KR100239412B1 - 고체 촬상 소자 및 그의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고체 촬상 소자에 관한 것으로, 특히, 수광 영역을 크게하여 소자의 감도를 향상시키는데 적당하도록한 고체 촬상 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
이와 같은 본 발명의 고체 촬상 소자는 반도체 기판의 표면 및 그 표면에서 에피택셜 성장된층에 구성되는 복수개의 광전 변환 영역과, 상기 광전 변환 영역들의 사이에 구성되어 그 영역들에서 생성된 영상 전하를 일방향으로 전송하는 CCD 채널 영역들과, 상기 CCD 채널 영역들상에 절연층들에 의해 서로 절연되고 광전 변환 영역들에 각각 대응하여 반복적으로 구성되는 제1,2 폴리 게이트들을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 고체 촬상 소자에 관한 것으로, 특히, 수광 영역을 크게하여 소자의 감도를 향상시키는데 적당하도록한 고체 촬상 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 고체 촬상 소자는 복수개의 광전 변환 영역(PD)과, 그 광전 변환영역들의 사이에 구성되어 상기의 광전 변환 영역에서 생성되어진 전하를 수직 방향으로 전송하는 수직 전하 전송 영역(VCCD)과 상기 수직 전하 전송 영역에 의해 수직 방향으로 전송된 전하를 다시 수평 방향으로 전송하는 수평 전하 전송 영역(HCCD) 그리고 상기 수평 전송된 전하를 센싱하고 증폭하여 주변회로로 출력하는 플로우팅 디퓨전 영역으로 크게 구성된다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래 기술의 고체 촬상 소자 및 그의 제조 공정에 관하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래 기술의 고체 촬상 소자의 구조 단면도이고, 도 2a 내지 도 2c은 종래 기술의 고체 촬상 소자의 공정 단면도이다.
종래 기술의 고체 촬상 소자는 N-SUB(1)에 형성되는 P-Well(2) 영역내에 형성되어 입사되는 빛에 관한 영상신호를 전기적인 신호로 변환하는 복수개의 광전 변환 영역(8)과, 상기의 광전 변환 영역(8)들의 사이에 형성되어 광전 변환 영역(8)에서 생성되어진 영상 전하를 수직 방향으로 전송하는 CCD 채널 영역(4)들과, 상기 광전 변환 영역(8)들의 둘레에 형성되는 채널 스톱층(3)과, 상기 CCD 채널 영역(4)들의 상측에 절연층(6)에 의해 절연되고 서로 일정 부분 오버랩되어 반복적으로 형성되는 복수개의 제1,2폴리 게이트들(5)(6)과, 상기 광전 변환 영역(8)을 제외한 절연층(6)상에 형성되는 금속 차광층(9)과, 상기 금속 차광층(9)을 포함하는 전면에 형성되는 층간 절연층(10)과, 상기 층간 절연층(10)상에 형성되는 평탄화용 절연막(11)과, 상기 광전 변환 영역(8)에 대응하여 그 상측의 평탄화용 절연막(11)상에 형성되는 칼라 필터층(12)과, 상기 칼라 필터층(12)을 포함하는 전면에 형성되는 탑 코팅층(13)과, 상기 광전 변환 영역(8)들에 촬상되는 빛의 신호를 집속시키기 위해 탑코팅층(13)상에 형성되는 마이크로 렌즈(14)를 포함하여 구성된다.
상기와 같은 구성을 갖는 종래 기술의 고체 촬상 소자의 제조 공정은 다음과 같다.
먼저, 도 2a에서와 같이, N-SUB(1)에 P-Well(2)을 형성하고 상기의 P-Well(2) 영역에 화소와 화소를 격리하기 위한 채널 스톱층(3)을 형성한다.
이어, 전하 전송 채널을 형성하기 위한 BCCD 이온 주입 공정을 실시하여 수직 전하 전송 영역, 수평 전하 전송 영역의 CCD 채널 영역(4)을 형성한다.
그리고 도 2b에서와 같이, 상기 CCD 채널 영역(4)이 형성된 기판의 전면에 게이트 절연막층을 형성하고 그 게이트 절연막상에 폴리 실리콘층을 증착한다.
이어, 상기의 폴리 실리콘층을 CCD 채널 영역(4)의 특정 부분에 반복적으로 남도록 패터닝하여 제1폴리 게이트(5)를 형성한다.
