KR900008650B1 - 이매지 센서 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제1a도는 본 발명에 따른 실시예의 모식적 평면도.
제1b도는 제1a도의 라인 a-a'에서 도시되어 있는 모식적 횡단면도.
제1c도는 제1a도의 라인 b-b'에서 도시되어 있는 모시적 횡단면도.
제2도는 내지 제8도는 본 발명에 따른 이매지 센서를 제작하는 방법의 주요과정을 모식적으로 설명한 도.
제9도 내지 제13도는 본 발명에 따른 이매지 센서를 제작하는 두번째 방법의 주요 과정을 모식적으로 설명한 도.
본 발명은 CCD(chage-coupled device : 전하 전송장치)가 연결되어져 있는 반도체 이매지 센서(Image Sensor)에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 고 집적화를 달성하기 위한 이매지 센서의 구조 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
CCD를 갖는 1차원 어레이 구조의 이매지 센서가 일반적으로 사용되어 왔었으며, CCD는 2K 비트(2048소자) 이매지 센서의 광 검출 소자 [이후에는 픽처 소자(picture cell)이라고 언급됨]의 각각에서 발생되는 전기 신호를 출력한다. 픽처 소자의 어레이의 전체 칩 길이는 약 30㎜이고, 근래에는 픽처 소자에 대하여 27㎜이다. 그것은 픽처 소자의 피치가 픽처 소자 사이의 피일드 고립에 대한 1.5㎛를 포함하며 14㎛이라는 것을 의미한다. 픽처 소자를 바이어스하는 동작 전압은 MOS 트랜지스터 동작 전압과 같은 5V 정도이지만, 픽처 소자에 연결되어 있는 CCD부의 동작 전압은 보통 본래의 CCD의 요구 전압 12V이다.
종래의 것에 대한 설명은 제1도 및 본 발명의 참조번호를 참조하여 설명되어 진다. 알루미늄 버스 16-1', 16-2'와 CCD 13에서 전하 전송전극 8에 연결되어 있는 다결정 실리콘 배선 16-1, 16-2와 같은 CCD에서 배선 주변을 고립하는 절연층 2는 인접 픽처 소자 19를 고립하는 피일드 고립 3과 동시에 제작된다. 이것은 주변부에 대한 절연층 2와 픽처 소자에 대한 피일드 고립층 3이 같은 두께(제1도에 있어서는 같게 도시되어 있지 않음)로 되어 있고, CCD에 인가된 전압 12V에 견디기에 적당하지만, 픽처 소자에 인가되는 5V에 견디는데 요구되는 전압 보다 더 두껍게 두께를 갖도록 한다. 상기 언급에 있어서, CCD에 인가되는 전압에 견딘다는 의미는 이후에 설명한다. 절연층 2 및 근처 기판의 p+형 전계세기가 배선 16-1 내지 16-2'의 전압에 의하여 영향을 받는 쓰레스홀드(threshold) 레벨보다 클때, p+영역 6은 그것을 통하여 예기치 못한 측면 누출 통로를 일으켜 반전되고, 따라서 장치의 기능의 저하를 가져온다.
이들 절연층 및 피일드 고립을 제작하는데, 첫째로, 이산화 실리콘 9(이후에는 SiO2로서 언급됨), 제1(b)도의 막 16, 17및 18의 두께는 CCD전달 동작에 적당하며, 따라서 주변 배선에 대한 절연층 또는 픽처 소자의 피일드 고립보다 더 얇게 반도체 기판(또는 이미 도우핑된 영역을 포함한 기판)전역에 형성되어 진다. 그리고 절연층 2뿐만아니라 피일드 고립 3을 제작하기 위하여 노출 부분을 제외한 부분을 마스크로 보호한다. 노출 절연막이 CCD의 주변부의 절연층이 될만큼 충분한 두께로 될때까지 노출 부분은 열적화에 의하여 부가적으로 산화된다. 이 부가적인 산화를 하는 동안에 피일드 고립의 폭은 또한 얻어진 절연층의 높이에 따라 측면적으로 넓게 팽창된다. 따라서 픽처 소자에 대한 피일드 고립의 폭은 인가된 전압에 견디어 내는 폭보다 훨씬 더 넓다.
