KR19980068679A - 고체 촬상 소자 및 그의 제조 방법 - Google Patents

고체 촬상 소자 및 그의 제조 방법 Download PDF

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KR19980068679A KR1019970005412A KR19970005412A KR19980068679A KR 19980068679 A KR19980068679 A KR 19980068679A KR 1019970005412 A KR1019970005412 A KR 1019970005412A KR 19970005412 A KR19970005412 A KR 19970005412A KR 19980068679 A KR19980068679 A KR 19980068679A
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Abstract

본 발명은 수광 면적을 넓혀 포토 다이오드의 수광 특성을 개선하므로 화상 품질을 개선시키는 고감도 고체 촬상 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 고체 촬상 소자 및 그의 제조 방법은 기판 표면의 광전 변환 영역이 형성될 부위에 돌출부를 형성하고, 상기 돌출부를 포함한 기판 표면내에 제 1 도전형 제 1 웰을 형성하고, 상기 제 1 도전형 제 1 웰 표면내에 일정 간격으로 분리하여 제 1 도전형 제 2 웰을 형성하고, 상기 제 1 도전형 제 2 웰사이의 제 1 도전형 제 1 웰 표면내에 광전 변환 영역을 형성하고, 상기 기판 표면내의 광전 변환 영역 둘레에 부분적으로 채널 스톱층을 형성하고, 상기 제 1 도전형 제 2 웰 표면내에 전하 전송 영역을 형성하고, 상기 전하 전송 영역 및 광전 변환 영역이 형성된 기판의 전면에 제 1 절연막을 형성하고, 상기 전하 전송 영역의 제 1 절연막상에 트랜스퍼 게이트를 형성하며, 상기 트랜스퍼 게이트 표면상에 차례로 제 2 절연막과 금속 차광층을 형성하는 것을 특징으로 한다.

Description

고체 촬상 소자 및 그의 제조 방법
본 발명은 고체 촬상 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 수광 특성을 개선하는 고감도 고체 촬상 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
종래의 고체 촬상 소자는 먼저 도 1에서와 같이, 반도체 기판(11) 표면내의 소정부위에 형성되는 제 1 p형 웰(12), 상기 제 1 p형 웰(12) 표면내에 일정 간격으로 분리되어 형성되는 제 2 p형 웰(13), 상기 제 2 p형 웰(13)사이의 제 1 p형 웰(12) 표면내에 PD(Photo Diode)-N 영역(14)과 PD-P 영역(15)으로 형성되어 빛의 신호를 전기적인 신호로 변환하는 광전 변환 영역, 상기 반도체 기판(11) 표면내의 광전 변환 영역 둘레에 부분적으로 형성되는 채널 스톱층(16), 상기 제 2 p형 웰(13) 표면내에 형성되는 전하 전송 영역(17), 상기 전하 전송 영역(17) 및 광전 변환 영역이 형성된 반도체 기판(11)의 전면에 형성되는 제 1 절연막(18), 상기 광전 변환 영역을 제외한 제 1 절연막(18)상에 형성되는 트랜스퍼 게이트(Transfer Gate)(19)와 상기 트랜스퍼 게이트(19) 표면상에 차례로 형성되는 제 2 절연막(20) 그리고 금속 차광층(21)으로 구성된다.
그리고 종래의 고체 촬상 소자의 제조 방법은 도 2a에서와 같이, 반도체 기판(11) 소정 영역의 표면내에 선택적으로 p형 불순물 이온을 주입 및 드라이브 인 확산하므로써 제 1 p형 웰(12)을 형성한다.
도 2b에서와 같이, 상기 제 1 p형 웰(12)표면내의 소정부위에 선택적으로 p형 불순물 이온을 주입 및 드라이브 인 확산하므로써 두 개의 제 2 p형 웰(13)을 형성한다.
도 2c에서와 같이, 상기 제 1 p형 웰(12)표면내의 제 2 p형 웰(13)사이에 선택적으로 n형 불순물 이온을 주입 및 드라이브 인 확산하므로써 PD-N 영역(14)을 형성한다.
이어 상기 PD-N 영역(14) 표면내에 고농도 p형 불순물 이온을 주입 및 드라이브 인 확산하므로써 두께가 얇은 PD-P 영역(15)을 형성한다.
