KR20000008283A - Solid pickup device and fabricating method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고체 촬상 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 CCD(Charge Coupled Device) 감도 및 디펙트(Defect) 특성을 향상시키는데 적당한 고체 촬상 소자 및 그의 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, and more particularly, to a solid state image pickup device and a method of manufacturing the same that are suitable for improving charge sensitivity of a CCD and defect characteristics.
일반적으로 고체 촬상 소자는 일정 간격을 갖고 매트릭스 형태로 배열되어 빛의 신호를 전기적인 신호로 변환하여 영상 전하를 생성하는 복수개의 광전 변환 영역과, 수직 방향의 광전 변환 영역의 사이에 각각 형성되어 광전 변환 영역에서 생성된 영상 전하를 수직 방향으로 전송하는 복수개의 수직 전하 전송 영역과, 수직 전송된 영상 전하를 수평으로 전송하기 위한 수평 전하 전송 영역과, 상기 수평 방향으로 전송된 영상 전하를 센싱하여 주변회로부로 출력하는 플로우팅 디퓨전 영역으로 크게 구성된다.In general, a solid-state image pickup device is formed between a plurality of photoelectric conversion regions that are arranged in a matrix form at regular intervals to convert a signal of light into an electrical signal to generate an image charge, and are respectively formed between the photoelectric conversion regions in a vertical direction. A plurality of vertical charge transfer regions for transferring the image charges generated in the conversion region in the vertical direction, a horizontal charge transfer region for horizontally transferring the vertically transferred image charges, and sensing the image charges transferred in the horizontal direction It is largely comprised of the floating diffusion area | region which outputs to a circuit part.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래 기술의 고체 촬상 소자 및 그 제조방법을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a solid-state imaging device and a method of manufacturing the same according to the related art will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 종래 기술에 따른 고체 촬상 소자를 나타낸 구조단면도이다.1 is a structural cross-sectional view showing a solid-state imaging device according to the prior art.
도 1에 도시한 바와 같이, N-기판(1)에 형성되는 P-웰(2)영역내에 형성되어 입사되는 빛에 관한 영상신호를 전기적인 신호로 변환하는 복수개의 광전 변환 영역(11)들과, 상기의 광전 변환 영역(11)들의 사이에 형성되어 광전 변환 영역(11)에서 생성되어진 영상 전하를 수직 방향으로 전송하는 CCD 채널 영역(4)들과, 상기 광전 변환 영역(11)들의 둘레에 형성되어 화소와 화소를 격리하는 채널 스톱층(3)과, 상기 CCD 채널 영역(4)들의 상측에 게이트 절연막(5) 및 제 1, 제 2 절연막(7,9)에 의해 절연되고 서로 일정 부분 오버랩되어 반복적으로 형성되는 복수개의 제 1, 제 2 폴리 게이트(6,8)들과, 상기 광전 변환 영역(11)을 제외한 제 2 절연막(9)상에 형성되는 금속 차광층(12)과, 상기 금속 차광층(12)을 포함한 전면에 표면을 보호하기 형성되는 층간 보호막(13)과, 상기 층간 보호막(13)상에 형성되는 평탄화용 절연막(14)과, 상기 광전 변환 영역(11)에 대응하여 그 상측의 평탄화용 절연막(14)상에 형성되는 칼라 필터층(15)과, 상기 광전 변환 영역(11)들에 촬상되는 빛의 신호를 집속시키기 위해 평탄화용 절연막(14)상에 칼라 필터층(15)과 광전 변환 영역(11)에 대응되도록 형성되는 마이크로 렌즈(16)를 포함하여 구성된다.As illustrated in FIG. 1, a plurality of photoelectric conversion regions 11 formed in a P-well 2 region formed on an N-substrate 1 to convert an image signal regarding incident light into an electrical signal. And CCD channel regions 4 formed between the photoelectric conversion regions 11 to transfer the image charge generated in the photoelectric conversion region 11 in the vertical direction, and the circumferences of the photoelectric conversion regions 11. A channel stop layer (3) formed in the insulating layer and separating the pixel from the pixel, and insulated from each other by the gate insulating film (5) and the first and second insulating films (7, 9) above the CCD channel regions (4). A plurality of first and second poly gates 6 and 8 partially overlapped and repeatedly formed, and a metal light blocking layer 12 formed on the second insulating film 9 except for the photoelectric conversion region 11; And an interlayer protective film 13 formed on the entire surface including the metal light blocking layer 12 to protect the surface. The planarization insulating film 14 formed on the inter passivation film 13, the color filter layer 15 formed on the planarization insulating film 14 on the upper side corresponding to the photoelectric conversion region 11, and the photoelectric conversion. And a microlens 16 formed on the planarization insulating film 14 so as to correspond to the color filter layer 15 and the photoelectric conversion region 11 so as to focus a signal of light captured in the regions 11. .
도 2a 내지 도 2c는 종래 기술의 고체 촬상 소자의 제조방법을 나타낸 공정단면도이다.2A to 2C are process cross-sectional views showing a method for manufacturing a solid-state imaging device of the prior art.
먼저, 도 2a에 도시한 바와 같이, N-기판(1)에 P-웰(2)을 형성하고, 상기의 P-웰(2)영역에 화소와 화소를 격리하기 위한 채널 스톱층(3)을 형성한다.First, as shown in FIG. 2A, the P-well 2 is formed on the N-substrate 1, and the channel stop layer 3 for isolating the pixel from the P-well 2 region. To form.
이어, 전하 전송 채널을 형성하기 위한 BCCD 이온 주입 공정을 실시하여 수직 전하 전송 영역, 수평 전하 전송 영역의 CCD 채널 영역(4)을 형성한다.Subsequently, the BCCD ion implantation process for forming the charge transfer channel is performed to form the CCD channel region 4 of the vertical charge transfer region and the horizontal charge transfer region.