한편, 동일 규모의 칩상에서 5K비트, 즉 5K 소자와 같은 고집적 이매지 센서에 대한 요구가 요망되어져 왔었다. 이러한 요구를 만족시키기 위하여 픽처 소자의 피치는 7㎛이하 이어야 하며, 피일드 절연폭은 또한 픽처 소자의 개구율(open-ing rate)의 감소를 방지하기 위하여 감소되어야 한다. 피일드 고립을 마무리 짓기 위한 폭이 2㎛ 정도 된다면 피일드 고립의 포토마스크는 1㎛의 폭을 가져야 한다. 이러한 규모의 마스크 패턴의 배열은 매우 어렵다. 따라서 5K비트 정도의 고집적이매지 센서의 구조 및 생산 방법을 연구하여 왔었다.
전하 전송장치(CCD)와 픽처 소자에 대한 적당한 개구율을 갖는 고집적 이매지 센서의 구조 및 그의 제작방법을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
본 발명에 따른 이매지 센서에 있어서, 이매지 센서의 픽처소자 사이의 피일드 고립이 기판으로부터 패턴화된 배선과 같은 CCD의 주변부를 고립하는 절연층보다 기본적으로 얇게 되어야 한다. 이어서, 열적 산화를 하는 동안에 보다 두껍고 넓게 팽창시킨 피일드 고립은 고집적화를 달성하기 위하여 좁게 만들 수 있어서 그에 대한 생산이 어렵지 않게 쉽게할 수 있으며, 이매지 센서의 개구율, 즉 감도가 좋게 유지되어진다.
상기 언급된 이매지 센서의 구조를 제작하는 순서는 또한 제안되었다. 상기 언급된 본발명의 구성도 및 이점과 함께 후에 명백해질 다른 목적 및 이점들은 이후에 더욱 완벽하게 서술되어질 것이다.
제1a도 내지 제1c도에 있어서, 본 발명에 따른 이매지 센서의 구조는 여기에서부터 설명한다. 이매지 센서에 대한 픽처 소자의 어레이는 b-b' 센터라인을 따라서 위치되어 있고, 픽처 소자에서 발생되는 신호전하를 전송하고, 출력하기 위한 CCD 13은 b-b' 라인의 양측에 대칭적으로 정렬되어 있으며, 특히 CCD 13의 전하 전송전극 8에 대한 2-위상 버스 16-1' 및 16-2'와 같은 주요 주변부가 전하 전송전극 8의 외측에 대칭적으로 배열되어 있다.
