KR100397517B1 - 고체 촬상장치 및 그 제조방법 - Google Patents

고체 촬상장치 및 그 제조방법 Download PDF

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KR100397517B1 KR10-1999-0034983A KR19990034983A KR100397517B1 KR 100397517 B1 KR100397517 B1 KR 100397517B1 KR 19990034983 A KR19990034983 A KR 19990034983A KR 100397517 B1 KR100397517 B1 KR 100397517B1
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Abstract

본 발명은 스미어(smear)의 발생을 억제할 수 있는 고체 촬상장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 상기 고체 촬상장치는 광이 전기로 변환되는 제1영역을 포함하는 것으로서, 실리사이드로 구성된 제2영역(32)을 특징으로 한다. 제2영역(32)은 제1영역(14)의 표면에 적어도 제1영역(14)의 경계영역을 일부 형성한다.

Description

고체 촬상장치 및 그 제조방법{SOLID-STATE IMAGE SENSOR AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
본 발명은, 고체 촬상장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스미어의 발생을 억제할 수 있는 고체 촬상장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
도1은 액티브형 XY 어드레스방식의 고체 촬상장치인 CMOS센서의 기본셀을 도시하고 있다.
상기 도시된 기본셀은 P형 실리콘기판(10), 상기 P형 실리콘기판(10)에 형성된 P형웰(12), 포토다이오드가 되며 상기 P형웰(12)에 형성된 N형영역 또는 광전 변환영역)(14), SiO2로 구성되며 상기 P형 실리콘기판(10)의 표면상에 형성된 게이트절연막(16), 폴리실리콘으로 이루어지며 상기 게이트절연막(16)상에 형성된 리셋 게이트(18), N+형영역으로 이루어진 리셋 드레인영역(20), 디바이스가 제조될 각 영역을 전기적으로 분리하기 위한 필드산화막(21), 금속으로 구성되며 광이 N형영역에 입사하는 개구(23)를 구비한 차광막(22)으로 구성되어 있다.
광이 전기로 변환되는 N형영역(14)과 차광막(22)의 사이에는, 층간절연막과 배선층이 형성되어 있다.
N형영역(14)은 소스폴로어 증폭기(24)에 전기적으로 접속되어 있다. 도1에 도시된 바와 같이, 소스폴로어 증폭기(24)는, (a)선택스위치가 되는 제1 MOS트랜지스터(26)와, (b)상기 제1 MOS트랜지스터(26)의 드레인전극에 전기적으로 접속된 소스전극 및 전원(Vdd)에 전기적으로 접속된 소스전극 및 상기 N형영역(14)에 전기적으로 접속된 게이트전극을 포함한 제2 MOS트랜지스터(28)와, (c)부하로 이루어지며 상기 제1 MOS트랜지스터(26)의 소스전극에 전기적으로 접속된 드레인 전극과 전원(Vss)에 전기적으로 접속된 소스전극을 구비한 제3 MOS트랜지스터(29)(c)와, 상기 제1 MOS트랜지스터(26)의 소스전극 및 상기 제3 MOS트랜지스터(29)의 드레인전극에 전기적으로 접속된 출력단자(30)로 구성된다.
도1에 도시된 CMOS센서는 다음과 같이 동작한다.
우선, 리셋 게이트(18)에 하이펄스ØR를 인가함으로써, 포토다이오드가 되는 N형영역(14)의 전위를 셋트한다. 다음에, 리셋 게이트(18)에 로펄스ØR를 인가함으로써, 광전변환에 의해 발생된 전하를 공핍층 중에 축적한다.
축적된 전하량에 의해, 포토다이오드의 전위는 변동하며, 상기 전위변화를 소스폴로어 증폭기(24)의 출력단자(30)로부터 출력한다.
도1에 도시된 바와 같은 상기와 같은 종래의 CMOS센서의 구조에서는, 차광막(22)과 N형영역 즉, 광전 변환영역(14)과의 사이에 층간절연막 및 복수의 배선층이 존재하기 때문에, 차광막(22)은 N형영역(14)과의 간격이 대단히 크게 된다, 따라서, 개구(23)로부터 입사된 광의 회절효과에 의해 회절된 입사광(25)이, 도1에 도시된 바와 같이, 광전 변환영역(14)의 주변부에 입사한다.
따라서, 종래의 CMOS센서의 구조에서는, 빛의 회절효과에 의해 광전 변환영역 또는 N형영역(14)의 주변부에 입사된 빛이 광전변환되어 의사신호(false signal)를 발생시키는 일반적으로 스미어라고 불리우는 문제가 발생한다고 하는 문제점이 있었다.