도 2b에 도시한 바와 같이, 상기 CCD 채널 영역(4)이 형성된 N-기판(1)의 전면에 게이트 절연막(5)을 형성하고 그 게이트 절연막(5)상에 폴리 실리콘층을 증착한다.As shown in FIG. 2B, a gate insulating film 5 is formed on the entire surface of the N-substrate 1 on which the CCD channel region 4 is formed, and a polysilicon layer is deposited on the gate insulating film 5.
이어, 상기의 폴리 실리콘층을 CCD 채널 영역(4)의 특정 부분에 반복적으로 남도록 패터닝하여 제 1 폴리 게이트(6)를 형성한다.Subsequently, the polysilicon layer is patterned to repeatedly remain in a specific portion of the CCD channel region 4 to form the first poly gate 6.
그리고 상기의 제 1 폴리 게이트(6)를 포함하는 전면에 전극들간의 격리를 위한 제 1 절연막(7)을 형성하고 폴리 실리콘층을 증착한 후 상기 CCD 채널 영역(4)상에 제 1 폴리 게이트(6)에 일정 부분 오버랩되어 반복적으로 남도록 패터닝하여 제 2 폴리 게이트(8)를 형성한다.After forming a first insulating film 7 for isolation between electrodes on the front surface including the first poly gate 6 and depositing a polysilicon layer, a first poly gate is formed on the CCD channel region 4. The second poly gate 8 is formed by overlapping the portion 6 with a predetermined portion and repeatedly patterning the same.
이어, 상기 제 2 폴리 게이트(8)를 포함하는 전면에 제 2 절연막(9)을 형성하고 PDN 이온 주입 공정을 실시하고 그 표면에 다시 얇은 p형 이온 주입 공정을 실시하여 PDP영역(10)을 형성하여 광전 변환 영역(11)을 완성한다.Subsequently, the second insulating film 9 is formed on the entire surface including the second poly gate 8, the PDN ion implantation process is performed, and a thin p-type ion implantation process is performed on the surface of the PDP region 10. To form the photoelectric conversion region 11.
그리고 상기의 광전 변환 영역(11)을 제외한 제 2 절연막(9)상에 광전 변환 영역(11)을 제외한 부분으로 빛이 들어가는 것을 막기 위한 금속 차광층(12)을 형성한다.A metal light shielding layer 12 is formed on the second insulating film 9 except for the photoelectric conversion region 11 to prevent light from entering the portion except the photoelectric conversion region 11.
이어, 상기의 금속 차광층(12)을 포함하는 전면에 표면 보호를 위한 층간 보호(Passivation)막(13)을 증착한다.Subsequently, an interlayer passivation film 13 for surface protection is deposited on the entire surface including the metal light blocking layer 12.
그리고 상기 층간 보호막(13)을 증착한 후에, 도면에는 도시되지 않았지만 포토리소그래픽 공정을 실시하여 상기 층간 보호막(13)을 선택적으로 제거하여 패드 오픈 공정을 실시하고, 수소 어닐(H2Anneal) 공정을 진행한다.And the interlayer after depositing the protective film 13, though not shown photolithographic exemplary process by selectively removing the inter-layer protective film 13 by performing a pad open process, the annealing (H 2 Anneal) hydrogen process Proceed.
여기서 상기 층간 보호막(13)은 플라즈마 CVD 방식으로 질화막을 증착하는데, 이 질화막의 두께와 광투과로 인한 감도와의 관계를 볼 때 질화막의 두께가 얇을수록 감도는 증가하는 반면에 디펙트(Defects)특성은 현저히 떨어진다.Here, the interlayer protective film 13 deposits a nitride film by a plasma CVD method. In view of the relationship between the thickness of the nitride film and the sensitivity due to light transmission, the thickness of the nitride film is increased while the sensitivity is increased. The property is markedly inferior.
한편, 표면 보호 측면에서 증착되는 질화막은 산화막과 비교할 때 광투과율은 약 70% 수준으로 감도향상을 위해서는 층간 보호막(13)의 두께가 낮을수록 좋다.On the other hand, the nitride film deposited in terms of surface protection is about 70% light transmittance compared to the oxide film, the lower the thickness of the interlayer protective film 13 to improve the sensitivity.
그렇지만 산화막을 사용할 때의 문제점은 수소(H2) 어닐(Anneal)시 수소원자에 의한 실리콘 표면 결합의 안정화를 위한 수소원자의 확산이 안된다는 점이다.However, a problem when using an oxide film is that diffusion of hydrogen atoms for stabilization of silicon surface bonds by hydrogen atoms during hydrogen (H 2 ) annealing is not possible.
따라서 디펙트로 인한 저수율을 방지하기 위해서는 질화막을 매개로 하는 수소 어닐이 진행되는 것이 좋고 감도 향상을 위해서는 질화막의 두께가 얇을수록 좋은 상관 관계가 있다.Therefore, in order to prevent low yield due to defects, hydrogen annealing through the nitride film is preferably performed. In order to improve the sensitivity, a thinner nitride film has a better correlation.
도 2c에 도시한 바와 같이, 상기 층간 보호막(13)상에 다시 평탄화용 절연막(14)을 형성한 후 상기 각각의 광전 변환 영역(11)에 대응하는 평탄화용 절연막(14)상에 특정 파장의 빛만을 통과시키는 칼라 필터층(15)을 형성한다.As shown in FIG. 2C, the planarization insulating film 14 is again formed on the interlayer protective film 13, and then a specific wavelength is formed on the planarizing insulating film 14 corresponding to each photoelectric conversion region 11. The color filter layer 15 which passes only light is formed.
이어, 상기 칼라 필터층(15)을 포함하는 평탄화용 절연막(14)상에 각각의 칼라 필터층(15) 및 광전 변환 영역(11)에 대응되도록 마이크로 렌즈(16)를 형성한다.Subsequently, a microlens 16 is formed on the planarization insulating layer 14 including the color filter layer 15 to correspond to each color filter layer 15 and the photoelectric conversion region 11.
상기와 같이 구성된 종래 기술의 고체 촬상 소자는 카메라 렌즈를 통해 들어오는 빛이 마이크로 렌즈(16)에 의해 집속되어 칼라 필터층(15)에 의해 특정 파장의 빛만이 광전 변환 영역(11)으로 조사된다.In the conventional solid-state imaging device configured as described above, light entering through the camera lens is focused by the micro lens 16, and only light having a specific wavelength is irradiated to the photoelectric conversion region 11 by the color filter layer 15.
