KR100262035B1 - 고체촬상소자의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 마이크로렌즈를 통해 입사되는 빛이 광전환변화부인 포토다이오드(PDN)에 포커싱되도록 빛을 집중시키기에 적당한 고체촬상소자의 제조방법에 관한 것으로, 광전환변환부 및 수직전하전송영역이 교대로 형성된 반도체기판에 제 1절연막을 형성하는 공정과, 제 1절연막 상에 전하전송영역을 덮는 제 1, 제 2전송게이트를 형성하는 공정과, 제 1절연막 상에 제 1, 제 2전송게이트를 덮는 제 2절연막을 형성하는 공정과, 제 2절연막 상에 광전환변환부를 제외한 부위를 덮는 차광막을 형성하는 공정과, 구조를 덮는 보호막을 형성하는 공정과, 보호막 상에 광전환변환부와 대응된 부위에 잔류되도록 소정간격인 아크릴수지층을 형성하는 공정과, 아크릴수지층을 리플로우시키어 코너가 라운딩처리된 렌즈를 형성하는 공정을 구비한 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에서는 포토다이오드 이외로 입사되는 빛을 굴절시키어 빛의 경로를 포토다이오드가 형성된 부위로 집중할 수 있다. 그러므로, 수직전하전송영역(VCCD)에 빛을 차단함으로써 스미어를 방지할 수 있는 잇점이 있다.
Description
본 발명은 고체촬상소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히, 마이크로렌즈를 통해 입사되는 빛이 광전환변화부인 포토다이오드(PD:PhotoDiode)에 포커싱되도록 빛을 집중시키기에 적당한 고체촬상소자의 제조방법에 관한 것이다.
일반적인 고체촬상소자는 빛에 의해 발생되는 전하신호를 전기적 신호로 바꾸는 광전변환을 이용하는 소자로, 포토다이오드(PD:PhotoDiode)와 VCCD(VCCD:Vertical Charge Coupled Devices)로 구성된 단위 셀들로 배열되어 형성된 PD어레이부와, HCCD(HCCD:Horizontal Charge Coupled Devices), 신호검출부를 포함한다.
일반적인 고체촬상소자의 작동을 설명하면 다음과 같다.
우선, 마이크로렌즈를 통하여 집속된 빛이 수광부인 포토다이오드(PD)에 닿으면 광전효과에 의해 전하가 발생되며, 이 전하가 포토다이오드(PD) 아래의 포텐셜 우물에 축적된다. 이렇게 모아진 전하는 전송 게이트(TG:Transfer Gate)에 걸리는 전압에 의해 야기되는 포텐셜의 변화에 의해 전하 이동로인 수직전하전송영역(VCCD) 및 수평전하전송영역(HCCD)를 통하여 순서대로 전달되어 AMP를 통해 출력된다.
도 1a 내지 도 1c 는 종래기술에 따른 고체촬상소자의 제조공정도이다.
도 1a 와 같이, N형의 기판(100)에 그와는 반대 도전형인 P형 불순물이온을 주입하여 P웰(102)을 제조한다. 그리고 통상적인 공정을 통해 소정부위에 N형의 불순물이온을 주입하고 확산시키어 입사되는 빛의 세기에 따라 신호전하를 발생하기 위한 광전환변화부인 포토다이오드(PDN)(104)를 형성한다. 그리고 포토다이오드(PDN)(104) 사이에 동일 도전형인 N형의 불순물이온을 주입하고 확산시키어 포토다이오드(PDN)(104)에서 발생된 신호전하를 수직방향으로 전달하는 전하전송영역인 수직전하전송영역(VCCD)(106)를 형성한다. 즉, 포토다이오드(PDN)(104)와 수직전하전송영역(VCCD)(106)이 교대로 형성되도록 한다.
다음에, 기판의 소정부위에 다른 도전형인 P형 불순물이온을 주입하고 확산시키어 포토다이오드(PDN)(104)를 둘러싸는 채널스톱층(CST :Channel STop layer)(114)을 형성한다.
