면에 제1도전형 불순물층을 형성하는 공정과, 상기 제1도전형 불순물층 상의 상기 폴리실리콘층을 제거하는 공정을 포함하는 고체촬상소자의 수광부 제조방법.
제3항에 있어서, 상기 게이트절연막이 제거되는 부분은 제2도전형 불순물층의 영역을 벗어나지 아니하도록 하는 것이 특징인 고체 촬상소자의 수광부 제조 방법.
고체 촬상소자의 수광부를 제조하는 방법에 있어서, 제1도전형 기판에 제2도전형 웰을 형성하고, 상기 제2도전형 웰에 제1도전형 수직CCD부를 형성하고, 노출된 기판을 덮는 게이트절연막을 형성하고, 상기 제2도전형 웰에 제1도전형 불순물을 주입하여 제1도전형 수광영역을 형성하는 공정과, 상기 수광영역의 표면에 제2도전형 불순물을 주입하여 제2도전형 불순물층을 형성하는 공정과, 상기 수광영역 상부의 게이트절연막 부분을 선택적으로 제거하여 제2도전형 불순물층을 노출시키는 공정과, 상기 제2도전형 불순물층의 표면에 제1도전형 불순물을 주입한 후, 열처리하여 상기 제2도전형 불순물층의 상부 표면에 제1도전형 불순물층을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지는 고체 촬상소자의 수광부 제조 방법.
제5항에 있어서, 상기 게이트절연막이 제거되는 부분은 상기 제2도전형 불순물층의 영역을 벗어나지 아니하도록 하는 것이 특징인 고체 촬상소자의 수광부 제조 방법.
고체촬상소자의 수광부 구조에 있어서, 제1도전형 기판과, 상기 제1도전형 기판에 형성된 제2도전형 웰과, 상기 제2도전형 웰에 각각 형성된 제1도전형 수직CCD부 및 제1도전형 수광영역과, 상기 제1도전형 수광영역의 상부에 형성된 제2도전형 불순물층과, 상기제2도전형 불순물층 상부 표면에 형성된 제1도전형 불순물층과, 상기 불순물층들을 포함하는 기판의 상부에 상기 제1도전형 불순물층을 선택적으로 노출시키도록 형성된 게이트절연막과, 상기 수직CCD부의 상부 게이트절연막 상에 형성된 전하이송용 게이트전극과, 상기 게이트절연막과 상기 전하이송용 게이트전극과 상기 제1도전형 불순물층을 덮도록 형성되고 제1도전형 불순물로 도핑된 절연층을 포함하는 고체촬상소자의 수광부.
제7항에 있어서, 상기 제2도전형 불순물층의 불순물 농도는 상기 제1도전형 불순물층의 불순물 농도보다 높은 것이 특징인 고체촬상소자의 수광부 구조.
제7항에 있어서, 상기 제2도전형 불순물층의 불순물 농도는 상기 제1도전형 불순물층의 불순물 농도보다 낮은 것이 특징인 고체촬상소자의 수광부 구조.
제7항에 있어서, 상기 제1도전형 불순물층은 상기 제2도전형 불순물층 영역 내에서 형성된 것이 특징인 고체촬상소자의 수광부 구조.