KR19990066626A - 고체촬상소자의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마이크로렌즈를 통해 입사되는 빛이 광전환변화부에 포커싱되도록 하기에 적당한 고체촬상소자의 제조방법에 관한 것으로, 필드산화막을 이용하여 광전환변환부를 형성하는 것을 특징으로 한다. 그 구체적인 제조방법은 반도체기판에 일정영역이 노출되도록 패드산화막 및 질화막을 순차적으로 형성하는 공정과, 패드산화막 및 질화막을 마스크로 노출된 영역을 산화시키어 필드산화막을 형성하는 공정과, 필드산화막을 제거하여 반도체기판에 굴곡진 홈을 형성하는 공정과, 질화막을 마스크로 홈에 불순물이온을 주입함으로써 각각의 광전환영역 및 그 양측에 전하전송영역을 형성하는 공정을 구비한다.

따라서, 본 발명에서는 마이크로렌즈를 통해 입사되는 빛이 광전환변환부인 홈의 굴곡진 표면에서 굴절되므로, 광전환변화부에 빛을 집중시키어 감도를 증가시킴과 동시에 빛이 광전환변환부 이외의 영역으로 입사되지 않도록 빛의 입사각을 조절함으로써 스미어를 방지할 수 있다.

또한, 광전환변환부가 수직전하전송영역 보다 기판 표면으로부터 깊게 형성되므로 칼라특성 향상 및 벌크(bulk) 리드아웃(read-out)이 가능하기 때문에 별도의 채널스톱층을 형성할 필요가 없다.

Description

고체촬상소자의 제조방법

본 발명은 고체촬상소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히, 마이크로렌즈를 통해 입사되는 빛이 광전환변화부인 포토다이오드(PD:PhotoDiode)에 포커싱되도록 빛을 집중시키기에 적당한 고체촬상소자의 제조방법에 관한 것이다.

일반적인 고체촬상소자는 마이크로렌즈를 통하여 집속된 빛이 수광부인 포토다이오드에 닿으면 광전효과에 의해 전하가 발생되며, 이 전하가 포토다이오드 아래의 포텐셜 우물에 축적하게 된다. 이렇게 모아진 전하는 트랜스퍼 게이트(TG:Transfer Gate)에 걸리는 전압에 의해 야기되는 포텐셜의 변화에 의해 전하 이동로인 수직전하전송영역(VCCD:Vertical Charge Coupled Devices)를 통하여 순서대로 이동하게 된다.

도 1a 내지 도 1b 는 종래기술에 따른 고체촬상소자의 제조공정도로, 빛이 수광되어 전하가 발생되는 광전환변화부 및 이 전하가 전송되는 수직전하전송영역이 제조되는 것을 보인 도면이다.

도 1a 와 같이, N형의 기판(100)에 반대 도전형인 P형 불순물이온을 주입하여 P웰(102)을 제조한다. 그리고 통상적인 공정을 통해 소정부위에 입사되는 빛의 세기에 따라 신호전하를 발생하기 위한 광전환변화부인 포토다이오드(104)를 형성한다.

도 1b 와 같이, 포토다이오드(104) 사이에 포토다이오드에서 발생된 신호전하를 수직방향으로 전달하는 전하전송영역인 VCCD(106)를 형성한다. 즉, 포토다이오드(104)와 수직전하전송영역(106)이 교번하여 형성되도록 한다.

그리고, 포토다이오드(104)와 수직전하전송영역(106) 사이에, 포토다이오드 및 수직전하전송영역과는 반대 도전형인 P형의 불순물이온을 주입함으로써 채널스톱층(CST :Channel STop layer)(108)을 형성한다.

상기 구조 전면에 산화실리콘 등을 화학기상증착방법으로 증착하여 절연막(134)을 형성한다.

이 후, 도면에는 도시되지는 않았지만, 절연막 상에 트랜스퍼 게이트(transfer gate)(FG)(SG)를 제조하고, 이 트랜스퍼 게이트를 덮도록 절연막을 형성한다. 그리고 절연막 상에 수직전하전송영역과 대응된 부위를 가리도록 패터닝된 금속을 이용한 차광막을 제조한다.

그리고, 통상적인 공정을 통해 차광막 상에 보호막 및 제 1평탄화층을 순차적으로 형성한 후, 수지를 이용하여 칼라필터층을 제조하고, 이 칼라필터층을 덮도록 제 2평탄화층을 형성한다. 그리고 제 2평탄화층 상에 마이크로렌즈를 제조한다.