그리고 상기 PD-N 영역(14)과 PD-P 영역(15)으로 이루어진 광전 변환 영역 둘레의 소정부위에 상기 PD-P 영역(15)보다 높은 에너지로 고농도 p형 불순물 이온을 주입 및 드라이브 인 확산하므로써 채널 스톱층(16)을 형성한다.
도 2d에서와 같이, 상기 광전 변환 영역이 형성되지 않은 제 2 p형 웰(13) 표면내에 고농도 n형 불순물 이온을 주입 및 드라이브 인 확산하므로써 전하 전송 영역(17)을 형성한다.
그리고 상기 전하 전송 영역(17) 및 광전 변환 영역이 형성된 반도체 기판(11)의 전면에 제 1 절연막(18)을 형성한다.
도 2e에서와 같이, 상기 제 1 절연막(18)상에 다결정 실리콘과 감광막을 차례로 형성하고, 상기 감광막을 상기 광전 변환 영역의 상측에만 남도록 선택적으로 노광 및 현상한 다음, 상기 선택적으로 노광 및 현상된 감광막을 마스크로 이용하여 상기 다결정 실리콘을 식각하므로써 트랜스퍼 게이트(19)를 형성한 후, 상기 감광막을 제거한다.
이어 상기 트랜스퍼 게이트(19) 표면상에 차례로 제 2 절연막(20)과 금속 차광층(21)을 형성한다.
상기와 같은 종래의 고체 촬상 소자의 동작은 다음과 같다.
일반적으로 고체 촬상 소자는 광전 변환 영역에서 축적된 신호 전하가 트랜스퍼 게이트(19)에 인가되는 클력 신호에 의해 전하 전송 영역(17)으로 트랜스퍼되어 수직 방향으로 이동되게 된다.
종래의 고체 촬상 소자는 트랜스퍼 게이트(19)하측에 매몰 채널이 없기 째문에 모스에프이티(MOSFET)와 동작이 흡사하다.
MOSFET의 소오스에 해당하는 PD-N 영역(14)은 원래 플로우팅되어 있는데 트랜스퍼 게이트(19)에 하이(High) 클럭 신호가 인가되면 PD-N 영역(14)의 신호 전하가 전하 전송 영역(17)으로 트랜스퍼되어 전자를 모두 잃어버렸기 때문에 PD-N 영역(14)은 펀치 오프(Pinchoff)상태가 된다.
상기와 같은 핀치 오프 상태에서 다시 신호 전하가 발생하면 PD-N 영역(14)의 전위가 올라가지만 제 1 형 웰(12)의 Vsdl(saddle potential)이상 올라가지 못한다.
MOSFET의 드레인에 해당하는 전하 전송 영역(17)은 전하 전송 영역(17)의 핀치 오프 전위에 트랜스퍼 게이트(19)의 전압이 더해지므로 상당히 높은 전위가 된다.
이때, 트랜스퍼 게이트(19)에는 높은 전압이 인가되는데, 이는 소자가 딥 디플리션 모드(Deep Depletion Mode)로 동작하기 때문이다.
종래의 고체 촬상 소자 및 그의 제조 방법은 포토 다이오드와 전하 전송 장치가 기판의 표면에 평면적으로 구성되어 있으므로 외부로 부터 빛의 조사시에 전하의 발생이 포토 다이오드의 면적과 개구률 등에만 위존하고 있어 감도의 증가에 어려움이 따르고, 터욱이 광원에 의한 간섭 또는 열 등의 외부적 요인에 의해 의도하지 않은 전하들이 인접한 전하 전송 장치와 포토 다이도드로 직접 또는 간접적으로 전달이 되어 화상의 품질을 저하시키는 스미어(Smear)와 블루밍(Blooming)이 쉽게 발생한다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 수광 면적을 넓혀 광전 변환의 수광 특성을 개선하므로 화상 품질을 개선시키는 고감도 고체 촬상 소자 및 그의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 고체 촬상 소자를 나타낸 구조 단면도
도 2a 내지 도 2e는 종래 기술에 따른 고체 촬상 소자의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고체 촬상 소자를 나타낸 구조 단면도
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 고체 촬상 소자의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 고체 촬상 소자의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
31: 반도체 기판 32: 제 1 p형 웰
33: 제 2 n형 웰 34: PD-N 영역
35: PD-P 영역 36: 채널 스톱층
37: 전하 전송 영역 38: 제 1 절연막
39: 트랜스퍼 게이트 40: 제 2 절연막
