KR20050081423A - 고체 촬상 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

고체 촬상 장치 및 그 제조 방법이 개시되어 있다. 반도체 기판 상에 수광부가 형성되고, 전송 수단이 수광부에 인접하여 반도체 기판 상에 형성된다. 수광부의 바로 위에 개구를 형성하고 상기 수광부를 향해 돌출된 에지를 가지며 전송 수단을 커버하도록 차광막이 형성된다. 차광막은 복수개의 층으로 이루어지고, 그 에지가 오목 렌즈 형태로 형성된다. 오목 렌즈 형태의 에지를 갖는 차광막에 의해 전송 수단, 즉 전송 레지스터로 입사되는 광 성분을 억제하여 스미어를 감소시킬 수 있다.

Description

고체 촬상 장치 및 그 제조 방법{Solid state imaging device and Method of manufacturing the same}
본 발명은 고체 촬상 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스미어(smear)를 감소시킬 수 있는 고체 촬상 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
전하 결합 소자(charged coupled device; 이하 "CCD"라 한다)형 카메라 등에 사용되는 CCD 고체 촬상 장치는 하나의 화소를 이루는 집광 수단(즉, 수광부)이 복수개 배열되고, 입사되는 빛을 전기 신호로 바꾼 후 디지털 신호로 변환시키는 장치이다.
이러한 CCD 고체 촬상 장치는 일반적으로, 수평 방향으로 포화 정전하를 방전하는 수평 오버플로 CCD 고체 촬상 장치와 기판 방향, 즉 수직 방향으로 포화 정전하를 방전하는 수직 오버플로 CCD 고체 촬상 장치로 나뉘어진다.
수평 오버플로 CCD 고체 촬상 장치는 수광부(light sensing region) 내의 공핍층을 제외한 영역에서 광전 변환된 정전하들이 전송 레지스터(transfer register)로 들어가 위조 신호, 즉 스미어(smear)를 일으키는 문제가 있다. 반면에, 수직 오버플로 CCD 고체 촬상 장치는 수광부 내의 공핍층을 제외한 영역에서 광전 변환된 정전하들이 기판 측으로 방전되기 때문에 수평 오버플로 CCD에 비해 스미어를 덜 발생시킨다는 장점이 있다.
도 1은 종래의 수직 오버플로 CCD 고체 촬상 장치의 구조를 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, N형 실리콘 기판(10) 상의 제1 P형 웰(12) 내에 N형 수광부(14), N형 수직 전송 레지스터(16) 및 P형 채널 스토퍼 영역(channel stopper region)(18)이 형성되어 있다.
상기 수광부(14)의 표면 상에는 P형 정전하 축적 영역(electrical charge storage region)(20)이 형성되고, 상기 수직 전송 레지스터(16)의 바로 밑에는 제2 P형 웰(22)이 형성되어 있다.
다결정실리콘으로 이루어진 전송 전극(26)이 게이트 절연막(24)을 개재하여 상기 수직 전송 레지스터(16) 상에 선택적으로 형성되어 있다.
상기 전송 전극(26) 상에는 층간 절연막(28)을 개재하여 예컨대 텅스텐(W) 또는 알루미늄(Al)의 단일 막으로 이루어진 차광막(30)이 형성되어 있고, 상기 차광막(30)을 포함한 전면 상에는 예컨대 플라즈마 실리콘 나이트라이드(SiN)로 이루어진 표면 보호막(32)이 형성되어 있다.
상기 수광부(14)와 수직 전송 레지스터(16)의 사이에 형성된 P형 영역은 독출 게이트(read-out gate)(34)로 제공된다.
상기 차광막(30)은 식각 공정을 통해 상기 수광부(14) 상에서 선택적으로 제거되고, 상기 식각 공정에 의해 형성된 개구(hole)(36)를 통해 빛(L)이 상기 수광부(14) 내에 입사하게 된다.
상술한 구조를 갖는 종래의 CCD 고체 촬상 장치에 있어서, 상기 차광막(30)을 층간 절연막(28) 상에 형성한 후 식각 공정을 통해 상기 수광부(14) 상의 차광막(30)을 선택적으로 제거함으로써, 게이트 절연막(24) 및 층간 절연막(28) 등의 투명한 막이 상기 차광막(30)의 개구(36)의 하부로부터 상기 수직 전송 레지스터(16)의 상부까지 연속적으로 형성되도록 한다.
