KR0140632B1 - 전하결합소자 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전하결합소자 제조방법에 관한 것으로, 백점 및 암전류를 감소시키기 위한 것이다.

본 발명은 N형 실리콘기판상에 게이트절연층을 형성하는 공정과, 상기 게이트절연층위에 게이트 형성을 위한 도전층을 형성하는 공정, 포토다이오드영역에 해당하는 상기 폴리실리콘층과 게이트절연층 부분을 선택적으로 식각하는 공정, 소정의 이온주입공정을 통해 포토다이오드 N영역과 포토다이오드 P영역 및 P⁺영역으로 이루어진 포토다이오드 영역을 상기 기판 소정영역에 형성하는 공정, 상기 포토다이오드 영역 주변부의 기판표면부위에 산화막을 선택적으로 고온성장시키는 공정, 기판 전면에 절연층을 형성하는 공정, 상기 포토다이오드 영역 상부의 절연층상에 완충절연막을 선택적으로 형성하는 공정, 기판 전면에 광차단층 형성을 위한 금속을 증착하는 공정, 포토다이오드영역 상부의 상기 금속층부분을 선택적을 제거하는 공정, 및 상기 완충절연막을 제거하는 공정을 포함하는 전하결합소자 제조방법을 제공하므로써 CCD영상소자의 주요 불량 모드인 백점 및 암전류불량을 방지하여 CCD영상 소자의 수율 및 성능 향상을 도모한다.

Description

전하결합소자 제조방법

제 1도는 종래의 전하결합소자 제조방법을 도시한 공정순서도.

제 2도는 본 발명에 의한 전하결합소자의 제조방법을 도시한 공정순서도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

2. 산화막 3. 질화막

4. 산화막 5. 폴리실리콘층

6. 산화막 7. BPSG

8. 금속층 9. 포토다이오드 P영역

10. P⁺영역 11. 포토다이오드 N영역

12, 13, 15. 질화막 14. 산화막

본 발명은 전하결합소자(CCD;Charhe Coupled Device)의 제조방법에 관한 것으로, 특히 백점(white defect)및 암전류(dark current)를 극소화시킬 수 있도록 한 전하결합소자의 제조방법에 관한 것이다.

제 1도를 참조하여 종래 기술에 의한 전하결합소자 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제 1도에 (a)에 도시된 바와 같이 N형 기판(100)에 제1P웰(101)을 형성하고, 이 제1P웰(101)의 소정부분에 제 2P웰(102)을 형성하고, 제 2P웰(102)내의 소정 부분에 매몰전하전송소자(BCCD; Buried Charge Coupled Device)채널인 N영역(104)을 형성한다. 이어서 상기와 같은 구조가 형성된 기판상에 게이트절연층으로서, 예컨대 산화막(2)/질화막(3)/산화막(4)으로 이루어진 ONO(Oxide/Nitride/Oxide)구조를 형성하고 이위에 게이트 형성을 위한 도전층으로서 폴리실리콘층(5)을 형성한 후, 포토다이오드영역에 해당하는 상기 폴리실콘층(5)과 ONO구조의 상부산화막(4)과 질화막(3)의 소정부분역을 선택적으로 식각한 다음 이온주입공정을 통해 포토다이오드 N영역(11)과 포토다이오드 P영역(9)및 P⁺영역(10)을 상기 제 1P웰(101)소정영역에 제1도 (b)에 도시된 바와 같이 형성한다.

이어서 기판 전면에 절연 및 중금속 이온으로 인한 오염방지를 위하여 산화막(6)과 BPSG(Boro Phosphorous Silicate Glass)(7)를 차례로 형성한 후, 상기 포토다이오드 N영역(9)상부의 BPSG막(7)부위를 선택적으로 식각해낸다.

다음에 제 1도(c)에 도시된 바와 같이 기판 전면에 광차단층 형성을 위해 금속(8)을 증착한 후, 포토다이오드영역 상부의 금속층 부위를 식각한 다음, 제 1도(d)에 도시된 바와 같이 패시베이션막으로서, PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vap or Deposition)질화막(SiN)(12)을 기판 전면에 형성함으로써 포토다이오드영역(PD)과 수직CCD(Vertical CCD)영역(VCCD)을 포함하는 전하결합소자를 제조한다.

상술한 종래기술에 있어서는 광차단층으로 사용되는 금속의 증착공정후 수광부인 포토다이오드영역 상부의 상기 금속층을 식각하는 과정에서 포토다이오드영역이 Fe, Cu등의 중금속이온의 오염으로 인한 직접적인 손상을 받게 된다. 이러한 중금속이온으로 인한 오염은 CCD영상소자의 주불량인 백점(CCD화상상에 나타나는 밝은 점)및 암전류(빛이 없는 어두운 상태에서 흐르는 출력전류)발생의 근복적인 원인으로 작용한다.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, CCD의 백점 및 암전류를 감소시킬 수 있는 전하결합소자의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전하결합소자 제조방법은 N형 실리콘기판상에 게이트절연층을 형성하는 공정과, 상기 게이트절연층위에 게이트 형성을 위한 도전층을 형성하는 공정, 포토다이오드 영역에 해당하는 상기 폴리실리콘층과 게이트절연층 부분을 선택적으로 식각하는 공정, 소정의 이온주입공정을 통해 포토다이오드 N영역과 포토다이오드 P영역 및 P⁺영역으로 이루어진 포토다이오드 영역을 상기 기판 소정영역에 형성하는 공정, 상기 포토다이오드 영역 주변부의 기판표면부위에 산화막을 선택적으로 고온성장시키는 공정, 기판 전면에 절연층을 형성하는 공정, 상기 포토다이오드 영역 상부의 절연층에 완충 절연막을 선택적으로 형성하는 공정, 기판 전면에 광차단층 형성을 위한 금속을 증착하는 공정, 포토다이오드영역 상부의 상기 금속층부분을 선택적으로 제거하는 공정, 및 상기 완충절연막을 제거하는 공정을 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

제 2도에 본 발명에 의한 전하결합소자의 제조방법을 공정순서에 따라 도시하였다.

먼저, 제2도에 (a)에 도시된 바와 같이 N형 실리콘기판(100)에 제1P웰을 형성하고, 이 제1P웰(101)의 소정부분에 제2P웰(102)내의 소정부분에 매몰전하전송소자(BCCD; Buried Charge Coupled Device)채널인 N영역(104)을 형성한다. 이어서 상기와 같은 구조가 형성된 기판상에 게이트절연층으로서, 예컨대 산화막(2)/질화막(3)/산화막(4)으로 이루어진 ONO(Oxide/Nitride/Oxide)구조를 형성하고 이위에 게이트 형성을 위한 도전층으로서 폴리실리콘층(5)을 형성한 후, 포토다이오드 영역에 해당하는 상기 폴리실리콘층(5)과 ONO구조의 상부산화막(4)과 질화막(3)의 소정부분역을 선택적으로 식각한 다음 이온주입공정을 통해 포토다이오드 N영역(11)과 포토다이오드 P영역(9)및 P⁺영역(10)을 상기 제1P웰(101)소정영역에 형성한다.

다음에 기판상에 산화방지마스크층으로서 질화막(13)을 약 775℃의 온도에서 약 1200Å정도의 두께로 형성한 후, 포토다이오드 영역의 주변부의 질화막(13)부분을 선택적으로 식각하고 포토다이오드영역 상부에만 질화막(13)을 남긴다.

이어서 제 2도(b)에 도시된 바와 같이 상기 질화막(13)을 산화방지마스크층으로 이용하여 900-950℃의 온도에서 90-100분간 산화공정을 실시하여 질화막이 식각된 부분, 즉, 포토다이오드 주변 영역상에 5000-6000Å두께의 산화막(14)을 형성한 후, 상기 질화막을 제거한다.

다음에 제2도 (c)에 도시된 바와 같이 기판 전면에 절연 및 중금속 이온으로 인한 오염방지를 위하여 산화막(6)과 BPSG(Boro Phosphorous Silicate Glass)층(7)을 차례로 형성한 후, 상기 포토다이오드 영역 상부의 BPSG층(7)부위를 선택적으로 식각해낸다.

이어서 제 2도(d)에 도시된 바와 같이 기판 전면에 완충절연막 역할을 하는 질화막(15)을 775℃정도의 온도로 1200-1500Å의 두께로 형성한 후, 이를 선택적으로 식각하여 포토다이오드 영역 상부에만 남도록 한 다음, 기판 전면에 광차단층 형성을 위한 금속층(8)을 증착한다.

다음에 제2도(e)에 도시된 바와 같이 포토다이오드영역 상부의 상기 금속층부분을 선택적을 제거하고 이어서 질화막(15)을 제거해낸다.