상기 구조 전면에 ONO(Oxide-Nitride-Oxide)를 이용한 제 1절연막(116)을 형성한다.
이 후, 제 1절연막(116) 상에 다결정실리콘층을 증착 및 식각공정을 진행시키어 제 1전송게이트(118) 및 제 1전송게이트 상부에 제 2전송게이트(120)를 제조한다. 도면에는 도시되어 있지는 않지만, 제 1전송게이트(118) 및 제 2전송게이트(120)는 열산화시키어 표면에 각각의 표면산화막을 형성시킨다.
다음에, 포토다이오드(PDN)(104)의 표면에 P형 불순물이온을 주입하고 확산시키어 포토다이오드(PDN)(104)의 상부 표면에 P형 불순물층인 PDP층(108)을 형성한다.
그리고 제 1전송게이트(118) 및 제 2전송게이트(120)를 포함한 상기 구조 전면을 덮도록 제 2절연막을 형성한다. 여기에서, 제 2절연막은 도면에서 생략되었다.
다음에, 상기 구조에 금속층 증착 및 식각공정을 진행시키어 포토다이오드(PDN)(104)을 제외한 부분을 덮는 차광층(122)을 형성한다.
이어서, 차광층(122)을 포함한 상기 구조 전면을 덮도록 절연물질을 증착하여 보호막(124)을 제조한다.
도 1b 와 같이, 보호막(124)을 덮도록 제 1평탄화층(128)을 형성한 후, 수지를 이용하여 칼라필터층(130)을 제조한다.
도 1c 와 같이, 제 1평탄화층(128) 상에 칼라필터층(130)을 덮도록 제 2평탄화층(132)을 형성한다. 그리고 제 2평탄화층(132) 상에 마이크로렌즈(134)를 제조한다.
따라서, 상술한 바와 같이 마이크로렌즈(134)에 빛이 집속되어 선택적으로 투과되며, 투과된 빛은 광전환변화부인 포토다이오드(PDN)(104)에 입사되고, 이 때, 차광막(122)에 의해 수직전하전송영역(VCCD)(106)에는 빛이 입사되지 못한다.
그러나, 종래기술에서는 조사되는 빛이 마이크로렌즈를 통해 대부분 포토다이오드(PDN)로 입사되지만, 일부인 경사로 들어오는 빛인 사광은 실리콘기판 표면의 절연막(ONO 층)에 의해서 포토다이오드(PDN)이외의 수직전하전송영역(VCCD)으로 입사된다.
따라서, 이러한 사광은 수직전하전송영역(VCCD)에서 전하를 발생시키어 노이즈(noise)로 작용하게 됨으로써 스미어(smear)현상을 발생시키는 문제점이 있었다.
상기의 문제점을 해결하고자, 본 발명의 목적은 마이크로렌즈를 통해 임사되는 빛 중에서 측면으로 입사되는 사광을 굴절시키어 포토다이오드(PDN)로 집속되도록 빛의 경로를 변환가능한 고체촬상소자의 제조방법을 제공하려는 것이다.
본 발명은 마이크로렌즈를 통해 입사되는 빛이 포토다이오드로 집속되도록 포토다이오드와 대응된 부위의 절연막 상에 소정간격인 굴절부를 형성함으로써 사광을 포함한 모든 빛이 포토다이오드 이외의 원하지 않는 부위로 입사되는 것을 방지하려는 것이다.
