KR0172836B1 - 씨씨디 영상소자의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 CCD 영상소자의 제조방법에 관한 것으로, BCCD영역과 PDN영역을 하나의 공정으로 동시에 형성하여 공정을 단순화시키고, 포토다이오드 영역과 전하전송 영역을 최대한 확보할 수 있어서, 마이크로 렌즈를 통해 들어온 빛을 최대한 수광할 수 있으며, 전하전송 효율을 향상시키는데 적당한 CCD 영상소자의 제조방법을 제공하기 위함이다. 이를 위한 본 발명의 CCD 영상소자의 제조방법은 초기산화막이 형성된 반도체 기판의 특정영역에 제1 P형 웰을 형성하는 공정과, 상기 제1 P형 웰내의 소정영역에 제2 P형 웰을 형성하는 공정과, 상기 제2 P형 웰을 포함한 제1 P형 일상에 N형 불순물 이온주입을 실시하여 매몰형 N형 불순물영역(BCCD)과 N형 포토다이오드 영역을 동시에 형성하는 공정과, 상기 제2 P형 웰 양측의 소정부분과 상기 매몰형 N형 불순물영역의 소정부분이 공유되도록 채널스톱층을 형성하는 공정을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

Description

씨씨디 영상소자의 제조방법

제1도는 일반적인 CCD 영상소자의 레이아웃도.

제2도는 일반적인 CCD 영상소자의 트랜스퍼 게이트 전극 레이아웃도.

제3도 (a)~(j)는 제2도의 X-Y단면에 따른 종래 CCD 영상소자의 공정단면도.

제4도 (a)~(i)는 제2도의 X-Y 단면에 따른 본 발명의 CCD영상소자의 공정단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

21 : 반도체기판 22 : 초기산화막

23 : 제1 P형 웰 24 : 제2 P형 웰

25 : n형 BCCD영역 26 : 채널스톱층

27 : 게이트 절연막 28 : 게이트 전극

29 : 층간 산화막 30 : P형 포토다이오드 영역

31 : 고온저압 산화막 32 : 금속 차광층

33 : P-SiN층 34 : 평탄화용 산화막

35 : 마이크로 렌즈

본 발명은 CCD(Charge Coupled Device)영상소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 영상신호 출력(VSO:Video Signal Output)과 전하전송 효율(CTE:Charge Transfer Efficiency)을 향상시키는데 적당한 CCD영상소자의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 CCD와 같은 주사기구를 이용하여 신호를 주사하는 방식으로는 인터레이스(Interlace)방식과 비인터레이스(Non-interlace)방식이 있다.

상기 방법중 비인터레이스 방식은 한 프레임(Frame)이 복수개의 필드(field)로 구성되어 있어 입력되는 필드 데이터순으로 화면에 순차적으로 주사하고, 인터레이스 방식은 한 프레임이 우수필드(Even field)와 기수필드(Odd field)로 구성되어 기수필드와 우수필드의 데이터가 교대로 주사되는데, 입력되는 데이터 순서대로 먼저 기수필드의 데이터가 주사되고 이어 우수필드의 데이터가 주사된다.

따라서, 상기 비인터레이스 방식은 주사속도가 빠르므로 빠르게 움직이는 물체의 실제화상을 정확하게 포착할 수 있어 군용장비에 사용되고, 인터레이스 방식은 비인터레이스 방식에 비해 주사속도가 느려 화상이 안정감이 있으므로 주로 NTSC방식이나 PAL방식 TV의 화면 주사에 사용된다.

이와 같은 인터레이스 방식의 일반적인 CCD영상소자는 제1도에 도시된 바와 같이, 실리콘과 같은 반도체 기판상에 일정간격을 갖고 매트릭스(Matrix)형태로 배열되어 빛의 신호를 전기적인 신호로 변환하여 영상신호 전하를 생성하는 복수개의 포토다이오드 영역과, 수직방향의 포토다이오드 영역 사이에 각각 형성되어 상기 포토다이오드 영역에서 생성된 영상신호 전하를 수직방향으로 전송하기 위한 복수개의 수직전하 전송영역(VCCD:Vertical CCD)과, 상기 수직전하 전송영역의 하측에 수평방향으로 형성되어 수직전하 전송영역에서 수직방향으로 전송된 영상신호 전하를 수평방향으로 전송하는 수평전하 전송영역(HCCD : Horizontal)과, 수평방향 전송영역(HCCD)에서 전송된 전하를 센싱하는 센싱앰프(Sensing Amp)로 구성되어 화상신호를 생성하는 촬상소자이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 종래의 CCD영상소자의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

첨부도면 제2도는 일반적인 CCD영상소자의 레이아웃도이고, 제3도 (a)∼(j)는 제2도의 X-Y단면에 따른 종래 CCD영상소자의 공정단면도이다.