p-형 반도체 기판 1상에 n형 영역 5가 기판과 p-n접합을 이루도록 도우핑된다. 포토게이트 7은 미리 정행진 전위에서 픽처 소자를 개구하기 위하여 실리콘 게이트 기법에 의하여 SiO2절연층에서 형성된다. 광이 알루미늄 코우팅 11의 개구 15', PSG(인규산글라스) 패시베이션막 SiO2층막 18의 창 15를 통하여 p-n 안으로 주사되면 주사된 광의 세기에 따라서 p-n 접합에서 신호전하를 생성한다. 그리하여 공지된 바와 같이 이매지 센서의 픽처 소자 19가 거기에서 구성되어 진다. 각각의 픽처 소자 19는 제1a도 및 제1c도에서 음영이 되게 가는선으로 그어진 영역에 의하여 도시되는 피일드 고립 3에 의하여 서로 각각 고립된다. 이에 대한 두께에 대하여서는 후에 상세히 기술되어질 것이다. 피일드 고립 3 및 근처에, p+형 영역 6'는 공지된 바와 같이 기판 1을 통하여 인접 소자들 사이에 있는 측면 전도 통로를 차단하기 위한 채널 스톱으로서 형성된다. 픽처 소자의 n형 영역 5에서 주사광에 의하여 생성되는 신호전하는 CCD 13의 전하 전송전극 8의 각각의 밑으로 전송 게이트 9에 의하여 전송된다. 각각의 전하 전송전극 8밑 근처에, n형 영역 4는 신호전하를 전송하고 저장하기 위하여 형성된다. 공지된 바와 같이 n형 영역 4와 함께 다결정 실리콘의 전하 전송 전극 8의 어레이가 CCD 13을 형성하고 있다. CCD주변부에는 공지된 바와 같이 하나는 점선으로 또는 하나는 실선으로 도시된 한 쌍의 전극 8은 패턴화된 알루미늄 버스 16-1'에 교번적으로 연결되어 있고, 또 다른 한쌍의 16-2'에 교번적으로 연결되어 있으며, 그 각각은 SiO2의 절연층 상에서 형성된다. 패턴화된 버스들에 대한 이들 두 그룹은 전하 전송 동작에 있어서, 2-위상 클록 펄스 01및 02각각을 공급받는다. CCD부에 대한 상세한 설명을 하지 않고 단지 제1도에서 모식적으로 설명한다.
CCD부에는 공급되는 전압은 전하 전송 동작을 하기에 적당한 12V 정도이다. 절연층 2의 두께는 12V 전압을 대한 전계효과를 방지하기에 충분한 정도의 두께인 8000Å 정도이며, 이것은 절연층 2밑 근방에서 불활성화이어야 하는 영역 6의 위에 알루미늄 버스 16-1', 16-2'와 다결정 실리콘 리드 16-1, 16-2의 두께이다. 전송 게이트 9에 12V 정도의 전압이 공급되어진다. 전송 게이트 9는 전하 전송 동작에 있어서, 기판상에서 전계 효과를 영향을 받는 곳에서는 전송 게이트 9가 기판 1에 더 가까운 위치에 위치된다. 그러나 전송 게이트 9가 기판상에는 영향을 받지 않는 곳에서는 전송 게이트 9는 절연층 2'의 두께에 의하여 기판으로부터 분리되며, 절연층 2'는 제1b도에 도시된 바와 같이 절연층 2와 동시에 제작되어 같은 두께를 갖는다.
피일드 고립 3의 두께는 3000-4000Å정도이며, 절연층 2의 두께보다 더 얇다. 그리고 두께가 열적 산화에 의하여 팽창될때, 폭은 측면으로 더 넓게 팽창되기 때문에 폭은 두께의 감소로 약 2㎛이하로 달성할 수가 있다. 픽처 소자 뿐만아니라 포토게이트 7상에 인가되는 전압은 5V이다. 따라서 피일드 고립 3이 인접한 픽처 소자에 대한 적당한 영역을 제공하는데 기여하며, 이것은 광 검출 감도 뿐만아니라 약 70% 정도의 픽처 소자의 개구율을 의미한다.
본 발명에 따른 이매지 센서의 두가지 제작방법이 서술된다.
첫번째 방법은 제2도 내지 제5도를 통하여 본 발명의 방법을 실시하는 것과 관련된 주요 과정 및 주요부만이 도식적으로 설명되어진다. 과정은 다음과 같다.
(1) 주변부의 피일드 고립 24(제1도의 2, 청구범위에 서는 첫번째 절연층으로서 언급되는)가 p-형 반도체 기판 1상에 제작되어지는 부분상에서 p+형 불순물 22'는 이온 주입과 같은 공지된 방법에 의해서 채널 스톱을 준비하기 위하여 도우핑 되어진다. 열적산화와 같은 공지된 방법에 의하여 1000Å정도의 두께로 도우핑된 영역 22'를 포함한 모든 표면을 커버하도록 하기 위하여 기판 21 전역에 형성되어진다.