41: 금속 차광층
본 발명의 고체 촬상 소자는 기판, 광전 변환 영역이 형성될 부위의 상기 기판에 형성되는 돌출부, 상기 돌출부를 포함한 기판 표면내에 형성되는 제 1 도전형 제 1 웰, 상기 제 1 도전형 제 1 웰 표면내에 일정 간격으로 분리되어 형성되는 제 1 도전형 제 2 웰, 상기 제 1 도전형 제 2 웰사이의 제 1 도전형 제 1 웰 표면내에 형성되는 광전 변환 영역, 상기 기판 표면내의 광전 변환 영역 둘레에 부분적으로 형성되는 채널 스톱층, 상기 제 1 도전형 제 2 웰 표면내에 형성되는 전하 전송 영역, 상기 전하 전송 영역 및 광전 변환 영역이 형성된 기판의 전면에 형성되는 제 1 절연막, 상기 전하 전송 영역의 제 1 절연막상에 형성되는 트랜스퍼 게이트와 상기 트랜스퍼 게이트 표면상에 차례로 형성되는 제 2 절연막과 금속 차광층을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
그리고 본 발명의 고체 촬상 소자의 제조 방법은 기판을 마련하는 단계, 광전 변환 영역이 형성될 부위의 상기 기판 표면에 돌출부를 형성하는 단계, 상기 돌출부를 포함한 기판 표면내에 제 1 도전형 제 1 웰을 형성하는 단계, 상기 제 1 도전형 제 1 웰 표면내에 일정 간격으로 분리되어 제 1 도전형 제 2 웰을 형성하는 단계, 상기 제 1 도전형 제 2 웰사이의 제 1 도전형 제 1 웰 표면내에 광전 변환 영역 형성하는 단계, 상기 기판 표면내의 광전 변환 영역 둘레에 채널 스톱층을 부분적으로 형성하는 단계, 상기 제 1 도전형 제 2 웰 표면내에 전하 전송 영역을 형성하는 단계, 상기 전하 전송 영역 및 광전 변환 영역이 형성된 기판의 전면에 제 1 절연막을 형성하는 단계, 상기 전하 전송 영역의 제 1 절연막상에 트랜스퍼 게이트를 형성하는 단계와 상기 트랜스퍼 게이트 표면상에 차례로 제 2 절연막과 금속 차광층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따른 고체 촬상 소자 및 그의 제조 방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고체 촬상 소자를 나타낸 구조 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 고체 촬상 소자는 도 3에서와 같이, 광전 변환 영역이 형성될 부위에 돌출부를 같는 반도체 기판(31) 표면내의 소정부위에 형성되는 제 1 p형 웰(32), 상기 제 1 p형 웰(32) 표면내에 일정 간격으로 분리되어 형성되는 제 2 p형 웰(33), 상기 제 2 p형 웰(33)사이의 제 1 p형 웰(32) 표면내에 PD-N 영역(34)과 PD-P 영역(35)으로 형성되어 빛의 신호를 전기적인 신호로 변환하는 광전 변환 영역, 상기 반도체 기판(31) 표면내의 광전 변환 영역 둘레에 부분적으로 형성되는 채널 스톱층(36), 상기 제 2 p형 웰(33) 표면내에 형성되는 전하 전송 영역(37), 상기 전하 전송 영역(37) 및 광전 변환 영역이 형성된 반도체 기판(31)의 전면에 형성되는 제 1 절연막(38), 상기 광전 변환 영역을 제외한 제 1 절연막(38)상에 형성되는 트랜스퍼 게이트(39)와 상기 트랜스퍼 게이트(39) 표면상에 차례로 형성되는 제 2 절연막(40) 그리고 금속 차광층(41)으로 구성된다.
그리고 도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 고체 촬상 소자의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도이다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 고체 촬상 소자의 제조 방법은 도 4a에서와 같이, 반도체 기판(31)상에 제 1 감광막을 도포한 다음, 상기 제 1 감광막을 광전 변환 영역이 형성될 부위에만 남도록 선택적으로 노광 및 현상한 후, 상기 선택적으로 노광 및 현상된 제 1 감광막을 마스크로 이용하여 상기 에피텍셜(Epitactial)층(44)을 선택적으로 성장시킨 후, 상기 제 1 감광막을 제거한다. 여기서 상기 에피텍셜층(44)은 사다리꼴 또는 직사각형의 형태를 갖는다.
