KR0165367B1 - Ccd형 고체 촬상 장치의 단위 화소 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
낮은 전압에서도 전송 영역에서의 전위 병목 현상을 방지할 수 있는 고체 촬상 장치 및 그 제조방법이 개시되었다. 본 발명은 반도체 기판 표면에 정공축적층을 포함하는 수광부, 상기 수광부로부터 전기적 신호를 전송받아 종 방향으로 전송하는 종렬 전송 CCD 채널 영역, 스미어(smear) 현상을 방지하기 위하여 상기 종렬 전송 CCD 채널 영역을 둘러싸는 종렬 전송 CCD 채널 차폐 웰, 및 상기 수광부와 상기 종렬 전송 CCD 채널을 잇는 전송 영역을 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 단위화소에 있어서, 상기 전송 영역이 형성된 부분의 기판 표면이 상기 수광부 및 종렬 전송 CCD 채널 영역의 기판 표면보다는 더 낮고 상기 종렬 전송 CCD 채널 영역과 종렬 전송 CCD 채널 차폐 웰의 경계보다는 높은 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 단위화소를 제공한다. 본 발명에 의하면 전위 병목 현상을 방지할 수 있으므로 낮은 전압에서도 전송 영역의 전위 장벽을 충분히 낮출 수 있어 수광부에서 종렬 전송 CCD 채널 영역으로 전하를 용이하게 전송할 수 있다.
Description
제1도는 일반적인 IT-CCD형 고체 촬상 장치의 구조를 도시한 평면도이다.
제2도는 종래 IT-CCD형 고체 촬상 장치의 단위화소를 개략적으로 도시한 단면도이다.
제3도는 본 발명에 의한 고체 촬상 장치의 단위화소를 나타낸 단면도이다.
제4도 내지 제8도는 본 발명에 의한 제3도의 단위화소를 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
본 발명은 고체 촬상 장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 낮은 전압에서도 전송 영역에서의 전위 병목 현상을 방지할 수 있는 고체 촬상 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
전하결합소자(charge coupled device; 이하 CCD라 칭함)형 고체 촬상 장치(solide-state image sensor device)는 입사된 빛에 의하여 광 다이오드에서 생성되고 축적된 광 여기 전하를 출력부로 이송시켜 신호를 전압형태로 변환하여 화상정보를 출력시키는 장치이다. 이는 전자총을 이용하는 촬상관에 비하여 소형, 경량, 저소비전력등의 우세한 특성을 가지므로 비디오 카메라 및 감시용 카메라 시스템에서 폭넓게 사용되고 있다.
이 CCD형 고체 촬상 장치는 전송방식에 따라 프레임전송(Frame Transfer; FT) 방식의 CCD형 고체 촬상 장치와 인터라인전송(Interline Transfer; IT) 방식의 CCD형 고체 촬상 장치로 분류된다. 이중 인터라인전송 방식의 CCD형(이하 IT-CCD형이라 칭함) 고체 촬상 장치는, 입사되는 광의 세기에 따라 신호 전하를 발생하는 광 다이오드, 광 다이오드로부터 발생된 신호 전하를 받아 종방향으로 전송하는 종렬 전송 CCD, 종렬 전송 CCD에서 전송된 신호전하를 횡방향으로 전송하는 횡렬 전송 CCD, 및 횡렬 전송 CCD에 의해 전송된 신호 전하를 검출하는 출력부로 구성된다.
제1도는 일반적인 IT-CCD형 고체 촬상 장치의 구조를 도시한 평면도이다.
상기 평면도에 있어서, 참조부호 PD는 광다이오드, V-CCD는 상기 광다이오드에서 여기된 전하를 종 방향으로 전송시키는 종렬 전송 CCD, TG는 상기 광다이오드와 종렬 전송 CCD 사이에 위치한 전달게이트, H-CCD는 상기 종렬 전송 CCD를 통하여 들어온 전하를 횡 방향으로 전송 시키는 횡렬 전송 CCD, →는 신호전하가 전송되는 방향을 나타낸다.
상기 평면도에서와 같이 일반적인 IT-CCD형 고체 촬상 장치에 의하면, 광다이오드와 종렬 전송 CCD 사이에는 전달게이트가 존재한다. 이는 광다이오드와 종렬 전송 CCD를 전기적으로 분리 또는 연결시키는 역할을 한다.
