KR100262006B1 - Solid-state image sensor and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고체촬상소자 및 그 제조방법에 관한 것으로 특히, 셀어레이 부분의 단면 구조에서 N형 기판에 제 1 P형 웰을 깊게 형성하여 기판을 상부와 하부로 분리하고, 상부 기판에 포토다이오드(Photo Diode, 이하 PD라 함)와 수직전하전송영역(Vertical Charge Coupled Device, 이하 VCCD라 함)으로 사용함으로써, PD와 VCCD가 카운터도핑(counter-doping)되는 것을 방지하고, PD와 VCCD의 농도도절과 간격조절을 용이하게 하는 고체촬상소자와 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a solid-state image pickup device and a method of manufacturing the same. In particular, in the cross-sectional structure of the cell array portion, the first P-type well is deeply formed on the N-type substrate, and the substrate is separated into an upper portion and a lower portion. By using Photo Diode (hereinafter referred to as PD) and Vertical Charge Coupled Device (hereinafter referred to as VCCD), PD and VCCD are prevented from being counter-doped, and the concentration of PD and VCCD is also reduced. A solid state image pickup device for facilitating paragraph and spacing and a method of manufacturing the same.
도 1은 일반적인 고체촬상소자의 평면도를 나타낸 것이다.1 shows a plan view of a general solid state image pickup device.
고체촬상소자는 빛에 의해 전자를 발생시키고, 전하결합소자를 방향성을 가지도록 배열하고, 이에 의해 전송된 신호전하를 검출하는 장치이다. 즉, 빛에 의하여 여기된 전하들을 방향성을 가지는 CCD 어레이(array)를 통하여 전송한 다음, 이 신호를 증폭하여 소정의 출력신호를 얻는 장치이다. 이와 같이, 영상신호를 전기신호로 변환시켜주는 장치인 고체 촬상 소자는 수광영역인 PD와 상기 PD에서 생성하고 축적한 신호전하를 전송받는 VCCD로 구성된 단위셀로하여 배열된 픽셀 어레이부와, 수평전하전송영역(Horizontal Charge Coupled Device, 이하 HCCD라 함), 신호검출부를 포함한다. PD에서 축적한 신호전하는 VCCD와 HCCD로 차례로 전달되어 신호검출부를 통해 출력된다.A solid state image pickup device is an apparatus for generating electrons by light, arranging charge-coupled devices in a directional manner, and detecting signal charges transmitted thereby. In other words, it is a device that transfers charges excited by light through a directional CCD array and then amplifies this signal to obtain a predetermined output signal. As such, the solid-state imaging device, which is an apparatus for converting an image signal into an electrical signal, includes a pixel array unit arranged as a unit cell consisting of a PD, which is a light receiving area, and a VCCD receiving signal charges generated and accumulated in the PD; A charge transfer region (Horizontal Charge Coupled Device, hereinafter referred to as HCCD) and a signal detector. The signal charges accumulated in the PD are sequentially transferred to the VCCD and the HCCD and output through the signal detection unit.
일반적인 고체촬상소자의 작동을 간단히 설명하면 다음과 같다. 마이크로 렌즈를 통하여 집속된 광이 수광부인 PD 상에 닿으면, 광전효과에 의해 발생된 전하가 PD 아래의 포텐셜 우물에 축적하게 된다. 이렇게 모아진 전하는 트랜스퍼 게이트(TG)에 걸리는 전압에 의해 야기되는 포텐셜의 변화에 의해 전하 이동로인 VCCD로 이동된다. 전송된 전하는 VCCD를 통하여 순서대로 이동하다가 HCCD라는 보다 넓은 이동로를 따라 움직여 가게 되고, 결국 플로팅 게이트에 모아지게 된다. 플로팅 게이트에 모아진 전하는 전하량에 따라 플로팅 게이트의 포텐셜이 상하로 변하는 점을 이용하여 센싱(sensing)된후, 드레인으로 방출된다.The operation of a general solid state image pickup device will be briefly described as follows. When the light focused through the microlens reaches the light receiving unit PD, the charge generated by the photoelectric effect accumulates in the potential well under the PD. The charge thus collected is transferred to the charge transfer path VCCD by the change of potential caused by the voltage across the transfer gate TG. The transmitted charge moves in sequence through the VCCD and then moves along a wider path called HCCD, which eventually collects on the floating gate. The charge collected in the floating gate is sensed by using the point that the potential of the floating gate changes up and down according to the amount of charge, and then is discharged to the drain.
