KR100671140B1 - 고체 촬상 소자의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판의 표면을 굴곡지게 함으로써 전하 전송 영역 및 포토다이오드 영역의 면적을 최대한 확보하여 감도를 향상시키고 금속 차광층의 옆으로 오는 빛을 차단하여 스미어 현상을 방지하도록 한 고체 촬상 소자의 제조방법에 관한 것으로서, 반도체 기판의 표면에 일정한 간격을 갖는 국부 산화막을 형성하는 단계와, 상기 국부 산화막을 제거하여 반도체 기판의 표면이 굴곡지게 형성하는 단계와, 상기 표면이 굴곡된 반도체 기판의 표면내에 웰 영역을 형성하는 단계와, 상기 웰 영역내에 채널 스톱 이온을 주입하여 각각의 영역들을 전기적으로 분리하기 위한 채널 스톱층을 형성하는 단계와, 상기 웰 영역내의 채널 스톱층이 형성되는 않은 부분에 전하 전송 영역을 형성하는 단계와, 상기 전하 전송 영역 사이의 웰 영역내에 포토다이오드 영역을 형성하는 단계와, 상기 전하 전송 영역에 대응하도록 반도체 기판상에 게이트 절연막을 개재하여 폴리 게이트를 형성하는 단계를 포함하여 형성함을 특징으로 한다.

고체 촬상 소자

Description

고체 촬상 소자의 제조방법{Method for Manufacturing of Solid State Image Sensing Devive}

도 1a 내지 도 1e는 종래의 고체 촬상 소자의 제조방법을 나타낸 공정단면도

도 2a 내지 도 2f는 본 발명에 의한 고체 촬상 소자의 제조방법을 나타낸 공정단면도

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

31 : N형 반도체 기판 32 : 국부 산화막

33 : P-웰 영역 34 : 채널 스톱층

35 : 전하 전송 영역 36 : 포토레지스트층

37 : 포토다이오드 영역 38 : 게이트 절연막

39 : 폴리 게이트 40 : IPO막

41 : HLD막 42 : 금속 차광층

43 : 층간 절연막 44 : 평탄화막

45 : 마이크로 렌즈

본 발명은 고체 촬상 소자에 관한 것으로, 특히 CCD(Charge Coupled Device)의 감도를 향상시키고 스미어(Smear)현상을 방지하도록 한 고체 촬상 소자의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 고체 촬상 소자는 광전 변환 소자와 전하 결합 소자를 사용하여 피사체를 촬상하여 전기적인 신호로 출력하는 장치를 말한다.

전하 결합 소자는 마이크로 렌즈를 통하여 칼라필터층을 거처 광전 변환 소자(포토 다이오드)에서 생성되어진 신호 전하를 기판내에서 전위의 변동을 이용하여 특정 방향으로 전송하는데 사용된다.

고체 촬상 소자는 복수개의 광전 변환 영역(PD)과, 그 광전 변환 영역들의 사이에 구성되어 상기의 광전 변환 영역에서 생성되어진 전하를 수직 방향으로 전송하는 수직 전하 전송 영역(VCCD : Vertical CCD)과, 상기 수직 전하 전송 영역에 의해 수직 방향으로 전송된 전하를 다시 수평 방향으로 전송하는 수평 전하 전송 영역(HCCD : Horizontal CCD)과, 그리고 상기 수평 전송된 전하를 센싱하고 증폭하여 주변 회로로 출력하는 플로우팅 디퓨전 영역으로 크게 구성된다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래의 고체 촬상 소자의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

도 1a 내지 도 1e는 종래의 고체 촬상 소자의 제조방법을 나타낸 공정단면도이다.

도 1a에 도시한 바와 같이, N형 반도체 기판(11)의 표면내에 P-웰 영역(12)을 형성한다.

이어, 상기 P-웰 영역(12)내에 고농도의 P형 채널 스톱 이온을 주입하여 각각의 영역들을 전기적으로 분리하기 위한 채널 스톱층(CST)(13)을 형성한다.

그리고, 상기 채널 스톱층(13)이 형성된 P-웰 영역(12)내에 선택적으로 반도체 기판(11)과 동일 도전형의 불순물을 주입하여 전하 전송 영역(BCCD)(14)을 형성한다.

도 1b에 도시한 바와 같이, 상기 채널 스톱층(13), 전하 전송 영역(14)이 형성된 반도체 기판(11)의 전면에 포토레지스트층(15)을 도포한 후, 노광 및 현상공정을 실시하여 포토 다이오드 영역들이 형성될 부분만 제거되도록 패터닝한다.

그리고 상기 패터닝된 포토레지스트층(15)을 마스크로 이용하여 포토다이오드 영역(PDN)을 형성하기 위한 PDN 이온 주입을 선택적으로 실시한다.

도 1c에 도시한 바와 같이, 상기 PDN 이온 주입 공정에서 마스크로 사용된 포토레지스트층(15)을 제거하고, 상기 반도체 기판(11)을 어닐하여 PDN 이온 주입된 영역을 확산시켜 포토다이오드 영역(PDN)(16)들을 형성한다.

도 1d에 도시한 바와 같이, 상기 반도체 기판(11)의 전면에 ONO막으로 이루어진 게이트 절연막(17)을 형성하고, 상기 게이트 절연막상에 폴리 실리콘층을 형성한 후 상기 전하 전송 영역(14)들 상측에만 남도록 패터닝하여 폴리 게이트(18)를 형성한다.

여기서 상기 폴리 게이트(18)는 절연층(도면에는 도시되지 않음)에 의해 서로 분리 구성되어 인가되는 클럭 신호에 의해 영상 전하를 일방향으로 이동시키는 제 1, 제 2 폴리 게이트를 형성한다.

한편, 상기 제 1, 제 2 폴리 게이트에서 어느 한 폴리 게이트는 도시도지 않았고, 상기 제 1, 제 2 폴리 게이트들은 서로 오버랩되고 트랜스퍼 클럭 신호가 인가되는 폴리 게이트는 상기 포토다이오드 영역(16)에 일부분이 오버랩되게 형성한다.

도 1e에 도시한 바와 같이, 상기 폴리 게이트(18)의 표면에 IPO(Inter Poly Oxide)막(19)을 형성하고, 전면에 HLD(High temperature Low pressure Deposition)막(20)을 형성하며, 상기 HLD막(20)상에 상기 포토다이오드 영역(16)들 이외의 영역에 빛이 조사되는 것을 방지하기 위하여 상기 폴리 게이트(18)를 감싸도록 금속 차광층(21)을 형성한다.

이어, 상기 금속 차광층(21)을 포함한 반도체 기판(11)의 전면에 층간 절연막(22) 및 평탄화막(23)을 차례로 형성하고, 상기 평탄화막(23)상에 상기 전하 전송 영역(14)과 대응하게 마이크로 렌즈(24)를 형성한다.

그러나 상기와 같은 종래의 고체 촬상 소자의 제조방법은 다음과 같은 문제점이 있었다.

첫째, 기판의 표면이 평탄하여 전하 전송 영역 및 포토다이오드 영역을 형성하기 위한 이온주입시 최대한 면적 확보가 힘들어 감도가 저하된다.

둘째, 금속 차광층의 옆으로 오는 빛에 대해서는 차단 효과가 떨어져 스미어 현상이 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 기판 의 표면을 굴곡지게 함으로써 전하 전송 영역 및 포토다이오드 영역의 면적을 최대한 확보하여 감도를 향상시키고 금속 차광층의 옆으로 오는 빛을 차단하여 스미어 현상을 방지하도록 한 고체 촬상 소자의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 고체 촬상 소자의 제조방법은 반도체 기판의 표면에 일정한 간격을 갖는 국부 산화막을 형성하는 단계와, 상기 국부 산화막을 제거하여 반도체 기판의 표면이 굴곡지게 형성하는 단계와, 상기 표면이 굴곡된 반도체 기판의 표면내에 웰 영역을 형성하는 단계와, 상기 웰 영역내에 채널 스톱 이온을 주입하여 각각의 영역들을 전기적으로 분리하기 위한 채널 스톱층을 형성하는 단계와, 상기 굴곡된 반도체 기판의 돌출부를 포함하는 상기 웰 영역내의 채널 스톱층이 형성된 영역 사이의 부분에 전하 전송 영역을 형성하는 단계와, 상기 전하 전송 영역 사이의 웰 영역내에 포토다이오드 영역을 형성하는 단계와, 상기 전하 전송 영역에 대응하도록 반도체 기판상에 게이트 절연막을 개재하여 폴리 게이트를 형성하는 단계를 포함하여 형성함을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 고체 촬상 소자의 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2a 내지 도 2f는 본 발명에 의한 고체 촬상 소자의 제조방법을 나타낸 공정단면도이다.

도 2a에 도시한 바와 같이, N형 반도체 기판(31)에 국부산화(LOCOS)공정을 실시하여 반도체 기판의 표면에 국부 산화막(32)을 형성한다.

여기서 상기 국부산화공정은 반도체 기판상에 산화막과 질화막을 차례로 형성한 후 포토리소그래픽 공정 및 식각공정으로 질화막과 산화막을 선택적으로 제거하여 질화막 패턴과 산화막을 패턴을 형성하고, 상기 질화막 패턴을 마스크로 이용하여 노출된 반도체 기판의 표면에 국부산화공정을 실시하여 국부 산화막(32)을 형성한다.

도 2b에 도시한 바와 같이, 상기 국부 산화막(32)을 습식식각으로 제거하여 상기 반도체 기판(31)의 표면이 굴곡부를 갖도록 한다.

여기서 상기 국부 산화막(32)을 형성한 후 제거하여 반도체 기판(31)의 표면이 굴곡부가 갖도록 하지 않고, 상기 반도체 기판(31)을 선택적으로 제거하여 표면으로부터 소정깊이를 갖는 복수개의 트랜치를 형성하여 반도체 기판(31)의 표면을 요철(凹凸)형태로 형성할 수도 있다.

도 2c에 도시한 바와 같이, 상기 표면에 굴곡부가 형성된 반도체 기판(31)의 표면내에 P-웰 영역(33)을 형성한다.

이어, 상기 P-웰 영역(33)내에 채널 스톱 이온을 주입하여 각각의 영역들을 전기적으로 분리하기 위한 채널 스톱층(CST)(34)을 형성한다.

그리고 상기 채널 스톱층(34)이 형성된 P-웰 영역(33)내에 선택적으로 반도체 기판(31)과 동일 도전형의 불순물을 주입하여 전하 전송 영역(BCCD)(35)을 형성한다.

여기서 상기 전하 전송 영역(35)은 굴곡부를 따라 형성됨으로 그 면적을 종래 보다 넓힐 수 있다.

도 2d에 도시한 바와 같이, 상기 채널 스톱층(34), 전하 전송 영역(35)이 형성된 반도체 기판(31)의 전면에 포토레지스트층(36)을 도포한 후, 노광 및 현상공정을 실시하여 포토 다이오드 영역들이 형성될 부분만 제거되도록 패터닝한다.

그리고 상기 패터닝된 포토레지스트층(36)을 마스크로 이용하여 포토다이오드 영역(PDN)을 형성하기 위한 PDN 이온 주입을 선택적으로 실시한다.

도 2e에 도시한 바와 같이, 상기 PDN 이온 주입 공정에서 마스크로 사용된 포토레지스트층(36)을 제거하고, 상기 반도체 기판(31)을 어닐하여 PDN 이온 주입된 영역을 확산시켜 포토다이오드 영역(37)들을 형성한다.

도 2f에 도시한 바와 같이, 상기 반도체 기판(31)의 전면에 ONO막으로 이루어진 게이트 절연막(38)을 형성하고, 상기 게이트 절연막상에 폴리 실리콘층을 형성한 후 상기 전하 전송 영역(35)상에만 남도록 패터닝하여 폴리 게이트(39)를 형성한다.