제2도는 종래 IT-CCD형 고체 촬상 장치의 단위화소를 개략적으로 도시한 단면도이다. 구체적으로 참조번호 110은 반도체 기판, 122는 외부로부터 입사되는 빛을 받아 전자를 발생시키는 N+ 불순물 영역으로 이루어진 수광부, 122a는 상기 수광부 상부의 표면 준위에 의한 암전류(암전류란 빛이 없는 상태에서도 표면에서 열적 생성에 의해 전자가 발생하여 이에 따른 전류를 말한다)를 억제하기 위하여 상기 수광부 상부에 형성된 P+ 불순물 영역으로 이루어진 정공축적층을 나타낸다. 계속해서 참조번호 130은 상기 수광부(122)와 인접한 P+ 불순물 영역으로 이루어진 전송 영역, 140은 상기 전송 영역(130)에 의해 상기 수광부와 연결되는 N형 불순물 영역으로 이루어진 종렬 전송 CCD 채널 영역, 145는 게이트 절연막, 160a는 상기 전송 영역(130) 상부에 형성된 전달 게이트, 160b는 상기 종렬 전송 CCD 채널 영역 상부에 형성된 종렬 전송 CCD 게이트를 나타낸다. 여기서 상기 전달 게이트(160a)와 종렬 전송 CCD 게이트(160b)는 서로 연결되어 있어 동일한 전기적 신호를 동시에 제공받는다. 150은 스미어(smear) 현상을 방지하기 위하여 상기 수직 전송 채널 영역(140)을 둘러싸는 P+ 불순물 영역으로 이루어진 종렬 전송 CCD 채널 차폐 웰을 나타낸다. 여기서 스미어 현상이란 기판 깊은 곳에서 생성된 전하가 인접한 수광부 또는 전송 채널 영역으로 확산해가는 현상을 말한다.
또한 →는 상기 수광부에서 빛을 받아 여기된 전자가 이동하는 경로를 나타낸 것이다.
상술한 바와 같이 종래기술에 의한 고체 촬상 장치의 단위화소는 상기 수광부(122)에 여기되어 축적된 전자를 종렬 전송 CCD 채널 영역(140)으로 전송하려고 하면 상기 전달 게이트(160a)에 강한 전압을 인가해서 상기 전송 영역(130)의 전위장벽을 낮춰야 한다. 이때 상기 정공축적층(122a)과 상기 종렬 전송 CCD 채널 차폐 웰(150)에 의하여 상기 전송 영역(130)의 전위 장벽이 충분히 낮아지지 않아 완전한 전자 전송이 이루어지지 않을 수 있다. 이와 같은 현상을 전위 병목 현상이라 한다. 이와 같이 완전한 전자 전송이 이루어지지 않을 경우는 상지연(image lagging) 현상이 발생할 수 있다.
따라서 본 발명의 목적은, 정공축적층 및 종렬 전송 CCD 채널 차폐 웰에 의한 전위 병목 현상을 억제하여 낮은 전압에서도 전송 영역의 전위 장벽을 충분히 낮출 수 있어 수광부에서 종렬 전송 CCD 채널 영역으로 전하를 용이하게 전송할 수 있는 고체 촬상 장치의 단위화소를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 상기 목적을 달성하기에 적합한 고체 촬성 장치의 단위화소의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
반도체 기판 표면에 불순물이 도핑된 정공축적층 및 그 아래에 상기 정공축적층과 반대형의 불순물이 도핑된 불순물 영역으로 이루어진 수광부, 상기 수광부로부터 전기적 신호를 전송받아 종 방향으로 전송하는 종렬 전송 CCD 채널 영역, 스미어(smear) 현상을 방지하기 위하여 상기 종렬 전송 CCD 채널 영역을 둘러싸는 종렬 전송 CCD 채널 차폐 웰, 및 상기 수광부와 상기 종렬 전송 CCD 채널 영역을 잇는 전송 영역을 구비하는 고체 촬상 장치의 단위화소에 있어서,
상기 전송 영역이 형성된 부분의 기판 표면이 상기 수광부 및 종렬 전송 CCD 채널 영역의 기판 표면보다는 더 낮고 상기 종렬 전송 CCD 채널 영역과 종렬 전송 CCD 채널 차폐 웰의 경계보다는 높은 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 단위화소를 제공한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
반도체 기판 상에 산화막을 형성하고 상기 산화막 상에 상기 산화막의 소정 영역을 노출시키는 제1 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
상기 제1 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로하여 상기 산화막을 식각함으로써 상기 반도체 기판을 노출시키는 산화막 패턴을 형성하는 단계;
