KR100280401B1

KR100280401B1 - Charge coupled device

Info

Publication number: KR100280401B1
Application number: KR1019970060733A
Authority: KR
Inventors: 김삼열; 이정재
Original assignee: 김영환; 현대반도체주식회사
Priority date: 1997-11-18
Filing date: 1997-11-18
Publication date: 2001-02-01
Also published as: KR19990040375A

Abstract

본 발명은 고체촬상소자에 관한 것으로, 종래 고체촬상소자는 포토다이오드에 빛이 조사되는 개구부 측면이 계단형으로 형성되어, 그 상부에 증착한 차광막에 의해 빛이 반사되어 감도가 저하되는 문제점이 있었다. 이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 기판의 상부에 형성한 피웰 하부에 위치하여, 렌즈와 칼라층 및 빛이 조사되도록 포토다이오드의 상부를 노출시키는 개구부를 통해 입사되는 빛을 전기적인 신호로 변환하는 포토다이오드와; 포토다이오드에 축적된 전하를 전송제어하는 제 2게이트와; 인가되는 전압에 따라 수직이동채널을 구동하여 포토다이오드에 축적된 전하를 수직 이동시키는 제 1게이트와; 상기 제 1 및 제 2게이트에 빛의 입력을 차단하는 차광막과; 상기 포토다이오드의 측면에서 축적된 전하의 이동을 차단하는 채널정지수단을 포함하여 구성되는 고체촬상소자에 있어서, 상기 포토다이오드는 피웰의 상부일부를 부분적으로 식각한 식각면 하부에 형성하여, 수직이동채널의 측면하부에 위치하도록 구성하여 포토다이오드에 빛을 조사하기 위한 개구부의 측면을 수직으로 형성함으로써, 감도를 향상시키는 효과가 있다.The present invention relates to a solid state image pickup device, and in the conventional solid state image pickup device, a side surface of an opening through which light is irradiated onto a photodiode is formed in a step shape, and the light is reflected by a light shielding film deposited thereon, which causes a problem of deterioration in sensitivity. . In view of the above problems, the present invention is located at the lower part of the pewell formed on the substrate, and converts the light incident through the opening exposing the upper portion of the photodiode so that the lens and the color layer and the light is irradiated into an electrical signal. A diode; A second gate for controlling transfer of charge accumulated in the photodiode; A first gate driving a vertical shift channel in accordance with an applied voltage to vertically shift charges accumulated in the photodiode; A light shielding film blocking light input to the first and second gates; In the solid-state image pickup device comprising a channel stop means for blocking the movement of the charge accumulated on the side of the photodiode, the photodiode is formed by forming a portion of the upper portion of the pewell in the lower portion of the etching surface, the vertical movement It is configured to be positioned under the side of the channel to form a vertical side of the opening for irradiating light to the photodiode, thereby improving the sensitivity.

Description

Solid State Imaging Device {CHARGE COUPLED DEVICE}

본 발명은 고체촬상소자에 관한 것으로, 특히 차광막을 광의 차단 및 렌즈의 효과는 갖는 구조로 제조하여, 특성을 향상시키는데 적당하도록 한 고체촬상소자에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid state image pickup device, and more particularly, to a solid state image pickup device in which a light shielding film is manufactured in a structure having the effect of blocking light and a lens, thereby making it suitable for improving characteristics.

일반적으로, 고체촬상소자는 포토다이오드를 통해 빛을 전기적인 신호로 변환하고, 그 전기적인 신호를 외부로 이동시키는 수직전송채널, 각 포토다이오드의 경계, 즉 각 화소의 경계를 나타내는 채널정지영역 등을 포함하여 구성되며, 이와 같은 종래 고체촬상소자를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.In general, a solid state image pickup device converts light into an electrical signal through a photodiode, and transfers the electrical signal to the outside, a vertical transmission channel, a boundary of each photodiode, that is, a channel stop region indicating a boundary of each pixel, and the like. It is configured to include, and described in detail with reference to the accompanying drawings, such a conventional solid-state imaging device as follows.

