KR19990054303A - Solid state imaging device and manufacturing method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고체촬상소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 차광층을 기판에 근접한 부분에 위치하도록 형성함으로써, 원치 않는 광이 VCCD로 입사하는 것을 방지하기 위하여, 광전변환영역과 전하운송영역등이 형성된 반도체 기판을 준비하는 공정과, 상기 반도체 기판의 노출된 전면을 덮는 게이트절연막을 형성하는 공정과, 상기 전하운송영역의 게이트절연막 상에 제 1 게이트전극을 형성하는 공정과, 상기 제 1 게이트전극의 노출면을 덮는 표면산화막을 형성하는 공정과, 상기 표면산화막과 노출된 기판 전면에 폴리실리콘층과 제 1 절연막을 연속적으로 형성하는 공정과, 상기 제 1 절연막과 그 하단의 폴리실리콘층을 연속적으로 패턴식각하여 상기 제 1 게이트전극 상에 위치하되, 상부에 상부절연막이 위치하는 제 2 게이트전극을형성하는 공정과, 상기 노출된 상부절연막과 노출된 기판 전면을 덮는 제 2 절연막을 형성하는 공정과, 상기 제 2 절연막을 식각하여 상기 표면산화막의 측면과 상기 제 2 게이트전극의 측면에 측면절연막을 형성하는 공정과, 상기 측면절연막과 상기 노출된 상부절연막을 덮는 차광층을 형성하는 공정을 포함하여 제조되며, 누설전류를 감소시킬 수 있고, 스미어(smear) 특성을 양호하게 할 수 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid state image pickup device and a method for manufacturing the same, wherein a light shielding layer is formed in a portion proximate to a substrate, whereby a photoelectric conversion region, a charge transport region, etc. are formed to prevent unwanted light from entering the VCCD. Preparing a semiconductor substrate; forming a gate insulating film covering an exposed entire surface of the semiconductor substrate; forming a first gate electrode on the gate insulating film of the charge transport region; Forming a surface oxide film covering an exposed surface, forming a polysilicon layer and a first insulating film continuously on the surface oxide film and the entire surface of the exposed substrate, and successively forming the first insulating film and a polysilicon layer below the first insulating film. Forming a second gate electrode on the first gate electrode by pattern etching and having an upper insulating layer thereon; Forming a second insulating film covering the exposed upper insulating film and the entire exposed substrate, forming a side insulating film on the side of the surface oxide film and the side of the second gate electrode by etching the second insulating film; The method may further include forming a light shielding layer covering the side insulating layer and the exposed upper insulating layer, thereby reducing leakage current and improving smear characteristics.
Description
본 발명은 고체촬상소자 및 그 제조방법에 관한 것으로 특히, 포토다이어드 (Photo Diode, 이하 PD라 함) 어레이부에서 수직전하전송영역(Vertical Charge Coupled Device, 이하 VCCD라 함)을 덮는 차광층을 기판에 근접시키도록 형성함으로서, 차광층의 차광가능을 극대화할 수 있는 고체촬상소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid state image pickup device and a method of manufacturing the same. In particular, a light shielding layer covering a vertical charge transfer region (hereinafter referred to as VCCD) in a photo diode array unit is described. The present invention relates to a solid state image pickup device capable of maximizing light shielding ability of a light shielding layer by being formed close to a substrate, and a method of manufacturing the same.
고체촬상소자는 빛에 의해 전자를 발생시키고, 전하결합소자(Charge Coupled Device)를 방향성을 가지도록 배열하고, 이에 의해 전송된 신호전하를 검출하는 장치이다. 즉, 빛에 의하여 여기된 전하들을 방향성을 가지는 CCD 어레이(array)를 통하여 전송한 다음, 이 신호를 증폭하여 소정의 출력신호를 얻는 장치이다. 이와 같이, 영상신호를 전기신호로 변환시켜주는 장치인 고체 촬상 소자는 PD와 VCCD로 구성된 단위셀로 배열된 어레이부와, 수평전하전송영역(Horizontal Charge Coupled Device), 신호검출부를 포함한다. PD에서 축적한 신호전하는 VCCD와 HCCD로 차례로 전달되어 신호검출부를 통해 출력된다.The solid state image pickup device generates electrons by light, arranges charge coupled devices so as to have a directionality, and detects signal charges transmitted thereby. In other words, it is a device that transfers charges excited by light through a directional CCD array and then amplifies this signal to obtain a predetermined output signal. As such, the solid-state imaging device, which is an apparatus for converting an image signal into an electrical signal, includes an array unit arranged in unit cells composed of PD and VCCD, a horizontal charge coupled device, and a signal detection unit. The signal charges accumulated in the PD are sequentially transferred to the VCCD and the HCCD and output through the signal detection unit.
