KR20080059772A - Method for fabricating of charge coupled device image sensor - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 일반적인 CCD 이미지 센서의 레이아웃도, 1 is a layout diagram of a general CCD image sensor,
도 2는 도 1의 수직 전하 전송 영역의 단면도,2 is a cross-sectional view of the vertical charge transfer region of FIG.
도 3은 도 1의 수평 전하 전송 영역의 단면도, 3 is a cross-sectional view of the horizontal charge transfer region of FIG.
도 4는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 CCD 이미지 센서의 단면 구조도로서, 도 4a는 수직 전하 전송 영역의 단면도이고, 도 4b는 수평 전하 전송 영역의 단면도, 4 is a cross-sectional structural view of a CCD image sensor according to a first preferred embodiment of the present invention, FIG. 4A is a sectional view of a vertical charge transfer region, and FIG. 4B is a sectional view of a horizontal charge transfer region;
도 5는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 전극 구조의 평면도, 5 is a plan view of an electrode structure according to a second preferred embodiment of the present invention;
도 6은 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 포토 다이오드 영역의 평면도, 6 is a plan view of a photodiode region according to a second preferred embodiment of the present invention;
도 7은 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 포토 다이오드 영역과 수직 전하 전송 영역의 단면도, 7 is a cross-sectional view of a photodiode region and a vertical charge transfer region according to a second preferred embodiment of the present invention;
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 Explanation of symbols for the main parts of the drawings
11 : P형 반도체 기판 12 : 수직 전하 전송 영역 11: P-type semiconductor substrate # 12: vertical charge transfer region
12a, 15a : 저농도 N형 불순물 영역 13, 17 : 전극 12a, 15a: low concentration N-type
14 : 게이트 절연막 15 : 수평 전하 전송 영역 14 gate
15b : 제 1 n형 불순물 영역 15b: first n-type impurity region
본 발명은 CCD(Charge coupled Device) 이미지 센서에 관한 것으로 특히, 폴리실리콘 단일막 전극을 이용한 CCD 이미지 센서에 관한 것이다. The present invention relates to a charge coupled device (CCD) image sensor, and more particularly, to a CCD image sensor using a polysilicon single layer electrode.
도 1은 일반적인 CCD 이미지 센서의 레이아웃도이다. 1 is a layout diagram of a general CCD image sensor.
고체촬상소자(Solid State Image Sensing Device)는 광학적인 화상을 전기적인 신호로 변환하는 장치로써, 현재 CCD(Charge Coupled Device)를 이용한 것이 주종을 이루고 있다. Solid state image sensing devices (Solid State Image Sensing Device) is a device that converts an optical image into an electrical signal, the current use is mainly using a Charge Coupled Device (CCD).
일반적으로 CCD 이미지 센서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 일정간격을 갖고 메트릭스(Matrix) 형태로 배열되어 빛의 신호를 전기적인 신호로 변환하여 영상신호 전하를 생성하는 복수개의 포토 다이오드(Photo Diode : PD) 영역과, 수직방향의 포토 다이오드 영역사이에 각각 형성되어 상기 포토 다이오드 영역에서 생성된 영상 신호 전하를 수직 방향으로 전송하기 위한 복수개의 수직 전하 전송(VCCD : Vertical Charge Coupled Device)영역과, 상기 수직 방향으로 전송된 영상신호 전하를 수평방향으로 전송하기 위한 수평 전하 전송(HCCD : Horizontal Charge Coupled Device)영역과, 상기 수평방향으로 전송된 영상신호 전하를 센싱하는 센싱앰프(SA : Sensing Amplifier)로 구성된다. Generally, as illustrated in FIG. 1, a CCD image sensor includes a plurality of photo diodes arranged at a predetermined interval and arranged in a matrix form to convert light signals into electrical signals to generate image signal charges. A plurality of vertical charge coupled device (VCCD) regions respectively formed between the PD region and the photodiode region in the vertical direction to transfer the image signal charges generated in the photodiode region in the vertical direction; A horizontal charge coupled device (HCCD) region for transmitting the image signal charges transmitted in the vertical direction and a sensing amplifier (SA) for sensing the image signal charges transmitted in the horizontal direction. It consists of.
그리고 도 1에는 도시되지 않았지만 상기 각 포토다이오드 영역 위에는 칼라 필터층 및 마이크로 렌즈가 형성된다. Although not shown in FIG. 1, a color filter layer and a micro lens are formed on each photodiode region.
이와 같은 일반적인 고체촬상소자의 수직 전하 전송 영역과 수평 전하 전송 영역의 구조를 설명하면 다음과 같다. The structure of the vertical charge transfer region and the horizontal charge transfer region of the general solid state image pickup device is as follows.
도 2는 도 1의 수직 전하 전송 영역의 단면도이고, 도 3은 도 1의 수평 전하 전송 영역의 단면도이다. 2 is a cross-sectional view of the vertical charge transfer region of FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view of the horizontal charge transfer region of FIG. 1.
즉, 고체촬상소자의 수직 전하 전송 영역은, 도 2에 도시한 바와 같이, P형 반도체 기판(1)에 n-형 불순물 이온이 주입되어 신호 전하를 수직 방향으로 전송하기 위한 수직 전하 전송 영역(2)이 형성된다. That is, as shown in FIG. 2, the vertical charge transfer region of the solid state image pickup device is a vertical charge transfer region for implanting n-type impurity ions into the P-
그리고, 상기 수직 전하 전송(VCCD) 영역(2)상에는 3층 구조의 전극(3)이 형성된다. 즉, 상기 전극(3)에는 순차적으로 서로 다른 전압이 인가되는 제 1 전극(3a), 제 2 전극(3b) 및 제 3 전극(3c)이 구성되고, 상기 제 1, 제 2, 제 3 전극(3a, 3b, 3c)이 적층된 구조를 갖는다. 따라서, 상기 제 1, 제 2, 제 3 전극(3a, 3b, 3c)에 순차적으로 서로 다른 전압이 인가되어 상기 수직 전하 전송 영역(2)의 포텐셜 프로파일을 변화시켜 줌으로 신호 전하를 수직 방향으로 전송한다. In addition, an
또한, 수평 전하 전송(HCCD) 영역은, 도 3에 도시한 바와 같이, P형 반도체 기판(1)에 n-형 불순물 이온이 주입되어 신호 전하를 수직 방향으로 전송하기 위한 수평 전하 전송 영역(4)이 형성되고, 상기 수평 전하 전송 영역(4)의 포텐셜 프로파일을 다르게 하기 위해 상기 수평 전하 전송 영역(4)보다 더 불순물 농도가 높은 n형 불순물 영역(5)이 일정한 간격으로 형성된다. In the horizontal charge transfer (HCCD) region, as shown in FIG. 3, the n-type impurity ions are implanted into the P-
그리고, 상기 수평 전하 전송 영역(4)상에는 복수개의 전극(6)이 형성된다. 즉, 상기 n형 불순물 영역(5)에 상응하지 않는 부분과 상기 n형 불순물 영역(5)에 상응하는 부분에 각각 제 1 전극(6a)과 제 2 전극(6b)이 형성되고 제 1, 제 2 전극(6a, 6b)각 쌍에 교변하여 전압이 인가되므로 신호 전하를 수평 방향으로 전송한다. 이 때 상기 제 1, 제 2 전극(6a, 6b)는 적층된 구조를 갖는다. A plurality of
그러나 이와 같은 종래의 CCD 이미지 센서에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다. However, such a conventional CCD image sensor has the following problems.
즉, 수직 전하 전송 영역과 수평 전하 전송 영역에 각각 복수개의 전극이 형성되고 이들 전극들이 적층된 구조를 갖기 때문에 공정이 복잡하고 비용이 많이 들뿐만 아니라, 복잡한 제작 공정으로 인해 발생하는 디펙트(depect)의 영향으로 수율이 저하되고 높은 소비전력을 필요로하게 된다. That is, since a plurality of electrodes are formed in the vertical charge transfer region and the horizontal charge transfer region, respectively, and the electrodes are stacked, the process is complicated and expensive, and the defects caused by the complicated manufacturing process ), The yield is lowered and high power consumption is required.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 상기 수직 전하 전송 영역 및 수평 전하 전송 영역의 전극들을 단일막으로 형성하여 공정을 단순화하고 단가를 감소시키며 소비 전극을 줄일 수 있는 CCD 이미지 센서를 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been made to solve the above problems, CCD image sensor that can simplify the process, reduce the unit cost and reduce the consumption electrode by forming the electrodes of the vertical charge transfer region and the horizontal charge transfer region as a single film The purpose is to provide.