여기서 상기 폴리 게이트(39)는 절연층(도면에는 도시되지 않음)에 의해 서로 분리 구성되어 인가되는 클럭 신호에 의해 영상 전하를 일방향으로 이동시키는 제 1, 제 2 폴리 게이트를 형성한다.

한편, 상기 제 1, 제 2 폴리 게이트에서 어느 한 폴리 게이트는 도시도지 않았고, 상기 제 1, 제 2 폴리 게이트들은 서로 오버랩되고 트랜스퍼 클럭 신호가 인가되는 폴리 게이트는 상기 포토다이오드 영역(37)에 일부분이 오버랩되게 형성한다.

이어, 상기 폴리 게이트(39)의 표면에 IPO막(40)을 형성하고, 전면에 HLD막(41)을 형성하며, 상기 HLD막(41)상에 상기 포토다이오드 영역(37)들 이외의 영역에 빛이 조사되는 것을 방지하기 위하여 상기 폴리 게이트(39)를 감싸도록 금속 차광층(42)을 형성한다.

여기서 상기 금속 차광층(42)은 굴곡진 부분의 골에 형성되어 옆에서 들어오는 빛까지 차단한다.

이어, 상기 금속 차광층(42)을 포함한 반도체 기판(31)의 전면에 층간 절연막(43) 및 평탄화막(44)을 형성하고, 상기 평탄화막(44)상에 상기 전하 전송 영역(35)과 대응하게 마이크로 렌즈(45)를 형성한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 고체 촬상 소자의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 기판의 표면을 굴곡지게 하여 전하 전송 영역 및 포토다이오드 영역을 최대한으로 넓힘으로써 감도를 향상시킬 수 있다.

둘째, 금속 차광층의 양단이 굴곡에 의해 골지역에 형성됨으로써 옆에서 들어오는 빛에 대한 차단 효과를 극대화시키어 스미어 현상을 방지할 있다.

Claims (3)

1. 반도체 기판의 표면에 일정한 간격을 갖는 국부 산화막을 형성하는 단계;

   상기 국부 산화막을 제거하여 반도체 기판의 표면이 굴곡지게 형성하는 단계;

   상기 표면이 굴곡된 반도체 기판의 표면내에 웰 영역을 형성하는 단계;

   상기 웰 영역내에 채널 스톱 이온을 주입하여 각각의 영역들을 전기적으로 분리하기 위한 채널 스톱층을 형성하는 단계;

   상기 굴곡된 반도체 기판의 돌출부를 포함하는 상기 웰 영역내의 채널 스톱층이 형성된 영역 사이의 부분에 전하 전송 영역을 형성하는 단계;

   상기 전하 전송 영역 사이의 웰 영역내에 포토다이오드 영역을 형성하는 단계;

   상기 전하 전송 영역에 대응하도록 반도체 기판상에 게이트 절연막을 개재하여 폴리 게이트를 형성하는 단계를 포함하여 형성함을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 국부 산화막은 습식식각으로 제거하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조방법.
3. 반도체 기판을 선택적으로 제거하여 표면으로부터 소정깊이를 갖는 복수개의 트랜치를 형성하여 반도체 기판의 표면을 요철(凹凸)형태로 형성하는 단계;

   상기 반도체 기판의 표면내에 웰 영역을 형성하는 단계;

   상기 웰 영역내에 채널 스톱 이온을 주입하여 각각의 영역들을 전기적으로 분리하기 위한 채널 스톱층을 형성하는 단계;

   상기반도체 기판의 돌출부를 포함하는 상기 웰 영역내의 채널 스톱층이 형성된 영역 사이의 부분에 전하 전송 영역을 형성하는 단계;

   상기 전하 전송 영역 사이의 웰 영역내에 포토다이오드 영역을 형성하는 단계;

   상기 전하 전송 영역에 대응하도록 반도체 기판상에 게이트 절연막을 개재하여 폴리 게이트를 형성하는 단계; 및

   상기 폴리 게이트의 상부 및 측면부를 감싸도록 금속 차광층을 형성하는 단계를 포함하여 형성함을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조방법.

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