(2) CVD(chemical vapor deposition) 및 포토리소그라피기법과 같이 공지된 방법을 사용하여 제2도에 도시된 바와 같이 CCD의 주변부에 대한 절연층을 제작하는 영역을 제외한 영역을 커버하도록 하기 위하여 실리콘 질화물(이후에 Si3N4로서 언급됨)막 25가 SiO2막 23전역에 형성되어 진다. Si3N4막 25는 상기 언급된 이온 주입의 마스크로서 보통 사용될 수 있다.
(3) 제3도에 도시된 바와 같이 소위 LOCOS(Local Oxidization of Silicon : 실리콘 국부산화)라고 불리우는 선택적으로 산화방법과 같은 공지된 방법으로 SiO2층 23의 노출부, SiN4막 25에 의하여 마스크되지 않는 부사에서 형성되어진다. 산화되어질때, 실리콘은 수직 및 횡적으로 팽창함으로써 표면은 커지게 되고, p+형 영역 22'는 기판속으로 스며든다. 그리하여 피일드 절연 24 및 그의 채널스톱 22는 제작된다.
(4) 제4도에 도시된 바와 같이 포토레지스트막 26은 Si3N4막 25의 모든 전역 뿐만아니라 팽창된 절연층 24전역에서 형성되어진다.
(5) 픽처 소자가 제작되어 있는 곳에서, 개구(opening) 24A는 리소그라피기법과 같은 공지된 방법으로 포토레지스트막 26에서 형성되어진다. 제5도에 도시된 바와 같이 개구 24A가 SiO2층 23을 노출시키도록 하기 위하여 포토레지스트막의 개구를 통하여 Si3N4막 25의 노출부가 웨트 에칭 방법과 같은 공지된 방법에 의하여 SiO2층을 통하여 p-형 기판 21안으로 도우핑된다.
(6) 포토레지스트막 26은 스트리핑 처리와 같은 공지된 방법에 의하여 제거된다. 그리고 나서 개구 24A에서 SiO2가 3000 내지 4000Å정도의 두께로 팽창 되어지도록 하기 위하여 개구 24A를 통하여 Si3N4층 23의 노출부가 열적산화와 같은 공지된 방법에 의하여 부가적으로 산화됨으로써 청구범위에서 두번째 절연층으로서 언급되는 피일드 고립 28은 제7도에 도시된 바와 같이 픽처 소자 사이에서 제작되어진다. 그리고나서 p+형 도펀트 27'가 제작된 피일드 고립 28밑 근방에서 채널스톱 영역 27을 형성한다.
(7) 제8도에 도시된 바와 같이 에칭 마스크를 사용하여 Si3N4막 25을 제거한다. 두번째 방법은 제9도 내지 제13도를 통하여 본 발명의 방법을 실시하는 주요과정 및 주요부만이 모식적으로 설명되어진다. 그 방법에 대한 과정은 다음과 같다.
(1) CCD의 주변부의 절연층 24(제1도의 2)뿐만아니라 p-형 바도체 기판 21상에서 제작되어지는 픽처소자에 대한 피일드 고립 28(제1도의 3)부분 위에서 p+형 불순물 22' 및 27'는 이온 주입과 같은 공지된 방법에 의하여 채널 스톱을 준비하기 위해 선택적으로 도우핑된다. SiO2층 23'가 약 1000Å정도의 두께로 도우핑된 영역 22'및 27'을 포함한 모든 표며을 커버하도록 하기 위하여 열적산화와 같은 공지된 방법으로 기판 21상에 형성되어진다. 이들의 과정 순서는 바꾸어서 할 수도 있다.
