KR20000046221A - 고체촬상소자 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
가시광선과 적외선 모두를 수광할 수 있는 고체촬상소자 및 그의 제조방법을 제공하기 위한 것으로써, 이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 고체촬상소자는 제 1 도전형 반도체기판의 소정깊이내에 형성된 제 2 도전형 웰, 상기 제 2 도전형웰 내부에 적외선을 수광할 수 있도록 깊게 형성된 복수개의 제 1 포토다이오드, 상기 제 1 포토다이오드에 정렬되어 가시광선을 수광할 수 있도록 상기 제 2 도전형 웰의 표면에 형성된 복수개의 제 2 포토다이오드, 상기 제 2 포토다이오드와 격리되어 상기 제 2 도전형 웰의 표면에 일방향을 갖는 라인형으로 형성된 수직전하전송영역, 상기 수직전하전송영역을 포함한 전면에 형성된 게이트절연막, 상기 수직전하전송영역의 상부에서 오버랩되어 순차적으로 반복형성된 트랜스퍼게이트들, 상기 트랜스퍼게이트를 포함한 전면에 형성된 평탄화용 절연막, 상기 평탄화용 절연막상에 형성된 패시베이션층, 상기 제 1, 제 2 포토다이오드 상부의 패시베이션층상에 형성된 반구형의 마이크로랜즈를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 고체촬상소자에 대한 것으로, 특히 가시선과 적외선을 모두 읽어낼 수 있는 고체촬상소자 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
도 1은 일반적인 고체촬상소자의 개략적인 레이아웃도이다.
일반적인 고체촬상소자는 도 1에 도시한 바와 같이 빛의 신호를 전기적인 신호로 변환하는 포토다이오드(Photo Diode:PD)영역과, 상기 포토다이오드(PD)영역에 수직한 방향으로 형성되어 광전변환된 신호전하를 이동시키는 수직전하전송영역(VCCD)과, 수직전하전송영역에 직교하는 방향으로 형성되어 수직전하전송영역으로부터 이동되어 온 신호전하를 이동시키는 수평전하전송영역(HCCD)과, 상기 수평전하전송영역(HCCD)에 의해 이동되는 신호전하를 센싱 및 증폭시키는 센싱앰프(SA)로 구성된다.
이와 같은 고체촬상소자는 포토다이오드영역에서 광전변환에 의해 생성된 신호전하는 수직전하전송영역에 의해 수평 전하전송영역으로 이동되고, 이동된 신호전하는 수평트랜스퍼게이트(도면에 도시하지 않았음)에 인가되는 클럭신호에 의해 센싱앰프로 전달된다.
이와 같은 고체촬상소자는 수직전하전송영역(VCCD)상에 제 1 전송게이트와 제 2 전송게이트(도면에 도시하지 않음)가 오버랩되어 있고 인가된 클럭신호에 따라 포토다이오드영역의 신호전하가 수평전하전송영역으로 전달되는 것이다. 이때 도면에는 도시되지 않았지만 포토다이오드영역 이외의 영역에 빛이 투과되지 않도록 차광층이 형성되고, 포토다이오드영역상에는 마이크로랜즈(도면에 도시하지 않음)가 형성되어 빛을 집광시킨다.
그리고 일반적으로 실리콘 물질을 기반으로 하는 이미지 센서는 가시광선 영역을 벗어난 파장의 빛은 잘 감지하지 못한다. 특히 적외선 영역으로는 900Å이 한계이다. 그 이유는 실리콘의 에너지 밴드 갭(Energy-Band Gap)이 1.1eV로서 900Å이상의 빛은 흡수하지 못하기 때문이다. 그리고 적외선은 장파장이므로 흡수하는데 충분한 깊이가 필요하다.
이에 따라서 가시광선과, 적외선 및 X-ray를 읽어내는 CCD는 필요에 따라 선택해서 사용해야 하는 불편함이 있었다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 종래 고체촬상소자에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 2a는 종래 고체촬상소자의 레이아웃도이고, 도 2b는 도 2a의 Ⅰ-Ⅰ선상의 구조단면도이다.
N형의 실리콘기판(1)의 소정깊이까지 P웰(2)이 형성되어 있고, 상기 P웰(2)의 표면내에 포토다이오드(PD)(3)가 형성되어 있다. 그리고 포토다이오드(PD)(3)의 일측에 수직전하전송영역(Vertical CCD:VCCD)(4)이 P웰(2)의 표면내에 일방향의 라인형으로 형성되어 있다. 그리고 상기 수직전하전송영역(4)을 포함한 전면에 게이트산화막(5)이 형성되어 있다. 그리고 상기 VCCD(4)상부에서 일측이 오버랩된 두 개의 트랜스퍼게이트(6)가 순차적으로 반복 형성되어 있다. 그리고 상기 전면을 덮는 평탄화용 절연막(7)이 있고, 평탄화용 절연막(7) 상부에 패시베이션층(8)이 있다. 그리고 상기 포토다이오드(3)에 빛을 주사하기 위해서 포토다이오드(3)상부의 패시베이션층(8)상에 반구형의 마이크로랜즈(9)가 있다. 이때의 포토다이오드는 가시광선만을 수광시킬 수 있는 것이다.
상기와 같은 종래 고체촬상소자는 가시광선만을 입사시키기 위해서 보통 적외선을 차단하는 광학필터를 사용하는 데, 이런 고체촬상소자로 들어온 가시광선은 마이크로랜즈(9)를 통해 집광되어 포토다이오드(3)에 집속되고 이렇게 집속된 빛은 광전변환에 의해 신호전하로 변한다. 그리고 변환된 신호전하는 트랜스퍼게이트(6)에 인가되는 클럭신호에 의해 수직전하전송영역(4)을 통해서 수평전하전송영역(Horizontal)(도면에 도시되지 않음)으로 전송되고, 이렇게 전송된 신호전하는 수평트랜스퍼게이트(도면에 도시하지 않았음)에 인가되는 클럭신호에 의해 센싱앰프로 전달된다. 이렇게 출력된 신호를 모니터로 보게되면 우리가 인식할 수 있는 가시광선만 출력된다.
상기와 같은 종래 고체촬상소자는 다음과 같은 문제가 있다.
보통의 카메라 시스템은 가시광선만을 인식하는 전하결합소자(Charge Coupled Device:CCD)를 사용하고, 야간에 필요한 감시카메라는 적외선을 인식하는 CCD를 사용하여야 하는 등 카메라 용도에 따라서 CCD를 선택적으로 사용해야 하므로 불편하다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로 특히, 가시광선과 적외선 모두를 수광할 수 있는 고체촬상소자 및 그의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
도 1은 일반적인 고체촬상소자의 개략적인 레이아웃도
도 2a는 종래 고체촬상소자의 레이아웃도
도 2b는 도 2a의 Ⅰ-Ⅰ선상의 구조단면도
도 3a는 본 발명 고체촬상소자의 레이아웃도
도 3b는 도 3a의 Ⅱ-Ⅱ선상의 구조단면도
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 고체촬상소자의 형성방법을 나타낸 공정단면도
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
21: 실리콘기판 22: P웰
23: 제 1 포토다이오드(PD1) 24: 제 2 포토다이오드(PD2)
25: 수직전하전송영역(VCCD) 26: 게이트산화막
27: 트랜스퍼게이트 28: 평탄화용 절연막
29: 패시베이션층 30: 마이크로랜즈
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 고체촬상소자는 제 1 도전형 반도체기판의 소정깊이내에 형성된 제 2 도전형 웰, 상기 제 2 도전형웰 내부에 적외선을 수광할 수 있도록 깊게 형성된 복수개의 제 1 포토다이오드, 상기 제 1 포토다이오드에 정렬되어 가시광선을 수광할 수 있도록 상기 제 2 도전형 웰의 표면에 형성된 복수개의 제 2 포토다이오드, 상기 제 2 포토다이오드와 격리되어 상기 제 2 도전형 웰의 표면에 일방향을 갖는 라인형으로 형성된 수직전하전송영역, 상기 수직전하전송영역을 포함한 전면에 형성된 게이트절연막, 상기 수직전하전송영역의 상부에서 오버랩되어 순차적으로 반복형성된 트랜스퍼게이트들, 상기 트랜스퍼게이트를 포함한 전면에 형성된 평탄화용 절연막, 상기 평탄화용 절연막상에 형성된 패시베이션층, 상기 제 1, 제 2 포토다이오드 상부의 패시베이션층상에 형성된 반구형의 마이크로랜즈를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명 고체촬상소자의 제조방법은 제 1 도전형 반도체기판의 소정깊이내에 제 2 도전형 웰을 형성하는 공정, 상기 제 2 도전형웰 내부에 적외선을 수광할 수 있도록 깊게 복수개의 제 1 포토다이오드를 형성하는 공정, 가시광선을 수광할 수 있도록 상기 제 2 도전형 웰의 표면에 상기 제 1 포토다이오드와 정렬시켜서 복수개의 제 2 포토다이오드를 형성하는 공정, 상기 제 2 포토다이오드와 격리되고 상기 제 2 도전형 웰의 표면에 일방향을 갖는 라인형으로 수직전하전송영역을 형성하는 공정, 상기 수직전하전송영역을 포함한 전면에 게이트절연막을 형성하는 공정, 상기 수직전하전송영역의 상부에서 오버랩되도록 순차적으로 트랜스퍼게이트들을 형성하는 공정, 상기 트랜스퍼게이트를 포함한 전면에 평탄화용 절연막을 형성하는 공정,상기 평탄화용 절연막상에 패시베이션층을 형성하는 공정, 상기 제 1, 제 2 포토다이오드 상부의 패시베이션층상에 반구형의 마이크로랜즈를 형성하는 공정을 포함하여 제조함을 특징으로 한다.