더욱이, 이 의사신호가, 인접하는 다른 광전 변환영역, 또는 소스폴로어 증폭기(24)의 확산층에 트랩되어, 영상신호의 S/N비가 열화된다고 하는 문제점이 있었다.
상기에서 언급된 문제점을 고려하여, 본 발명의 목적은, 상기에 언급된 의사신호 또는 스미어의 발생을 방지할 수 있는 고체 촬상장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 상기의 고체 촬상장치를 제조하는 방법을 제공하는 것에 있다.
발명의 한 특징에 있어서, 고체 촬상장치는, 실리콘기판에 제1 광전 변환영역을 구비하는 것으로서, 제1 광전 변환영역의 표면에서 상기 제1 광전 변환영역의 주변영역을 적어도 일부 형성하는 실리사이드로 구성된 제2 영역을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 다른 특징에 있어서, 고체 촬상장치를 제조하는 방법은, (a)실리콘기판에 제1 광전 변환영역을 형성하는 공정과, (b)실리사이드로 구성된 제2영역을 형성하는 공정(b)을 포함하는 것으로서, 상기 제1영역은 실리콘기판의 도전형과는 반대의 도전형으로, 상기 제2영역은 상기 제1영역의 표면에서 상기 제1영역의 주변부를 형성한다.
본 발명에 따른 고체 촬상장치에 있어서, 제2영역 또는 실리사이드화된 영역은 제1영역 또는 광전 변환영역이 주변부에 형성된다. 결과적으로, 스미어를 발생시키는 회절광이 입사하는 공간이 없게된다. 따라서, 스미어를 발생시키는 광이 제1영역 또는 광전 변환영역에 입사되는것이 차단된다.
따라서, 회절효과에 기인하여 제1영역의 주변부로 광이 입사되어 발생하는 의사신호의 발생을 방지할 수 있다. 게다가, 전술한 바와같이 생성된 의사신호가 인접한 광전 변환영역에, 또는 소스폴로어 증폭기의 확산층에 트랩되는 것을 또한 방지 가능하며, 화상신호의 S/N비가 악화되는 것을 방지할 수 있다.
도1은 액티브형 XY어드레스방식의 고체 촬상장치인 종래의 CMOS센서의 기본셀을 도시하는 단면도.
도2는 본 발명에 의한 제1실시예에 따른 CMOS센서의 기본셀을 도시하는 단면도.
도3의 a 내지 도3의 f는 도2에 도시된 기본셀을 제조하는 공정 각각을 도시하는 단면도.
도4는 본 발명에 의한 제2실시예에 따른 CMOS센서의 기본셀을 도시하는 단면도.
도5의 a 및 도5의 b는 도4에 도시된 기본셀을 제조하는 공정 각각을 도시하는 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 간단한 설명>
10 : P형 실리콘기판 12 : P형웰
14 : N형영역 16 : 게이트절연막
18 : 리셋 게이트 20 : 리셋 드레인
21 : 필드산화막 22 : 차광막
23 : 개구 24 : 소스폴로어 증폭기
25 : 회절광 26 : 선택스위치 MOS트랜지스터
28 : 검출용 MOS트랜지스터 29 : 부하용 MOS트랜지스터
30 : 출력단자 32 : 실리사이드영역
34 : SiO2막 36 : 실리사이드층
도2는, 본 발명에 의한 일 실시예에 따른 CMOS센서의 기본셀을 도시하고 있다.
도시된 기본셀은 P형 실리콘기판(10), 상기 P형 실리콘기판(10)에 형성된 P형웰(12), 포토다이오드로 상기 P형웰(12)에 형성된 N형영역 또는 광전 변환영역(14), 실리사이드로 구성되며 상기 N형영역의 표면에서 상기 N형영역(14)의 주변부상에 형성된 제2영역(32), SiO2로 구성되며 상기 P형 실리콘기판(10)의 표면상에 형성된 게이트절연막(16), 폴리실리콘으로 이루어지며 상기 게이트절연막(16)상에 형성된 리셋 게이트(18), N+형영역으로 이루어진 리셋 드레인영역(20), 디바이스가 제조될 각 영역을 전기적으로 분리하기 위한 필드산화막(21), 금속으로 구성되며 광이 상기 N형영역(14)에 입사하는 개구(23)를 구비한 차광막(22)으로 구성되어 있다.
