KR20060120411A

KR20060120411A - 고체촬상소자 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20060120411A
Application number: KR1020060040492A
Authority: KR
Inventors: 쇼우지 다나카; 료우헤이 미야가와
Original assignee: 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
Priority date: 2005-05-19
Filing date: 2006-05-04
Publication date: 2006-11-27
Also published as: CN1866530A; JP2006324482A; US7485939B2; US20060261386A1; TW200701448A; JP4354931B2

Abstract

(a) 화소 셀을 분리하기 위한 트렌치 표면을 따라 형성된 결점 제어층과 (b) 포토 다이오드 사이의 경계로서의 부분에 반전층이 형성된다. 결점 제어층은 P-형이고, 포토 다이오드와 반전층은 N-형이다. 여기서, 반전층의 불순물 농도는 포토 다이오드의 불순물 농도의 적어도 2배 이상이다.

픽셀, 트렌치, 반전층, 열 교란, 불순물 농도, 상 결함, 암전류

Description

고체촬상소자 및 그 제조방법{SOLID-STATE IMAGING DEVICE AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}

도 1은 본 발명의 고체촬상소자의 일반 구조를 나타내는 회로도이다.

도 2는 본 발명의 고체촬상소자의 촬상 영역의 구조를 나타내는 단면도이다.

도 3a 내지 3c는 제조방법에서 본 발명의 고체촬상소자의 단면도이다.

도 4a 내지 4c는 도 3c에 나타낸 공정에 이어지는 제조방법에서 본 발명의 고체촬상소자의 단면도이다.

도 5a 내지 5c는 도 4c에 나타낸 공정에 이어지는 제조방법에서 본 발명의 고체촬상소자의 단면도이다.

도 6a 내지 6c는 도 5c에 나타낸 공정에 이어지는 제조방법에서 본 발명의 고체촬상소자의 단면도이다.

도 7a 내지 7c는 도 6c에 나타낸 공정에 이어지는 제조방법에서 본 발명의 고체촬상소자의 단면도이다.

도 8은 트렌치를 포함하는 고체촬상소자(1)의 불순물 분포를 나타내는 단면도이다.

도 9는 종래의 고체촬상소자의 불순물 분포를 나타내는 단면도이다.

도 10은 도 8 및 도 9에 나타낸 A-A 라인의 도핑 양의 분포를 나타내는 그래 프이다.

도 11은 도 8 및 도 9에 나타낸 A-A 라인의 비소의 농도 분포를 나타내는 그래프이다.

본 발명은 고체촬상소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더 구체적으로 고체촬상소자를 구성하는 화소 셀을 소형화하는 기술에 관한 것이다.

이 출원은 일본출원 2005-146488호에 기초한 것으로, 그 내용은 여기에 참고로 포함된다.

최근 들어, 고체촬상소자의 고-화소화(high-pixelization)에 대한 요구가 증가하고 있다. 이러한 고-화소화에 대한 요구를 충족하기 위하여, 고체촬상소자를 구성하는 화소 셀의 소형화(miniaturization)가 진보하여 왔다. 그 결과, 공정 정확도를 고려할 때 국부 실리콘 산화 분리(Local Oxidation of silicon Isolation; LOCOS)에 의해 화소 셀을 분리하는 것이 어렵게 되었다(심사되지 않은 공개특허 11-74499호 참조).

이 문제를 해결하기 위하여, 일 예로, 쉘로우 트렌치 분리(Shallow Trench Isolation; STI)가 제안되고 있다. 쉘로우 트렌치 분리는 미세 제조에서 우수하고, 따라서 소형화된 화소 셀을 분리하는데 적절한 것으로 기대된다.

그러나, 쉘로우 트렌치 분리는 제조방법에서 발생하는 공정 손상과 트렌치에 주입되는 실리콘 산화막의 응력으로 결정결함(crystal defect)을 일으킨다. 결정결함에 의해 생성된 전자가 포토 다이오드에 들어갈 때, 암전류(dark current)와 화이트 스크래치(white scratch)와 같은 상 결함(image defect)이 발생한다.