상기 제1 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로하여 상기 반도체 기판을 식각함으로써 소정 깊이 만큼 표면이 패인 반도체 기판을 형성하는 단계;
상기 제1 포토레지스트 패턴 및 산화막 패턴을 순차적으로 제거하여 상기 표면이 패인 반도체 기판 전면을 노출시키는 단계;
상기 산화막 패턴이 제거된 기판 전면에 게이트 절연막을 형성하는 단계;
상기 패인 영역 상부의 게이트 절연막을 노출시키는 제2 포토레지스트 패턴을 형성하는 단게; 및
상기 제2 포토레지스트 패턴을 이온 주입 마스크로하여 상기 반도체 기판의 패인 영역에 전송 영역을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 단위화소 제조방법을 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제3도는 본 발명에 의한 고체 촬상 장치의 단위화소를 나타낸 단면도이다. 구체적으로 참조번호 10은 반도체 기판, 22는 외부로부터 입사되는 빛을 받아 전하를 발생시키도록 반도체 기판의 표면에 형성된 수광부, 예컨데 N+ 불순물 영역, 22a는 상기 수광부(22) 상부의 표면 준위에 의한 암전류를 억제하기 위하여 상기 수광부(22) 상부에 형성된 정공축적층, 예컨데 P+ 불순물 영역, 30은 상기 수광부(22)와 인접하여 상기 반도체 기판(10)의 표면에 형성된 전송 영역, 예컨데 P+ 불순물 영역, 40은 상기 전송 영역(30)에 의해 상기 수광부로 연결되도록 상기 반도체 기판(10)의 표면에 형성된 종렬 전송 CCD 채널 영역, 예컨데 N형 불순물 영역, 50은 스미어(smear) 현상을 방지하기 위하여 상기 종렬 전송 CCD 채널 영역(40)을 둘러싸는 종렬 전송 CCD 채널 차폐 웰, 예컨데 P+ 불순물 영역, 45는 게이트 절연막, 60a는 상기 전송 영역(30) 상부에 형성된 전달 게이트, 60b는 상기 종렬 전송 CCD 채널 영역(40) 상부에 형성된 종렬 전송 CCD 게이트를 나타낸다. 여기서 상기 전달 게이트(60a)와 종렬 전송 CCD 게이트(60b)는 서로 연결되어 있어 동일한 전기적 신호를 동시에 제공받는다.
한편, 상기 전송 영역(30)이 형성된 부분의 기판 표면은 상기 수광부(22) 및 종렬 전송 CCD 채널 영역(40)의 기판 표면보다는 더 낮고 상기 종렬 전송 CCD 채널 영역(40)과 종렬 전송 CCD 채널 차폐 웰(50)의 경계보다는 높은 것이 바람직하다. 또한 더욱 바람직하게는 상기 전송 영역(30)이 형성된 부분의 기판 표면은 상기 수광부(22) 내에 위치한 상기 정공축적층(22a)의 경계보다 아래에 위치하는 것이 바람직하다. 이는 상기 전달 게이트(60a)에 강한 전압을 인가해서 상기 전송 영역(30)의 전위장벽을 낮출 경우에 상기 정공축적층(122a) 의한 전위 병목 현상을 방지하기 위함이다.
계속해서 참조부호 →는 상기 수광부에서 빛을 받아 여기된 전자가 이동하는 경로를 나타낸다.
다음에, 본 발명의 단위화소를 제조하기 위한 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하고자 한다.
제4도 내지 제8도는 본 발명에 의한 제3도의 단위화소를 제조하는 방법 중에서 특히 본 발명의 특징부인 전송부를 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
제4도는 산화막(1) 및 제1 포토레지스트 패턴(2)을 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도이다. 먼저 반도체 기판(10a) 상에 산화막(1)을 형성한다. 이어서 상기 산화막(1)에 포토레지스트막을 형성한 후 상기 산화막의 소정 영역을 노출시키도록 상기 포토레지스트막을 패터닝하여 제1 포토레지스트 패턴(2)을 형성한다.
제5도는 산화막 패턴(1a)을 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도이다. 먼저 상기 제1 포토레지스트 패턴(2)을 식각 마스크로하여 상기 산화막(1)을 식각함으로서 상기 반도체 기판(10a)을 노출시키는 산화막 패턴(1a)을 형성한다.
