KR100697700B1 - Ｃｃｄ 고체촬상소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 CCD 고체촬상소자에 관한 것으로, 특히 공정을 단순화시켜 생산 수율을 증대시키고 난반사에 의한 부정확한 광 수집을 극복하고 인접한 셀로 빛이 입사되는 것을 방지할 수 있는 CCD 고체촬상소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 CCD 고체촬상소자를 이루는 구성수단은 반도체 기판과 상기 반도체 기판의 표면에 형성된 N형 불순물층과 BCCD층을 구비한 CCD 고체촬상소자에 있어서, 상기 N형 불순물층과 BCCD층 상부에 제1 보호막이 형성되고, 상기 BCCD층 상부의 제1 보호막 상에 폴리 실리콘전극이 마련되고, 상기 폴리 실리콘전극 상에 제2 보호막이 씌어지며, 상기 제2 보호막 상에 BPSG막이 적층되고, 상기 BPSG막 상에 상기 N형 불순물층 쪽이 개방되도록 금속 차광막이 씌어지며, 그 상부에 패시베이션막 또는 평탄화막이 형성되는 것을 특징으로 한다.
CCD, 고체촬상소자

Description

ＣＣＤ 고체촬상소자 및 그 제조방법{APPARATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING Charge-Coupled Device}
도 1은 종래의 일반적인 허니컴 구조의 CCD 고체촬상소자의 평면도이다.
도 2는 종래의 CCD 고체촬상소자에서 하나의 픽셀에 대한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 적용되는 CCD 고체촬상소자의 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따라 적용되는 CCD 고체촬상소자의 제조 공정 순서도이다.
본 발명은 CCD 고체촬상소자에 관한 것으로, 특히 공정을 단순화시키거나 변경하여 생산 수율을 증대시키고 난반사에 의한 부정확한 광 수집을 극복하고 인접한 셀로 빛이 입사되는 것을 방지할 수 있는 CCD 고체촬상소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
도 1은 종래의 허니컴 구조를 가지는 CCD 고체촬상소자 평면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, CCD 고체촬상소자는 반도체 기판(1)의 표면에 설정되는 감광부(10)와 상기 감광부(10) 외측에 형성되는 인터페이스부(60)와 상기 인터페이스부(60)의 외측에 형성되는 출력전송로(70)와 상기 출력전송로(70) 일단 에 연접되는 출력부(80)으로 이루어져 있다.
상기 감광부(10)는 8개의 광전변환소자 열(20)과 8개의 광전변환소자 행(21)과 4개의 수직전송 CCD(30)와 32개의 독출게이트 영역(40)으로 이루어져 상기 반도체 기판(1)상에 형성되어 있다.
상기 각각의 광전변환소자 열(20)은 P형 웰 내의 N형 영역에 구성된 4개의 광전변환소자(22)로 이루어지고, 각각의 광전변환소자 행(21)도 4개의 광전변환소자(22)로 이루어진다.
상기 각각의 수직전송 CCD(30)는 상기 반도체 기판(1)의 표면에 형성되는 P형 웰 내의 N형 영역에 구성된 하나의 전하전송 채널(미도시)과 평면상에서 볼 때 상기 전하전송 채널을 가로지르고 상기 반도체 기판(1) 상의 전기절연막 위에 형성되는 5개의 제1 전송전극(32)과 평면상에서 볼 때 상기 전하전송 채널을 가로지르고 상기 반도체 기판(1) 상의 전기절연막 위에 형성되는 4개의 제2 전송전극(33)을 포함하여 이루어진다. 예를 들면, 상기 제1 전송전극(32)들은 제1 폴리실리콘층에 형성되고 상기 제2 전송전극(33)은 제2 폴리실리콘층에 형성된다. 상기 제1 전송전극과 제2 전송전극들은 전하전송 채널을 따라 교대로 형성된다.
상기 각각의 독출게이트 영역(40)은 도 1에서 빗금친 부분에 해당하고, 이들은 지그재그로 형성되어 있다.
상기 조정부(60)는 상기 수직전송 CCD(30)를 구성하고 있는 상기 전하전송 채널의 일단에 연결된 12개의 전하전송 스테이지를 가진다. 상기 각각의 전하전송 스테이지는 상기 전하전송 채널에 이어지는 조정부용 전하전송 채널(미도시)과 평 면상에서 볼 때 상기 조정부용 전하전송 채널을 가로지르고 상기 반도체 기판(1) 상에 형성되는 3개의 전송전극(61, 62, 63) 중 하나를 포함하여 구성된다.