일반적인 고체촬상소자의 작동을 간단히 설명하면 다음과 같다. 마이크로 렌즈를 통하여 집속된 광이 수광부인 PD 상에 닿으면, 광전효과에 의해 발생된 전하가 PD 아래의 포텐셜 우물에 축적하게 된다. 이렇게 모아진 전하는 트랜스퍼 게이트(TG)에 걸리는 전압에 의해 야기되는 포텐셜의 변화에 의해 전하 이동로인 VCCD로 이동된다. 전송된 전하는 VCCD를 통하여 순서대로 이동하다가 HCCD라는 보다 넓은 이동로를 따라 움직여 가게 되고, 결국 플로팅 게이트에 모아지게 된다. 플로팅 게이트에 모아진 전하는 전하량에 따라 플로팅 게이트의 포텐셜이 상하로 변하는 점을 이용하여 센싱(sensing)된후, 드레인으로 방출된다.The operation of a general solid state image pickup device will be briefly described as follows. When the light focused through the microlens reaches the light receiving unit PD, the charge generated by the photoelectric effect accumulates in the potential well under the PD. The charge thus collected is transferred to the charge transfer path VCCD by the change of potential caused by the voltage across the transfer gate TG. The transmitted charge moves in sequence through the VCCD and then moves along a wider path called HCCD, which eventually collects on the floating gate. The charge collected in the floating gate is sensed by using the point that the potential of the floating gate changes up and down according to the amount of charge, and then is discharged to the drain.
도 1a부터 도 1d는 종래의 기술에 따른 고체촬상소자를 설명하기 위한 도면으로, PD 어레이부의 일부 단면구조에 대한 제조공정을 나타낸 것이다.1A to 1D are views for explaining a solid state image pickup device according to the related art, and show a manufacturing process for a partial cross-sectional structure of a PD array unit.
도 1a를 참조하면, 통상적인 공정에 의하여 소정의 위치에 VCCD와 PD가 형성되어 있는 기판(100)에 ONO(Oxide\Nitride\Oxide, 산화막\질화막\산화막, 이하 ONO라 함)혹은, 통상의 절연물질로 게이트절연막(10)을 증착한다. 이어서, 전면에 폴리실리콘층을 증착하고 패턴식각하여 제 1 게이트전극(11)을 형성한 다음, 제 1 게이트전극(11)의 노출된 표면을 덮는 제 1 산화막(12)을 형성한다.Referring to FIG. 1A, ONO (Oxide-Nitride-Oxide, Oxide-Nitride-Oxide, or ONO) on a substrate 100 in which VCCD and PD are formed at a predetermined position by a conventional process is referred to as " O " The gate insulating film 10 is deposited using an insulating material. Subsequently, a polysilicon layer is deposited on the entire surface, and the pattern is etched to form the first gate electrode 11, and then the first oxide layer 12 covering the exposed surface of the first gate electrode 11 is formed.
도 1b를 참조하면, 노출된 전면에 다시 폴리실리콘층을 증착하고 패턴식각하여 제 2 게이트전극(13)을 형성한 다음, 제 2 게이트전극(13)의 노출된 표면을 덮는 제 2 산화막(14)을 형성한다.Referring to FIG. 1B, the polysilicon layer is again deposited on the exposed front surface and pattern-etched to form the second gate electrode 13, and then the second oxide layer 14 covering the exposed surface of the second gate electrode 13. ).