(2) Si3O4막 29는 제9도에 도시된 바와 같이 CCD의 주변부에 대한 절연층 24뿐만아니라 픽처 소자의 피일드 고립 28에 대한 영역을 CVD 및 포토리소그라피기법과 같은 공지된 방법을 사용하여 제작하는 영역을 제외한 영역을 커버하도록 하기 위하여 SiO2층 23' 전역에서 형성되어 진다. Si3N4막 29는 상기 언급된 이온 주입에 대한 마스크로서 일반적으로 사용될 수 있다.
(3) 제10도에 도시된 바와 같이 제3도의 과정과 같은 유사한 방법으로 약 3000-4000Å 정도의 두께 SiO2층 24' 및 28은 소위 LOCOS로 불리우는 선택적 열적산화 방법과 같은 공지된 방법에 의하여 SiO2층 23의 노출부, 즉 Si3N4막 29에 의하여 마스크되지 않은 부상에서 형성되어지므로 피일드 절연 28은 제작 되어진다.
(4) 제11도에 도시된 바와 같이 Si3N4막 31은 CCD 및 포토리소그라피와 같은 공지된 방법에 의하여 피일드 고립 28을 커버하기 위하여 형성된다.
(5) 노출된 SiO2층 24'가 약 8000Å정도의 두께로 팽창되어질 때까지 Si3N4막 29 및 31을 마스크로서 열적산화 방법과 같은 방법을 사용하여서 더 산화되도록 하여 절연층 24를 제작한다.
(6) 마스크로서 사용된 Si3N4막 29 및 31은 스트리핑처리와 같은 공지된 방법에 의하여 제거된다. 그리하여 다양한 두께를 갖는 절연층 24 및 28은 제13도에 도시된 바와 같이 형성되어진다.
첫번째 방법의 과정(8) 또는 두번째 방법의 과정(6)을 따르는 실리콘 게이트 7, 8, 8', 9, 16-1와 16-2 및 그외등등을 형성하는 바와 같은 연속 공정은 종래의 공정과정과 같아서 이후에 더 기술하거나 도면에 도시하지 않는다. 절연층 24는 도면을 간소화하여서 각각 설명될 수 있기 때문에 12V 전압을 갖는 전송 게이트 9가 형성되어져 있는 절연층 2'는 제2도 내지 제9도에서 언급되는 설명을 삭제 하였었다.
상기 서술된 방법에 의하여 제작되는 절연층 24(제1도의 2)는 인가된 전압 24에 견디어 내기에 충분한 두께이며, 피일드절연 28(제1도의 3)은 인가된 전압 5V에 견디기에 충분한 정도로 얇고 좁다. 만약 종래의 것에 인가되어지면 픽쳐 소자의 개구된 폭과 소자 피치와의 비율인 개구율이 50%인 것에 비하여 70% 이상달성되는 결과로, 피일드 절연의 폭은 종래의 폭보다 1/2이하로 달성할 수있다. 개구율의 적당한 값은 각 픽처 소자에 의하여 수신되는 정확한 광정보를 의미한다. 결과적으로 본 발명에 의하연 정확한 광 정보를 출력하는 2K 비트 규모의 5K비트 이매지 센서는 소자의 고립부족이나 생산의 어려움으로 인하여 기능불능을 일으키지 않도록 한다.
본 발명의 많은 양상과 이점은 상세해진 명세서로부터 명백해졌기 때문에 본 발명의 진정한 취지 및 범위내에 있는 시스템의 모든 그러한 양상 및 이점을 커버하기 위하여 첨부된 청구범위에 의하여 할 작정이다. 또한 수많은 수정과 변화로 기술습득을 가져오며, 본 발명의 범위내에 있는 한, 어떠한 변화와 수정을 허락하며, 본 발명의 구조와 동작은 도시되고 서술된 바와 같이 제한을 두지 아니한다.
