KR100290883B1 - 고체촬상소자의제조방법 - Google Patents
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Abstract
포토다이오드에서 발생한 전하를 채널스톱영역을 거쳐서 수직전하전송소자(VCCD)영역으로 효과적으로 전달하기에 알맞은 고체촬상소자의 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 이와 같은 목적을 달성하기 위한 고체촬상소자의 제조방법은 제 1 도전형 반도체층의 소정영역에 매트릭스 형태의 포토다이오드를 형성하는 공정과, 상기 포토다이오드 양측에 채널스톱영역을 형성하는 공정과, 상기 포토다이오드와 격리되도록 일방향으로 수직전하전송소자를 형성하는 공정과, 상기 전영역상에 게이트절연막을 형성하는 공정과, 상기 채널스톱영역상부의 상기 게이트절연막의 일부영역에 절연막 패턴층을 형성하는 공정과, 상기 절연막 패턴층을 포함한 채널스톱영역과 수직전하전송소자상에 전송게이트를 형성하는 공정을 포함하여 제조됨을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 고체촬상소자에 대한 것으로, 특히 포토다이오드에서 발생한 전하를 수직전하전송소자(Vertical Charge Coupled Device:VCCD)영역으로 보다 효율적으로 전송할 수 있는 고체촬상소자의 제조방법에 관한 것이다.
첨부 도면을 참조하여 종래 고체촬상소자의 제조방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 1a 내지 1c는 종래 고체촬상소자의 제조방법을 나타낸 공정단면도이고, 도 2의 (a)는 도 1c의 전송게이트에 가해지는 클럭다이어그램이며, 도 2의 (b)는 도 1c의 Ⅰ-Ⅰ'단면에서 클럭에 따른 포텐셜 변화를 나타낸 도면이다.
종래 고체촬상소자의 제조방법에 대하여 설명하면 먼저 도 1a에 도시한 바와 같이 N형 기판(1)에 P웰(2)을 형성하고 상기 P웰(2)의 소정부분에 불순물을 주입하여 빛의 신호를 전기적인 영상신호 전하로 변환하는 매트릭스 형태를 갖는 복수개의 포토다이오드(Photo Diode:PD)(3)를 형성한다. 그리고 상기 포토다이오드(3)양측에 포토다이오드(3)와 수직전하전송소자(5)를 격리시키기 위한 채널스톱영역(4)을 정의한 뒤에 이온주입하여 채널스톱영역(4)을 형성한다. 이때 포토다이오드(3)와 채널스톱영역(4)은 반대 도전형으로 도핑한다. 즉, 포토다이오드(3)를 N형이온으로 도핑하고 채널스톱영역(4)을 P형으로 도핑한다. 다음에 상기 채널스톱영역(4)양측의 P웰(2)에 일방향으로 N형의 수직전하전송소자(5)를 형성한다.
다음에 도 1b에 도시한 바와 같이 전면에 제 1 산화막(6a)과 질화막(6b)과 제 2 산화막(6c)을 차례로 증착하여서 ONO구조의 게이트절연막을 형성한다. 그리고 전면에 폴리실리콘을 증착한 후 사진석판술 및 식각공정으로 상기 폴리실리콘과 제 2 산화막(6c)과 질화막(6c)을 선택적으로 제거하여 전송게이트(7)를 형성한다.
그리고 도 1c에 도시한 바와 같이 다음에 전면에 층간절연(전송게이트(7)와 금속차광층(9)의 절연)을 위해서 제 3 산화막(8)을 증착한다. 그리고 제 3 산화막(8)상부에 금속층을 형성하고 패터닝하여 금속차광층(9)을 형성한다. 이때 금속차광층(9)은 상기 포토다이오드(3)를 전면 차폐하지 않도록 한다. 이후에 전면에 BPSG(Boron Phosphrous Silicate Glass)와 같은 물질을 증착하여 페시베이션막(10)을 형성한다.
다음으로 상기와 같은 방법에 의해서 제조된 고체촬상소자중 포토다이오드(3)와 채널스톱영역(4)과 수직전하전송소자(5)에서의 전하전송에 대하여 설명하면 다음과 같다.
먼저 포토다이오드(3)로 들어온 빛은 영상전하를 발생시켜서 포토다이오드(3)에는 영상전하가 저장되어 있다.
상기와 같은 상태에서 전송게이트(7)로 도 2의 (a)와 같은 클럭펄스가 발생한다.
먼저 t1의 클럭에서의 포텐셜은 도 2의 (b)에 도시한 바와 같이 포토다이오드(3)영역에서 낮고 채널스톱영역(4)에서 높다. 그리고 상기 수직전하전송소자(5)는 가장 낮은 포텐션을 갖는다. 그리고 전송게이트(7)에 전압이 가해지지 않으므로 채널스톱층의 포텐셜베리어가 높기 때문에 포토다이오드(3)에 저장된 영상전하는 수직전하전송소자(5)로 전송되지 않는다.