이 문제를 해결하기 위하여, 포토 다이오드에 대해 역 도전형의 불순물 영역(이하, 간단히 "불순물 영역"이라 함)을 트렌치에 연결된 포토 다이오드의 일측에 형성하는 방법이 안출되어 왔다. 이러한 구성에 의하면, 원치않는 전자가 포토 다이오드에 들어가는 것을 방지할 수 있다.

그러나, 불순물 영역을 형성하는 것은 포화 특성과 감도 특성의 감소를 가져온다. 이 문제는 크기가 2.2㎛² 이하인 화소 셀에 공통이다. 따라서, 2.2㎛² 화소 셀을 포함하는 고체촬상소자는 구현되어 있지 않았다.

상기한 문제점을 고려하여 이루어진 본 발명의 목적은 포화 특성과 감도 특성의 감소 없이 소형화된 화소 셀을 포함하는 고체촬상소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 고체촬상소자는, 반도체 기판; 및 상기 반도체 기판에 형성되고 화소 셀을 서로 분리하는 트렌치에 의해 복수의 화소 셀로 분리되는 제 1 도전형 웰(well)을 포함하며, 상기 트렌치는 평면도에서 격자 패턴을 형성하고, 각 화소 셀은 전하 축적 영역, 표면 영역, 고농도 영역, 및 경계 영역을 구비하며, 상기 전하 축적 영역은 제 2 도전형이고, 상기 표면 영역은 상기 제 1 도전형으로, 상기 화소 셀의 표면과 상기 전하 축적 영역 사이에 위치하고 상기 전하 축적 영역과 접촉하며, 상기 고농도 영역은 상기 제 1 도전형으로, 상기 제 1 도전형 불순물의 추가로 고농도화되고, 트렌치 표면을 따라 위치하며, 상기 경계 영역은 상기 제 2 도전형으로, 상기 고농도 영역, 상기 표면 영역, 및 상기 전하 축적 영역과 접촉하고, 상기 고농도 영역은 상기 전하 축적 영역으로부터 분리하고, 상기 경계 영역의 불순물 농도는 상기 전하 축적 영역의 불순물 농도보다 더 높다.

이러한 구조에 의하면, 경계 영역을 제공함으로써, 고농도 영역(결점 제어층)의 형성으로 크기가 감소하는 전하 축적 영역(포토 다이오드)이 회복된다. 결과적으로, 포토 다이오드의 크기의 감소에 따른 포화 특성과 감도 특성 문제를 해결할 수 있고, 고체촬상소자의 화소 셀을 소형화할 수 있다.

이 경우, 상기 경계 영역의 불순물 농도의 최대값은 상기 전하 축적 영역의 불순물 농도의 최대값보다 적어도 2배 이상 높은 것이 바람직하다.

본 발명은 실리콘 기판에 제 1 도전형 웰을 형성하는 제 1 공정; 상기 웰에 트렌치를 형성하는 제 2 공정; 상기 트렌치의 내부면에 실리콘 산화막을 형성하는 제 3 공정; 트렌치 표면을 따라 상기 제 2 도전형의 고농도 영역을 형성하는 제 4 공정; 전하 축적 영역이 상기 고농도 영역에 인접하도록 상기 제 2 도전형의 전하 축적 영역을 형성하는 제 5 공정; 및 경계 영역이 상기 고농도 영역과 상기 전하 축적 영역을 서로 분리하도록 상기 제 2 도전형의 경계 영역을 형성하는 제 6 공정을 포함하는 고체촬상소자의 제조방법이다.