도 2는 상기와 같은 CCD 고체촬상소자에서 하나의 픽셀을 절단한 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 일반적인 CCD 고체촬상소자(200)의 포토다이오드(PD) 영역은 N형 반도체 기판(110) 상에 불순물 주입법 등을 사용해서 두께 약 3㎛의 제1 P웰(111)층이 형성된다. 그리고 상기 제1 P웰(111) 상측에 N형 불순물층(PDN)(113)이 형성되고, 상기 N형 불순물층(113) 표면에 P형 불순물층(114)이 형성된다.
상기 P형 불순물층(114)은 포토다이오드의 표면에서 발생하는 전자들이 포토다이오드 영역으로 유입되는 것을 방지하기 위하여 강한 P+로 형성되어 있다. 그리고 상기 P형 불순물층(114) 하측에 형성된 N형 불순물층(113)은 전자를 축적하기 위해 N형으로 이온주입된다.
한편, 블루밍(Blooming)과 셔터(Shutter Control)를 조절하는 제1 P웰(111)이 상기 N형 불순물층(113) 아래에 형성되는데, 상기 제1 P웰(111)이 깊을수록 빛을 축적하는 영역이 커지기 때문에 감도가 높아진다.
상기 제1 P웰(111)에 포텐셜 장벽을 만들어 전자를 포토다이오드 영역에 모으면서 과잉 전자에 대해서는 N형 반도체 기판(110)으로 뺄 수 있도록 도즈(Dose)로 조절한다.
상기 제1 P웰(111)이 깊을수록 포토다이오드 영역은 깊이 방향으로 커지게 되어 상대적으로 많은 전자를 모으는 효과가 있어 감도가 커지게 된다. 그러나, 너무 깊게 되면 RED 빛 뿐만 아니라 적외선에 의해 전자가 발생되므로 오히려 색 재현에 나쁜 영향을 줄 수 있다. 따라서 최적의 에너지와 도즈(Dose)로 상기 제1 P웰(111)에 이온주입을 해야한다.
상기 N형 반도체 기판(110) 위의 제1 P웰(111) 상에는 상기 N형 불순물층(113)에 소정간격 이격된 별도의 제2 P웰(115)층이 형성된다. 그리고 상기 제2 P웰층(115)의 표면부위에는 BCCD(Buried CCD)(118)가 형성되어 있다. 상기 BCCD(118)는 폴리실리콘전극(141, 143)에 인가되는 전압에 따라 전자를 축적하여 전송한다.
그리고, 상기 N형 불순물층(113)과 상기 제2 P웰층(115) 사이에는, 이들의 상호 연결을 위한 트랜스퍼 게이트(Transfer Gate : TG)(119)와 인접한 셀로 전자가 넘어가는 것을 방지하기 위한 채널스톱영역(CST)(117)이 형성된 구조로 되어 있다.
상기 구조를 형성시킨 후에는 상기 N형 불순물층(113)과 상기 제2 P웰층(115)을 포함한 상부면에 제1 보호막(121)을 형성시킨다. 그리고, 상기 제2 P웰층(115) 상부측에 폴리 실리콘전극(141, 143)을 CVD(Chemical Vapor Deposition)법을 사용하여 형성한다.
상기 폴리 실리콘 전극(141, 143)을 형성한 후에는, 그 상부에 제2 보호막(123)을 씌운다. 그런 다음, 상기 제2 보호막(123) 상면에 금속 차광막(124)을 형성시킨다. 상기 금속 차광막(124)은 상기 N형 불순물층(113)이 개방될 수 있도록 에칭에 의하여 형성된다.
상기 N형 불순물층(113)을 개방시킨 금속 차광막(124)을 형성한 후에는, 그 상부에 BPSG(Boron Phosphorus Silicate Glass)(125)를 퇴적시킨다. 그리고 상기 BPSG(Boron Phosphorus Silicate Glass)(125) 상부면에 패시베이션막 및 평탄화막(126)을 형성시키고 평탄화를 수행한 다음 그 상부에 칼라필터(130)를 형성시킨다.
상기와 같은 종래의 CCD 고체촬상소자에 의하면, 금속 차광막 상에 BPSG를 퇴적시키기 때문에 BPSG는 굴곡이 심해지게 된다. 따라서, 개방된 N형 불순물층 쪽을 향하여 입사되는 광은 상기 굴곡이 심한 BPSG막에 의하여 난반사를 일으키는 문제점이 발생한다.
