KR0138629B1 - 배선의 정전용량을 줄이는 것에 의하여 고감도와 저소음의 특징을 갖는 고체촬상장치 - Google Patents
배선의 정전용량을 줄이는 것에 의하여 고감도와 저소음의 특징을 갖는 고체촬상장치Info
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Abstract
배선에 대한 정전용량을 줄이는 것에 의하여 고감도와 저소음의 특성을 갖는 고체촬상장치를 제공한다.
고체촬상장치는, 광전변환부, 전송부, 전송부로부터 신호전하를 받아들이는 부유확산층 및 부유확산층에 배선을 매개로하여 접속된 게이트전극을 가지는 출력트랜지스터를 포함한다.
출력트랜지스터의 소스와 드레인은 광전변환부, 전송부와 부유확산층이 형성되어 있는 비교적 저농도의 FP웰내에 공통으로 형성되어 있다.
배선용량, 게이트-드레인 용량 및 게이트-채널용량을 감소시키고 소스 팔로워 회로의 이득을 증가시키고 드레인 근방에서의 전계를 완화시켜 제조공정의 증가없이 전하가 기판으로부터 유입되고 유출되는 것을 방지하는 것이 가능하게 된다.
그 결과, 고감도와 저소음의 고체촬상장치가 가능하다.
Description
제 1(a)도는 본 발명의 실시예에 따른 고체촬상장치의 초단 소스 팔로워 드라이버 트랜지스터 단면 구조도,
제1(b)도는 고체촬상장치의 광전변환부와 수직 전송부의 단면 구조도,
제1(c)는 고체촬상장치의 전하 검출부의 단면도,
제2도는 고체촬상장치의 전하 검출부의 평면도,
제3aa, 3ab, 3ba, 3bb, 3ca, 3cb, 3da, 3db, 3ea, 3eb도는 고체촬상장치의 제조 공정도,
제4도는 소스 팔로워 회로의 입력 및 출력 특성을 나타내는 차트,
제5도는 본 실시예와 선행기술의 고체촬상장치의 전체 구성도,
제6도는 부유 확산층의 근방에서의 선행기수의 고체촬상장치의 전하 검출부를 나타내는 도면,
제7도는 선행기술의 고체촬상장치의 초단 소스 팔로워 드라이버 트랜지스터의 단면 구조도,
제8도는 선행기술의 고체촬상장치의 광전변환부와 수직 전송부의 단면 구조도,
제9도는 FP 우물과 DP 우물 사이의 경계에서의 불순물 프로필을 나타내는 차트.
본 발명은 고체촬상장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 종형 오버플로우 드레인 구조(vertical overflow drain structure)를 가지는 고체촬상장치의 감도를 높이는 것에 관한 것이다.
고체촬상장치로서 인터라인 전송형 에어리어 이미지 센서(interline transfer type area image sensor)의 예를 택하여 종래 기술을 다음에 설명한다.
제5도는 일반적인 인터라인 전송용 에어리어 이미지 센서의 전체 구성을 나타낸다. 매트릭스로 배열된 광전변환부(21)에 입사된 광정보는 광전변환부(21)에 의하여 신호전화로 변환된다. 그 후, 신호전하는 수직 전송부(22)와 수평 전송부(23)을 매개로 하여 수평 전송부(23)에 접속된 전하 검출부(24)로 전송된다. 전하 검출부(24)는 신호전하를 전압변환하는 (다이오드 D1의 캐소드측 부분을 구성하는) 부유 확산층(floating diffusion layer)과, 임피던스 변환을 위하여 거기에 접속된 2단 소스 팔로워 회로로 구성된다. 이 소스 팔로워 회로는 드라이버 트랜지스터 기능을 하는 T1, T2 및 로드 트랜지스터의 역할을 하는 T3, T4를 포함하여 DC 전압 VGG는 트랜지스터 T3, T4의 게이트에 인가된다. 또한, DC 전압은 RD 단자와 OD 단자에 인가된다. 다이오드 D1이 리셋 트랜지스터 TR의 게이트에 인가된 리셋 펄스 ΦR에 의하여 리셋된 후, 수평 전송부(23)로부터 전송된 신호전하는출력 게이트(25)를 매개로 하여 부유 확산층으로 전송된다. 이 신호전하의 양에 따라, A점에서의 전위가 변하고, 이 전위변화가 상기 2단 소스 팔로워 회로에 의하여 임피던스 변환되고, 출력단자 OS로부터 출력된다.
제5도를 참조하면, 매트릭스로 과열된 광전변환부(21)의 일부에 강한 빛이 충돌하는 경우, 발생된 과전하가 주변 영역에 확산되는 소위 블루밍 현상이 일어난다. 이 블루밍 현상을 억제하기 위하여 종래에는 종형 오버플로우 드레인 구조가 채용되었다. 제8도는 종형 오버플로우 드레인 구조를 가지는 수직 전송부(22)와 광전변환부(21)의 단면을 설명한다. 상세하게는 FP(flat-p-type) 우물(53)이 n-형 반도체 기판(51) 상에 형성되고, 수직 전송부(22)와 광전변환부(21)가 FP 우물(53)내에 형성된다. 수직 전송부(22)는 n-형 반도체 기판(51)으로부터 수직 전송부(22)에의 전하의 주입과 스미어 성분(smear compenents)의 전하의 유입을 방지하기 위한 n-형 반도체층(54)과 p-형 반도체층(55) 및 수직전송전극(58)과 차광을 위한 차광막(60)을 포함한다. 반면, 광전변환부(21)는 n-형 반도체층(56)과 화소분리를 위한 p+-형 반도체층(57)을 포함한다. 또한, 참조번호 50과 59는 각각 SiO2막을 나타내며, Si3N4막(도시되지 않음)은 SiO2막(50)과 전송전극(58) 사이에 형성되어 있다. FP 우물(53)은 불순물 농도 5 × 1014㎝과 3㎛의 두께 정도로 설정되어 불순물의 저농도 때문에 완전히 고갈된다. 따라서, 광전변환부(21)에서 발생된 과전하는 고갈된 FP 우물(53)의 배리어를 넘어 n-형 반도체 기판(51) 쪽으로 유출된다(수직 오버플로우 드레인 구조). 한편, 수직 전송부(22)의 n-형 반도체층(54)과 n-형 기판(51)사이에 P-형 반도체층(55)가 형성되는데, 전하의 유입, 유출을 방지하기 위하여 불순물 농도가 FP 우물 (53)보다 고농도이다. 또한, 비록 제8도에서는 도시되지 않았지만, 상기 수평 전송부와 부유 확산층은 통상 FP 우물(53)내의 p-형 반도체층(55)에도 형성된다.
제6도는 종형 오버플로우 드레인 구조에서의 부유확산층(31)의 근방에서 전하의 전하 검출부(24)의 평면 레이아웃을 나타낸다. 부유 확산층(31)은 콘택트(32)에서 메탈 배선(33)에 접속되어 있고, 메탈 배선(33)은 차례로 콘택트(34)에서 초단 소스 팔로워 드라이버 트랜지스터 T1의 게이트 전극에 접속되어 있다. 통상적으로, 광전변환부(제6도에는 도시되지 않음), 수직 전송부(제6도에는 도시되지 않음), 수평 전송부(23), 출력 게이트(25), 부유 확산층 그리고 리셋 트랜지스터 TR가 제8도에 표시된 n-형 반도체 기판(51) 상의 FP 우물(53) 내에 형성되어 있다. 한편, 제6도에 표시된 바와 같이, 초단 소스 팔로워 드라이버 트랜지스터(first-stage follower driver trassistor) T1은 n-형 반도체 기판으로부터 소스와 드레인 영역에 전하가 유입되는 것을 방지하기 위하여 FP 우물(53)보다 고농도로 깊게 형성된 다른 P-형 우물(이하, DP 우물이라고 약칭함)내에 형성된다. 그 결과, FP 우물과 DP 우물은 경계(35)에서 서로 단부가 접속하게 된다.
제7도는 초단 소스 팔로워 드라이버 트랜지스터 T1의(제6도에서의 선 S-D에 따른) 단면을 나타낸다. 도면에서, DP 우물(42)은 n-형 반도체 기판(41)의 상에 형성되고, 이 DP 우물(42) 내에는 트랜지스터 T1을 구성하는 게이트 전극(48), n-형 소스(49a)과 드레인(49b)이 형성되어 있다. 소스(49a)와 드레인(49b)은 게이트 전극(48)에 대하여 자기 정합적으로 형성되어 있다. Si3N4막(도시되지 않음)은 SiO2막(50)과 게이트 전극(48) 사이에 형성되어 있다. 또한, 일본 특개평 1-283870)(1989)에 개시된 바와 같이, 게이트 전극(48)과 드레인(49b) 사이의 용량을 감하는 저농도 영역이게이트 전극(48)과 드레인(49b) 사이에 형성될 수 있다.
고체촬상장치의 고감도화를 위한 하나의 방법으로, 제5도에 표시된 바와 같이 전하 검출부(24)의 전하전압을 높일 수 있다. 만약, 부유 확산층(다이오드 D1의 캐소드측 부분)에 전송된 전하량이 Q이면, 부유 확산층에 관계되는 총용량은 C이고, 소스 팔로워 회로의 이득은 G가 되어, 출력전압 V가 V=GQ/C로서 나타날 수 있다. 또, 총용량 C는 용량성분으로, 부유 확산층과 상기 부유 확산층이 형성된 우물과의 결합용량 C1, 부유 확산층과거기에 인접합 리셋 트랜지스터 TR의 게이트 사이의 용량 C2, 부유 확산층과 거기에 인접합 출력 게이트(25)사이의 용량 C3, 부유 확산층과 초단 소스 팔로워 드라이버 트랜지스터 T1의게이트 사이의 (배선 사이의 용량, 배선과 반도체 기판 사이의 용량, 게이트와 초단 소스 팔로워 드라이버 트랜지스터의 채널 사이의 용량을 포함하는)용량 C4, 초단 소스 팔로워 드라이버 트랜지스터의 게이트와 드레인 사이의 용량 C5를 포함한다. 따라서 용량, C의 총용량은 C=C1+C2+C3+C4+C5로 표시될 수 있으며, 이 용량은 전하전압 변환율을 높이기 위하여 감소될 수 있다.
상기 설명된 종래의 구조는 부유 확산층이 FP와 DP 우물 사이의 경계(35)로부터 충분히 떨어져 있고, 초단 소스 팔로워 드라이버 트랜지스터 T1이 FP와 DP 우물 사이의 경계(35)로부터 충분히 떨어져 있는 구조를 요구한다. 더욱 상세하게는 두 종류의 우물이 이온주입 후, 열처리를 통하여 확산되어 횡방향으로 연장되기 때문에 DP 우물은 리셋 트랜지스터 TR, 수평 전송부(23), 출력 게이트(25)와 부유 확산층(31)의 특성에 영향을 미치는 반면, FP 우물은 초단 소스 팔로워 드라이버 트랜지스터 T1의 특성에 영향을 미친다. 이로 인하여, DP 우물과 FP 우물 사이의 경계935)는 부유 확산층(31)과 초단 소스 팔로워 드라이버 트랜지스터 T1로부터 충분히 떨어져 있도록 요구된다. 물론, 경계(35)는 리셋 트랜지스터 TR, 수평 전송부(23)와 출력 게이트(25)로부터도 또한 떨여져 있도록 요구되지만, 이것이 레이아웃의 문제는 아니다. 실제로 제9도에서 표시되는 바와 같이, FP 우물과 DP우물사이의 경계(35)에서, 불순물 농도 프로필은 횡방향으로 약 10㎛에 걸쳐 변화한다. 그러므로, 각각의 FP 우물(53)과 DP 우물(42)의 내의 불순물 농도가 일정하도록 유지하여 안정한 특성을 유지하기 위하여는, 제6도에서와 같이 부유 확산층(31)과 초단 소스 팔로워 드라이버 트랜지스터 T1 사이의 거리가 최소한 10㎛ 정도가 되어야만 한다. 이 결과, 종래의 구조에서는, 부유 확산층과 초단 소스 팔로워 드라이버 트랜지스터 T1의 게이트를 접속하는 배선(33)이 길어져셔, 배선용량 C4(더욱 상세하게는 C4 중에서 배선 사이의 용량과 배선과 반도체 기판 사이의 용량)가 크게 된다. 이러한 이유로 전하 검출부(24)의 전하전압 변환율이 낮아져서 감도도 또한 저하되는 단점이 생긴다.
또한, 초단 소스 팔로워 드라이버 트랜지스터 T1의 게이트와 드레인 사이의 용량 C5가 크다는 다른 문제도 있었다.
더구나, 초단 소스 팔로워 드라이버 트랜지스터 T1의 소스와 드레인 사이의 펀치스루에 의한 도전 때문에, 트랜지스터의 게이트 길이가 단축될 수 없어서, 배선 용량 C4 중에서 초단 소스 팔로워 드라이버 트랜지스터 T1의 게이트와 채털 사이의 용량이 줄어들 수 없다는 것이 또 다른 문제이다.
더우기, 초단 소스 팔로워 드라이버 트랜지스터 T1의 근방에서의 전계집중으로 인하여, 임팩트 이온화 현상에 의한 전자와 정공 쌍이 생겨 큰 소음을 발생기킨다.
따라서, 본 발명의 목적은 선행기술에서의 상기 문제점을 복잡한 제조공정을 포함하지 않고 해결하여 고감도와 저소음 특성을 나타내는 고체촬상장치를 제공하는 데에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 제1도전형의 반도체 기판과, 반도체 기판의 제1도전형에 역도전형인 제2도전형으로 상기 반도체 기판 위에 형성된 우물과, 우물 내에 형성된 제1도전형의 제1반도체층을 가지고 제1반도체층과 우물 사이의 접합면에서 입사광을 신호전하로 변환시키는 기능을 하는 광전변환부와, 우물 내에 형성된 제1도전형의 제2반도체층 및 제2반도체층 하방에 형성되고 우물보다 불순물 농도가 높은 제2도전형의 제3반도체층을 포함하며, 광전변화부로부터 받은 신호전하를 제2반도체층을 통하여 전송하는 기능을 하는 전송부와, 우물 내에 형성된 제1도전형의 제4반도체층으로 구성되고 전송부에 의하여 출력된 신호전하를 받아들이는 기능을 하는 부유확산층과, 부유 확산층에 배선을 통하여 접속된 게이트 전극을 가지고 부유 확산층의 전위에 대응하여 신호전하를 출력하는 기능을 갖는 트랜지스터를 포함하며, 출력 트랜지스터의 채널, 소스, 드레인 영역이 우물 내에 형성되는 고체촬상장치가 제공된다.
상기 고체촬상장치에서, 출력 트랜지스터의 채널, 소스 드레인 영역은 부유 확산층이 형성되어 있는 동일한 우물 내에 형성된다. 그러므로, 출력 트랜지스터와 부유 확산층은 설계규칙이 허용하는 한 그리고 미세공정의 한도까지 서로 가깝게 형성될 수 있다. 그러한 경우에, 부유 확산층과 출력 트랜지스터의 게이트 전극을 접속하는 배선의 길이를 단축할 수 있으므로, 배선에 의한 용량(더욱 상세하게는, 배선 사이의 용량과 배선과 반도체 기판 사이의 용량)이 감소될 수 있다. 따라서, 고체촬상장치는 종래 기술과 비교해 볼 때 감도면에서 향상된다. 더욱, (일반적으로 소스 팔로워 회로를 형성하는) 출력 트랜지스터는 저농도로 도프된 우물 내에 형성되는 것에 의하여 이득면에서 향상된다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 출력 트랜지스터의 소스와 드레인 영역 하방에 우물보다 불순물 농도가 높은 제2도전형의 제5반도체층이 형성된다.
상기 실시예의 고체촬상장치의 경우에 우물보다 불순물 농도가 고농도인 제2도전형의 제5반도체층이 출력 트랜지스터의 소스와 드레인 영역 하방에 형성되기 때문에 전하가 반도체 기판으로부터 소스와 드레인영역으로 유입되는 것이 방지되고 소스 영역으로부터 반도체 기판으로 유출되는 것이 방지된다. 그 결과, 종형 오버플로우 드레인 구조가 우물 내의 트랜지스터에 의하여 형성된다. 게다가, 소스와 드레인 사이의 펀치스루에 의한 도전이 제5반도체층에 의하여 제어되기 때문에, 출력 트랜지스터의 게이트 길이가 단축될 수 있다. 그 결과, 부유 확산층과 출력 트랜지스터의 게이트 전극을 접속하는 배선에 의한 용량중에서 게이트 전극과 채널 사이의 용량이 감소될 수 있다. 따라서, 고체촬상장치가 감도면에서 더욱 향상될 수 있다.
더구나, 다른 실시예에서의 고체촬상장치에서 제5반도체층과 제3반도체층은 동일 층이다.
상기 실시예에서 고체촬상장치에서 제5반도체층과 제3반도체층이 동일 층이기 때문에 그들은 동시에 형성된다. 따라서, 고체촬상장치의 제조를 위한 복잡한 공정이 포함되지 않는다.
일 실시예의 고체촬상장치의 출력 트랜지스터와 소스와 드레인 영역은 제1 도전형의 제 6 반도체층과 제 6 반도체층 하방 및 게이트면 상에 형성되고 불순물 농도가 제 6 반도체층보다 저농도인 제 1 도전형의 제 7 반도체층으로 형성된다.
상기 실시예의 고체촬상장치에서 게이트 전극과 출력 트랜지스터의 드레인 사이의 용량은 저농도로 도프된 제 7 반도체층에 의하여 감소된다. 따라서, 고체촬상장치는 감도면에서 더욱 향상될 수 있다. 더구나, 드레인 근방에서의 전계집중이 제 7 반도체층에 의하여 완화되는 것에 의하여 임팩트 이온화 현상(impact ionization phenomenon)에 따른 전자와 정공 쌍의 발생이 방지될 수 있다. 그 결과, 고체촬상장치의 소음이 감소된다.
일 실시예의 고체촬상장치에서 제 2 반도체층과 제 7 반도체층은 동일 층이다.