이 방법에 의하면, 고농도 영역(결점 제어층)이 구비된 후, 고농도 영역의 일부를 포함하는 포토 다이오드와 같은 도전형의 경계 영역이 형성된다. 따라서, 포토 다이오드의 크기의 감소에 따른 포화 특성과 감도 특성 문제를 해결할 수 있고, 고체촬상소자의 화소 셀을 소형화할 수 있다.

이 경우, 상기 제 2 공정에서, 상기 트렌치는 에칭으로 형성하고, 상기 제 3 공정에서, 상기 실리콘 산화막은 열 산화로 형성하고, 상기 제 4 공정에서, 상기 고농도 영역은 상기 제 1 도전형의 불순물 이온을 주입하여 형성하고, 상기 제 5 공정에서, 상기 전하 축적 영역은 상기 제 2 도전형의 불순물 이온을 주입하여 형성하며, 상기 제 6 공정에서, 상기 경계 영역은 상기 제 2 도전형 불순물 이온을 주입하여 형성하는 것을 수용할 수 있다.

이 경우, 상기 제 6 공정에서, 상기 경계 영역의 불순물 농도의 최대값은 상기 전하 축적 영역의 불순물 농도의 최대값보다 적어도 2배 이상 높은 것이 바람직하다.

다음은 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 고체촬상소자와 그 제조기술의 실시 예를 설명한다.

[1] 고체촬상소자의 일반 구조

다음은 이 실시예의 고체촬상소자의 일반 구조를 설명한다. 도 1은 본 발명의 고체촬상소자의 일반 구조를 나타내는 회로도이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 고체촬상소자는 화소 셀(101), 수직 시프트 레지 스터(102), 수평 시프트 레지스터(103), 수평 스위치(104), 및 증폭기(105)를 포함하고, 이들 요소는 판독 펄스 라인(106), 수직 선택 라인(107), 수직 신호 라인(108), 및 수평 신호 라인(108)에 의해 상호 연결된다. 여기서, 각 화소 셀(101)은 수직 선택 스위치(110), 판독 스위치(111), 및 광전변환요소(112)를 구비하며, 셀 크기는 2.2㎛²이다. 화소 셀(101)은 매트릭스로 배열되어 촬상 영역을 형성한다.

화소 셀(101)의 매트릭스에서, 각 열의 화소 셀(101)은 수직 선택 라인(107)을 공유하고, 각각 수직 선택 스위치(110)의 제어 전극에 의해 수직 선택 라인(107)에 연결된다. 수직 시프트 레지스터(102)는 수직 선택 라인(107)을 통하여 수직 주사 펄스를 수직 선택 스위치(110)의 제어 전극에 입력한다.

또한, 화소 셀(101)의 매트릭스에서, 각 행의 화소 셀(101)은 수직 신호 라인(108)을 공유하고, 각각 판독 스위치(111)의 주 전극 중 하나에 의해 수직 신호 라인(108)에 연결된다. 판독 스위치(111)의 다른 주 전극은 광전변환요소(112)에 연결된다.

또한, 화소 셀(101)의 매트릭스에서, 각 행의 화소 셀(101)은 판독 펄스 라인(106)을 공유하고, 각각 수직 선택 스위치(110)의 주 전극 중 하나에 의해 판독 펄스 라인(106)에 연결된다. 수직 선택 스위치(110)의 다른 주 전극은 판독 스위치(111)의 제어 전극에 연결된다.

수평 스위치(104)의 주 전극 중 하나는 수직 신호 라인(108)에 연결되고, 다른 주 전극은 수평 신호 라인(108)에 연결된다. 수평 스위치(104)의 제어 전극은 수평 시프트 레지스터(103)로부터 수평 주사 펄스를 입력받는다.

증폭기(105)는 수평 신호 라인의 신호 전하를 증폭하여 출력한다.

