KR980012580A - 고체 촬상소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고체 촬상소자에 관한 것으로서, 특히 반도체 기판에 형성된 포토다이오드 영역을 포함하는 고체촬상소자에 있어 상기 포토 다이오드 영역의 반도체 기판의 표면이 요철처리된 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에서는 표면의 광반사를 감소시킴으로 광흡수율을 향상시키고, 좁은 수광면적에도 불구하고 감도를 향상시킬 수 있는 장점이 있어 고 화소화와 고 직접화에도 대응할 수 있는 효과가 있다.

Description

고체 촬상소자

본 발명은 고체 촬상소자에 관한 것으로서, 특히 수광부에서 빛의 반사를 줄여 광흡수율을 향상시킴으로 좁은 수광면적에서도 고감도를 실현 할 수 있는 고체 촬상소자에 관한 것이다.

CCD(ChArge Couple Device 전하 결합 소자)형 고체 촬상소자는 과거 전자총을 이용했던 촬상관에 비하여 화소수의 증가, 감도의 개선, 저 잡음 등의 우세한 이점을 갖고 있기 때문에 가정용 비디오 카메라를 필두로 방송용, 의료용, 산업용 등에 폭넓게 사용되고 있다.

고체 촬상소자는 반도체 내부의 수광부인 포토다이오드가 공핍상태에서 입사되는 빛을 흡수하여 신호전하를 생성하여 축적하고, 상기 수광부를 통해 발생되는 신호전하를 폴리실리콘에서 수평과 수직으로 반복하여 전송하는 특성을 가진 주사방식의 신호전송부로 전송되고, 상기 신호전송부에서 전송된 신호전하를 검출부에 입력하여 신호전하의 양에 따라 증폭하여 전압신호로 변환하여 출력한다.

도 1은 종래 고체 촬상소자의 한 화소를 상측면에서 바라본 평면도이고, 도 2는 도 1의 A-A'라인을 자른 단면도로서, 상기 도 1 내지 도 2를 참조하면 다음과 같다.

종래의 고체 촬상소자는 반도체 N형 기판(1)과, 상기 반도체 N형 기판(1)위에 형성되는 P웰 확산층(2), 상기 P웰 확산층(2)위에 형성되는 수광부인 포토다이오드(3), 상기 P웰 확산층(2)위에 포토다이오트(3)와 인접하여 형성된 하이 커패시턴스(7), 상기 하이 커패시턴스(7)위로 포토다이오드(3)의 신호 전하를 수직방향으로 전송하기위해 형성된 신호전송부인 수직CCD채널(6), 상기 포토다이오드(3)와 수직CCD채널(6)사이에 신호전하를 전송하기 위해 형성된 전달게이트(8), 상기 포토다이오드(3)위에 형성되는 고농도의 p++ HADS(Hole AccumulAtion Device Senser: 이하 피형정공축적부라 함, 9), 상기 수직CCㅇ)채널(6)과 전달게이트(8)와 피형정공축적부(9) 위로 인접하여 형성되는 절연체(10), 상기 절연체(10)내에 삽입된 폴리실리콘의 게이트 전극(4), 상기 절연체(10)위로 각 화소의 수광부를 차단하기 위해 형성된 광차단층(5)으로 구성된다.

이와 같이 구성된 고체 촬상소자의 수광부에서 반도체 내부의 포토다이오드(3)가 공핍상태에서 입사되는 빛 에너지를 흡수하여 신호전하를 생성하고 축적한다

종래의 고체 촬상소자는 고 해상도를 실현하기 위한 고 화소화와 가격절감을 위한 고 직접화가 진행되면서 수광부의 크기인 개구율이 점점 줄어들게 되므로 개구율에 비례하여 감도가 떨어지게 되고, 사물식별능력이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 광흡수율을 증가시키는 고체 촬상소자를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는 반도체 기판에 형성된 포토다이오드 영역을 포함하는 고체 촬상소자에 있어서, 상기 포토 다이오드 영역의 반도체 기판의 표면이 요철처리된 것을 특징으로 한다.

제1도는 종래 고체 촬상소자의 평면도.

제2도는 제1도의 A - A'라인에 따른 고체 촬상소자의 단면도.

제3도는 본 발명에 따른 고체 촬상소자의 평면도.

제4도는 제3도의 A - A'라인에 따른 고체 촬상소자의 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

3 : 포토다이오드 4 : 제2폴리실리콘

5 : 광차폐금속 6 : 수직CCD채널

7 : 하이 커패시턴스 8 : 전달 게이트

9 : 피형정공축적부 10 : 절연체

11 : 제1폴리실리콘 12 : 트랜치부

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하고자 한다.

도 3은 본 발명에 따른 고체 촬상소자를 나타낸 일 실시예로서, 고체 촬상소자를 상측면에서 바라본 평면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 고체 촬상소자를 나타낸 일 실시예로서, 도 3의 A와 A' 라인을 자른 단면도이다.

상기 도 3 내지 도 4를 참조하여 보면, 본 발명에 따른 고체 촬상소자는 다음과 같은 공정에 의해 제조된다.

