KR960002644B1

KR960002644B1 - The manufacturing method df ccd image sensor

Info

Publication number: KR960002644B1
Application number: KR1019920006198A
Authority: KR
Inventors: 신종철; 최재헌
Original assignee: 삼성전자주식회사; 김광호
Priority date: 1992-04-14
Filing date: 1992-04-14
Publication date: 1996-02-24
Also published as: KR930022568A

Abstract

a) forming a transfer electrode with polycrystalline silicon layer; b) spreading photoresist material on the transfer electrode; c) etching some part of the transfer electrode; d) forming a trench; e) forming a first optical blocking layer after depositing metal on the insulating layer and the whole surface of the trench; and f) forming the second optical blocking layer and the second insulating layer.

Description

Manufacturing Method of CCD Image Sensor

제1도는 종래의 CCD 이미지 센서의 수직단면도.1 is a vertical sectional view of a conventional CCD image sensor.

제2도는 이 발명의 일 실시예의 일 실시예에 따른 CCD 이미지 센서의 레이아웃도.2 is a layout diagram of a CCD image sensor according to an embodiment of the present invention.

제3a~d도는 이 발명의 일 실시예에 따른 CCD 이미지 센서의 제조공정순서도.3a to 3d is a manufacturing process flow chart of a CCD image sensor according to an embodiment of the present invention.

제4도는 이 발명의 다른 실시예에 따른 CCD 이미지 센서의 수직단면도를 나타낸 것이다.4 is a vertical cross-sectional view of a CCD image sensor according to another embodiment of the present invention.

이 발명은 CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 단위화소에서 발생할 수 있는 스미어(Smear)를 방지하기 위하여 광의 누설을 차단하는 차광막을 형성하는 CCD 이미지 센서의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a CCD (Charge Coupled Device) image sensor, and more particularly, to a method of manufacturing a CCD image sensor that forms a light shielding film that blocks light leakage to prevent smears that may occur in a unit pixel. will be.

일반적으로 종래의 CCD 이미지 센서는 예를들어, 참고문헌 닉께이 마이크로 디바이스(NIKKEI MICRODEVICE) 1990년 6월호 pp87-94에 발표된 "감도, 해상도 모두 손상하지 않고 1/3inch CCD 촬상소자를 실현"에서 제안된 종래의 기술에 있어서는, 제1도에 도시한 바와같이 개구부(24)를 크게하면 스미어가 증가하기 때문에 스미어를 낮게 유지하면서 고감도화하기 위해서는 알루미늄(Al) 차광막의 개구면적을 최적화할 필요가 있다.In general, conventional CCD image sensors are described, for example, in "NIKKEI MICRODEVICE", June 1990, pp87-94, "Achieving 1 / 3-inch CCD Imaging Devices Without Degrading Both Sensitivity and Resolution." In the proposed conventional technique, as shown in FIG. 1, when the opening 24 is enlarged, the smear increases, so in order to keep the smear low and to increase the sensitivity, it is necessary to optimize the opening area of the aluminum (Al) light shielding film. have.

잘 알려져 있듯이 스미어는 개구부(24)로부터 입사되는 빛이 주된 원인인데, 개구면적을 변화시켜 얻어진 실험결과로부터 이 경사 광 성분은 어느 정도까지 개구면적을 작게하면 일정치로 접속(Focusing)된다는 것을 알았다.As is well known, the smear is mainly caused by the light incident from the opening 24. From the experimental results obtained by varying the opening area, it was found that the oblique light component is uniformly connected when the opening area is reduced to some extent. .

개구폭을 작게하면 개구부(24)에서 수직레지스터(14)까지의 거리가 멀어져서 수직레지스터(14)에 입사되는 경사 광 성분은 감소되지만, 어느 정도 이상거리를 두면 확산잔류 성분만 남게 된다.When the opening width is made smaller, the distance from the opening portion 24 to the vertical register 14 is increased so that the inclined light component incident on the vertical register 14 is reduced.

따라서, 개구면적을 작게해 나가면 감도는 감소되지만, 스미어에 의한 잡음신호량은 어느 점부터 거의 일정치가 된다.Therefore, the sensitivity decreases when the opening area is made smaller, but the amount of noise signal by the smear becomes almost constant from some point.

스미어의 크기 S는Smear size S

여기서, Qsmr : 감도에 기여하는 신호량, Qsens : 경사 광 성분에 의한 신호량로 나타낼 수 있다.Here, Qsmr: signal amount contributing to sensitivity, and Qsens: signal amount due to oblique light component.

즉, 스미어는 개구면적을 작게하면 감소하는 경향을 보이지만, 어느 정보부터는 반대로 증가한다. 이와같이 감도가 충분히 확보되어 스미어가 극소치를 갖는 영역이 개구면적의 최적치이다.In other words, the smear tends to decrease when the opening area is made smaller, but increases inversely from some information. In this way, the region where the sensitivity is sufficiently secured and the smear has a minimum value is the optimum value of the opening area.

이와같이, 제안된 기술에 의하면 개구면적을 최적치로하여 스미어를 감소시킬 수 있었으나 역시 절연막(16)을 통해 입사하는 누설광으로 인한 스미어는 방지하지 못하는 문제점이 있었다.As described above, according to the proposed technique, the smear can be reduced by using the optimum opening area, but there is a problem in that smear due to leakage light incident through the insulating film 16 is not prevented.

또, 스미어 성분을 최소화하기 위해 X,X'(26)와 같이 광다이오드 영역(12)으로 차광막(22)을 중첩시켜 측면 난반사에 의한 스미어 성분을 줄이려고 하였다. 그러므로 스미어를 줄이기 위해 광다이오드(12)의 개구율(24)의 축소가 불가피하였다. 즉, 광다이오드(12)의 유효개구율 Y(24)의 감소로 인한 감도의 저하는 스미어를 줄이기 위해 감수해야 하는 문제점이 있었다. 또한, 입사되는 빛 중 일가(A) 및 (B)와 같은 경로로 신호전송중인 전송수단인 수직레지스터(14)로 입사되어 스미어가 발생하는 문제점이 있었다.In order to minimize the smear component, the light shielding film 22 is overlapped with the photodiode region 12 like X, X '26 to reduce the smear component due to side diffuse reflection. Therefore, reduction of the aperture ratio 24 of the photodiode 12 is inevitable in order to reduce smear. In other words, there is a problem that the decrease in sensitivity due to the reduction in the effective opening ratio Y (24) of the photodiode 12 has to be taken to reduce smear. In addition, there is a problem in that a smear is generated by entering the vertical register 14, which is a transmission means that is transmitting a signal through the same paths as one of the incident light (A) and (B).

이 발명의 목적은 이와같은 종래의 CCD 이미지 센서에서 발생되는 문제점을 해결하기 위한 것으로 개구율의 감소를 방지하여 감도를 향상시킬 수 있는 방법에 관한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve a problem occurring in such a conventional CCD image sensor, and relates to a method capable of improving sensitivity by preventing a decrease in aperture ratio.

이 발명의 목적은 차광막의 측면부를 실리콘 표면보다 깊게 형성하여 스미어를 감소시키기 위한 방법에 관한 것이다.An object of the present invention relates to a method for reducing smear by forming a side portion of a light shielding film deeper than a silicon surface.

이 발명의 다른 목적은 측면 난반사에 의한 스미어를 최소로 하기 위한 방법에 관한 것이다.Another object of this invention relates to a method for minimizing smear by lateral diffuse reflection.

상기한 목적을 달성하기 위하여 이 발명에 따르면, 실리콘 기판에 전위우물층과 포토다이오드, 신호전송단인 수직레지스터와 고농도의 채널분리층이 형성되고, 그 상부에 게이트 산화막과 상기 게이트 산화막 상부에 수광부가 오픈된 다결정실리콘층으로 이루어진 전송전극과 절연막 및 광차폐용 차광막이 차례로 형성되는 CCD 이미지 센서의 제조방법에 있어서, 상기 다결정실리콘층으로 형성되는 전송전극위에 포토레지스트를 도포하여 사진식각공정에 의해 전송전극의 측면을 식각하여 실리콘 표면보다 깊게 트랜치부를 형성하는 단계와, 산화공정에 의해 제1절연막을 형성하는 단계와, 상기 절연막과 트랜치부 전표면에 광차폐용 금속을 증착한 후 통상의 사진식각공정에 의해 제1차광막을 형성하는 단계와, 상기 공정과 동일하게 제2절연막과 제2차광막을 형성하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, according to the present invention, a potential well layer, a photodiode, a vertical register serving as a signal transmission terminal, and a high concentration channel separation layer are formed on a silicon substrate, and a gate oxide film and a light receiving part on the gate oxide film are formed thereon. In the method of manufacturing a CCD image sensor in which a transfer electrode made of a polysilicon layer having an opening, and an insulating film and a light shielding film for light shielding are sequentially formed, a photoresist is applied on a transfer electrode formed of the polycrystalline silicon layer by a photolithography process. Etching the side of the transfer electrode to form a trench deeper than a silicon surface, forming a first insulating film by an oxidation process, depositing a light shielding metal on the entire surface of the insulating film and the trench, and then photographing the trench. Forming a first light blocking film by an etching process; and similarly to the above process, the second insulating film and the second insulating film And forming a light shielding film.

이와같이 구성된 이 발명의 CCD 이미지 센서를 첨부한 도면을 참고로하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The CCD image sensor of the present invention configured as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제2도는 이 발명의 일 실시예에 따른 CCD 이미지 센서의 개략적 레이아웃도로서, 광다이오드, 전달게이트, 수직레지스트, 및 채널분리층이 도시되어 있으며, 빗금친 부분은 차광막이 실리콘 기판 표면보다 깊게 형성되도록 하기 위해 상기 채널분리층의 일부를 식각하여 형성된 트랜치부(제3b도의 44)를 나타낸다.2 is a schematic layout diagram of a CCD image sensor according to an embodiment of the present invention, in which a photodiode, a transfer gate, a vertical resist, and a channel separation layer are shown, and the shaded portions are formed deeper than the surface of the silicon substrate. A portion of the channel isolation layer is etched to form a trench (44 in FIG. 3b).

상기 CCD 이미지 센서의 동작을 살펴보면, CCD 이미지 센서로 입사되는 광은 광다이오드에 신호전하를 발생시키고, 이 신호전하는 전달게이트에 인가된 전압에 의해 수직레지스트로 전송된다. 이후, 수직레지스트에 전송된 신호전하는 전송전극(도시되지 않음)에 인가된 전압에 의해 수평 레지스트(도시되지 않음)를 통해 출력부(도시되지 않음)로 전송되고, 출력부는 전송된 신호전하를 외부로 출력한다.Looking at the operation of the CCD image sensor, the light incident on the CCD image sensor generates a signal charge to the photodiode, the signal charge is transmitted to the vertical resist by the voltage applied to the transfer gate. Thereafter, the signal charges transferred to the vertical resist are transmitted to the output unit (not shown) through the horizontal resist (not shown) by the voltage applied to the transfer electrode (not shown), and the output unit transfers the transmitted signal charges externally. Will output

제3a-d도는 이 발명의 CCD 이미지 센서의 제조공정순서도로서, 상기 제2도의 A-A′선을 잘라본 단면도이다.3A to 3D are sectional views of a manufacturing process of the CCD image sensor of the present invention, taken along line A-A 'of FIG.

제3a도에 도시한 바와같이, N형 실리콘 기판(30)의 표면에 붕소(Boron)로 불순물 이온을 주입한후 열처리 등의 방법으로 활성화하여 전위우물층(32)을 형성한다.As shown in FIG. 3A, impurity ions are implanted into the surface of the N-type silicon substrate 30 with boron, and then activated by heat treatment to form the potential well layer 32.

그 다음 상기 전위우물층(32)상에 N형의 신호전송단인 수직레지스트(34)를 형성하고, 상기 수직레지스터(34)의 양측에 1-2×10¹³/㎠의 고농도 P형 채널분리층(36)을 형성한다. 이때 신호전송통로인 수직레지스트(34)는 실리콘 내부가 되도록 한다.Then, a vertical resist 34, which is an N-type signal transmission end, is formed on the potential well layer 32, and a high concentration P-type channel of 1-2 × 10 ¹³ / cm 2 is separated on both sides of the vertical register 34. Layer 36 is formed. At this time, the vertical resist 34, which is a signal transmission path, is to be inside the silicon.