그리고 상기의 제1폴리 게이트(5)를 포함하는 전면에 전극들간의 격리를 위한 다른 절연층을 형성하고 폴리 실리콘층을 증착한 후 상기 CCD 채널 영역(4)상에 제1폴리 게이트(5)에 일정 부분 오버랩되어 반복적으로 남도록 패터닝하여 제2폴리 게이트(6)를 형성한다.
이어, 상기 제2폴리 게이트(6)를 포함하는 전면에 다시 절연층을 형성하고 PDN 이온 주입 공정을 실시하고 그 표면에 다시 얇은 p형 이온 주입 공정을 하여 PDP 영역을 형성하여 광전 변환 영역(8)을 완성한다.
그리고 상기의 광전 변환 영역(8)을 제외한 절연층상에 광전 변환 영역(8)을 제외한 부분으로 빛이 들어가는 것을 막기 위한 금속 차광층(9)을 형성한다.
이어, 상기의 금속 차광층(9)을 포함하는 전면에 표면 보호를 위한 층간 절연층(10)을 형성한다.
그리고 도 2c에서와 같이, 상기 층간 절연층(10)상에 다시 평탄화용 절연막(11)을 형성한후 상기 각각의 광전 변환 영역(8)에 대응하는 평탄화용 절연막(11)상에 특정 파장의 빛만을 통과시키는 칼라 필터층(12)을 형성한다.
이어, 상기 칼라 필터층(12)을 포함하는 평탄화용 절연막(11)상에 탑 코팅층(13)을 형성하고 각각의 칼라 필터층(12) 및 광전 변환 영역(8)에 대응되도록 탑코팅층(13)상에 마이크로 렌즈(14)를 형성한다.
그리고 와이어 본딩 공정을 위한 패드 오픈 공정을 실시한다.(도면에 도시되지 않음)
상기와 같이 구성된 종래 기술의 고체 촬상 소자는 카메라 렌즈를 통해 들어오는 빛이 마이크로 렌즈(14)에 의해 집속되어 칼라 필터층(12)에 의해 특정 파장의 빛만이 광전 변환 영역(8)으로 조사된다.
광전 변환 영역(8)으로 조사된 빛은 영상 전하로 변환되어 수직 전하 전송영역 등의 CCD 채널 영역(4)을 거쳐 플로팅 디퓨전 영역(도면에 도시되지 않음)으로 전송된다.
그리고 전송되어진 영상 전하는 플로우팅 디퓨전 영역에서 센싱 및 증폭되어 주변 회로로 전송된다.
상기와 같은 종래 기술의 고체 촬상 소자는 CCD 채널 영역과 광전 변환 영역이 동일한 평면구조로 되어 있어 그 구조적인 한계로하여 광전 변환 영역에서 실제 수광하는 범위가 넓지 못하다.
그러므로 수광되는 빛의 양이 한정되어 있어 촬상 감도가 좋지 못하다.
또한 광전 변환 영역과 마이크로 렌즈와의 거리가 멀어 사광(斜光)의 입사시에 광전 변환 영역으로 들어가는 빛이 적고, 마이크로 렌즈에 의해 완전하게 굴절되지 못하여 광전 변환 영역으로 조사되지 못하는 빛은 금속 차광층에 의해 난반사되어 스미어 특성을 저하시키는 원인으로 작용하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 고체 촬상 소자의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 수광 영역을 크게하여 소자의 감도를 향상시키는데 적당하도록한 고체 촬상 소자 및 그의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
제1도는 종래 기술의 고체 촬상 소자의 구조 단면도.
제2a도 내지 제2c도는 종래 기술의 고체 촬상 소자의 공정 단면도.
제3도는 본 발명의 고체 촬상 소자의 구조 단면도.
제4a도 내지 제4d도는 본 발명에 따른 고체 촬상 소자의 공정 단면도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
30 : N-SUB 31 : P-Well
32 : 채널 스톱층 33 : CCD 채널 영역
34 : 제1폴리 게이트 35 : 제2폴리 게이트
36 : 절연층 37 : 광전 변환 영역
38 : 금속 차광층 39 : 패시베이션막
40 : 평탄화용 절연층 41 : 칼라 필터층
42 : 마이크로 렌즈
수광 영역을 크게하기 위한 본 발명의 고체 촬상 소자는 반도체 기판의 표면 및 그 표면에서 에피택셜 성장된층에 구성되는 복수개의 광전 변환 영역과, 상기 광전 변환 영역들의 사이에 구성되어 그 영역들에서 생성된 영상 전하를 일방향으로 전송하는 CCD 채널 영역들과, 상기 CCD 채널 영역들상에 절연층들에 의해 서로 절연되고 광전 변환 영역들에 각각 대응하여 반복적으로 구성되는 제1,2폴리 게이트들을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 고체 촬상 소자 및 그의 제조 공정에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 고체 촬상 소자의 구조 단면도이고, 도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 고체 촬상 소자의 공정 단면도이다.
수광 영역의 구조를 달리한 본 발명의 고체 촬상 소자는 N-SUB(30)에 형성되는 P-Well(31) 영역의 표면 및 그 위로 볼록 형태로 성장된 n형 에피택셜층에 형성되어 입사되는 빛에 관한 영상신호를 전기적인 신호로 변환하는 복수개의 광전 변환영역(37)과, 상기의 광전 변환 영역(37)들 사이의 P-Well(31) 영역내에 형성되어 광전 변환 영역(37)에서 생성되어진 영상 전하를 수직 방향으로 전송하는 CCD 채널 영역(33)들과, 상기 광전 변환 영역(37)들 둘레의 P-Well(31) 영역내에 형성되는 채널 스톱층(32)과, 상기 CCD 채널 영역(33)들의 상측에 절연층(36)에 의해 절연되고 서로 일정 부분 오버랩되어 반복적으로 형성되는 복수개의 제1,2폴리 게이트들(34)(35)과, 상기 광전 변환 영역(37)을 제외한 절연층(36)상에 형성되는 금속 차광층(38)과, 상기 금속 차광층(38)을 포함하는 전면에 형성되는 패시베이션막(39)과, 상기 패시베이션막(39)상에 형성되는 평탄화용 절연층(40)과, 상기 광전 변환영역(37)에 대응하여 그 상측의 평탄화용 절연층(40)상에 형성되는 칼라 필터층(41)과, 상기 칼라 필터층(41)을 포함하는 전면에 형성되는 탑 코팅층에 상기 광전변환 영역(37)들에 촬상되는 빛의 신호를 집속시키기 위해 형성되는 마이크로 렌즈(41)를 포함하여 구성된다.
상기의 광전 변환 영역(37)은 제1,2폴리 게이트(34)(35)보다 높게 구성된다.
그리고 상기의 광전 변환 영역(37)의 에피텍셜층의 굴절율은 평탄화용 절연층(40)보다 작다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 고체 촬상 소자의 제조 공정은 다음과 같다.
먼저, 도 4a에서와 같이, N-SUB(30)에 P-Well(31)을 형성하고 상기의 P-Well(31) 영역에 화소와 화소를 격리하기 위한 채널 스톱층(32)을 형성한다.
이어, 전하 전송 채널을 형성하기 위한 BCCD 이온 주입 공정을 실시하여 수직 전하 전송 영역, 수평 전하 전송 영역의 CCD 채널 영역(33)을 형성한다.
그리고 도 4b에서와 같이, 상기 CCD 채널 영역(33)이 형성된 기판의 전면에 게이트 절연막층을 형성하고 그 게이트 절연막상에 폴리 실리콘층을 증착한다.
이어, 상기의 폴리 실리콘층을 CCD 채널 영역(33)의 특정 부분에 반복적으로 남도록 패터닝하여 제1폴리 게이트(34)를 형성한다.
그리고 상기의 제1폴리 게이트(34)를 포함하는 전면에 전극들간의 격리를 위한 다른 절연층을 형성하고 폴리 실리콘층을 증착한 후 상기 CCD 채널 영역(33)상에 제1폴리 게이트(34)에 일정 부분 오버랩되어 반복적으로 남도록 패터닝하여 제2폴리 게이트(35)를 형성한다.
이어, 상기 제2폴리 게이트(35)를 포함하는 전면에 다시 절연층을 형성하고 상기 제1,2폴리 게이트(34)(35)가 형성된 CCD 채널 영역(33)을 제외한 부분(광전 변환 영역이 형성될 부분)의 절연층을 제거한다.
그리고 도 4c에서와 같이, 상기의 절연층이 제거된 부분에 PDN 이온 주입 공정을 실시하고 확산 공정으로 광전 변환 영역의 PDN 영역을 형성하고 그 부분을 에피택셜 성장시켜 광전 변환 영역(37)을 완성한다.
이때, 에피택셜층은 볼록 형태로 성장되고 후속되는 공정에서 형성되는 제1,2 폴리 게이트들보다 더 높게 형성된다.
이어, 상기의 광전 변환 영역(37)을 포함하는 전면에 절연층을 다시 형성하고 상기의 광전 변환 영역(37)을 제외한 부분에 금속 차광층(38)을 형성한다.
그리고 도 4d에서와 같이, 상기 금속 차광층(38) 및 광전 변환 영역(37)을 포함하는 전면에 패시베이션막(39)을 형성하고 상기 패시베이션막(39)상에 다시 평탄화용 절연층(40)을 형성한 후 상기 각각의 광전 변환 영역(37)에 대응하는 평탄화용 절연층(40)상에 특정 파장의 빛만을 통과시키는 칼라 필터층(41)을 형성한다.
이어, 상기 칼라 필터층(41)을 포함하는 평탄화용 절연층(40)상에 탑 코팅층을 형성하고 각각의 칼라 필터층(41) 및 광전 변환 영역(37)에 대응되도록 탑 코팅층상에 마이크로 렌즈(42)를 형성한다.
그리고 와이어 본딩 공정을 위한 패드 오픈 공정을 실시한다.(도면에 도시되지 않음)
상기의 광전 변환 영역(37)의 형성시에 표면 P+이온 주입 공정을 하지 않는데 이는 에피택셜 성장으로 광전 변환 영역(37)을 형성하므로 그 표면 결함이 상대적으로 적기 때문이다.
상기의 에피택셜 성장 조건을 조절하여 하부의 PDN 영역에 함유된 불순물량 보다 에피택셜층의 불순물 함유량이 적게한다. 이는 에피택셜층의 굴절율을 평탄화용 절연층(40)의 굴절율 보다 작게 하기 위한 것이다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 고체 촬상 소자는 카메라 렌즈를 통해 들어오는 빛이 마이크로 렌즈(42)에 의해 집속되어 칼라 필터층(41)에 의해 특정 파장의 빛만이 광전 변환 영역(37)으로 조사된다.
광전 변환 영역(37)으로 조사된 빛은 영상 전하로 변환되어 수직 전하 전송영역 등의 CCD 채널 영역(33)을 거쳐 플로팅 디퓨전 영역(도면에 도시되지 않음)으로 전송된다.
그리고 전송되어진 영상 전하는 플로우팅 디퓨전 영역에서 센싱 및 증폭되어 주변 회로로 전송된다.
CCD 채널 영역상에 형성된 제1,2 폴리 게이트들의 사이로 그 영역을 확장시킨 광전 변환 영역을 갖는 본 발명의 고체 촬상 소자는 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 광전 변환 영역이 넓고 깊게 형성되어 수광 능력과 광전 변환 능력이 증가되어 촬상 감도를 향상시키는 효과가 있다.
둘째, 에피택셜층의 성장으로 광전 변환 영역을 형성하므로 표면 P+층을 형성하지 않아도 되어 공정을 단순화시키는 효과가 있다.
셋째, 광전 변환 영역이 CCD 채널 영역보다 높게 형성되어 후속되는 평탄화 공정이 용이해진다. 그리고 광전 변환 영역이 넓은 면적으로 형성되므로 마이크로 렌즈의 곡률을 크게해도 집광에는 영향을 주지 않는다.
그러므로 공정마진이 증대되어 제조 공정의 측면에서 유리하다.
넷째, 광전 변환 영역이 볼록한 형태로 구성되어 사광이 CCD 채널 영역으로 입사되는 것을 막아 스미어 현상의 발생을 억제하여 화질을 향상시키는 효과가 있다.
Claims (8)
- 반도체 기판의 표면 및 그 표면에서 에피텍셜 성장된층에 구성되며 볼록 형상을 갖는 복수개의 광전 변환 영역들과, 상기 광전 변환 영역들 사이의 반도체 기판내에 구성되어 그 영역들에서 생성된 영상 전하를 일방향으로 전송하는 CCD 채널 영역들과, 상기 CCD 채널 영역들상에 절연층들에 의해 서로 절연되고 광전 변환 영역들에 각각 대응하여 반복적으로 구성되며 상기 광전 변환 영역보다 더 낮게 형성되는 제1, 제2폴리게이트들을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
- 제1항에 있어서, 광전 변환 영역을 제외한 절연층상에는 금속 차광층이 형성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
- 제1항에 있어서, 광전 변환 영역들의 둘레에는 채널 스톱층이 구성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
- 제3항에 있어서, 채널 스톱층은 반도체 기판의 표면에 구성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
- 제1항에 있어서, 광전 변환 영역들, 금속 차광층을 포함하는 전면에 패시베이션막 그리고 평탄화용 절연층이 적층되고 상기 평탄화용 절연층상에는 각각의 광전 변환 영역들에 대응하여 칼라 필터층 그리고 마이크로 렌즈층이 구성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
- N-SUB에 형성되는 P-Well 영역의 표면 및 그 위로 성장된 n형 에피텍셜층에 형성되며 볼록형상을 갖는 복수개의 광전 변환 영역들과, 상기 광전 변환 영역들 사이의 P-Well 영역내에 형성되는 CCD 채널 영역들과, 상기 광전 변환 영역들 둘레의 P-Well 영역내에 형성되는 채널 스톱층과, 상기 CCD 채널 영역들의 상측에서 절연층에 의해 절연되고 서로 일정 부분 오버랩되어 반복적으로 형성되며 상기 광전 변환 영역들보다 낮게 형성되는 복수개의 제1, 제2폴리게이트들과, 상기 광전 변환 영역을 제외한 절연층상에 형성되는 금속 차광층과, 상기 금속차광층을 포함하는 전면에 형성되는 패시베이션막과, 상기 패시베이션막상에 형성되는 평탄화용 절연층과, 상기 광전 변환 영역에 대응하여 그 상측의 평탄화용 절연층상에 형성되는 칼라 필터층과, 상기 칼라 필터층을 포함하는 전면에 형성되는 탑 코팅층에 상기 광전 변환 영역들에 촬상되는 빛의 신호를 집속시키기 위해 형성되는 마이크로 렌즈를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
- 반도체 기판에 화소와 화소를 격리하기 위한 채널 스톱층과 CCD 채널 영역을 형성하기 위한 이온주입을 차례로 하는 공정과, 상기 CCD 채널 영역상에 제1, 제2폴리 게이트들을 형성한 후 전면에 절연층을 형성하고 CCD 채널 영역을 제외한 부분의 절연층을 제거하는 공정과, 상기 절연층이 제거된 부분에 PDN 이온 주입 공정을 실시하고 확산 공정으로 광전 변환 영역의 PDN 영역을 형성하고 그 부분을 에피텍셜 성장시켜 상기 제1, 제2폴리 게이트보다 높게 볼록 형상으로 광전 변환 영역을 형성하는 공정과, 상기 광전 변환 영역을 포함하는 전면에 절연층을 다시 형성하고 상기의 광전 변환 영역을 제외한 부분에 금속 차광층을 형성하는 공정과, 상기 금속 차광층 및 광전 변환 영역을 포함하는 전면에 패시베이션막, 평탄화용 절연층을 형성한 후 상기 각각의 광전 변환 영역에 대응하는 평탄화용 절연층상에 특정 파장의 빛만을 통과시키는 칼라 필터층을 형성하는 공정과, 상기 칼라 필터층을 포함하는 평탄화용 절연층상에 탑 코팅층을 형성하고 각각의 칼라 필터층 및 광전 변환 영역에 대응되도록 탑 코팅층상에 마이크로 렌즈를 형성하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조 방법.
- 제7항에 있어서, 제1, 제2폴리 게이트들은 CCD 채널 영역이 형성된 기판의 전면에 게이트 절연막층을 형성하고 그 게이트 절연막상에 폴리 실리콘층을 증착하는 공정과, 상기의 폴리 실리콘층을 CCD 채널 영역의 특정 부분에 반복적으로 남도록 패터닝하여 제1폴리게이트를 형성하는 공정과, 상기 제1폴리 게이트를 포함하는 전면에 전극들간의 격리를 위한 다른 절연층을 형성하고 폴리 실리콘층을 다시 증착하는 공정과, 상기 CCD 채널 영역상에 제1폴리 게이트에 일정 부분 오버랩되어 반복적으로 남도록 패터닝하여 제2폴리 게이트를 형성하는 공정을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조 방법.
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