도 2a부터 도 2e는 종래의 기술에 의한 고체촬상소자를 설명하기 위한 도면으로, 픽셀 어레이부의 일부 단면구조에 대한 제조공정도를 나타낸 것이다.2A to 2E are diagrams for explaining a solid state image pickup device according to the related art, and show a manufacturing process diagram for a partial cross-sectional structure of a pixel array unit.
도 2a를 참조하면, n형의 반도체 기판(N-SUB)에 CCD가 동작하는 전영역에 P형 불순물을 주입하고 확산시켜 제 1 P형 웰(1PW)을 형성한 다음, VCCD가 위치할 부분에 P형 불순물을 주입하고 확산시켜 제 2 P형 웰(2PW)을 추가로 형성한다.Referring to FIG. 2A, a P-type impurity is formed by implanting and diffusing P-type impurities into an n-type semiconductor substrate (N-SUB) in the entire region in which the CCD operates, and then the portion where the VCCD is to be located. P-type impurities are implanted into and diffused into the second P-type wells 2PW.
도 2b를 참조하면, PD가 형성될 부분(제 2 P형 웰(2PW)가 위치하지 않는 제 1 P형 웰(1PW) 부분)에 N형 불순물을 주입하고 확산시켜 PD(PDN)를 형성한 다음. VCCD가 형성될 부분(제 2 P형 웰(2PW)가 위치하는 제 1 P형 웰(1PW) 부분)에 다시 N형 불순물을 주입하고 확산시켜 VCCD를 형성한다.Referring to FIG. 2B, an N-type impurity is injected and diffused into a portion where the PD is to be formed (a portion of the first P-type well 1PW where the second P-type well 2PW is not located) to form PD (PDN). next. The VCCD is formed by injecting and diffusing N-type impurities into the portion where the VCCD is to be formed (the portion of the first P-type well 1PW where the second P-type well 2PW is located).
도 2c를 참조하면, 기판의 소정 부분에 P형 불순물을 기판에 주입하고 확산시켜 PD(PDN)을 둘러싸는 채널스톱영역(CST)을 형성한다. 이 후, 기판 전면을 덮는 제 1 절연막()을 형성한다.Referring to FIG. 2C, a P-type impurity is implanted into and diffused into a predetermined portion of the substrate to form a channel stop region CST surrounding the PD (PDN). Thereafter, a first insulating film () covering the entire substrate is formed.