본 발명의 고체촬상소자의 제조방법은 광전환변환부 및 수직전하전송영역이 교대로 형성된 반도체기판에 제 1절연막을 형성하는 공정과, 제 1절연막 상에 전하전송영역을 덮는 제 1, 제 2전송게이트를 형성하는 공정과, 제 1절연막 상에 제 1, 제 2전송게이트를 덮는 제 2절연막을 형성하는 공정과, 제 2절연막 상에 광전환변환부를 제외한 부위를 덮는 차광막을 형성하는 공정과, 구조를 덮는 보호막을 형성하는 공정과, 보호막 상에 광전환변환부와 대응된 부위에 잔류되도록 소정간격인 아크릴수지층을 형성하는 공정과, 아크릴수지층을 리플로우시키어 코너가 라운딩처리된 렌즈를 형성하는 공정을 구비한 것을 특징으로 한다.
도 1a 내지 도 1c 는 종래기술에 따른 고체촬상소자의 제조공정도이고,
도 2a 내지 도 2d 는 본 발명에 따른 고체촬상소자의 제조공정도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100, 200. 반도체기판 102, 202. 웰
108, 208. PDP 층 114, 214. 채널스톱층
116, 216. 절연막 122, 222. 차광막
124, 224. 보호막 130, 230. 칼라필터층
134, 234. 마이크로렌즈 226. 아크릴수지층
104, 204. 광전환변화부(PDN)
106, 206. 수직전하전송영역(VCCD)
128, 132, 228, 232. 평탄화층
118, 120, 218, 220. 전송게이트
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하겠다.
도 2a 내지 도 2d 는 본 발명에 따른 고체촬상소자의 제조공정도이다.
도 2a 와 같이, N형의 반도체기판(200)에 그와는 반대 도전형인 P형의 불순물이온을 주입하여 p웰(202)을 형성한다.
그리고 통상적인 공정을 통해 소정부위에 입사되는 빛의 세기에 따라 신호전하를 발생하기 위한 광전환변화부인 포토다이오드(PDN)(204)을 형성한다. 다음에, 포토다이오드(PDN)(204) 사이에 포토다이오드(PDN)(204)에서 발생된 신호전하를 수직방향으로 전달하는 수직전하전송영역(VCCD)(206)를 형성한다. 즉, 포토다이오드(204)와 수직전하전송영역(VCCD)(206)은 동일 도전형인 N형의 불순물이온을 주입하고 확산시키어 형성되며, 상술한 포토다이오드(PDN)(204)와 수직전하전송영역(VCCD)(206)은 각기 교대로 형성되도록 한다.
다음에, 기판의 소정부위에 P형 불순물이온을 주입하고 확산시키어 포토다이오드(PDN)(204)를 둘러싸는 채널스톱층(CST:214)을 형성한다. 그리고 상기 구조 전면에 ONO(Oxide-Nitride-Oxide)를 적층하여 제 1절연막(216)을 형성한다.
이 후, 제 1절연막(216) 상에 제 1다결정실리콘층을 증착 및 식각공정을 진행시키어 포토다이오드(PDN)(204)와 대응된 부위를 노출시키는 제 1전송게이트(218)를 형성한 후, 다시 제 2다결정실리콘층을 증착 및 식각공정을 진행시키어 제 1전송게이트(218)를 덮는 제 2전송게이트(220)를 제조한다. 그리고, 도면에는 도시되어 있지는 않지만, 제 1전송게이트(218) 및 제 2전송게이트(220)는 열산화시키어 표면에 각각의 표면산화막을 형성시킨다.
다음에, 포토다이오드(PDN)(204)의 표면에 P형 불순물이온을 주입하고 확산시키어 포토다이오드(PDN)(204)의 상부 표면에 P형 불순물층인 PDP층(208)을 형성한다.
그리고 제 1전송게이트(218) 및 제 2전송게이트(220)를 포함한 상기 구조 전면을 덮도록 제 2절연막(도면에서 생략되었슴)을 형성한 후에, 그 상부에 금속층 증착 및 식각공정을 진행시키어 PDN층(204)을 제외한 부분을 덮는 차광층(222)을 형성한다.
이 후, 차광층(222)을 포함한 상기 구조 전면을 덮도록 절연물질을 증착하여 보호막(224)을 제조한다.