다음에 전송게이트에 t3의 클럭펄스가 발생할 때는 채널스톱영역(4)의 포텐셜베리어가 도 2의 (b)에 도시한 바와 같이 낮아진다. 따라서 포토다이오드(3)에서 채널스톱영역(4)을 통하여 수직전하전송소자(5)로 영상전하가 전송된다. 이후에 전하는 수평전하전송소자로 전달되고 센스앰프를 통하여 리드아웃된다.
상기와 같은 종래 고체촬상소자의 제조방법은 다음과 같은 문제가 있다.
전송게이트의 클럭펄스가 t1에서 t3로 변할 때 채널스톱영역의 포텐셜베리어가 갑자기 낮아지게 되므로 포토다이오드에서 수직전하전송소자로의 전하전송효율이 떨어지는 문제가 발생한다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로 특히, 포토다이오드에서 발생한 전하를 채널스톱영역을 거쳐서 수직전하전송소자(VCCD)영역으로 효과적으로 전달하기에 알맞은 고체촬상소자의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
도 1a 내지 1c는 종래 고체촬상소자의 제조방법을 나타낸 공정단면도
도 2의 (a)는 도 1c의 전송게이트에 가해지는 클럭다이어그램
도 2의 (b)는 도 1c의 Ⅰ-Ⅰ'단면에서 클럭에 따른 포텐셜 변화를 나타낸 도면
도 3a 내지 도 3c는 본 발명 고체촬상소자의 제조방법을 나타낸 공정단면도
도 4의 (a)는 도 3c의 전송게이트에 가해지는 클럭다이어그램
도 4의 (b)는 도 3c의 Ⅱ-Ⅱ'단면에서 클럭에 따른 포텐셜 변화를 나타낸 도면
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
21: N형기판 22: P웰
23: 포토다이오드 24: 채널스톱영역
25: 수직전하전송소자 26a: 제 1 산화막
26b: 질화막 26c: 제 2 산화막
27: 절연막 패턴층 28: 전송게이트
29: 제 3 산화막 30: 금속차광층
31: 페시베이션막
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 고체촬상소자의 제조방법은 제 1 도전형 반도체층의 소정영역에 매트릭스 형태의 포토다이오드를 형성하는 공정과, 상기 포토다이오드 양측에 채널스톱영역을 형성하는 공정과, 상기 포토다이오드와격리되도록 일방향으로 수직전하전송소자를 형성하는 공정과, 상기 전영역상에 게이트절연막을 형성하는 공정과, 상기 채널스톱영역상부의 상기 게이트절연막의 일부영역에 절연막 패턴층을 형성하는 공정과, 상기 절연막 패턴층을 포함한 채널스톱영역과 수직전하전송소자상에 전송게이트를 형성하는 공정을 포함하여 제조됨을 특징으로 한다.
첨부 도면을 참조하여 본 발명 고체촬상소자의 제조방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명 고체촬상소자의 제조방법을 나타낸 공정단면도이고, 도 4의 (a)는 도 3c의 전송게이트에 가해지는 클럭다이어그램이며, 도 4의 (b)는 도 3c의 Ⅱ-Ⅱ'단면에서 클럭에 따른 포텐셜 변화를 나타낸 도면이다.
본 발명은 포토다이오드(Photo Diode:PD)에 저장되어 있는 영상전하신호를 채널스톱영역을 통해서 수직전하전송소자(Vertical Charge Coupled Device:VCCD)로 효율적으로 전달하기 위한 것으로 특히 채널스톱영역의 포텐셜이 계단식으로 형성될 수 있도록 하기 위한 것이다.
본 발명 고체촬상소자의 제조방법에 대하여 설명하면 먼저 도 3a에 도시한 바와 같이 N형 기판(21)에 P웰(22)을 형성하고 상기 P웰(22)의 소정부분에 불순물을 주입하여 빛의 신호를 전기적인 영상신호 전하로 변환하는 매트릭스 형태를 갖는 복수개의 포토다이오드(Photo Diode:PD)(23)를 형성한다. 그리고 상기 포토다이오드(23)양측에 포토다이오드(23)와 수직전하전송소자(25)를 격리시키기 위한 채널스톱영역(24)을 정의한 뒤에 이온주입하여 채널스톱영역(24)을 형성한다. 이때 포토다이오드(23)와 채널스톱영역(24)은 반대도전형으로 도핑한다. 본 발명에서는 포토다이오드(23)를 N형이온으로 도핑하고 채널스톱영역(24)을 P형으로 도핑한다. 다음에 상기 채널스톱영역(24)양측의 P웰(22)에 일방향으로 N형의 수직전하전송소자(25)를 형성한다.