첨부 도면을 참조하여 본 발명 고체촬상소자 및 그의 제조방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 3a는 본 발명 고체촬상소자의 레이아웃도이고, 도 3b는 도 3a의 Ⅱ-Ⅱ선상의 구조단면도이다.
본 발명에 따른 고체촬상소자는 도 3a와 도 3b에 도시한 바와 같이 N형의 실리콘기판(21)의 소정깊이까지 P웰(22)이 형성되어 있고, 상기 P웰(22)의 내부에 사각모양을 갖는 복수개의 제 1 포토다이오드(PD1)(23)가 깊이 형성되어 있고, 상기 제 1 포토다이오드(PD1)(23)과 정렬되어 P웰(22)의 표면내에 제 2 포토다이오드(PD2)(24)가 형성되어 있다. 그리고 제 1, 제 2 포토다이오드(PD1,PD2)(23,24)의 일측에 수직전하전송영역(Vertical CCD:VCCD)(25)이 P웰(22)의 표면내에 일방향의 라인형으로 형성되어 있다. 그리고 상기 전면에 게이트산화막(26)이 형성되어 있다. 그리고 상기 VCCD(25)상부에 오버랩되어 두 개의 트랜스퍼게이트(27)가 순차적으로 형성되어 있다. 그리고 상기 전면을 덮는 평탄화용 절연막(28)이 있고, 평탄화용 절연막(28) 상부에 패시베이션층(29)이 있다. 그리고 상기 제 1, 제 2 포토다이오드(23,24)에 빛을 주사하기 위해서 제 1, 제 2 포토다이오드(23,24)상부의 패시베이션층(30)상에 반원형의 마이크로랜즈(30)가 있다.
상기에서 제 1 포토다이오드(23)은 파장이 긴 적외선을 흡수하기 위해서 P웰(22)내에 깊숙히 형성한 것이고, 제 2 포토다이오드(23)는 적외선보다 파장이 짧은 가시광선을 흡수하기 위해서 P웰(22)의 표면에 형성한 것이다.
이후에 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명 고체촬상소자의 제조방법은 도 4a에 도시한 바와 같이 N형의 실리콘기판(21)에 소정깊이를 갖도록 P웰(22)을 형성한다. 그리고 P웰(22)의 소정깊이내부에 파장이 긴 적외선을 수광할 수 있도록 높은에너지로 이온주입하여 제 1 포토다이오드(23)를 형성한다.
이후에 도 4b에 도시한 바와 같이 상기 제 1 포토다이오드(23)와 정렬되도록 P웰(22)의 표면내에 제 2 포토다이오드(24)를 형성한다. 그리고 상기 제 1, 제 2 포토다이오드(23,24)의 일측에 제 1, 제 2 포토다이오드(23,24)와 격리되도록 일방향의 라인형으로 수직전하전송영역(25)을 형성한다.
그리고 도 4c에 도시한 바와 같이 수직전하전송영역(25)을 포함한 P웰(22)상에 게이트산화막(26)을 형성한 후 상기 수직전하전송영역(25)상에서 일부 오버랩되도록 두층의 트랜스퍼게이트(27)를 형성한다. 그리고 트랜스퍼게이트(27)를 포함한 전면에 평탄화용 절연막(28)을 형성한 후 전면에 패시베이션층(29)을 형성한다. 그리고 상기 제 1, 제 2 포토다이오드(23,24)에 빛을 수광할 수 있도록 제 1, 제 2 포토다이오드(23,24)상부를 포함한 패시베이션층(29)상에 반구형의 마이크로랜즈(30)를 형성한다.
상기와 같은 본 발명의 고체촬상소자를 카메라 시스템에 장착하고 적외선을 차단하는 광학필터를 사용할 경우에는 종래와 동일하게 가시광선만을 집광시켜서 전송한다.
하지만 상기 본 발명의 고체촬상소자를 카메라 시스템에 장착하고 적외선만을 통과하는 광학필터를 사용할 경우, 고체촬상소자로 들어온 적외선은 마이크로랜즈(30)를 통해 집광되어 제 1 포토다이오드(23)에 집속되고 이렇게 집속된 빛은 광전변환에 의해 신호전하로 변한다. 그리고 변환된 신호전하는 트랜스퍼게이트(27)에 인가되는 클럭신호에 의해 수직전하전송영역(25)을 통해서 수평전하전송영역(Horizontal)(도면에 도시되지 않음)으로 전송되고, 이렇게 전송된 신호전하는 수평트랜스퍼게이트(도면에 도시하지 않았음)에 인가되는 클럭신호에 의해 센싱앰프(도면에 도시되지 않음)로 전달된다. 이렇게 출력된 신호를 모니터로 보게되면 우리의 눈에 보이지 않는 적외선 즉, 열을 인식한 영상이 출력된다.
상기와 같은 본 발명 고체촬상소자 및 그의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 가시광선과 적외선을 모두 수광할 수 있도록 포토다이오드를 그 깊이를 달리하여 두 개 형성하므로써 가시광선과 적외선 겸용 CCD을 개발할 수 있다.
둘째, 씨씨티브이(CCTV)와 도어 비디오 폰(Door Video Phone)등에 활용할 수 있을 뿐만아니라, 열을 감지하는 적외선 카메라 시스템에도 본 발명을 적용할 수 있으므로 기존의 가시광선을 감지하는 CCD 보다 더 효과적으로 CCD를 활용할 수 있다.
Claims (2)
- 제 1 도전형 반도체기판의 소정깊이내에 형성된 제 2 도전형 웰,상기 제 2 도전형웰 내부에 적외선을 수광할 수 있도록 깊게 형성된 복수개의 제 1 포토다이오드,상기 제 1 포토다이오드에 정렬되어 가시광선을 수광할 수 있도록 상기 제 2 도전형 웰의 표면에 형성된 복수개의 제 2 포토다이오드,상기 제 2 포토다이오드와 격리되어 상기 제 2 도전형 웰의 표면에 일방향을 갖는 라인형으로 형성된 수직전하전송영역,상기 수직전하전송영역을 포함한 전면에 형성된 게이트절연막,상기 수직전하전송영역의 상부에서 오버랩되어 순차적으로 반복형성된 트랜스퍼게이트들,상기 트랜스퍼게이트를 포함한 전면에 형성된 평탄화용 절연막,상기 평탄화용 절연막상에 형성된 패시베이션층,상기 제 1, 제 2 포토다이오드 상부의 패시베이션층상에 형성된 반구형의 마이크로랜즈를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 고체촬상소자.
- 제 1 도전형 반도체기판의 소정깊이내에 제 2 도전형 웰을 형성하는 공정,상기 제 2 도전형웰 내부에 적외선을 수광할 수 있도록 깊게 복수개의 제 1 포토다이오드를 형성하는 공정,가시광선을 수광할 수 있도록 상기 제 2 도전형 웰의 표면에 상기 제 1 포토다이오드와 정렬시켜서 복수개의 제 2 포토다이오드를 형성하는 공정,상기 제 2 포토다이오드와 격리되고 상기 제 2 도전형 웰의 표면에 일방향을 갖는 라인형으로 수직전하전송영역을 형성하는 공정,상기 수직전하전송영역을 포함한 전면에 게이트절연막을 형성하는 공정,상기 수직전하전송영역의 상부에서 오버랩되도록 순차적으로 트랜스퍼게이트들을 형성하는 공정,상기 트랜스퍼게이트를 포함한 전면에 평탄화용 절연막을 형성하는 공정,상기 평탄화용 절연막상에 패시베이션층을 형성하는 공정,상기 제 1, 제 2 포토다이오드 상부의 패시베이션층상에 반구형의 마이크로랜즈를 형성하는 공정을 포함하여 제조함을 특징으로 하는 고체촬상소자의 제조방법.
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1998
- 1998-12-31 KR KR1019980062898A patent/KR20000046221A/ko not_active Application Discontinuation
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |