KR19980019807A - 스미어 억제형 고체촬상소자 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스미어 억제형 고체촬상소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 반도체 기판에 매트릭스 형상으로 배치되어 형성된 복수의 광전변환부분들; 상기 광전변환부분들로부터 전송된 신호전하를 전송하기 위한 복수의 수직전하전송단들; 상기 각 광전변환부분들의 수광부위를 제외한 나머지 영역상에 형성된 광차폐막; 및 상기 광차폐막 상부에 광흡수막을 형성하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에서는 반사광에 의한 난반사 성분과 광전변환부분 이외의 영역으로 직접 침투하는 침투광 성분의 스미어를 제거함으로서, 메탈의 두께를 일정 이하로 줄일 수 있고, 또한 메탈의 스커트의 길이를 줄일 수 있으므로 개구율을 증가시켜 감도를 높일 수 있는 등의 고체촬상소자의 고감도, 저스미어, 양호한 디펙트 특성을 얻을 수 있는 효과가 있다.

Description

스미어 억제형 고체촬상소자 및 그 제조방법

본 발명은 스미어 억제형 고체촬상소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 고체촬상소자의 광전변환부분 이외의 영역의 상부에 광흡수 계수가 큰 광흡수성 물질을 적층함으로서 광전변환부분으로 입사되는 빛 중에서 난반사를 일으키는 반사입사광을 흡수하여 광차폐막의 스커트 부분으로 새어들어 오는 스미어 성분과, 광전변환부분의 수광부위 이외의 영역으로 직접 침투되어 들어오는 스미어 성분을 억제시킨 스미어 억제형 고체촬상소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 고체촬상소자의 광전변환부분은 빛을 전기적인 신호로 변환하여 그 전기 신호를 일시적으로 저장하는 광전변환축적부로 작용하고, 수직전하전송단은 그 축적 전하를 한 필드 쉬프트(Field Shift) 시간 동안 받아들인 뒤에 전하를 수평전하전송단으로 전송하는 전하전송부로서 기능한다. 이때, 고체촬상소자에 입사되는 빛이 광전변환부분 이외의 영역(수직전하전송단, 수평전하전송단 등)으로 들어가서 광전변환부분 이외의 영역에서 빛이 전하로 바뀌어 그 빛이 원하지 않는 시간에 수직전하전송단으로 흘러들어 발생되는 스미어(Smear) 현상을 방지하기 위해 광전변환부분의 수광부위 이외의 영역에 금속(Aluminum)으로 광차폐막을 형성했지만, 상기 스미어 현상을 완전히 방지할 수는 없었다.

도 1은 일반적인 광흡수 경로와 고체촬상소자의 수직 단면도를 나타낸 것으로서, 단위 화소 구조가 입사된 빛을 전하로 변환시켜 축적하는 광전변환부분(1)과, 상기 광전변환부분(1)의 옆에 형성되고 상기 광전변환부분에 축적된 전하를 전달받아서 전송단으로 전달하기 위한 전송게이트(3)와, 상기 전송게이트(3) 옆에 형성되어 전하를 수직으로 전송하는 수직전송단(5)과, 상기 전송게이트(3)와 수직전송단(5) 위에 형성되어 게이트 전압을 인가하여 전송게이트의 전하를 상기 수직전송단으로 전달하는 게이트단(10)과, 상기 게이트단(10)의 상부 일부분에 형성되는 배선막(20), 및 상기 게이트단(10)의 전면을 감싸면서 배선막(20)의 상부에 형성되어 스미어 현상을 방지하기 위한 광차폐막(30)으로 구성되어 있다.

또한, 고체촬상소자의 내부로 들어가는 점선과 실선과 일점쇄선의 화살표시는 외부의 빛이 고체촬상소자의 광전변환부분의 수광부위와 상기 수광부위 이외의 영역으로 입사되는 것을 도시했으며, 상기 점선은 광전변환부분으로 직접 입사되는 수직 입사광을 나타냈고, 상기 실선은 스미어 현상을 일으키는 반사 입사광을 나타냈고, 상기 일점쇄선은 스미어 현상을 일으키는 침투 입사광을 나타냈다.

도 2는 종래의 광차폐막을 포함한 메탈 쉴드(Metal Shield)를 나타낸 개략적인 수직 단면도로서, 도 2a는 종래의 싱글 메탈 쉴드(Single Metal Shield)의 구조를 나타낸 수직 단면도이고, 도 2b는 종래의 더블 메탈 쉴드(Double Metal Shield)의 구조를 나타낸 수직 단면도이다.

종래기술을 상기 도 1 및 동도면을 참조하여 구성 및 작용을 살펴보면 다음과 같다.

상기 도 2a는 상기 도 1의 전송게이트(3)와 수직전송단(5)의 상부에 형성되어 있는 게이트단(10), 및 상기 게이트단(10)의 전면을 감싸면서 외부의 빛이 고체촬상소자로 입사되는 것을 방지한 광차폐막과 배선막(25)이 함께 형성되어 있는 구조로 구성되어 있다.

한편, 상기 도 2b는 상기 도 1의 전송게이트(3)와 수직전송단(5)의 상부에 형성되어 있는 게이트단(10)과, 상기 게이트단(10)의 상부 일부에 형성되는 배선막(20), 및 상기 게이트단(10)과 배선막(20)의 상부 전면을 감싸면서 형성되고 외부의 빛이 고체촬상소자로 입사되는 것을 방지한 광차폐막(30)으로 구성되어 있다.

상기와 같이 구성된 종래 기술의 스미어 현상은 광전변환부분의 수광부위(1)로 입사된 빛 중 일부가 광차폐막(25, 30)의 스커트(Skirt) 부분으로 스며들어 수직전송단(5)으로 들어가 생기는 신호 성분(실선화살표)과, 외부의 빛이 광차폐막(25, 30)을 직접 뚫고 전송게이트(3)와 수직전송단(5)으로 직접 흘러 들어가는 성분(일점쇄선화살표) 등으로 구분된다. 따라서, 상기 스미어 성분을 제거하기 위하여 광차폐막의 스커트 길이를 길게 하거나, 광차폐막 아래 산화막의 두께를 얇게 하는 것이 효과가 있었으나, 감도의 감소와 디펙트(Defect)의 증가등으로 그 한계가 있었다.

따라서, 종래의 스미어 현상을 제거하기 위한 고체촬상소자는 광차폐막의 스커트 하부의 산화막 두께를 일정선 이하로 줄일 수 없었고, 또한 광차폐막의 스커트 길이를 일정 폭 이상 유지해야 함으로 수광부위의 안정한 개구율을 확보할 수 없었고, 또한 광차폐막의 두께를 일정 이하로 줄일 수 없는 등의 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 고체촬상소자의 광전변환부분 이외의 영역의 상부에 광흡수 계수가 큰 광흡수성 물질을 적층함으로서 광전변환부분으로 입사되는 빛 중에서 난반사를 일으키는 반사입사광을 흡수하여 광차폐막의 스커트 부분으로 새어들어 오는 스미어 성분과, 광전변환부분의 수광부위 이외의 영역으로 직접 침투되어 들어오는 스미어 성분을 억제시킨 스미어 억제형 고체촬상소자 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 장치는, 반도체 기판에 매트릭스 형상으로 배치되어 형성된 복수의 광전변환부분들; 상기 광전변환부분들로부터 전송된 신호전하를 전송하기 위한 복수의 수직전하전송단들; 상기 각 광전변환부분들의 수광부위를 제외한 나머지 영역상에 형성된 광차단막; 및 상기 광차단막 상부에 광흡수막을 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 본 발명에 의한 스미어를 억제시킨 고체촬상소자의 제조 방법은, 반도체 기판에 매트릭스 형상으로 배치된 복수의 광전변환부분들과 상기 광전변환부분들의 수직열들 사이에 배치된 복수의 수직전하전송단들을 형성하는 단계; 상기 적층물 상에 광차폐막과 광흡수막을 차례로 적층하는 단계; 및 사진식각공정에 의해 상기 광전변환부분들의 수광부위 상에 적층된 광흡수막 및 광차폐막을 선택적으로 식각하는 단계를 구비한 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 또다른 장치는, 반도체 기판에 매트릭스 형상으로 배치되어 형성된 복수의 광전변환부분들; 상기 광전변환부분들의 수직열들 사이의 상기 반도체 기판에 배치되어 형성되고 광전변환부분들로부터 전송된 신호전하를 전송하기 위한 복수의 수직전하전송단들; 및 상기 각 광전변환부분들의 수광부위를 제외한 나머지 영역상에 형성된 광흡수막을 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 본 발명에 의한 스미어를 억제시킨 고체촬상소자의 또다른 제조 방법은, 반도체 기판에 매트릭스 형상으로 배치된 복수의 광전변환부분들과 상기 광전변환부분들의 수직열들 사이에 배치된 복수의 수직전하전송단들을 형성하는 단계; 상기 적층물 상에 광흡수막을 덮는 단계; 및 사진식각공정에 의해 상기 광전변환부분들의 수광부위 상의 광흡수막을 선택적으로 식각하는 단계를 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 본 발명에 의한 광흡수막은 Tin 또는 Sion 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

도 1 은 일반적인 광흡수 경로와 고체촬상소자의 수직 단면도를 나타낸 도면.