청구항 제5항의 고체촬상장치에서 제2반도체층과 제7반도체층이 동일층이기 때문에 그들은 동시에 형성될 수 있다. 따라서, 고체촬상장치의 제조를 위한 복잡한 공정이 포함되지 않는다.
본 발명은 상세한 설명과 첨부된 도면을 참조하면 잘 이해할 수 있는데. 이는 설명만을 위한 것이며 본 발명을 제한하지는 않는다.
본 발명의 고체촬상장치는 실시예를 참조하여 보다 상세하게 아래에 설명되어 있다.
다음의 설명은 제5도에 표시된 등가회로와 동일한 등가회로를 가지는 인터라인 전송형 에어리어 이미지 센서를 예로 하여 이루어진다.
제1(a)도는 본 발명의 일 실시예의 고체촬상장치에서의 초단 소스 팔로워 드라이버 트랜지스터 T1의 단면을 나타내며, 제1(b)도는 고체촬상장치의 광전변환부(21)와 수직 전송부(22)의 단면을, 그리고 제1(c)도는 전하 검출부의 일부 단면도를 나타낸다. 도면에서, n-형 반도체 기판(11), FP(flat p-type) 우물(13), n-형 반도체층(14), p-형 반도체층(15), 광전변환부(21)의 일부를 구성하는 n-형 반도체층(16), 화소분리를 위한 p+-형 반도체층(17), 전극(18), 고농도로 도프된 n-형 반도체인 소스(19a), 고농도로 도프된 n-형 반도체층인 드레인(19b), 채널(19c) 및 차광막(20)이 나타난다. 이 배열에서, p-형 반도체층(15)은 불순물 농도가 FP 우물(13)보다 고농도이고, p-형 반도체층(15)은 불순물 농도가 n-형 반도체층(14)보다 저농도이며, 드레인(19b)는 불순물 농도가 n-형 반도체층(14)보다 고농도이다. 더구나, SiO2막은 번호 10과 29로 나타나며, Si3N4막(도시되지 않음)은 SiO2막(10)과 각 전극(18) 사이에 형성된다.
이 고체촬상장치에서 제1(a)도, 제1(b) 도 및 제1(c)도에서 나타난 바와 같이, 비교적 저농도로 도프된 FP 우물(13)에 초단 소스 팔로워 드라이버 트랜지스터 T1, 부유 확산층(51)(제5도에서의 다이오드 D1의 캐소드측 부분), 광전변환부(21)와 수직 전송부(22)가 형성되며 모두 제2도와 제5도에 나타난다. 제2도는 전하 검출부(54)를 나타내는 평면도이며, 제1(c)도는 제2도에서의 점선 C-C를 따른 단면도이다. 초단 소스 팔로워 드라이버 트랜지스터 T1과 부유 확산층(51)등이 공통 우물(13)에 형성되는 이 배열은 초단 소스 팔로워 드라이버 트랜지스터 T1이 리셋 트랜지스터 TR, 출력 게이트(25)와 부유 확산층(51)에 설계규칙이 허용하는 한도까지 혹은 미세공정의 한도까지 최대한 가깝게 형성되는 것을 가능하게 한다. 이 결과, 부유 확산층과 거기에 접속된 초단 소스 팔로워 드라이버 트랜지스터 T1 사이의 배선용량 C4(더욱 상세하게는 배선 사이의 용량과 배선과 반도체기판 사이의 용량)가 감소될 수 있다. 따라서, 고체촬상장치는 선행기술과 비교하여 볼 때, 감도면에서 향상될 수 있다.
더구나, 제1(b)도에서 나타나는 바와 같이 수직 전송부(22)의 n-형 반도체층(14)의 전송부의 역학을 하는 반면, 수직 전송부(22)의 p-형 반도체층(15)은 n-형 반도체기판(11)으로부터 n-형 반도체층(14)으로의 주입이나 스미어 성분 전하의 유입을 방지하는 역학을 한다. 또한 제1(ㄴ)도에 나타나는 바와 같이, 초단 소스 팔로워 드라이버 트랜지스터 T1의 n-형 반도체층(14)은 트랜지스터 T1의 게이트와 드레인 사이의 용량 C5를 감소시킨다. 따라서, 고체촬상장치는 감도면에서 더욱 향상될 수 있다. n-형 반도체층(14)은 또한 드레인 근방에서의 전계집중을 완화하는 역학을 하며, 임팩트 이온화 현상에 따른 전자와 전공 쌍의 발생을 억제하여, 소음을 감소시키는 기능을 한다. 초단 소스 팔로워 드라이버 트랜지스터 T1의 p-형 반도체층(15)은 n-형 반도체기판(11)으로부터의 소스(19a)와 드레인(19b)으로의 전하의 주입 및 소스(19a)로부터 n-형 반도체기판(11)으로의 전하의 유출을 방지한다. 그 결과, 초단 소스 팔로워 드라이버 트랜지스터 T1은 종형 오버플로우 드레인의 형성을 가능하게 할 정도의 비교적 불순물 농도가 저농도인 FP 우물(13)내에 형성될 수 있다. 게다가 p-형 반도체층(15)은 트랜지스터 T1의 게이트 길이의 단축을 가능하게 하면서, 소스와 드레인 사이의 펀치스루에 의하여 도전을 억제하는 역할을 한다. 그 결과, 배선용량 C4 중의 게이트와 채널 사이의 용량이 감소 될 수 있다. 따라서, 고체촬상장치는 감도면에서 더욱 향상된다.
제2도에서 알 수 있듯이, 이 고체촬상장치의 전하 검출부(54)는 제6도에서와 동일한 구성요소를 포함한다. 그러므로, 제6도에서와 동일한 참조번호에 의하여 동일한 부분이 표시되며 이에 대한 설명은 생락한다.
고체촬상장치는 다음의 방법으로 제조된다. 제3aa도와 3ab도에서 나타난 바와 같이, FP우물(불순물 농도 : 5 × 1014㎝-3, 두께 : 약 3㎛)(13)은 p-형 이온주입공정과 확산공정에 의하여 n-형 반도체기판(11) 상에 형성된다.
그 후, 제3ba도와 제3bb도에서 나타난 바와 같이, 레지스트 R을 표면에 도포하면서 초단 소스 팔로워 드라이버 트랜지스터 T1의 소스와 드레인 영역과 수직 전송부(22)를 형성하기 위한 패터닝을 위하여 포토리소그래피 공정이 행해진다. 계속해서, n-형 반도체층(14)과 p-형 반도체층(15)이 초단 소스 팔로워 드라이버 트랜지스터 T1의 소스와 드레인 영역과 수직 전송부(22)에서 동시에 이온주입에 의하여 형성된다. 따라서, p-형 반도체층이 초단 소스 팔로워 드라이버 트랜지스터 T1과 수직 전송부(22)에 대하여 동시에 형성되는 반면, n-형 반도체층(14)은 초단 소스 팔로워 드라이버 트랜지스터 T1과 수직 전송부(22)에 대하여 동시에 형성된다. 이 과정에서, n-형 반도체층(14)는 표면농도가 2 × 1017㎝-3이고 결합 깊이가 0.4㎛가 되도록 배열되는 반면, p-형 반도체층(15)는 피크농도(peak concentration)가 3 × 1016㎝-3, 피크깊이(peak depth)가 0.9㎛가 되도록 배열된다. n-형 반도체층(14)과 p-형 반도체층(15)이 각각 초단 소스 팔로워 드라이버 트랜지스터 T1의 소스 드레인 영역 및 수직 전송부(22)에서 동시에 이온주입에 의하여 형성되기 때문에 제조공정에서 복잡한 과정이 포함되지 않는다.
그 후, 제3ca도와 3cb에서 나타난 바와 같이, 게이트 산화가 행하여져 SiO2(10)과 Si3N4막(도시되지 않음)을 형성하고, 이어서 화소분리를 위한 p+-형 반도체층(17)에 의한 패터닝과 이온주입이 행하여진다. 또한, 게이트 전극의 재료로서 폴리실리콘이 CVD법 등에 의하여 도포된다. 그 후, 패터닝을 행하여 폴리 실리콘과 Si3N4막이 연속하여 애칭된다. 이 과정에 의하여, 수직 전송부(22)와 수평전송부(도시되지 않음)의 전송전극(18)과 초단 소스 팔로워 드라이버 트랜지스터의 게이트 전극(18)이 형성된다. 이후의 공정에서 게이트 전극(18)은 부유 확산층에 접속됨을 알 수 있다.
그 후, 제3db 도에서 나타난 바와 같이, n-형 반도체층(16)이 패터닝과 이온주입에 의하여 광전변환부(21)에서 형성된다. 그 후, 제3da도와 제3db도에 나타난 바와 같이, 고농도로 도프된 n-형 반도체층인 소스(19a)와 드레인(19b)는 레지스트 R'의 도포, 패터닝 그리고 이온주입에 의하여 형성된다. 이 예에서, 드레인(19b)은 게이트 전극(18)으로부터 0.4㎛만큼 거리를 두도록 형성된다. 이 결과, 게이트와 드레인 사이의 용량 C5는 소스(19a)와 드레인(19b)이 게이트 전극(18)에 대하여 자기정합적으로 형성되는 경우와 비교해 볼 때, 더욱 감소한다.