도 2d를 참조하면, 제 1 절연막(22) 상에 제 1 폴리실리콘층 증착 및 식각공정을 진행하여 제 1 전송게이트(23)를 형성한 후, 제 1 전송게이트(23)를 산화시켜 제 1 산화절연막(24)을 형성한다. 이어서, 제 2 폴리실리콘층 증착 및 식각공정을 진행하여 제 1 전송게이트(23) 상부에 위치하는 제 2 전송게이트(25)를 형성한 후, 제 2 전송게이트(25)을 산화시켜 제 2 산화절연막(26)을 형성한다. 이어서, PD의 표면에 P형 불순물을 주입하고 확산시켜 PD의 상부표면에 P형 불순물층(PDP)을 형성한다,Referring to FIG. 2D, after the first polysilicon layer is deposited and etched on the first insulating
도 2e를 참조하면, 노출된 전면을 덮는 제 2 절연막(27)을 형성한 후, 제 2 절연막(27) 상에 금속층 증착 및 식각공정을 진행하여 PD(PDN)를 제외한 부분을 덮는 차광층(28)을 형성한다. 이어서, 기판의 노출된 전면에 절연물질을 증착하여 기판을 보호하는 보호막(29)을 형성한다.Referring to FIG. 2E, after forming the second
상술한 종래의 기술에서 PD는 N형 기판에 P형 불순물을 주입하여 P형 웰을 형성하고, 다시 N형 불순물을 주입하는 과정을 통하여 형성된다. 즉, 카운터도핑을 반복적으로 진행하여 PD를 형성한다. 그러나 이러한 불순물의 카운터도핑은 포인트 디펙트(point defect)들이 다량으로 생성된다. 또한, 반복적인 카운터도핑이 이루어지면 확산작업등 후속의 열공정의 온도에 의하여 불순물의 분포가 불균일해진다. 따라서 종래의 기술에서는 동일한 양의 불순물을 주입하여도 후속 열공정의 변화에 따라 불순물의 농도분포가 변하게 되어 PD가 불균일하게 형성된다. 또한, 이러한 불순물의 주입공정과 확산공정이 반복되면서 PD로 중금속이 유입될 가능성이 커진다. 이로 인하여 암전류(dark current)가 발생하게 되어 소자의 특성을 약화시킨다. PD 뿐만 아니라, 같은 공정에 의하여 제조되는 VCCD도 동일한 영향을 받아 암전류가 증가하게 되며, 불순물의 농도 및 프로파일을 조절하는 능력이 약화된다. 즉, 종래의 기술에 의하여 제조되는 고체촬상소자에서는 PD나 VCCD의 균일성 저하가 발생하여 포화조도를 넘는 경우 소자내의 PD간의 불균일이 일어나 화면상으로 불량이 심화될 수 있다.In the above-described conventional technique, the PD is formed by injecting P-type impurities into an N-type substrate to form a P-type well, and then injecting N-type impurities. That is, counter-doping is repeatedly performed to form PD. However, counter doping of such impurities creates a large amount of point defects. In addition, when repeated counter-doping is performed, the distribution of impurities is uneven due to the temperature of a subsequent thermal process such as diffusion work. Therefore, in the related art, even if the same amount of impurity is injected, the concentration distribution of the impurity changes according to the change of the subsequent thermal process, resulting in non-uniform PD formation. In addition, as the impurity implantation and diffusion processes are repeated, the possibility of heavy metals flowing into the PD increases. As a result, a dark current is generated, which weakens the characteristics of the device. In addition to PD, VCCDs produced by the same process are also affected by the same, increasing the dark current, and weakening the ability to control the concentration and profile of impurities. That is, in the solid state imaging device manufactured according to the related art, when the uniformity of the PD or the VCCD decreases and the saturation roughness is exceeded, non-uniformity may occur between the PDs in the device, and the defect may worsen on the screen.
본 발명은 N형 기판에 제 1 P형 웰을 깊게 형성하여 N형 기판을 상부 기판과 하부 기판으로 분리하고, 상부 기판을 PD와 VCCD로 사용하는 구조를 가지는 고체촬상소자를 제공함으로써, PD와 VCCD가 카운터도핑되는 것을 방지하여 포인트 디펙트를 극소화하고, 암전류와 화이트 디펙트등을 억제하려 하는 것이다.The present invention provides a solid state image pickup device having a structure in which a first P type well is formed deep in an N type substrate to separate the N type substrate into an upper substrate and a lower substrate, and the upper substrate is used as a PD and a VCCD. By preventing VCCD from counter-doping, it minimizes point defects and suppresses dark current and white defects.
본 발명은 N형 기판에 제 1 P형 웰을 깊게 형성하여 N형 기판을 상부 기판과 하부 기판으로 분리하고, 상부 기판에 제 1 P형 웰상에 제 2 P형 웰을 형성함으로써, 제 1 P형 웰과 제 2 P형 웰의 두께와 간격에 의하여 그 사이 부분에 형성되는 PD와 VCCD의 농도와 간격을 용이하게 조절함으로써, 블로밍을 억제하고, 수직방향으로 OFD(Over-Flow Drain)시키기 용이하도록 하려는 것이다.According to the present invention, a first P-type well is formed deeply in an N-type substrate to separate the N-type substrate into an upper substrate and a lower substrate, and a second P-type well is formed on the first P-type well in the upper substrate. By controlling the concentration and the spacing of PD and VCCD formed in the portion between the wells and the second P-type wells easily, it is possible to suppress the blooming and to over-flow drain in the vertical direction. To make it easy.
본 발명은 광전변환부와 수직전하전송 영역이 교대로 형성되어 셀어레이부를 구성하는 고체촬상소자에 있어서, 제 1 도전형 기판과, 상기 제 1 도전형 기판 상에 형성된 제 2 도전형 제 1 웰과, 상기 제 2 도전형 웰 상에 형성된 제 1 도전형 웰과, 상기 제 1 도전형 웰 내의 상기 제 2 도전형 제 1 웰 상에 수직전하전송 영역을 따라 형성되는 제 2 도전형 제 2 웰과, 상기 제 1 도전형 웰 내의 상기 제 2 도전형 제 1 웰 사이에 형성되는 제 1 도전형 광전변환부와, 상기 제 1 도전형 웰 내에 상기 제 2 도전형 제 2 웰의 상부에 상기 제 2 도전형 제 2 웰을 따라 형성되는 제 1 도전형 수직전하전송 영역과, 상기 제 2 웰의 노출된 면을 덮는 제 1 절연막과, 상기 제 1 절연막 상에 상기 전하전송 영역의 상부에 형성되는 제 1 및 제 2 전송게이트와, 상기 제 1 및 제 2 전송게이트와 노출된 기판을 덮는 제 2 절연막과, 상기 제 2 절연막 상에 상기 광전변환부를 제외한 부분을 덮도록 형성되는 차광층을 포함한다.The present invention provides a solid-state imaging device in which a photoelectric conversion unit and a vertical charge transfer region are alternately formed to form a cell array unit, the first conductivity type substrate and the second conductivity type first well formed on the first conductivity type substrate. And a first conductivity type well formed on the second conductivity type well, and a second conductivity type second well formed along the vertical charge transfer region on the second conductivity type first well in the first conductivity type well. And a first conductivity type photoelectric conversion unit formed between the second conductivity type first well in the first conductivity type well, and the first conductivity type upper part of the second conductivity type second well in the first conductivity type well. A first conductivity type vertical charge transfer region formed along a second conductivity type second well, a first insulating film covering an exposed surface of the second well, and an upper portion of the charge transfer region formed on the first insulating film First and second transmission gates, and the first and second transmission gates A second insulating film covering the substrate exposed and trucks, and is on the second insulating film comprises a light shielding layer formed to cover a portion other than the photoelectric conversion portion.
본 발명은 광전변환부와 수직전하전송 영역이 교대로 형성되어 셀어레이부를 구성하는 고체촬상소자의 제조방법에 있어서, 제 1 도전형 기판과 제 2 도전형 제 1 웰과 제 1 도전형 웰이 순차적으로 위치하는 기판을 제공하는 공정과, 상기 제 1 도전형 웰 내의 상기 제 2 도전형 제 1 웰 상에 수직전하전송 영역을 따라 형성되는 제 2 도전형 제 2 웰을 형성하는 공정과, 상기 제 1 도전형 웰 내의 상기 제 2 도전형 제 1 웰 사이에 제 1 도전형 광전변환부를 형성하는 공정과, 상기 제 1 도전형 웰 내의 상기 제 2 도전형 제 2 웰의 상부에 상기 제 2 도전형 제 2 웰을 따라 제 1 도전형 수직전하전송 영역을 형성하는 공정과, 상기 제 2 웰의 노출된 면을 덮는 제 1 절연막을 형성하는 공정과, 상기 제 1 절연막 상에 상기 전하전송 영역의 상부에 위치하는 제 1 및 제 2 전송게이트를 형성하는 공정과, 상기 제 1 및 제 2 전송게이트와 노출된 기판을 덮는 제 2 절연막을 형성하는 공정과, 상기 제 2 절연막 상에 상기 광전변환부를 제외한 부분을 덮는 차광층을 형성하는 공정을 포함한다.The present invention relates to a method for manufacturing a solid-state imaging device in which a photoelectric conversion unit and a vertical charge transfer region are alternately formed to form a cell array unit. The first conductive substrate, the second conductive first well and the first conductive well are Providing a substrate that is sequentially positioned, forming a second conductive second well formed along a vertical charge transfer region on said second conductive first well in said first conductive well; Forming a first conductivity type photoelectric conversion section between the second conductivity type first wells in the first conductivity type well, and the second conductivity on top of the second conductivity type second wells in the first conductivity type wells Forming a first conductivity type vertical charge transfer region along the type second well, forming a first insulating film covering the exposed surface of the second well, and forming a charge transfer region on the first insulating film. First and second formers located at the top Forming a gate gate, forming a second insulating film covering the first and second transfer gates and the exposed substrate, and forming a light shielding layer on the second insulating film to cover a portion other than the photoelectric conversion portion. Process.