제3b도에 도시된 바와같이, 이와같이 구성된 구조의 상부에 열산화, 물리증착 및 화학기상증착 등의 방법으로 게이트 산화막(38)을 형성한다. 또한 이때 게이트 산화막(38)은 산화막-질화막-산화막으로 형성된 ONO 구조로 된 유전체를 사용할 수 있다.As shown in FIG. 3B, the gate oxide film 38 is formed on the structure formed in this way by thermal oxidation, physical vapor deposition, chemical vapor deposition, or the like. In this case, the gate oxide film 38 may use a dielectric having an ONO structure formed of an oxide film-nitride film-oxide film.

계속해서 상기 게이트 산화막(38)의 상부에 N형 불순물이 도핑된 다결정실리콘층을 물리증착 또는 화학기상증착 등의 방법으로 형성한 후, 채널분리층(36)상의 게이트 산화막(38)이 노출되도록 다결정실리콘층을 제거하여 수직레지스트(34)의 상부에 전송전극(40)을 형성한다. 그 다음 포토레지스트를 도포한 후 사진식각 기술에 의해 포토레지스트 패턴(42)을 형성한 후 상기 포토레지스트 패턴(42)을 마스크로 사용한 반응성 이온에칭(Reactive Ion Etching)법에 의해 전송전극(40)의 측면일부를 실리콘 표면보다 깊게 소정깊이 에칭하여 트랜치부(44)를 실리콘내에 형성한다.Subsequently, a polysilicon layer doped with N-type impurities on the gate oxide layer 38 is formed by physical vapor deposition or chemical vapor deposition, and then the gate oxide layer 38 on the channel isolation layer 36 is exposed. The polysilicon layer is removed to form the transfer electrode 40 on top of the vertical resist 34. Next, after the photoresist is applied, the photoresist pattern 42 is formed by a photolithography technique, and then the transfer electrode 40 is formed by a reactive ion etching method using the photoresist pattern 42 as a mask. The trench portion 44 is formed in silicon by etching a side portion of the trench to a depth deeper than the silicon surface.

제3c도에 도시된 바와같이, 전송전극(40) 상부에 형성된 포토레지스트 패턴(42)을 제거한 후 전송전극(40)의 전표면에 열산화, 물리증착 및 화학기상증착 등의 방법으로 실리콘 산화막(SiO₂)으로 된 제1절연막(46)을 형성한다. 이때, 절연막(46)형성을 위한 산화공정시 트랜치(44) 측면부에도 실리콘 산화막(46)이 형성된다.As shown in FIG. 3C, after removing the photoresist pattern 42 formed on the transfer electrode 40, the silicon oxide film is formed on the entire surface of the transfer electrode 40 by thermal oxidation, physical vapor deposition, or chemical vapor deposition. A first insulating film 46 made of (SiO ₂ ) is formed. At this time, the silicon oxide film 46 is also formed on the side surface of the trench 44 during the oxidation process for forming the insulating film 46.

이와같이 형성된 구조의 전표면에 물리증착 또는 화학기상증착 방법에 의한 알루미늄(Al) 또는 텅스텐(W) 합금의 광차폐용 금속막을 형성한 다음 통상의 사진식각공정에 의한 패턴형성 에칭공정을 통하여 광차폐용 금속막을 제거하여 제1절연막(46) 상부 표면 트랜치부(44)를 덮도록 제1차광막(48)을 형성한다.A light shielding metal film of aluminum (Al) or tungsten (W) alloy is formed on the entire surface of the structure thus formed by physical vapor deposition or chemical vapor deposition, and then light shielding is performed through a pattern forming etching process using a conventional photolithography process. The first light blocking film 48 is formed to remove the metal film for covering the upper surface trench portion 44 of the first insulating film 46.

제3d도에 도시된 바와같이, 상기 제1차광막(48) 및 게이트 산화막(38)의 전표면에 열산화, 물리증착 및 화학기상증착 등의 방법으로 실리콘 산화막(SiO2)으로 된 제2절연막(50)과 전송단인 수직레지스트(34) 상부만 덮도록 통상의 사진식각공정에 의해 제2차광막(52)을 형성한다.As shown in FIG. 3D, a second insulating film made of silicon oxide film (SiO 2) may be formed on the entire surfaces of the first light blocking film 48 and the gate oxide film 38 by thermal oxidation, physical vapor deposition, and chemical vapor deposition. The second light blocking film 52 is formed by a general photolithography process so as to cover only the upper portion 50) and the upper portion of the vertical resist 34 which is the transfer end.