다음, 제3ea도와 제3eb도에서 나타난 바와 같이, p-형 반도체층(17')이 광전변환부(21)의 암전류을 감소시킬 목적으로 게이트 전극(18)에 대하여 자기 정합적으로 n-형 반도체층(16)의 표면에 형성된다.
그 후, 차광막(20)이 알려진 방법에 의하여 수직 전송부(22)에 형성되고, 따라서 고감도와 저소음을 가지는 고체촬상장치의 제조공정이 완료된다.
실제로, 용량 C4(배선용량, 배선과 반도체 기판 사이의 용량, 초단 소스 팔로워 드라이버 트랜지스터 T1의 게이트와 채널 사이의 용량을 포함)와 용량 C5의 총합이 35%만큼 감소하였다. 이와 비례하여 고체촬상장치는 감도면에서 크게 향상되었다.
이 실시예에서, 초단 소스 팔로워 드라이버 트랜지스터 T1, 광전변환부(21), 수직 전송부(22), 수평 전송부(23) 및 부유 확산층은 모두 FP 우물에 형성되었다. 그러나, 이 모든 것이 선행기술에서 설명된 것처럼, DP 우물에 형성되는 것도 가능하다. 그렇지만, FP 우물이 일반적으로 DP 우물보다 저농도이기 때문에, FP 우물에 형성되는 경우, DP 우물에 형성되는 경우와 비교하여 볼 때, 백케이트 효과가 억제되어 소스 팔로워 회로의 이득이 증가하게 된다. 따라서, 본 실시예의 배열이 더 바람직하다.
본 발명은 첨부된 청구항의 범위에서 다양한 방법으로 변경 가능하고 상기 실시예에 한정되지 않는다.
상기 설명에서 분명하듯이, 본 발명의 고체촬상장치는, 제1도전형의 반도체 기판, 반도체 기판의 제1도전형에 역도전형인 제2도전형으로 반도체 기판위에 형성된 우물과, 상기 우물 내에 형성된 제1도전형의 제1반도체층을 가지고 입사광을 제1반도체층과 우물 사이의 접합면에서 신호전하로 변환시키는 역할을 하는 광전변화부, 상기 우물 내에 형성된 제1도전형의 제2반도체층 및 제2반도체층의 하방에 형성되고 우물보다 불순물 농도가 고농도인 제2도전형의 제3반도체층을 포함하며, 광전변화부로부터 받은 신호전호를 제2반도체층을 통하여 전송하는 역할을 하는 전송부, 상기 우물 내에 형성된 제1도전형의 제4반도체 층으로 형성하고 전송부에 의하여 출력된 신호전하를 받아들이는 역할을 하는 부유 확산층, 배선을 매개로 하여 부유 확산층에 접속된 게이트 전극을 가지고, 부유 확산층의 전위에 대응하여 신호를 출력하는 역할을 하는 출력 트랜지스터를 포함하며, 출력 트랜지스터의 채널, 소스와 드레인 영역은 우물 내에 형성된다. 그러므로, 부유 확산층과 출력 트랜지스터는 설계규칙이 허용하고 미세공정이 허락하는 한 서로 근접하여 형성될 수 있따. 따라서, 부유 확산층과 출력 트랜지스터의 게이트 전극을 접속하는 배선의 길이가 단축가느아하게 되어, 배성에 의한 용량(더욱 상세하게는, 배선의 사이의 용량, 배선과 반도체 기판 사이의 용량)이 감소가능하다. 따라서, 고체촬상장치가 선행기술과 비교해 볼 때, 감도면에서 향상될 수 있다. 더욱, 출력 트랜지스터(일반적으로, 소스 팔로워 회로를 구성)는 저농도로 도프된 우물 내에 형성되는 것에 의하여 이득면에서 향상될 수 있다.
또한, 실시예의 고체촬상장치에는 우물보다 불순물 농도가 고농도인 제2도전형의 제5반도체층이 출력 트랜지스터의 소스와 드레인 영역 하방에 형성된다. 그러므로, 전하가 반도체 기판으로부터 소스와 드레인 영역으로 유입되고 소스 영역으로부터 반도체 기판으로 유출되는 것을 종형 오버플로우 드레인 구조가 우물내의 출력 트랜지스터에 의하여 형성되는 것을 가능하게 하면서 방지할 수 있다. 더구나, 소소와 드레인 사이의 펀치스루에 의한 도전은 제5반도체층에 의하여 제어될 수 있고, 출력 트랜지스터의 게이트 길이가 단축될 수 있다. 그 결과, 부유 확산층과 출력 트랜지스터의 게이트 전극을 접속하는 배선에 의한 용량 중에서 게이트 전극과 채널 사이의 용량이 감소될 수 있다. 따라서, 고체촬상장치가 감도면에서 더욱 향상될 수 있다.