이 마이크로렌즈에 집속된 빛은 칼라필터층을 통해 선택적으로 투과되며, 이 선택적으로 투과된 빛은 광전환변화부인 포토다이오드에 입사되며, 이 때, 차광막에 의해 수직전하전송영역에는 빛이 입사되지 못한다. 포토다이오드에 입사된 빛은 광전변환되어 신호전하가 발생되고 포토다이오드에서 생성된 전하는 트랜스터 게이트에 의해 수직전하전송영역에 전송된다. 이 후, 수직전하전송영역으로 전송된 전하는 소자 끝단의 플로팅확산에 의해 전압으로 센씽된 후에 앰프를 통해 증폭되어 주변회로로 전송되어 진다.

그러나, 종래기술에서는 조사되는 빛은 마이크로렌즈를 통해 여러방향에서 입사되므로, 일부는 포토다이오드 외에 수직전하전송지역으로 입사됨으로써 스미어가 증가된다.

또한, 빛이 맺히는 촛점이 빛의 입사각에 따라 감도가 변화되는 확률이 크고, 또한, 포토다이오드가 표면에 존재하기 때문에 표면 리드아웃으로 인하여 암전류의 영향을 받는 문제점이 있었다.

상기의 문제점을 해결하고자, 본 발명의 목적은 입사되는 빛이 광전환변화부 이외에서 포커싱되지 않도록 빛의 초점을 집중시킬 수 있는 고체촬상소자의 제조방법을 제공하려는 것이다.

본 발명은 마이크로렌즈를 통해 입사되는 빛을 광전환변화부로 집중되도록 굴절시킴으로써 광전환변화부 이외의 원하지 않는 부위로 빛이 입사되는 것을 방지하려는 것이다.

본 발명은 반도체기판에 일정영역이 노출되도록 패드산화막 및 질화막을 순차적으로 형성하는 공정과, 패드산화막 및 질화막을 마스크로 노출된 영역을 산화시키어 필드산화막을 형성하는 공정과, 필드산화막을 제거하여 반도체기판에 굴곡진 홈을 형성하는 공정과, 질화막을 마스크로 홈에 불순물이온을 주입함으로써 각각의 광전환영역 및 그 양측에 전하전송영역을 형성하는 공정을 구비하여 고체촬상소자를 제조함으로써, 마이크로렌즈를 통해 입사되는 빛이 광전환변환부인 상술한 홈의 굴곡진 표면에서 굴절되어 광전환변환부 이외의 다른 부위에 빛이 입사되지 않도록 하는 것을 특징으로 한다.

도 1a 내지 도 1b 는 종래기술에 따른 고체촬상소자의 제조공정도이고,

도 2a 내지 도 2e 는 본 발명에 따른 필드산화막을 이용한 고체촬상소자의 제조공정도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100, 200. 반도체기판 102, 202. 웰

104, 204. 광전환변화부(PDN) 106, 206. 전하전송영역(VCCD)

134, 234. 절연막 108, 208. PDP층

220. 필드산화막 230. 패드산화막

232. 질화막

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하겠다.

도 2a 내지 도 2e 는 본 발명에 따른 고체촬상소자의 제조공정도이다.

도 2a 와 같이, N형의 반도체기판(200)에 반대 도전형인 P웰(202)을 형성한다. 그리고, P웰(202)이 형성된 반도체기판(200)에 패드산화막(230)을 형성시킨다.

이 패드산화막(230)은 산화막 생성로에 기판을 넣고 산소가스를 주입하게 되면, 기판의 실리콘 성분과 산소성분이 결합하여 실리콘 산화막인 SiO₂층이 형성된다. 이와 같이, 처음에 반도체기판(200) 상에 산화막을 형성시키는 이유는 이 후 공정인 질화막 성장 시에 질화막에 의한 실리콘 성분인 기판 표면에 결점결함이 유발되는 현상을 정지하기 위한 것으로, 이 패드산화막(2300은 실리콘 성분인 반도체기판(200)과 질화막 사이에서 완충역할을 한다.

다음에, 초기 산화로 형성된 패드산화막(230) 상에 질화막(232)을 형성한다. 이 공정은 LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)방법으로 성장시킨다.

그리고, 도면에서와 같이 질화막(232)을 필드영역이 노출되도록 패터닝한다.

도 2b 와 같이, 패터닝된 질화막(232)을 마스크로 이용하여 국부적으로 산화시킴으로써 필드산화막(220)을 형성한다. 여기에서, 질화막(232)은 필드영역의 산화막 성장 시에 액티브영역의 산화막 성장을 저지하는 층으로서의 역할을 하게 된다. 이는 질화막(232)에는 산화가 거의 안되기 때문에 질화막이 제거된 필드영역만이 필드산화막(220)이 성장된다.

