KR930012126B1 - Ccd형 이미지 센서의 제조방법 및 그 구조 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제1도는 종래의 실시예에 따른 제조 공정도.
제2도는 종래의 전하 분포도.
제3도는 종래의 다른 실시예에 따른 단면도.
제4도는 본 발명에 따른 단면도.
제5도는 본 발명에 따른 제조공정도.
제6도는 본 발명에 따른 전하분포도.
본 발명은 수광부와 신호 전송부를 구비하는CCD형 이미지 센서에 관한 것으로, 특히 신호전송부의 제조방법 및 그 구조에 관한 것이다. CCD(Charge Coupled Device)형 이미지 센서는 광학적 신호를 전기적 영상신호 검출하기 위한 고체 촬상소자중의 하나로서 입사된 광을 신호 전하로 변화시켜 CCD채널에 넘겨주기 위한 수광부와, 상기 수광부에서 발생되 신호전하를 출력부로 전송하기 위한 신호전성부와, 상기 신호전하를 전기적 영상신호화하는 출력부로 이루어진다.
상기 CCD형 이미지 센서의 성능은 광신호를 전기신호량으로 바꾸어주는 광다이오드의 성능과, 발생된 신호전하를 출력부로 전송시키는 전송부의 전송효율에 의해 좌우된다.
상기 신호전송부는 MOS(Metal-Oxide-Semiconductor)구조와 동일한 형태로 구성되는 CCD로 이루어지며 절연막 상면의 게이트에 전압을 인가함에 의해 반도체 기판내에 전위우물을 형성시킨다. 그리하여 그 전위 우물에 전하를 저장시킬 수 있으며, 게이트에 인가되는 전압을 변화시킴에 의해 전위우물의 위치를 바꿈으로써 전하를 전송시킨다. 이때 전하의 전송효율은 이웃하는 게이트 하부의 전위형성에 의해 크게 좌우된다.
특히 고속전송이 요구되는 수평전송부의 경우 다수의 게이트는 2단의 다결정실리콘으로 구성된다. 그리고 제2다결정실리콘층에 의한 제2게이트 하부위 전위형성은 제2다결정실리콘층을 형성하기 전에 이온주입을 실시함으로써 이루어진다.
제1a도-제1e도는 종래의 실시예에 따른 제조공정도이다.
상기 제1a도에서 BCCD(Buried Charge Coupled Device)층 (또는 매몰형 전하 결합층이라고도 함)(2)이 형성된 P형 반도체 기판(4) 상면에 700Å∼1000Å의 제1게이트용 산화막(6)과 제1다결정실리콘층(8)을 순차적으로 형성한다.
그다음 상기 제1다결정실리콘층(8) 상면에 포토레지스터(10)를 도포하여 제2게이트가 형성될 영역의 제1다결정실리콘층(8)이 노출되도록 상기 포토레지스터의 패턴을 형성한다. 그 다음 상기 제1b도에서 이 방성 식각에 의해 노출된 제1다결정실리콘층(8)과 제1게이트용 산화막(6)을 상기 기판(4)의 표면이 노출될때까지 식각하여 제1게이트(8a)를 형성한다. 그 결과 상기 제1게이트(8a)와 제1게이트용 산화막(6)의 식각면은 일직선상에 있게된다. 그 다음 상기 제1c도에서 상기 기판(4)상면에 제2게이트용 산화막(12)을 700Å∼1000Å의 두께로 형성한다. 여기서 상기 노출된 기판 상면에는 제2게이트를 위한 게이트 산화막이 700Å∼1000Å의 두게로 형성되나 제1다결정실리콘층 상면 및 측면에는 다결정실리콘과의 반응에 의하여1500∼3500Å의 두꺼운 두께를 가지는 산화막(12)이 형성된다. 그 다음 상기 기판(4)전면에 붕소를 이온주입한다. 그 결과 상기 제1게이트 하부의 BCCD층(2)과 소정의 전위차를 가지는 소정의 이온주입영역(1)이 형성된다.