도1은 종래 고체촬상소자의 단면도로서, 이에 도시한 바와 같이 기판(1)에 형성한 피웰(2)에 위치하여 렌즈(13)와 칼라층(12)을 통해 인가되는 광을 전기적신호로 변환하는 포토다이오드(3)와; 상기 포토다이오드(3)의 좌측면에 형성되어, 각 셀 간의 전기적인 영향을 방지하는 채널정지영역(4)과; 상기 포토다이오드(3)의 우측면과 소정간격 이격되어 형성되어 포토다이오드(3)에 축적된 전하를 수직으로 이동시키는 수직전송채널(5)과; 상기 피웰(2), 포토다이오드(3), 채널정지영역(4) 및 수직전송채널(5)의 상부에 증착한 절연막(6)과; 상기 절연막(6)을 사이에 두고 상기 수직전송채널(5)과 대응하는 위치에 형성한 제 1게이트(7)와; 상기 제 1게이트(7)와는 산화막(8)으로 절연되고, 그 좌측면하부가 절연막(6)을 사이에 두고 상기 포토다이오드(3)와 수직전송채널(5)의 사이의 피웰(2)과 대응하는 위치에 형성되며, 그 좌측면은 계단형 구조를 갖는 제 2게이트(9)와; 상기 제 2게이트(9)의 전면에 증착한 산화막(10)과; 그 산화막(10)의 상부에 증착한 금속막(11)으로 구성된다.1 is a cross-sectional view of a conventional solid-state image pickup device, as shown in FIG. 1, which is located in a pewell 2 formed on a substrate 1 and converts light applied through a lens 13 and a color layer 12 into an electrical signal. A photodiode 3; A channel stop region (4) formed on the left side of the photodiode (3) to prevent electrical influences between the cells; A vertical transfer channel 5 formed spaced apart from the right side of the photodiode 3 by a predetermined distance to vertically move charges accumulated in the photodiode 3; An insulating film (6) deposited over the pewell (2), photodiode (3), channel stop region (4) and vertical transfer channel (5); A first gate 7 formed at a position corresponding to the vertical transfer channel 5 with the insulating film 6 therebetween; The first gate 7 is insulated from the oxide film 8, and the lower left surface thereof has a pwell 2 between the photodiode 3 and the vertical transfer channel 5 with the insulating film 6 therebetween. A second gate 9 formed at a corresponding position, the left side of which has a stepped structure; An oxide film 10 deposited on the entire surface of the second gate 9; The metal film 11 deposited on the oxide film 10 is formed.

이하, 상기와 같이 구성된 종래 고체촬상소자의 구조 및 동작을 좀 더 상세히 설명한다.Hereinafter, the structure and operation of the conventional solid-state image pickup device configured as described above will be described in more detail.

먼저, 외부의 빛이 렌즈(13)를 통해 모아지고, 이는 칼라층(12)과 절연층(6)을 통해 PN접합으로 이루어진 포토다이오드(3)에 입사된다. 이때, 금속막(11)에 입사되는 광은 다시 반사된다. 특히 제 2게이트(9)의 측면부에 증착된 금속막(11)은 계단형 구조이기 때문에 빛의 반사가 더 많다.First, external light is collected through the lens 13, which is incident on the photodiode 3 made of a PN junction through the color layer 12 and the insulating layer 6. At this time, the light incident on the metal film 11 is reflected again. In particular, since the metal film 11 deposited on the side surface of the second gate 9 has a stepped structure, the light is reflected more.

이와 같이 포토다이오드(3)에 입사된 빛은 전기적인 신호로 변환된다. 즉, 포토다이오드(3)에 전하가 축적되며 이는 제 2게이트(9)에 고전위의 전원전압이 인가되면, 포텐셜 우물이 낮아지게 되어 이동하게 된다.In this way, the light incident on the photodiode 3 is converted into an electrical signal. That is, charges are accumulated in the photodiode 3, and when the high potential power voltage is applied to the second gate 9, the potential well is lowered and moved.

그 다음, 제 1게이트(7)에 고전위의 전원전압을 인가하면, 상기 포토다이오드(3)에 축적된 전하는 수직으로 이동하게 되며, 도면에는 도시하지 않았지만 다시 수평전하 전송영역에 의해 수평으로 전송되며, 이는 증폭되어 주변회로부로 출력된다.Then, when a high potential power voltage is applied to the first gate 7, the charge accumulated in the photodiode 3 is moved vertically, and although not shown in the figure, it is horizontally transmitted by the horizontal charge transfer region. It is amplified and output to the peripheral circuit portion.

이와 같은 동작에서, 조사되는 빛의 효율 즉, 감도는 포토다이오드(3)에 입사되는 빛의 양으로 결정된다. 이러한 이유로 감도는 포토다이오드(3)의 면적이 커지면 증가하게 되나 이는 집적도가 감소하게 되는 문제가 있다.In this operation, the efficiency of the irradiated light, that is, the sensitivity, is determined by the amount of light incident on the photodiode 3. For this reason, the sensitivity increases as the area of the photodiode 3 increases, but this causes a problem that the degree of integration decreases.

이에 따라 동일한 면적의 포토다이오드(3)에 빛이 얼마나 많이 조사되는가 하는 문제는 매우 중요하며, 도1에 도시한 종래 고체촬상소자는 차광막인 금속막(11)의 측면부가 계단형으로 형성되어, 조사되는 빛의 일부를 반사하며, 그 반사한 빛은 외부로 다시 돌아가거나, 포토다이오드(3)로 다시 조사된다. 이때 반사 된 후, 재조사되는 빛은 그 성질 및 각도가 정상적인 경우와는 다르게 되어 오히려 감도를 저하시키며, 이러한 현상을 스미어(SMEAR)라고 한다.Accordingly, the problem of how much light is irradiated to the photodiode 3 of the same area is very important. In the conventional solid-state image pickup device shown in Fig. 1, the side surface portion of the metal film 11, which is a light shielding film, is formed in a stepped shape, A part of the light to be irradiated is reflected, and the reflected light is returned to the outside or irradiated back to the photodiode 3. At this time, after the reflection, the irradiated light is different from the case in which the nature and angle is normal, rather deteriorate the sensitivity, this phenomenon is called smear (SMEAR).

상기한 바와 같이 종래 고체촬상소자는 포토다이오드에 빛이 조사되는 개구부 측면이 계단형으로 형성되어, 그 상부에 증착한 차광막에 의해 빛이 반사되어 감도가 저하되며, 각 셀마다 셀의 영역을 정의하는 채널정지영역을 형성해야 함으로써, 집적도가 감소하는 문제점이 있었다.As described above, in the conventional solid-state imaging device, the side surface of the opening in which light is irradiated to the photodiode is formed in a step shape, the light is reflected by the light-shielding film deposited thereon, and the sensitivity is lowered. There is a problem that the degree of integration decreases by forming a channel stop region.

이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 감도와 집적도를 동시에 향상시킨 고체촬상소자를 제공함에 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a solid state image pickup device having improved sensitivity and integration at the same time.

도1은 종래 고체촬상소자의 단면도.1 is a cross-sectional view of a conventional solid state image pickup device.

도2는 본 발명 고체촬상소자의 단면도.2 is a cross-sectional view of the solid-state imaging device of the present invention.

도3은 도2에 있어서, 광이 입사각을 도시한 단면도.FIG. 3 is a cross-sectional view showing light incident angles in FIG. 2; FIG.

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명****** Description of the symbols for the main parts of the drawings ***

1:기판 2:피웰1: Substrate 2: Pewell

3:포토다이오드 5:수직전송채널3: photodiode 5: vertical transmission channel

6:절연막 7:제 1게이트6: insulation film 7: first gate

8,10:산화막 9:제 2게이트8,10: oxide film 9: second gate

11:금속막11: Metal film

상기와 같은 목적은 기판의 상부에 형성한 피웰 하부에 위치하여, 렌즈와 칼라층 및 빛이 조사되도록 포토다이오드의 상부를 노출시키는 개구부를 통해 입사되는 빛을 전기적인 신호로 변환하는 포토다이오드와; 포토다이오드에 축적된 전하를 전송제어하는 제 2게이트와; 인가되는 전압에 따라수직이동채널을 구동하여 포토다이오드에 축적된 전하를 수직 이동시키는 제 1게이트와; 상기 제 1 및 제 2게이트에 빛의 입력을 차단하는 차광막과; 상기 포토다이오드의 측면에서 축적된 전하의 이동을 차단하는 채널정지수단을 포함하여 구성되는 고체촬상소자에 있어서, 상기 포토다이오드는 피웰의 상부일부를 부분적으로 식각한 식각면 하부에 형성하여, 수직이동채널의 측면하부에 위치하도록 하고, 상기 제 2게이트의 측면부를 수직으로 형성하여 이후에 형성되는 개구부의 측면 또한 수직으로 형성되도록 하여 조사되는 빛이 개구부의 측면에 증착한 차광막에 의해 외부로 다시 반사되지 않도록 함으로써 달성되는 것으로, 이와 같은 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The above object is a photodiode positioned in the lower part of the pewell formed on the upper portion of the substrate, the photodiode for converting the light incident through the opening for exposing the upper portion of the photodiode so that the light is irradiated into an electrical signal; A second gate for controlling transfer of charge accumulated in the photodiode; A first gate driving a vertical shift channel in accordance with an applied voltage to vertically shift charges accumulated in the photodiode; A light shielding film blocking light input to the first and second gates; In the solid-state image pickup device comprising a channel stop means for blocking the movement of the charge accumulated on the side of the photodiode, the photodiode is formed by forming a portion of the upper portion of the pewell in the lower portion of the etching surface, the vertical movement The light is irradiated back to the outside by the light shielding film deposited on the side of the opening so that the side surface of the second gate is vertically formed so that the side of the second opening is vertically formed. It will be achieved by not to be described, in detail with reference to the accompanying drawings, the present invention as follows.

