KR100259084B1 - 고체촬상소자및이의제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 1-Phase 클럭킹을 사용하여 고속의 고체촬상소자를 구현하고 아울러 회로구성을 간략화하는데 적당한 고체촬상소자 및 이의 제조방법을 제공하기 위한 것으로서 복수개의 폴리게이트를 갖는 수평 전하전송영역에 있어서, 기판상에 형성되고 기판과 반대도전형의 웰, 웰상에 형성되는 BCCD영역, 제 1 도전형 BCCD영역내의 소정영역에 형성되는 제 1 저농도불순물영역들과, 제 1 저농도불순물영역과 일정거리를 두고 형성되는 고농도불순물영역과, 고농도불순물영역과 제 1 저농도불순물영역 사이에 형성되는 제 2 저농도불순물영역과, 제 1 저농도불순물영역과 고농도불순물영역 사이의 BCCD영역 상측에 형성되는 제 1 폴리게이트와, 제 1 저농도불순물영역상에 형성되는 제 2 폴리게이트를 포함하여 구성된다.
Description
본 발명은 고체촬상소자에 관한 것으로 특히, 1 Phase Clocking을 이용하여 클럭주파수를 높게하므로 고화소용 고체촬상소자에 적용하는데 적당한 수평전하 전송소자에 관한 것이다.
도 1은 일반적인 고체촬상소자의 레이아웃도이다.
도 1에 도시한 바와같이 빛의 신호를 전기적인 신호전하로 변환하는 포토다이오드(PD)들과, 포토다이오드들 사이에 수직으로 형성되어 포토다이오드에 의해 광전변환된 신호전하를 이동시키는 수직 전하전송영역(VCCD : Vertical Charge Coupled Device)과, 상기 수직 전하전송영역으로부터 전달된 신호전하를 수평으로 이동시키는 수평 전하전송영역(HCCD : Horizontal Charge Coupled Device) 그리고 센싱앰프(SA : Sensing Amp)를 포함하여 구성된다.
이와같이 구성된 고체촬상소자에서 수평 전하전송영역은 수직 전하전송영역으로부터 병렬적으로 이동되어 온 전하를 짧은 순간 다 읽어 내어야 하기 때문에 클럭킹(Clocking)이 빨라야 한다.
따라서 수직 전하전송영역의 4-Phase 클럭킹과는 달리 2-Phase 클럭킹을 하는게 일반적이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 수평 전하전송영역에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 2a는 종래 HCCD의 구조단면도이고 도 2b는 종래 HCCD의 포텐셜 프로파일(Potential Profile)을 나타낸 것이다.
도 2a에 도시한 바와같이 N형 반도체기판(11)에 형성된 P형 웰(13)과, 상기 P형 웰(13)의 소정영역에 형성되어 수평 전하 전송채널로 이용되는 BCCD(Buried CCD)(15)와, 상기 BCCD(15)상측의 N형 반도체기판(11) 표면에 형성되는 게이트절연막(17)과, 상기 게이트절연막(17)상에 서로 절연되어 반복적으로 형성되는 제 1, 제 2 폴리게이트(19,19a)와, 상기 제 2 폴리게이트(19a)하측의 BCCD(15)에 형성되는 베리어영역(21)으로 구성된다.
상기와 같은 종래 HCCD는 도 2b에 도시한 바와같이 동일클럭이 인가되어도 베리어영역(21)에 의해 계단형태의 포텐셜 웰을 유지하여 전하를 일방향으로 이동시킨다.
상기 포텐셜 웰의 바닥은 에너지 레벨이 낮으므로 전자는 이곳에 모이게 된다.
이를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
t=1 일때 H0가 인가되는 폴리게이트(4번째)하측 포텐셜 웰에 전하기 모이게 된다.
그리고 t=2 일때 1, 2번째 폴리게이트에 하이(high)전압이 인가되어 1, 2번째 폴리게이트 하측의 에너지 레벨은 내려가고 3, 4번째 폴리게이트에는 로우(low)전압이 인가되므로 에너지 레벨은 올라간다.
그러나 4번째 폴리게이트 하측의 포텐셜 웰에 모인 전자는 3번째 폴리게이트 하측의 베리어영역(21)에 의해 왼쪽으로는 이동할 수가 없다.
그리고 5, 6번째 폴리게이트의 에너지 레벨이 점점 낮아져서 4번째 폴리게이트의 오른편 에너지 장벽이 제거되면 에너지레벨이 낮은 5, 6번째 폴리게이트의 하측으로 이동한다.
그리고 5, 6번째 폴리게이트의 에너지 레벨이 충분히 높아지면 다시 계단식 포텐셜 웰을 형성하여 전자가 모여있는 위치는 4번째 폴리게이트의 하측에서 6번째 폴리게이트의 하측으로 바뀌게 된다.
이와같이 종래 2-Phase 클럭킹을 이용하여 순차적으로 포텐셜 레벨을 변화시켜 신호전하를 센싱앰프쪽으로 이동시킨다.
그러나 상기와 같은 종래 고체촬상소자는 다음과 같은 문제점이 있었다.
즉, 2-Phase 클럭킹을 사용하므로 외부로부터 위상차가 180°인 클럭신호를 인가하기 위한 단자가 2개가 필요하게 된다.
따라서 주변회로가 복잡해지고 2번의 클럭킹 타임을 고려하여야 하므로 고속의 고체촬상소자를 구현하기가 어렵다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서 1-Phase 클럭킹을 이용하여 클럭신호를 인가하는 단자의 수를 감소시켜 주변회로를 간단하게 구성하고 고속의 고체촬상소자를 구현하는데 적당한 고체촬성소자 및 이의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 일반적인 고체촬상소자의 레이아웃도
도 2a 내지 도 2b는 종래기술에 따른 2-Phase클럭킹을 이용하는 수평 전하전송영역의 구조단면도
도 3은 본 발명의 수평 전하전송영역의 구조단면도
도 4는 본 발명의 수평 전하전송영역의 동작설명을 위한 포텐셜 레벨을 도시한 도면
도 5는 본 발명의 고체촬상소자를 이용한 시뮬레이션 검증결과를 나타낸 도면
도 6a 내지 6d는 본 발명의 고체촬상소자 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 반도체기판 13 : P형-웰
15 : BCCD영역 17 : 게이트절연막
18 : 제 1 폴리실리콘층
19,19a,19b : 제 1, 제 2, 제 3 폴리게이트
21a,21b,21c,21d : 제 1 저농도불순물영역
23 : 제 2 저농도불순물영역
23a : 고농도불순물영역 25 : 포토레지스트
27 : 절연막
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고체촬상소자는 복수개의 폴리게이트를 갖는 수평 전하전송영역에 있어서, 기판상에 형성되고 기판과 반대도전형의 웰, 웰상에 형성되는 BCCD영역, 제 1 도전형 BCCD영역내의 소정영역에 형성되는 제 1 저농도불순물영역들과, 제 1 저농도불순물영역과 일정거리를 두고 형성되는 고농도불순물영역과, 고농도불순물영역과 제 1 저농도불순물영역 사이에 형성되는 제 2 저농도불순물영역과, 제 1 저농도불순물영역과 고농도불순물영역 사이의 BCCD영역 상측에 형성되는 제 1 폴리게이트와, 제 1 저농도불순물영역상에 형성되는 제 2 폴리게이트를 포함하는 것을 특징으로 하고 본 발명의 고체촬상소자 제조방법은 고체촬상소자의 수평 전하전송영역의 제조에 있어서, 제 1 도전형 기판상에 제 2 도전형 웰과 BCCD영역을 차례로 형성하는 공정, 상기 BCCD영역상에 게이트절연막과 제 1 폴리실리콘층을 차례로 형성한 후 패터닝하여 제 1 폴리게이트를 형성하는 공정, 불순물 이온주입으로 상기 제 1 폴리게이트의 양측에 제 1 저농도불순물영역을 형성하는 공정, 제 1 폴리게이트를 포함한 전면에 제 2 폴리실리콘층을 형성한 후 패터닝하여 제 2 폴리게이트를 형성하는 공정, 상기 제 1 폴리게이트와 제 2 폴리게이트를 마스크로 이용한 불순물 이온주입으로 제 2 저농도불순물영역 및 고농도불순물영역을 형성하는 공정, 상기 제 1, 2 폴리게이트를 포함한 전면에 제 3 폴리실리콘층을 형성한 후 패터닝하여 플로팅게이트를 형성하는 공정을 포함하여 이루어진다.
이하, 본 발명의 고체촬상소자를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 고체촬상소자에 따른 HCCD의 구조단면도이고 도 4는 본 발명의 동작설명을 위한 포텐셜 레벨을 나타낸 것이다.
먼저, 도 3에 도시한 바와같이 본 발명의 HCCD에 따르면 3개의 폴리게이트를 반복적으로 사용하였다.
그리고 그중에서 하나의 폴리게이트는 플로팅상태를 유지하였으며 나머지 폴리게이트는 동일한 클럭신호를 인가한 것이다.
즉, 제 1 도전형 반도체기판(11)에 형성된 제 2 도전형 웰(13)과 상기 제 2 도전형 웰(13)상에 형성된 N형 BCCD영역(15)과, 상기 BCCD영역(15)상에 게이트절연막(17)을 사이에 두고 형성된 제 1, 제 2, 제 3 폴리게이트들(19,19a,19b)과, 상기 제 2 폴리게이트(19a)하측에 형성되는 제 1 저농도불순물영역들(21a,21c)과, 상기 제 3 폴리게이트(19b)하측의 소정영역에 형성되는 제 2 저농도불순물영역(23)과, 상기 제 2 저농도불순물영역(23)의 일측에 형성되는 고농도불순물영역(23a)을 포함하여 구성된다.
여기서 상기 제 1, 제 2 폴리게이트(19,19a)에는 동일클럭신호가 인가되고 상기 제 3 폴리게이트(19b)는 플로팅시킨다.
이때 플로팅 게이트(제 3 폴리게이트)영역의 채널전위는 구동 게이트(제 1, 제 2 폴리게이트)영역의 채널전위의 (VMAX- H1MIN)/2가 되도록 불순물 농도를 조절한다.
상기 고농도불순물영역(23a)는 제 1, 제 2 저농도불순물영역(21a,21c,23)에 비해 상대적으로 불순물 농도가 높다.
이는 두 번의 불순물 이온주입에 의해 저농의 불순물이 중첩됨으로서 상대적으로 높은 불순물농도를 갖는다.
그리고 상기 제 1 저농도불순물영역(21c)과 제 2 저농도불순물영역(23)의 불순물농도는 동일하다.
이와같이 구성된 본 발명의 고체촬상소자에 따른 HCCD의 동작을 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.
도 4에 도시한 바와같이 t=1인 시점에서 로우전압의 클럭신호가 1, 2번째 폴리게이트와 4, 5번째 폴리게이트에 동시에 인가된다.
따라서 1번째 폴리게이트 하측의 포텐셜 레벨 보다 2번째 폴리게이트 하측의 포텐셜 레벨이 더 낮아진다.
이는 1번째 폴리게이트의 하측에는 포텐셜 레벨이 높은 P도전형의 제 1 저농도불순물영역(21a)이 존재하기 때문이다.
그리고 상기 3번째 폴리게이트 하측에는 두 번의 저농도불순물영역들이 중첩되어 이루어진 고농도불순물영역(23a)과, 제 1 저농도불순물영역(21c) 및 제 2 저농도불순물영역(23)이 동시에 존재한다.
따라서 3번째 폴리게이트 전체가 플로팅되어 있더라도 고농도불순물영역(23a)과 제 2 저농도불순물영역(23)에서의 포텐셜레벨이 서로 다르다.
즉, 3번째 폴리게이트가 플로팅상태이므로 고농도불순물영역(23a)은 제 2 저농도불순물영역(23)보다 더 높은 포텐셜 레벨을 갖는다.
결과적으로 상기 3번째 폴리게이트의 하측중 제 2 저농도불순물영역(23)의 포텐셜 레벨이 가장 낮으므로 그 부분에 포텐셜 웰이 형성되어 전하가 모이게 된다.
이와같은 과정은 4, 5, 6번째 폴리게이트에서도 동일하게 적용된다.
이때 t=1에서 t=2로 바뀌게 되면 상기 클럭신호는 하이(high)전압이 된다.
따라서 1, 2번째 폴리게이트와 4, 5번째 폴리게이트에는 하이전압의 클럭신호가 인가된다.
t=1 일때와 마찬가지로 상기 제 3 폴리게이트는 플로팅되어 있다.
하이전압이 인가되는 1번째 폴리게이트 및 2번째 폴리게이트는 포텐셜 레벨이 급격히 떨어진다.
그리고 4번째 폴리게이트 및 5번째 폴리게이트 하측의 포텐셜 레벨 또한 동일하게 낮아진다.
다시말해서 상기 1, 2번째 폴리게이트와 4, 5번째 폴리게이트 하측의 포텐셜 레벨은 고농도불순물영역(23a)과 제 2 저농도불순물영역(23)에서의 포텐셜 레벨보다 더 낮아진다.
따라서 3번째 폴리게이트 하측의 제 2 저농도불순물영역(23)의 포텐셜 레벨은 상기 고농도불순물여역(23a)의 포텐셜 레벨보다는 더 낮고 4번째 폴리게이트 하측보다는 높다.
이는 상기 3번째 폴리게이트가 항상 플로팅 상태이므로 포텐셜 레벨은 t=1일때와 동일하게 유지한다.
여기서 4, 5번째 폴리게이트 하측의 포텐셜 레벨은 3번째 폴리게이트의 포텐셜 레벨보다 더 낮아지므로 t=1일때 3번째 폴리게이트 하부의 포텐셜 웰에 모여있던 전하가 t=2일때에는 5번째 폴리게이트 하측의 포텐셜 웰로 이동한다.
상기 5번째 폴리게이트 하측의 포텐셜 웰에 모인 전하는 6번째 폴리게이트의 하측으로 이동하지 못한다.
이는 6번째 폴리게이트가 3번째 폴리게이트와 마찬가지로 플로팅되어 있기 때문이다.
이어, t=2에서 t=3로 바뀌면 포텐셜 레벨은 t=1인 상태와 같이 동일하게 된다.
t=2일때 5번째 폴리게이트 하측의 포텐셜 웰에 모여있던 전하가 상기 제 2 불순물영역(23)이 존재하는 6번째 폴리게이트의 하측으로 이동하게 된다.
이러한 과정을 반복함으로서 수평 전하전송영역(HCCD)은 상기 수직 전하전송영역(VCCD)으로부터 이동되어 온 전하들을 센싱앰프(SA)까지 이동시키게 된다.
결과적으로 P도전형의 제 1 저농도불순물영역, 그리고 P도전형의 고농도불순물영역이 서로다른 포텐셜 레벨을 갖는 것을 이용하여 하나의 클럭신호만으로 전하들을 이동시키게 된다.
한편, 도 5는 본 발명의 고체촬상소자를 이용한 시뮬레이션 검증결과에 따른 포텐셜 프로파일을 나타낸 것이다.
도 5에 도시한 바와같이 포텐셜 레벨이 순차적으로 변화하여 전하를 이동시키게 되는 것을 보여준다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 고체촬상소자 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 6a 내지 6d는 본 발명의 고체촬상소자 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도이다.
도 6a에 도시한 바와같이 N형 반도체기판(11)에 P형-웰(13)을 형성한다.
그리고 상기 P형-웰(13)상에 N형 BCCD영역(15)을 형성한다.
이어, 상기 BCCD영역(15)상에 게이트절연막(17)을 형성하고 상기 게이트절연막(17)상에 제 1 폴리실리콘층(18)을 형성한다.
이어, 도 6b에 도시한 바와같이 제 1 폴리실리콘층(18)상에 포토레지스트(도면에 도시하지 않음)를 도포한 후 노광 및 현상공정으로 상기 제 1 폴리실리콘층(18)을 패터닝하여 선택적으로 제 1 폴리게이트(19)를 형성한다.
그리고 제 1 폴리게이트(19)를 포함한 전면에 다시 포토레지스트(25)를 도포한 후 노광 및 현상공정으로 패터닝한다.
패터닝된 포토레지스트(25)를 마스크로 이용하여 P도전형의 불순물이온을 주입한다.
따라서, 제 1 폴리게이트(19) 양측의 BCCD영역(15)에 제 1 저농도불순물영역들(21a,21b,21c,21d)이 형성된다.
이어, 도 6c에 도시한 바와같이 상기 제 1 폴리게이트(19)를 포함한 전면에 절연막(27)을 증착한 후 상기 각 제 1 폴리게이트(19)의 주변에만 남도록 선택적으로 제거한다.
그리고 절연막(27)을 포함한 전면에 제 2 폴리실리콘층을 형성한 후 선택적으로 제거하여 각각의 제 1 폴리게이트(19)들의 일측에 제 2 폴리게이트(19a)들을 형성한다.
이어 도 6d에 도시한 바와같이 상기 제 1, 제 2 폴리게이트(19,19a)들을 마스크로 이용한 셀프-얼라인공정으로 P도전형의 불순물이온을 주입한다.
이로인해 제 2 저농도불순물영역(23)이 형성되고 또한 두 번의 P도전형의 불순물 이온주입을 통해서 고농도불순물영역(23a)이 형성된다.
이어서, 전면에 제 3 폴리실리콘층을 형성한 후 이를 선택적으로 제거하여 상기 고농도불순물영역(23a) 및 제 2 저농도불순물영역(23)의 게이트절연막(17)상에 제 3 폴리게이트(19b)를 형성한다.
결과적으로 제 3 폴리게이트(19b)의 하측에는 두 번의 불순물 이온주입에 의해 형성되는 고농도불순물영역(23a)과 제 2 저농도불순물영역(23)이 동시에 존재하여 서로 다른 포텐셜레벨을 갖게된다.
이상 상술한 바와같이 본 발명의 고체촬상소자 및 이의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 1-Phase 클럭킹으로 전하들을 이동시키므로 고속의 고체촬상소자를 구현할 수 있다.
둘째, 하나의 클럭신호만을 필요로 하므로 주변회로를 간단하게 구성할 수 있다.
Claims (2)
- 제 1 도전형 기판상에 형성된 제 2 도전형 웰,상기 제 2 도전형 웰상에 형성되는 제 1 도전형 BCCD영역,상기 BCCD영역상에 절연막을 개재하여 형성된 제 1 폴리 게이트,상기 제 1 폴리게이트의 일측에 형성되며 상기 제 1 폴리게이트와 동일한 클럭신호를 받는 제 2 폴리게이트,상기 제 1 폴리게이트의 다른 일측에 형성되는 플로팅 게이트,상기 제 2 폴리 게이트 하부의 BCCD영역에 형성되는 제 1 저농도 불순물 영역,상기 플로팅 게이트 하부의 소정영역에 형성되며 상기 제 1 폴리게이트 하부의 BCCD영역에 접하는 고농도 불순물 영역,상기 플로팅 게이트 하부의 상기 고농도 불순물 영역 일측에 형성되는 제 2 저농도 불순물 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
- 고체촬상소자의 수평전하전송영역(HCCD)의 제조에 있어서,제 1 도전형 기판상에 제 2 도전형 웰과 BCCD영역을 차례로 형성하는 공정;상기 BCCD영역상에 게이트 절연막과 제 1 폴리실리콘층을 차례로 형성한 후 패터닝하여 제 1 폴리게이트를 형성하는 공정;상기 제 1 폴리게이트의 양측 하부의 BCCD영역에 제 1 저농도 불순물 영역들을 형성하는 공정;상기 제 1 폴리게이트의 일측의 상기 BCCD영역에 형성된 상기 제 1 저농도 불순물 영역상에 제 2 폴리게이트를 형성하는 공정;상기 제 1, 제 2 폴리게이트를 마스크로 상기 제 1 폴리게이트의 다른 일측에 형성된 제 1 저농도 불순물 영역에 불순물 이온을 주입하여 고농도 불순물 영역을 형성하고, 상기 고농도 불순물 영역 일측의 BCCD영역에 제 2 저농도 불순물 영역을 형성하는 공정;상기 고농도 불순물 영역 및 상기 제 2 저농도 불순물 영역상에 게이트 절연막을 개재하여 플로팅 게이트를 형성하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자 제조방법.
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