KR20050064335A - 집광층을 포함하는 고체 촬상 소자 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
집광층을 포함하는 고체 촬상 소자 제조 방법을 제공한다. 고체 촬상 소자 제조 방법은 빛을 받아 전하로 변환시키는 수광부, 발생한 전하를 전송하는 전하 전송부, 및 소자 분리 영역이 형성되어 있는 반도체 기판을 준비하는 단계, 반도체 기판 상부에 제 1 절연막 및 제 1 절연막보다 굴절률이 큰 제 2 절연막을 순차적으로 형성하는 단계, 제 2 절연막 상면에 게이트 전극을 형성하는 단계, 제 2 절연막을 패터닝하여 집광층을 형성하는 단계, 및 집광층 이외의 부분에 빛을 차단시키는 차광막을 형성하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 고체 촬상 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단순화된 공정으로 집광층을 형성하는 고체 촬상 소자 제조 방법에 관한 것이다.
전하 결합 소자(Charge coupled device : CCD)형 고체 촬상 장치(Solide state image sensor)는 입사된 빛에 의하여 수광부에서 생성되고 축적된 광 여기 전하를 출력부로 이송시켜 신호를 전압형태로 변환하여 화상정보를 출력시키는 장치이다. 이는 소형, 경량, 저소비전력등의 우수한 특성을 가지므로 비디오 카메라 시스템등에서 폭넓게 사용되고 있다.
고체 촬상 소자의 구성은 반도체 기판에 P 웰을 형성하고 상기 P 웰상에 소자 분리 영역으로 활성화 영역을 정의한 뒤 수광부와 전하 전송부를 형성함으로써 구성된다. 상기 수광부에서 빛을 받아 신호 전하를 발생시키고 축적하게 되며 그 상부에 형성된 게이트 전극이 수광부에서 축적된 신호 전하가 상기 전하 전송부로 이동할 수 있도록 게이트 전압을 인가함으로써 전위 장벽을 낮춰준다.
고체 촬상 소자는 가능한 많은 양의 빛을 받아들여 상기 수광부의 공핍층에서 많은 양의 전하를 생성시킬수 있도록 하여야한다. 따라서, 최근 상기 수광부 상면에 굴절률이 높고 보다 많은 빛을 상기 수광부로 받아들일수 있는 집광층을 별도로 형성한다. 그러나, 기존 공정에 의한 고체 촬상 소자는 상기 집광층을 형성하기 위하여 별도의 질화막등을 증착시킨후 이를 패터닝하여 식각하는 공정을 사용하였다. 그러나, 이는 공정 단계를 증가시켜 제조 단가를 상승시키는 단점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 별도의 막질을 증착시키고 식각하는 공정이 필요없이 기존의 절연막을 이용하여 집광층을 형성할 수 있는 간편한 고체 촬상 소자 제조 방법을 제시하는 것이다.
상기의 기술적 과제들을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 촬상 소자 제조 방법은 빛을 받아 전하로 변환시키는 수광부, 발생한 상기 전하를 전송하는 전하 전송부, 및 소자 분리 영역이 형성되어 있는 반도체 기판을 준비하는 단계, 상기 반도체 기판 상부에 제 1 절연막 및 상기 제 1 절연막보다 굴절률이 큰 제 2 절연막을 순차적으로 형성하는 단계, 상기 제 2 절연막 상면에 게이트 전극을 형성하는 단계, 상기 제 2 절연막을 패터닝하여 집광층을 형성하는 단계, 및 상기 집광층 이외의 부분에 빛을 차단시키는 차광막을 형성하는 단계를 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 촬상 소자 제조 공정 중간의 각 단계별 단면도이다. 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법을 구체적으로 설명한다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이 빛을 받아 전하로 변환시키는 수광부(200), 발생한 상기 전하를 전송하는 전하 전송부(220), 및 소자 분리 영역(240)이 형성되어 있는 반도체 기판을 준비한다.
상기 수광부(200), 상기 전하 전송부(220) 및 소자 분리 영역(240)은 N형 기판(120)에 형성된 P 웰(Well)(150) 상에 형성된다.
상기 수광부(200)가 상기 전하 전송부(220) 보다 더욱 깊은 위치에서 형성되며 상기 소자 분리 영역(240)은 전하 전송부(220)보다 더욱 낮은 위치에서 형성된다. 상기 수광부(200), 상기 전하 전송부(220), 상기 소자 분리 영역(240)은 상기 P 웰(150)의 표면으로 이온을 주입시키기 위하여 마스크로써 소정의 형태로 패턴된 포토 리지스트 막을 사용하고, 그 후에 기판을 열적으로 처리함으로써 형성될 수 있다.
상기 수광부(200)는 N+불순물 영역으로 이루어져 있으며 상기 P 웰(150)의 표면에 선택적으로 형성된다. 상기 수광부(200)는 외부로부터 입사되는 빛을 받아 전하를 발생시킨다. 한편 상기 수광부(200)의 상부가 열적으로 가열되면 빛이 없는 상태에서도 전하가 발생하며 이에 따른 전류가 흐를수 있는데, 이를 암전류라고 한다. 이러한 암전류를 억제하기 위해 상기 수광부(200)내에는 P+층으로 이루어진 정공축적층(도시하지 않음)이 형성될 수 있다. 상기 수광부(200)내에는 상기 정공 축적층 뿐만 아니라 그 밖에 상기 수광부(200)의 효율을 높이기 위한 다양한 공정이 추가될 수 있다. 빛을 받아 발생된 상기 신호 전하는 상기 수광부(200) 내에 축적된다. 따라서 본 명세서에서의 상기 수광부(200)는 빛을 받아들이는 영역을 뜻할뿐만 아니라 광전 변환 소자를 의미하며 또한 신호 전하 축적 영역을 나타낸다. 본 실시예에서는 상기 수광부(200)가 광전 변환 소자와 신호 전하 축적 영역의 역할을 동시에 수행되는 구조를 예시하였지만, 별도로 형성될 수도 있으며 이는 본 발명을 한정하지 않는다.
상기 전하 전송부(220)는 상기 수광부(200)가 형성되지 않는 영역에서 P웰(150)의 표면에 선택적으로 형성된다. 상기 수광부(200)에서 발생하고 축적된 신호 전하는 게이트 전압의 제어를 받아 상기 전하 전송부(220)에 소정의 시기에 판독된다.
상기 소자 분리 영역(240)은 상기 전하 전송부(220) 및 상기 수광부(200)의 세트의 양쪽 측면에 형성되며, 하나의 화소를 이루는 고체 촬상 소자와 인접한 다른 고체 촬상 소자를 전기적으로 구별하는 역할을 한다.
그 다음 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 반도체 기판 상부에 제 1 절연막(250) 및 상기 제 1 절연막(250)보다 굴절률이 큰 제 2 절연막(260)을 순차적으로 형성한다. 상기 제 1 절연막(250) 및 상기 제 2 절연막(260)은 상기 반도체 기판의 전면에 전체 표면상에 형성된다.
상기 제 1 절연막(250)은 절연막 상부를 절연막 하부에 발생하게 되는 전자와 정공의 흐름으로부터 절연시켜주는 역할을 한다. 상기 제 1 절연막(250)으로 실리콘 산화막을 형성하는 것이 바람직하다.
상기 제 2 절연막(260)은 주로 빛을 흡수하는 재질로 이루어진다. 고체 촬상 소자의 상기 수광부(200)를 통하여 비스듬하게 들어오는 입사광은 상기 수광부(200)와 상기 P 웰(150)의 경계면 등을 통하여 반사되어 상기 전하 전송부(220)로 유입될 수 있다. 이러한 반사광은 상기 전하 전송부(220)에서 전하로 광전기적으로 변환되고 이때 발생한 전하는 거짓 신호로서 원래의 신호에 가산된다. 이 거짓 신호는 상기 전하 전송부(220)에서 모든 전하 그룹에 중첩된다. 상기 제 2 절연막(260)은 이러한 거짓 신호를 발생시키는 반사광을 흡수하여 상기 전하 전송부(220)에 유입되는 것을 방지한다. 한편, 상기 전하 전송부(220)로 전달되는 상기 수광부(200)에서 발생한 전하가 상기 제 1 절연막(250)에 의하여 모두 차단되는 것이 바람직하지만, 차단되지 않고 통과한 전자나 정공은 상기 제 2 절연막(260)에 의하여 트랩된다. 상기 제 2 절연막(260)으로는 실리콘 질화막(SiN) 또는 실리콘 산질화막(SiON)을 형성하는 것이 바람직하다.
그 다음 도 3에 도시된 바와 같이 상기 제 2 절연막(260) 상면에 게이트 전극(300)을 형성한다. 상기 게이트 전극(300)은 제 1 게이트 산화막(310)을 형성한뒤, 상기 게이트 전극(300)을 형성하고 마지막으로 제 2 게이트 산화막(320)을 형성함으로써 완성된다. 먼저, 상기 제 2 절연막(260) 상부에 제 1 게이트 산화막(310)이 형성되는데, 상기 제 1 게이트 산화막(310)은 상기 게이트 전극(300)에 전압이 가해짐으로써 나올 수 있는 전자나 정공이 상기 게이트 전극(300) 하부로 유입되는 것을 막아주는 역할을 한다.
상기 제 1 게이트 산화막(310) 상에 형성되는 상기 게이트 전극(300)은 다결정질 실리콘막으로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 게이트 전극(300)을 형성하는 과정은 다결정질 실리콘막을 증착한 뒤 마스크로써 소정의 형상으로 패턴된 포토 리지스트막을 사용하여 상기 다결정질 실리콘막을 에칭함으로써 이루어진다. 상기 제 1 게이트 산화막(310)을 형성하기 위해 상기 반도체 기판상에 전체적으로 산화막을 형성하게 되는데, 이때 상기 게이트 전극(300)이 형성될 이외의 부분의 산화막을 상기 다결정질 실리콘막 에칭 공정에서의 에칭 배리어로 활용할 수도 있다. 상기 게이트 전극(300)을 이루는 다결정질 실리콘막은 인과 같은 불순물로 도우핑될 수 있다. 상기 게이트 전극(300)은 강한 전압이 인가됨으로써 상기 수광부(200)에서 상기 전하 전송 영역(220)으로 전하가 전달될때 전위 장벽을 낮추게 된다.
상기 게이트 전극(300), 상기 제 1 게이트 산화막(310), 상기 제 2 절연막(260), 상기 제 1 절연막(250) 및 상기 반도체 기판은 차례대로 모노스(MONOS : Metal-oxide-nitride-oxide-semiconductor)구조를 이루는 것이 바람직하다. 이러한 모노스 구조는 상기 게이트 전극(300)의 신뢰성이 향상된 구조이다.
상기 제 2 게이트 산화막(320)은 상기 게이트 전극(300)을 열처리하여 산화시킴으로써 형성된다.
그 다음, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 제 2 절연막(260)을 패터닝하여 집광층(400)을 형성한다. 상술한바와 같이 종래 기술에 의한 집광층 형성은 별도의 질화막을 형성하여 패터닝하는 공정을 사용하였지만, 상기 모노스 구조를 이루는 상기 게이트 전극(300) 하부의 상기 제 2 절연막(260)을 패터닝함으로써 상기 집광층(270)을 형성할 수 있다. 상기 집광층(170)은 유입되는 빛을 반사시키지 않고 흡수하며, 굴절률이 커서 유입되는 빛을 상기 수광부(200)로 모아줄수 있는 재질을 선택하여야 한다. 모노스 구조를 이루는 상기 제 2 절연막(260)은 바람직하게는 실리콘 질화막(SiN) 또는 실리콘 산질화막(SiON)으로 이루어지는데, 이는 빛이 유입될 때 난반사가 적으며, 빛을 흡수하며 굴절률이 크기 때문에 상기 집광층(170)의 역할을 하기에도 적합하다. 상기 제 2 절연막(260)의 조성은 상기 집광층(270)의 역할도 가능하도록 적절히 조절될 수 있다.
마지막으로 도 5에 도시된 바와 같이 상기 집광층(270)이외의 부분에 빛을 차단시키는 차광막(400)을 형성한다. 상기 차광막(400)은 알루미늄 및 텅스텐등으로 이루어지는 금속막이 상기 반도체 기판의 전체 표면상에 증착된다. 최상의 차광 특성을 가지는 금속으로 이루어지는 막을 금속막으로 선택하는 것이 가능하다. 그 후에, 상기 차광막(400)은 마스크로써 소정의 형상대로 패턴된 포토 리지스트막(미도시)을 사용하여 에칭을 통하여 상기 집광층(270) 상의 금속막을 제거함으로써 형성된다.
이 후, 이 차광막을 포함하는 전면에 표면 보호층(미도시)을 형성할 수 있으며 상기 표면 보호층은 평탄화되어 상기 고체 촬상 소자 상면에 도포됨으로써 초점 조절층으로도 이용된다. 기타 마이크로 렌즈 막질이나 컬러 촬상용 소자를 위한 컬러 필터 막질등 필요한 후속공정이 이루어질수 있으며 이는 본 발명을 한정하지 않는다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따르면, 별도의 막질을 증착시키고 식각하는 공정이 필요없이 기존의 절연막을 이용하여 간편하게 집광층을 형성하는 고체 촬상 소자를 제공할 수 있다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 촬상 소자의 제조 방법을 나타내는 단면도들이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
150 : P 웰 200 : 수광부
220 : 전하 전송 영역 240 : 소자 분리 영역
250 : 제 1 절연막 260 : 제 2 절연막
270 : 집광층 300 : 게이트 전극
310 : 제 1 게이트 절연막 320 : 제 2 게이트 절연막
400 : 차광막
Claims (3)
- (a) 빛을 받아 전하로 변환시키는 수광부, 발생한 상기 전하를 전송하는 전하 전송부, 및 소자 분리 영역이 형성되어 있는 반도체 기판을 준비하는 단계;(b) 상기 반도체 기판 상부에 제 1 절연막 및 상기 제 1 절연막보다 굴절률이 큰 제 2 절연막을 순차적으로 형성하는 단계;(c) 상기 제 2 절연막 상면에 게이트 전극을 형성하는 단계;(d) 상기 제 2 절연막을 패터닝하여 집광층을 형성하는 단계;및(e) 상기 집광층 이외의 부분에 빛을 차단시키는 차광막을 형성하는 단계를 포함하는 고체 촬상 소자 제조 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 (b) 단계시 형성되는 상기 게이트 전극은 모노스(MONOS) 구조인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 (b) 단계에서 형성되는 상기 제 1 절연막 및 제 2 절연막은 각각 산화막 및 질화막 또는 산질화막인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자 제조 방법.
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| Date | Code | Title | Description |
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| WITN | Withdrawal due to no request for examination |