도 2c 와 같이, 필드산화막(220)을 습식식각 방법으로 제거한다. 따라서, 기판에는 필드산화막(220)이 형성되었던 부위가 움푹패여 오목한 형상의 굴곡진 홈(t)이 형성된다.

이 후, 질화막(232)을 이온 블로킹 마스크로 이용하여 반도체기판(200)과 동일 도전형인 N형의 불순물이온을 주입함으로써 홈 하부에 광전환변환부(PDN)(204)를 깊게 형성한다.

따라서, 이 후에 조사되는 빛이 굴곡진 홈(t) 하부에 형성된 광전환변환부(PDN)에 입사되면서 이 부위에서 빛이 굴절되므로, 광전환변환부(PDN) 이외의 부위로 입사되지 않도록 빛을 차단시키어 결과적으로, 광전환변환부(PDN)에 입사되는 광량이 많아지게 된다.

도 2d 와 같이, 질화막(232)을 다시 이온 블로킹 마스크로 이용하여 반도체기판(200)과 다른 도전형인 P형의 불순물이온을 주입함으로써 굴곡진 홈 하부에 형성된 광전환변환부(PDN) 표면에 PDP층(208)을 형성한다.

도 2e 와 같이, 질화막(232)을 제거한다.

그리고, 광전환변환부(PDN) 양측에 전하전송영역(VCCD)을 형성한다.

이 때, 광전환변환부(PDN)는 반도체기판(200) 표면으로부터 전하전송영역(VCCD)보다 깊게 형성시킨다.

이 후, 노출된 반도체기판(200) 전표면에 산화실리콘을 화학기상증착방법을 이용하여 제 1절연막(234)을 형성한다.

그리고, 도면에서는 도시되지 않았지만, 통상의 공정대로, 이 제 1절연막(234)상에 트랜스퍼 게이트(FG)(SG)를 제조하고, 이 트랜스퍼 게이트(FG)(SG)를 덮도록 제 2절연막을 형성한 후, 제 2절연막 상에 전하전송영역(HCCD)과 대응된 부위를 가리도록 패터닝된 금속을 이용한 차광막을 제조한다. 이 후, 상술한 차광막 상에 보호막 및 제 1평탄화층을 순차적으로 형성한 후, 수지를 이용하여 칼라필터층을 제조하고, 이 칼라필터층을 덮도록 제 2평탄화층을 형성한다. 그리고 제 2평탄화층 상에 마이크로렌즈를 제조한다.

본 발명에서는 광전환변환부(PDN)의 표면을 오목한 형상의 굴곡진 홈으로 형성함으로써, 이 굴곡진 홈 표면에서 빛이 굴절됨에 따라 마이크로렌즈를 통해 입사되는 빛이 광전환변환부(PDN)이의의 부위로 빛이 새지 않도록 하여 결과적으로 광전환변환부(PDN)에 입사되는 광량이 증가된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 광전환변변화부의 표면을 오목한 형상으로 굴곡지도록 형성함으로써, 빛의 초점을 광전환변화부로 집중시키어 빛이 광전환변환부 이외의 다른 부위로 입사되는 스미어를 방지하고 또한, 고감도를 실현 및 블루밍을 제거시키는 잇점이 있다.

또한, 광전환변환부가 수직전하전송영역 보다 기판 표면으로부터 깊게 형성되므로 칼라특성 향상 및 벌크(bulk) 리드아웃(read-out)이 가능하기 때문에 별도의 채널스톱층을 형성할 필요가 없다.

Claims (2)

1. 반도체기판에 광전환변환부 및 전하전송영역이 교변하여 형성되는 고체촬상소자의 제조방법에 있어서,

   상기 반도체기판에 일정영역이 노출되도록 패드산화막 및 질화막을 순차적으로 형성하는 공정과,

   상기 패드산화막 및 질화막을 마스크로 상기 노출된 영역을 산화시키어 필드산화막을 형성하는 공정과,

   상기 필드산화막을 제거하여 상기 반도체기판에 굴곡진 홈을 형성하는 공정과,

   상기 질화막을 마스크로 상기 홈에 불순물이온을 주입함으로써 각각의 광전환변화부 및 그 양측에 전하전송영역을 형성하는 공정을 구비한 고체촬상소자의 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 광전환변화부는 상기 반도체기판 표면으로부터 전하전송영역보다 깊게 형성된 것이 특징인 고체촬상소자의 제조방법.