KR100724144B1 - method for fabricating Charge Coupled Device - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수직전하전송영역(VCCD) 구조를 달리하여 전하전송효율을 향상시킬 수 있는 고체촬상소자의 제조방법에 관해 개시한다.The present invention discloses a method of manufacturing a solid-state image pickup device capable of improving charge transfer efficiency by changing a structure of a vertical charge transfer region (VCCD).

개시된 본 발명의 고체촬상소자의 제조방법은 반도체기판 상에 웰을 형성하는 공정과, 웰을 포함한 기판 상에 전하전송영역(BCCD)과 포토다이오드영역(PDN)을 각각 형성하는 공정과, 전하전송영역(BCCD)의 양끝 부위에 중심부위로 전위를 집중시키는 전하격리층을 형성하는 공정과, 전하격리층을 포함한 기판 상에 게이트절연층을 개재시키어 게이트를 형성하는 공정을 포함한다.Disclosed are a method of manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, a process of forming a well on a semiconductor substrate, a process of forming a charge transfer region (BCCD) and a photodiode region (PDN) on a substrate including a well, and a charge transfer. Forming a charge isolation layer for concentrating a potential over the center portion at both ends of the region BCCD; and forming a gate by interposing a gate insulating layer on a substrate including the charge isolation layer.

Description

고체촬상소자의 제조방법{method for fabricating Charge Coupled Device}Method for fabricating a solid state imaging device {method for fabricating Charge Coupled Device}

도 1은 일반적인 고체촬상소자의 평면도.1 is a plan view of a general solid state image pickup device.

도 2는 종래기술에 따른 수직전하전송영역(VCCD)의 평면도.2 is a plan view of a vertical charge transfer region (VCCD) according to the prior art;

도 3a 내지 도 3c는 도 2의 Ⅰ-Ⅱ 절단선을 따라 나타낸 공정단면도.3A to 3C are cross-sectional views taken along the line II of FIG. 2.

도 4는 본 발명의 제 1실시예에 따른 수직전하전송영역(VCCD)의 평면도.4 is a plan view of a vertical charge transfer region (VCCD) according to a first embodiment of the present invention.

도 5a 내지 도 5c는 도 4의 Ⅲ-Ⅳ 절단선을 따라 나타낸 공정단면도.5A to 5C are cross-sectional views taken along the line III-IV of FIG. 4.

도 6은 본 발명의 제 2실시예에 따른 수직전하전송영역(VCCD)의 평면도.6 is a plan view of a vertical charge transfer region (VCCD) according to a second embodiment of the present invention.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for main parts of the drawings

200. 반도체기판 202. 웰200. Semiconductor substrate 202. Well

204. 전하전송영역(BCCD) 206. 게이트절연층204. Charge transfer region (BCCD) 206. Gate insulating layer

208. 게이트 210. 절연층208. Gate 210. Insulation layer

220. 절연패턴 220. Insulation pattern

본 발명은 고체촬상소자의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 수직전하전송영역 구조를 달리하여 전하전송효율(Charge Transmission Efficiency)을 향상시킬 수 있는 고체촬상소자의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a solid state image pickup device, and more particularly, to a method for manufacturing a solid state image pickup device capable of improving charge transmission efficiency by changing a structure of a vertical charge transfer region.

도 1은 일반적인 고체촬상소자의 평면도이다.1 is a plan view of a general solid state image pickup device.

고체촬상소자는 칩에 의해 전자를 발생시키고, 전하결합소자를 방향성을 가지도록 배열하고, 이에 의해 전송된 신호전하를 검출하는 장치이다. 즉, 빛에 의해 여기된 전하들을 방향성을 가지는 CCD(Charge Coupled Device) 어레이(array)를 통하여 전송한 다음, 이 신호를 증착하여 소정의 출력신호를 얻는 장치이다.A solid state image pickup device is a device for generating electrons by a chip, arranging charge-coupled devices in a directional manner, and detecting signal charges transmitted thereby. That is, it is a device that transfers the electric charges excited by light through a directional array of CCD (Charge Coupled Device), and then deposits this signal to obtain a predetermined output signal.

이와 같은 영상신호를 전기적인 신호로 변환시켜주는 장치인 고체촬상소자는, 도 1에 도시된 바와 같이, 광전변환영역(PDN)(16)과 상기 광전변환영역(16)에서 생성하고 축적된 신호전하를 전송받는 수직전하전송영역 (VCCD:Vertical CCD)(18)으로 구성된 단위 셀로 하여 배열된 픽셀어레이부(14)와 수평전하전송영역 (HCCD:Horizontal CCD)(10) 및 신호검출부로 구성된다.The solid-state image pickup device, which is a device for converting such an image signal into an electrical signal, is a signal generated and accumulated in the photoelectric conversion region (PDN) 16 and the photoelectric conversion region 16, as shown in FIG. It consists of a pixel array unit 14 arranged as a unit cell composed of a vertical charge transfer region (VCCD: Vertical CCD) 18 receiving charges, a horizontal charge transfer region (HCCD) (Horizontal CCD) 10, and a signal detector. .