도 2 는 종래의 광차폐막을 포함한 메탈 쉴드(Metal Shield)를 나타낸 개략적인 수직 단면도로서, 도 2a 는 종래의 싱글 메탈 쉴드(Single Metal Shield)의 구조를 나타낸 수직 단면도이고, 도 2b 는 종래의 더블 메탈 쉴드(Double Metal Shield)의 구조를 나타낸 수직 단면도이다.

도 3 은 본 발명에 의한 고체촬상소자의 평면 구성을 나타낸 도면.

도 4 는 본 발명에 의한 상기 도 3 의 가-가'의 절단 부분을 나타낸 개략적인 수직 단면도로서, 도 4a 는 본 발명에 의한 싱글 메탈 쉴드(Single Metal Shield)의 구조를 나타낸 수직 단면도이고, 도 4b 는 본 발명에 의한 더블 메탈 쉴드(Double Metal Shield)의 구조를 나타낸 수직 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 3은 본 발명에 의한 고체촬상소자의 평면 구성을 나타낸 도면으로서, 외부로부터 입사되는 빛을 전기적인 신호로 변환하여 저장하는 광전변환부분(50)와, 상기 광전변환부분에 축적된 전하를 전송하기 위한 수직전하전송단(60), 및 상기 수직전하전송단에서 전달된 전하를 수평으로 전송하는 수평전하전송단(70)으로 구성되어 있고, 또한 절단선(가-가')은 광전변환부분(50)와 수직전하전송단(70)을 수직으로 절단한 것을 나타냈다.

또한, 상기 수직전하전송단(60)은 상기 도 1의 전송게이트(5)와 수직전송단(7)과 게이트단(10) 및 배선막(20; 또는 광차폐막과 배선막) 등의 부분들을 포함하여 나타낸 것이다.

도 4는 본 발명에 의한 상기 도 3의 가로 절단선(가-가')의 수직 단면도를 나타낸 것으로서, 도 4a는 본 발명에 의한 싱글 메탈 쉴드(Single Metal Shield)의 구조를 나타낸 수직 단면도이고, 도 4b는 본 발명에 의한 더블 메탈 쉴드(Double Metal Shield)의 구조를 나타낸 수직 단면도이다.

상기 도 1 및 동도면을 참고하여 본 발명의 구성과 작용을 보다 상세하게 기술하면 다음과 같다.

상기 도 4a는 상기 도 1의 전송게이트(3)와 수직전송단(5)의 상부에 형성되어 있는 게이트단(100), 상기 게이트단의 상부에 형성되고 외부의 빛이 고체촬상소자로 입사되는 것을 방지한 광차폐막과 배선막(110), 및 상기 광차폐막과 배선막의 상부에 형성되고 외부에서 입사되는 빛을 흡수하여 광전변환부분(1)으로 난반사되어 들어가는 반사입사광(실선화살표)과 상기 광전변환부분(1) 이외의 영역으로 직접 침투해 들어가는 침투입사광(일점쇄선화살표)을 방지하기 위한 광흡수막(130)으로 구성되어 있다.

상기 도 4b는 전송게이트(3)와 수직전송단(5)의 상부에 형성되어 있는 게이트단(100)과, 상기 게이트단(100)의 상부 일부분에 형성되는 배선막(120), 및 상기 게이트단(100)과 배선막(120)의 상부 전면을 감싸면서 형성되고 외부에서 입사되는 빛을 흡수하여 광전변환부분(1)으로 난반사되어 들어가는 반사입사광(실선화살표)과 상기 광전변환부분 이외의 영역으로 직접 침투해 들어가는 침투입사광(일점쇄선화살표)을 방지한 광흡수막(140)으로 구성되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에서는 쉴드(SHIELD)부위의 광차폐막과 배선막(110)의 상부 또는 게이트단(100)과 배선막(120)의 상부 및 광차폐막의 스커트 부위의 상단에 광 흡수계수가 큰 물질(Tin, Sion 등)을 형성함으로서, 실제 필요한 신호성분인 수직입사광(점선화살표)은 선택적으로 투과시키고, 불필요한 신호성분인 반사입사광(실선화살표)과 침투입사광(일점쇄선화살표)은 광 흡수계수가 큰 물질(Tin, Sion 등)로 흡수되어 차단함으로서 스미어의 발생 원인을 제거하였다.

한편, 상기와 같이 구성된 도 4a의 제조 방법은, 광차폐막과 배선막(110)인 메탈(Aluminum) 증착한 후 상기 메탈(Al) 상부에 연속으로 광흡수 물질(Tin, Sion 등)을 도포하고 사진과 식각을 실시함으로서, 광흡수막에 대한 별도의 식각 제조 방법없이 광흡수막(130)을 상기 메탈(Al) 상부에 형성시킬 수 있다. 특히, 상기 광흡수 물질을 증착할 때 수소의 산화막으로의 확산으로 인해 디펙트가 개선되는 효과를 동시에 얻을 수 있다.

또한, 상기 도 4b의 제조 방법은, 배선막(120)인 메탈(Al)을 증착, 사진, 식각 후 종래의 광차폐막 대신 광흡수막 물질(Tin, Sion 등)을 증착하여 사진, 식각하여 광흡수막(140)을 형성시킨다.

따라서, 상술한 바와 같이 본 발명에서는 반사광에 의한 난반사 성분과 광전변환부분 이외의 영역으로 직접 침투하는 침투광 성분의 스미어를 제거함으로서, 메탈의 두께를 일정 이하로 줄일 수 있고, 또한 메탈의 스커트의 길이를 줄일 수 있으므로 개구율을 증가시켜 감도를 높일 수 있고, 또한 컬러필터 사진공정시 광전변환부분의 개구율이 증가하므로 공정 진행이 용이하며, 또한 메탈 식각이 용이하고 오버-에칭을 줄일 수 있으므로 식각 손실에 의한 디펙트의 특성이 개선되는 등의 고감도, 저스미어, 양호한 디펙트 특성을 얻을 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 반도체 기판에 매트릭스 형상으로 배치되어 형성된 복수의 광전변환부분들; 상기 광전변환부분들로부터 전송된 신호전하를 전송하기 위한 복수의 수직전하전송단들; 상기 각 광전변환부분들의 수광부위를 제외한 나머지 영역상에 형성된 광차폐막; 및 상기 광차폐막 상부에 광흡수막을 형성하는 것을 특징으로 하는 스미어 억제형 고체촬상소자.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 광차폐막은 알루미늄 또는 알루미늄 합금 중의 어느하나이고, 상기 광흡수막은 Tin 또는 Sion 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 스미어 억제형 고체촬상소자.
3. 반도체 기판에 매트릭스 형상으로 배치된 복수의 광전변환부분들과 상기 광전변환부분들의 수직열들 사이에 배치된 복수의 수직전하전송단들을 형성하는 단계; 상기 적층물 상에 광차폐막과 광흡수막을 차례로 적층하는 단계; 및 사진식각공정에 의해 상기 광전변환부분들의 수광부위 상에 적층된 광흡수막 및 광차폐막을 선택적으로 식각하는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 스미어 억제형 고체촬상소자의 제조 방법.
4. 반도체 기판에 매트릭스 형상으로 배치되어 형성된 복수의 광전변환부분들; 상기 광전변환부분들의 수직열들 사이의 상기 반도체 기판에 배치되어 형성되고 광전변환부분들로부터 전송된 신호전하를 전송하기 위한 복수의 수직전하전송단들; 및 상기 각 광전변환부분들의 수광부위를 제외한 나머지 영역상에 형성된 광흡수막을 구비한 것을 특징으로 하는 스미어 억제형 고체촬상소자.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 광흡수막은 Tin 또는 Sion 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 스미어 억제형 고체촬상소자.
6. 반도체 기판에 매트릭스 형상으로 배치된 복수의 광전변환부분들과 상기 광전변환부분들의 수직열들 사이에 배치된 복수의 수직전하전송단들을 형성하는 단계; 상기 적층물 상에 광흡수막을 덮는 단계; 및 사진식각공정에 의해 상기 광전변환부분들의 수광부위 상의 광흡수막을 선택적으로 식각하는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 스미어 억제형 고체촬상소자의 제조 방법.