우선, 반도체의 N형 기판(1)위에 600A 정도의 열산화막을 형성하여 빛을 흡수하는 수광부인 포토다이오드(3)의 영역에 LPCVD(Low Pressure ChemicAl VApor Deposition: 저압 화학 기상 침적)법에 의하여 질화막을 600Å 정도 침적한다 다음 포토 마스크 공정을 적용하여 질화막을 식각하고, P형 붕소 9.0 Ell/㎠ 정도를 100KeV의 에너지로 이온주입을 하고, 1150℃정도의 고온 열처리를 실시하여 반도체 기판(1)위에 P웰 확산충(7)을 형성한다.

다음 잔여 질화막 및 열산화막을 완전히 식각하고, 다시 기판(1) 상부에 열산화막을 400Å 정도 형성한 다음 LPCVD법에 의해 질화막을 1500Å 정도 형성함으로서, 아이솔레이션을 위한 필드영역과 액티브영역을 형성하기 위한 것이다. 이어서 포토 마스크 공정을 적용하여 필트영역이 될 부분의 질화막을 식각하고, 붕소 5.0E13/㎠ 정도를 30KeV의 에너지로 이온주입한 다음 필드 열산화막을 9500Å 정도 형성한다.

이어 질화막과 산화막을 순서적으로 식각하여 액티브영역에 열산화막을 400Å 정도 형성하고, 광흡수량에 비례하는 전하를 생성하고 축적하는 수광부인 포토 다이오드(3)는 포토 마스크 공정을 적용하여 100KeV의 에너지로 N형 인 3.0E12/㎠ 정도를 이온주입하고 열산화막을 식각한 다음 5OOÅ 정도의 열산화막을 다시 형성하여 1150℃ 고온 열처리로 어닐하여 포토 다이오드(3)의 불순물 농도가 골고루 확산되도록 한다.

그 다음 광흡수율을 향상하기 위하여 포토 다이오드 영역(3)에 첫째로 포토 마스크 공정을 적용하여 산화막을 식각학 다음 실리콘 표면을 이방성 식각액으로 식각하거나, 둘째로 포토 마스크 공정을 적용하여 순서적으로 열산화막을 식각하고, 바로 실리콘 식각을 통하여 트랜치부(12)를 형성한다.

그 다음 실리콘 위의 모든 막질을 제거한 다음 게이트용 열산화막(10)을 400Å 정도 형성하고, 순서적으로 LPCVD법에 의하여 질화막(10)을 600Å정도 침적하고, 게이트 전극인 제1폴리실리콘(11)을 그 다음 바로 침적하고, 도체로서의 역활과 이면 게터링효과를 증대시키기 위하여 웨이퍼의 뒷면을 완전히 식각한 다음 포클 공정을 실시한다. 그리고, 이어서 포토 마스크 공정을 적용하여 제1폴리실리콘 (11)을 선택적으로 식각한다. 다음 제1폴리실리콘(11)을 열공정을 적용하여 산화시킨 뒤, 제1폴리실리콘(11)이 없는 부분의 질화막을 식각하고 LPCVD법을 통해 질화막(10)을 600Å 정도 재 침적한다.

그리고, 게이트 전극인 제2폴리실리콘(4)을 바로 침적하고, 수직CCD채널(6)의 도체로서 역활과 이면 게터링 효과를 증대시키기 위하여 웨이퍼의 뒷면을 완전히 식각한 다음 포클 공정을 실시한다. 그 다음 포토 마스크 공정을 적용하여 제2폴리실리콘(4)을 선택적으로 식각하고, 제2폴리실리콘(4)을 열산화시킨다.

또한, 게이트 전극인 폴리실리콘(4, 11)을 셀프 얼라인하여 피형정공축적영부(9)를 형성함으로서 암전류를 줄인다.

그 다음 고체 촬상소자의 스미어 성분을 줄이기 위한 광차폐금속(5)을 침전하고, 포토 마스크 공정을 적용하여 선택 식각한다.

이와 같은 공정에 의해 제조된 본 발명의 고체 촬상소자는 수광부(3)에 트랜치를 형성하거나 이방성 식각액으로 식각하여 조직화된 구조를 형성함으로서, 수광부의 표면에서 일어나는 반사광은 감소된다.

실리콘에서 정상적인 빛의 입사를 가정하면 반사광의 분량은 약 30응에 해당하지만 실리콘 표면을 이방성 식각액으로 식각할 경우 조직화된 요철 구조를 얻게 되고, 또한 실리콘 표면에 반반사 코팅을 하게 되면 수광부의 표면 광반사를 5% 이하로 줄일 수 있다.

본 발명은 수광부 표면의 광반사를 감소시킴으로 광흡수율을 향상시키고, 좁은 수광면적에도 불구하고 감도를 향상시킬 수 있는 장점이 있어 고 화소화와 고 직접화에도 대응할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 반도체 기판에 형성된 포토다이오드 영역을 포함하는 고체 촬상소자에 있어서, 상기 포토 다이오드 영역의 반도체 기판의 표면이 요철처리된 것을 특징으로 하는 고체 촬상소자.

   ※ 참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임