다음에 도 3b에 도시한 바와 같이 전면에 제 1 산화막(26a)과 질화막(26b)과 제 2 산화막(26c)을 차례로 증착하여서 ONO구조의 게이트절연막을 형성한다. 그리고 전면에 산화막이나 질화막을 증착한 후에 포토다이오드(23)에서 전하가 전송되는 방향에 위치한 채널스톱영역(24)의 소정상부에 남도록 산화막이나 질화막을 이방성 식각하여 절연막 패턴층(27)을 형성한다.
그리고 도 3c에 도시한 바와 같이 전면에 폴리실리콘을 증착한 후 사진석판술 및 식각공정으로 상기 폴리실리콘과 제 2 산화막(26c)과 질화막(26c)을 선택적으로 제거하여 전송게이트(28)를 형성한다. 다음에 전면에 층간절연(전송게이트(28)와 금속차광층(30)의 절연)을 위해서 제 3 산화막(29)을 증착한다. 그리고 제 3 산화막(29)상부에 금속층을 증착하고 패터닝하여 금속차광층(30)을 형성한다. 이때 금속차광층(30)은 상기 포토다이오드(23)를 전면 차폐하지 않도록 한다. 이후에 전면에 BPSG(Boron Phosphrous Silicate Glass)와 같은 물질을 증착하여 페시베이션막(31)을 형성한다.
다음으로 상기와 같은 방법에 의해서 제조된 고체촬상소자중 포토다이오드(23)와 채널스톱영역(24)과 수직전하전송소자(25)에서의 전하전송에 대하여 설명하면 다음과 같다.
먼저 포토다이오드(23)로 들어온 빛은 영상전하 상태로 포토다이오드(23)에 저장되어 있다.
상기와 같은 상태에서 전송게이트(28)로 도 4의 (a)와 같은 클럭펄스가 발생한다.
먼저 전송게이트(28)에 t1의 클럭펄스가 발생할 때의 포텐셜은 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이 포토다이오드(23)영역에서 낮고 채널스톱영역(24)에서 높다. 그리고 상기 수직전하전송소자(25)는 가장 낮은 포텐션을 갖는다. 이것은 각 영역을 이루고 있는 도전형과 그 농도의 차에서 비롯된다. 도전형과 그 농도의 차에 의한 포텐셜의 크기는 P+＞P-＞P0＞N0＞N-＞N+이다. 그리고 전송게이트(28)에 전압이 가해지지 않았을 때는 채널스톱영역(24)의 포텐셜베리어가 변함이 없기 때문에 포토다이오드(23)에 저장된 영상전하는 수직전하전송소자(25)로 전송되지 않는다.
다음에 전송게이트에 t3의 클럭펄스가 발생할 때 채널스톱영역(24)의 포텐셜은 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이 절연막 패턴층(27)에 의해서 수직전하전송소자(25) 방향으로 스텝을 갖게된다. 따라서 영상전하는 포토다이오드(23)에서 포텐셜베리어에 스텝을 갖는 채널스톱영역(24)을 통하여 수직전하전송소자(25)로 효율적으로 전송된다. 이후에 전하는 수평전하전송소자로 전달되고 센스앰프를 통하여 리드아웃된다.
상기에 설명한 바와 같이 본 발명 고체촬상소자의 제조방법은 다음과 같은효과가 있다.
포토다이오드에서 채널스톱영역을 거쳐서 수직전하전송소자로 전하를 전송할 때 채널스톱영역의 일영역에 절연막 패턴층을 형성하므로써 포텐셜에 스텝을 주어서 전하전송 효율을 향상시킬 수 있다.
Claims (5)
- 제 1 도전형 반도체층의 소정영역에 매트릭스 형태의 포토다이오드를 형성하는 공정과,상기 포토다이오드 양측에 채널스톱영역을 형성하는 공정과,상기 포토다이오드와 격리되도록 일방향으로 수직전하전송소자를 형성하는 공정과,상기 전영역상에 게이트절연막을 형성하는 공정과,상기 포토다이오드와 인접한 상기 채널스톱영역상부의 상기 게이트절연막의 일부영역상에 절연막패턴층을 형성하는 공정과,상기 절연막패턴층을 포함한 상기 채널스톱영역과 수직전하전송소자상에 전송게이트를 형성하는 공정을 포함하여 제조됨을 특징으로 하는 고체촬상소자의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 게이트절연막은 산화막/질화막/산화막의 구조로 형성하는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 절연막패턴층은 산화막이나 질화막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 포토다이오드와 상기 수직전하전송소자는 N형으로 도핑하는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 채널스톱영역은 P형으로 도핑하는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자의 제조방법.
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