이어, 상기 광전 변환 영역(11)으로 조사된 빛은 영상 전하로 변환되어 수직 전하 전송 영역 등의 CCD 채널 영역(4)을 거쳐 플로우팅 디퓨전 영역(도면에 도시되지 않음)으로 전송된다.Subsequently, the light irradiated to the photoelectric conversion region 11 is converted into image charge and transmitted to the floating diffusion region (not shown) through the CCD channel region 4 such as the vertical charge transfer region.
그리고 전송되어진 영상 전하는 플로우팅 디퓨전 영역에서 센싱 및 증폭되어 주변 회로로 전송된다.The transmitted image charge is sensed and amplified in the floating diffusion region and transmitted to the peripheral circuit.
한편, 상기 층간 보호막(13)으로 사용되는 질화막의 두께가 감도에 미치는 영향은 광투과율에 따른 것이며, 디펙트에 영향을 주는 점으로서는 질화막 결합구조상에서 수소 어닐링을 가함에 따라 수소원자들이 기판 표면의 댕글링 본드(Dangling Bond)를 안정(Stable)한 상태로 해주는 것이다.On the other hand, the effect of the thickness of the nitride film used as the interlayer protective film 13 on the sensitivity is due to the light transmittance, and the effect on the defect is that hydrogen atoms are applied to the surface of the substrate as hydrogen annealing on the nitride film bonding structure. The dangling bond (Dangling Bond) is to make a stable (Stable) state.
즉, 실리콘(Si)은 최외각 전자가 4개 있어 서로 1개씩 공유결합을 하여 웨이퍼 안쪽은 안정한 상태이나 표면은 여러 공정 스텝을 거치면서(특히 질화막 증착 및 식각공정시 플라즈마 복사(Plasma Radiation)에 의한 차아지 업(Charge Up)이 큰 편이다. 참고로 질화막은 에칭 가스로 사용되는 CF4등의 가스와 상호작용하여 차아지 업에 취약한 막이다) 기판 표면에는 불안정한 결합이 남게 되어 원하지 않는 암전류가 PDP영역(10)을 터널링(Tunneling)하거나 터미널 익사이트(Thermal Exite)되어 광전 변환 영역(11)으로 넘어가게 된다.In other words, silicon (Si) has four outermost electrons, and each one is covalently bonded to each other so that the inside of the wafer is stable, but the surface passes through several process steps (especially for plasma radiation during nitride deposition and etching). Due to the high charge up, the nitride film is a film that is vulnerable to charge up by interacting with a gas such as CF 4 used as an etching gas. Is tunneled or terminal exited to the PDP region 10 to the photoelectric conversion region 11.
이것을 방지하기 위해서 SiN-H에 있는 수소원자를 수소분자 환경에서 Si와 결합시켜 안정한 상태로 만들어 CCD 디펙트 특성을 향상시킬 수 있다.In order to prevent this, hydrogen atoms in SiN-H are combined with Si in a hydrogen molecule environment to make the stable state to improve CCD defect characteristics.
그런데 수소 분위기에서 어닐링을 하지만 수소 분자보다는 질화막 결합구조상의 수소원자가 실리콘 기판으로의 확산이 크기 때문에 질화막 두께가 두꺼울수록 결합된 수소원자가 많으며 기판으로의 확산량이 많아 표면 상태의 안정화에 많은 영향을 줄 수 있다.However, the annealing is performed in a hydrogen atmosphere, but since the diffusion of hydrogen atoms on the nitride bonding structure into the silicon substrate is larger than that of the hydrogen molecules, the thicker the nitride layer, the more hydrogen atoms are bonded and the diffusion amount to the substrate can affect the stabilization of the surface state. have.
그러나 상기와 같은 종래 기술의 고체 촬상 소자 및 그 제조방법에 있어서 다음과 같은 문제점이 있었다.However, the above-described solid state image pickup device of the related art and a method of manufacturing the same have the following problems.
즉, 층간 보호막으로 증착된 절연막의 최종 두께가 증착시의 두께와 동일하여 CCD 디펙트 특성은 향상시킬 수 있지만 감도가 떨어진다.That is, the final thickness of the insulating film deposited as the interlayer protective film is the same as the thickness at the time of deposition, so that the CCD defect characteristics can be improved, but the sensitivity is poor.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 층간 보호막으로 증착되는 절연막의 증착시 두께와 수소 어닐후의 최종 두께를 다르게하여 CCD 디펙트 특성 및 감도를 향상시키도록 한 고체 촬상 소자 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and the solid-state imaging device and its fabrication to improve the CCD defect characteristics and sensitivity by varying the thickness of the insulating film deposited as an interlayer protective film and the final thickness after hydrogen annealing The purpose is to provide a method.
도 1은 종래 기술에 의한 고체 촬상 소자를 나타낸 구조단면도1 is a structural cross-sectional view showing a solid-state imaging device according to the prior art
도 2a 내지 도 2c는 종래 기술에 의한 고체 촬상 소자의 제조방법을 나타낸 공정단면도2A to 2C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a solid-state imaging device according to the prior art.