이어서 제2도(f)에 도시된 바와 같이 패시베이션막으로서, PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)질화막(SiN)(12)을 기판 전면에 형성한다.

이상과 같이 본 발명은 종래 포토다이오드영역 상부의 산화막상에 광차단막 형성을 위한 금속을 직접 증착하고 식각함으로써 발생하는 중금속 오염의 가능성을 포토다이오드 영역상에 완충막으로서 질화막을 형성한 다음 이위에 금속을 증착하고 식각하는 방법으로 제거한다. 즉, 금속층 하부에 완충막을 형성하여 포토다이오드영역이 중금속이온에 의해 오염되는 것을 방지하는 것이다.

암전류 발생의 주유형은 중금속 이온에 의한 오염에 의해 기판과 기판상에 형성된 산화막사이의 경계면을 통하여 흐른다. 이 기판과 산화막의 계면을 흐르는 누설전류를 P웰과 접촉되어 접지와 연결되어 있는 포토다이오드 P(P⁺)영역이 흡수, 억제한다. 즉, 포토다이오드 표면에 얕은 P⁺영역을 형성하여 표면상태를 미리 정공(hole)으로 채워 표면 결합들이 누설전류원으로 작용하지 못하게 하는 것이다.

본 발명은 상술한 바와 같이 포토다이오드 부분의 포토다이오드 P영역상의 산화막을 부분적으로 고온성장시켜 P⁺층이 있는 포토다이오드P(P⁺)영역과 산화막사이의 계면을 넓혀 암전류를 P⁺층으로 보다 많이 흡수하여 압전류를 감소시킨다.

이상 상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 빛을 수광하는 포토다이오드부분의 금속과 포토다이오드 상부의 산화막사이에 완충막으로 질화막을 사용하여 금속의 식각공정을 진행함으로써 백점 및 암전류의 발생원인인 포토다이오드의 중금속이온으로 인한 오염을 방지할 수 있다.

또한, 포토다이오드P(P⁺)영역과 실리콘기판과의 계면을 넓히기 위해 포토다이오드 주변부에 산화막을 고온성장시킴으로써 산화막과 실리콘기판 계면을 흐르는 누설전류를 보다 많이 P⁺영역으로 흡수되도록 하여 암전류를 감소시킬 수 있게 된다.

이에 따라 CCD영상 소자의 주요 불량 모드인 백점 및 암전류불량을 방지할 수 있게 되므로 CCD영상소자의 수율 및 성능 향상을 도모할 수 있게 된다.

Claims (5)

1. N형 실리콘기판상에 게이트절연층을 형성하는 공정과,

   상기 게이트절연층위에 게이트 형성을 위한 도전층을 형성하는 공정,

   포토다이오드영역에 해당하는 상기 폴리실리콘층과 게이트절연층 부분을 선택적으로 식각하는 공정,

   소정의 이온주입공정을 통해 포토다이오드 N영역과 포토다이오드 P영역 및 P⁺영역으로 이루어진 포토다이오드 영역을 상기 기판 소정영역에 형성하는 공정,

   상기 포토다이오드 영역 주변부의 기판표면부위의 산화막을 선택적으로 고온성장시키는 공정,

   기판 전면에 절연층을 형성하는 공정,

   상기 포토다이오드 영역 상부의 절연층상에 완충절연막을 선택적으로 형성하는 공정,

   기판 전면에 광차단층 형성을 위한 금속을 증착하는 공정,

   포토다이오드영역 상부의 상기 금속층부분을 선택적으로 제거하는 공정, 및

   상기 완충절연막을 제거하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전하결합소자 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 게이트 절연층을 ONO막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 전하결합소자 제조방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 포토다이오드 영역 주변부의 기판표면부위에 산화막을 선택적으로 고온성장시키는 공정은 기판상에 산화방지마스크층을 형성한 후, 포토다이오드영역의 주변부의 산화방지 마스크층 부분을 선택적으로 식각하고 포토다이오드영역 상부에만 산화방지마스크층을 남긴 다음 산화공정을 실시하여 산화방지마스크층이 식각된 부분인 포토다이오드 주변 영역상에만 산화막을 형성하는 것임을 특징으로 하는 전한결합소자 제조방법.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 산화방지마스크츠은 질화막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 전하결합소자 제조방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 완충절연막은 질화막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 전하결합소자 제조방법.