도 4b에서와 같이, 상기 선택적으로 식각된 에피텍셜층(44)을 갖는 반도체 기판(31) 소정 영역의 표면내에 선택적으로 p형 불순물 이온을 주입 및 드라이브 인 확산하므로써 제 1 p형 웰(32)을 형성한다.
그리고 상기 제 1 p형 웰(32)표면내의 소정부위에 선택적으로 p형 불순물 이온을 주입 및 드라이브 인 확산하므로써 두 개의 제 2 p형 웰(33)을 형성한다.
도 4c에서와 같이, 상기 제 1 p형 웰(32)표면내의 제 2 p형 웰(33)사이에 선택적으로 n형 불순물 이온을 주입 및 드라이브 인 확산하므로써 PD-N 영역(34)을 형성한다.
이어 상기 PD-N 영역(34) 표면내에 고농도 p형 불순물 이온을 주입 및 드라이브 인 확산하므로써 두께가 얇은 PD-P 영역(35)을 형성한다.
그리고 상기 PD-N 영역(34)과 PD-P 영역(35)으로 이루어진 광전 변환 영역 둘레의 소정부위에 상기 PD-P 영역(35)보다 높은 에너지로 고농도 p형 불순물 이온을 주입 및 드라이브 인 확산하므로써 채널 스톱층(36)을 형성한다.
도 4d에서와 같이, 상기 광전 변환 영역이 형성되지 않은 제 2 p형 웰(33) 표면내에 고농도 n형 불순물 이온을 주입 및 드라이브 인 확산하므로써 전하 전송 영역(37)을 형성한다.
그리고 상기 전하 전송 영역(37) 및 광전 변환 영역이 형성된 반도체 기판(31)의 전면에 제 1 절연막(38)을 형성한다.
도 4e에서와 같이, 상기 제 1 절연막(38)상에 다결정 실리콘과 감광막을 차례로 형성하고, 상기 감광막을 상기 광전 변환 영역의 상측에만 남도록 선택적으로 노광 및 현상한 다음, 상기 선택적으로 노광 및 현상된 감광막을 마스크로 이용하여 상기 다결정 실리콘을 식각하므로써 트랜스퍼 게이트(39)를 형성한 후, 상기 감광막을 제거한다.
이어 상기 트랜스퍼 게이트(39) 표면상에 차례로 제 2 절연막(40)과 금속 차광층(41)을 형성한다.
이어 도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 고체 촬상 소자의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도이다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 고체 촬상 소자의 제조 방법은 도 5a에서와 같이, 반도체 기판(31)상에 제 1 감광막을 도포한 후, 상기 제 1 감광막을 광전 변환 영역이 형성될 부위에만 남도록 선택적으로 노광 및 현상한 후, 상기 선택적으로 노광 및 현상된 제 1 감광막을 마스크로 이용하여 상기 반도체 기판(31)을 식각하므로 트렌치들을 형성한 다음, 상기 제 1 감광막을 제거한다. 여기서 상기 트레치들은 사다리꼴 또는 직사각형의 형태를 갖는다.
도 5b에서와 같이, 상기 트렌치들을 갖는 반도체 기판(31) 소정 영역의 표면내에 선택적으로 p형 불순물 이온을 주입 및 드라이브 인 확산하므로써 제 1 p형 웰(32)을 형성한다.
그리고 상기 제 1 p형 웰(32)표면내의 소정부위에 선택적으로 p형 불순물 이온을 주입 및 드라이브 인 확산하므로써 두 개의 제 2 p형 웰(33)을 형성한다.
도 5c에서와 같이, 상기 제 1 p형 웰(32)표면내의 제 2 p형 웰(33)사이에 선택적으로 n형 불순물 이온을 주입 및 드라이브 인 확산하므로써 PD-N 영역(34)을 형성한다.
이어 상기 PD-N 영역(34) 표면내에 고농도 p형 불순물 이온을 주입 및 드라이브 인 확산하므로써 두께가 얇은 PD-P 영역(35)을 형성한다.
그리고 상기 PD-N 영역(34)과 PD-P 영역(35)으로 이루어진 광전 변환 영역 둘레의 소정부위에 상기 PD-P 영역(35)보다 높은 에너지로 고농도 p형 불순물 이온을 주입 및 드라이브 인 확산하므로써 채널 스톱층(36)을 형성한다.
도 5d에서와 같이, 상기 광전 변환 영역이 형성되지 않은 제 2 p형 웰(33) 표면내에 고농도 n형 불순물 이온을 주입 및 드라이브 인 확산하므로써 전하 전송 영역(37)을 형성한다.