도 1c를 참조하면, HLD(High temperature Low pressure Deposition)에 의하여 노출된 전면을 덮는 층간절연막(15)을 증착한다.Referring to FIG. 1C, an interlayer insulating film 15 covering the entire surface exposed by the high temperature low pressure deposition (HLD) is deposited.
도 1d를 참조하면, 노출된 전면에 금속층을 증착한 후, 패턴식각하여 VCCD의 상부를 덮는 차광층(16)을 형성한다. 따라서 게이트전극(11)(13)의 상부를 덮는 차광층(16)이 위치하게 된다.Referring to FIG. 1D, a metal layer is deposited on the exposed entire surface, and then pattern-etched to form a light shielding layer 16 covering the top of the VCCD. Accordingly, the light blocking layer 16 covering the upper portions of the gate electrodes 11 and 13 is positioned.
이후, 후속공정을 진행하여 고체촬상소자의 제조를 완료한다.Thereafter, a subsequent process is performed to complete the manufacture of the solid state imaging device.
상기 종래의 기술에 의한 고체촬상소자에서는 PD로 입사하는 광 중, 일부의 광은 비스듬히 입사하여 VCCD로 들어가서 VCCD에 원치 않는 광전환을 일으켜 스미어 차즈(smear charge)를 생성하는 경우가 발생한다. 이는 도면에 보인 바와 같이, 종래의 기술에서는 차광층과 기판과의 큰 간격에 기인한다. 즉, 게이트절연막과 층간절연막의 존재로 PD와 차광층 사이에는 두꺼운 절연막이 위치하게 됨으로써, 차광층이 PD를 제외한 전 부분을 완전히 커버하지 못하여 렌즈를 통과한 일부의 광이 차광층을 빗겨가 VCCD로 입사하기 때문이다. 그 결과, 고체촬상소자에는 누설전류가 발생하고 스미어(smear)가 심하게 발생하는 경우가 일어난다.In the solid state image pickup device according to the related art, some of the light incident to the PD enters at an angle, enters the VCCD, causes unwanted light conversion to the VCCD, and generates smear charges. This is due to the large distance between the light shielding layer and the substrate in the prior art, as shown in the figure. That is, a thick insulating film is positioned between the PD and the light blocking layer due to the presence of the gate insulating film and the interlayer insulating film, so that the light blocking layer does not completely cover all parts except the PD, so that some of the light passing through the lens combs the light blocking layer. This is because it is incident. As a result, leakage currents and severe smears occur in the solid state image pickup device.
본 발명은 PD와 차광층 사이의 간격을 좁힘으로써, 차광층의 차광효과를 극대화하려 하는 것이다.The present invention is intended to maximize the light blocking effect of the light blocking layer by narrowing the gap between the PD and the light blocking layer.
본 발명은 차광층을 기판에 근접한 부분에 위치하도록 형성함으로써, 원치 않는 광이 VCCD로 입사하는 것을 방지하려 하는 것이다.The present invention seeks to prevent unwanted light from entering the VCCD by forming the light shielding layer in a region proximate to the substrate.
본 발명은 광전환영역과 전하운송영역을 구비하는 반도체 기판과, 상기 반도체 기판을 덮는 게이트절연막과, 상기 전하운송영역의 게이트절연막 상에 형성되는 게이트전극과, 상기 게이트전극의 상단에 형성된 상부절연막과, 상기 게이트전극의 측면에 형성된 측면절연막과, 상기 측면절연막과 상부절연막을 덮도록 형성되는 차광층을 포함하는 고체촬상소자이다.The present invention provides a semiconductor substrate having a light conversion region and a charge transport region, a gate insulating film covering the semiconductor substrate, a gate electrode formed on the gate insulating film of the charge transport region, and an upper insulating film formed on the gate electrode. And a side insulating film formed on the side of the gate electrode, and a light shielding layer formed to cover the side insulating film and the upper insulating film.
본 발명은 광전변환영역과 전하운송영역을 구비하는 반도체 기판을 준비하는 공정과, 상기 반도체 기판의 노출된 전면을 덮는 게이트절연막을 형성하는 공정과, 상기 전하운송영역의 게이트절연막 상에 제 1 게이트전극을 형성하는 공정과, 상기 제 1 게이트전극의 노출면을 덮는 표면산화막을 형성하는 공정과, 상기 표면산화막과 노출된 기판 전면에 도전층층과 제 1 절연막을 연속적으로 형성하는 공정과, 상기 제 1 절연막과 그 하단의 폴리실리콘층을 연속적으로 패턴식각하여 상기 제 1 게이트전극 상에 위치하되, 상부에 상부절연막이 위치하는 제 2 게이트전극을형성하는 공정과, 상기 노출된 상부절연막과 노출된 기판 전면을 덮는 제 2 절연막을 형성하는 공정과, 상기 제 2 절연막을 식각하여 상기 표면산화막의 측면과 상기 제 2 게이트전극의 측면에 측면절연막을 형성하는 공정과, 상기 측면절연막과 상기 노출된 상부절연막을 덮는 차광층을 형성하는 공정을 포함하는 고체촬상소자의 제조방법이다.The present invention provides a process of preparing a semiconductor substrate having a photoelectric conversion region and a charge transport region, forming a gate insulating film covering an exposed entire surface of the semiconductor substrate, and forming a first gate on the gate insulating film of the charge transport region. Forming an electrode; forming a surface oxide film covering an exposed surface of the first gate electrode; and successively forming a conductive layer and a first insulating film on the entire surface oxide film and the exposed substrate; Forming a second gate electrode on the first gate electrode by successively pattern-etching an insulating film and a polysilicon layer below the second insulating film; Forming a second insulating film covering the entire surface of the substrate; and etching the second insulating film so that the side surface of the surface oxide film and the second gate electrode A step of forming on the surface side insulating film, a method for manufacturing a solid-state image sensor comprising a step of forming a light shielding layer covering the exposed upper insulating film and the insulating film side.
도 1a부터 도 1d는 종래의 기술에 의한 고체촬상소자의 제조공정도1A to 1D are manufacturing process diagrams of a solid state image pickup device according to the related art.
도 2a부터 도 2d는 본 발명에 따른 고체촬상소자의 제조공정도2A to 2D are manufacturing process diagrams of the solid state image pickup device according to the present invention.
도 2a부터 도 2d는 본 발명에 따른 고체촬상소자를 설명하기 위한 도면으로, PD 어레이부의 일부 단면구조에 대한 제조공정을 나타낸 것이다.2A to 2D are views for explaining the solid state image pickup device according to the present invention, and show a manufacturing process for a partial cross-sectional structure of the PD array unit.
도 2a를 참조하면, 통상적인 공정에 의하여 소정의 위치에 VCCD와 PD등의 소자가 형성되어 있는 반도체 기판(200)에 ONO(Oxide\Nitride\Oxide, 산화막\질화막\산화막, 이하 ONO라 함)혹은, 통상의 절연물질을 증착하여 게이트절연막(200)을 증착한다. ONO는 산화막과 질화막을 연속적으로 증착하고 옥시데이션(oxidation)에 의하여 질화막 위에 산화막을 형성하는 방법으로 진행할 수 있다. 이어서, 전면에 폴리실리콘층 혹은 불순물로 도핑된 폴리실리콘층 등과 같은 도전층을 형성하고, 패턴식각하여 제 1 게이트전극(21)을 형성한다. 이어서, 통상의 산화공정에 의하여 제 1 게이트전극(21)의 표면에 표면산화막(22)을 형성한다.Referring to FIG. 2A, ONO (Oxide-Nitride-Oxide, Oxide-Nitride-Oxide, Oxide, hereinafter referred to as ONO) is formed on a semiconductor substrate 200 in which elements such as VCCD and PD are formed at predetermined positions by a conventional process. Alternatively, a gate insulating film 200 is deposited by depositing a conventional insulating material. ONO may proceed by depositing an oxide film and a nitride film continuously and forming an oxide film on the nitride film by oxidation. Subsequently, a conductive layer such as a polysilicon layer or a polysilicon layer doped with impurities is formed on the entire surface, and the pattern is etched to form the first gate electrode 21. Subsequently, the surface oxide film 22 is formed on the surface of the first gate electrode 21 by a normal oxidation process.
도 2b를 참조하면, 기판 전면에 다시 폴리실리콘층 혹은, 불순물로 도핑된 폴리실리콘층 등과 같은 도전층을 증착하고, 연속적으로 이 도전층 상에 HLD에 의한 절연막을 증착한다. 이후, HLD에 의한 절연막과 상기 도전층을 연속적으로 패턴식각하여 VCCD 영역 상부에 상부절연막(24)이 상단에 위치하는 제 2 게이트전극(23)을 형성한다.Referring to FIG. 2B, a conductive layer such as a polysilicon layer or a polysilicon layer doped with impurities is deposited on the entire surface of the substrate, and an insulating film by HLD is continuously deposited on the conductive layer. Subsequently, the insulating layer formed by the HLD and the conductive layer are successively patterned to form the second gate electrode 23 having the upper insulating layer 24 positioned on the upper portion of the VCCD region.
도 2c를 참조하면, 노출된 기판의 전면에 HLD에 의하여 절연막을 증착한 후,이방성 식각을 진행하여 제 1 게이트전극(21)의 표면산화막(22)의 측면과 제 2 게이트전극(23)의 측면에 측면절연막(25)을 형성한다. 이 과정에서, 게이트절연막(20)이 노출된다.Referring to FIG. 2C, after an insulating film is deposited on the entire surface of the exposed substrate by HLD, anisotropic etching is performed to form the side surface of the surface oxide film 22 of the first gate electrode 21 and the second gate electrode 23. A side insulating film 25 is formed on the side. In this process, the gate insulating film 20 is exposed.
도 2d를 참조하면, 노출된 기판에 금속층을 형성한 후, 금속층을 패턴식각하여 VCCD의 상부를 덮는 차광층(26)을 형성한다. 그 결과, 차광층(26)은 게이트절연막(20)만을 개재한 채 VCCD를 덮을 수 있게 됨으로써, 종래의 기술에 비하여 원하지 않는 광이 VCCD로 입사하는 것을 감소시킬 수 있다. 따라서 차광층의 차광효과를 향상시킬 수 있다.Referring to FIG. 2D, after forming the metal layer on the exposed substrate, the metal layer is pattern-etched to form the light shielding layer 26 covering the upper portion of the VCCD. As a result, the light shielding layer 26 can cover the VCCD with only the gate insulating film 20 interposed therebetween, thereby reducing the incidence of unwanted light into the VCCD as compared with the prior art. Therefore, the light shielding effect of the light shielding layer can be improved.
본 발명은 차광층을 기판에 근접한 부분에 위치하도록 형성함으로써, 원치 않는 광이 VCCD로 입사하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 누설전류를 감소시킬 수 있고, 스미어(smear) 특성을 양호하게 향상시킬 수 있다.According to the present invention, by forming the light shielding layer in a position proximate to the substrate, unwanted light can be prevented from entering the VCCD. Therefore, the leakage current can be reduced, and the smear characteristics can be satisfactorily improved.
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KR1019970074108A KR19990054303A (en) | 1997-12-26 | 1997-12-26 | Solid state imaging device and manufacturing method |
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KR1019970074108A KR19990054303A (en) | 1997-12-26 | 1997-12-26 | Solid state imaging device and manufacturing method |
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KR1019970074108A KR19990054303A (en) | 1997-12-26 | 1997-12-26 | Solid state imaging device and manufacturing method |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100652070B1 (en) * | 2000-08-29 | 2006-11-30 | 매그나칩 반도체 유한회사 | Method for manufacturing ccd |
-
1997
- 1997-12-26 KR KR1019970074108A patent/KR19990054303A/en not_active Application Discontinuation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR100652070B1 (en) * | 2000-08-29 | 2006-11-30 | 매그나칩 반도체 유한회사 | Method for manufacturing ccd |
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