도 3은 본 발명에 의한 고체 촬상 소자를 나타낸 구조단면도3 is a structural sectional view showing a solid-state imaging device according to the present invention.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 의한 고체 촬상 소자의 제조방법을 나타낸 공정단면도4A to 4C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 고체 촬상 소자를 나타낸 구조단면도5 is a structural cross-sectional view showing a solid-state imaging device according to another embodiment of the present invention.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 다른 실시예에 의한 고체 촬상 소자의 제조방법을 나타낸 공정단면도6A to 6C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a solid-state imaging device according to another embodiment of the present invention.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for main parts of the drawings
21,41 : N-기판 22,42 : P-웰21,41: N-substrate 22,42: P-well
23,43 : 채널 스톱층 24,44 : CCD 채널 영역23,43: channel stop layer 24,44: CCD channel region
25,45 : 게이트 절연막 26,46 : 제 1 폴리 게이트25,45 gate insulating film 26,46 first poly gate
27,47 : 제 1 절연막 28,48 : 제 2 폴리 게이트27,47: 1st insulating film 28,48: 2nd poly gate
29,49 : 제 2 절연막 30,50 : PDP 영역29, 49 Second insulating film 30, 50 PDP region
31,51 : 광전 변환 영역 32,52 : 금속 차광층31,51: photoelectric conversion region 32,52: metal light shielding layer
33 : 산화막 34 : 질화막33: oxide film 34: nitride film
53 : 층간 보호막 35,54 : 평탄화용 절연막53 interlayer protective film 35,54 planarization insulating film
36,55 : 칼라 필터층 37,56 : 마이크로 렌즈36,55: color filter layer 37,56: microlens
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 고체 촬상 소자는 제 1 도전형 기판에 형성되는 제 2 도전형 웰영역내에 형성되는 복수개의 광전 변환 영역들과, 상기의 광전 변환 영역들의 사이에 형성되는 복수개의 CCD 채널 영역들과, 상기 광전 변환 영역들의 둘레에 형성되는 채널 스톱층과, 상기 CCD 채널 영역들의 상측에 게이트 절연막 및 제 1, 제 2 절연막에 의해 절연되고 서로 일정 부분 오버랩되어 반복적으로 형성되는 복수개의 제 1, 제 2 게이트들과, 상기 광전 변환 영역을 제외한 제 2 절연막상에 형성되는 금속 차광층과, 상기 금속 차광층을 포함한 전면에 층간 보호막으로 형성되는 산화막과, 상기 산화막상에 형성되는 평탄화용 절연막과, 상기 광전 변환 영역에 대응하여 그 상측의 평탄화용 절연막상에 형성되는 칼라 필터층과, 상기 평탄화용 절연막상에 칼라 필터층 및 광전 변환 영역과 대응되도록 형성되는 마이크로 렌즈를 포함하여 구성되고, 상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 고체 촬상 소자의 제조방법은 제 1 도전형 기판에 형성되는 제 2 도전형 웰영역내에 복수개의 광전 변환 영역들을 형성하는 단계와, 상기의 광전 변환 영역들의 사이에 복수개의 CCD 채널 영역들을 형성하는 단계와, 상기 광전 변환 영역들의 둘레에 채널 스톱층을 형성하는 단계와, 상기 CCD 채널 영역들의 상측에 게이트 절연막 및 제 1, 제 2 절연막에 의해 절연되고 서로 일정 부분 오버랩되도록 복수개의 제 1, 제 2 게이트들을 형성하는 단계와, 상기 광전 변환 영역을 제외한 제 2 절연막상에 금속 차광층을 형성하는 단계와, 상기 금속 차광층을 포함한 전면에 산화막과 질화막으로 적층된 층간 보호막을 형성하는 단계와, 상기 층간 보호막을 선택적으로 제거하여 패드를 오픈시키는 단계와, 상기 패드가 오픈된 기판에 수소 어닐공정을 실시하는 단계와, 상기 질화막을 제거하는 단계와, 상기 산화막을 포함한 전면에 평탄화용 절연막을 형성하는 단계와, 상기 광전 변환 영역에 대응하여 그 상측의 평탄화용 절연막상에 칼라 필터층을 형성하는 단계와, 상기 평탄화용 절연막상에 칼라 필터층 및 광전 변환 영역과 대응하도록 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하여 형성함을 특징으로 한다.A solid-state imaging device according to the present invention for achieving the above object is formed between a plurality of photoelectric conversion regions formed in a second conductivity type well region formed in a first conductivity type substrate and the above photoelectric conversion regions. A plurality of CCD channel regions, a channel stop layer formed around the photoelectric conversion regions, and a gate insulating layer and first and second insulating layers on the CCD channel regions and overlapping each other with a predetermined portion. A plurality of first and second gates formed, a metal light shielding layer formed on the second insulating film except for the photoelectric conversion region, an oxide film formed of an interlayer protective film on the entire surface including the metal light shielding layer, and the oxide film A planarization insulating film formed on the planarization film, a color filter layer formed on the planarization insulating film on the upper side corresponding to the photoelectric conversion region, and A method of manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, comprising a microlens formed on the insulating film for carbonization so as to correspond to a color filter layer and a photoelectric conversion region, wherein the method for manufacturing a solid-state image pickup device according to the present invention comprises a second conductive layer Forming a plurality of photoelectric conversion regions in the type well region, forming a plurality of CCD channel regions between the photoelectric conversion regions, forming a channel stop layer around the photoelectric conversion regions, Forming a plurality of first and second gates over the CCD channel regions by the gate insulating layer and the first and second insulating layers and overlapping each other with a predetermined portion, and on the second insulating layer except for the photoelectric conversion region. Forming a metal light shielding layer, the interlayer protective film laminated with an oxide film and a nitride film on the front surface including the metal light shielding layer Forming a pad, selectively removing the interlayer protective film, opening a pad, performing a hydrogen annealing process on the pad-opened substrate, removing the nitride film, and a front surface including the oxide film. Forming a planarization insulating film, forming a color filter layer on an upper planarization insulating film corresponding to the photoelectric conversion region, and forming a microlens on the planarization insulating film so as to correspond to the color filter layer and the photoelectric conversion region. Forming comprising the step of forming.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 고체 촬상 소자 및 그 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a solid-state imaging device and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명에 의한 고체 촬상 소자를 나타낸 구조단면도이다.3 is a structural sectional view showing a solid-state imaging device according to the present invention.