제6도는 표면이 패인 반도체 기판(10)을 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도로서, 상기 제1 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로하여 SF6기체를 이용하여 CDE(Chemical Dry Etch) 방법으로 상기 노출된 반도체 기판을 식각하여 요(凹) 부를 갖는 반도체 기판(10)을 형성한다.
제7도는 게이트 절연막을 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도이다. 먼저 상기 제1 포토레지스트 패턴(2) 및 산화막(2)을 순차적으로 제거하여 상기 요(凹) 부를 갖는 반도체 기판(10) 전면을 노출시킨다. 이어서 상기 산화막이 제거된 기판(10) 전면에 게이트 산화막(42) 및 실리콘 나이트라이드막(44)을 순차적으로 형성하여 상기 게이트 산화막(42) 및 실리콘 나이트라이드막(44)으로 이루어진 게이트 절연막(45)을 형성한다.
다음에 상기 게이트 절연막 상에 포토레지스트막을 형성한다. 이어서 상기 요(凹) 부의 상부에 형성된 실리콘 나이트라이드막(44)을 노출시키는 제2 포토레지스트 패턴(46)을 형성한다.
이어서, 상기 제2 포토레지스트 패턴(46)을 이온주입 마스크로하여 불순물, 예컨데 붕소을 이온 주입함으로써 전송 영역(30)을 형성한다.
계속해서 제8도에 도시된 바와 같이 상기 제2 포토레지스트 패턴(46)을 제거한다.
이상 상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 의하면, 전위 병목 현상을 방지할 수 있으므로 낮은 전압에서도 전송 영역의 전위 장벽을 충분히 낮출 수 있어 수광부에서 종렬 전송 CCD 채널 영역으로 전하를 용이하게 전송할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에만 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 가능함은 명백하다.
Claims (4)
- 반도체 기판 표면에 불순물이 도핑된 정공축적층 및 그 아래에 상기 정공축적층과 반대형의 불순물이 도핑된 불순물 영역으로 이루어진 수광부, 상기 수광부로부터 전기적 신호를 전송받아 종 방향으로 전송하는 종렬 전송 CCD 채널 영역, 스미어(smear) 현상을 방지하기 위하여 상기 종렬 전송 CCD 채널 영역을 둘러싸는 종렬 전송 CCD 채널 차폐 웰, 및 상기 수광부와 상기 종렬 전송 CCD 채널 영역을 잇는 전송 영역을 구비하는 고체 촬상 장치의 단위화소에 있어서, 상기 전송 영역이 형성된 부분의 기판 표면이 상기 수광부 및 종렬 전송 CCD 채널 영역의 기판 표면보다는 더 낮고 상기 종렬 전송 CCD 채널 영역과 종렬 전송 CCD 채널 차폐 웰의 경계보다는 높은 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 단위화소.
- 제1항에 있어서, 상기 전송 영역이 형성된 부분의 기판 표면은 상기 수광부 내에 위치한 상기 정공축적층의 경계보다 아래에 위치하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 단위화소.
- 반도체 기판 상에 산화막을 형성하고 상기 산화막 상에 상기 산화막의 소정 영역을 노출시키는 제1 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 제1 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로하여 상기 산화막을 식각함으로써 상기 반도체 기판을 노출시키는 산화막 패턴을 형성하는 단계; 상기 제1 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로하여 상기 반도체 기판을 식각함으로써 소정 깊이 만큼 표면이 패인 반도체 기판을 형성하는 단계; 상기 제1 포토레지스트 패턴 및 산화막 패턴을 순차적으로 제거하여 상기 표면이 패인 반도체 기판 전면을 노출시키는 단계; 상기 산화막 패턴이 제거된 기판 전면에 게이트 절연막을 형성하는 단계; 상기 패인 영역 상부의 게이트 절연막을 노출시키는 제2 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 제2 포토레지스트 패턴을 이온 주입 마스크로하여 상기 반도체 기판의 패인 영역에 전송 영역을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 단위화소 제조방법.
- 제3항에 있어서, 상기 게이트 절연막은 게이트 산화막 및 실리콘 나이트라이드막이 순차적으로 적층된 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 단위화소 제조방법.
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| A201 | Request for examination | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
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Payment date: 20050802 Year of fee payment: 8 |
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| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |