KR20010028859A - 고체 촬상 소자 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 포토다이오드 영역을 장구형 형태로 형성하여 스미어 현상을 방지함과 동시에 감도를 향상시키도록 한 고체 촬상 소자 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 제 1 도전형 반도체 기판의 표면내에 형성되는 제 2 도전형 웰 영역과, 상기 웰 영역 표면의 소정영역에 일정한 간격을 갖고 형성되는 복수개의 수직 전하 전송 영역과, 상기 수직 전하 전송 영역들 사이의 웰 영역내에 형성되는 제 1 포토다이오드 영역과, 상기 제 1 포토다이오드 영역의 상부에 제 1 포토다이오드 영역보다 넓은 폭으로 대응하게 형성되는 제 2 포토다이오드 영역과, 상기 제 2 포토다이오드 영역 상부에 제 1 포토다이오드 영역과 대응하게 형성되는 제 3 포토다이오드 영역과, 상기 각 포토다이오드 영역과 수직 전하 전송 영역 사이의 웰 영역에 형성되는 채널 스톱 영역과, 상기 수직 전하 전송 영역 상측에 게이트 절연막을 개재하여 형성되는 복수개의 폴리 게이트들을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 고체 촬상 소자에 관한 것으로, 특히 수광부의 감도를 향상시키는데 적당한 고체 촬상 소자 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 고체 촬상 소자는 광전 변환 소자와 전하 결합 소자를 사용하여 피사체를 촬상하여 전기적인 신호로 출력하는 장치를 말한다.
전하 결합 소자는 마이크로 렌즈를 통하여 칼라필터층을 거쳐 광전 변환 소자(포토 다이오드)에서 생성되어진 신호 전하를 기판내에서 전위의 변동을 이용하여 특정 방향으로 전송하는데 사용된다.
고체 촬상 소자는 복수개의 광전 변환 영역(PD)과, 그 광전 변환 영역들의 사이에 구성되어 상기의 광전 변환 영역에서 생성되어진 전하를 수직 방향으로 전송하는 수직 전하 전송 영역(VCCD : Vertical CCD)과, 상기 수직 전하 전송 영역에 의해 수직 방향으로 전송된 전하를 다시 수평 방향으로 전송하는 수평 전하 전송 영역(HCCD : Horizontal CCD)과, 그리고 상기 수평 전송된 전하를 센싱하고 증폭하여 주변 회로로 출력하는 플로팅 디퓨전 영역으로 크게 구성된다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래의 고체 촬상 소자를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 고체 촬상 소자를 나타낸 구조단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, N형 반도체 기판(11)의 표면내에 형성되는 p-웰 영역(12)과, 상기 P-웰 영역(12) 표면의 소정영역에 수직 방향으로 일정간격을 갖고 형성되어 전하 전송 채널로 사용되는 수직 전하 전송 영역(VCCD)(13)과, 상기 수직 전하 전송 영역(13)들 사이에 형성되어 영상전하를 생성하는 박스(Box)형태의 포토다이오드 영역(PD)(14)들과, 상기 P-웰 영역(12)에 형성되어 각 포토다이오드 영역(14)들을 분리하는 채널 스톱층(CST)(15)과, 상기 수직 전하 전송 영역(13)상측에 게이트 절연막(16)을 개재하여 형성되며 절연층(도시되지 않음)에 의해 서로 분리 구성되어 인가되는 클럭신호에 의해 영상 전하를 일방향으로 이동시키는 복수개의 제 1, 제 2 폴리 게이트(17)(제 1, 제 2 폴리 게이트에서 어느 한 폴리 게이트는 도시되지 않음)들을 포함하여 구성된다.
여기서 상기 제 1, 제 2 폴리 게이트(17)들은 서로 오버랩되고 트랜스퍼 클럭신호가 인가되는 폴리 게이트는 포토다이오드 영역(14)에 일부분이 오버랩되게 형성한다.
상기와 같이 구성된 종래의 고체 촬상 소자는 광전 효과에 의해 포토다이오드 영역(14)에 일정한 전하가 축적된다. 그후 제 1, 제 2 폴리 게이트(17)에 가해지는 전압에 의해 포토다이오드 영역(14)에 축적된 전하가 수직 전하 전송 영역(13)으로 이동한다. 그리고 상기 수직 전하 전송 영역(13)에 이동된 전하는 전압의 차에 의해 수평 전하 전송 영역(도시되지 않음)을 통하여 센싱 앰프로 이동된다.
그러나 상기와 같은 종래의 고체 촬상 소자에 있어서 다음과 같은 문제점이 있었다.
즉, 포토다이오드 영역이 단순한 박스(Box) 형태로 형성되어 있어 스미어(Smear) 현상이 발생하기 쉽고, 이로 인하여 감도가 저하되기 때문에 일정 수준 이상의 특성 구현이 어렵고 차세대 소자 적용에 한계가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 포토다이오드 영역을 장구형 형태로 형성하여 스미어 현상을 방지함과 동시에 감도를 향상시키도록 한 고체 촬상 소자 및 그의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 고체 촬상 소자를 나타낸 구조단면도
도 2는 본 발명에 의한 고체 촬상 소자를 나타낸 구조단면도
도 3a 내지 도 3f는 본 발명에 의한 고체 촬상 소자의 제조방법을 나타낸 공정단면도
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
21 : N형 반도체 기판 22 : P-웰 영역
23 : 수직 전하 전송 영역 24 : 제 1 포토레지스트
25 : 제 1 포토다이오드 영역 26 : 제 2 포토레지스트
27 : 제 2 포토다이오드 영역 28 : 채널 스톱 영역
29 : 제 3 포토레지스트 30 : 제 3 포토다이오드 영역
31 : 게이트 절연막 32 : 제 1, 제 2 폴리 게이트
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 고체 촬상 소자는 제 1 도전형 반도체 기판의 표면내에 형성되는 제 2 도전형 웰 영역과, 상기 웰 영역 표면의 소정영역에 일정한 간격을 갖고 형성되는 복수개의 수직 전하 전송 영역과, 상기 수직 전하 전송 영역들 사이의 웰 영역내에 형성되는 제 1 포토다이오드 영역과, 상기 제 1 포토다이오드 영역의 상부에 제 1 포토다이오드 영역보다 넓은 폭으로 대응하게 형성되는 제 2 포토다이오드 영역과, 상기 제 2 포토다이오드 영역 상부에 제 1 포토다이오드 영역과 대응하게 형성되는 제 3 포토다이오드 영역과, 상기 각 포토다이오드 영역과 수직 전하 전송 영역 사이의 웰 영역에 형성되는 채널 스톱 영역과, 상기 수직 전하 전송 영역 상측에 게이트 절연막을 개재하여 형성되는 복수개의 폴리 게이트들을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 고체 촬상 소자의 제조방법은 제 1 도전형 반도체 기판의 표면내에 제 2 도전형 웰 영역을 형성하는 단계와, 상기 웰 영역 표면의 소정영역에 일정한 간격을 갖도록 복수개의 수직 전하 전송 영역들을 형성하는 단계와, 상기 수직 전하 전송 영역들 사이의 반도체 기판내에 일정한 폭으로 제 1 포토다이오드 영역을 형성하는 단계와, 상기 제 1 포토다이오드 영역 상부에 제 1 포토다이오드 영역과 대응하면서 보다 넓은 폭을 갖는 제 2 포토다이오드 영역을 형성하는 단계와, 상기 수직 전하 전송 영역과 제 2 포토다이오드 영역 사이의 웰 영역에 상기 제 2 포토다이오드 영역과 끝단과 오버랩되도록 채널 스톱 영역을 형성하는 단계와, 상기 제 2 포토다이오드 영역 상부에 제 1 포토다이오드 영역과 대응하는 제 3 포토다이오드 영역을 형성하는 단계와, 상기 수직 전하 전송 영역의 상부에 게이트 절연막을 개재하여 폴리 게이트를 형성하는 단계를 포함하여 형성함을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 고체 촬상 소자 및 그의 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 의한 고체 촬상 소자를 나타낸 구조단면도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, N형 반도체 기판(21)의 표면내에 형성되는 P-웰 영역(22)과, 상기 P-웰 영역(22) 표면의 소정영역에 수직 방향으로 일정간격을 갖고 형성되어 전하 전송 채널로 사용되는 복수개의 수직 전하 전송 영역(VCCD)(23)들과, 상기 수직 전하 전송 영역(23)들 사이의 반도체 기판(21)내에 일정한 폭을 갖고 형성되는 제 1 포토다이오드 영역(25)과, 상기 제 1 포토다이오드 영역(25)상부에 제 1 포토다이오드 영역(25)보다 넓은 폭을 갖고 형성되는 제 2 포토다이오드 영역(27)과, 상기 제 2 포토다이오드 영역(27) 상부에 제 1 포토다이오드 영역(25)과 동일한 폭을 갖고 대응하게 형성되는 제 3 포토다이오드 영역(30)과, 상기 수직 전하 전송 영역(23)과 제 2, 제 3 포토다이오드 영역(27,30) 사이의 P-웰 영역(22)에 형성되는 채널 스톱 영역(CST)(28)과, 상기 수직 전하 전송 영역(23)상부의 반도체 기판(21)상에 게이트 절연막(31)을 개재하여 형성되는 제 1, 제 2 폴리 게이트(32)(제 1, 제 2 폴리 게이트에서 어느 한 폴리 게이트는 도시되지 않음)들을 포함하여 구성된다.
여기서 상기 채널 스톱 영역(28)은 상기 제 3 포토다이오드 영역(30)의 측면 및 상기 제 2 포토다이오드 영역(27)과 끝단의 상부와 일정영역이 오버랩되면서 제 2 포토다이오드 영역(27)보다 낮게 형성된다.
한편, 상기 제 3 포토다이오드 영역(30)에는 도면에는 도시하지 않았지만 고농도 p형 불순물 확산영역을 더 구성하여 P-웰과 동일하게 접지시킨다. 이 p형 불순물 확산영역은 기판의 표면을 통해 노이즈(Noise) 전하들이 포토다이오드 영역으로 들어오는 것을 방지할 뿐만 아니라 암 전류(Dark Current)의 발생원인 Si-SiO2경계면을 비공핍화 영역에 가둠으로써 발생원인으로써의 기능을 저하시킨다.
그리고 상기 제 1, 제 2, 제 3 포토다이오드 영역(25,27,30)은 장구형을 갖는다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 고체 촬상 소자는 광전 효과에 의해 제 1, 제 2, 제 3 포토다이오드 영역(25,27,30)에 일정한 전하가 축적된다. 그후 제 1, 제 2 폴리 게이트(32)에 가해지는 전압에 의해 제 1, 제 2, 제 3 포토다이오드 영역(25,27,30)에 축적된 전하가 수직 전하 전송 영역(23)으로 이동한다. 그리고 상기 수직 전하 전송 영역(23)에 이동된 전하는 전압의 차에 의해 수평 전하 전송 영역(도시되지 않음)을 통하여 센싱 앰프로 이동된다.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명에 의한 고체 촬상 소자의 제조방법을 나타낸 공정단면도이다.
도 3a에 도시한 바와 같이, N형 반도체 기판(21)의 전면에 P형 불순물 이온을 주입하여 반도체 기판(21)의 표면내에 P-웰 영역(22)을 형성한다.
이어, 상기 P-웰 영역(22)의 소정영역에 수직 방향으로 일정 간격으로 분리 형성되어 전하 전송 채널로 사용되는 복수개의 수직 전하 전송 영역(VCCD)(23)들을 형성한다.
도 3b에 도시한 바와 같이, 상기 반도체 기판(21)의 전면에 제 1 포토레지스트(24)를 도포한 후, 노광 및 현상공정으로 상기 수직 전하 전송 영역(23) 사이의 반도체 기판(21)의 표면이 소정부분이 오픈되도록 제 1 포토레지스트(24)를 패터닝한다.
이어, 상기 패터닝된 제 1 포토레지스트(24)를 마스크로 이용하여 전면에 N형 불순물 이온을 주입하여 오픈된 반도체 기판(21)내에 제 1 포토다이오드 영역(25)을 형성한다.
도 3c에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 포토레지스트(24)를 제거하고, 상기 반도체 기판(21)의 전면에 제 2 포토레지스트(26)를 도포한 후, 노광 및 현상공정으로 상기 제 1 포토레지스트(24)보다 수직 전하 전송 영역(23) 사이의 반도체 기판(21)이 더 넓게 오픈되도록 제 2 포토레지스트(26)를 패터닝한다.
이어, 상기 패터닝된 제 2 포토레지스트(26)를 마스크로 이용하여 전면에 N형 불순물 이온을 주입하여 상기 오픈된 반도체 기판(21)내의 제 1 포토다이오드 영역(25)위에 제 2 포토다이오드 영역(27)을 형성한다.
여기서 상기 제 2 포토다이오드 영역(27)은 제 1 포토다이오드 영역(25)대응함과 동시에 제 1 포토다이오드 영역(24)을 덮으면서 더 넓게 형성된다.
즉, 상기 제 2 포토다이도 영역(27)을 형성할 때 장구형 포토다이오드 영역을 형성하기 위해 제 1 포토다이오드 영역(25)을 형성하기 위한 이온주입보다 넓고 얇게 이온주입을 실시한다.
도 3d에 도시한 바와 같이, 상기 제 2 포토레지스트(26)를 제거하고, 상기 수직 전하 전송 영역(23)과 제 1, 제 2 포토다이오드 영역(25,27) 사이의 P-웰 영역(22)에 P형 불순물 이온을 주입하여 채널 스톱 영역(CST)(28)을 형성한다.
