KR100258974B1 - 전하결합형 이미지 센서의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
광전변환영역의 표면에 가해지는 플라즈마 손상을 줄이면서 전하결합형 이미지 센서를 제조할 수 있는 방법이 개시되어 있다.
본 발명은, 반도체기판내에 매트릭스상으로 배열된 광전변환영역과, 상기 광전변환영역에서 발생한 신호전하를 출력단으로 전송하기 위한 제1전송전극 및 제2전송전극으로 된 전송전극군을 포함하여 이루어지는 전하결합형 이미지 센서의 제조방법에 있어서, 상기 반도체기판상에 제1전송전극 형성물질을 적층한 후, 상기 광전변환영역이 형성될 부분이 노출되지 않도록 상기 제1전송전극 형성물질을 패터닝하여 제1전송전극 패턴을 형성하고, 전면에 제2전송전극 형성물질을 적층한 후 제2전송전극을 형성하고, 상기 광전변환영역이 형성될 부분을 노출시킨 후 이온주입하여 광전변환영역을 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 광전변환영역의 표면이 플라즈마에 의한 손상이 줄어들어 암전류의 특성이 개선된 전하결합형 이미지 센서를 얻을 수 있다.
Description
제1도는 종래의 전하결합형 이미지 센서를 나타낸 평면도.
제2도는 상기 제1도의 A-A'를 자른 단면도.
제3도는 상기 제1도의 B-B'를 자른 단면도.
제4도 내지 제8도는 종래의 전하결합형 이미지 센서를 제조하는 각 단계의 공정을 나타내는 단면도들.
제9도는 본 발명에 의한 전하결합형 이미지 센서의 제1전송전극의 패턴을 나타낸 단면도.
제10도는 본 발명에 의한 전하결합형 이미지 센서의 제2전송전극의 패턴을 나타낸 단면도.
제11도 내지 제15도는 본 발명에 의한 전하결합형 이미지 센서의 제조과정을 나타내는 단면도들.
본 발명은 전하결합(Charge-Coupled Device;CCD)형 이미지 센서의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 플라즈마 손상을 최소화하여 암전류 특성을 개선시키는 전하결합형 이미지 센서의 제조방법에 관한 것이다.
전하결합소자(CCD)는 반도체기판의 표면에 복수의 MOS(Metal Oxide Semiconductor) 다이오드를 일정한 배열로 형성시켜준 아주 간단한 구조이다. MOS 다이오드에 반전방향의 전압을 인가하면 반도체 표면에 깊은 공핍층이 확대될 뿐인 비평형상태와 소수 캐리어가 축적된 평행상태의 2가지 상태를 얻을 수 있기 때문에 이들 두 상태에 각각 "0"과 "1"의 디지탈 신호에 대응시키면 연산기능을 갖는 신호처리소자나 메모리소자를 실현할 수 있을 뿐만아니라, 비평형상태와 평행상태 사이에서 연속적으로 변화하는 캐리어의 수를 아날로그 신호로도 사용할 수 있기 때문에 이미지 센서에의 응용이 가능해진다.
전하결합형 이미지 센서는 1개의 칩상에 광전변환기능, 축적기능, 주사기능을 동시에 구현한 것으로서, 첨부한 제1도에 종래의 인터라인전송(Interline Transfer;IT)방식의 전하결합형 이미지 센서의 평면도를 나타낸 것으로서, 구체적으로는 반도체기판에 각 광전변환영역이 2차원 어레이(매트릭스상)으로 배열되어 있는 셀 어레이의 일부분을 나타낸 평면도이다.
제1도를 참조하면, 반도체기판에 매트릭스 형상으로 배열된 복수의 광전변환영역(Photo Diode;12,차광층에 의해 빛의 차단이 없이 입사광이 통과하는 수광부임)과, 상기 광전변환영역(12)의 수직열 사이에 설치된 복수의 수직전송채널(18)과, 상기 광전변환영역(12)와 상기 수직전송채널(18) 사이에 설치되어 상기 광전변환영역(12) 내에 축적된 신호전하를 상기 수직전송채널(18)에 전달하는 것을 제어하는 복수의 전달게이트(19)와, 상기 광전변환영역(12)의 수평열들 사이에 설치되고 각 수직열 사이에서 전달게이트(19) 및 수직전송채널(18)의 일부를 덮는 연장부를 가지는 복수의 제1전송전극(11)들과, 상기 광전변환영역(12)들의 수평열 사이의 제1전송전극(11)상에 오버랩되어 형성되고, 각 수직열 사이에서 수직전송채널(18)의 나머지 일부를 덮는 연장부를 가지는 복수의 제2전송전극(13)들을 구비한다. 상기 인터라인 전송방식을 포함하는 일반적인 CCD형 이미지 센서의 동작원리를 살펴보면 아래와 같다.
가시광선이 상기 광전변환영역(12)에 입사되면 PN접합 포토다이오드나 MOS 캐퍼시터로 된 이 부분에 광자효과에 의한 전하가 축적된다. 이렇게 광신호가 전기적 신호전하로 변환, 축적되어 있다가 필드 쉬프트(field shift)기간 동안에 광전변환영역과 수직전송채널(18) 사이에 형성된 전달게이트(19)로 조절되는 채널영역을 통과하여 수직전송채널(18)로 전송된다. 이어서 수직채널영역(18) 상으로 형성되는 복수의 전송전극, 즉 상기 제1도에서 제1전송전극(11), 제2전송전극(13)들에 인가되는 클럭펄스에 의해 신호전하는 제1도에서 보여지는 화살표 방향으로 전송되어 수평전송채널(도시안됨)에 이른다. 여기서 같은 원리에 의해 신호전하가 수평적으로 전송되어 출력회로부(도시안됨)로 보내지고 신호출력으로 외부에 취출된다.
제2도는 상기 제1도의 A-A'를 자른 단면도이다. 반도체기판(16)의 표면으로부터 일정한 깊이로 상기 반도체기판과는 다른 도전형의 불순물이 주입되어 형성된 광전변환영역(12)이 형성되어 있으며, 상기 광전변환영역(12)의 수평열 사이에는 채널스토퍼층(14)이 형성되어 신호전하의 전송방향을 제한하고 있다. 상기 반도체기판(16)상에 게이트절연막(15)이 형성되며, 그위로 제1전송전극(11)과 제2전송전극(13)이 절연층(17)을 개재하여 형성되어 있다. 상기 제2도에서는 반도체기판(16)의 표면 근방에 광전변환영역(12)이 형성된 것을 나타내고 있으나, 통상적으로는 N형의 반도체기판(16)의 표면으로 부터 일정 깊이로 P형 웰(well)이 형성되고, 그 내에 N형의 광전변환영역이 형성되어 진다.
제3도는 상기 제1도의 B-B'를 자른 단면도이다. 반도체기판(16)의 표면에 수직전송채널(18)이 형성되어 있다. 이와같이 전하전송채널이 반도체기판의 표면에 형성된 것을 SCCD(Surface CCD)형이라 하며, 표면으로부터 일정 깊이로 전송채널을 형성하여 신호전하의 전송효율을 높인 BCCD(Buried CCD)형으로 형성할 수도 있다. 또한 일정한 간격으로 형성된 제1전송전극(11) 사이에서 제2전송전극(13)이 인접한 제1전송전극과 오버랩되도록 형성되어 있다.
제4도 내지 제8도는 종래의 전하결합형 이미지 센서의 제조과정을 나타낸 단면도이다. 각 도면은 상기 제1도의 A-A'를 자른 부분을 기준으로 도시되었다.
제4도를 참조하면, 반도체기판(16)의 표면근방에 채널스토퍼층(14)이 형성되어 있으며, 반도체기판(16)의 표면에 게이트절연막(15)이 얇게 형성된다. 상기 게이트절연막(15)상에 제1전송전극을 형성할 도전물질을 전면에 형성하고, 포토레지스트(P.R)를 도포한 후 포토레지스트 패턴을 형성한다.
제5도를 참조하면, 상기 제4도의 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 하여 플라즈마 건식 식각을 수행하여 제1전송전극(11)을 형성한다. 이때 상기 제1전송전극(11)의 패턴은 상기 제1도에서 보여지는 바처럼, 광전변환영역(12)이 노출되는 모양으로 형성된다.
제6도를 참조하면, 상기 제5도의 결과물상에 제2전송전극을 형성하기 위한 도전물질을 절연층(17)을 개재하여 전면에 적층시키고, 이어 포토레지스트를 도포하여 포토레지스트 패턴을 형성한다.
제7도를 참조하면, 제6도의 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 하여 플라즈마 건식식각을 행하여 제2전송전극(13)을 형성한다. 이때 상기 제2전송전극(13)의 패턴은 상기 제1도에서 보여지는 바처럼, 광전변환영역(12)이 노출되는 모양으로 형성된다. 또한 제3도에서 보여지듯이 상기 제1전송전극(11)과 일부에서 오버랩된다.
제8도를 참조하면, 상기 제7도의 결과물상에 포토레지스트를 적층한 후 광전변환영역이 형성될 부분만을 노출되도록 포토레지스트 패턴을 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴을 이온주입마스크로 하여 이온주입을 실시하여 광전변환영역(12)을 반도체기판에 형성한다. 이어서 도시되지 않았지만 전면에 절연층을 형성하고 차광용 금속층을 형성하여 상기 광전변환영역(12)만 노출되도록 함으로써, 전하결합형 이미지 센서의 셀 어레이를 완성한다.
그러나, 이상에서 살펴본 바처럼, 종래의 전하결합형 이미지 센서의 제조방법에 있어서는 상기 제1전송전극(11)을 형성하기 위한 플라즈마 건식식각 시 상기 광전변환영역(12)의 표면이 손상을 받을 뿐만아니라 제2전송전극(13)을 형성하기 위한 플라즈마 건식식각시에도 역시 그 표면이 매우 큰 손상을 받게 되어 암전류 특성이 악화되는 문제점이 발생한다.
실리콘/실리콘옥사이드(Si/SiO2)의 계면에서 건식 식각시간 대암전류 발생에 대한 의존성관계에 대하여 발표된 논문 "Reduction of Fixed-Pattern Noise of BASIC Due to Low Kinetic Energy Reactive Ion and Native-Oxide-Free Processing" (Ref, Mamoru Miyawaki.et al, IEEE Electron Device, Vol.38, No.5,,May,1991,pp1037-1043)에 따르면 암전류의 80% 정도는 실리콘/실리콘옥사이드 계면을 통한 표면전류이며, 이는 건식 식각동안 플라즈마에 의해 유기된 손상에 의해 발생한다. 상기 논문에 의하면 에칭 포인트에 이르기까지는 에칭시간이 길어짐에 따라 암전류는 완만하게 증가하나, 에칭 포인트를 지나 오버-에칭되면 암전류는 매우 급격히 증가함을 알 수 있다.
일반적으로 CCD형 이미지 센서에 있어서 암전류의 증가는 고정패턴 잡음(Fixed-Pattern Noise;FPN)으로 나타나며 이는 소자의 감도와 다이나믹 레인지를 제약하게 된다.
본 발명은 상기 종래의 전하결합형 이미지 센서의 제조방법에 의해 발생하는 문제점을 개선하기 위한 것이다.
즉, 본 발명의 목적은 전하결합형 이미지 센서의 제조과정에서 발생하는 광전변환영역 표면의 손상을 최소화하여 암전류 특성을 개선할 수 있는 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 반도체기판내에 매트릭스상으로 배열된 광전변환영역과, 상기 광전변환영역에서 발생한 신호전하를 출력단으로 전송하기 위한 제1전송전극 및 제2전송전극으로 된 전송전극군을 포함하여 이루어지는 전하결합형 이미지 센서의 제조방법에 있어서,
상기 반도체기판상에 제1절연층을 형성하고 그 전면에 제1전송전극 형성물질을 적층하는 공정과, 상기 광전변환영역이 형성될 부분이 노출되지 않도록 상기 제1전송전극 형성물질을 패터닝하여 제1전송전극 패턴을 형성하는 공정과, 상기 결과물상에 제2절연층을 형성하고 그 전면에 제2전송전극 형성물질을 적층한 후 패터닝하여 제2전송전극 패턴을 형성하는 공정, 및 상기 광전변환영역이 형성될 부분을 노출시킨 후 이온주입하여 광전변환영역을 형성하는 공정을 구비하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 상기 광전변환영역이 형성될 부분에 남아있는 상기 제1전송전극 형성물질이 광전변환영역의 표면에 가해지는 건식식각 동안의 플라즈마 손상을 줄일 수 있다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 제9도 내지 제15도를 참조하여 상세히 설명하겠다.
제9도는 신호전하를 출력단에 전송하기 위하여 형성되는 제1전송전극의 패턴을 나타낸 단면도이다. 제1도의 제1전송전극(11)과 비교하여 볼 때, 본 발명에서는 제1전송전극을 위한 패턴(11a)을 광전변환영역이 형성될 부분(12a, 도면상 점선표시영역)까지 연장시켜준다.
제10도는 제2전송전극의 패턴(13a)을 형성시켜준 단면도이다. 상기 제2전송전극의 패턴(13a)은 상기 제1도의 제2전송전극(13)의 패턴과 동일할 수도 있고, 제1도의 제2전송전극(13)과 비교하여 광전변환영역이 형성될 부분(12a)까지 연장하여 형성할 수도 있다.
제11도 내지 제15도는 제9도의 C-C'를 자른 단면도에 따라 본 발명의 전하결합형 이미지 센서의 제조과정을 나타낸 도면이다.
제11도를 참조하면, 반도체기판(16)의 표면근방에 채널스토퍼층(14)이 형성되어 있으며, 반도체기판(16)의 표면에 제1절연막(15)이 얇게 형성된다. 상기 제11도 이하에서는 반도체기판(16)의 표면 근방에 광전변환영역(12)이 형성되는 것을 나타내고 있으나, 통상적으로는 N형의 반도체기판(16)의 표면으로부터 일정 깊이로 P형 웰(well)이 형성되고, 그 내에 N형의 광전변환영역이 형성되어 진다. 상기 제1절연막(15)상에 제1전송전극을 형성할 도전물질을 전면에 형성하고, 포토레지스트(P.R)를 도포한 후 포토레지스트 패턴을 형성한다. 이때 상기 포토레지스트 패턴은 제1전송전극 패턴(11a)이 제9도에서 보여지듯이 광전변환영역이 형성될 부분(12a)까지 연장되는 모양이 형성되도록 형성시켜 준다. 이어서 상기 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 하여 제1전송전극 패턴(11a)을 형성시켜준다. 상기 채널스토퍼층(14)은 광전변환영역에 축적된 신호전하가 수직전송채널으로만 전송되도록 하기 위해 형성된다.
제12도를 참조하면, 상기 제11도에서 제1전송전극 패턴(11a)이 형성된 전면에 제2절연막(17)을 형성시켜주고, 전면에 제2전송전극을 형성할 도전물질을 적층한다. 이어서 전면에 포토레지스트를 도포하고, 제2전송전극 패턴(13a)을 형성할 포토레지스트 패턴을 형성한다.
제13도를 참조하면, 상기 제12도의 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 하여 제2전송전극 패턴(13a)을 형성시켜준다. 이때 상기 제2전송전극 패턴(13a)은 제2전송전극(13)과 같을 수 있으며, 또한 광전변환영역이 될 부분(12a)까지 연장되는 모양으로 형성될 수도 있다.
제14도를 참조하면, 상기 제2전송전극 패턴(13a)이 형성된 결과를 전면에 포토레지스트를 도포하고, 광전변환영역이 형성될 부분을 한정하는 포토레지스트 패턴을 형성한다.
제15도를 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 하여 광전변환영역이 형성될 부분(12a)에 잔존하는 제1전송전극패턴(11a)를 플라즈마 건식식각법으로 제거한다. 이때 제1전송전극(11)이 형성되며, 상기 광전변환영역이 형성될 부분(12a)에 제1전송전극 패턴과 제2전송전극 패턴이 모두 남아 있는 경우 그 모두를 제거한다. 이어서 상기 포토레지스트 패턴을 이온주입 마스크로 하여 전면에 이온주입을 수행하여 광전변환영역(12)을 형성한다. 이어 상기 포토레지스트 패턴을 제거한다.
이어서 후속되는 공정은 일반적인 전하결합형 이미지 센서의 제조공정에 따른다.
이상의 실시예에서 살펴본 것처럼, 본 발명에 의하면 종래의 전하결합형 이미지 센서의 제조방법에 비하여 광전변환영역의 표면이 플라즈마 건식식각 동안 손상되는 횟수가 줄어들게 되어, 암전류 특성이 개선된 전하결합형 이미지 센서를 용이하게 제조할 수 있다.
Claims (4)
- 반도체기판내에 매트릭스상으로 배열된 광전변환영역과, 상기 광전변환영역에서 발생한 신호전하를 출력단으로 전송하기 위한 제1전송전극 및 제2전송전극으로 된 전송전극군을 포함하여 이루어지는 전하결합형 이미지 센서의 제조방법에 있어서, 상기 반도체기판상에 제1절연층을 형성하고 그 전면에 제1전송전극 형성물질을 적층하는 공정과, 상기 광전변환영역이 형성될 부분이 노출되지 않도록 상기 제1전송전극 형성물질을 패터닝하여 제1전송전극 패턴을 형성하는 공정과, 상기 결과물상에 제2절연층을 형성하고 그 전면에 제2전송전극 형성물질을 적층한 후 패터닝하여 제2전송전극 패턴을 형성하는 공정, 및 상기 광전변환영역이 형성될 부분을 노출시킨 후 이온주입하여 광전변환영역을 형성하는 공정을 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전하결합형 이미지 센서의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제2전송전극 패턴이 상기 광전변환영역이 형성될 부분까지 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 전하결합형 이미지 센서의 제조방법.
- 제2항에 있어서, 상기 광전변환영역을 노출시키기 위하여 상기 제2전송전극 패턴과 제1전송전극 패턴을 연속하여 제거하는 것을 특징으로 하는 전하결합형 이미지 센서의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제2전송전극 패턴이 상기 광전변환영역이 형성될 부분을 덮지 않는 것을 특징으로 하는 전하결합형 이미지 센서의 제조방법.
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Cited By (1)
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1993
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| KR940022924A (ko) | 1994-10-22 |
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