먼저, 제3도 (a)에서와 같이, n형 반도체 기판(1)상에 O.N.O(Oxide-nitride-Oxide)구조를 위해 표면산화를 실시하여 산화막(2)을 형성하고, 제3도 (b)에서와 같이, 상기 산화막(2) 전면에 제1감광막(도시하지 않음)을 도포하여 제1 P형 웰 영역을 형성하기 위해 노광 및 현상공정으로 제1 감광막을 패터닝하고, 패터닝된 제1 감광막을 마스크로 이용하여 고농도 불순물 이온주입에 종해 제1 P형 웰 영역(3)을 형성한 다음 제거되지 않은 제1 감광막을 제거한다.

이어, 제3도 (c)에서와 같이, 전면에 제2 감광막(도시하지 않음)을 도포한 후, 노광 및 현상공정으로 선택적으로 제거하고, 상기 제2 감광막을 마스크로 이용한 고농도 불순물 이온주입을 통해 상기 제1 P형 웰(3)내의 소정부분에 제2 P형 웰(4)을 형성한 후, 제거되지 않는 제2 감광막을 제거한다.

이때, HCCD영역에도 P형 웰이 형성되는데 도면에는 도시되지 않는다.

이어서, 제3도 (d)에 도시된 바와같이, 전면에 제3 감광막(도시하지 않음)을 도포하고, 후 공정에서 형성될 포토다이오드(PD)영역과, 전하전송 영역과의 격리를 위해 상기 제 3 감광막을 선택적으로 제거한 후, 이를 마스크로 하여 상기 제2 P형 웰(4) 양측의 제1 P형 웰(3)내에 불순물 이온주입을 실시하여 채널스톱층(CST : Channel Stop)(5)을 형성한다.

이후, 제거되지 않은 제3감광막을 제거한 후, 제3도 (e)에서와 같이, 수직전하 전송영역(VCCD)을 형성하기 위해, 즉 포토다이오드에 의해 수광된 빛을 전송하기 위한 매몰형 CCD(BCCD)영역을 상기 제2 P형 웰(4)내의 일정영역에 형성하기 위해 제4 감광막(도시하지 않음)을 마스크로 이용한 불순물 이온주입으로 매몰형 CCD영역(BCCD)(6)을 형성한다.

이어, 표면산화 공정에 의해 형성된 산화막(2) 전면에 제3도 (f)에서와 같이, 나이트라이드 증착 및 나이트라이드 산화를 실시함으로써 O.N.O 구조를 갖는 게이트 산화막(7)을 형성한다.

이어, 제3도 (g)에서와 같이, 전면에 게이트용 폴리실리콘을 증착하고, 사진식각 공정을 통해 상기 폴리실리콘을 패터닝하여 게이트 전극(8)을 형성한다.

이후, 상기 게이트 전극(8)를 외부로부터 격리시키기 위해 게이트 전극(8) 상부에 층간산화막(IPO : Inter Poly Oxide)(9)을 형성한다.

이어, 제3도 (h)에서와 같이, 후공정에서 형성될 마이크로 렌즈(micro-lens)를 통해 입사된 빛을 저장하기 위한 N형 포토다이오드(PDN) 영역을 상기 제1 P형 웰(3)의 양측 가장자이에 형성하기 위해 제6 감광막(도시하지 않음)을 도포한 후, 패터닝한다.

패터닝된 제6 감광막을 마스크로 이용한 저농도 불순물 이온주입을 실시하여 N형 포토다이오드(PDN)영역(10)을 형성한다.

이어, 제3도 (i)에서와 같이, 상기 층간산화막(9)을 포함한 게이트 산화막(7) 전면에 제7감광막(도시하지 않음)을 도포하고, 상기 N형 포토다이오드 영역(10)을 소자표면과 격리시키기 위해 접합전위차(Junction Potential)을 이용하여 상기 N형 포토다이오드 영역(10)과 채널스톱층(5)을 공유할 수 있도록 P형 포토다이오드(PDP)영역(11)을 형성한다.

이후, 제거되지 않은 제7감광막을 제거한 후, 제3도 (j)에서와 같이, 층간산화막(9)을 포함한 게이트 산화막(7) 전면에 고온저압 조건에 의한 산화막(HLD : High-temperature Low-pressure Deposition)(12)을 증착하고, 상기 산화막(12) 전면에 수광영역을 제외한 부분으로 빛이 입사되는 것을 방지하기 위해 금속차광층(13)을 형성한다.

이어서, 상기 금속차광충(13)상에 제 8 감광막(도시하지 않음)을 도포하여 패터닝한 다음, 노광 및 현상공정을 통해 불필요한 부분의 금속차광막(13)을 제거하고, 상기 금속차광막(13)을 포함한 고온저압 산화막(12)상에 P-SiN층(14)을 증착한다.

이때, P-SiN층(14)은 H기가 다량 포함된 것으로써, 플라즈마(Palsma) CVD로 형성된 실리콘 나이트라이드를 지칭하는 것으로써, H기가 다량 포함되어 있기 때문에 화학적으로는 Si_xN_yH_z으로 표현된다.

이와 같은 P-SiN층(14)은 전하의 누설을 방지하여 전하전송 효율을 증대시키기 위해 사용된다.

이어서, 상기 P-SiN층(14) 전면에 평탄화용 산화막(15)을 증착하고, 상기 평탄화용 산화막(15) 상부의 포토다이오드 영역상에 마이크로 렌즈(16)를 형성하면 종래 기술에 따른 제조공정이 완료된다.

그러나 상기와 같은 종래 CCD영상소자의 제조방법은 N형 포토다이오드 영역이 한정되어 있어서, 많은 양의 빛을 수광할 수 없으며, 매몰형 CCD영역(BCCD) 또한 작기 때문에 전하전송 효율(CTE)이 불량한 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, N형 포토다이오드 영역 및 전하전송 영역을 최대한 확보하여 빛의 수광 및 전하전송 효율을 향상시키고, 상기 N형 포토다이오드 영역 형성공정과 전하전송 영역 형성공정을 하나의 공정으로하여 공정을 단순화함으로써 생산성을 증대시키는데 적당한 CCD영상소자의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 CCD영상소자의 제조방법은 초기 산화막이 형성된 반도체 기판의 특정영역에 제1 P형 웰을 형성하는 공정과, 상기 제1 P형 웰내의 소정영역에 제2 P형 웰을 형성하는 공정과, 상기 제2 P형 웰을 포함한 제1 P형 웰상에 N형 불순물 이온주입을 실시하여 매몰형 N형 불순물영역(BCCD)과 N형 포토다이오드 영역을 동시에 형성하는 공정과, 상기 제2 P형 웰 양측의 소정부분파 상기 매몰형 N형 불순물영역의 소정부분이 공유되도록 채널스톱층을 형성하는 공정을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 CCD영상소자의 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부도면 제4도 (a)~(i)는 제2도 X-Y단면에 따른 본 발명의 CCD영상 소자의 공정단면도로써, 먼저 제4도 (a)에서와 같이, n형 반도체 기판(21)상에 O.N.O구조를 위한 표면산화를 실시하여 산화막(22)을 형성하고, 제4도 (b)에서와 같이, 상기 산화막(22) 전면에 제1 감광막(도시하지 않음)을 도포한 후, 노광 및 현상공정에 의해 선택적으로 제거한 후, 이를 마스크로 이용한 고농도 불순물 이온주입을 실시하여 제1 P형 웰(23)을 형성한 후 제거되지 않은 제1 감광막을 제거한다.

이어서, 제4도 (c)에서와 같이, 전면에 제2 감광막(도시하지 않음)을 도포한 후, 상기 제1 P형 웰(23)내의 소정부분에 제2 P형 웰을 형성하기 위해 상기 제2 감광막을 노광 및 현상공정에 의해 선택적으로 제거하고, 이를 마스크로 하여 고농도 불순물 이온주입에 의해 제2 P형 웰(24)을 형성한 후, 제거되지 않은 제2 감광막을 제거한다.

이때, HCCD영역에도 P형 웰이 형성되는데 도면에는 도시되지 않는다.

이어, 제4도 (d)에서와 같이, N형 포토다이오드 영역과 상기 포토다이오드 영역에 의해 수광된 빛을 전송하기 위한 매몰형 CCD영역(이하, BCCD라 칭함)을 형성하기 위해 제3 감광막(도시하지 않음)을 도포하여 패터닝한 후, 이를 마스크로 불순물 이온주입을 주입하여 BCCD영역(25)을 형성한다.

이때, 상기 BCCD영역(25)의 일부는 N형 포토다이오드 영역으로도 사용되는데, 상기 BCCD영역과 포토다이오드영역은 동일 도전형의 불순물이고, 도즈(dose)량도 비슷하다.

이어서, 채널스톱층(CST)을 형성하기 위해 제4도 (e)에서와 같이, 전면에 제4 감광막(도시하지 않음)을 도포하여 BCCD영역(25)내의 소정부분과 제1 P형 웰(23)의 소정부분을 공유하도록 상기 제4 감광막을 노광 및 현상공정으로 패터닝한 후, 상기 제4 감광막을 마스크로 이용한 불순물 이온 주입으로 채널스톱층(26)을 형성한다.

이어, 제4도 (f)에서와 같이, 상기 결과물 전면에 O.N.O구조를 위한 나이트라이드의 증착 및 산화공정을 실시하여 게이트 산화막(22)을 형성하고, 제4도 (g)에서와 같이, 전면에 게이트용 폴리실리콘을 증착한 후, 포토리소그래피(photolithography) 공정을 통해 게이트전극(28)을 형성한다.

이후, 상기 게이트전극(28)을 외부로부터 격리시키기 위해 게이트 전극 상부에 층간산화막(29)을 형성한다.

이어, 제4도 (h)에서와 같이, 층간산화막(29)을 포함한 게이트 산화막(27) 전면에 고온저압 산화막(31)을 증착하고, 상기 고온저압 산화막(31) 전면에 금속차광층(32)을 형성한 다음, 제7 감광막(도시하지 않음)을 도포하고, 불필요한 부분의 금속차광층(32)을 제거하기 위해 상기 제7 감광막을 노광 및 현상공정으로 패터닝한 후, 이를 마스크로 금속차광층(32)을 선택적으로 식각한다.

이어, 상기 금속차광층(32)을 포함한 고온저압 산화막(31) 전면에 P-SiN층(33)을 증착하는데, 이때 상기 P-SiN층(33)은 표면부 실리콘의 불완전한 결합상태를 H기가 다량 포함한 P-SiN층(33)을 증착하여 실리콘 격자간의 연결고리를 메꿔줌으로써 안정화시킬 수 있다.

이어서, 상기 P-SiN층(33)상부에 평탄화용 산화막(34)을 증착하고, 상기 평탄화용 산화막(34)상부에 마이크로 렌즈(35)를 형성시킴으로써 공정을 완료한다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 CCD영상소자의 제조방법은 BCCD와 포토다이오드(PDN)를 하나의 공정으로 형성하여 공정을 단순화함으로써 생산성을 향상시키며, 상기 포토다이오드 영역과 전하전송 영역(BCCD)을 최대한 확보할 수 있어 마이크로 렌즈를 통해 들어온 빛을 최대한 수광할 수 있으며, 아울러 전하전송 효율(CTE)이 향상되는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 초기산화막이 형성된 반도체 기판의 특정영역에 제1 P형 웰을 형성하는 공정과, 상기 제1 P형 웰내의 소정영역에 제2 P형 웰을 형성하는 공정과, 상기 제2 P형 웰을 포함한 제1 P형 웰상에 N형 불순물 이온주입을 실시하여 매몰형 N형 불순물영역(BCCD)과 N형 포토다이오드 영역을 동시에 형성하는 공정과, 상기 제2 P형 웰 양측의 소정부분과 상기 매몰형 N형 불순물영역의 소정부분이 공유되도록 채널스톱층을 형성하는 공정을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 CCD 영상소자의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 포토다이오드 영역은 상기 채널스톱층 일측에 형성되는 것을 특징으로 하는 CCD 영상소자의 제조방법.