더구나 일 실시예의 고체촬상장치는 제5반도체층과 제3반도체층이 동일층으로 배열되므로 동시에 형성된다. 따라서 고체촬상장치를 제조하는 공정이 복잡하지 않게 된다.
더구나, 실시예의 고체촬상장치는 출력 트랜지스터의 소스와 드레인 영역이 제1도전형의 제6반도체층 및 제6반도체층 하방과 게이트면 상에 형성되고 제6반도체층보다 불순물 농고가 저농도인 제1도전형의 제7반도체층으로 구성되도록 형성된다. 그러한 경우, 출력 트랜지스터의 게이트 전극과 드레인 사이의 용량은 저농도로 도프된 제7반도체층에 의하여 감소될 수 있다. 따라서, 고체촬상장치는 감도면에서 더욱 향상된다. 더구나, 드레인 근방에서의 전계집중이 제7반도체층에 의하여 완화되는 것에 의하여, 임팩트 이온현상 때문에 전자와 전공 쌍이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 고체촬상장치의 소음이 감소될 수 있다.
그리고, 또한, 실시예의 고체촬상장치는 제2반도체층과 제7반도체층이 동일 층으로 되도록 형성된다. 그러므로, 두 층이 동시에 형성된다. 따라서, 고체촬상장치를 제조하는 공정이 복잡하게 되지 않는다.
이렇게 설명된 본 발명이 다양한 방법으로 변화될 수 있음이 분명하다. 그러한 변화는 본 발명의 정신과 영역을 벗어나는 것으로 간주되지 않으며, 모든 변경은 본 분야의 전문가들에게는 다음의 청구항의 영역 내에 포함된다는 것이 자명할 것이다.
Claims (5)
- 제1도전형 반도체 기판(11); 상기 반도체 기판(11)의 제1도전형과 반대인 제2도전형으로 상기 반도체 기판(11)위에 형성된 우물(13); 상기 우물(13)내에 형성된 제1도전형 제1반도체층(16)을 가지며, 상기 제1반도체층(16)과 상기 우물(13)과의 접합면에서 입사광을 신호전하로 변환시키는 역할을 하는 광전변환부(21); 상기 우물(13) 내에 형성된 제1도전형 제2반도체층(14)과, 상기 제2반도체층(14)의 하방에 형성되고 우물(13)보다 불순물 농도가 고농도인 제2도전형 제3반도체층(15)을 포함하며, 상기 광전변환부(21)로부터 받은 신호전하를 상기 제2반도체층(14)을 통하여 전송하는 역할을 하는 전송부(22); 상기 우물(13)내에 형성된 제1도전형 제4반도체층(51)으로 형성되며, 전송부(22)에서 출력된 신호전하를 받는 역할을 하는 부유 확산층(51); 및 배선(33)을 매개로 하여 상기 부유 확산층(51)에 접속된 게이트 전극(18)을 가지며, 부유 확산층(51)의 전위에 대응되는 신호를 출력하는 역할을 하는 출력 트랜지스터(T1)로 구성되는 고체촬상장치에 있어서, 상기 출력 트랜지스터 (T1)의 채널, 소스 및 드레인 영역들(19c, 19a, 19b 및 14)이 우물(13)내로 형성되는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
- 제1항에 있어서, 상기 출력 트랜지스터(T1)의 소스와 드레인 영역들(19a, 19b 및 14)의 하방에 상기 우물(13)보다 불순물 농도가 고농도인 제2도전형 제5반도체층(15)이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
- 제2항에 있?어서, 상기 제5반도체층(15)과 상기 제3반도체층(15)이 동일 층인것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 출력 트랜지스터(T1)의 소스와 드레인 영역들(19a, 19b 및 14)이 제1도전형 제6반도체층(19a, 19b)과, 제6반도체층(19a, 19b)의 하방과 게이트측면에 형성되고 제6반도체층(19a, 19b)보다 불순물 농도가 저농도인 제1도전형 제7반도체층(14)으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
- 제4항에 있어서, 상기 제2반도체층(14)와 상기 제7반도체층(14)이 동일 층인 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
Applications Claiming Priority (4)
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| JP32102392A JP3009975B2 (ja) | 1992-11-30 | 1992-11-30 | シリコン薄膜のドライエッチング方法 |
| JP92-321023 | 1992-11-30 | ||
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| JP5224233A JP2832136B2 (ja) | 1992-12-28 | 1993-09-09 | 固体撮像装置及びその製造方法 |
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