그 다음 상기 구조의 전표면에 BPSG(Boro-Phospho Slicate Glass) 또는 (Phospho Silicate Glass) 등 유리재질의 절연물질로 보호막(54)을 형성한다.Next, a protective film 54 is formed on an entire surface of the structure using an insulating material made of glass such as BPSG (Boro-Phospho Slicate Glass) or (Phospho Silicate Glass).

제4도는 이 발명에 따른 CCD 이미지 센서 제조방법의 또 다른 실시예를 도시해 놓은 것으로, 상기 제2도의 A-A′선을 잘라본 것이며, 이 실시예에서는 제3a-d도에 도시된 실시예에 있어서의 신호 전송단인 수직레지스터(34)의 측면부(44′)을 트랜치에칭대신 선택적산화(Local Oxidiation of Silicon : 이하 LOCOS라 한다)를 이용한 방법으로 필드산화막 형성시 액티브내를 선택적으로 산화에 의해 필드부위와 동시에 성장시킨 후 사진식각공정에 의해 액티브만 노출시킨 후 산화막을 습식식각하여 단차를 만들 수 있는 단계를 제공하였다.4 is a view showing another embodiment of a method for manufacturing a CCD image sensor according to the present invention, which is taken along the line AA ′ of FIG. 2, and in this embodiment, is shown in FIGS. The side portion 44 'of the vertical register 34, which is a signal transmission terminal in the signal transmission stage, uses selective oxidation instead of trench etching (Local Oxidiation of Silicon (hereinafter referred to as LOCOS)). After growing at the same time as the field part, only the active was exposed by the photolithography process, and the oxide film was wet-etched to provide a step to make a step.

이상과 같이 이 방법은 전송단인 수직레지스터의 측면을 트랜치에칭이나 LOCOS를 이용하여 실리콘 표면보다 깊게 형성함으로서 제1차광막의 측면부를 실리콘 표면 이하로 형성시켜 측면 난반사에 의한 스미어를 억제할 수 있다.As described above, this method can form the side surface of the first light blocking film below the surface of silicon by using trench etching or LOCOS to form the side of the vertical register, which is a transmission end, to reduce smear due to side diffuse reflection.

또, 이 발명은 개구율의 감소를 방지하여 감도를 저하시키지 않고 측면 난반사에 의한 스미어를 최소로 할 수 있다.In addition, the present invention can minimize the smear due to lateral diffuse reflection without preventing a decrease in the aperture ratio and lowering the sensitivity.

또한 종래의 구조에서와 같이 제1차광막이 광다이오드와 중첩부분(X,X')이 없게 되므로 Y 부분이 넓어지게 되어 개구율을 높여 감도를 향상시킬 수 있다.In addition, as in the conventional structure, since the first light blocking film has no photodiode and overlapping portions (X, X '), the Y portion becomes wider, thereby increasing the aperture ratio, thereby improving sensitivity.

Claims

A potential well layer, a photodiode, a signal transmission line, a vertical resist, and a high concentration channel isolation layer are formed on a silicon substrate, and a transfer electrode and an insulating layer are formed of a gate oxide film on the upper portion and a polysilicon layer having a light receiving portion open on the gate oxide. And a method of manufacturing a CCD image sensor in which a light shielding film for light shielding is sequentially formed, by applying a photoresist on a transfer electrode formed of the polysilicon layer to etch a part of the side of the transfer electrode by a photolithography process to deepen a silicon surface. Forming a trench portion, depositing a light shielding metal on the insulating film and the entire surface of the trench portion, and then forming a first light shielding film by a normal photolithography process; and a second insulating film in the same manner as the above process. And forming a second light shielding film.

The method of claim 1, wherein the first light blocking film has a side portion deeper than a silicon surface.

The method of claim 1, wherein the first light blocking film is capable of minimizing smear for side diffuse reflection.

A method of manufacturing a CCD image sensor, comprising: forming a side surface of a vertical register, which is a signal transmission end, deeper than a silicon surface by using selective oxidation (LOCOS).