상기 도면에 도시된 바와 같이 상기 이온주입된 불순물은 열처리 공정을 거치면서 확산현상이 일어나 제1게이트 하부에도 영향을 미치게 된다. 여기서 상기 a는 불순물 확산에 의해 제1게이트와 겹쳐는 폭을나타낸다. 상기 제1d도에서 상기 기판(4) 상면에 제2다결정실리콘층(16)을 형성한다. 그 다음 상기 제1e도에 도시된 바와 같이 제2게이트(16a)를 형성하기 위하여 통상의 사진 식각공정으로 패턴을 형성한뒤 소정영역의 제2다결정실리콘층을 식각한다.
제2도는 종래의 일실시예에 따른 전하분포도로서 세로축을 저위(V)축으로 한다. 상기 도면에서 영역18은 제1게이트 하부의 전위우물의 전하분포를 나타내며, 영역 20은 제2게이트 하부의 전위우물의 전하분포를 나타낸다. 또한 영역22은제1게이트와 제2게이트 하부에 형성된 각 전위우물의 경계부에 형성된 전위장벽을 나타내는 것으로서 제1게이트 하부에 겹쳐지는 제2게이트의 이온주입 영역(a)에 기인한다.
상기 전위장벽은 신호량이 많을 경우에는 그리 큰 장애물이되지 않으나 신호량이 적을 경우 즉 저조도인 경우에는 저하 포획으로 작용하게 된다. 다시말해 수직전송부로 부터 수평전송부로 전송된 신호가 다음전극으로 완전히 전송되지 못함으로써 재생된 화면에서 측면확산폭 a에 따라 혹점불량이 발생된다.
상기혹점 불량은 재생된 화면에 세로로 나타나는 명암의 얼룩으로 정의된다. 상기와 같은 혹점불량을 개선하기 위하여 제1게이트와 제2게이트 사이의 산화막을 습식산화공정으로 형성하는 방법이 제안되었다.
제3도는 종래의 다른 실시예에 따른 단면도로서 제1게이트와 제2게이트 사이의 산화막을 습식 산화공정으로 형성했을 경우의 최종 단면도이다. n형의 BCCD층(26)이 형성된 P형 반도체 기판(48)상에 제1게이트용 산화막(30)을 중간층으로 하는 제1게이트(32)를 형성한후 습식 산화공정을 실시하면 상기 제1게이트(32)의 측면부위에 약간의 들뜸현상이 일어남과 동시에 그상면과 측면에 두꺼운 산화막이 형성된다. 그 후 이온주입공정을 실시하게 되면 측면에 두껍게 형성된 산화막이 마스크 작용을 하게 되어 불순물의 측면확산이 어느정도 억제된다. 그 결과 혹점불량은 현저히 감소된다. 그러나 습식산화에 의해 형성된 산화막의 막질은 건식산화에 의한 산화막에 비해 조악하기 때문에 국소준위를 많이 갖게 된다. 그 결과 국소준위가 신호의 생성 및 소멸원으로 작용하게 되어 신호가 라이프타임(Life time)동안 전송될때 소멸될 확률이 커지게 된다.
따라서 전송되는 신호량이 적어지게 되어 전송효율이 대폭저하되는 문제점이 발생하게 된다.이러한 형상은 화소수가 많아질수록 더욱 심각하게 된다.
따라서 본 발명의 목적은 CCD형 센서의 제조방법 및 그 구조에 있어서 혹점 불량의 발생이 없는 CCD형 이미지 센서의 제조방법 및 그 구조를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 CCD형 이미지 센서의 제조 방법 및 그 구조에 있어서 제2게이트용 산화막의 막질이 우수함과 동시에 전송효율이 극대화된 CCD형 이미지 센서의 제조 방법 및 그 구조를 제공함에 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 제1게이트를 그하면의 제1게이트용 산화막의 측면으로부터, 불순물이 열처리에 의해 측면방향으로 확산되는 폭만큼 돌출시킴을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여 제1게이트와 제2게이트 사이의 제2게이트용 산화막을 건식산화 공정에 의해 형성함을 특징으로 한다.
이하 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제4도는 본 발명에 따른 단면도이다. n형의 BCCD층(40)이 형성된 P형 반도체 기판(42)상에 소정거리 이격되어 형성된 제1게이트용 산화막(44)과, 상기 제1게이트용 산화막(44)의 측면으로부터 소정의 폭맡큼 돌출되어 그 상면에 형성된 제1게이트(46a)와, 상기 기판(42)표면에 형성된 건식산화 공정에 의한 제2게이트용 산화막(50)과, 상기 제1게이트(46a)의 이웃하는 측면사이에 걸쳐 형성된 제2게이트 (54a)로 구성된다.