도 1은 일반적인 고체촬상소자의 평면도1 is a plan view of a general solid state imaging device
도 2a부터 도 2e는 종래의 기술에 의한 고체촬상소자의 제조공정도2A through 2E are manufacturing process diagrams of a solid state image pickup device according to the related art.
도 3a부터 도 3e는 본 발명에 따른 고체촬상소자의 제조공정도3A through 3E are manufacturing process diagrams of the solid state image pickup device according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 고체촬상소자의 단면도4 is a cross-sectional view of a solid state image pickup device according to the present invention.
도 5는 도 4의 AA'와 BB'를 따라 나타낸 고체촬상소자의 전위분포도FIG. 5 is a potential distribution diagram of the solid state image pickup device shown along AA ′ and BB ′ of FIG. 4.
도 3a부터 도 3e는 본 발명에 따른 실시예를 설명하기 위한 고체촬상소자의 제조공정도를 나타낸 것이다.3A to 3E show a manufacturing process diagram of the solid state image pickup device for explaining the embodiment according to the present invention.
도 3a를 참조하면, N형 반도체 기판에 CCD가 동작하는 전영역에 P형 불순물을 깊게 주입하고 확산시켜 제 1 P형 웰(1PW)을 형성한다. 이 때, 제 1 P형 웰(1PW)은 약 4∼5㎛정도의 두께를 가지도록 형성할 수 있다. 이 경우, 불순물이 기판에 깊게 주입되도록 주입 에너지를 크게 한다. 기판은 하부 N형 기판(N2)과 상부 N형 기판(N1)으로 분리되어 제 1 P형 웰(1PW)과는 NPN접합을 이루게 된다. 이어서, VCCD가 형성될 부분에 P형 불순물을 주입하여 제 2 P형 웰(2PW)을 형성한다. 이 때, 제 2 P형 웰(2PW)은 제 1 P형 웰(1PW)의 상단에 위치할 수 있도록 불순물의 주입에너지를 조절하는데, 그 크기를 크게 한다. 각 제 2 P형 웰(2PW)의 사이에는 PD가 형성될 부분이고, 제 2 P형 웰(2PW)의 상부는 VCCD가 형성될 부분이다. 이 때, 상부 N형 기판(N2)은 초기 기판의 농도가 그대로 유지된다.Referring to FIG. 3A, the first P-type well 1PW is formed by deeply injecting and diffusing P-type impurities into the entire region where the CCD operates on the N-type semiconductor substrate. In this case, the first P-type well 1PW may be formed to have a thickness of about 4 to 5 μm. In this case, the implantation energy is increased so that the impurities are deeply implanted into the substrate. The substrate is separated into a lower N-type substrate N2 and an upper N-type substrate N1 to form an NPN junction with the first P-type well 1PW. Subsequently, a P-type impurity is implanted into a portion where the VCCD is to be formed to form a second P-type well 2PW. At this time, the second P-type well 2PW adjusts the implantation energy of the impurity so that it can be located at the upper end of the first P-type well 1PW, and the size thereof is increased. PD is formed between each second P-type well 2PW, and an upper portion of the second P-type well 2PW is a portion where VCCD is to be formed. At this time, the concentration of the initial substrate of the upper N-type substrate N2 is maintained as it is.