또한, 상기 난반사에 의하여 광을 정상적으로 수집할 수 없고, 특정 픽셀에 인접한 픽셀에 빛이 입사될 수 있어 화질이 나빠지는 문제점이 발생한다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, CCD 고체촬상소자 제조 공정을 단순화 및 변경하여 생산 수율을 증대시키고 난반사에 의한 부정확한 광 수집을 극복하고 인접한 픽셀로 빛이 입사되는 것을 방지할 수 있는 CCD 고체촬상소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 제안된 본 발명인 CCD 고체촬상소자를 이루는 구성수단은 반도체 기판과 상기 반도체 기판의 표면에 형성된 N형 불순물층과 BCCD층을 구비한 CCD 고체촬상소자에 있어서, 상기 N형 불순물층과 BCCD층 상부에 제1 보호막이 형성되고, 상기 BCCD층 상부의 제1 보호막 상에 폴리 실리콘전극이 마련되고, 상기 폴리 실리콘전극 상에 제2 보호막이 씌어지며, 상기 제2 보호막 상에 BPSG막이 적층되고, 상기 BPSG막 상에 상기 N형 불순물층 쪽이 개방되도록 금속 차광막이 씌어지며, 그 상부에 패시베이션막 또는 평탄화막이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 보호막 또는 제2 보호막은 SiO2, SiON, SiN 중 하나로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 금속 차광막은 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 티탄(Ti), 텅스텐실리사이드(WSi), 몰리브덴실리사이드(MoSi), 티탄실리사이드(TiSi) 중 하나로 형성되거나, 적어도 두개 이상 적층되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
한편, 또 다른 본 발명인 CCD 고체촬상소자 제조방법을 이루는 구성수단은, 반도체 기판과 상기 반도체 기판의 표면에 형성된 N형 불순물층과 BCCD층을 구비한 CCD 고체촬상소자를 제조하는 방법에 있어서, 상기 N형 불순물층과 BCCD층 상에 제1 보호막을 형성하는 단계와, 상기 BCCD층 상부의 제1 보호막 상에 두개의 폴리 실리콘전극을 형성하고, 그 상부에 제2 보호막을 형성시키는 단계와, 상기 제1 보호막과 상기 제2 보호막 상에 소정 두께의 BPSG막을 형성시키는 단계와, 상기 BPSG막 상에 상기 N형 불순물층이 개방되도록 금속 차광막을 형성시키는 단계와, 상기 금속 차광막 상에 평탄화된 패시베이션막 또는 평탄화막을 형성시키는 단계를 포함하 여 이루어진 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 금속 차광막을 형성시키는 단계는, 텅스텐 또는 텅스텐실리사이드를 스퍼터 또는 CVD법을 사용하여 소정 두께만큼 증착시키는 과정과, 에칭에 의하여 상기 N형 불순물층 쪽을 개방시키는 과정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 패시베이션막 또는 평탄화막은 CMP(chemical mechanical polishing)법에 의하여 평탄화시키는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상기와 같은 구성수단으로 이루어져 있는 본 발명인 CCD 고체촬상소자 및 그 제조방법에 관한 작용 및 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 적용되는 CCD 고체촬상소자에서 하나의 픽셀에 대한 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명인 CCD 고체촬상소자(300)는 N형 반도체 기판(210) 상에 불순물 주입법 등을 사용해서 두께 약 3㎛의 제1 P웰(211)층이 형성된다. 그리고 상기 제1 P웰(211) 상측에 N형 불순물층(PDN)(213)이 형성되고, 상기 N형 불순물층(213) 표면에 P형 불순물층(214)이 형성된다.
상기 P형 불순물층(214)은 포토다이오드의 표면에서 발생하는 전자들이 포토다이오드 영역으로 유입되는 것을 방지하기 위하여 강한 P+로 형성되어 있다. 그리고 상기 P형 불순물층(214) 하측에 형성된 N형 불순물층(213)은 전자를 축적하기 위해 N형으로 이온주입된다.
상기 N형 반도체 기판(210) 위의 제1 P웰(211) 상에는 상기 N형 불순물층(213)에 소정간격 이격된 별도의 제2 P웰(215)층이 형성된다. 그리고 상기 제2 P웰층(215)의 표면부위에는 BCCD(Buried CCD)층(218)이 형성되어 있다. 상기 BCCD층(218)은 폴리 실리콘전극(241, 243)에 인가되는 전압에 따라 전자를 축적하여 전송한다.
그리고, 상기 N형 불순물층(213)과 상기 제2 P웰층(215) 사이에는, 이들의 상호 연결을 위한 트랜스퍼 게이트(Transfer Gate : TG)(219)와 인접한 셀로 전자가 넘어가는 것을 방지하기 위한 채널스톱영역(CST)(217)이 형성된 구조로 되어 있다.