본 발명에 의한 제1실시예에 따른 상기 기본셀과 도1에 도시된 종래의 기본셀과의 상위점은, 제1실시예에 따른 기본셀에는 실리사이드로 구성된 제2영역이 제공되어 있다는 점이다. 상기 제2영역(32)은 예컨데, 주변부에 N형영역을 실리사이드화하여 제조 가능하다.
층간절연막과 배선층은 차광막(22)과 광전변환되는 N형영역의 사이에 형성된다.
N형영역(14)은 소스폴로어 증폭기(24)에 전기적으로 접속되어 있다. 도1에 도시된 바와 같이, 상기 소스폴로어 증폭기(24)는, 선택스위치가 되는 제1 MOS트랜지스터(26)(a)와, 상기 제1 MOS트랜지스터(26)의 드레인전극에 전기적으로 접속된 소스전극 및 전원(Vdd)에 전기적으로 접속된 소스전극 및 상기 N형영역(14)에 전기적으로 접속된 게이트전극을 포함하는 제2 MOS트랜지스터(28)(b)와, 부하가 되며 상기 제1 MOS트랜지스터(26)의 소스전극에 전기적으로 접속된 드레인 전극 및 전원(Vss)에 전기적으로 접속된 소스전극을 구비한 제3 MOS트랜지스터(29)(c)와, 상기 제1 MOS트랜지스터(26)의 소스전극 및 상기 제3 MOS트랜지스터(29)의 드레인전극에 전기적으로 접속된 출력단자(30)로 구성된다.
상기의 CMOS센서에서는, 실리사이드영역 또는 제2영역(32)은 N형영역 또는 광전 변환영역(14)의 주변부에 형성되므로, 스미어의 원인이 되는 빛이 회절에 기인하여 N형영역(14)에 입사하는 간격(각도)이 존재하지 않는다. 따라서, N형영역 또는 광전 변환영역(14)에는 스미어의 발생원인이 되는 빛의 입사가 차단된다.
도2에 도시된 기본셀을 제조하는 방법에 대해서는, 도3의 a 또는 도3의 f를 참조하여 이하 설명한다.
우선, 도3의 a에 도시된 바와 같이, P형 실리콘기판(10)을 준비한다.
다음에, 도3의 b에 도시된 바와 같이, 필드산화막(21)이, 디바이스가 제조될 각 영역을 전기적으로 분리하는 소자분리를 위하여, 상기 P형 실리콘기판(10)의 표면에 분리거리 0.6μm로 형성된다.
다음에, 도3의 c에 도시된 바와 같이, 붕소(B)를 P형웰(12)에 이온주입하여 상기 P형 실리콘기판(10)에 P형웰(12)을 형성한다. 예컨대 이온주입은, 주입에너지 30OkeV, 도우즈량 1×1013/cm-2, 주입에너지 100keV, 도우즈량 5×1012/cm-2, 주입에너지 60keV, 도우즈량 2.5×1012/cm-2의 조건으로 3회 연속하여 행한다. P형 실리콘기판(10)이 이온주입이 없이도 충분한 불순물 농도를 구비하면, P형웰(12)을 형성하기 위한 P형 실리콘기판(10)에 이온을 주입하는 공정은 생략할 수 있다.
다음에, 도3의 d에 도시된 바와 같이, 두께가 l0nm인 Si02막(34)은 상기 P형 실리콘기판(10)의 표면상에 형성되고, 그후, SiO2막(34)상에 리셋 게이트(18)가 형성된다. 상기 리셋 게이트(18)는, 폴리실리콘, 또는 폴리실리콘층과 텅스텐 실리사이드층을 포함하는 2층구조의 폴리사이드로 형성될 수 있다.
다음에, 상기 P형 실리콘기판(10)에 비소(As)를 주입에너지 70 keV, 도우즈량 1×1O16/cm-2로 이온 주입하여, P형웰(12)내의 리셋 드레인영역(20)을 형성한다. 상기 리셋 드레인영역(20)은 N+형영역으로 형성된다.
다음에, 상기 리셋 드레인영역(20)이 레지스트막으로 피복되고, 그후, 인(P)을 주입에너지 15OkeV, 도우즈량 1×1O13/cm-2로 주입하여, N형영역이 되는 광전 변환영역(14)를 형성한다.
다음에, 도3의 e에 도시된 바와 같이, 광전 변환영역(14)이 표면에서 실리사이드화 될 영역에서 상기 실리콘 Si02(34)은 부분적으로 제거된다. 즉, 상기 Si02(34)막은 광전 변환영역(14)의 주변에서 제거된다.