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 CCD 이미지 센서는, P형 반도체 기판에 n형 불순물 이온 주입으로 형성되는 수직 전하 전송 영역 및 수평 전하 전송 영역과, 상기 수직 전하 전송 영역 및 수평 전하 전송 영역을 포함한 상기 반도체 기판상에 형성되는 게이트 절연막과, 상기 수직 전하 전송 영역상측의 상기 게이트 절연막 위에 일정한 간격으로 형성되는 복수개의 수직 전하 전송 전극과, 상기 수직 전하 전송 전극들 사이의 상기 수직 전하 전송 영역에 형성되는 제 1 저농도 n형 불순물 영역과, 상기 수평 전하 전송 영역 상측의 상기 게이트 절연막상에 형성되는 복수개의 수평 전하 전송 전극과, 상기 수평 전하 전송 전극들 사이의 상기 수평 전하 전송 영역에 형성되는 제 2 저농도 n형 불순물 영역과, 상기 각 수평 전하 전송 전극의 일측 하부의 상기 수평 전하 전송 영역에 형성되는 제 3 n형 불순물 영역을 포함하여 구성됨에 그 특징이 있다. The CCD image sensor of the present invention for achieving the above object, the vertical charge transfer region and the horizontal charge transfer region formed by the n-type impurity ion implantation on the P-type semiconductor substrate, the vertical charge transfer region and the horizontal charge transfer region A gate insulating film formed on the semiconductor substrate, a plurality of vertical charge transfer electrodes formed at regular intervals on the gate insulating film on the vertical charge transfer region, and the vertical charge transfer region between the vertical charge transfer electrodes. A first low concentration n-type impurity region formed on the plurality of horizontal charge transfer electrodes, a plurality of horizontal charge transfer electrodes formed on the gate insulating film above the horizontal charge transfer region, and a horizontal charge transfer region between the horizontal charge transfer electrodes. A second low concentration n-type impurity region and one side of each of the horizontal charge transfer electrodes It is characterized by including a third n-type impurity region formed in the negative horizontal charge transfer region.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 CCD 이미지 센서는, 기판상에 복수개의 포토다이오드 영역, 복수개의 수직 전하 전송 영역 및 수평 전하 전송 영역을 구비한 CCD 이미지 센서에 있어서, 상기 각 포토다이오드 영역에서 상기 수직 전하 전송 영역으로 전하를 전송하는 트랜스퍼 게이트가 상기 포토 다이오드 주변부를 감싸도록 형성됨에 또 다른 특징이 있다. In addition, the CCD image sensor of the present invention for achieving the above object, in the CCD image sensor having a plurality of photodiode regions, a plurality of vertical charge transfer region and a horizontal charge transfer region on the substrate, each of the photos Another characteristic is that a transfer gate for transferring charge from a diode region to the vertical charge transfer region is formed to surround the photodiode.
이하, 상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 CCD 이미지 센서를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, a CCD image sensor according to the present invention having the above characteristics will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 4는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 CCD 이미지 센서의 단면 구조도로서, 도 4a는 수직 전하 전송 영역의 단면도이고, 도 4b는 수평 전하 전송 영역의 단면도이다. 4 is a cross-sectional structural view of a CCD image sensor according to a first preferred embodiment of the present invention. FIG. 4A is a sectional view of a vertical charge transfer region, and FIG. 4B is a sectional view of a horizontal charge transfer region.
먼저, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 CCD 이미지 센서는, 상술한 바와 같이, 복수개의 포토 다이오드(Photo Diode : PD) 영역, 수직 전하 전송(VCCD : Vertical Charge Coupled Device)영역, 수평 전하 전송(HCCD : Horizontal Charge Coupled Device)영역 및 센싱앰프(SA : Sensing Amplifier)로 구성된다. First, the CCD image sensor according to the first embodiment of the present invention, as described above, a plurality of photo diode (PD) region, vertical charge transfer device (VCCD) region, horizontal charge transfer ( It consists of HCCD: Horizontal Charge Coupled Device (SACD) area and Sensing Amplifier (SA).