그리고 상기 전하 전송 영역(37) 및 광전 변환 영역이 형성된 반도체 기판(31)의 전면에 제 1 절연막(38)을 형성한다.
도 5e에서와 같이, 상기 제 1 절연막(38)상에 다결정 실리콘과 감광막을 차례로 형성하고, 상기 감광막을 상기 광전 변환 영역의 상측에만 남도록 선택적으로 노광 및 현상한 다음, 상기 선택적으로 노광 및 현상된 감광막을 마스크로 이용하여 상기 다결정 실리콘을 식각하므로써 트랜스퍼 게이트(39)를 형성한 후, 상기 감광막을 제거한다.
이어 상기 트랜스퍼 게이트(39) 표면상에 차례로 제 2 절연막(40)과 금속 차광층(41)을 형성한다.
본 발명의 고체 촬상 소자 및 그의 제조 방법은 포토 다이오드가 기판의 표면에 돌출된 형태 즉 입체적으로 형성하므로 포토 다이오드의 표면적을 넓힐 수 있어 많은 전하를 발생하기 때문에 수광 특성을 향상 시키고 감도를 높이면서 포토 다이오드의 크기를 줄이므로 화소 수를 더 많게 할 수 있어 고집적화 시키며 포토 다이오드의 표면이 전하 전송 장치보다 높게 위치하므로 외부에서 포토 다이오드로 인입되는 광원의 경로가 짧아지는 이득 때문에 스미어와 블루밍 발생을 억제하여 화상의 품질을 향상시키는 등의 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 기판;
    광전 변환 영역이 형성될 부위의 상기 기판에 형성되는 돌출부;
    상기 돌출부를 포함한 기판 표면내에 형성되는 제 1 도전형 제 1 웰;
    상기 제 1 도전형 제 1 웰 표면내에 일정 간격으로 분리되어 형성되는 제 1 도전형 제 2 웰;
    상기 제 1 도전형 제 2 웰사이의 제 1 도전형 제 1 웰 표면내에 형성되는 광전 변환 영역;
    상기 기판 표면내의 광전 변환 영역 둘레에 부분적으로 형성되는 채널 스톱층;
    상기 제 1 도전형 제 2 웰 표면내에 형성되는 전하 전송 영역;
    상기 전하 전송 영역 및 광전 변환 영역이 형성된 기판의 전면에 형성되는 제 1 절연막;
    상기 전하 전송 영역의 제 1 절연막상에 형성되는 트랜스퍼 게이트;
    상기 트랜스퍼 게이트 표면상에 차례로 형성되는 제 2 절연막과 금속 차광층을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 돌출부는 사다리꼴 형태를 갖음을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 돌출부는 직사각형의 형태를 갖음을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  4. 기판을 마련하는 단계;
    광전 변환 영역이 형성될 부위의 상기 기판 표면에 돌출부를 형성하는 단계;
    상기 돌출부를 포함한 기판 표면내에 제 1 도전형 제 1 웰을 형성하는 단계;
    상기 제 1 도전형 제 1 웰 표면내에 일정 간격으로 분리되어 제 1 도전형 제 2 웰을 형성하는 단계;
    상기 제 1 도전형 제 2 웰사이의 제 1 도전형 제 1 웰 표면내에 광전 변환 영역 형성하는 단계;
    상기 기판 표면내의 광전 변환 영역 둘레에 채널 스톱층을 부분적으로 형성하는 단계;
    상기 제 1 도전형 제 2 웰 표면내에 전하 전송 영역을 형성하는 단계;
    상기 전하 전송 영역 및 광전 변환 영역이 형성된 기판의 전면에 제 1 절연막을 형성하는 단계;
    상기 전하 전송 영역의 제 1 절연막상에 트랜스퍼 게이트를 형성하는 단계;
    상기 트랜스퍼 게이트 표면상에 차례로 제 2 절연막과 금속 차광층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 돌출부를 기판상에 선태적으로 에피텍셜층을 성장시켜 형성함을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    선택적으로 기판을 패터닝 하여 트렌치들을 형성하므로써 상기 돌출부를 형성함을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조 방법.
KR1019970005412A 1997-02-22 1997-02-22 고체 촬상 소자 및 그의 제조 방법 KR19980068679A (ko)

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KR20030037854A (ko) * 2001-11-06 2003-05-16 주식회사 하이닉스반도체 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법
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