상기 실시예에 있어서, 상기 Si02막(34)은, 또한 게이트절연막(16)으로서 형성된다. 동시에 상기 Si02막(34)은 리셋 게이트(18)를 형성한 후에, 리셋 게이트(18)의 아래쪽에 위치한 부분을 제외하고 제거될 수 있으면 양호하고, SiO2막은 두께 50nm정도로 광전 변환영역(14)상에 새로이 형성되어도 좋다.
다음에, 도3의 f에 도시된 바와 같이, SiO2(34)막이 제거된 영역에 40nm 정도의 두께의 티타늄(Ti)이 스퍼터링에 의해 광전 변환영역(14)상에 퇴적된다. 그 후, 상기 티타늄은 1분간 700℃로 가열처리 되어, 실리사이드영역(32)을 형성한다. 그 후, SiO2막(34)이 완전히 제거된다. 상기 리셋 게이트(18) 아래쪽의 SiO2막(34)은 게이트절연막(16)이 된다.
상기 제1실시예에 있어서, SiO2영역(32)은 티타늄(Ti)으로 형성되었다. 하지만, 이것에 한정되는 것이 아니라, 일반적으로, Mo, W, Co 등과 같은 고융점 금속으로도 실리사이드층을 형성할 수 있다.
그 후, 층간절연막, 배선층 및 차광막을 형성한다. 그에따라, 도2에 도시된 기본셀이 완성된다.
도4는 본 발명의 제2실시예에 따른 CMOS센서의 기본셀을 도시하고 있다.
제1실시예에 있어서는, 실리사이드층(32)은 광전 변환영역(14)의 주변에만 형성했다. 그러나, 리셋 드레인영역(20)상에 실리사이드 영역(32)을 저저항의 전극으로서 동시에 형성하여도 좋다.
제2실시예에 있어서, 실리사이드층(36)은 또한 리셋 드레인영역(20)상에 형성된다. 도4에 도시된 제2실시예에 따른 기본셀은 도2에 도시된 제1실시예에 따른 기본셀과의 차이점은, 실리사이드층(36)은 리셋 드레인영역(20)상에 형성된다는 것뿐이다. 즉, 실리사이드층(36) 이외의 구조는 제1 및 제2실시예에 따른 기본셀과 공통된다. 도2에 도시된 기본셀의 소자에 대응하는 소자에는 도4에 도시된 기본셀에서의 동일한 참조번호가 부여되었다.
리셋 드레인영역(20)상에 실리사이드층(36)을 형성함으로 인해 콘택트저항이 저감될 수 있다.
도4에 도시된 기본셀을 제조하는 방법은 도5의 a 및 도5의 b를 참조하여 이하 설명한다.
상기 방법은, 도2에 도시된 기본셀의 제조방법과 기본적으로는 동일하지만, SiO2막(34)의 형성만 다르다.
도3의 a 내지 도3의 b와 관련하여 기술된 공정은 제1실시예와 동일한 방법으로 실행된다.
그 후, 도5의 a에 도시된 바와 같이 SiO2막(34)이 광전 변환영역(14)이 리셋 드레인영역(20)상의 영역 및 표면에서 실리사이드화 될 영역에서, 부분적으로 제거된다. 즉, SiO2막(34)은 광전 변환영역(14)의 주변부에서 뿐만 아니라, 리셋 드레인영역(20) 상에서도 제거된다.
다음에, 도5의 b에 도시된 바와 같이, 티타늄(Ti)을 스퍼터링에 의해 40nm의 두께로, SiO2막(34)이 제거된 영역에서 광전 변환영역(14)상에, 그리고, 리셋 드레인영역(20)상에 퇴적된다. 그후, 티타늄은 1분동안 700℃의 온도로 가열되어, 광전 변환영역(14)의 주변부에서 실리사이드영역(32)과 리셋 드레인영역(20)상에서 실리사이드층(36)을 형성한다.
그 후, SiO2막(34)이 전체적으로 제거된다. 상기 리셋 게이트(18) 하부에 위치한 일부의 SiO2막(34)은 게이트절연막(16)이 된다.
그 후, 층간절연막, 배선층, 차광막 등이 형성된다. 그에따라, 도4에 도시된 기본셀이 완성된다.