여기서, 수직 주사 펄스가 수직 시프트 레지스터(102)로부터 입력되고 판독 펄스가 수평 시프트 레지스터(103)로부터 입력될 때, 수직 선택 스위치(110)는 입력 펄스의 결과로서의 펄스를 판독 스위치(111)의 제어 전극에 입력하여 광전변환요소(112)에 의한 광전변환의 결과로 생성된 신호 전하가 수직 신호 라인(108)에 출력되도록 한다.

수평 시프트 레지스터(103)가 수평 스위치(104)에 수평 주사 펄스를 입력하고 판독 펄스 라인(106)에 수평 판독 펄스를 입력한 후, 수직 신호 라인(108)에 출력되는 신호 전하는 수평 신호 라인(108)으로 전송되고, 증폭기(105)에 의해 증폭되어 출력된다.

여기서, 화소 셀(101)의 구조는 상기한 것에 한정되지 않고 화소 셀(101)은 다른 구조를 가질 수 있다는 것에 유의해야 한다.

[2] 고체촬상소자(1)의 촬상 영역의 구조

다음은 고체촬상소자(1)의 화소 셀(101)이 형성하는 촬상 영역의 일반 구조를 설명한다. 도 2는 고체촬상소자(1)의 촬상 영역의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 고체촬상소자(1)는 포토 다이오드(208)와 트렌치(203)가 형성된 실리콘 기판(201)을 포함한다. 실리콘 기판(201)은 P-형 웰(well)이 형성된 N-형 반도체 기판을 포함한다. 여기서, 도 2에서는 P-형 웰 부분만 나타내고 N-형 부분은 생략되어 있다.

포토 다이오드(208)는 N-형 반도체층이고, 차단층(214)은 포토 다이오드(208)의 표면에 구비된다. 포토 다이오드(208)는 소위 주입가능 포토 다이오드이고, 광전변환요소(112)를 구성한다. 이러한 구성에 의하면, 포토 다이오드(208)는 실리콘 기판(201) 표면의 결함으로부터 차단되고, 실리콘 기판(201) 표면의 결함에 의한 누설전류가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 포토 다이오드(208)의 크기는 평면도에서 1.7㎛ × 1.1㎛이다.

산화막(204)는 트렌치(203)의 내부면에 형성된다. 트렌치(203)는 화소 셀을 분리한다. 트렌치(203)는 0.35㎛의 폭과 0.33㎛의 깊이를 갖는다. 트렌치는 평면도에서 격자 패턴을 형성한다. 후술하는 바와 같이, 트렌치(203)는 건식 에칭에 의해 형성되고, 이는 실리콘 기판(201)이 플라즈마에 의해 손상을 받게 한다. 또한, 산화막(204)이 형성될 때, 산화막(204)과 실리콘 기판(201) 사이에 응력이 발생한다.

그 결과, 트렌치(203) 주위에 격자 결함이 발생하고, 열 교란 때문에 이 격자 결함으로부터 전자가 생성되어 포토 다이오드(208)로 들어간다. 이는 거짓 신호가 발생하도록 하여 화질을 감소시킨다. 이러한 문제점을 고려하여, 결함 제어층(205)은 고농도 P-형 반도체층이고, 상기한 전자를 홀과 결합함으로써, 전자가 포토 다이오드(208)에 들어가는 것을 방지한다.

상기한 바와 같이, 결함 제어층(205)은 고농도 P-형 반도체층이며, 고체촬상소자의 제조방법에서 열 확산 때문에 P-형 캐리어가 포토 다이오드(208)에 들어간다면, 포토 다이오드(208)는 크기가 감소한다. 이는 포토 다이오드(208)에 저장될 수 있는 전하의 개수를 감소하며, 화질을 저하시킨다. 반전층(209)은 고농도 N-형 반도체층으로 P-형 캐리어가 제조공정에서 포토 다이오드(208) 내로 확산하는 것을 방지한다. 반전층(209)은, 결함 제어층(205)이 형성될 때 생성되는 고농도 P-형 영역을 반전함으로써 생성된 고농도 N-형 영역을 포함한다.

판독 제어층(207, 210, 211), 게이트 산화막(212), 게이트 전극(213), 및 드레인층(215)은 판독 스위치(111)를 구성한다. 배선(217)은 포토 다이오드(208)에 저장된 전하를 판독한다. 층간 절연막(216)은 가시 방사에 의하여 높은 투명도를 갖는 절연부재이다. 쉐이딩막(218)은 빛이 원하는 포토 다이오드(208)에만 들어가도록 빛을 수신하지 않을 포토 다이오드(208)는 그 아래에서 차단한다. 보호막(219)도 가시 방사에 의해 높은 투명도를 가지며, 쉐이딩막(218), 및 층간 절연막(216) 등을 보호한다.

[3] 고체촬상소자(1)의 제조방법

다음은 고체촬상소자(1)의 제조방법을 설명한다. 도 3a 내지 7b는 제조 공정에서 고체촬상소자(1)의 단면도이다.

도 3a에 나타낸 바와 같이, 먼저, 실리콘 산화막(202)(이하, 간단히 "산화막"이라 함)이 열 산화로 실리콘 기판(201)에 형성된다. 다음, 실리콘 질화막(301)(다시 말해, SiN 막, 이하 간단히 "질화막"이라 함)이 저압화학기상증착(LPCVD)에 의해 산화막(202) 위에 형성된다. 산화막(202)은 10㎚의 두께를 가지며 질화막(301)은 150㎚의 두께를 갖는다.

저압화학기상증착(LPCVD)은 형성될 박막을 구성하는 원소를 포함하는 화합물 가스와 단일 가스 중 한 종류 이상이 가열되어 있고 대략 0.1 내지 10 Torr의 감압 하에 있는 웨이퍼에 제공되어 화학 반응이 박막을 성장하도록 하는 기술이다.

이어, 레지스트(302)가 질화막(301) 위에 다음과 같이 형성된다. 레지스트 에이전트를 질화막(301)에 도포한다. 레지스트 에이전트를 열 처리(전가열; pre-bake)한 후, 스테퍼와 같은 리소그래피 장비에 의해 노출하고, 유기용매를 이용하여 현상하며, 다시 열 처리(후가열; post-bake)하여 레지스트(302)를 완성한다.

이어, 레지스트(302)로 덮여 있지 않은 질화막(301), 산화막(202), 및 실리콘 기판(201)을 에칭 공정으로 파내어 트렌치(203)를 형성한다(도 3b). 이 경우, 에칭 공정은 건식 에칭이나 습식 에칭을 적용할 수 있다.

레지스트(302)를 제거한 후, 트렌치(203)의 내부벽을 열 처리에 의해 열 산화함으로써 산화막(204)을 형성한다(도 3c). 산화막(204)의 막 두께는 15㎚이다.

이어, 30KeV의 가속 에너지와 25도의 경사각으로 네 방향으로부터 교대로 보론(B) 이온을 주입하여 결함 제어층(205)을 형성하며, 8.0 × 10¹²ions/㎠의 보론이 각 방향으로부터 주입된다(도 4a). 여기서, 경사각은 주입되고 있는 이온과 주 표면의 수직 사이의 각을 의미한다. 또한, 네 방향으로부터 교대로 이온을 주입하는 것은 위에서 볼 때 서로 90도씩 분리된 네 방향으로부터 실리콘 기판(201)의 주 표면 쪽으로 이온이 주입되는 것을 의미한다. 이러한 구성에 의하면, 트렌치(203)의 내부면은 소위 가려진 부분을 만들지 않고 결함 제어층(205)에 의해 완전하게 덮인다.

이어, 실리콘 기판(201)의 전면에 실리콘 산화막을 증착함으로써 주입 층(206)을 형성한다. 주입층(206)을 제외한 실리콘 산화물은 제거하고 화학-기계적 연마(Chemical mechanical polishing; CMP)를 이용하여 표면을 연마한다(도 4b). 또한, 질화막(301)을 제거한다(도 4c).

10KeV의 가속 에너지로 1.0 × 10¹²ions/㎠의 보론을 주입함으로써 판독 제어층(207)을 형성한다(도 5a).

산화막(202)과 주입층(206) 위에 레지스트(501)를 형성한 후, 600KeV의 가속 에너지로 2.0 × 10¹²ions/㎠의 비소(As)를 주입함으로써 포토 다이오드(208)를 형성한다(도 5b).

레지스트(501)를 제거한 후, 산화막(202)과 주입층(206) 위에 레지스트(502)를 형성하고, 600KeV의 가속 에너지로 2.0 × 10¹²ions/㎠의 비소(As)를 주입함으로써 반전층(209)을 형성한다(도 5c).

이어, 레지스트(502)를 제거한 후, 레지스트(601)를 형성한다. 먼저, 300KeV의 가속 에너지로 4.0 × 10¹¹ions/㎠의 보론을 주입함으로써 판독 제어층(210)을 형성한다. 이어, 100KeV의 가속 에너지로 8.0 × 10¹¹ions/㎠의 보론을 주입함으로써 판독 제어층(211)을 형성한다(도 6a).

레지스트(601)를 제거한 후, 산화막(202)을 에칭 공정으로 제거하여 판독 제어층(207)을 노출시킨다. 판독 제어층(207) 위에 게이트 산화막(212)과 그 다음에 게이트 전극(213)을 형성한다(도 6b).

이어, 레지스트(602)를 형성하고, 6KeV의 가속 에너지로 1.0 × 10¹⁴ions/㎠의 보론을 주입함으로써 차단층(214)을 형성한다(도 6c).

레지스트(602)를 제거하고 레지스트(701)를 형성한다. 이어, 50KeV의 가속 에너지로 4.0 × 10¹³ions/㎠의 인(P)을 주입하고, 추가로 30KeV의 가속 에너지로 2.0 × 10¹²ions/㎠의 보론을 주입함으로써 드레인층(215)을 형성한다(도 7a).

레지스트(701)를 제거한 후, 배선 공정에서 층간 절연막(216), 배선(217), 쉐이딩막(218), 및 보호막(219)을 형성한다(도 7b).

[4] 불순물 프로파일

다음은 고체촬상소자(1)의 불순물 프로파일을 설명한다. 도 8은 트렌치(203)를 포함하는 고체촬상소자(1)의 불순물 분포를 나타내는 단면도이다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 포토 다이오드(208)는 N-형 영역이고, 포토 다이오드(208)와 포토 다이오드(208)를 둘러싼 P-형 영역 사이의 경계는 PN 접합이다. 도 9는 반전층(209)을 갖지 않는 종래의 고체촬상소자의 불순물 분포를 나타내는 단면도이다. 도 8과 도 9 사이의 비교로부터 알 수 있듯이, 도 8의 고체촬상소자(1)의 N-형 영역은 트렌치(203) 쪽으로 확장된다.

다음은 도 8과 도 9에 나타낸 A-A 라인 상의 불순물 농도분포를 설명한다. 도 10은 A-A 라인의 도핑 양의 분포를 나타내는 그래프이다. 도 10에서, 수직 축은 N-형 영역 또는 P-형 영역에 관계없이 도핑 양을 나타내고, 수평 축은 A-A 라인 상의 위치를 나타낸다. 그래프(1001)는 고체촬상소자(1)의 도핑 양의 분포를 나타내 고, 그래프(1002)는 종래의 고체촬상소자의 도핑 양의 분포를 나타낸다.

도 10에 나타낸 바와 같이, 고체촬상소자(1)에서, 도핑 양은 N-형 영역의 트렌치(203)에 인접한 부분에서 높다. 이 부분이 반전층(209)이다. 반면, 종래의 고체촬상소자의 도핑 양은 N-형 영역과 P-형 영역 사이의 경계에 인접한 부분에서 도핑 양이 낮아진다는 것을 제외하고 일정하게 유지된다.

또한, 도 8의 고체촬상소자(1)와 도 9의 종래의 고체촬상소자의 P-형 영역은 서로 거의 중첩하고, 도 10에서 P-형을 나타내는 부분에서 그래프(1001)와 그래프(1002)의 값은 거의 동일하다. 따라서, 고체촬상소자(1)와 종래 고체촬상소자의 결점 제어층의 농도 프로파일은 거의 동일하다. 이것은 고체촬상소자(1)가 종래 고체촬상소자와 동일한 성능을 구비하여 격자결함에 의해 생성된 전자가 포토 다이오드로 들어가는 것을 방지하는 것을 의미한다.

상기한 바와 같이, 반전층(209)은 비소 이온을 주입하여 형성한다. 따라서, 고체촬상소자가 반전층(209)을 갖느냐 갖지 않느냐는 A-A 라인의 비소의 농도 분포로 나타낸다.

도 11은 A-A 라인의 비소의 농도 분포를 나타내는 그래프이다. 도 11에서, 수직 축은 비소의 농도를 나타내고, 수평 축은 A-A 라인 상의 위치를 나타낸다. 그래프(1101)는 고체촬상소자(1)의 비소의 농도 분포를 나타내고, 그래프(1102)는 종래 고체촬상소자의 비소의 농도 분포를 나타낸다.

도 11에 도시된 바와 같이, P-형 영역과 N-형 영역 사이의 경계에 인접한 N-형 영역 부분에서, 고체촬상소자(1)의 비소 농도는 종래 고체촬상소자보다 높으며, 이는 반전층의 존재를 의미한다.

[5] 변형 예

상기와 같이 본 발명은 바람직한 실시 예에 기초하여 기술되었지만, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되어서는 안 된다. 예를 들어, 다음의 변형 예가 가능하다.

(1) 실시 예에서, P-형 웰이 N-형 반도체 기판에 형성된 실리콘 기판(201)이 이용되며, 포토 다이오드(208)는 N-형 영역이고 결함 제어층(205)은 P-형 영역이다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 고체촬상소자를 구성하는 각 부분의 도전형을 반대로 하는 것을 수용할 수 있다. 고체촬상소자가 이 구조를 구비하더라도, 상기한 실시 예와 같이, 결함 제어층이 형성될 때 포토 다이오드가 크기에서 감소하는 것을 방지할 수 있다.

(2) 상기의 실시 예에서, 반전층(209)은 반전층(209)이 포토 다이오드(208)와 중첩하도록 포토 다이오드(208)가 형성된 부분에 비소 이온을 주입함으로써 형성된다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 다음의 변형이 가능하다.

반전층(209)이 형성될 전체 영역에 포토 다이오드(208)를 형성하지 않아, 반전층(209)의 일부만이 포토 다이오드(208)와 중첩하도록 반전층(209)을 형성할 수 있다. 고체촬상소자가 이러한 구조를 갖더라도, 고체촬상소자는, 같은 불순물 프로파일이 취득되는 한, 상기 실시 예에 기술한 고체촬상소자와 같은 효과를 갖는다.

(3) 상기한 실시 예에서, 화소 셀의 크기는 2.2㎛² 이다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 화소 셀은 크기를 다양하게 할 수 있다. 특히, 화소 셀이 1.5㎛² 과 같이 2.2㎛²보다 작은 경우 포화 특성과 감도 특성이 상기한 바와 같이 감소할 수 있는데, 이 경우 본 발명이 효과적이다.

또한, 포토 다이오드와 트렌치의 크기는 각각 일 예이며, 포토 다이오드와 트렌치는 다른 크기를 가질 수 있다.

(4) 상기한 실시 예에서, 비소를 주입하여 반전층(209)을 형성하는 경우만을 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 다른 물질의 이온을 주입하여 반전층(209)을 형성할 수 있다.

