KR100263479B1 - 고체 촬상 소자의 제조 방법 - Google Patents

고체 촬상 소자의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 각 구성 요소간의 형성된 간격을 모니터하므로 소자의 신뢰성을 향상시키기 위한 고체 촬상 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 고체 촬상 소자의 제조 방법은 표면내에 제 2 도전형 웰이 형성된 제 1 도전형 기판을 마련하는 단계, 상기 기판상에 제 1 절연막을 형성하는 단계, 상기 제 1 절연막을 제 1 식각하여 광전 변환 영역을 정의하는 단계, 상기 광전 변환 영역의 제 2 도전형 웰 표면내에 다수 개의 제 1 도전형 제 1 불순물 영역을 형성하는 단계, 상기 제 1 식각된 제 1 절연막을 제 2 식각하여 전하 전송 영역을 정의하는 단계, 상기 각 제 1 도전형 제 1 불순물 영역 일측의 제 2 도전형 웰 표면내에 전하 전송 영역을 형성하는 단계, 상기 제 1, 제 2 식각된 제 1 절연막을 제 3 식각하여 채널 스톱 영역을 정의하는 단계, 상기 채널 스톱 영역의 제 2 도전형 웰 표면내에 채널 스톱층을 형성하는 단계, 상기 기판상의 제 1 절연막을 제거하는 단계, 상기 채널 스톱층을 포함한 반도체 기판상에 게이트 절연막을 형성하는 단계, 상기 각 전하 전송 영역 상측의 게이트 절연막상에 트랜스퍼 게이트를 형성하는 단계, 상기 각 트랜스퍼 게이트 표면상에 제 2 절연막을 형성하는 단계, 상기 제 2 절연막을 포함한 게이트 절연막상에 제 3 절연막을 형성하는 단계, 상기 광전 변환 영역의 제 2 도전형 웰 표면내에 상기 각 제 1 도전형 제 1 불순물 영역을 포함한 다수 개의 광전 변환 소자를 형성하는 단계, 상기 각 광전 변환 소자 상측을 제외한 제 3 절연막상에 상기 각 광전 변환 소자와 전기적으로 연결된 차광층을 형성하는 단계와, 상기 각 광전 변환 소자를 포함한 차광층상에 제 4 절연막을 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

Description

고체 촬상 소자의 제조 방법
본 발명은 고체 촬상 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 소자의 신뢰성을 향상시키는 고체 촬상 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 고체 촬상 소자에 입사되는 입사광은 포토다이오드(Photo Diode)에서 광전된 후, 수직 전하 전송 영역으로 출력된다.
이때, 상기 고체 촬상 소자의 구성 요소중에 상기 포토다이오드와 수직 전하 전송 영역의 상관관계에 따라 다음과 같이 특성이 다르게 되므로 주의하여 상기 고체 촬상 소자를 형성하여야 한다.
즉, 상기 포토다이오드와 수직 전하 전송 영역간의 간격이 크면 잔상이 생기는 이미지 래그(Lag)가 발생된다. 그리고 상기 수직 전하 전송 영역이 상기 포토다이오드쪽으로 형성되면 스미어(Smear)현상이 발생되고, 상기 포토다이오드와 수직 전하 전송 영역간의 전위 장벽이 낮아지므로 상기 포토다이오드의 실질적 포켓 사이즈(Pocket Size)가 작아 상기 수직 전하 전송 영역으로 넘치게 된다.
종래의 고체 촬상 소자의 제조 방법은 도 1a에서와 같이, n형이며 광전 변환 영역이 정의된 반도체 기판(11) 표면내의 소정 영역에 선택적으로 p형 불순물 이온을 주입하고, 드라이브-인 확산하므로써 p형 웰(12)을 형성한다.
도 1b에서와 같이, 상기 광전 변환 영역의 p형 웰(12) 표면내에 n형 불순물 이온을 주입하고, 드라이브-인 확산하므로써 PD-N(Photo Diode N-type) 영역(13)을 형성한다.
그리고, 상기 PD-N 영역(13)이 형성되지 않은 p형 웰(12) 표면내에 고농도 n형 불순물 이온을 주입하고, 드라이브-인 확산하므로써 수직 전하 전송 영역(14)을 형성한다.