여기서, 상기 수직 전하 전송 영역은, 도 4a와 같이, P형 반도체 기판(11)에 n형 불순물 이온주입하여 수직 전하 전송 영역(12)을 형성하고, 상기 수직 전하 전송 영역(12)위에 게이트 절연막(14)을 형성하고, 상기 게이트 절연막(14)위에 일정한 간격으로 복수개의 전극(13)을 형성한다. 이 때, 상기 전극(13)과 전극(13) 사이의 상기 수직 전하 전송 영역(12)에는 저농도 n형 불순물 영역(12a)이 형성된다. Here, the vertical charge transfer region is implanted with n-type impurity ions into the P-
따라서, 상기 전극(13)에 순차적으로 전압을 인가하여 전하를 수직 방향으로 전송하도록 한다. 이 때, 상기 저농도 n형 불순물 영역(12a)은 상대적으로 포텐설 프로파일이 높기 때문에 상기 전극과 전극 사이의 수직 전하 전송 영역(12)에는 전하가 위치되지 않도록 하였다. Therefore, voltage is sequentially applied to the
또한, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 수평 전하 전송 영역은, 도 4b와 같이, P형 반도체 기판(11)에 n형 불순물 이온주입으로 수평 전하 전송 영역(15)이 형성되고, 상기 수평 전하 전송 영역(15)위에는 게이트 절연막(16)이 형성되며, 상기 게이트 절연막(16)위에 복수개의 전극(17)이 형성된다. 그리고, 상기 전극(17)과 전극(17) 사이의 상기 수평 전하 전송 영역(15)에는 저농도 n형 불순물 영역(15a)이 형성되고, 상기 각 전극(17)의 일측 하부의 상기 수평 전하 전송 영역(15)에는 상기 수평 전하 전송 영역(15)과 농도가 다른 n형 불순물 영역(15b)이 형성된다. In the horizontal charge transfer region according to the first embodiment of the present invention, as shown in FIG. 4B, the horizontal
상기 n형 불순물 영역(15b)은 계단 모양의 포텐셜 프로파일을 갖도록 하기 위한 것이다. The n-
한편, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 CCD 이미지 센서를 설명하면 다음과 같다. Meanwhile, the CCD image sensor according to the second embodiment of the present invention will be described.
도 5는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 전극 구조의 평면도이고, 도 6은 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 포토 다이오드 영역의 평면도이며, 도 7은 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 포토 다이오드 영역과 수직 전하 전송 영역의 단면도이다. 5 is a plan view of an electrode structure according to a second preferred embodiment of the present invention, FIG. 6 is a plan view of a photodiode region according to a second preferred embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a second preferred embodiment of the present invention. A cross-sectional view of a photodiode region and a vertical charge transfer region in accordance with FIG.
즉, 단일층으로 전극을 형성할 때, 도 5에 도시한 바와 같이, 수직 전하 전송 영역에 전극을 형성할 때, 전면에 폴리 실리콘을 증착하고 전극과 전극 사이에 해당되는 부분을 식각하여 복수개의 전극을 형성하고, 도 6에 도시한 바와 같이 전면에 포토 레지스트를 증착하고 노광 및 현상 공정으로 상기 포토다이오드 영역을 선택적으로 오픈한다. 그리고, 상기 오픈된 부분에, 도 7에 도시한 바와 같이 인(phosphorus) 이온을 주입하여 포토 다이오드 영역의 n형 불순물 영역(N)을 형성하고, 보론(Boron)을 틸트 이온주입하여 P+ 불순물 영역(P+)을 형성한다. That is, when forming the electrode in a single layer, as shown in Figure 5, when forming the electrode in the vertical charge transfer region, polysilicon is deposited on the front surface and the corresponding portion between the electrode and the electrode by etching a plurality of An electrode is formed, a photoresist is deposited on the entire surface as shown in FIG. 6, and the photodiode region is selectively opened by an exposure and development process. As shown in FIG. 7, phosphorus ions are implanted into the open portion to form an n-type impurity region N of the photodiode region, and boron is implanted with tilt ions to inject the P + impurity region. To form (P +).
이 때, 상기 전극과 전극 사이(electrode gap)의 상기 수직 전하 전송 영역에 보론을 주입하여 상기 전극과 전극 사이의 수직 전하 전송 영역에 포텐셜 베리어(potential barrier)를 줄일 수 있어 높은 전하 운송 효과를 얻을 수 있다. At this time, by injecting boron into the vertical charge transfer region between the electrode and the electrode (potential gap) can reduce the potential barrier in the vertical charge transfer region between the electrode and the electrode to obtain a high charge transport effect Can be.
또한, 상기 포토다이오드에서 수직 전하 전송 영역으로 전하를 전송하기 위한 트랜스퍼 게이트 전극은, 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 각 포토다이오드 영역의 주변을 감싸도록 형성한다. In addition, a transfer gate electrode for transferring charge from the photodiode to the vertical charge transfer region is formed to surround the periphery of each photodiode region, as shown in FIGS. 6 and 7.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 CCD 이미지 센서에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다. The CCD image sensor according to the present invention as described above has the following effects.
즉, 단일층으로 전극을 형성하므로 소비 전력을 줄일 수 있고 공정을 단순화할 수 있다. That is, since the electrode is formed in a single layer, power consumption can be reduced and the process can be simplified.
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2006
- 2006-12-26 KR KR1020060133468A patent/KR20080059772A/en not_active Application Discontinuation
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E601 | Decision to refuse application |