상기 구조를 형성시킨 후에는 상기 N형 불순물층(213)과 상기 제2 P웰층 (215) 표면에 마련되는 BCCD(218)층을 포함한 상부면에 제1 보호막(221)이 형성된다. 상기 제1 보호막(221)은 SiO2, SiON, SiN 중 하나로 형성되거나, 상기 SiO2, SiON, SiN 중 적어도 두개 이상을 적층시켜 형성되는 것이 바람직하다.
상기 BCCD(218)층 상부의 제1 보호막(221) 상에는 두개의 폴리 실리콘전극(241, 243)이 일부 오버랩된 상태로 마련된다. 상기 폴리 실리콘전극(241, 243)은 CVD(Chemical Vapor Deposition)법과 에칭에 의하여 형성한다.
상기 폴리 실리콘 전극(241, 243)상부에는 얇은 제2 보호막(223)을 씌워진다. 상기 제2 보호막(223)은 SiO2, SiON, SiN 중 하나로 형성되거나, 상기 SiO2, SiON, SiN 중 적어도 두개 이상을 적층시켜 형성되는 것이 바람직하다.
상기 제2 보호막(223) 상에는 BPSG막(225)(Boron Phosphorus Silicate Glass)이 소정 두께로 형성된다. 상기 BPSG막(225)은 상기 제2 보호막(223)뿐만 아니라 상기 제1 보호막(221)의 상면에 걸쳐 퇴적된다. 상기 BPSG막(225)은 상기 폴리 실리콘전극(241, 243)이 형성되는 쪽은 볼록한 형상을 가지고 상기 N형 불순물층(213)이 형성되는 쪽은 오목한 형상을 가진다.
상기 BPSG(225)막의 오목한 형상을 하고 있는 부분의 굴곡 정도는 금속 차광막(224) 상에 BPSG막(225)을 증착하는 경우보다 더 완만하다. 따라서, 입사하는 광의 난반사가 적어지기 때문에 정상적인 광 수집을 할 수 있고 , 입사되는 광의 굴절이 작아 특정 픽셀에 인접하는 픽셀에 빛이 들어가는 것을 방지할 수 있다.
상기 BPSG막(225) 상에는 금속 차광막(224)이 형성되는데, 상기 N형 불순물층(213) 쪽이 개방될 수 있도록 형성된다. 상기 금속 차광막(224)은 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 티탄(Ti) 중 하나로 형성하거나, 상기 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 티탄(Ti) 중에 적어도 두개를 적층하여 형성할 수 있다. 또한, 텅스텐실리사이드(WSi), 몰리브덴실리사이드(MoSi), 티탄실리사이드(TiSi) 중 하나로 형성되거나, 적어도 두개 이상 적층되어 형성될 수도 있다.
한편, 상기 금속 차광막(224)의 상면에는 평탄화된 패시베이션막 또는 평탄화막(226)이 형성되고, 상기 평탄화된 상부면에 칼라필터 패턴(230)이 형성된다.
도 4는 상기와 같은 구조를 가지는 CCD 고체촬상소자의 제조공정 순서도이다. 이를 참조하여 특징적인 공정에 대해서 상세하게 설명하다.
먼저, 반도체 기판(210) 상에 N형 불순물층(213)과 BCCD층(218)을 포함한 불순물 층과 웰 층을 형성시킨다. 이에 대해서는 전술한 바와 동일한 과정을 따르기 때문에 생략한다.
다음, 상기 N형 불순물층(213)과 상기 BCCD층(218) 상에 SiO2, SiON, SiN 중 하나 또는 상기 SiO2, SiON, SiN 중 적어도 두개 이상을 적층시켜 제1 보호막(221)을 형성시킨다. 그리고, 상기 BCCD층(218) 상부의 제1 보호막(221) 상에 두개의 폴리 실리콘전극(241, 243)을 증착과 에칭에 의하여 형성하고, 그 상부에 SiO2, SiON, SiN 중 하나 또는 상기 SiO2, SiON, SiN 중 적어도 두개 이상을 적층시켜 제2 보호막(223)을 형성시킨다.
상기와 같은 공정에 의하여 상기 제2 보호막(223)이 형성된 후에는, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 상기 제2 보호막(223)과 상기 제1 보호막(221) 상에 소정 두께의 BPSG막(225)을 형성시킨다.
상기 BPSG막(225)을 적층시키게 되면, 상기 제2 보호막(223)이 형성된 쪽은 볼록한 형상을 가지고 상기 개방된 N형 불순물층(213) 쪽은 오목한 형상을 가진다. 상기 BPSG막(225)은 오목한 형상 부분의 굴곡을 크게 하기 위해서는 두껍게 적층하고 굴곡을 작게 하기 위해서는 얇게 적층하는 것이 바람직하다.