도 1c에서와 같이, 상기 PD-N 영역(13) 일측과 수직 전하 전송 영역(14) 사이를 제외한 상기 PD-N 영역(13) 둘레의 p형 웰(12) 표면내에 상기 PD-N 영역(13)보다 낮은 에너지로 고농도 p형 불순물 이온을 주입하고, 드라이브-인 확산하므로써 채널 스톱(Channel Stop)층(15)을 형성한다.
그리고, 상기 수직 전하 전송 영역(14) 및 채널 스톱층(15)이 형성된 반도체 기판(11)의 전면에 게이트 절연막(16)을 형성한다.
도 1d에서와 같이, 상기 게이트 절연막(16)상에 다결정 실리콘과 제 1 감광막을 차례로 형성하고, 상기 제 1 감광막을 상기 수직 전하 전송 영역(14) 상측에만 남도록 선택적으로 노광 및 현상한다.
이어, 상기 선택적으로 노광 및 현상된 제 1 감광막을 마스크로 상기 다결정 실리콘을 선택적으로 식각하여 트랜스퍼 게이트(17)를 형성한 후, 상기 제 1 감광막을 제거한다.
그리고, 전면의 열산화 공정으로 상기 트랜스퍼 게이트(17) 표면상에 산화막(18)을 성장시킨다.
도 1e에서와 같이, 상기 광전 변환 영역의 p형 웰(12) 표면내에 상기 채널 스톱층(15)보다 낮은 에너지로 고농도 p형 불순물 이온을 주입하고, 드라이브-인 확산하므로써 두께가 얇은 PD-P(Photo Diode P-type) 영역(19)을 형성한다.
여기서, 상기 PD-N 영역(13)과 PD-P 영역(19)으로 이루어진 포토 다이오드가 형성된다.
그리고, 상기 산화막(18)을 포함한 전면에 차례로 제 1 절연막(20)과 금속 차광층(21)을 형성한다.
도 1f에서와 같이, 상기 금속 차광층(21)상에 제 2 감광막을 도포하고, 상기 제 2 감광막을 상기 포토 다이오드 상측에만 제거되도록 선택적으로 노광 및 현상한다.
이어, 상기 선택적으로 노광 및 현상된 제 2 감광막을 마스크로 상기 금속 차광층(21)을 식각한 다음, 상기 제 2 감광막을 제거한다.
그리고, 상기 선택적으로 식각된 금속 차광층(21)을 포함한 전면에 제 2 절연막(22)을 형성한다.
그러나 종래의 고체 촬상 소자의 제조 방법은 고체 촬상 소자의 구성 요소인 포토다이오드, 수직 전하 전송 영역과, 채널 스톱층 등을 형성하기 위한 포토리소그래피(Photolithography) 공정시 간접적인 정렬로 그 정확도가 떨어지고, 이온주입 공정으로 상기 포토다이오드, 수직 전하 전송 영역과, 채널 스톱층 등을 형성하므로, 상기 각 구성 요소간의 형성된 간격을 모니터(Monitor)하기 어려워 이미지 래그(Lag) 또는 스미어 현상이 발생되고 공정 중 웨이퍼(Wafer)간에도 특성 차이가 있기 때문에 소자의 신뢰성이 저하된다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 각 구성 요소간의 형성된 간격을 모니터하여 소자의 신뢰성을 향상시키는 고체 촬상 소자의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1a 내지 도 1f는 종래의 고체 촬상 소자의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 실시예에 따른 고체 촬상 소자의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고체 촬상 소자의 PD-N 영역, 수직 전하 전송 영역과, 채널 스톱층 각각의 형성위치를 나타낸 평면도
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
31: 반도체 기판 32: p형 웰
33: 제 1 산화막 34: 질화막
35: 제 1 감광막 36: PD-N 영역
37: 제 2 감광막 38: 수직 전하 전송 영역
39: 제 3 감광막 40: 채널 스톱층
41: 게이트 절연막 42: 트랜스퍼 게이트
