KR100309637B1 - 씨씨디형고체촬상장치 - Google Patents

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KR100309637B1
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야스타카 나카시바
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가네꼬 히사시
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Abstract

수직 전하 전송부의 인접한 전하 전송전극들 사이에 형성된 포텐셜 웰과, 수평 전하 전송부의 인접한 전하 전송전극들 사이에 형성된 포텐셜 웰과, 수직 전하 전송부와 수평 전하 전송부 사이의 접속영역에 형성된 포텐셜 웰이 균일하게 되어 있는 고체 촬상장치를 공개한다. 수직 전하 전송부의 전하 전송전극 사이에 있는 영역의 불순물 농도와, 수평 전하 전송부의 전하 전송전극 사이에 있는 영역의 불순물 농도와, 수직 전하 전송부와 수평 전하 전송부 사이의 접속영역에 있는 불순물 농도는 포텐셜 웰이 서로 동일하게 되도록 전극에 공급된 구동펄스의 전극간 거리와 진폭 및 포텐셜을 기초로 하여 서로 독립적으로 설정되어 있다.

Description

씨씨디형 고체 촬상장치
본 발명은 CCD형 고체 촬상장치에 관한 것으로서, 특히 수직 및 수평 전하 전송부의 전하 전송전극이 단층 구조로서 형성되어 있는 CCD형 고체 촬상장치에 관한 것이다.
최근 미세 제조기술의 발전에 따라, CCD형 고체 촬상장치의 각각의 전하 전송전극을 그 사이에 미세 간격을 두고 형성할 수 있게 되었고, 또한 이러한 사실 때문에 전기 전도성 전극재료를 에칭함으로써 전극간 거리 또는 간격이 0.2 내지 0.3㎛인 단층 전극구조를 갖는 전하 전송장치를 형성할 수 있게 된다.
이러한 전하 전송장치의 단층 전극구조의 전송전극 사이에는 중첩부가 없기 때문에 전극간 용량이 작고 또 실제로 전극 사이에 단락이 발생하지 않는다는 이점이 있다. 또한, 중첩부에서 필요로 하는 층간막을 형성하기 위해 전극을 산화하기 위한 산화단계를 필요로 하지 않기 때문에 전극 재료로서 폴리실리콘막, 금속막 또는 실리사이드막을 사용할 수 있으며 이로 인하여 전하 전송전극의 저항을 감소시킬 수 있다는 또하나의 이점이 있다.
그러나, 단층 전극구조를 갖는 전하 전송장치에서는 각각의 전하 전송전극이 에칭의 정밀도에 의해 결정되는 간격으로 배열되므로 전하 전송전극에 의해 덮이는 영역과 덮히지 않는 영역이 있을 수 있고 또 포텐셜 웰(potential well)이 도 10a에 도시된 바와 같이 덮히지 않는 영역에 형성될 수가 있다. 포텐셜 웰의 깊이가 깊을수록 도 10b에 도시된 바와 같이 인접한 전극간의 거리를 더 길게 할 것을 요구한다. 게다가, 포텐셜 웰의 형상 및 깊이는 전하 전송전극 사이의 포텐셜차의 변화에 의존하고, 또 포텐셜차가 크면 포텐셜 웰이 도 10c에 도시된 바와 같이 포텐셜 변조효과로 인하여 얕아지게 된다.
포텐셜 웰을 더 얕게 만들기 위하여, 포텐셜 웰이 이온 주입에 의해 형성되는 영역에서의 포텐셜을 조절해야 하는 것으로 생각된다. 도 11a 및 11b는 그러한 이온 주입을 수행할 때의 포텐셜 웰의 변화를 도시하는 데, 여기서 이온 주입이 너무 작은 경우의 포텐셜과, 이온 주입이 적절한 경우의 포텐셜과, 이온 주입이 과다한 경우의 포텐셜을 도시하고 있다.
도 11a 및 11b에서 명백히 나타난 바와 같이, 이온 주입량이 너무 작으면, 포텐셜 웰의 깊이를 감소시키는 효과가 낮고, 반면 이온 주입량이 너무 많으면 포텐셜 장벽(barrier)이 형성될 수 있다. 따라서, 그러한 영역으로 최적의 이온량을 주입할 필요가 있다. 그러나, 최적의 이온량은 전술한 바와 같이 인접한 전극간의 거리뿐만 아니라 전극에 인가되는 구동펄스의 크기에도 의존한다. 그러므로, 수직 전하 전송부의 전극간 거리가 수평 전하 전송부의 전극간 거리와 다른 경우 또는 수직 전하 전송부의 전극에 인가되는 구동펄스의 크기가 수평 전하 전송부에 인가되는 구동펄스의 크기와 다른 경우에, 수직 전하 전송부에서의 최적의 이온주입량이 수평 전하 전송부의 최적의 이온주입량과는 다르다.
예를 들면, 수직 전하 전송부의 이온주입량이 최적이면, 수평 전하 전송부에서의 이온주입량이 작아지며, 따라서 포텐셜 웰의 깊이의 감소효과가 불충분하게 되고 또 신호 전하의 일부분이 전송되지 않고 남아 있을 수 있고, 반면에 수평 전하 전송부에서의 이온주입량이 최적이면, 수직 전하 전송부에서의 이온주입량이 과다하게 되어서 포텐셜 장벽이 형성된다.