도2는 본 발명 고체촬상소자의 단면도로서, 이에 도시한 바와 같이 그 단위 셀을 기판(1)상부에 형성되며, 그 상부일부가 부분적으로 식각된 피웰(2)과; 상기 피웰(2)의 식각된 부분에 형성되어 조사되는 빛을 전기적인 신호로 변환하는 포토다이오드(3)와; 상기 포토다이오드의 우측면과 소정거리 이격되어 그 하부가 상기 포토다이오드(3)의 상부와 높이가 동일하게 형성되어, 상기 포토다이오드(3)에 축적된 전하를 수직 이동시키는 수직이동채널(5)과; 상기 수직이동채널(5), 포토다이오드(3) 및 포토다이오드(3)와 수직이동채널(5)의 사이에 노출된 피웰(2)과 상기 포토다이오드(3)의 좌측면에 식각되지 않은 피웰(2)의 상부전면에 증착된 절연막(6)과, 상기 절연막(6)을 중심으로 상기 수직이동채널(5)과 대응하는 위치에 형성된 제 1게이트(7)와; 상기 제 1게이트(7)의 상부와 측면에 형성한 산화막(8)과; 상기 산화막(8)에 의해 제 1게이트(7)와 절연되며, 그 좌측면이 상하로 길게 형성되어 그 좌측면 하부가 상기 절연막(6)을 사이에 두고 상기 포토다이오드(3)와 수직이동채널(5)사이의 피웰(2)과 수직이동채널(5)의 좌측면에 대응하도록 형성되고, 그 좌측면과 상부가 수직을 이루는 제 2게이트(9)와; 상기 제 2게이트(9)의 상부전면에 증착한 산화막(10)과; 상기 산화막(10)의 상부에 증착한 금속막(11)으로 구성된다.Fig. 2 is a cross-sectional view of the solid state image pickup device according to the present invention, in which the unit cell is formed on the substrate 1, and the upper portion is partially etched; A photodiode (3) which is formed on the etched portion of the pewell (2) and converts the irradiated light into an electrical signal; A vertical movement channel 5 spaced apart from the right side of the photodiode by a predetermined distance and lower in the same height as the upper portion of the photodiode 3 to vertically move charges accumulated in the photodiode 3; ; Pebbles 2 exposed between the vertical movement channel 5, the photodiode 3 and the photodiode 3 and the vertical movement channel 5, and the non-etched pewells on the left side of the photodiode 3. An insulating film (6) deposited on the upper surface of (2), a first gate (7) formed at a position corresponding to the vertical movement channel (5) around the insulating film (6); An oxide film 8 formed on the top and side surfaces of the first gate 7; The first gate 7 is insulated from the first gate 7 by the oxide film 8, and the left side thereof is vertically extended, and the lower left side thereof is vertically moved with the photodiode 3 with the insulating layer 6 therebetween. A second gate 9 formed so as to correspond to the left side of the pewell 2 and the vertical movement channel 5 between the second side and the left side and the upper side of the vertical movement channel 5; An oxide film 10 deposited on the upper surface of the second gate 9; The metal film 11 deposited on the oxide film 10 is formed.

이하, 상기 본 발명 고체촬상소자의 구조 및 동작을 첨부한 도면을 참조하여 좀 더 상세히 설명한다.Hereinafter, the structure and operation of the solid-state imaging device of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 도3에 도시한 바와 같이 렌즈(13)를 통해 외부의 빛이 모아져 조사되면, 이는 칼라층(12)을 통해 포토다이오드(3)의 상부에 조사된다.First, as shown in FIG. 3, when external light is collected and irradiated through the lens 13, it is irradiated to the upper portion of the photodiode 3 through the color layer 12.

이때, 상기 포토다이오드(3)는 피웰(2)의 상부일부가 식각된 부분에 형성되어, 제 1게이트(7)와 제 2게이트(9)의 측면이 수직으로 형성되고, 그 제 2게이트(9)의 상부전면에 산화막(10)을 사이에 두고 형성된 금속막(11)의 측면 또한 수직으로 형성되어, 그 측면에서 빛이 반사되어 외부로 되돌아가는 일은 없게 된다.In this case, the photodiode 3 is formed in a portion where an upper portion of the pewell 2 is etched, and the side surfaces of the first gate 7 and the second gate 9 are vertically formed, and the second gate ( The side surface of the metal film 11 formed with the oxide film 10 interposed between the upper surfaces of 9) is also formed vertically so that light is not reflected from the side surface and returned to the outside.

이에 따라 감도가 종래에 비해 향상되며, 또한, 그 금속막(11)의 측면에 의해 반사되는 빛은 다시 포토다이오드(3)로 조사된다. 이때 조사되는 빛은 입사되는 각이 최초 렌즈(13)에서 모아지는 빛의 각과 동일하게 입사되어 스미어 현상이 나타나지 않게 된다.Accordingly, the sensitivity is improved as compared with the conventional one, and the light reflected by the side surface of the metal film 11 is irradiated to the photodiode 3 again. At this time, the irradiated light is incident on the same angle as the light collected by the first lens 13 so that a smear phenomenon does not appear.

이와 같이 포토다이오드(3)에 빛이 조사되면, 포토다이오드(3)에는 그 빛의 양에 따른 전하가 축적된다.When light is irradiated to the photodiode 3 in this manner, charges are accumulated in the photodiode 3 according to the amount of light.

그 다음, 상기 제 2게이트(9)에 고전위의 전원전압이 인가되면 하부에 에너지 장벽이 낮아져 포토다이오드(3)에 축적된 전하는 전송되며, 제 1게이트(7)에 고전위의 전원전압이 인가되면, 수직이동채널(5)을 통해 수직 이동된다.Then, when a high potential power voltage is applied to the second gate 9, an energy barrier is lowered at the lower portion so that charges accumulated in the photodiode 3 are transmitted, and a high power supply voltage is transmitted to the first gate 7. When applied, it is moved vertically through the vertical movement channel 5.

이와 같은 구성에서, 각 셀간을 절연하는 구조는 종래와 같이 채널정지영역을 형성하지 않고, 상기 식각되지 않은 피웰(2)의 측면을 사용하여 집적도를 향상시킬 수 있게 된다.In such a configuration, the structure insulating each cell does not form a channel stop region as in the prior art, and thus the degree of integration may be improved by using the side surface of the unetched pewell 2.

즉, 본 발명 고체촬상소자는 포토다이오드(3)에 광이 인가되도록 형성한 개구부의 측면을 계단형이 아닌 수직으로 형성하여 그 포토다이오드(3)로 조사되는 빛이 개구부 측면에서 외부로 다시 반사되는 것을 방지하였으며, 그 개구부 측면에 증착된 금속막(11)을 2차 초점을 잡는 수단으로 사용하여 감도를 향상시킬 수 있다.That is, in the solid-state imaging device of the present invention, the side surface of the opening formed so that light is applied to the photodiode 3 is formed vertically instead of stepped, and the light irradiated to the photodiode 3 is reflected back from the opening side to the outside. In this case, the sensitivity can be improved by using the metal film 11 deposited on the side of the opening as a means for secondary focusing.

상기한 바와 같이 본 발명 고체촬상소자는 포토다이오드에 빛을 조사하기 위한 개구부의 측면을 수직으로 형성함으로써, 감도를 향상시키는 효과와 아울러, 각 셀의 절연을 위한 수단을 식각되지 않은 피웰을 사용함으로써, 집적도를 향상시키는 효과가 있다.As described above, the solid-state image pickup device of the present invention vertically forms the side surface of the opening for irradiating light to the photodiode, thereby improving the sensitivity and by using an unetched pewell as a means for insulating each cell. This improves the degree of integration.

Claims

A pwell positioned in an upper region of the substrate, the upper portion of which is etched; A photodiode positioned at a lower side of the pewell of the etched region to convert light incident through the lens, the color layer, and the opening into an electrical signal; A second gate which transfer-controls the charge accumulated in the photodiode, and whose upper and left surfaces are perpendicular to each other; A first gate driving a vertical shift channel in accordance with an applied voltage to vertically shift charges accumulated in the photodiode; A light shielding film blocking light input to the first and second gates and vertically formed at a side of the opening; And a channel stop region which is a non-etched remaining vertical movement channel adjacent to one side of the photodiode and the photodiode.