도 3에 도시한 바와 같이, N-기판(21)에 형성되는 P-웰(22)영역내에 형성되어 입사되는 빛에 관한 영상신호를 전기적인 신호로 변환하는 복수개의 광전 변환 영역(31)들과, 상기의 광전 변환 영역(31)들의 사이에 형성되어 광전 변환 영역(31)에서 생성되어진 영상 전하를 수직 방향으로 전송하는 복수개의 CCD 채널 영역(24)들과, 상기 광전 변환 영역(31)들의 둘레에 형성되어 화소와 화소를 격리하는 채널 스톱층(23)과, 상기 CCD 채널 영역(24)들의 상측에 게이트 절연막(25) 및 제 1, 제 2 절연막(27,29)에 의해 절연되고 서로 일정 부분 오버랩되어 반복적으로 형성되는 복수개의 제 1, 제 2 폴리 게이트(26,28)들과, 상기 광전 변환 영역(31)을 제외한 제 2 절연막(29)상에 형성되는 금속 차광층(32)과, 상기 금속 차광층(32)을 포함한 전면에 형성되는 산화막(33)과, 상기 산화막(33)상에 형성되는 평탄화용 절연막(35)과, 상기 광전 변환 영역(31)에 대응하여 그 상측의 평탄화용 절연막(35)상에 형성되는 칼라 필터층(36)과, 상기 광전 변환 영역(31)들에 촬상되는 빛의 신호를 집속시키기 위해 평탄화용 절연막(35)상에 칼라 필터층(36)과 광전 변환 영역(31)에 대응되도록 형성되는 마이크로 렌즈(37)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 3, a plurality of photoelectric conversion regions 31 formed in the P-well 22 region formed on the N-substrate 21 and converting an image signal regarding incident light into an electrical signal are provided. And a plurality of CCD channel regions 24 formed between the photoelectric conversion regions 31 to transfer the image charge generated in the photoelectric conversion region 31 in the vertical direction, and the photoelectric conversion region 31. A channel stop layer 23 formed around each other to isolate the pixel from the pixel, and the gate insulating layer 25 and the first and second insulating layers 27 and 29 on the CCD channel region 24. A plurality of first and second poly gates 26 and 28 repeatedly overlapping each other with a predetermined portion and the metal light blocking layer 32 formed on the second insulating layer 29 except for the photoelectric conversion region 31. ), An oxide film 33 formed on the entire surface including the metal light shielding layer 32, and the oxide film The planarization insulating film 35 formed on the 33, the color filter layer 36 formed on the planarization insulating film 35 on the upper side corresponding to the photoelectric conversion region 31, and the photoelectric conversion region ( And a microlens 37 formed on the planarization insulating film 35 so as to correspond to the color filter layer 36 and the photoelectric conversion region 31 so as to focus the signal of the light captured by the signals 31.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 의한 고체 촬상 소자의 제조방법을 나타낸 공정단면도이다.4A to 4C are process cross-sectional views showing a method of manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention.
먼저, 도 4a에 도시한 바와 같이, N-기판(21)에 P-웰(22)을 형성하고, 상기의 P-웰(22)영역에 화소와 화소를 격리하기 위한 채널 스톱층(23)을 형성한다.First, as shown in FIG. 4A, the P-well 22 is formed on the N-substrate 21, and the channel stop layer 23 isolating the pixel from the P-well 22 region. To form.
이어, 전하 전송 채널을 형성하기 위한 BCCD 이온 주입 공정을 실시하여 수직 전하 전송 영역, 수평 전하 전송 영역의 CCD 채널 영역(24)을 형성한다.Next, the BCCD ion implantation process for forming the charge transfer channel is performed to form the CCD channel region 24 of the vertical charge transfer region and the horizontal charge transfer region.
도 4b에 도시한 바와 같이, 상기 CCD 채널 영역(24)이 형성된 N-기판(21)의 전면에 게이트 절연막(25)을 형성하고 그 게이트 절연막(25)상에 폴리 실리콘층을 증착한다.As shown in FIG. 4B, a gate insulating film 25 is formed on the entire surface of the N-substrate 21 on which the CCD channel region 24 is formed, and a polysilicon layer is deposited on the gate insulating film 25. As shown in FIG.
이어, 상기의 폴리 실리콘층을 CCD 채널 영역(24)의 특정 부분에 반복적으로 남도록 패터닝하여 제 1 폴리 게이트(26)를 형성한다.Subsequently, the polysilicon layer is patterned to repeatedly remain in a specific portion of the CCD channel region 24 to form the first poly gate 26.
그리고 상기의 제 1 폴리 게이트(26)를 포함하는 전면에 전극들간의 격리를 위한 제 1 절연막(27)을 형성하고, 폴리 실리콘층을 증착한 후 상기 CCD 채널 영역(24)상에 제 1 폴리 게이트(26)에 일정 부분 오버랩되어 반복적으로 남도록 패터닝하여 제 2 폴리 게이트(28)를 형성한다.And forming a first insulating film 27 for isolation between electrodes on the front surface including the first poly gate 26, depositing a polysilicon layer, and then depositing a first poly on the CCD channel region 24. The second poly gate 28 is formed by overlapping the gate 26 to be partially overlapped and patterned repeatedly.
이어, 상기 제 2 폴리 게이트(28)를 포함하는 전면에 제 2 절연막(29)을 형성하고 PDN 이온 주입 공정을 실시하고 그 표면에 다시 얇은 p형 이온 주입 공정을 실시하여 PDP영역(30)을 형성함으로써 광전 변환 영역(31)을 완성한다.Subsequently, the second insulating layer 29 is formed on the entire surface including the second poly gate 28, a PDN ion implantation process is performed, and a thin p-type ion implantation process is performed on the surface thereof to form the PDP region 30. By forming, the photoelectric conversion region 31 is completed.
그리고 상기의 광전 변환 영역(31)을 제외한 제 2 절연막(29)상에 광전 변환 영역(31)을 제외한 부분으로 빛이 들어가는 것을 막기 위해 금속 차광층(32)을 형성한다.A metal light shielding layer 32 is formed on the second insulating film 29 except for the photoelectric conversion region 31 to prevent light from entering the portion except the photoelectric conversion region 31.
이어, 상기의 금속 차광층(32)을 포함하는 전면에 산화막(33)을 형성하고, 상기 산화막(33)상에 표면 보호를 위해 플라즈마 CVD 방식으로 질화막(34)을 증착하여 층간 보호막을 형성한다.Subsequently, an oxide film 33 is formed on the entire surface including the metal light shielding layer 32, and a nitride film 34 is deposited on the oxide film 33 by plasma CVD to form an interlayer protective film. .
여기서 층간 보호막은 결론적으로 산화막(33)과 질화막(34)으로 이루어지고, 그 두께는 산화막(33)과 질화막(34)을 포함한 두께이다.Here, the interlayer protective film is consequently composed of the oxide film 33 and the nitride film 34, and the thickness thereof is the thickness including the oxide film 33 and the nitride film 34.
그리고 상기 층간 보호막을 증착한 후에, 도면에는 도시하지 않았지만 포토리소그래픽 공정으로 상기 층간 보호막을 선택적으로 제거하여 패드 오픈 공정을 실시하고, 수소 어닐(H2Anneal) 공정을 진행한다.And after depositing the interlayer protection film, although not shown in the drawings, by selectively removing the inter-layer protective film by a photolithographic process and subjected to the pad open process, the flow advances to hydrogen annealing (H 2 Anneal) step.
도 4c에 도시한 바와 같이, 상기 층간 보호막중에 질화막(34)만을 습식식각으로 제거하고, 상기 산화막(33)상에 평탄화용 절연막(35)을 형성한 후 상기 각각의 광전 변환 영역(31)에 대응하는 평탄화용 절연막(35)상에 특정 파장의 빛만을 통과시키는 칼라 필터층(36)을 형성한다.As shown in FIG. 4C, only the nitride film 34 is removed by wet etching in the interlayer protective film, and the planarization insulating film 35 is formed on the oxide film 33, and then in each of the photoelectric conversion regions 31. On the corresponding planarization insulating film 35, a color filter layer 36 for passing only light of a specific wavelength is formed.
즉, 본 발명은 종래 기술에서와는 달리 층간 보호막의 두께와 수소 어닐 후의 최종 두께가 다른 점(산화막만 잔류하기 때문에)이다. 이것은 수소 어닐시 수소원자의 확산량은 종래와 동일하게 하는 효과를 이용하여 디펙트 저수율화를 방지하고, 수소 어닐후 질화막(34)만을 완전히 제거하여 감도 향상을 보상할 수 있다.That is, the present invention is different from the prior art in that the thickness of the interlayer protective film and the final thickness after hydrogen annealing are different (because only the oxide film remains). This can prevent the defect low yield by using the effect that the amount of diffusion of hydrogen atoms in the hydrogen annealing as in the prior art, and can completely compensate for the improvement in sensitivity by completely removing only the nitride film 34 after hydrogen annealing.
그리고 수소 어닐후는 표면 기판의 댕글링 밴드가 안정화 상태이고, 질화막(34)을 제거하기 위해서는 에치 공정이 필연적으로 뒤따르게 되는데 플라즈마 에치를 이용할 경우 또 다시 플라즈마 반사에 의한 차아지 업의 영향을 받아 기판 표면의 안정화가 깨질 수 있기 때문에 습식식각을 이용하여 제거함으로써 디펙트 특성 및 감도를 향상시킬 수 있다.After hydrogen annealing, the dangling band of the surface substrate is stabilized, and an etch process is inevitably followed to remove the nitride film 34. When plasma etch is used, it is again influenced by charge-up due to plasma reflection. Since the stabilization of the surface of the substrate may be broken, the defect characteristics and sensitivity may be improved by removing using wet etching.
한편, 상기 질화막(34) 제거시 산화막(33)은 에치 스톱층(Etch Stopping) 역할을 하기 위한 고식각(High Etch) 선택비를 제공하며, 층간 보호막을 주목적으로 하는 질화막(34)의 역할을 대신하게 된다.Meanwhile, when the nitride layer 34 is removed, the oxide layer 33 provides a high etching selectivity to serve as an etch stopping layer, and serves as a nitride layer 34 which mainly serves as an interlayer protective layer. Will be replaced.
이어, 상기 칼라 필터층(36)을 포함하는 평탄화용 절연막(35)상에 각각의 칼라 필터층(36) 및 광전 변환 영역(31)에 대응하도록 마이크로 렌즈(37)를 형성한다.Subsequently, a microlens 37 is formed on the planarization insulating layer 35 including the color filter layer 36 to correspond to each color filter layer 36 and the photoelectric conversion region 31.
상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 고체 촬상 소자는 카메라 렌즈를 통해 들어오는 빛이 마이크로 렌즈(37)에 의해 집속되어 칼라 필터층(36)에 의해 특정 파장의 빛만이 광전 변환 영역(31)으로 조사된다.In the solid-state imaging device according to the present invention configured as described above, light entering through the camera lens is focused by the micro lens 37, and only light having a specific wavelength is irradiated to the photoelectric conversion region 31 by the color filter layer 36.
이어, 상기 광전 변환 영역(31)으로 조사된 빛은 영상 전하로 변환되어 수직 전하 전송 영역 등의 CCD 채널 영역(24)을 거쳐 플로우팅 디퓨전 영역(도면에 도시되지 않음)으로 전송된다.Subsequently, the light irradiated to the photoelectric conversion region 31 is converted into image charge and transmitted to the floating diffusion region (not shown) through the CCD channel region 24 such as the vertical charge transfer region.
그리고 전송되어진 영상 전하는 플로우팅 디퓨전 영역에서 센싱 및 증폭되어 주변 회로로 전송된다.The transmitted image charge is sensed and amplified in the floating diffusion region and transmitted to the peripheral circuit.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 고체 촬상 소자를 나타낸 구조단면도이다.5 is a structural cross-sectional view showing a solid-state imaging device according to another embodiment of the present invention.