다음, 상기 BPSG막(225) 상에 금속 차광막(224)을 형성시킨다. 상기 금속 차광막(224)은 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 N형 불순물층(213)층 쪽 부분이 개방될 수 있도록 에칭에 의하여 형성된다.
즉, 상기 금속 차광막(224)은 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 티탄(Ti), 텅스텐실 리사이드(WSi), 몰리브덴실리사이드(MoSi), 티탄실리사이드(TiSi) 중 하나 또는 적어도 두개 이상을 스퍼터(sputter) 또는 CVD(Chemical Vapor Deposition)법을 사용하여 소정 두께만큼 상기 BPSG막(225) 상부에 걸쳐 증착시키고, 상기 N형 불순물층(213) 쪽의 상부를 개방시키기 위하여 상기 N형 불순물층(213) 쪽의 금속 차광막(224) 부분을 에칭에 의하여 제거함으로써 형성된다.
상기와 같이 금속 차광막(224)이 형성되면, 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 금속 차광막(224) 상부에 패시베이션막 또는 평탄화막(226)을 소정 두께로 형성한다. 그리고 그 상부에 칼라필터 패턴(230)을 형성시킨다. 상기 패시베이션막 또는 평탄화막(226)은 CMP(chemical mechanical polishing)법에 의하여 평탄화시킨다.
상기와 같이, 제2 보호막(223) 상에 금속 차광막(224)을 형성시킨 다음 상기 금속 차광막(224) 상에 BPSG막(225)을 형성시키는 것이 아니라, 상기 제2 보호막(223) 상에 바로 BPSG막(225)을 형성시킴으로써, BPSG막(225)의 오목 형상 부분의 굴곡을 작게 할 수 있다.
상기와 같은 구성 및 작용 그리고 바람직한 실시예를 가지는 본 발명인 CCD 고체촬상소자 및 그 제조방법에 의하면, 제조 공정을 단순화 또는 변경시켜 입사광의 굴절을 최소화하여 난반사를 감소시키는 효과가 있다.
또한, 난반사를 감소기킴으로써 광을 정상적으로 수집할 수 있고, 인접한 픽 셀에 빛이 들어가는 것을 막아 화질이 떨어지는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 반도체 기판과 상기 반도체 기판의 표면에 형성된 N형 불순물층과 BCCD층을 구비한 CCD 고체촬상소자에 있어서,
    상기 N형 불순물층과 BCCD층 상부에 제1 보호막이 형성되고, 상기 BCCD층 상부의 제1 보호막 상에 폴리 실리콘전극이 마련되고, 상기 폴리 실리콘전극 상에 제2 보호막이 씌어지며, 상기 제2 보호막 상에 BPSG막이 적층되고, 상기 BPSG막 상에 상기 N형 불순물층 쪽이 개방되도록 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 티탄(Ti), 텅스텐실리사이드(WSi), 몰리브덴실리사이드(MoSi), 티탄실리사이드(TiSi) 중 하나 또는 적어도 두개 이상으로 금속 차광막이 씌어지며, 그 상부에 패시베이션막 또는 평탄화막이 형성되는 것을 특징으로 하는 CCD 고체촬상소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 보호막 또는 제2 보호막은 SiO2, SiON, SiN 중 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 CCD 고체촬상소자.
  3. 삭제
  4. 반도체 기판과 상기 반도체 기판의 표면에 형성된 N형 불순물층과 BCCD층을 구비한 CCD 고체촬상소자를 제조하는 방법에 있어서,
    상기 N형 불순물층과 BCCD층 상에 제1 보호막을 형성하는 단계와;
    상기 BCCD층 상부의 제1 보호막 상에 두개의 폴리 실리콘전극을 형성하고, 그 상부에 제2 보호막을 형성시키는 단계와;
    상기 제1 보호막과 상기 제2 보호막 상에 소정 두께의 BPSG막을 형성시키는 단계와;
    상기 BPSG막 상에 상기 N형 불순물층이 개방되도록, 텅스텐 또는 텅스텐실리사이드를 스퍼터 또는 CVD법을 사용하여 소정 두께만큼 증착시킨 후, 에칭에 의하여 상기 N형 불순물층 쪽을 개방시켜 금속 차광막을 형성시키는 단계와;
    상기 금속 차광막 상에 CMP(chemical mechanical polishing)법으로 평탄화된 패시베이션막 또는 평탄화막을 형성시키는 단계를 포함하여 이루어진 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 CCD 고체촬상소자 제조방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
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