도 3e에 도시한 바와 같이, 상기 반도체 기판(21)의 전면에 제 3 포토레지스트(29)를 도포한 후, 노광 및 현상공정으로 상기 제 1 포토레지스트(24)와 동일한 폭으로 상기 수직 전하 전송 영역(23) 사이의 반도체 기판(21)의 표면이 오픈되도록 제 3 포토레지스트(29)를 패터닝한다.
그리고 상기 패터닝된 제 3 포토레지스트(29)를 마스크로 이용하여 전면에 N형 불순물 이온을 주입하여 상기 제 1 포토다이오드 영역(25)과 대응하도록 제 2 포토다이오드 영역(27)상에 제 3 포토다이오드 영역(30)을 형성한다.
도 3f에 도시한 바와 같이, 상기 제 3 포토레지스트(29)를 제거하고, 상기 반도체 기판(21)의 전면에 게이트 절연막(31)을 형성하며, 상기 게이트 절연막(31)상에 폴리 실리콘층을 형성한 후 상기 수직 전하 전송 영역(23)상부에만 남도록 패터닝하여 제 1, 제 2 폴리 게이트(32)를 형성한다.
여기서 상기 제 1, 제 2 폴리 게이트(32)들은 서로 오버랩되고 트랜스퍼 클럭신호가 인가되는 폴리 게이트는 포토다이오드 영역에 일부분이 오버랩되게 형성하고, 절연막에 의해 절연되도록 형성한다.
이후 공정은 도면에 도시하지 않았지만, 상기 제 3 포토다이오드 영역(30)의 표면에 고농도 p형 불순물 확산영역을 형성한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 고체 촬상 소자 및 그의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
즉, 포토다이오드 영역을 장구형으로 형성함으로써 수광부의 사각지대를 제거하여 수광부의 감도를 향상시키고 수직 전하 전송 영역의 면적을 증대시키어 스미어 현상을 방지하여 소자의 특성을 향상시킬 수 있다.
Claims (5)
- 제 1 도전형 반도체 기판의 표면내에 형성되는 제 2 도전형 웰 영역과,상기 웰 영역 표면의 소정영역에 일정한 간격을 갖고 형성되는 복수개의 수직 전하 전송 영역과,상기 수직 전하 전송 영역들 사이의 웰 영역내에 형성되는 제 1 포토다이오드 영역과,상기 제 1 포토다이오드 영역의 상부에 제 1 포토다이오드 영역보다 넓은 폭으로 대응하게 형성되는 제 2 포토다이오드 영역과,상기 제 2 포토다이오드 영역 상부에 제 1 포토다이오드 영역과 대응하게 형성되는 제 3 포토다이오드 영역과,상기 각 포토다이오드 영역과 수직 전하 전송 영역 사이의 웰 영역에 형성되는 채널 스톱 영역과,상기 수직 전하 전송 영역 상측에 게이트 절연막을 개재하여 형성되는 복수개의 폴리 게이트들을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 채널 스톱 영역은 상기 제 3 포토다이오드 영역의 측면 및 상기 제 2 포토다이오드 영역과 끝단의 상부와 일정영역이 오버랩되면서 제 2 포토다이오드 영역보다 낮게 형성됨을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 3 포토다이오드 영역의 표면에 형성되는 제 2 도전형 불순물 확산영역을 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
- 제 1 도전형 반도체 기판의 표면내에 제 2 도전형 웰 영역을 형성하는 단계;상기 웰 영역 표면의 소정영역에 일정한 간격을 갖도록 복수개의 수직 전하 전송 영역들을 형성하는 단계;상기 수직 전하 전송 영역들 사이의 반도체 기판내에 일정한 폭으로 제 1 포토다이오드 영역을 형성하는 단계;상기 제 1 포토다이오드 영역 상부에 제 1 포토다이오드 영역과 대응하면서 보다 넓은 폭을 갖는 제 2 포토다이오드 영역을 형성하는 단계;상기 수직 전하 전송 영역과 제 2 포토다이오드 영역 사이의 웰 영역에 상기 제 2 포토다이오드 영역과 끝단과 오버랩되도록 채널 스톱 영역을 형성하는 단계;상기 제 2 포토다이오드 영역 상부에 제 1 포토다이오드 영역과 대응하는 제 3 포토다이오드 영역을 형성하는 단계;상기 수직 전하 전송 영역의 상부에 게이트 절연막을 개재하여 폴리 게이트를 형성하는 단계를 포함하여 형성함을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조방법.
- 제 4 항에 있어서, 상기 제 3 포토다이오드 영역의 표면에 제 2 도전형 불순물 확산영역을 형성하는 단계를 더 포함하여 형성함을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조방법.
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KR100752658B1 (ko) * | 2006-02-28 | 2007-08-29 | 삼성전자주식회사 | 폴리실리콘을 이용한 반사방지구조를 구비하는고체촬상소자 및 그 제조방법 |
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