도 5에 도시한 바와 같이, N-기판(41)에 형성되는 P-웰(42)영역내에 형성되어 입사되는 빛에 관한 영상신호를 전기적인 신호로 변환하는 복수개의 광전 변환 영역(51)들과, 상기의 광전 변환 영역(51)들의 사이에 형성되어 광전 변환 영역(51)에서 생성되어진 영상 전하를 수직 방향으로 전송하는 복수개의 CCD 채널 영역(44)들과, 상기 광전 변환 영역(51)들의 둘레에 형성되어 화소와 화소를 격리하는 채널 스톱층(43)과, 상기 CCD 채널 영역(44)들의 상측에 게이트 절연막(45) 및 제 1, 제 2 절연막(47,49)에 의해 절연되고 서로 일정 부분 오버랩되어 반복적으로 형성되는 복수개의 제 1, 제 2 폴리 게이트(46,48)들과, 상기 광전 변환 영역(51)을 제외한 제 2 절연막(49)상에 형성되는 금속 차광층(52)과, 상기 금속 차광층(52)을 포함한 전면에 형성되고 상기 제 1, 제 2 폴리 게이트(46,48)의 상부에만 다른 곳 보다 더 두껍게 형성되는 층간 보호막(53)과, 상기 층간 보호막(53)상에 형성되는 평탄화용 절연막(54)과, 상기 광전 변환 영역(51)에 대응하여 그 상측의 평탄화용 절연막(54)상에 형성되는 칼라 필터층(55)과, 상기 광전 변환 영역(51)들에 촬상되는 빛의 신호를 집속시키기 위해 평탄화용 절연막(54)상에 칼라 필터층(55)과 광전 변환 영역(51)에 대응되도록 형성되는 마이크로 렌즈(57)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 5, a plurality of photoelectric conversion regions 51 formed in a region of the P-well 42 formed on the N-substrate 41 and converting an image signal of incident light into an electrical signal. And a plurality of CCD channel regions 44 formed between the photoelectric conversion regions 51 to transfer the image charge generated in the photoelectric conversion region 51 in the vertical direction, and the photoelectric conversion region 51. A channel stop layer 43 formed around each other to isolate the pixel from the pixel, and the gate insulating layer 45 and the first and second insulating layers 47 and 49 on the CCD channel region 44. A plurality of first and second poly gates 46 and 48 repeatedly overlapping each other with a predetermined portion and the metal light blocking layer 52 formed on the second insulating layer 49 except for the photoelectric conversion region 51. And the first and second poly gays formed on the front surface including the metal light blocking layer 52. In correspondence with the interlayer protective film 53 formed thicker than other places only on the upper portion of the 46 and 48, the planarization insulating film 54 formed on the interlayer protective film 53, and the photoelectric conversion region 51. The color filter layer 55 formed on the planarization insulating film 54 on the upper side thereof, and the color filter layer 55 on the planarization insulating film 54 so as to focus a signal of light captured by the photoelectric conversion regions 51. ) And a micro lens 57 formed to correspond to the photoelectric conversion region 51.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 다른 실시예에 의한 고체 촬상 소자의 제조방법을 나타낸 공정단면도이다.6A to 6C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a solid-state imaging device according to another embodiment of the present invention.
먼저, 도 6a에 도시한 바와 같이, N-기판(41)에 P-웰(42)을 형성하고, 상기의 P-웰(42)영역에 화소와 화소를 격리하기 위한 채널 스톱층(43)을 형성한다.First, as shown in FIG. 6A, a P-well 42 is formed on an N-substrate 41, and a channel stop layer 43 for isolating pixels from pixels in the P-well 42 region. To form.
이어, 전하 전송 채널을 형성하기 위한 BCCD 이온 주입 공정을 실시하여 수직 전하 전송 영역, 수평 전하 전송 영역의 CCD 채널 영역(44)을 형성한다.Next, the BCCD ion implantation process for forming the charge transfer channel is performed to form the CCD channel region 44 of the vertical charge transfer region and the horizontal charge transfer region.
도 6b에 도시한 바와 같이, 상기 CCD 채널 영역(44)이 형성된 N-기판(41)의 전면에 게이트 절연막(45)을 형성하고 그 게이트 절연막(45)상에 폴리 실리콘층을 증착한다.As shown in FIG. 6B, a gate insulating film 45 is formed on the entire surface of the N-substrate 41 on which the CCD channel region 44 is formed, and a polysilicon layer is deposited on the gate insulating film 45. As shown in FIG.
이어, 상기의 폴리 실리콘층을 CCD 채널 영역(44)의 특정 부분에 반복적으로 남도록 패터닝하여 제 1 폴리 게이트(46)를 형성한다.Subsequently, the polysilicon layer is patterned to repeatedly remain in a specific portion of the CCD channel region 44 to form the first poly gate 46.
그리고 상기의 제 1 폴리 게이트(46)를 포함하는 전면에 전극들간의 격리를 위한 제 1 절연막(47)을 형성하고 폴리 실리콘층을 증착한 후 상기 CCD 채널 영역(44)상에 제 1 폴리 게이트(46)에 일정 부분 오버랩되어 반복적으로 남도록 패터닝하여 제 2 폴리 게이트(48)를 형성한다.After forming a first insulating film 47 for isolation between electrodes on the front surface including the first poly gate 46 and depositing a polysilicon layer, a first poly gate is formed on the CCD channel region 44. The second poly gate 48 is formed by overlapping a portion 46 to be repeatedly patterned to remain repeatedly.
이어, 상기 제 2 폴리 게이트(48)를 포함하는 전면에 제 2 절연막(49)을 형성하고 PDN 이온 주입 공정을 실시하고 그 표면에 다시 얇은 p형 이온 주입 공정을 실시하여 PDP영역(50)을 형성하여 광전 변환 영역(51)을 완성한다.Subsequently, the PDP region 50 is formed by forming a second insulating film 49 on the entire surface including the second poly gate 48, performing a PDN ion implantation process, and then performing a thin p-type ion implantation process on the surface thereof. To form the photoelectric conversion region 51.
그리고 상기의 광전 변환 영역(44)을 제외한 제 2 절연막(49)상에 광전 변환 영역(44)을 제외한 부분으로 빛이 들어가는 것을 막기 위한 금속 차광층(52)을 형성한다.A metal light shielding layer 52 is formed on the second insulating film 49 except for the photoelectric conversion region 44 to prevent light from entering the portion except the photoelectric conversion region 44.
이어, 상기의 금속 차광층(52)을 포함하는 전면에 표면 보호를 위해 플라즈마 CVD 방식으로 질화막을 증착하여 층간 보호막(53)을 형성한다.Subsequently, an interlayer protective film 53 is formed by depositing a nitride film on the entire surface including the metal light shielding layer 52 by plasma CVD for surface protection.
그리고 상기 층간 보호막(53)을 증착한 후에, 포토리소그래픽 공정을 실시하여 상기 층간 보호막(53)을 선택적으로 제거하여 패드 오픈 공정을 실시하고(도면에는 도시되지 않음), 수소 어닐(H2Anneal) 공정을 진행한다.After depositing the interlayer protective film 53, a photolithographic process is performed to selectively remove the interlayer protective film 53 to perform a pad opening process (not shown), and hydrogen anneal (H 2 Anneal). Proceed with the process.
도 6c에 도시한 바와 같이, 상기 층간 보호막(53)상에 포토레지스트(도면에는 도시하지 않음)를 도포한 후, 노광 및 현상공정을 실시하여 상기 제 1, 제 2 폴리 게이트(46,48)의 상측에만 남도록 포토레지스트를 패터닝한다.As shown in FIG. 6C, a photoresist (not shown) is applied on the interlayer protective film 53, and then exposed and developed to perform the first and second poly gates 46 and 48. The photoresist is patterned so that it remains only on the top of.
이어, 패터닝된 포토레지스트를 마스크로 이용하여 상기 층간 보호막(53)을 선택적으로 제거하여 소정두께만큼만 제거한다.Subsequently, the interlayer protective film 53 is selectively removed using a patterned photoresist as a mask to remove only the predetermined thickness.
여기서 상기 제 1, 제 2 폴리 게이트(46,48)의 상측을 제외한 상기 CCD 채널 영역(44) 및 그 이외에 형성된 층간 보호막(53)은 초기 층간 보호막(53) 보다 얇게 형성되고, 상기 광전 변환 영역(51)의 층간 보호막(53)의 일정량을 식각함으로써 수소 어닐시 수소원자의 확산량을 보상하여 디펙트 특성의 저수율을 방지하며, 감도향상을 얻을 수 있다.Here, the CCD channel region 44 except for the upper sides of the first and second poly gates 46 and 48 and the interlayer protective layer 53 formed elsewhere are formed thinner than the initial interlayer protective layer 53 and the photoelectric conversion region. By etching a predetermined amount of the interlayer protective film 53 in (51), the diffusion amount of hydrogen atoms during hydrogen annealing can be compensated to prevent low yield of defect characteristics, and the sensitivity can be improved.
즉, 도 6c에 도시한 바와 같이, 층간 보호막(53)의 초기 증착 두께 "a"와 식각후 남은 두께 "b"를 조절함으로써 어닐시의 수소원자 확산량을 충분하게 함으로써 디펙트 수율을 방지한다.That is, as shown in FIG. 6C, the defect yield is prevented by adjusting the initial deposition thickness "a" of the interlayer protective film 53 and the thickness "b" remaining after etching to sufficiently increase the hydrogen atom diffusion during annealing. .
그리고 상기 층간 보호막(53)을 포함한 전면에 평탄화용 절연막(54)을 형성한 후 상기 각각의 광전 변환 영역(51)에 대응하는 평탄화용 절연막(54)상에 특정 파장의 빛만을 통과시키는 칼라 필터층(55)을 형성한다.After forming the planarization insulating film 54 on the entire surface including the interlayer protective film 53, the color filter layer for passing only light of a specific wavelength on the planarization insulating film 54 corresponding to each photoelectric conversion region 51. Form 55.
이어, 상기 칼라 필터층(55)을 포함하는 평탄화용 절연막(54)상에 각각의 칼라 필터층(55) 및 광전 변환 영역(51)에 대응하도록 마이크로 렌즈(56)를 형성한다.Subsequently, a microlens 56 is formed on the planarization insulating film 54 including the color filter layer 55 to correspond to each color filter layer 55 and the photoelectric conversion region 51.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 고체 촬상 소자 및 그 제조방법에 있어서 다음과 같은 효과가 있다.As described above, the solid-state image sensor and the method of manufacturing the same according to the present invention have the following effects.
첫째, 질화막과 산화막으로 이루어진 보호막중에 질화막만을 선택적으로 제거하여 광전 변환 영역에 투과율이 좋은 산화막만을 남김으로써 감도를 높일 수 있다.First, sensitivity can be increased by selectively removing only the nitride film from the protective film formed of the nitride film and the oxide film to leave only the oxide film having good transmittance in the photoelectric conversion region.
둘째, 수소 어닐시 질화막의 두께를 종래와 동일하게 함으로써 디펙트 특성을 저하를 방지할 수 있다.Second, deterioration in defect characteristics can be prevented by making the thickness of the hydrogen annealing nitride film the same as before.
셋째, 수소 어닐후 질화막 식각시 습식식각을 이용한 데미지 프리(Damage Free)의 식각공정을 통해 질화막을 제거함으로써 안정화된 표면상태를 유지할 수 있다.Third, a stabilized surface state may be maintained by removing the nitride layer through a damage free etching process using wet etching when etching the nitride layer after hydrogen annealing.
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| KR1019980028021A KR20000008283A (en) | 1998-07-11 | 1998-07-11 | Solid pickup device and fabricating method of the same |
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Cited By (4)
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|---|---|---|---|---|
| KR100450363B1 (en) * | 2000-03-28 | 2004-09-30 | 가부시끼가이샤 도시바 | Solid state image sensor and manufacturing method thereof |
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| KR100731101B1 (en) * | 2005-12-28 | 2007-06-22 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | Method for fabricating cmos image sensor |
| KR100780246B1 (en) * | 2006-09-26 | 2007-11-27 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | Method of fabricating image sensor |
-
1998
- 1998-07-11 KR KR1019980028021A patent/KR20000008283A/en not_active Application Discontinuation
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