그 결과, 상기 수광부(14) 측으로 입사된 빛(L) 중 회절된 빛이 상기 층간 절연막(28) 및 게이트 절연막(24)을 거쳐 상기 수직 전송 레지스터(16) 측으로 도파되고, 이렇게 도파된 광 성분 중의 일부분이 수직 전송 레지스터(16)로 입사되어 스미어를 유발하게 된다.
이러한 스미어의 발생을 감소시키기 위하여 차광막(30)과 수광부(14) 사이에 형성되는 층간 절연막(28)의 두께를 낮추는 방법이 제안되었으나, 상기 층간 절연막(28)을 박막화하여 스미어를 감소시키는 데에는 한계가 있다.
또한, 상기 수광부(14) 상에 개구(36)가 정확히 형성되도록 하기 위하여 상기 단일 막으로 이루어진 차광막(30)은 이방성 식각 공정에 의해 패터닝되기 때문에, 상기 차광막(30)의 에지(edge)는 수직 프로파일로 형성된다.
이에 따라, 입사광(L)의 일부분이 상기 차광막(30)의 에지부에서 상당히 굴절되면서 상기 수직 전송 레지스터(16) 측으로 도파되게 된다.
결과적으로, 종래의 CCD 고체 촬상 장치에 의하면, 상기 수직 전송 레지스터(16)로 비스듬히 입사되는 경사광(oblique light) 성분(L1) 이외에, 상기 기판(10)의 표면과 차광막(30)의 하면 사이에서 반사되어 수직 전송 레지스터(16)로 입사되는 반사광 성분(L2)이 증가하게 됨으로써, 스미어가 빈번히 발생한다.
따라서, 본 발명의 일 목적은 스미어를 감소시킬 수 있는 고체 촬상 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 스미어를 감소시킬 수 있는 고체 촬상 장치의 제조 방법을 제공하는데 있다.
상기한 일 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고체 촬상 장치는, 반도체 기판; 상기 반도체 기판 상에 형성된 수광부; 상기 반도체 기판 상에서 상기 수광부에 인접하여 형성된 전송 수단; 및 상기 수광부의 바로 위에 개구를 형성하고 상기 수광부를 향해 돌출된 에지를 가지며 상기 전송 수단을 커버하도록 형성된 차광막을 구비한다.
상기 차광막은 복수개의 층으로 이루어지고, 그 에지가 오목 렌즈 형태로 형성된다.
바람직하게는, 상기 차광막은 제1 층, 상기 제1 층과 식각 선택비를 갖는 제2 층 및 상기 제1 층과 동일한 식각 속도(etch rate)를 갖는 제3 층이 순차적으로 적층된 세 개의 층으로 이루어진다. 더욱 바람직하게는, 상기 차광막의 제2 층은 상기 제1 층보다 빠른 식각 속도를 갖는 물질로 이루어지고, 상기 제1 층과 제3 층은 동일한 물질로 이루어진다.
바람직하게는, 상기 전송 수단은 상기 반도체 기판 상에 형성된 전송 레지스터 및 상기 전송 레지스터 상에 절연막을 개재하여 배열된 전송 전극을 포함한다.
상기한 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 전송 수단 및 상기 전송 수단에 인접한 수광부가 형성된 반도체 기판의 전면에 복수개의 층으로 이루어진 차광막을 형성하는 단계; 상기 차광막을 이방성 식각하여 상기 수광부의 바로 위에 개구를 형성하는 단계; 및 상기 차광막을 등방성 식각하여 상기 개구를 갖고 상기 수광부를 향해 돌출된 상기 차광막의 에지를 오목 렌즈 형태로 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 차광막을 등방성 식각하는 단계에서 상기 차광막의 제1 및 제3 층에 비해 상기 제2 층의 식각 속도가 빠른 에천트를 사용한다.
바람직하게는, 상기 차광막을 등방성 식각하는 단계는 상기 보호막을 형성하기 전에 수행하는 세정 단계이다.
본 발명에 의하면, 차광막을 복수개의 막, 바람직하게는 3층의 막으로 형성한 후, 이방성 식각 공정으로 상기 차광막을 패터닝하여 수광부의 바로 위에 개구를 형성한다.
그런 다음, 제2 층의 식각 속도가 제1 및 제3 층에 비해 빠른 에천트를 이용하여 상기 차광막을 등방성 식각한다. 그러면, 상기 등방성 식각 동안 상기 차광막의 제2 층이 상부의 제3 층 및 하부의 제1 층에 비해 빠르게 측면 식각되어 상기 개구를 형성하는 차광막의 에지부가 오목 렌즈 형태를 갖는다. 이때, 상기 등방성 식각을 별도로 수행하지 않고 보호막의 전처리 세정 공정으로 대체할 수도 있다.
따라서, 수광부로 입사되는 광 중에서 경사광 성분이 차광막의 에지부에서 굴절되어도 상기 차광막 하면의 절연막을 통해 전송 수단, 즉 전송 레지스터로 입사되는 반사광 성분이 줄어들게 되어 스미어의 발생을 최소화할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 CCD 고체 촬상 장치의 평면도로서, 인터라인 트랜스퍼(interchange line transfer; 이하 "IT"라 한다)형 CCD 고체 촬상 장치를 예시하고 있다. IT형 CCD 고체 촬상 장치는 수직 방향의 전하 전송 전극 및 수평 방향의 전하 전송 전극에 의해 화상 신호가 판독되는 구조를 갖는다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 IT형 CCD 고체 촬상 장치(100)는 복수개의 수광부(104)가 매트릭스 형태로 배열되고 각 수광부(104) 열의 한 측에 라인형 수직 전송 레지스터(106)가 배열되는 촬상부(140)와, 상기 촬상부(140)의 한 측에 배치되는 수평 전송 레지스터(142)와, 상기 수평 전송 레지스터(142)의 출력 측에 접속되는 출력 회로(144)를 포함한다.
상기 촬상부(140)에서 유효 화소 영역(146)의 수광부(104)를 제외한 수직 전송 레지스터(106)를 포함하는 영역과, 검은 색의 기준 레벨을 규정하기 위한 광학 블랙 영역(optical black region)(148) 및 수평 전송 레지스터(142)의 전면에 차광막(125)이 형성된다.
상술한 구조를 갖는 본 발명의 CCD 고체 촬상 장치에 있어서, 각 수광부(104)에서 입력 광(L)이 신호 전하로 광전 변환되어 축적되고, 이렇게 축적된 신호 전하들은 전송 수단, 즉 수직 전송 레지스터(106) 및 전송 전극(도시하지 않음)을 통해 전송된다. 또한, 각 수평 라인마다 신호 전하가 수평 전송 레지스터(142)로 전송되고, 출력 회로(144)를 통해 출력된다.
도 3은 도 2의 AA'선에 따른 CCD 고체 촬상 장치의 단면도로서, 유효 화소 영역(146)의 단면 구조를 나타내고 있다.
도 3을 참조하면, N형 실리콘 기판(101) 상의 제1 P형 웰(102) 내에 N형 수광부(104), N형 수직 전송 레지스터(106) 및 P형 채널 스토퍼 영역(108)이 형성되어 있다.
매트릭스 형태로 배열되는 상기 수광부(104)는 입력 광(L)이 신호 전하로 변환되어 축적되는 광전 변환 영역으로서, 하나의 수광부(104)와 하나의 수직 전송 레지스터(106)가 하나의 단위 화소를 구성한다.
상기 수직 전송 레지스터(106)는 상기 수광부(104)에 인접하여 라인 형태로 배열되며, 상기 수광부(104)에 의해 광전 변환된 신호 전하(즉, 전기 신호)를 다음 단계로 전송하는 역할을 한다.
상기 수광부(104)의 표면 상에는 P형 정전하 축적 영역(110)이 형성되어 있고, 상기 수직 전송 레지스터(106)의 바로 밑에는 제2 P형 웰(112)이 형성되어 있다.
다결정실리콘으로 이루어진 전송 전극(116)이 게이트 절연막(114)을 개재하여 상기 수직 전송 레지스터(106) 상에 선택적으로 형성되어 있다. 상기 전송 전극(116)은 수직 전송 레지스터(106)와 함께 라인 방향에서 상기 수광부(104)에 의해 광전 변환된 신호 전하들을 전송하는 영역이다.
상기 수광부(104)와 수직 전송 레지스터(106)의 사이에 형성된 P형 영역은 독출 게이트(132)로 제공된다.
상기 전송 전극(116) 상에는 층간 절연막(118)을 개재하여 복수개의 층으로 이루어진 차광막(125)이 형성되어 있다. 상기 차광막(125)은 수광부(104)를 제외한 어떤 영역으로 광이 들어가는 것을 차단하는 역할을 한다.
바람직하게는, 상기 차광막(125)은 제1 층(120), 상기 제1 층(120)과 식각 선택비를 갖는 제2 층(122) 및 상기 제1 층(120)과 동일한 식각 속도를 갖는 제3 층(124)이 순차적으로 적층된 세 개의 층으로 이루어진다. 더욱 바람직하게는, 상기 제1 층(120)과 제3 층(124)은 동일한 물질, 예컨대 티타늄 나이트라이드(TiN)로 이루어지고, 상기 제2 층(122)은 상기 제1 층(120)보다 빠른 식각 속도를 갖는 물질, 예컨대 텅스텐(W)으로 이루어진다.
상기 차광막(30)을 포함한 전면 상에는 입사 광(L)에 대해 투과성을 갖는 표면 보호막이 형성된다. 바람직하게는, 상기 표면 보호막은 낮은 굴절률을 갖는 물질, 예컨대 BPSG로 이루어진 제1 보호막(134)과, 높은 굴절률을 갖는 물질, 예컨대 실리콘 나이트라이드(SiN)로 이루어진 제2 보호막(135)으로 이루어진다.
상기 BPSG로 이루어진 제1 보호막(134)은 리플로우(reflow) 공정을 통해 그 표면이 오목부와 돌출부를 갖도록 형성되고, 상기 SiN으로 이루어진 제2 보호막(135)은 평탄한 표면을 갖도록 형성된다. 일반적으로, SiN은 BPSG에 비해 2배 정도 큰 굴절률을 갖기 때문에, 상기 제1 보호막(134)과 제2 보호막(135)은 입사광(L)을 수광부(104) 쪽으로 집광시키는 내부 렌즈(inner lens) 역할을 한다.
상기 제2 보호막(135) 상에는 컬러 필터층(136)이 형성되고, 입사광(L)을 수광부(104)로 집광시키기 위한 온칩 렌즈(On-chip lens)(138)가 각각의 화소, 즉 각각의 수광부(104)에 대해 제공된다.
일반적으로, 촬상 센서인 CCD는 빛의 세기, 즉 명암만을 기록할 수 있기 때문에, 상기 CCD 센서 앞에 컬러 필터를 놓고 이를 통과한 정보를 저장하였다가 이것을 상기 CCD 센서에서 저장된 명암 정보와 합쳐서 컬러 이미지를 생성하게 된다.
상기 차광막(125)은 식각 공정을 통해 상기 수광부(104) 상에서 선택적으로 제거되고, 상기 식각 공정에 의해 형성된 개구(131)를 통해 빛(L)이 상기 수광부(104) 내에 입사하게 된다. 이때, 수광부(104) 쪽으로 돌출되어 상기 개구(131)를 형성하는 차광막(125)의 에지(125a)는 상기 차광막(125)을 구성하는 층들 간의 식각 속도 차이를 이용한 등방성 식각 공정으로 인하여 오목 렌즈 형상을 갖게 된다.
따라서, 수광부(104)로 입사되는 광(L) 중에서 경사광 성분(L1)이 차광막(125)의 에지(125a)에서 굴절되더라도, 오목 렌즈 형상의 에지(125a)에 의해 굴절된 경사광 성분(L1)의 대부분은 상부의 표면 보호막 측으로 반사되거나 하부의 기판 측으로 반사된다.
즉, 상기 차광막(125)의 에지(125a)로 입사되는 경사광 성분(L1) 중에서 상기 차광막(125) 하면의 절연막을 통해 수직 전송 레지스터(106)로 입사되는 반사광 성분(L2)이 줄어들게 되어 스미어의 발생을 최소화할 수 있다.
이하, 본 발명에 의한 CCD 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 상세히 설명하고자 한다.
도 4a는 차광막(125)을 형성하는 단계를 도시한다.
통상의 CCD 공정을 이용한 이온 주입 공정 및 증착 공정을 통해 N형 실리콘 기판(101) 상에 제1 P형 웰(102), N형 수광부(104), N형 수직 전송 레지스터(106), P형 채널 스토퍼 영역(108), 제2 P형 웰(112) 및 P형 정전하 축적 영역(110)을 형성한다.
또한, 상기 수직 전송 레지스터(106) 상에 게이트 절연막(114)을 개재하여 다결정실리콘으로 이루어진 전송 전극(116)을 형성한다.
이어서, 상기 전송 전극(116)을 포함하는 결과물의 전면에 층간 절연막(118)을 형성한 후, 그 전면에 차광막(125)을 형성한다.
구체적으로, 상기 층간 절연막(118) 상에 예컨대 티타늄 나이트라이드(TiN)를 스퍼터링 또는 화학 기상 증착(chemical vapor deposition; CVD) 등의 방법으로 약 300∼500Å의 두께로 증착하여 차광막(125)의 제1 층(120)을 형성한다.
상기 제1 층(120) 상에 임의의 등방성 식각 공정에 대해 상기 제1 층(120)을 구성하는 물질과 식각 선택비를 갖는 물질, 바람직하게는 텅스텐(W)과 같이 상기 제1 층(120)에 비해 빠른 식각 속도를 갖는 물질을 스퍼터링 또는 CVD 방법에 의해 약 500∼1000Å의 두께로 증착하여 차광막(125)의 제2 층(122)을 형성한다.
상기 제2 층(122) 상에 임의의 등방성 식각 공정에 대해 상기 제1 층(120)을 구성하는 물질과 동일한 식각 속도를 갖는 물질, 바람직하게는 상기 제1 층(120)과 동일한 물질을 스퍼터링 또는 CVD 방법에 의해 약 300∼500Å의 두께로 증착하여 차광막(125)의 제3 층(124)을 형성한다.
도 4b는 개구(128)를 형성하는 단계를 도시한다.
상술한 바와 같이 3층의 막으로 이루어진 차광막(125)을 형성한 후, 상기 차광막(125) 상에 포토레지스트막을 도포한다. 이어서, 상기 포토레지스트막을 노광 및 현상하여 상기 수광부(104)에 대응하는 개구 영역을 한정하는 포토레지스트 패턴(126)을 형성한다.
그런 다음, 상기 포토레지스트 패턴(126)을 식각 마스크로 이용하여 상기 차광막(125)의 제3 층(124), 제2 층(122) 및 제1 층(120)을 연속적으로 이방성 식각(건식 식각)함으로써 상기 수광부(104)를 노출하는 개구(128)를 형성한다.
도 4c는 차광막(125)을 등방성 식각하는 단계를 도시한다.
상술한 바와 같기 개구(128)를 형성한 후, 계속해서 상기 포토레지스트 패턴(126)을 식각 마스크로 이용하여 등방성 식각(습식 식각) 공정을 수행한다. 상기 등방성 식각 공정은 상기 차광막(125)의 제1 및 제3 층(120, 124)에 비해 상기 제2 층(122)의 식각 속도가 빠른 에천트, 예컨대 과산화수(H2O2)를 사용한다.
상기 등방성 식각 공정에 의해 상기 포토레지스트 패턴(126)의 아래에서 상기 차광막(125)의 측면 식각(side etching)이 진행되는데, 이때 상기 제2 층(122)이 하부의 제1 층(120) 및 상부의 제3 층(124)에 비해 빠르게 식각됨으로써 상기 개구(128)를 형성하는 차광막(125)의 에지(125a)가 오목 렌즈 형상을 갖게 된다.
이와 같이 수광부(104) 쪽으로 돌출되어 상기 개구(131)를 형성하는 차광막(125)의 에지(125a)를 오목 렌즈 형상으로 만들게 되면, 수광부(104)로 입사되는 광(L) 중에서 경사광 성분(L1)이 차광막(125)의 에지(125a)에서 굴절되더라도 상기 차광막(125) 하면의 절연막을 통해 수직 전송 레지스터(106)로 입사되는 반사광 성분(L2)이 줄어들게 되어 스미어의 발생을 최소화된다.
이어서, 에싱 및 스트립 공정으로 상기 포토레지스트 패턴(126)을 제거한 후, 도 3에 도시한 바와 같이 상기 수광부(104) 및 차광막(125)을 커버하도록 입사 광(L)에 대해 투과성을 갖는 물질로 이루어진 표면 보호막을 형성한다.
바람직하게는, 상기 표면 보호막은 낮은 굴절률을 갖는 물질, 예컨대 BPSG로 이루어진 제1 보호막(134)과, 높은 굴절률을 갖는 물질, 예컨대 실리콘 나이트라이드(SiN)로 이루어진 제2 보호막(135)으로 이루어진다.
상기 제1 보호막(134)은 리플로우 공정을 통해 그 표면이 오목부와 돌출부를 갖도록 형성되고, 상기 제2 보호막(135)은 평탄한 표면을 갖도록 형성된다. 따라서, 상기 제1 보호막(134)과 제2 보호막(135)은 입사광(L)을 수광부(104) 쪽으로 집광시키는 내부 렌즈 역할을 한다.
그런 다음, 상기 제2 보호막(135) 상에 컬러 필터층(136)을 형성하고, 그 위에 온칩 렌즈(138)를 형성함으로써 본 발명에 의한 CCD 고체 촬상 장치를 완성한다.
상술한 실시예의 고체 촬상 장치의 제조 방법에 의하면, 동일한 포토레지스트 패턴을 이용하여 차광막(125)의 이방성 식각 및 등방성 식각을 수행하여 수광부(104)의 바로 위에 개구(128)를 형성하는 오목 렌즈 형상의 에지(125a)를 갖는 차광막(125)이 얻어진다.
상기 차광막(125)의 에지(125a)의 오목 렌즈 형상은 등방성 식각 공정의 측면 식각 특성에 의해 형성되기 때문에, 상기 에지(125a)의 오목 렌즈 형상은 실질적으로 균일하게 형성될 수 있다.
상술한 바와 같이 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 설명한 본 발명의 실시예에서는 차광막(125)을 이방성 식각한 후 등방성 식각 공정을 수행하여 차광막(125)의 에지를 오목 렌즈 형상으로 만드는 경우에 대해 설명하고 있다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 별도의 등방성 식각 공정 없이 상기 표면 보호막의 전-세정(pre-cleaning) 공정만으로 상기 차광막(125)의 에지(125a)를 오목 렌즈 형상으로 만들 수 있다.
구체적으로, 도 4b의 방법과 동일하게 상기 포토레지스트 패턴(126)을 식각 마스크로 이용하여 상기 차광막(125)의 제3 층(124), 제2 층(122) 및 제1 층(120)을 연속적으로 이방성 식각하여 상기 수광부(104)의 바로 위에 개구(128)를 형성한다. 그런 다음, 에싱 및 스트립 공정으로 상기 포토레지스트 패턴(126)을 제거하고, 통상의 세정 공정, 예컨대 SC-1(standard clean 1)을 이용한 세정 공정을 이용하여 상기 차광막(125)의 표면 및 상기 수광부(104)의 표면에 형성되어 있는 이물질 등을 제거한다.
상기 SC-1은 NH4OH, H2O2 및 H2O의 혼합물이므로, 상기 차광막(125)의 제1 층(120) 및 제3 층(124)을 티타늄 나이트라이드(TiN)로 형성하고 제2 층(122)을 텅스텐(W)으로 형성할 경우, 상기 텅스텐으로 이루어진 제2 층(122)이 SC-1을 구성하는 H2O2 용액으로 인해 다른 층들(120, 124)에 비해 빠르게 측면 식각된다. 따라서, 별도의 등방성 식각 공정을 수행하지 않고도 상기 표면 보호막의 전세정 공정만으로 상기 차광막(125)의 에지(125a)를 오목 렌즈 형상으로 만들 수 있다.
또한, 상술한 실시예는 IT형 CCD 고체 촬상 장치에 적용하였으나, 이 외에 프레임 인터라인 트랜스퍼(frame interline transfer; FIT)형의 CCD 고체 촬상 장치 등에도 본 발명을 적용할 수 있음은 물론이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 고체 촬상 장치 및 그 제조 방법에 의하면, 차광막을 복수개의 막, 바람직하게는 3층의 막으로 형성한 후, 이방성 식각 공정으로 상기 차광막을 패터닝하여 수광부의 바로 위에 개구를 형성한다.
그런 다음, 제2 층의 식각 속도가 제1 및 제3 층에 비해 빠른 에천트를 이용하여 상기 차광막을 등방성 식각한다. 그러면, 상기 등방성 식각 동안 상기 차광막의 제2 층이 상부의 제3 층 및 하부의 제1 층에 비해 빠르게 측면 식각되어 상기 개구를 형성하는 차광막의 에지부가 오목 렌즈 형태를 갖는다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 등방성 식각을 별도로 수행하지 않고 보호막의 전처리 세정 공정으로 대체할 수도 있다.