따라서, 수직 및 수평 전하 전송부에서 포텐셜 장벽을 형성하지 않고 포텐셜 웰의 깊이를 충분히 감소시킬 수 있는 전하 전송장치가 크게 요구된다.
본 발명의 목적은 수직 및 수평 전하 전송부에서 포텐셜 장벽을 형성하지 않고 포텐셜 웰의 깊이를 충분히 감소시킬 수 있는 전하 전송장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 수직 전하 전송부의 전하 전송전극 사이와, 수평 전하 전송부의 전하 전송전극 사이와, 수직 전하 전송부와 수평 전하 전송부 사이에 형성된 포텐셜 웰을 균일하게 감소시킴으로써 우수한 전하 전송효율을 갖는 고체 촬상장치를 제공하는 데 있다.
제1도는 본 발명의 실시예에 의한 고체 촬상장치의 평면도.
제2a도 내지 제2g도는 제1도에 도시된 고체 촬상장치의 제조단계의 실시예를 도시하는 도면.
제3a도 내지 제3g도는 제1도에 도시된 고체 촬상장치의 제조단계의 다른 실시예를 도시하는 도면.
제4a도 내지 제4f도는 제1도에 도시된 고체 촬상장치의 제조단계의 또다른 실시예를 도시하는 도면.
제5도는 본 발명의 다른 실시예에 의한 고체 촬상장치의 평면도.
제6a도 내지 제6g도는 제5도에 도시된 고체 촬상장치의 제조단계의 실시예를 도시하는 도면.
제7a도 내지 제7g도는 본 발명의 다른 실시예에 의한 고체 촬상장치의 제조단계의 실시예를 도시하는 도면.
제8도는 본 발명의 또다른 실시예에 의한 고체 촬상장치의 평면도.
제9a도 내지 제9g도는 제8도에 도시된 고체 촬상장치의 제조단계의 실시예를 도시하는 도면.
제10a도 내지 제10c도는 전극들 사이에 형성된 포텐셜 웰들의 도면.
제11a도 및 제11b도는 이온 주입량에 의존하여 전극들 사이에 형성된 포텐셜 웰들의 형상의 차이를 설명하는 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 광전 변환기 20 : 수직 전하 전송부
30 : 수평 전하 전송부 102 : N형 반도체 영역
106 : 제1 N-형 반도체 영역 107 : 제2 N-형 반도체 영역
108 : 제3 N-형 반도체 영역 110 : P형 반도체 영역
111: P+형 반도체 영역
상기 목적들을 달성하기 위해서, 본 발명에 의한 고체 촬상장치는 동일한 레벨에 형성된 다수의 수직 전하 전송전극들을 포함하는 수직 전하 전송부와; 동일한 레벨에 형성된 다수의 수평 전하 전송전극들을 포함하는 수평 전하 전송부를 구비하고; 상기 수직 전하 전송부는 제1 불순물 농도를 각각 갖는 다수의 제1 확산영역을 추가로 포함하고, 상기 제1 확산영역 각각은 상기 수직 전하 전송전극들 사이의 관련된 하나의 공간 아래에 각각 배치되며; 상기 수평 전하 전송부는 제2 불순물 농도를 각각 갖는 다수의 제2 확산영역을 추가로 포함하고, 상기 제2 확산영역 각각은 상기 수평 전하 전송전극들 사이의 관련된 하나의 공간 아래에 각각 배치된다.
이제 본 발명의 실시예는 도면을 참고하여 아래에 상세히 설명한다.
본 발명의 한 실시예에 의한 고체 촬상장치의 평면도를 도시하는 도 1을 참고하면, 고체 촬상장치는 광전 변환기(10)와, 수직 전하 전송부(20)와, 수평 전하 전송부(30)를 포함한다. 수직 전하 전송부(20) 및 수평 전하 전송부(30)는 단층 구조를 가진다. 수직 전하 전송부(20)는 4-위상 클록의 구동 펄스에 의해 구동되고, 광전 변환기(10)에 의해 발생된 전하를 수평 전하 전송부(30)로 전송한다. 수평 전하 전송부(30)는 2-위상 클록의 구동 펄스에 의해 구동되고, 수직 전하 전송부(20)로부터 전송된 전하를 도시되지 않은 출력 터미날로 전송한다.
도 1에서, 도면부호 102는 전하 전송부가 되는 N형 반도체 영역을 나타내고, 부호 106은 수직 전하 전송부의 전하 전송전극들과 수평 전하 전송부 사이에 형성된 제1 N-형 반도체 영역을 나타내고, 부호 107은 수직 전하 전송부의 전하 전송전극들 사이에 형성된 제2 N-형 반도체 영역을 나타내고, 부호 108은 수평 전하 전송부의 전하 전송전극들 사이에 형성된 제3 N-형 반도체 영역을 나타내고, 부호 109는 광전 변환기가 되는 N형 반도체 영역을 나타내고, 부호 110은 신호 판독부가 되는 P형 반도체 영역을 나타내고, 부호 111은 소자 분리부가 되는 P+형 반도체 영역을 나타내고, 부호 112a, 112b, 112c 및 112d는 수직 전하 전송부의 전하 전송전극을 나타내고, 부호 113a 및 113b는 수평 전하 전송부의 전하 전송전극들을 나타낸다.
수직 전하 전송부의 전하 전송전극(112a 내지 112d)에는 위상이 다른 구동펄스가 인가되고, 수평 전하 전송부의 전하 전송전극(113a,113b)에는 위상이 다른 구동 펄스가 인가된다. 말하자면, 수직 전하 전송부와 수평 전하 전송부의 각각의 전하 전송전극은 인접한 전극들 사이에서 약 0.3㎛의 간격이 형성되어 있다.
이제 도 1에 도시된 고체 촬상장치의 제조단계들은 선 Ⅰ-Ⅰ'를 따라 취한 수직 전하 전송부의 단면과, 선 Ⅱ-Ⅱ'를 따라 취한 수평 전하 전송부의 단면을 참고로 하여 설명하기로 한다.
먼저, 약 1.0×1017cm-3의 불순물 농도를 갖는 N형 반도체 영역(102)이 약 1.0×1016cm-3의 불순물 농도를 갖는 P형 반도체 기판에 형성된다. 다음에, 약 30nm의 두께를 갖는 제1 산화막(103)이 N형 반도체 영역의 열 산화(thermal oxidation)에 의해 형성된다(도 2a).
다음에, 수평 전하 전송부(30)에 형성된 제1 산화막(103)의 일부분과, 수직 전하 전송부(20)에 형성된 제1 산화막(103)의 일부분은 포토리소그래피(photolithography) 및 에칭에 의해 제거된다. 그 후에, 약 60nm의 두께를 갖는 제2 산화막(104)은 열 산화에 의해 형성된다. 이 경우, 수평 전하 전송부(30)에서의 제1 산화막(103)의 나머지 부분은 약 70nm의 두께로 더 성장된다.
따라서, 수직 전하 전송부(20)의 전체면은 약 60nm의 두께를 갖는 제2 산화막(104)에 의해 덮히고, 제1 산화막(103)이 제거되어 있는 수평 전하 전송부(30)의 표면의 일부분은 약 60nm의 두께를 갖는 제2 산화막(103)에 의해 덮히고, 제1 산화막(103)이 제거되어 있지 않는 나머지 부분은 약 70nm의 두께로 성장한 제1 산화막(103)에 의해 덮힌다.
다음에, 폴리실리콘막이 제1 산화막(103) 및 제2 산화막(104)에 형성되고, 이 폴리실리콘막을 패터닝함으로써 전하 이송전극(112) 및 전하 전송전극(113)이 수직 전하 전송부(20)와 수평 전하 전송부(30)에 각각 형성된다. 인접한 전하 전송전극(112) 사이의 간격과 인접한 전하 전송전극(113) 사이의 간격은 각각 약 0.3 ㎛이다. 또한, 선 Ⅰ-Ⅰ'를 따라 취한 단면에서 도시된 바와 같이, 수직 전하 전송부(20)의 마지막 전하 전송전극(112)과 수평 전하 전송부(30)의 전하 전송전극(113) 사이의 간격도 약 0.3㎛이다(도 2b).
그 후에, 마스크 재료가 웨이퍼의 전체면에 형성되고, 수직 전하 전송부(20)의 마지막 전하 전송전극(112)과 수평 전하 전송부(30)의 전하 전송전극(113) 사이의 면적에 해당하는 재료의 부분이 선택적으로 포토리소그래피에 의해 제거되어 마스크(116a)를 형성한다. 그 다음에, P형 불순물 이온(예로서 붕소 이온)이 마스크(116a)를 사용하여 N형 반도체 영역(102)내에 주입된다. 따라서, 약 9.7×1016cm-3의 불순물 농도를 갖는 제1 N-형 반도체 영역(106)이 형성된다(도 2c).
게다가, 마스크 재료가 웨이퍼의 전체면에 더 형성되고, 수직 전하 전송부(20)의 인접한 전하 전송전극(112) 사이의 면적에 해당하는 재료의 부분이 선택적으로 포토리소그래피에 의해 제거되어 마스크(116b)를 형성한다. 그 후에, P형 불순물 이온(예로서 붕소 이온)이 마스크(116b)를 사용하여 N형 반도체 영역(102)내에 주입된다. 따라서, 약 9.5×1016cm-3의 불순물 농도를 갖는 제2 N-형 반도체 영역(107)이 형성된다(도 2d).
또한, 마스크 재료가 웨이퍼의 전체면에 더 형성되고, 수평 전하 전송부(30)의 인접한 전하 전송전극(113) 사이의 면적에 해당하는 재료의 부분이 선택적으로 포토리소그래피에 의해 제거되어 마스크(116c)를 형성한다. 그 후에, P형 불순물 이온(예로서 붕소 이온)이 마스크(116c)를 사용하여 N형 반도체 영역(102)내에 주입된다. 따라서, 약 9.0×1016cm-3의 불순물 농도를 갖는 제3 N-형 반도체 영역(108)이 형성된다(도 2e).
그 다음에, 층간 절연막(114)이 공지된 기술을 사용하여 형성되고(도 2f), 본 발명의 전하 전송장치가 수직 전하 전송부의 전하 전송전극(112a 내지 112d)과 수평 전하 전송부의 전하 전송전극(113a, 113b)을 층간 절연막(114)을 통해 금속 배선(115)으로 연결함으로써 완성된다(도 2g).
일반적으로, 상기 고체 촬상장치를 구동할 때에는, 수직 전하 전송부(20)의 전하 전송전극(112a 내지 112d)에는 약 0 ~ -8V의 진폭과 서로 90도의 위상차를 갖는 구동 펄스가 공급되고, 수평 전하 전송부(30)의 전하 전송전극(113a, 113b)에는 0 ~ 5V의 진폭과 180도의 위상차를 갖는 구동 펄스가 공급된다.
전술한 바와 같이, 수직 전하 전송부(20)의 전하 전송전극(112)에 인가된 구동 펄스와 수평 전하 전송부(30)의 전하 전송전극(113)에 인가된 구동 펄스는 진폭 및 포텐셜이 서로 다르다. 따라서, 수직 전하 전송부(20)의 전하 전송전극(112)사이에 형성된 포텐셜 웰과 수평 전하 전송부(30)의 전하 전송전극(113) 사이에 형성된 포텐셜 웰은 각각 그 깊이가 다르다. 또한, 수직 전하 전송부(20)의 마지막 전하 전송전극(112)과 수평 전하 전송부(30)의 전하 전송전극(113) 사이에 형성된 포텐셜 웰의 깊이도 전하 전송전극(112)들 사이의 포텐셜 웰과 다를 뿐만 아니라 전하 전송전극(113)들 사이의 포텐셜 웰과도 다르다.
본 발명의 고체 촬상장치에 따라, 약 9.7×1016cm-3의 불순물 농도를 갖는 제1 N-형 반도체 영역(106)은 수직 전하 전송부(20)와 수평 전하 전송부(30) 사이의 연결영역인 전하 전송전극들 사이에 형성되고, 약 9.5×1016cm-3의 불순물 농도를 갖는 제2 N-형 반도체 영역(107)은 수직 전하 전송부(20)의 전하 전송전극(112)들 사이에 형성되고, 약 9.0×1016cm-3의 불순물 농도를 갖는 제3 N-형 반도체 영역(108)은 수평 전하 전송부(30)의 전하 전송전극(113)들 사이에 형성된다. 그러므로, 수직 전하 전송부(20) 및 수평 전하 전송부(30)의 전하 전송전극들에 인가된 진폭 및 포텐셜이 다를지라도, 수직 전하 전송부(20)의 전하 전송전극(112)들 사이의 영역, 수평 전하 전송부(30)의 전하 전송전극(113)들 사이의 영역, 및 수직 전하 전송부(20)와 수평 전하 전송부(30) 사이의 연결영역 모두에 균일한 포텐셜 웰이 형성된다. 따라서, 전하 전송효율이 향상된다.
이제, 도 1에 도시된 고체 촬상장치의 제조단계들은 도 3a 내지 도 3g에서 선 Ⅰ-Ⅰ'를 따라 취한 수직 전하 전송부의 단면과 선 Ⅱ-Ⅱ'를 따라 취한 수평 전하 전송부의 단면을 참고하여 설명하기로 한다.
전하 전송전극(112,113)(도 3a 및 3b)을 형성하는 단계들은 도 2a 및 2b에 도시된 단계들과 동일하므로, 이들의 상세한 설명은 생략한다.
전하 전송전극(112,113)이 도 3a 및 3b에 도시된 단계들을 거쳐서 형성된 후에, P형 불순물(예로서 붕소)은 마스크층을 형성하지 않고 N형 반도체 영역(102)에 이온주입되고, 따라서 약 9.7×1016cm-3의 불순물 농도를 갖는 제1 N-형 반도체 영역(106)은 전하 전송전극(112,113) 사이에 형성된다(도 3c).
다음에, 마스크 재료가 웨이퍼의 전체면에 더 형성되고, 수직 전하 전송부(20)의 전하 전송전극(113) 사이의 부분에 해당하는 재료의 부분과 수평 전하 전송부(30)의 전하 전송전극(112) 사이의 부분에 해당하는 재료의 부분이 선택적으로 포토리소그래피에 의해 제거되어 마스크(116a)를 형성한다. 그 후에, P형 불순물(예로서 붕소)이 마스크(116a)를 사용하여 N형 반도체 영역(102)내에 이온주입된다. 따라서, 약 9.5×1016cm-3의 불순물 농도를 갖는 제2 N-형 반도체 영역(107)이 형성된다(도 3d).
또한, 마스크 재료가 웨이퍼의 전체면에 더 형성되고, 수평 전하 전송부(30)의 인접한 전하 전송전극(113) 사이의 면적에 해당하는 재료의 부분이 선택적으로 포토리소그래피에 의해 제거되어 마스크(116b)를 형성한다. 그 후에, P형 불순물(예로서 붕소)이 마스크(116b)를 사용하여 N형 반도체 영역(102)내에 이온주입된다. 따라서, 약 9.0×1016cm-3의 불순물 농도를 갖는 제3 N-형 반도체 영역(108)이 형성된다(도 3e).
그 다음에, 층간 절연막(114)이 공지된 기술을 사용하여 형성되고(도 3f), 본 발명의 전하 전송장치가 수직 전하 전송부의 전하 전송전극(112a 내지 112d)과 수평 전하 전송부의 전하 전송전극(113a, 113b)을 층간 절연막(114)을 통해 금속 배선(115)으로 연결함으로써 완성된다(도 3g).
주입해야 할 불순물 농도가 작은 영역에서 시작하여 주입해야 할 불순물 농도가 큰 영역으로 이온주입을 연속적으로 수행함으로써 이 방법에서 포토리소그래피 단계들 중 하나가 제거될 수 있다.
도 1에 도시된 고체 촬상장치의 제조단계들의 다른 실시예는 도 4a 내지 도 4f에서 선 Ⅰ-Ⅰ'를 따라 취한 수직 전하 전송부의 단면과 선 Ⅱ-Ⅱ'를 따라 취한 수평 전하 전송부의 단면을 참고하여 설명하기로 한다.
전하 전송전극(112,113)(도 4a 및 4b)을 형성하는 단계들은 도 2a 및 2b에 도시된 단계들과 동일하므로, 이들의 상세한 설명은 생략한다.
전하 전송전극(112,113)이 도 4a 및 4b에 도시된 단계들을 거쳐서 형성된 후에, 마스크 재료가 웨이퍼의 전체면에 형성되고, 수직 전하 전송부(20)의 마지막 전하 전송전극(112)과 수평 전하 전송부(30)의 전하 전송전극(113) 사이의 면적에 해당하는 재료의 부분이 선택적으로 포토리소그래피에 의해 제거되어 마스크(116a)를 형성한다. 그 다음에, P형 불순물(예로서 붕소)이 마스크(116a)를 사용하여 N형 반도체 영역(102)내에 이온주입된다. 따라서, 약 9.7×1016cm-3의 불순물 농도를 갖는 제1 N-형 반도체 영역(106)이 형성된다(도 4c).
다음에, 마스크 재료가 웨이퍼의 전체면에 더 형성되고, 수평 전하 전송부(30)의 전하 전송전극(113) 사이의 부분에 해당하는 재료의 부분이 선택적으로 포토리소그래피에 의해 제거되어 마스크(116b)를 형성한다. 그 후에, P형 불순물(예로서 붕소)이 마스크(116b)를 사용하여 N형 반도체 영역(102)내에 이온주입된다. 따라서, 약 9.0×1016cm-3의 불순물 농도를 갖는 제2 N-형 반도체 영역(108)이 형성된다(도 4d).
그 다음에, 층간 절연막(114)이 공지된 기술을 사용하여 형성되고(도 4e), 본 발명의 전하 전송장치가 수직 전하 전송부의 전하 전송전극(112a 내지 112d)과 수평 전하 전송부의 전하 전송전극(113a, 113b)을 층간 절연막(114)을 통해 금속 배선(115)으로 연결함으로써 완성된다(도 4f).
따라서, 수직 전하 전송부(20)의 전하 전송전극(112) 사이의 불순물 농도와 수평 전하 전송부(30)의 전하 전송전극(113) 사이의 불순물 농도가 동일하여 실제적인 문제가 없는 경우에는, 상기 영역들을 하나의 공통 이온주입 단계로서 동시에 형성함으로써 장치 제조를 간단히 행할 수 있다. 즉 이 방법에 따르면, 도 2a 내지 2g에 도시된 방법에서와 같이 하나의 이온주입에 의해 제각기 형성되는 영역(106,108)을 형성할 때에 이온주입의 조건 설정이 도 3a 내지 3g에 도시된 방법에 비해 용이하고, 이온주입을 위한 포토리소그래피 단계중 하나가 제거될 수 있다.
이제, 본 발명의 다른 실시예에 의한 고체 촬상장치는 도 5를 참고로 하여 설명하기로 한다. 도 5에서, 고체 촬상장치는 광전 변환기(10), 수직 전하 전송부(20) 및 수평 전하 전송부(30)를 포함한다. 수직 전하 전송부(20) 및 수평 전하 전송부(30)는 단층구조를 갖도록 형성된다.
수직 전하 전송부(20)는 4-위상 클록의 구동 펄스에 의해 구동되고, 광전 변환기(10)에 의해 발생된 전하를 수평 전하 전송부(30)로 전송한다. 수평 전하 전송부(30)는 2-위상 클록의 구동 펄스에 의해 구동되고, 수직 전하 전송부(20)로부터 전송된 전하를 도시되지 않은 출력 터미날로 전송한다.
도 5에 도시된 고체 촬상장치가 도 1에 도시된 고체 촬상장치와 다른 점은, 수직 전하 전송부(20)의 전하 전송전극(112) 사이의 간격이 수평 전하 전송부(30)의 전하 전송전극(113) 사이의 간격과 다르다는 것이다. 즉, 수직 전하 전송부(20)의 전하 전송전극(112) 사이의 간격이 약 0.3㎛이고, 반면에 수평 전하 전송부(30)의 전하 전송전극(113) 사이의 간격이 약 0.5㎛이다. 말하자면, 마지막 전하 전송전극(112)과 수평 전하 전송부(30)의 전하 전송전극(113) 사이의 간격이 약 0.3㎛이다.
전술한 바와 같이 수평 전하 전송부(30)의 전하 전송전극(113) 사이의 간격을 수직 전하 전송부(20)의 전하 전송전극(113) 사이의 간격보다 더 넓게 설정함으로써 전하 전송전극(113) 사이의 용량이 더 작아지게 되고, 따라서 구동 주파수가 높은 수평 전하 전송부에 의해 소비되는 전력이 감소된다.
이제, 도 5에 도시된 고체 촬상장치의 제조단계들은 선 Ⅰ-Ⅰ'를 따라 취한 수직 전하 전송부의 단면과 선 Ⅱ-Ⅱ'를 따라 취한 수평 전하 전송부의 단면을 보여주는 도 6a 내지 6g를 참고로 하여 설명하기로 한다.
먼저, 약 1.0×1017cm-3의 불순물 농도를 갖는 N형 반도체 영역(102)이 약 1.0×1016cm-3의 불순물 농도를 갖는 P형 반도체 기판에 형성된다. 다음에, 약 30nm의 두께를 갖는 제1 산화막(103)이 N 형 반도체 영역의 열 산화에 의해 형성된다(도 6a).
다음에, 수평 전하 전송부(30)에 형성된 제1 산화막(103)의 일부분과 수직 전하 전송부(20)에 형성된 제1 산화막(103)의 일부분은 포토리소그래피 및 에칭에 의해 제거된다. 그 후에, 약 60nm의 두께를 갖는 제2 산화막(104)이 열 산화에 의해 형성된다. 이 경우에, 수평 전하 전송부(30)에서 제1 산화막(103)의 나머지 부분은 약 70nm의 두께까지 더 성장된다.
따라서, 수직 전하 전송부(20)의 전체면은 약 60nm의 두께를 갖는 제2 산화막(104)에 의해 덮히고, 제1 산화막(103)이 제거되는 수평 전하 전송부(30)의 표면의 일부분은 약 60nm의 두께를 갖는 제2 산화막(104)에 의해 덮히고, 제1 산화막(103)이 제거되지 않는 나머지 부분은 약 70nm의 두께로 성장한 제1 산화막(103)에 의해 덮힌다.
다음에, 폴리실리콘막이 제1 산화막(103) 및 제2 산화막(104)에 형성되고, 이 폴리실리콘막을 패터닝함으로써 전하 전송전극(112)이 수직 전하 전송부(20)에 형성되고, 전하 전송전극(113)이 수평 전하 전송부(30)에 형성된다. 인접한 전하 전송전극(112) 사이의 간격은 약 0.3㎛이고, 인접한 전하 전송전극(113) 사이의 간격은 약 0.5㎛이다. 또한, 선 Ⅰ-Ⅰ'를 따라 취한 단면에 도시된 바와 같이, 수직 전하 전송부(20)의 마지막 전하 전송전극(112)과 수평 전하 전송부(30)의 전하 전송전극(113) 사이의 간격은 약 0.3㎛이다(도 6b).
그 후에, 마스크 재료가 웨이퍼의 전체면에 형성되고, 수직 전하 전송부(20)의 마지막 전하 전송전극(112)과 수평 전하 전송부(30)의 전하 전송전극(113) 사이의 면적에 해당하는 재료의 부분이 선택적으로 포토리소그래피에 의해 제거되어 마스크(116a)를 형성한다. 그 다음에, P형 불순물(예로서 붕소)이 마스크(116a)를 사용하여 N형 반도체 영역(102)내에 이온 주입된다. 따라서, 약 9.7×1016cm-3의 불순물 농도를 갖는 제1 N-형 반도체 영역(106)이 형성된다(도 6c).
게다가, 마스크 재료가 웨이퍼의 전체면에 더 형성되고, 수직 전하 전송부(20)의 인접한 전하 전송전극(112) 사이의 면적에 해당하는 재료의 부분이 선택적으로 포토리소그래피에 의해 제거되어 마스크(116b)를 형성한다. 그 후에, P형 불순물(예로서 붕소)이 마스크(116b)를 사용하여 N형 반도체 영역(102)내에 이온주입된다. 따라서, 약 9.5×1016cm-3의 불순물 농도를 갖는 제2 N-형 반도체 영역(107)이 형성된다(도 6d).
또한, 마스크 재료가 웨이퍼의 전체면에 더 형성되고, 수평 전하 전송부(30)의 인접한 전하 전송전극(113) 사이의 면적에 해당하는 재료의 부분이 선택적으로 포토리소그래피에 의해 제거되어 마스크(116c)를 형성한다. 그 후에, P형 불순물(예로서 붕소)이 마스크(116c)를 사용하여 N형 반도체 영역(102)내에 이온주입된다. 따라서, 약 8.0×1016cm-3의 불순물 농도를 갖는 제3 N-형 반도체 영역(108)이 형성된다(도 6e).
