KR20020082155A - 광 센서 및 그 검사방법 - Google Patents
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Abstract
화소간의 감도 격차를 억제한 광 센서가 제공된다. 반도체 수광소자로 이루어지는 광 센서에 있어서, 상기 광 센서의 스크라입에 반도체 기판과 다른 극성의 불순물이 확산된 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 광 센서가 게시된다. 상기 반도체 기판과 다른 극성의 불순물이 확산된 영역의 전위를 부동으로 함으로써, 반도체 기판과 다른 극성의 불순물이 확산된 영역과 반도체 기판으로 구성되는 PN 접합에 스크라입에 입사한 빛에 의해 발생하는 전하가 효율적으로 축적될 수 있다. 이 때문에, 스크라입에 입사한 빛에 의해 발생하는 전하가 광 센서의 화소를 구성하는 PN 접합에 도달하지 않는다.
Description
MOS 트랜지스터가 집적된 반도체 수광소자로 이루어지는 광 센서는 수광소자를 1차원 또는 2차원 배열로 집적하는 것이 용이하고, 광디스크 장치의 픽업 수광소자, 카메라의 자동 초점 수광소자, 팩시밀리 장치, 이미지 스캐너의 원문 독출부, 디지털 카메라, 비디오 카메라 등에 널리 응용되고 있다. 본 발명은 이들 민생품에 널리 쓰이고 있는 MOS 트랜지스터와 반도체 수광소자가 집적된 광 센서에 관한 것이다.
반도체 수광소자로 이루어지는 광 센서는 빛 조사에 의해 수광부에 발생한 전하가 출력 증폭기까지 전송되는 방식의 차이에 따라 대략 CCD 방식과 CMOS 방식의 두 가지로 나누어진다. CCD 방식의 광 센서는 수광부에서 발생한 전하의 전송 손실이 적고, 전송중의 노이즈가 작기 때문에, SN 비가 높고 고화질인 화상을 얻을 수 있어, 홈 비디오를 중심으로 널리 사용되고 있다. 그러나, CCD 방식의 광 센서는 IC 및 LSI에 비하여 높은 전압의 전원을 다수 필요로 하고, 소비전력도 크다. 또한, 그 제조방법은 IC나 LSI 등의 집적회로를 구성하는 CMOS의 제조방법과 크게 다르기 때문에, 화상 처리 등의 부가 기능을 CCD 방식의 광 센서에 집적하는 것은 곤란하다. 한편, CM0S 방식의 광 센서는 IC 및 LSI를 구성하는 MOS 트랜지스터에 의해 동작하기 때문에, IC와 LSI와 같은 저전압 동작 및 저소비 전력이 가능하고, 그 제조방법도 IC, LSI와 같다. 따라서, 고기능인 처리 기능 회로를 CMOS 방식의 광 센서에 집적하는 것이 용이하다.
이들 광 센서의 수광부에는 CCD방식 및 CMOS 방식에 상관없이 반도체의 PN 접합이 이용되고 있다. 수광부에 입사한 빛은 수광부에 전하를 발생하고, 이 전하는 PN 접합에 축적되기 때문이다. 이 수광부 이외에서 발생한 전하가 수광부의 PN 접합에 도달하는 경우에 노이즈가 발생한다. 따라서, 통상의 수광부의 주위를 차광하기 위한 금속 막으로 둘러싸여 있다. 이 하나의 수광부를 화소로 하여, 복수의 화소를 1차원 또는 2차원으로 배열함으로써 이러한 광 센서가 화상을 입력하는 광 센서로서 기능하고 있다. 복수의 화소가 1차원 또는 2차원으로 배열된 광 센서의 경우, 화소마다 감도가 다르면 입력된 화상의 화질이 저하된다. 따라서, 화소마다의 감도 격차를 작게 하는 것이 중요하다.
반도체로 이루어지는 광 센서는 반도체 웨이퍼에 대량으로 제조할 수 있기 때문에, 염가로 고품질인 광 센서를 제공할 수 있는 것이 이점이기도 하다. 반도체 광 센서는 반도체 웨이퍼 단위로 제조 및 검사되어, 검사에 통과한 광 센서만이 각각의 광 센서에 다이싱 분할되어 사용된다. 통상, 반도체 웨이퍼를 다이싱 하는 스크라입은 반도체 기판과 같은 극성의 불순물을 확산하여, 반도체 기판 위에는 막을 놓지 않은 구성으로 하고 있다. 이것은 스크라입의 폭을 최소화하고, 다이싱의 처리량을 최대화하기 위해, 다이싱 되는 부분인 스크라입에는 반도체 기판의 재료와 다른 재료를 놓지 않도록 하고 있는 것이다.
그러나, 반도체 웨이퍼 단위로 빛을 조사하여 광 센서의 출력을 검사하는 경우, 종래의 광 센서의 스크라입 구성에서는, 도 4에 도시한 것과 같이 스크라입에 도달한 빛에 의해, 스크라입에 발생한 전하 중 일부가 반도체 기판 위로 이동하여 광 센서의 화소에까지 이르러, 화소를 구성하는 PN 접합에 축적된다. 이 전하는 광 센서의 화소에 입사한 빛에 의해 발생한 전하가 아니기 때문에 노이즈 성분이되어, 복수의 화소를 1차원 또는 2차원으로 배열한 광 센서의 경우, 화소마다 감도가 달라지게 된다.
또한, 스크라입에 정렬 표시가 있고, 스크라입의 일부에 금속 막이 있는 경우에는, 스크라입의 안에서도 금속 막이 있는 부분에서만 빛의 입사가 없기 때문에 전하가 발생하지 않는다. 이 때문에, 스크라입의 일부에 금속 막이 있는 경우, 스크라입에서 발생한 전하가 화소에 이를 확률이 다른 화소에 비하여 금속 막이 있는 주변에 위치하는 화소에서만 현저히 낮아, 금속 막이 있는 주변에 위치하는 화소만 감도가 낮아진다.
상기 문제는 반도체 웨이퍼 단위로 빛을 조사하여 광 센서의 출력을 검사하는 경우 광 센서의 검사가 정확히 행해지지 않은 것을 의미한다.
광 센서의 화소 사이즈가 크고, 화소에 입사한 빛에 의해 발생한 전하량에 비하여 스크라입에서 발생하여 화소에 도달한 전하량이 작은 경우에는 그다지 문제가 되지 않는다. 그러나, 근년 요청되고 있는, 화소의 집적도가 높은 광 센서의 경우, 화소의 사이즈를 작게 하지 않으면 안 되고, 이에 따라 화소에 입사한 빛에 의해 발생한 전하량과 스크라입에서 발생하여 화소에 도달한 전하량과의 차가 작아지게 된다. 따라서, 상기 문제가 심각해진다.
스크라입에서 발생한 전하가 화소까지 도달하지 않도록, 스크라입과 화소간의 거리를 크게 하는 것도 가능하다. 그러나, 광 센서의 레이아웃상의 제약이 커져, 광 센서의 사이즈가 커지는 등 고가의 요인으로 이어진다.
또한, 팩시밀리 장치, 이미지 스캐너의 원문 독출부 등에 화소를 1차원으로배열한 광 센서를 사용하는 경우에는, 복수의 광 센서를 배열함으로써 원문 독출부를 구성하고 있다. 이 때문에, 화소를 1차원으로 배열한 광 센서 양단의 화소는 가능한 한 스크라입에 가깝게 배열하는 것이 요청된다. 특히, 해상도가 높은 팩시밀리 장치와 이미지 스캐너의 경우에는 상기 동작이 현저하게 요구된다. 이 때문에, 스크라입에서 발생한 전하가 화소까지 도달하지 않도록, 스크라입과 화소간의 거리를 크게 하는 해결수단으로서는 문제가 있다.
본 발명은 상기 문제를 해결하여, 스크라입에 반도체 기판과 다른 재료를 놓지 않도록 하고, 스크라입과 화소간의 거리를 크게 하는 일없이, 스크라입에 입사한 빛에 의해 발생하는 전하가 화소에 도달하지 않게 하는 광 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 반도체 수광소자로 이루어지는 광 센서에 있어서, 상기 광 센서의 스크라입에 반도체 기판과 다른 극성의 불순물이 확산된 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 광 센서이다. 상기 반도체 기판과 다른 극성의 불순물이 확산된 영역의 전위를 부동(浮動)으로 함으로써, 반도체 기판과 다른 극성의 불순물이 확산된 영역과 반도체 기판으로 구성되는 PN 접합에 스크라입에 입사한 빛에 의해 발생하는 전하가 효율적으로 축적될 수 있다. 이 때문에, 스크라입에 입사한 빛에 의해 발생하는 전하가 광 센서의 화소를 구성하는 PN 접합에 도달하지 않는다.
광 센서의 스크라입에 형성되어, 반도체 기판과 다른 극성의 불순물이 확산된 영역은 광 센서에 집적되어 반도체 기판과 다른 극성의 불순물이 확산된 웰을형성할 때에 동시에 형성할 수도 있다. 이와 같이, 반도체 기판과 다른 극성의 불순물이 확산된 영역을 스크라입에 형성하더라도, 광 센서의 제조 단계의 수가 늘어나는 것은 아니다.
또한, 스크라입의 표면에는, 종래와 같이 반도체 기판과 같은 극성의 확산 영역을 형성함으로써, 스크라입과 상기 광 센서의 경계부에 반도체 기판과 같은 극성의 확산 영역과 금속 막의 접촉을 가능하게 하는 것도 가능하다. 이 때, 스크라입에 발생한 전하를 축적하기 위한 PN 접합이 형성되어 반도체 기판과 다른 극성의 불순물이 확산된 영역의 깊이가 반도체 기판과 같은 극성의 확산 영역보다 깊은 구성을 채용할 수도 있다. 이 때, 스크라입에 발생한 전하를 축적하기 위한 PN 접합이 형성되어 반도체 기판과 다른 극성의 불순물이 확산된 영역의 폭은 반도체 기판과 같은 극성의 확산 영역과 접촉하고 있는 금속의 안쪽에 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 광 센서에 의하면, 광 센서의 화소가 스크라입에 발생하는 전하의 영향을 받지 않는다. 이 때문에, 광 센서가 형성된 반도체 웨이퍼의 상태로 상기 광 센서의 센서 감도를 검사하는 단계에서, 상기 광 센서에 빛을 조사하여 상기 광 센서의 출력을 검사하는 경우, 화소 이외의 영역에서 발생하는 전하의 영향을 받는 일이 없고, 광 센서의 감도 및 화소마다의 감도 격차가 보다 정확하게 얻어질 수 있는 검사가 가능해진다.
도 1은 본 발명의 광 센서의 스크라입을 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 광 센서의 표면도이다.
도 3은 본 발명의 광 센서의 작용의 설명도이다.
도 4는 종래의 광 센서의 과제의 설명도이다.
도 5는 종래의 광 센서의 스크라입 단면도이다.
도 6은 본 발명의 광 센서의 출력을 나타내는 그래프이다.
도 7은 종래의 광 센서의 출력을 나타내는 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 스크라입2 반도체 기판
3 필드 산화 막4 층간 막
5 금속 막6 보호 막
7 확산 영역10 부동 확산 영역
20 광 센서
도 1은 본 발명의 실시예의 광 센서에 있어서의 스크라입부의 단면도이다. 또한, 도 2는 본 발명의 광 센서에 있어서의, 스크라입부에 구성된 반도체 기판과다른 극성을 갖는 확산 영역과 화소의 위치를 나타내는 도면이다. 이 실시예에서는 P형(100)의 실리콘 기판(2)이 사용된다. 스크라입(1)에는 부동 확산 영역(10)으로서 N형 확산층이, 광 센서에 집적되는 PMOS 트랜지스터의 N형 웰 영역을 형성하는 단계에서 동시에 형성된다. 인 이온을 1 ×1013㎝-2주입하고 1100 C에서 확산하여 깊이 5 ㎜의 PN 접합이 형성된다. 이 다음, 통상의 CMOS 제조 단계를 지나 도 1의 스크라입 구성이 형성된다. 이 때, 확산 영역(7)은 PMOS의 소스 및 드레인 형성을 위한 붕소 이온 주입에 의해 형성된다. 또한, 필드 산화 막(3)은 6000 A의 열 산화 막이고, 층간 막(4)은 CVD법에 의해 형성된 산화 막과 붕소 및 인이 도프된 BPSG 막의 2층으로 이루어지고, 각각 3000 A와 5000 A의 막 두께를 갖는다. 금속 막(5)은 미량의 실리콘과 동이 포함된 알루미늄 막으로 이루어지고 막 두께는 9000 A이다. 보호 막(6)은 CVD법에 의해 형성된 질화 실리콘 막이고, 막 두께는 9500 A이다. 스크라입(1)의 끝에서 확산 영역(7)과 금속 막(5)의 접촉이 이루어진다. 이 접촉은 폭 2 ㎜로 광 센서의 외주를 둘러싸도록 형성되어 있다. 이 금속 막은 광 센서의 화소 주위를 둘러싸는 금속 막까지 계속되고 있기 때문에, 스크라입과 화소 사이에는 빛이 조사되는 영역이 없다. 스크라입에 조사된 빛에 의해서 발생한 전하는, 도 3에 나타낸 것과 같이, 부동 확산 영역(10)과 반도체 기판(2)으로 구성되는 PN 접합부에 형성되는 공핍층에 축적된다.
이와 달리, 도 5에 나타낸 것과 같은 종래의 광 센서에서는, 스크라입에 조사된 빛에 의해서 발생한 전하는 어떤 확률로 광 센서 안에 들어가고, 도 4에 나타낸 것과 같이, 전하의 일부는 화소에 도달한다.
화소 수 192 비트, 화소 피치 62.5 ㎜로 1차원으로 화소가 배열된 광 센서의 첫 번째 비트로부터 192번째 비트까지의 각 화소의 출력을 웨이퍼 상태로 빛을 조사하여 검사한 결과를 비교하였다. 도 6과 도 7은 각각 본 발명의 광 센서에 의한 결과 및 종래의 광 센서에 의한 결과를 나타낸다. 종래의 광 센서에서는, 화소간의 출력 격차가 크고, 광 센서의 양단에 가까운 화소의 출력이 그 중앙부의 화소의 출력에 비하여 크다는 것을 알 수 있다. 그에 반하여, 본 발명의 광 센서에서는, 화소간의 출력 격차가 작고, 광 센서 양단의 화소도 중앙부의 화소와 같은 레벨의 출력이 된다는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 스크라입에 조사된 빛에 의해 발생된 전하가 부동 확산 영역(10)에 축적되어, 화소에 도달하지 않는다는 것을 알 수 있다.
본 발명의 광 센서에서는, 광 센서의 화소가 스크라입에 발생하는 전하의 영향을 받지 않는다.
이 때문에, 스크라입에 반도체 기판의 재료와 다른 재료를 놓지 않도록 하여, 스크라입과 화소간의 거리를 증가시키지 않고, 스크라입에 입사한 빛에 의해 발생하는 전하가 화소에 도달하게 않게 한 광 센서를 제공할 수 있다.
또한, 광 센서가 형성된 반도체 웨이퍼의 상태로 상기 광 센서의 센서 감도를 검사하는 단계에서, 상기 광 센서에 빛을 조사하여 상기 광 센서의 출력을 검사하는 경우, 화소 이외의 영역에서 발생하는 전하의 영향을 받는 일없이, 광 센서의 감도 및 화소간의 감도 격차의 보다 정확한 검사가 가능해진다.
Claims (6)
- 반도체 수광소자로 이루어지는 광 센서에 있어서,상기 광 센서의 스크라입에 반도체 기판과 다른 극성의 불순물이 확산된 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 광 센서.
- 반도체 수광소자로 이루어지는 광 센서로서, 상기 광 센서의 스크라입에 반도체 기판과 다른 극성의 불순물이 확산된 영역이 있는 광 센서에 있어서,상기 불순물이 확산된 영역의 전위가 부동(浮動)인 것을 특징으로 하는 광 센서.
- 반도체 수광소자로 이루어지는 광 센서로서, 상기 광 센서의 스크라입에 반도체 기판과 다른 극성의 불순물이 확산된 영역이 있는 광 센서에 있어서,상기 불순물이 확산된 영역이 상기 광 센서에 집적되어 있는 MOS 트랜지스터의 웰(well) 형성과 동시에 형성되며, 반도체 기판과 다른 극성의 불순물이 확산된 웰인 것을 특징으로 하는 광 센서.
- 반도체 수광소자로 이루어지는 광 센서로서, 상기 광 센서의 스크라입에 반도체 기판과 다른 극성의 불순물이 확산된 영역과 상기 반도체 기판과 같은 극성의 확산 영역이 있어, 상기 스크라입과 상기 광 센서의 경계부에 상기 반도체 기판과같은 극성의 확산 영역과 금속 막의 접촉이 이루어지고 있는 광 센서에 있어서,상기 반도체 기판과 다른 극성의 불순물이 확산된 영역의 깊이가 상기 반도체 기판과 같은 극성의 확산 영역보다 깊은 것을 특징으로 하는 광 센서.
- 반도체 수광소자로 이루어지는 광 센서로서, 상기 광 센서의 스크라입에 반도체 기판과 다른 극성의 불순물이 확산된 영역과 상기 반도체 기판과 같은 극성의 확산 영역이 있어, 상기 스크라입과 상기 광 센서의 경계부에 상기 반도체 기판과 같은 극성의 확산 영역과 금속 막의 접촉이 이루어지고, 상기 반도체 기판과 다른 극성의 불순물이 확산된 영역의 깊이가 상기 반도체 기판과 같은 극성의 확산 영역보다 깊은 광 센서에 있어서,상기 반도체 기판과 다른 극성의 불순물이 확산된 영역이 상기 반도체 기판과 같은 극성의 확산 영역과 접촉하고 있는 금속의 안쪽인 것을 특징으로 하는 광 센서.
- 반도체 수광소자로 이루어지는 광 센서로서, 상기 광 센서의 스크라입에 반도체 기판과 다른 극성의 불순물이 확산된 영역이 있는 광 센서의 검사방법에 있어서,상기 광 센서가 형성된 반도체 웨이퍼의 상태로 상기 광 센서의 센서 감도를 검사하는 단계에서, 상기 광 센서에 빛을 조사하여 상기 광 센서의 출력을 검사하는 것을 특징으로 하는 광 센서의 검사방법.
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