그리고 보호막(224)상에 아크릴수지층(226)을 형성한다. 이 아크릴수지층(226)은 빛을 굴절시키는 성질을 가지며, 상술한 보호막(224)의 굴절율보다도 큰 굴절율을 갖는다.
도 2b 와 같이, 아크릴수지층(226)에 포토다이오드(PDN)(204)과 대응된 부위에 소정간격으로 패턴이 형성된 마스크(도면에 도시되지 않음)를 개입하여 노광 및 현상함으로써 상술한 마스크에 형성된 패턴과 동일한 형상인 굴절부 패턴(226-1)을 형성한다. 이 굴절부 패턴(226-1)는 보호막(224) 상의 포토다이오드(PDN)(204)과 대응된 부위에 적어도 2개 이상 형성된다.
도 2c 와 같이, 굴절부 패턴(226-1)를 열에 의해 리플로우(reflow)시키어 코너가 라운드진 굴절부(226-2)를 형성한다.
본 발명의 굴절부는 고체촬상소자의 제조가 완료된 후, 후술될 마이크로렌즈를 통해 빛 조사 시 비스듬히 조사되는 사광을 굴절시키어 빛을 포토다이오드(PDN)로 집속시키는 역할을 한다. 즉, 굴절부는 조사되는 빛 중에 특히 경사를 가지고 조사되는 빛인 사광을 굴절시키어 빛이 수직전하전송영역(VCCD)에 입사되지 않도록 하는 역할을 한다.
이 후, 보호막(224) 및 각각의 굴절부(226-2)을 덮어 표면이 평탄화되도록 제 1평탄화층(228)을 형성한 후, 수지를 이용하여 칼라필터층(230)을 제조한다.
도 2d 와 같이, 제 1평탄화층(228) 상에 칼라필터층(230)을 덮도록 제 2평탄화층(232)을 형성한다. 그리고 제 2평탄화층(232) 상에 마이크로렌즈(234)를 제조한다.
본 발명은 보호막 상에 빛이 조사되는 부위인 포토다이오드와 대응된 부위에 소정간격으로 아크릴수지 재질의 굴절부를 형성함으로써 조사되는 빛 중에서 특히, 경사를 가지고 조사되는 빛인 사광을 굴절시키어 수직전하전송영역(VCCD)으로 입사될 빛의 경로를 포토다이오드(PDN)로 변환시킨다. 따라서, 빛이 포토다이오드(PDN) 이외의 부위로 빛이 새지 않도록 하여 결과적으로는 포토다이오드(PDN)에 입사되는 광량이 증가되도록 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 굴절부를 이용하여 포토다이오드 이외로 입사되는 빛을 굴절시킴으로써 빛의 경로를 포토다이오드로 전환할 수 있다.
따라서, 불필요한 부위 즉, 수직전하전송영역으로 입사되는 빛을 차단함으로써 스미어를 방지할 수 있는 잇점이 있다.
Claims (1)
- 고체촬상소자의 제조방법에 있어서,광전환변환부 및 수직전하전송영역이 교대로 형성된 반도체기판에 제 1절연막을 형성하는 공정과,상기 제 1절연막 상에 상기 전하전송영역을 덮는 제 1, 제 2전송게이트를 형성하는 공정과,상기 제 1절연막 상에 상기 제 1, 제 2전송게이트를 덮는 제 2절연막을 형성하는 공정과,상기 제 2절연막 상에 상기 광전환변환부를 제외한 부위를 덮는 차광막을 형성하는 공정과,상기 구조를 덮는 보호막을 형성하는 공정과,상기 보호막 상에 상기 광전환변환부와 대응된 부위에 잔류되도록 소정간격인 아크릴수지층을 형성하는 공정과,상기 아크릴수지층을 리플로우시키어 코너가 라운딩처리된 렌즈를 형성하는 공정을 포함한 고체찰상소자의 제조방법.
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