그 다음에, 층간 절연막(114)이 공지된 기술을 사용하여 형성되고(도 6f), 본 발명의 전하 전송장치가 수직 전하 전송부의 전하 전송전극(112a 내지 112d)과 수평 전하 전송부의 전하 전송전극(113a, 113b)을 층간 절연막(114)을 통해 금속배선(115)으로 연결함으로써 완성된다(도 6g).
이 실시예의 고체 촬상장치에 의하여, 약 9.7×1016cm-3의 불순물 농도를 가지며 동시에 수직 전하 전송부(20)와 수평 전하 전송부(30) 사이의 연결영역이 되는 제1 N-형 반도체 영역(106)이 형성되고, 약 9.5×1016cm-3의 불순물 농도를 갖는 제2 N-형 반도체 영역(107)이 수직 전하 전송부(20)의 전하 전송전극(112) 사이에 형성되고, 약 8.0×1016cm-3의 불순물 농도를 갖는 제3 N-형 반도체 영역(108)이 수평 전하 전송부(30)의 전하 전송전극(113) 사이에 형성된다.
즉, 이 실시예에서 수평 전하 전송부(30)의 전하 전송전극(113) 사이의 간격이 구동 주파수가 높은 수평 전하 전송부(30)의 전력 소비를 줄이기 위하여 수직 전하 전송부(20)의 전하 전송전극(112) 사이의 간격보다 넓기 때문에, 수평 전하 전송부(30)의 전하 전송전극(113) 사이의 영역의 불순물 농도를 더 낮게 설정함으로써 균일한 포텐셜 웰이 각각의 영역에 형성된다. 따라서 전하 전송효율이 개선된다.
다시 말하면, 도 3 및 도 4에 도시된 방법을 이용함으로써 각각의 영역에서 불순물 농도를 설정할 수가 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 고체 촬상장치는 도 7을 참고하여 설명하기로 한다.
도 7에 도시된 고체 촬상장치는 약 1.0×1016cm-3의 불순물 농도를 갖는 N형 반도체 기판(201)에 형성된 약 1.0×1016cm-3의 P형 불순물 농도를 갖는 P형 웰 층(202)을 포함하고, N형 반도체 영역(102)이 상기 P형 웰 층(202)에 형성되고, 전하 전송전극(112,113)이 상기 P형 웰 층(202)에 형성된다. 이러한 구조는 도 2 또는 도 6에 도시된 방법 즉, 도 7a 내지 7g에 도시된 바와 같이 N형 반도체 기판(201)에 P형 웰 층(202)을 형성하는 단계를 제외한 방법에 의해 제조될 수 있다.
첨언하면, 본 발명은 웰을 사용하는 고체 촬상장치에도 적용될 수 있다.
전술한 각각의 실시예가 매입형 전하 전송장치에 관한 것이지만, 본 발명은 또한 표면형 전하 전송장치에도 적용될 수 있다.
도 8은 본 발명이 적용되는 표면형 전하 전송장치를 도시한다. 이 실시예에서, 수직 전하 전송부(20)의 인접한 전하 전송전극(112) 사이의 간격은 수평 전하 전송부(30)의 전하 전송전극(113) 사이의 간격과는 다르다. 즉, 수직 전하 전송부(20)의 전하 전송전극(112) 사이의 간격은 약 0.3㎛이고, 수평 전하 전송부(30)의 인접한 전하 전송전극(113) 사이의 간격은 약 0.5㎛이다. 다시 말하면, 수직 전하 전송부(20)의 마지막 전하 전송전극(112)과 수평 전하 전송부(30)의 전하 전송 전극(113) 사이의 간격이 약 0.3㎛이다. 수평 전하 전송부(30)의 전하 전송전극(113) 사이의 간격을 수직 전하 전송부(20)의 전하 전송전극(112) 사이의 간격보다 넓게 설정함으로써 구동 주파수가 더 높은 수평 전하 전송부의 소비전력이 감소될 수 있다.
이제, 도 8에 도시된 고체 촬상장치의 제조공정은 선 Ⅰ-Ⅰ'를 따라 취한 도 9a에 도시된 수직 전하 전송부의 단면과 선 Ⅱ-Ⅱ'를 따라 취한 도 9b에 도시된 수평 전하 전송부의 단면을 참고로 하여 설명하기로 한다.
먼저, 약 30nm의 두께를 갖는 제1 산화막(103)이 약 1.0×1016cm-3의 불순물 농도를 갖는 P형 반도체 기판(101)에 열 산화에 의해 형성된다(도 9a).
다음에, 수평 전하 전송부(30)에 형성된 제1 산화막(103)의 일부분과 수직 전하 전송부(20)에 형성된 제1 산화막(103)의 일부분이 포토리소그래피 및 에칭에 의해 제거된다. 그 후에, 약 60nm의 두께를 갖는 제2 산화막(104)이 열 산화에 의해 형성된다. 후자의 열 산화에 의해, 수평 전하 전송부(30)에 남아있는 제1 산화막(103)이 약 70nm의 두께로 더 성장된다.
따라서, 수직 전하 전송부(20)의 전체면이 약 60nm의 두께를 갖는 제2 산화막(104)에 의해 덮히고, 에칭에 의해 제1 산화막(103)이 제거되어 있는 수평 전하 전송부(30)의 부분이 약 60nm의 두께를 갖는 제2 산화막(104)에 의해 덮히고, 제1 산화막(103)이 제거되지 않은 나머지 부분은 약 70nm의 두께로 성장한 제1 산화막(103)에 의해 덮힌다.
다음에, 폴리실리콘막이 제1 산화막(103) 및 제2 산화막(104)에 형성되고, 이 폴리실리콘막을 패터닝함으로써 수직 전하 전송부(20)의 전하 전송전극(112)과 수평 전하 전송부(30)의 전하 전송전극(113)이 형성된다. 수직 전하 전송부의 인접한 전하 전송전극(112) 사이의 간격은 약 0.3㎛이고, 수평 전하 전송부(30)의 인접한 전하 전송전극(113) 사이의 간격은 약 0.5㎛이다. 게다가, 선 Ⅰ-Ⅰ'를 따라 취한 단면으로 도시된 바와 같이 수직 전하 전송부(20)의 마지막 전하 전송전극(112)과 수평 전하 전송부(30)의 전하 전송전극(113) 사이의 간격이 약 0.3㎛이다(도 9b).
다음에, 마스크층이 웨이퍼의 전체면에 형성되고, 수직 전하 전송부(20)의 마지막 전하 전송전극(112)과 수평 전하 전송부(30)의 전하 전송전극(113) 사이의 면적에 해당하는 마스크층의 부분이 선택적으로 포토리소그래피에 의해 제거되어 마스크(116a)를 형성한다. 그 후에, N형 불순물(예로서 인)이 상기 마스크(116a)를 사용하여 P형 반도체 영역(101)에 이온주입된다(도 9c).
또한, 마스크 재료가 다시 웨이퍼의 전체면에 형성되고, 수직 전하 전송부(20)의 인접한 전하 전송전극(112) 사이의 면적에 해당하는 재료의 부분이 선택적으로 포토리소그래피에 의해 제거되어 마스크(116b)를 형성한다. 그 후에 N형 불순물(예로서 인)이 마스크(116b)를 사용하여 P형 반도체 영역(101)으로 이온주입된다(도 9d).
다음에, 마스크 재료가 웨이퍼의 전체면에 더 형성되고, 수평 전하 전송부(30)의 인접한 전하 전송전극(113) 사이의 면적에 해당하는 재료의 부분이 선택적으로 포토리소그래피에 의해 제거되어 마스크(116c)를 형성한다. 그 다음에, N형 불순물(예로서 인)이 마스크(116c)를 사용하여 P형 반도체 영역(101)으로 이온주입된다(도 9e).
그 다음에, 층간 절연막(114)이 공지된 기술을 사용하여 형성되고(도 9f), 본 발명의 전하 전송장치가 수직 전하 전송부의 전하 전송전극(112a 내지 112d)과 수평 전하 전송부의 전하 전송전극(113a 및 113b)을 상기 층간 절연막(114)을 통해 금속 배선(115)으로 연결함으로써 완성된다(도 9g).
상기 실시예의 고체 촬상장치에 의하여, 수직 전하 전송부(20)의 전하 전송전극(112) 사이의 영역과, 수평 전하 전송부(30)의 전하 전송전극(113) 사이의 영역 그리고 수직 전하 전송부(20)와 수평 전하 전송부(30) 사이의 연결영역에서 균일한 포텐셜 웰을 형성할 수 있고, 전하 전송효율을 개선할 수 있다.

Claims (6)

  1. 동일한 레벨에서 형성된 다수의 수직 전하 전송전극들을 포함하는 수직 전하 전송부와; 동일한 레벨에서 형성된 다수의 수평 전하 전송전극들을 포함하는 수평 전하 전송부를 구비하고; 상기 수직 전하 전송부는 제1 불순물 농도를 각각 갖는 다수의 제1 확산영역을 추가로 포함하고, 상기 제1 확산영역 각각은 상기 수직 전하 전송전극들 사이의 공간들 중 관련된 공간 아래에 각각 배치되며; 상기 수평 전하 전송부는 제2 불순물 농도를 각각 갖는 다수의 제2 확산영역을 추가로 포함하고, 상기 제2 확산영역 각각은 상기 수평 전하 전송전극들 사이의 공간들 중 관련된 공간 아래에 각각 배치되는 고체 촬상장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 불순물 농도는 상기 제2 불순물 농도보다 더 높은 고체 촬상장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 수직 전하 전송부는 상기 제2 불순물 농도와는 다른 제3 불순물 농도를 갖는 적어도 하나의 제3 확산영역을 추가로 포함하고, 상기 제3 확산영역은 상기 수직 전하 전송전극의 최종단 전극 외부의 공간 아래에 배치되어 있는 고체 촬상장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 불순물 농도는 상기 제2 불순물 농도보다 높고 상기 제3 불순물 농도보다 낮은 고체 촬상장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제1 불순물 농도는 상기 제2 불순물 농도보다 높고 상기 제3 불순물 농도와 거의 동일한 고체 촬상장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 인접한 상기 수직 전하 전송전극들 사이의 간격은 인접한 상기 수평 전하 전송전극들 사이의 간격보다 더 좁은 고체 촬상장치.
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