상기 결과의 기판은 다른 공정에 의하여도 성취할 수 있다. 즉, N형 기판(N1) 상에 P형 에피층을 성장시켜 제 1 P형 웰(1PW)을 형성하고, 제 1 P형 웰(1PW) 상에 N형 에피층을 성장시켜 PD와 VCCD와 HCCD가 형성될 N형 웰 즉, 상기에서 상부 N형 기판(N2)을 형성할 수 있다.The resulting substrate can also be achieved by other processes. That is, a P-type epitaxial layer is grown on the N-type substrate N1 to form a first P-type well 1PW, and an N-type epitaxial layer is grown on the first P-type well 1PW to form PD and VCCD. An N-type well on which the HCCD is to be formed, that is, the upper N-type substrate N2 may be formed.
도 3b를 참조하면, PD가 형성될 부분 즉, 상부 N형 기판(N2)의 각 제 2 P형 웰(2PW)의 사이에 N형 불순물을 주입하여 PD(PDN)를 형성한다. 이 때, PD에 존재하는 N형 불순물은 상부 N형 기판(N2)이 가지는 불순물의 농도보다 고농도를 가지도록 불순물 주입시, 그 농도를 조절한다. 이어서, PD를 형성한 동일 방법으로 상부 N형 기판(N2)의 제 2 P형 웰(2PW)의 상부에 고농도 N형 불순물을 주입하여 VCCD를 형성한다.Referring to FIG. 3B, the PD (PDN) is formed by implanting N-type impurities between a portion where the PD is to be formed, that is, between each second P-type well 2PW of the upper N-type substrate N2. At this time, the concentration of the N-type impurities present in the PD is controlled at the time of impurity implantation so as to have a higher concentration than that of the upper N-type substrate N2. Subsequently, VCCD is formed by implanting high concentration N-type impurities into the upper portion of the second P-type well 2PW of the upper N-type substrate N2 by the same method in which the PD is formed.
도 3c를 참조하면, 기판의 소정 부분에 P형 불순물을 주입하여 N형의 PD(PDN)의 둘레에 채널스톱층(CST)을 형성한다. 그리고, 기판의 노출된 전면을 덮는 제 1 절연막(32)을 형성한다.Referring to FIG. 3C, a P-type impurity is implanted into a predetermined portion of the substrate to form a channel stop layer CST around the N-type PD (PDN). Then, the first insulating
도 3d를 참조하면, 제 1 절연막(32) 상에 제 1 폴리실리콘층 증착 및 식각공정을 진행하여 제 1 전송게이트(33)를 형성한 후, 제 1 전송게이트(33)를 산화시켜 제 1 산화절연막(34)을 형성한다. 이어서, 제 2 폴리실리콘층 증착 및 식각공정을 진행하여 제 1 전송게이트(33) 상부에 위치하는 제 2 전송게이트(35)를 형성한 후, 제 2 전송게이트(35)을 산화시켜 제 2 산화절연막(36)을 형성한다. 이어서, PD의 표면에 P형 불순물을 주입하고 확산시켜 PD의 P형 불순물층(PDP)을 형성한다,Referring to FIG. 3D, after the first polysilicon layer is deposited and etched on the first insulating
도 3e를 참조하면, 노출된 전면을 덮는 제 2 절연막(37)을 형성한 후, 제 2 절연막(37) 상에 금속층 증착 및 식각공정을 진행하여 PD(PDN)를 제외한 부분을 덮는 차광층(38)을 형성한다. 이어서, 기판의 노출된 전면에 절연물질을 증착하여 기판을 보호하는 보호막(39)을 형성한다.Referring to FIG. 3E, after forming the second insulating
상기 공정으로 제조되는 본 발명에 따른 고체촬상소자의 작동을 단면구조를 보여주는 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.Referring to Figure 4 showing the cross-sectional structure of the operation of the solid-state imaging device according to the invention produced by the above process as follows.
N형 기판의 소정의 위치에 소정의 두께를 가지는 제 1 P형 웰(1PW)이 형성되어 있어서, 기판을 하부 N형 기판(N1)과 상부 N형 기판(N2)으로 분리되어 있다. 제 1 P형 웰(1PW) 상부의 상부 N형 기판(N2)에는 제 2 P형 웰(2PW)이 N형의 VCCD를 따라 소정 간격을 두고 형성되어 있다. 각 VCCD 사이에 해당하는 각 제 2 P형 웰(2PW)의 사이에는 N형의 PD(PDN)가 형성되어 있다. 따라서, PD(PDN)는 N형 불순물이 고농도로 분포된 영역이고, 상기 PD는 상대적으로 N형 불순물이 저농도로 분포되어 있는 상부 N형 기판에 형성되므로, 사실상 PD는 불순물이 고농도로 분포된 영역(PDN)과 저농도 불순물 영역인 상부 N형 기판(N2)을 합친 부분이 된다. 그리고 종래의 구조와 마찬가지로 PD(PDN)의 주변에는 채널스톱층(CST)이 형성되어 있고, PD(PDN)의 표면에는 PD의 P형 불순물층(PDP)이 형성되어 있다. 그리고, 상술된 구조의 기판을 제 1 절연막(32)이 덮고 있으며, 제 1 절연막(32) 상에 제 1 전송게이트(33)와 제 2 전송게이트(35)가 형성되어 있으며, 차광층(38)이 제 2 절연막(37) 상에서 VCCD 부분을 덮고 있다.A first P-type well 1PW having a predetermined thickness is formed at a predetermined position of the N-type substrate, and the substrate is separated into a lower N-type substrate N1 and an upper N-type substrate N2. In the upper N-type substrate N2 above the first P-type well 1PW, a second P-type well 2PW is formed along the N-type VCCD at predetermined intervals. An N-type PD (PDN) is formed between each second P-type well 2PW corresponding to each VCCD. Therefore, PD (PDN) is a region in which N-type impurities are distributed in high concentration, and since PD is formed on the upper N-type substrate in which N-type impurities are distributed in low concentration, in fact, PD is a region in which impurities are distributed in high concentration. (PDN) and the upper N-type substrate N2 which is a low concentration impurity region are combined. As in the conventional structure, the channel stop layer CST is formed around the PD (PDN), and the P-type impurity layer (PDP) of the PD is formed on the surface of the PD (PDN). The first insulating
언급한 바와 같이, 상기의 구조에서는 PD의 면적이 사실상 제 2 P형 웰(2PW) 사이의 간격으로 정의되어 있어서 그 면적이 확장된다. 즉, 저농도 N형 불순물로 도핑된 상부 N형 기판(N2)을 그대로 PD로 사용하여 것이 가능하여 신호전하를 읽어낼 수 있다. 또한, 사실상 PD인 상부 N형 기판(N2)이 제 1 P형 웰(1PW)과의 접촉점이 넓어짐으로써, 과도한 전자의 발생시 제 1 P형 웰(1PW)을 통하여 수직방향으로 OFD시키기가 용이하다. 또한, 이러한 PD의 확장으로 스미어 전자가 발생할 가능성이 적고, 제 2 P형 웰(2PW)의 측부에 광이 입사한 경우에도 PD로 유입되어 신호전하로 처리된다. 이와 같이, 스미어의 방지효과는 PD의 확장된 영역에 영향을 받으므로, 제 2 P형 웰(2PW)의 적절한 깊이와 농도조절로 스미어 방지가 조절된다.As mentioned, in the above structure, the area of the PD is substantially defined as the interval between the second P-type wells 2PW, so that the area is expanded. That is, the upper N-type substrate N2 doped with low concentration N-type impurities can be used as it is as a PD so that the signal charge can be read. In addition, the contact point with the first P-type well 1PW of the upper N-type substrate N2, which is actually PD, is widened, so that it is easy to OFD vertically through the first P-type well 1PW when excessive electrons are generated. . In addition, smear electrons are less likely to occur due to the expansion of the PD, and even when light enters the side of the second P-type well 2PW, the PD flows into the PD and is treated as signal charge. As described above, since the smear prevention effect is influenced by the extended area of the PD, smear prevention is controlled by appropriate depth and concentration control of the second P-type well 2PW.
PD는 비교적 표면부에 상부 N형 기판(N2)보다 고농도로 조절하여 형성함으로써, PD의 신호전하량이 확대되고 VCCD로 읽어내는 것이 용이하다. 이 부분에 대한 전위분포를 나타내는 도 5를 참조하면, PD(PD)에 있어서, 전위 최대값은 상부 N형 기판(N2)보다 더 크고, 이 값은 표면부에 존재하기 때문에 VCCD로 읽어내는 것이 용이하고, 또한, PD의 신호전하량을 증가시키기에 용이하다.The PD is formed at a relatively high surface portion at a higher concentration than the upper N-type substrate N2, whereby the signal charge amount of the PD is increased and it is easy to read the VCCD. Referring to FIG. 5 showing the potential distribution for this portion, in the PD (PD), the potential maximum value is larger than that of the upper N-type substrate N2, and since this value is present in the surface portion, it is difficult to read it by VCCD. It is easy and also easy to increase the signal charge amount of PD.
채널스톱층(CST)과 PD의 P형 불순물층(PDP) 이외에는 카운터 도핑되는 영역이 없다. 즉, PD와 VCCD가 카운터 도핑에 의하여 형성되지 않으므로, 종래의 기술이 아기하는 포인트 디펙트의 소오스(source)가 없으므로 암전류를 감소시킬 수 있다.There is no counter-doped region other than the channel stop layer CST and the P-type impurity layer PDP of the PD. That is, since the PD and the VCCD are not formed by the counter doping, there is no source of the point defect that the conventional technique is good, so that the dark current can be reduced.
PD의 수직방향으로의 면적은 제 1 P형 웰(1PW)의 깊이로 조절이 가능하며, VCCD의 수직방향의 두께도 제 2 P형 웰(2PW)의 형성에 의하여 그 조절이 가능하다.The area of the PD in the vertical direction can be adjusted to the depth of the first P-type well 1PW, and the thickness in the vertical direction of the VCCD can be adjusted by the formation of the second P-type well 2PW.
본 발명은 N형 기판에 제 1 P형 웰을 깊게 형성하여 N형 기판을 상부 기판과 하부 기판으로 분리하고, 상부 기판을 PD와 VCCD로 사용하는 구조를 가지는 고체촬상소자를 제공함으로써, PD와 VCCD가 카운터도핑되는 것을 방지하여 포인트 디펙트를 극소화하고, 암전류와 화이트 디펙트등을 억제할 수 있다. 또한, 본 발명은 제 1 P형 웰과 제 2 P형 웰의 두께와 간격에 의하여 그 사이 부분에 형성되는 PD와 VCCD의 농도와 간격을 용이하게 조절함으로써, 블로밍을 억제하고, 수직방향으로의 OFD(Over-Flow Drain)가 용이하다. 또한 상기 구조에 의하여, PD의 유효면적을 증가시킬 수 있다.The present invention provides a solid state image pickup device having a structure in which a first P type well is formed deep in an N type substrate to separate the N type substrate into an upper substrate and a lower substrate, and the upper substrate is used as a PD and a VCCD. The VCCD can be prevented from being counter-doped to minimize point defects and to suppress dark currents and white defects. In addition, the present invention can easily control the concentration and spacing of the PD and VCCD formed between the portions of the first P-type well and the second P-type well by the thickness and spacing, thereby suppressing the blooming and in the vertical direction OFD (Over-Flow Drain) is easy. In addition, by the above structure, the effective area of the PD can be increased.
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