Claims (7)
- 반도체 기판상에 형성된 센서에 있어서, 주사된 광의 세기에 따라 전기 신호 전하를 생성하는, 상기 반도체 기판상에 형성된 다수의 반도체 광 검출 소자들(19), 상기 반도체 기판상에 형성되어 있고, 상기 광 검출소자들에서 생성된 전기 신호 전하들을 전송하고, 출력하기 위한 상기 광 검출 소자들에 연결되어 있는 전하 전송 장치(13), 상기 반도체 기판상으로부터 상기 전하 전송 장치의 주변부의 패턴화된 배선을 고립하기 위하여 상기 반도체 기판상에 형성된 첫번째 절연층(2), 상기 광 검출 소자들의 각 인접 소자를 고립하기 위하여 상기 반도체 기판에서 형성되고, 상기 첫번째 절연층의 두께보다 기본적으로 더 얇은 두번째 절연층(3)을 포함하는 이매지 센서.
- 청구범위 제1항에 있어서, 상기 첫번째 절연층(2)의 두께가 주변부의 상기 패턴화된 배선에 인가된 전압에 견디어 내기에 적당할 뿐만아니라 상기 두번째 절연층(3)의 두께가 상기 광 검출 소자들에 인가된 전압에 견디어 내기에 적당한 이매지 센서.
- 반도체 기판상에 형성된 이매지 센서를 제작하는 방법에 있어서, 이매지 센서의 광 검출 소자(19)와 함께 수반된 전하전송장치(13)의 주변부의 패턴화된 배선을 고립하기 위한 것인 이산화 실리콘으로 만들어진 첫번째 절연층(24)을 형성하고, 상기 첫번째 절연층 이외의 표면에 마스킹 필름(25)으로 마스크하고, 상기 첫번째 절연층 및 상기 마스킹 필름의 모든 표면을 커버하는 포토레지스트막(26)을 형성하고, 상기 광 검출 소자들에 대한 피일드 고립이 형성되어져 있는 위치에서, 상기 포토레지스트막 뿐만아니라 상기 마스킹 필름에서 개구(24A)를 형성하고, 상기 개구를 통하여 상기 기판안으로 불순물을 도우핑하고, 그것에 의하여 채널 커트가 준비되어지고, 상기 기판의 상기 개구에서와 상기 도우핑된 영역상에서 이산화실리콘으로 만들어지고, 상기 첫번째 절연층보다 기본적으로 더 얇게 하는 두번째 절연층(28)을 형성하고, 상기 포토레지스트막(26)을 제거하는 과정을 포함하는 제작방법.
- 반도체 기판상에 형성된 이매지 센서를 제작하는 방법에 있어서, 이매지 센서의 광 검출 소자(19)와 결합된 전하 전송장치(13)의 주변부에 패턴화된 배선이 이산화실리콘으로 만들어진 두번째 절연층(28)과 마찬가지로 제작되어지는 곳 위에서 이산화 실리콘으로 만들어진 첫번째 절연층(24')을 형성하고, 이매지 센서의 상기 광 검출 소자들은 이산화 실리콘으로 만들어진 절연층에 의하여 고립되는 것이며, 상기 첫번째 및 상기 두번째 절연층 이외의 표면들은 첫번째 마스킹 필름(29)으로 마스크하고, 상기 두번째 절연층의 표면을 커버하는 두번째 마스킹 필름(31)을 형성하고, 상기 첫번째 절연층의 전체 두께가 상기 두번째 절연층의 두께보다 더 두꺼운 상기 첫번째 절연층(24')상에 추가 절연층을 형성하고, 상기 첫번째(24') 및 두번째 절연층(28) 전역에 형성된 마스킹 필름들을 제거하는 과정을 포함하는 제작방법.
- 청구범위 제3항에 있어서, 불순물의 상기 도우핑이 이온 주입 방법에 의하여 수행하는 방법.
- 청구범위 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 첫번째(24') 및 두번째 절연층(28)의 상기 형성은 선택적인 열적 산화방법에 의하여 수행되는 방법.
- 청구범위 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 마스킹 필름(29, 31)이 실리콘 질화물로 만들어진 방법.
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