상기 도면에 도시된 바와 같이 상기 BCCD층(40)내부에 형성된 불순물 확산 영역(52)은 제1게이트용 산화막(44)의 측면과 측면사이의 영역내에 형성된다.
제5a도∼제5e도는 본 발명에 다른 제조공정도로서, 상기 제4도와 같은 명칭에 해당하는 것은 같은 번호를 사용하였음에 유의해야 한다.
상기 제5a도에서 n형의 BCCD층(40)이 형성된 P형 반도체기판(42) 상면에 700Å∼1000Å의 제1게이트용 산화막(44)과 제1다결정실리콘층(46)을 순차적으로 형성한다. 그 다음 상기 기판(42) 상면에 포토레지스터(48)을 도포하여 제2게이트가 형성될 영역의 제1다결정실리콘층(46)이 노출되도록 상기 포토레지스터의 패턴을 형성한다.
이대 상기 포토레지스터 패턴에 의해 한정되는 제1다결정실리콘층의 길이는(1)는 종래와 같은 유효길이를 갖기위해 종래의 제1게이트의 길이(m)에 비해 b만큼 길게한다. 여기서 길이b는 이온주입영역이 열처리공정에 의해 측면으로 확산되는 폭과 같다. 그 다음 상기 제5b도에서 이방성 식각에 의해 노출된 제1다결정실리콘층(46)을 상기 제1게이트용 산화막(44)의 표면이 노출될때까지 식각하여 제1게이트(46a)를 형성한다.
이때 상기 제1게이트용 산화막(44)은 100∼200Å정도 과다식각이 일어난다. 상기 제5c도에서 노출된 제1게이트용 산호막(44)을 기판(42)표면이 노출될때까지 등방식각한다.
이때 제1게이트용 산화막(44)의 측면으로부터 돌출되는 제1게이트의 폭(f)은 이온주입된 불순물이 열처리후 측면으로 확산되는 폭과 같도록 조절한다. 즉, 상기 제5a도에 나타난 길이 b와 상기 f는 같은 폭을 가진다.
상기 제5d도에서 상기 기판(42)상면에 제2게이트용 산화막(50)을 건식 산화 공정에 의해 700Å∼1000Å의 두께로 형성한다. 그 결과 제1게이트(46a)의 끝단부위에 약간의 들뜸현상이 일어남과 동시에 상기 노출된 기판(42)상면에는 제2게이트를 위한 게이트 산화막이 700Å∼1000Å의 두게로 형성되고 제1게이트(46a) 상면 및 측면에는 다결정실리콘과의 반응에 의하여 1500Å∼3500Å의 두꺼운 두께를 가지는 산화막이 형성된다.
그 다음 상기 기판(42)전면에 붕소를 이온주입한다.
이때 돌출된 제1게이트가 마스크 역할을 하게된다.
그 결과 상기 제1게이트 하부와 소정의 전위차를 가지는 이온주입영역(52)이 상기 제1게이트와 겹쳐지는 영역없이 형성된다. 상기 이온 주입영역(52)은 이후 실시되는 열처리공정에 의해 확산이 일어나더라도 제1게이트용 산화막 하부까지는 영향을 미치지 아니한다. 그 다음 상기 제5e도에서 기판(42)상면에 제2다결정실리콘층(54)을 형성한다. 그 후 통상의 사진 식각 공정으로 패턴을 형성하여 제2게이트를 형성한다.
제6도는 본 발명에 따른 전하분포도로서 세로축을 전위(V)축으로 한다.
상기 도면에서 영역 56은 제1게이트 하부에 형성된 전위우물의 전하분포를 나타내며 영역 58은 제2게이트 하부에 형성된 전위우물의 전하분포를 나타낸다. 상기 도면에서 알수 있는 바와 같이 제1게이트와 제2게이트 하부의 전위우물이 그 경계부에 전위장벽없이 매끄럽게 연결되므로 제1게이트에서 제2게이트로의 전하의 이송이 잘이루어진다.