따라서, 수광부로 입사되는 광 중에서 경사광 성분이 차광막의 에지부에 입사되어도, 상기 오목 렌즈 형상의 에지부에 의해 광이 굴절되는 양이 적어진다. 그 결과, 수직 전송 레지스터로 비스듬이 입사되는 경사광 성분 및 기판과 차광막 사이에서 반사되어 수직 전송 레지스터로 입사되는 반사광 성분이 줄어들게 되어 스미어의 발생을 최소화할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 수직 오버플로 CCD 고체 촬상 장치의 구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 CCD 고체 촬상 장치를 도시한 평면도이다.
도 3은 도 2의 AA'선에 따른 CCD 고체 촬상 장치의 단면도이다.
도 4a 내지 도 4c는 도 3에 도시한 CCD 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : CCD 고체 촬상 장치 101 : 반도체 기판
102 : 제1 P형 웰 104 : N형 수광부
106 : 수직 전송 레지스터 108 : P형 채널 스토퍼 영역
110 : P형 정전하 축적 영역 112 : 제2 P형 웰
114 : 게이트 절연막 116 : 전송 전극
118 : 층간 절연막 125 : 차광막
126 : 포토레지스트 패턴 128 : 개구
132 : 독출 게이트 134 : 제1 보호막
135 : 제2 보호막 136 : 컬러 필터층
138 : 렌즈 140 : 촬상부
142 : 수평 전송 레지스터 144 : 출력 회로
146 : 유효 화소 영역 148 : 광학 블랙 영역

Claims (15)

  1. 반도체 기판;
    상기 반도체 기판 상에 형성된 수광부;
    상기 반도체 기판 상에서 상기 수광부에 인접하여 형성된 전송 수단; 및
    상기 수광부의 바로 위에 개구를 형성하고 상기 수광부를 향해 돌출된 에지를 가지며 상기 전송 수단을 커버하도록 형성된 차광막을 구비하고,
    상기 차광막은 복수개의 층으로 이루어지고, 그 에지가 오목 렌즈 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 차광막은 제1 층, 상기 제1 층과 식각 선택비를 갖는 제2 층 및 상기 제1 층과 동일한 식각 속도를 갖는 제3 층이 순차적으로 적층된 세 개의 층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제2 층은 상기 제1 층보다 빠른 식각 속도를 갖는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제1 층과 제3 층은 동일한 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전송 수단은 상기 반도체 기판 상에 형성된 전송 레지스터 및 상기 전송 레지스터 상에 절연막을 개재하여 배열된 전송 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 수광부와 차광막을 커버하도록 형성된 보호막을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  7. 전송 수단 및 상기 전송 수단에 인접한 수광부가 형성된 반도체 기판의 전면에 복수개의 층으로 이루어진 차광막을 형성하는 단계;
    상기 차광막을 이방성 식각하여 상기 수광부의 바로 위에 개구를 형성하는 단계; 및
    상기 차광막을 등방성 식각하여 상기 개구를 갖고 상기 수광부를 향해 돌출된 상기 차광막의 에지를 오목 렌즈 형태로 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 차광막은 제1 층, 상기 제1 층과 식각 선택비를 갖는 제2 층 및 상기 제1 층과 동일한 식각 속도를 갖는 제3 층이 순차적으로 적층된 세 개의 층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 층과 제3 층은 동일한 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 차광막을 등방성 식각하는 단계에서 상기 차광막의 제1 및 제3 층에 비해 상기 제2 층의 식각 속도가 빠른 에천트를 사용하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법.
  11. 제7항에 있어서, 상기 차광막을 이방성 식각하는 단계 전에,
    상기 수광부에 대응하는 개구를 한정하도록 상기 차광막 상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계를 더 구비하고,
    상기 차광막을 등방성 식각하는 단계 후에,
    상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법.
  12. 제7항에 있어서, 상기 전송 수단은 상기 반도체 기판 상에 형성된 전송 레지스터 및 상기 전송 레지스터 상에 절연막을 개재하여 배열된 전송 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법.
  13. 제7항에 있어서, 상기 차광막을 등방성 식각하는 단계 후, 상기 수광부와 상기 차광막을 커버하도록 보호막을 형성하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 차광막을 등방성 식각하는 단계는 상기 보호막을 형성하기 전에 수행하는 세정 단계인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 차광막을 이방성 식각하는 단계 전에,
    상기 수광부에 대응하는 개구를 한정하도록 상기 차광막 상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계를 더 구비하고,
    상기 차광막을 이방성 식각하는 단계 후에,
    상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법.
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