43: 제 2 산화막 44: PD-P 영역
45: 제 1 절연막 46: 금속 차광층
47: 제 2 절연막
본 발명의 고체 촬상 소자의 제조 방법은 표면내에 제 2 도전형 웰이 형성된 제 1 도전형 기판을 마련하는 단계, 상기 기판상에 제 1 절연막을 형성하는 단계, 상기 제 1 절연막을 제 1 식각하여 광전 변환 영역을 정의하는 단계, 상기 광전 변환 영역의 제 2 도전형 웰 표면내에 다수 개의 제 1 도전형 제 1 불순물 영역을 형성하는 단계, 상기 제 1 식각된 제 1 절연막을 제 2 식각하여 전하 전송 영역을 정의하는 단계, 상기 각 제 1 도전형 제 1 불순물 영역 일측의 제 2 도전형 웰 표면내에 전하 전송 영역을 형성하는 단계, 상기 제 1, 제 2 식각된 제 1 절연막을 제 3 식각하여 채널 스톱 영역을 정의하는 단계, 상기 채널 스톱 영역의 제 2 도전형 웰 표면내에 채널 스톱층을 형성하는 단계, 상기 기판상의 제 1 절연막을 제거하는 단계, 상기 채널 스톱층을 포함한 반도체 기판상에 게이트 절연막을 형성하는 단계, 상기 각 전하 전송 영역 상측의 게이트 절연막상에 트랜스퍼 게이트를 형성하는 단계, 상기 각 트랜스퍼 게이트 표면상에 제 2 절연막을 형성하는 단계, 상기 제 2 절연막을 포함한 게이트 절연막상에 제 3 절연막을 형성하는 단계, 상기 광전 변환 영역의 제 2 도전형 웰 표면내에 상기 각 제 1 도전형 제 1 불순물 영역을 포함한 다수 개의 광전 변환 소자를 형성하는 단계, 상기 각 광전 변환 소자 상측을 제외한 제 3 절연막상에 상기 각 광전 변환 소자와 전기적으로 연결된 차광층을 형성하는 단계와, 상기 각 광전 변환 소자를 포함한 차광층상에 제 4 절연막을 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따른 고체 촬상 소자의 제조 방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 실시예에 따른 고체 촬상 소자의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고체 촬상 소자의 PD-N 영역, 수직 전하 전송 영역과, 채널 스톱층 각각의 형성위치를 나타낸 평면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 고체 촬상 소자의 제조 방법은 도 2a에서와 같이, n형인 반도체 기판(31) 표면내에 p형 불순물 이온을 주입하고, 드라이브-인 확산하므로써 p형 웰(32)을 형성한다.
도 2b에서와 같이, 상기 반도체 기판(31)상에 400 ~ 500Å두께의 제 1 산화막(33), 1000 ~ 2000Å두께의 질화막(34)과, 제 1 감광막(35)을 차례로 형성한 다음, 상기 제 1 감광막(35)을 상기 PD-N 영역이 형성될 부위에만 제거되도록 선택적으로 노광 및 현상한다.
그리고, 상기 선택적으로 노광 및 현상된 제 1 감광막(35)을 마스크로 이용하여 상기 질화막(34)을 건식각한다.
이때, 상기 제 1 산화막(33)과 질화막(34)의 2층 절연막 대신에 하부 산화막, 질화막(34)과, 상부 산화막의 3층 절연막을 형성하여 상기 제 1 감광막(35)을 마스크로 상기 상부 산화막을 선택적으로 식각한다.
상기 제 1 감광막(35)을 제거한 다음, 상기 식각된 상부 산화막을 보호막으로 이용하여 상기 질화막을 습식각하는 방법도 있다.
이어, 전면에 n형 불순물 이온을 주입하고, 드라이브-인 확산하므로써 상기 광전 변환 영역의 p형 웰(32) 표면내에 PD-N 영역(36)을 형성한다.
이때, 상기 질화막(34)의 선택적 식각으로 단차가 발생되며, 상기 발생된 단차는 후공정인 수직 전하 전송 영역을 형성하기 위한 포토리소그래피 공정의 키(Key)로 사용된다.
도 2c에서와 같이, 상기 제 1 감광막(35)을 제거한 다음, 상기 질화막(34)을 포함한 전면에 제 2 감광막(37)을 도포한다.
그리고, 상기 제 2 감광막(37)을 상기 질화막(34)의 선택적 식각으로 발생된 단차를 키로 이용하여 상기 수직 전하 전송 영역이 형성될 부위에만 제거되도록 선택적으로 노광 및 현상한다.
이어, 상기 선택적으로 노광 및 현상된 제 2 감광막(37)을 마스크로 이용하여 상기 질화막(34)을 건식각한다.
그리고, 전면에 고농도 n형 불순물 이온을 주입하고, 드라이브-인 확산하므로써 상기 PD-N 영역(36)이 형성되지 않은 p형 웰(32) 표면내에 수직 전하 전송 영역(38)을 형성한다.
이때, 상기 잔존하는 질화막(34)의 두께로 형성된 상기 PD-N 영역(36)과 수직 전하 전송 영역(38)간의 간격이 설계되로 형성되었는지 즉 BX를 갖는지 모니터하고, 또한 상기 질화막(34)의 선택적 식각으로 발생된 단차는 후공정인 채널 스톱 영역을 형성하기 위한 포토리소그래피 공정의 키로 사용된다.
도 2d에서와 같이, 상기 제 2 감광막(37)을 제거한 다음, 상기 제 3 감광막(39)을 도포한다.
그리고, 상기 제 3 감광막(39)을 질화막(34)의 선택적으로 발생된 단차를 키로 이용하여 채널 스톱층이 형성될 부위에만 제거되도록 선택적으로 노광 및 현상한다.
그리고, 상기 선택적으로 노광 및 현상된 제 3 감광막(39)을 마스크로 이용하여 상기 질화막(34)을 건식각한다.
이어, 전면에 상기 PD-N 영역(36)보다 낮은 에너지로 고농도 p형 불순물 이온을 주입하고, 드라이브-인 확산하므로써 상기 PD-N 영역(36) 둘레의 p형 웰(32) 표면내에 채널 스톱층(40)을 형성한다.
이때, 상기 잔존하는 질화막(34)의 두께로 형성된 상기 PD-N 영역(36)과 채널 스톱층(40)간의 간격 즉 AX또는 수직 전하 전송 영역(38)과 채널 스톱층(40)간의 간격 즉 CX가 설계되로 형성되었는지 모니터한다.
도 2e에서와 같이, 상기 제 3 감광막(39), 잔존하는 질화막(34)과, 제 1 산화막(33)을 제거한다.
그리고, 상기 수직 전하 전송 영역(38) 및 채널 스톱층(40)이 형성된 반도체 기판(31)의 전면에 게이트 절연막(41)을 형성한다.
도 2f에서와 같이, 상기 게이트 절연막(41)상에 다결정 실리콘과 제 4 감광막을 차례로 형성하고, 상기 제 4 감광막을 상기 수직 전하 전송 영역(38) 상측에만 남도록 선택적으로 노광 및 현상한다.
이어, 상기 선택적으로 노광 및 현상된 제 4 감광막을 마스크로 상기 다결정 실리콘을 선택적으로 식각하여 트랜스퍼 게이트(42)를 형성한 후, 상기 제 4 감광막을 제거한다.
그리고, 전면의 열산화 공정으로 상기 트랜스퍼 게이트(42) 표면상에 제 2 산화막(43)을 성장시킨다.
상기 광전 변환 영역의 p형 웰(32) 표면내에 상기 채널 스톱층(40)보다 낮은 에너지로 고농도 p형 불순물 이온을 주입하고, 드라이브-인 확산하므로써 두께가 얇은 PD-P 영역(44)을 형성한다.
여기서, 상기 PD-N 영역(36)과 PD-P 영역(44)으로 이루어진 포토 다이오드가 형성된다.
도 2g에서와 같이, 상기 제 2 산화막(43)을 포함한 전면에 차례로 제 1 절연막(45)과 금속 차광층(46)을 형성한다.
그리고, 상기 금속 차광층(46)상에 제 5 감광막을 도포하고, 상기 제 5 감광막을 상기 포토 다이오드 상측에만 제거되도록 선택적으로 노광 및 현상한다.
이어, 상기 선택적으로 노광 및 현상된 제 5 감광막을 마스크로 상기 금속 차광층(46)을 식각한 다음, 상기 제 5 감광막을 제거한다.
그리고, 상기 선택적으로 식각된 금속 차광층(46)을 포함한 전면에 제 2 절연막(47)을 형성한다.
본 발명의 실시예에 따른 고체 촬상 소자의 상기 PD-N 영역(36), 수직 전하 전송 영역(38)과, 채널 스톱층(40) 각각의 형성위치는 도 3에서와 같이, 상기 PD-N 영역(36)의 둘레에 AX의 간격을 갖으며 상기 채널 스톱층(40)이 위치하고, 상기 PD-N 영역(36)의 일측에 상기 채널 스톱층(40)과 CX의 간격을 갖고, 상기 PD-N 영역(36)과 BX의 간격을 갖으며 상기 수직 전하 전송 영역(38)이 위치한다.
본 발명의 고체 촬상 소자의 제조 방법은 반도체 기판상에 산화막/질화막의 2층 절연막 또는 하부 산화막/질화막/상부 산화막의 3층 절연막을 형성하고, 포토리소그래피 공정을 이용하여 상기 질화막을 선택 식각한 다음, 고체 촬상 소자의 구성 요소인 포토다이오드, 수직 전하 전송 영역과, 채널 스톱층 등을 형성하므로, 상기 질화막 식각에 의해 발생된 단차를 후공정의 포토리소그래피 공정의 키로 사용하여 상기 각 구성 요소를 정렬하기 때문에 상기 각 구성 요소간의 형성된 간격을 모니터하므로 이미지 래그 또는 스미어 현상의 발생을 억제하고 공정 중 웨이퍼간에도 특성 차이가 적기 때문에 소자의 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 표면내에 제 2 도전형 웰이 형성된 제 1 도전형 기판을 마련하는 단계;
    상기 기판상에 제 1 절연막을 형성하는 단계;
    상기 제 1 절연막을 제 1 식각하여 광전 변환 영역을 정의하는 단계;
    상기 광전 변환 영역의 제 2 도전형 웰 표면내에 다수 개의 제 1 도전형 제 1 불순물 영역을 형성하는 단계;
    상기 제 1 식각된 제 1 절연막을 제 2 식각하여 전하 전송 영역을 정의하는 단계;
    상기 각 제 1 도전형 제 1 불순물 영역 일측의 제 2 도전형 웰 표면내에 전하 전송 영역을 형성하는 단계;
    상기 제 1, 제 2 식각된 제 1 절연막을 제 3 식각하여 채널 스톱 영역을 정의하는 단계;
    상기 채널 스톱 영역의 제 2 도전형 웰 표면내에 채널 스톱층을 형성하는 단계;
    상기 기판상의 제 1 절연막을 제거하는 단계;
    상기 채널 스톱층을 포함한 반도체 기판상에 게이트 절연막을 형성하는 단계;
    상기 각 전하 전송 영역 상측의 게이트 절연막상에 트랜스퍼 게이트를 형성하는 단계;
    상기 각 트랜스퍼 게이트 표면상에 제 2 절연막을 형성하는 단계;
    상기 제 2 절연막을 포함한 게이트 절연막상에 제 3 절연막을 형성하는 단계;
    상기 광전 변환 영역의 제 2 도전형 웰 표면내에 상기 각 제 1 도전형 제 1 불순물 영역을 포함한 다수 개의 광전 변환 소자를 형성하는 단계;
    상기 각 광전 변환 소자 상측을 제외한 제 3 절연막상에 상기 각 광전 변환 소자와 전기적으로 연결된 차광층을 형성하는 단계;
    상기 각 광전 변환 소자를 포함한 차광층상에 제 4 절연막을 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 절연막을 산화막/질화막의 2층 절연막으로 형성함을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 산화막을 400 ~ 500Å두께로 그리고 상기 질화막을 1000 ~ 2000Å두께로 형성함을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 절연막을 하부 산화막/질화막/상부 산화막의 3층 절연막으로 형성함을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조 방법.
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