상술한 바와 같이 본 발명은 열처리로 인해 불순물이 측면으로 확산되는 것을 고려하여 그에 해당하는 폭만큼 제1게이트를 제1게이트용 산화막의 측면으로 부터 소정 폭만큼 돌출시킴으로써 제2게이트를 위한 이온주입영역의 제1게이트에 영향을 못미치도록 하였다. 그 결과 혹점불량이 없는 우수한 CCD형 이미지 센서를 구현할 수 있다. 또한 제2게이트용 산화막을 건식산화공정으로 형성함에 의해 우수한 막직을 확보함으로호써 전송효율이 최대한 CCD형 이미지 센서를 구현할 수 있다.
Claims (8)
- 수직 및 수평 전숭부로 이루어지는 신호전송부를 구비하는 CCD형 이미지 센서의 제조방법에 있어서, 제2도전형의 매몰형 전하결합 소자층을 구비하는 제1도전형의 반도체기판(42)상에 제1게이트용 절연막(44)과 제1도전층(46)을 순차적으로 형성한후 제1게이트의 유효길이(m)로부터 소정의 길이(b)만큼 신장되도록 패턴형성하는 제1공정과, 노출된 제1도전층(46)을 이방성 식각에 의해 제거하여 제1게이트(46a)를 형성하는 제2공정과, 상기 기판(42)상면의 제1게이트용 절연막(44)을 등방성으로 식각하여 상기 제1게이트(46a)의 측면이 제1게이트용 절연막측면으로 부터 소정의 폭으로 돌출되도록 하는 제3공정과, 상기 기판(42)상면에 제2게이트용 절연막(50)을 형성하는 제4공정과, 상기 기판(42)상면에 제2도전층(54)을 도포한후 패턴을 형성하여 상기 제1게이트(46a)의 이웃하는 측면사이에 걸치는 제2게이트(54a)를 형성하는 제5공정을 구비함을 특징으로 하는 CCD형 이미지 센서의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2게이트용 절연막(44,50)이 실리콘 산화막임을 특징으로 하는 CCD형 이미지 센서의 제조방법.
- 제2항에 있어서, 상기 제2게이트용 절연막(50)이 건식 산화공정에 의해 형성됨을 특징으로 하는 CCD형 이미지 센서의 제조방법.
- 제3항에 있어서, 상기 제1공정의 패턴 형성시 제1게이트(46a)의 유효길이(m)로부터 신장된 길이(b)와, 상기 제3공정에서 제1게이트용 절연막(44)의 측면으로 부터 돌출된 제1게이트(46a)의 폭(f)이 같음을 특정으로 하는 CCD형 이미지 센서의 제조방법.
- 제4항에 있어서, 상기 제1게이트(46a)의 유효길이(m)로부터 신장된 길이(b)와 제1게이트용 절연막(44)의 측면으로부터 돌출된 제1게이트(46a)의 폭(f)이 각각 이온주입된 불순물이 열처리에 의해 측면방향으로 확산되는 폭임을 특징으로 하는 CCD형 이미지 센서의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2도전층(46,54)이 다 결정 실리콘임으로 특징이로 하는 CCD형 이미지 센서의 제조방법.
- 수직 및 수평전송부로 이루어지는 신호전송부를 구비하는 CCD형 이미지 센서에 있어서, 상기 신호 전송부가 제1도전형의 반도체 기판(42)과, 상기 기판(42)상에 형성된 제2도전형의 매몰형 전하결합층(40)과, 상기 기판(42)상면에 소정거리 이격되어 형성된 제1게이트용 산화막(44)과, 상기 제1게이트용 산화막(44)의 측면으로 부터 소정의 폭만큼 돌출되어 그상면에 형성된 제1게이트(46a)와, 상기 기판(42)전면에 건식산화공정에 의해 형성된 제2게이트용 산화막(50)과, 상기 제1게이트(46a)의 이웃하는 측면사이에 걸쳐형성된 제2게이트(54a)와, 상기 제1게이트용 산화막(44)의 측면과 측면사이의 기판 하면의 매몰형 전하결합층(40)내에 형성된 불순물 확산 영역(52)으로 구성됨을 특징으로 하는 CCD형 이미지 센서.
- 제7항에 있어서, 상기 제1게이트용 산화막(44)의 측면으로부터 돌출된 제1게이트(46a)폭이, 이온주입된 불순물이 열처리에 의해 측면방향으로 확산되는 폭임을 특징으로 하는 CCD형 이미지 센서.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| G160 | Decision to publish patent application | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20061128 Year of fee payment: 14 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |