KR20000034227A - 고체 촬상 소자의 제조방법 - Google Patents

고체 촬상 소자의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전하 전송 영역과 포토 다이오드 영역간의 격리특성을 향상시키고 포토 다이오드 영역(PD) 및 수직 전하 전송 영역(VCCD)의 유효 폭을 증가시키도록 한 고체 촬상 소자의 제조방법에 관한 것으로서, 제 1 도전형 기판의 전 영역에 제 2 도전형 제 1 웰을 형성하고, 수직 전하 전송 영역이 형성될 부분에 제 2 도전형 제 1 웰을 각각 형성하는 단계와, 상기 제 2 웰 사이의 기판에 제 1 도전형 이온을 주입하여 포토다이오드 영역을 형성하는 단계와, 상기 제 2 웰이 형성된 기판에 제 1 도전형 이온을 주입하여 수직 전하 전송 영역을 형성하는 단계와, 상기 기판의 전면에 게이트 절연막을 형성하고, 상기 게이트 절연막상에 상기 수직 전하 전송 영역과 대응하게 게이트를 형성하는 단계와, 상기 게이트의 표면에 제 1 절연막을 형성하는 단계와, 상기 게이트 양측의 포토 다이오드 영역 표면에 제 2 도전형 불순물 이온을 주입하여 제 2 도전형 불순물 영역을 형성하는 단계와, 상기 반도체 기판의 전면에 제 2 절연막 및 금속층을 형성하고 상기 포토 다이오드 영역위의 금속층만을 선택적으로 제거하여 금속차광층을 형성하는 단계와, 상기 금속차광층을 포함한 기판의 전면에 평탄층을 형성하는 단계를 포함하여 형성함을 특징으로 한다.

Description

고체 촬상 소자의 제조방법
본 발명은 고체 촬상 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 포토 다이오드 영역과 수직 전하 전송 영역의 유효면적을 증가시키는데 적당한 고체 촬상 소자의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 고체 촬상 소자는 광전 변환 소자와 전하 결합 소자를 사용하여 피사체를 촬상하여 전기적인 신호로 출력하는 장치를 말한다.
전하 결합 소자는 마이크로렌즈를 통하여 칼라필터층을 거처 광전 변화 소자(포토다이오드)에서 생성되어진 신호 전하를 기판내에서 전위의 변동을 이용하여 특정 방향으로 전송하는데 사용된다.
고체 촬상 소자는 복수개의 광전 변환 영역과, 그 광전 변환 영역들의 사이에 구성되어 상기의 광전 변환 영역에서 생성되어진 전하를 수직 방향으로 전송하는 수직 전하 전송 영역(VCCD)과, 상기 수직 전하 전송 영역에 의해 수직 방향으로 전송된 전하를 다시 수평 방향으로 전송하는 수평 전하 전송 영역(HCCD)과, 그리고 상기 수평 전송된 전하를 센싱하고 증폭하여 주변 회로로 출력하는 플로우팅 디퓨전 영역으로 크게 구성된다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래의 고체 촬상 소자의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
도 1a 내지 도 1e는 종래의 고체 촬상 소자의 제조방법을 나타낸 공정단면도이다.
도 1a에 도시한 바와 같이, N형 반도체 기판(11)에 전하 전송 소자(Charge Coupled Device ; CCD)가 동작하는 전 영역에 제 1 P-웰(12)을 형성하고, 수직 전하 전송 영역(Vertical CCD ; VCCD)이 형성될 부분에 제 2 P-웰(13)을 형성한다.
이어, 픽셀(Pixel)과 주변회로부(ESD와 센스 앰프)를 격리하기 위해 LOCOS등으로 격리막(도시되지 않음)을 형성한다.
도 1b에 도시한 바와 같이, 상기 제 2 P-웰(13)사이의 반도체 기판(11)에 n형 불순물 이온을 주입하여 포토다이오드 영역(PD-n)(14)을 형성하고, 상기 제 2 P-웰(13)이 형성된 반도체 기판(11)의 표면내에 수직 전하 전송 영역(VCCD)(15)을 형성한다.
도 1c에 도시한 바와 같이, 상기 N형 반도체 기판(11)의 전면에 게이트 절연막(16)을 형성하고, 상기 포토 다이오드 영역(14)의 표면에 P형 불순물 이온을 주입하여 P형 불순물 영역(PD-p+)(17)을 형성한다.
도 1d에 도시한 바와 같이, 상기 N형 반도체 기판(11)의 전면에 폴리 실리콘을 증착하고, 포토공정을 실시하여 상기 VCCD(15)의 상부에 제 1, 제 2 게이트(18)를 각각 형성한다.
여기서 제 2 게이트는 도면에 도시되지 않았다.
도 1e에 도시한 바와 같이, 제 1, 제 2 게이트(18)의 표면에 제 1 산화막(19)을 형성하고, 상기 제 1 산화막(19)을 포함한 반도체 기판(11)의 전면에 제 2 산화막(20)을 형성한다.
이어, 상기 반도체 기판(11)의 전면에 금속층을 증착하고, 포토공정에 의해 빛이 입사되는 상기 포토 다이오드 영역(14)위의 금속층만을 선택적으로 제거하여 금속차광층(21)을 형성하고, 상기 금속차광층(21)을 포함한 반도체 기판(11)의 전면에 제 1 평탄층(22)을 형성한다.
이후 공정은 도면에 도시하지 않았지만 상기 제 1 평탄층(22)상에 상기 포토 다이오드 영역(14)과 대응하게 칼라필터층을 형성하고, 상기 칼라필터층을 포함한 반도체 기판의 전면에 제 2 평탄층을 형성하며, 상기 칼라필터층과 대응하게 제 2 평탄층상에 마이크로 렌즈층을 형성한다.
여기서 상기 포토 다이오드 영역(14)의 폭은 "a"이고, VCCD(15)의 폭은 "b" 로써 트랜스퍼 게이트(Transfer gate)가 온(ON)시(High 바이어스 인가시) 화살표의 경로로 제 1 P-웰(12)을 통해서 리드-아웃(Read-Out)된다.
그러나 상기와 같은 종래 기술의 고체 촬상 소자의 제조방법에 있어서 다음과 같은 문제점이 있었다.
첫째, P-웰로써 포토 다이오드 영역(PD)과 포토 다이오드 영역, 포토 다이오드 영역과 전하 전송 영역(VCCD)을 격리시키기 때문에 P-웰 보다 고농도인 포토 다이오드 영역과 전하 전송 영역을 격리시키기가 어렵고, 전하 전송 소자가 동작하는 기판에 형성되는 P-웰은 포토 다이오드 영역에 과잉 전하를 수직 오버플로우 드레인시켜야 하기 때문에 저농도로 구현하여야 하므로 격리 역할에 부적합하다.
둘째, P-웰은 정션을 깊게 형성하여야 하므로 전하 전송 소자의 표면 부분에는 n형의 도펀트를 절연하기에 부적합하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 전하 전송 영역과 포토 다이오드 영역간의 격리특성을 향상시키고 포토 다이오드 영역(PD) 및 수직 전하 전송 영역(VCCD)의 유효 폭을 증가시키도록 한 고체 촬상 소자의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1a 내지 도 1e는 종래의 고체 촬상 소자의 제조방법을 나타낸 공정단면도
도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 의한 고체 촬상 소자의 제조방법을 나타낸 공정단면도
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
31 : N형 반도체 기판 32 : 제 1 P-웰
33 : 제 2 P-웰 34 : 포토 다이오드 영역
35 : 수직 전하 전송 영역 36 : 게이트 절연막
37 : 제 1, 제 2 게이트 38 : 제 1 산화막
39 : P형 불순물 영역 40 : 제 2 산화막
41 : 금속차광층 42 : 제 1 평탄층
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 고체 촬상 소자의 제조방법은 제 1 도전형 기판의 전 영역에 제 2 도전형 제 1 웰을 형성하고, 수직 전하 전송 영역이 형성될 부분에 제 2 도전형 제 1 웰을 각각 형성하는 단계와, 상기 제 2 웰 사이의 기판에 제 1 도전형 이온을 주입하여 포토다이오드 영역을 형성하는 단계와, 상기 제 2 웰이 형성된 기판에 제 1 도전형 이온을 주입하여 수직 전하 전송 영역을 형성하는 단계와, 상기 기판의 전면에 게이트 절연막을 형성하고, 상기 게이트 절연막상에 상기 수직 전하 전송 영역과 대응하게 게이트를 형성하는 단계와, 상기 게이트의 표면에 제 1 절연막을 형성하는 단계와, 상기 게이트 양측의 포토 다이오드 영역 표면에 제 2 도전형 불순물 이온을 주입하여 제 2 도전형 불순물 영역을 형성하는 단계와, 상기 반도체 기판의 전면에 제 2 절연막 및 금속층을 형성하고 상기 포토 다이오드 영역위의 금속층만을 선택적으로 제거하여 금속차광층을 형성하는 단계와, 상기 금속차광층을 포함한 기판의 전면에 평탄층을 형성하는 단계를 포함하여 형성함을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 고체 촬상 소자의 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 의한 고체 촬상 소자의 제조방법을 나타낸 공정단면도이다.
도 2a에 도시한 바와 같이, N형 반도체 기판(31)에 전하 전송 소자(Charge Coupled Device ; CCD)가 동작하는 전 영역에 제 1 P-웰(32)을 형성하고, 수직 전하 전송 영역(Vertical CCD ; VCCD)이 형성될 부분에 제 2 P-웰(33)을 형성한다.
이어, 픽셀(Pixel)과 주변회로부(ESD와 센스 앰프)에는 상기 제 1 P-웰(32)과 연결되게 제 3 P-웰(도면에는 도시되지 않음)을 형성한다.
도 2b에 도시한 바와 같이, 상기 제 2 P-웰(33)사이의 반도체 기판(31)에 n형 불순물 이온을 주입하여 포토 다이오드 영역(PD-n)(34)을 형성하고, 상기 제 2 P-웰(33)이 형성된 반도체 기판(31)에 N형 불순물을 이온주입하여 수직 전하 전송 영역(VCCD)(35)을 형성한다.
여기서 상기 수직 전하 전송 영역(35)을 형성할 때 수평 전하 전송 영역(HCCD)(도면에는 도시되지 않음)을 동시에 또는 별도의 공정으로 N형 불순물 이온을 주입하여 형성할 수도 있다.
한편, 상기 포토 다이오드 영역(34)과 수직 전하 전송 영역(35) 하부의 제 1 P웰(32)의 정션 깊이(Junction Depth)를 포토 다이오드 영역(34)과 동일 깊이로하거나 얕게 조절할 수 있다.
도 2c에 도시한 바와 같이, 상기 N형 반도체 기판(31)의 전면에 게이트 절연막(36)을 형성하고, 상기 게이트 절연막(36)상에 폴리 실리콘을 형성한 후, 포토공정을 실시하여 상기 수직 전하 전송 영역(35)과 대응하게 제 1, 제 2 게이트(37)를 형성한다.
여기서 상기 제 2 게이트는 도면에 도시되지 않았다.
도 2d에 도시한 바와 같이, 상기 제 1, 제 2 게이트(37)의 표면에 제 1 산화막(38)을 형성하고, 상기 제 1, 제 2 게이트(37)를 마스크로하여 상기 포토 다이오드 영역(34)의 표면에 P형 불순물 이온을 주입하여 P형 불순물 영역(PD-p+)(39)을 형성한다.
도 2e에 도시한 바와 같이, 상기 반도체 기판(31)의 전면에 제 2 산화막(40) 및 금속층을 차례로 증착하고, 포토공정에 의해 빛이 입사되는 상기 포토 다이오드 영역(34)위의 금속층만을 선택적으로 제거하여 금속차광층(41)을 형성하며, 상기 금속차광층(41)을 포함한 반도체 기판(31)의 전면에 제 1 평탄층(42)을 형성한다.
이후 공정은 도면에 도시하지 않았지만, 상기 제 1 평탄층(42)상에 상기 포토 다이오드 영역(34)과 대응하게 칼라필터층을 형성하고, 상기 칼라필터층을 포함한 반도체 기판의 전면에 제 2 평탄층을 형성하며, 상기 칼라필터층과 대응하게 제 2 평탄층상에 마이크로 렌즈층을 형성한다.
상기와 같이 형성된 고체 촬상 소자는 종래에 제 1 P웰(12)을 사용하여 PD와 PD 및 PD와 VCCD를 격리(Isolation)하였는데, 본 발명에서는 P형 불순물 영역(39)으로 격리함으로써 보다 고농도로 구현 가능하며 이로 인해 PD와 VCCD간의 간격을 좁히는 것이 가능하여 동일면적에서 PD나 VCCD를 확장하기가 용이하다(종래의 "a","b"보다 넓힐 수 있다).
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 고체 촬상 소자의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, PD와 PD 및 PD와 VCCD간을 P형 불순물 영역으로 격리시킴으로써 PD와 VCCD간의 간격을 좁히는 것이 가능하여 동일면적에서 PD나 VCCD를 확장하기가 용이하여 PD에 과도한 전자의 발생시 제 1 P웰을 동하여 수직방향으로 오버 플로우 드레인시키기가 용이하다.
둘째, VCCD의 폭을 확대할 수 있어 유효 폭을 확대할 수 있으며 VCCD의 포화 신호 전하를 크게 할 수 있다.
셋째, P형 불순물 영역(PD-p+)을 게이트 형성 후에 형성함으로써 공정 조절 능력을 향상시킬 수 있다(공정 마진이 크다).
넷째, P형 불순물 영역(PD-p+)을 고온공정(폴리공정)후에 실시하므로 사이드 확산(Side Diffusion)이 적어서 그 정션(Junction) 등의 조절이 용이하다.

Claims (4)

  1. 제 1 도전형 기판의 전 영역에 제 2 도전형 제 1 웰을 형성하고, 수직 전하 전송 영역이 형성될 부분에 제 2 도전형 제 1 웰을 각각 형성하는 단계;
    상기 제 2 웰 사이의 기판에 제 1 도전형 이온을 주입하여 포토다이오드 영역을 형성하는 단계;
    상기 제 2 웰이 형성된 기판에 제 1 도전형 이온을 주입하여 수직 전하 전송 영역을 형성하는 단계;
    상기 기판의 전면에 게이트 절연막을 형성하고, 상기 게이트 절연막상에 상기 수직 전하 전송 영역과 대응하게 게이트를 형성하는 단계;
    상기 게이트의 표면에 제 1 절연막을 형성하는 단계;
    상기 게이트 양측의 포토 다이오드 영역 표면에 제 2 도전형 불순물 이온을 주입하여 제 2 도전형 불순물 영역을 형성하는 단계;
    상기 반도체 기판의 전면에 제 2 절연막 및 금속층을 형성하고 상기 포토 다이오드 영역위의 금속층만을 선택적으로 제거하여 금속차광층을 형성하는 단계;
    상기 금속차광층을 포함한 기판의 전면에 평탄층을 형성하는 단계를 포함하여 형성함을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 수직 전하 전송 영역을 형성할 때 수평 전하 전송 영역과 동시에 또는 별도의 공정으로 제 1 도전형 불순물 이온을 주입하여 형성하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 도전형 불순물 영역은 게이트를 마스크로하여 셀프 얼라인으로 형성하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 포토 다이오드 영역과 수직 전하 전송 영역 하부의 제 2 도전형 제 1 웰의 정션 깊이를 포토 다이오드 영역과 동일 깊이로하거나 얕게 조절하여 형성하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조방법.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101008699B1 (ko) * 2008-06-30 2011-01-17 하이맥스 테크놀로지스 리미티드 포토다이오드층을 포함하는 반도체 구조

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