본 발명은 첨부한 도면을 참조하여 실시 예에 의하여 충분하게 설명하였지만, 다양한 변경과 변형이 당업자에게 자명하다는 것을 유의해야 한다. 따라서, 그러한 변경과 변형이 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 한, 이들은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 경계 영역을 제공함으로써, 고농도 영역(결점 제어층)의 형성으로 크기가 감소하는 전하 축적 영역(포토 다이오드)이 회복되어, 결과적으로, 포토 다이오드의 크기의 감소에 따른 포화 특성과 감도 특성 문제를 해결할 수 있고, 고체촬상소자의 화소 셀을 소형화할 수 있다.

Claims

고체촬상소자로서,

반도체 기판; 및

상기 반도체 기판에 형성되고 화소 셀을 서로 분리하는 트렌치에 의해 복수의 화소 셀로 분리되는 제 1 도전형 웰(well)을 포함하며,

상기 트렌치는 평면도에서 격자 패턴을 형성하고, 각 화소 셀은 전하 축적 영역, 표면 영역, 고농도 영역, 및 경계 영역을 구비하며,

상기 전하 축적 영역은 제 2 도전형이고,

상기 표면 영역은 상기 제 1 도전형으로, 상기 화소 셀의 표면과 상기 전하 축적 영역 사이에 위치하고 상기 전하 축적 영역과 접촉하며,

상기 고농도 영역은 상기 제 1 도전형으로, 상기 제 1 도전형 불순물의 추가로 고농도화되고, 트렌치 표면을 따라 위치하며,

상기 경계 영역은 상기 제 2 도전형으로, 상기 고농도 영역, 상기 표면 영역, 및 상기 전하 축적 영역과 접촉하고, 상기 고농도 영역은 상기 전하 축적 영역으로부터 분리하고, 상기 경계 영역의 불순물 농도는 상기 전하 축적 영역의 불순물 농도보다 더 높은 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
청구항 1에 있어서,

상기 경계 영역의 불순물 농도의 최대값은 상기 전하 축적 영역의 불순물 농 도의 최대값보다 적어도 2배 이상 높은 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
고체촬상소자의 제조방법으로서,

실리콘 기판에 제 1 도전형 웰을 형성하는 제 1 공정;

상기 웰에 트렌치를 형성하는 제 2 공정;

상기 트렌치의 내부면에 실리콘 산화막을 형성하는 제 3 공정;

트렌치 표면을 따라 상기 제 2 도전형의 고농도 영역을 형성하는 제 4 공정;

전하 축적 영역이 상기 고농도 영역에 인접하도록 상기 제 2 도전형의 전하 축적 영역을 형성하는 제 5 공정; 및

경계 영역이 상기 고농도 영역과 상기 전하 축적 영역을 서로 분리하도록 상기 제 2 도전형의 경계 영역을 형성하는 제 6 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자의 제조방법.
청구항 3에 있어서,

상기 제 2 공정에서, 상기 트렌치는 에칭으로 형성하고,

상기 제 3 공정에서, 상기 실리콘 산화막은 열 산화로 형성하고,

상기 제 4 공정에서, 상기 고농도 영역은 상기 제 1 도전형의 불순물 이온을 주입하여 형성하고,

상기 제 5 공정에서, 상기 전하 축적 영역은 상기 제 2 도전형의 불순물 이온을 주입하여 형성하며,

상기 제 6 공정에서, 상기 경계 영역은 상기 제 2 도전형 불순물 이온을 주입하여 형성하는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자의 제조방법.
청구항 3에 있어서,

상기 제 6 공정에서, 상기 경계 영역의 불순물 농도의 최대값은 상기 전하 축적 영역의 불순물 농도의 최대값보다 적어도 2배 이상 높은 것을 특징으로 하는 고체촬상소자의 제조방법.