상기의 제1 및 제2실시예에 있어서, 소스폴로어 증폭기(28)의 제2 MOS트랜지스터의 게이트는 광전 변환영역(14)에 접속하고 있지만, 상기 게이트가 광전 변환영역(14) 대신에 실리사이드영역(32)에 전기적으로 접속하더라도 좋다.
상기 제1 및 제2 실시예에 있어서, 본 발명에 의한 고체 촬상장치는 CMOS센서에 적용되지만, 본 분야의 당업자라면 본 발명은 CCD센서에도 적용할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본 발명의 고체 촬상장치는, 실리사이드화영역이 실리콘표면에 배치되어 있기 때문에, 스미어의 원인이 되는 빛이 회절 입사하는 간격이 존재하지않는다. 따라서, 광전 변환영역에는 스미어발생의 원인이 되는 빛의 입사가 차단된다.이 때문에, 빛의 회절효과에 의해 광전 변환영역의 주변영역에 입사한 빛에 의한 광전변환으로 발생한 가짜신호(의사신호)의 발생을 억제할 수 있다. 더욱이 ,이 가짜신호가 인접하는 다른 광전 변환영역, 또는 출력회로의 확산층에 트랩되어, 영상신호의 S/N비의 열화를 억제할 수 있다.

Claims (17)

  1. 제1 광전 변환영역(14)을 구비한 고체 촬상장치에 있어서,
    실리사이드로 이루어진 제2영역(32)을 포함하는 것으로서, 상기 제2영역은 상기 제1 영역(14)의 표면에서 상기 제1 영역(14)의 주변영역을 적어도 일부 형성하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 영역(14)상에 위치한 개구(23)를 구비한 차광막(22)을 더 포함하며, 상기 제2 영역(32)은 상기 개구를 통해 들어온 회절광이 상기 제1영역(14)에 입사하는것을 방지하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상장치.
  3. 제1항에 있어서,
    리셋 게이트(18)와 리셋 드레인영역(20)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상장치.
  4. 제2항에 있어서,
    리셋 게이트(18)와 리셋 드레인영역(20)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상장치.
  5. 제3항에 있어서,
    실리사이드로 이루어진 제3영역(36)을 더 포함하며, 상기 제3 영역은 상기 리셋 드레인영역(20)의 표면을 피복하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상장치.
  6. 제4항에 있어서,
    실리사이드로 이루어진 제3 영역(36)을 더 포함하며, 상기 제3 영역은 상기 리셋 드레인영역(20)의 표면을 피복하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고체 촬상장치는 CMOS센서 또는 CCD센서를 구성하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상장치.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 영역(32)은 내열성금속의 실리사이드로 구성된 것을 특징으로 하는 고체 촬상장치.
  9. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 제2 및 상기 제3 영역(32, 36)은 공통층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 고체 촬상장치.
  10. 고체 촬상장치 제조방법에 있어서,
    (a)실리콘기판(10)에 상기 실리콘기판(10)의 전기전도율과 반대인 전기전도율을 가진 제1광전 변환영역(14)을 형성하는 공정과, (b)상기 제1 영역(14)에 상기 제1영역(14)의 주변부를 형성하는 실리사이드로 구성된 제2 영역(32)을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상장치 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    (c)상기 실리콘기판(10)상에 리셋 게이트(18)를 형성하는 공정과, (d)상기 실리콘기판(10)내에 리셋 드레인영역(20)을 형성하는 공정을 포함하며, 상기 리셋 드레인(20)은 실리콘기판(10)의 전기전도율과 반대인 전기전도율을 갖는 것을 특징으로 하는 고체 촬상장치 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    실리콘기판(10) 내에 웰(12)을 형성하는 공정과, 상기 제1 영역(14)은 상기 웰(12)내에 형성되며, 상기 리셋 게이트(18)는 상기 웰(12)상에 형성되며, 상기 리셋 드레인영역(20)은 상기 웰(12)내에 형성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상장치제조방법.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공정(b)은 상기 제1 영역(14)의 주변부를 실리사이드화 함으로서 실시되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상장치 제조방법.
  14. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공정(b)은 내열금속막을 퇴적시키고, 그리고 상기 내열금속막을 가열함으로서 실시되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상장치 제조방법.
  15. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 영역(14)의 상부에 위치한 개구(23)를 구비한 차광막(22)을 형성하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상장치 제조방법.
  16. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    실리사이드로 구성되며, 상기 리셋 드레인영역(20)의 표면상에 제3영역(36)을 형성하는 공정를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상장치 제조방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제2 및 제3 영역(32, 36)은 동시에 형성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상장치 제조방법.
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