상기 광전변환영역(PDN)(16)에서 축적된 신호전하는 수직전하전송영역 (VCCD)(18)과 수평전하전송영역(HCCD)(10)로 차례로 전달되어 신호검출부(AMP)를 통해 출력된다.The signal charges accumulated in the photoelectric conversion region (PDN) 16 are sequentially transmitted to the vertical charge transfer region (VCCD) 18 and the horizontal charge transfer region (HCCD) 10 and output through the signal detector AMP.

상기 구성된 종래기술에 따른 고체촬상소자는 광이 수광부인 광전변환영역 (PDN)(16)에 닿으면, 광전효과에 의해 발생된 전하가 광전변환영역(PDN)(16) 아래의 포텐셜 우물(potential well)(미도시)에 축적하게 된다. 이렇게 모아진 전하는 전송게이트(208)에 걸리는 전압에 의해 야기되는 포텐셜의 변화에 의해 전하 이동로인 수직전하전송영역(VCCD)(18)으로 이동된다. 전송된 전하는 수직전하전송영역 (VCCD)(18)을 통하여 순서대로 이동하다가 수평전하전송영역(HCCD)(10)이라는 보다 넓은 이동로를 따라 움직여 가게 되며, 결국 플로팅확산(flaoting diffusion)영역(미도시)에 모아지게 된다. 플로팅확산영역에 모아진 전하는 고감도의 전하검출부로 전송되어 전압신호로 변환된다.In the above-described solid state image pickup device according to the related art, when light reaches the photoelectric conversion region (PDN) 16 that is the light receiving portion, the charge generated by the photoelectric effect is potential well below the photoelectric conversion region (PDN) 16. accumulate in a well (not shown). The charge thus collected is transferred to the vertical charge transfer region (VCCD) 18, which is a charge transfer path, by a change in potential caused by the voltage across the transfer gate 208. The transmitted charges move in sequence through the vertical charge transfer region (VCCD) 18 and then move along a wider path, called a horizontal charge transfer region (HCCD) 10, and eventually a floating diffusion region (not shown). Poetry). Charges collected in the floating diffusion region are transferred to a high sensitivity charge detector and converted into a voltage signal.

도 2는 종래기술에 따른 수직전하전송영역(VCCD)의 평면도이다.2 is a plan view of a vertical charge transfer region (VCCD) according to the prior art.

종래기술에 따른 고체촬상소자의 수직전하전송영역(HCCD)은, 도 2에 도시된 바와 같이, N형의 반도체기판(100)에 형성되는 P형의 웰(102)과, P형의 웰(102) 내에 형성되는 전하전송영역(BCCD)(104)과, 상기 전하전송영역(BCCD)(104)과 분리되어 형성되는 포토다이오드영역(PDN)(16)과, 기판(200) 상에 형성되는 게이트절연층(미도시) 및 게이트(108)로 구성된다.The vertical charge transfer region HCCD of the solid state image pickup device according to the prior art includes a P type well 102 and a P type well formed in the N type semiconductor substrate 100, as shown in FIG. A charge transfer region (BCCD) 104 formed in 102, a photodiode region (PDN) 16 formed separately from the charge transfer region (BCCD) 104, and a substrate 200. A gate insulating layer (not shown) and a gate 108 are formed.

도 3a 내지 도 3c는 도 2의 Ⅰ-Ⅱ 절단선을 따라 나타낸 공정단면도이다.3A to 3C are cross-sectional views of the process taken along the line II of FIG. 2.

상기 구성을 가진 종래기술에 따른 고체촬상소자의 수직전하전송영역(HCCD) 제조방법은, 도 3a에 도시된 바와 같이, 먼저 N형의 반도체기판(100)의 수직전하전송영역(VCCD)에 P형의 불순물을 주입하여 P형의 웰(102)을 형성한 다음, 도 3b에 도시된 바와 같이, 베리드(barried) 이온주입을 실시하여 전하전송영역(BCCD)(104)을 형성한다.In the method of manufacturing a vertical charge transfer region (HCCD) of the solid state image pickup device according to the related art having the above configuration, as shown in FIG. 3A, first, the vertical charge transfer region (VCCD) of the N-type semiconductor substrate 100 is formed. The P type well 102 is implanted by implanting impurities of a type, and then, as shown in FIG. 3B, a buried ion implantation is performed to form a charge transfer region (BCCD) 104.

이어서, 상기 결과물의 기판(100) 상에 ONO(Oxide-Nitride-Oxide)구조를 가진 게이트절연층(106)을 형성한다.Subsequently, a gate insulating layer 106 having an oxide-nitride-oxide (ONO) structure is formed on the resulting substrate 100.

그 다음, 도 3c에 도시된 바와 같이, 게이트절연층(106) 상에 다결정실리콘을 증착한 후, 소정영역 패턴 식각하여 게이트(108)를 형성한다. 이 후, 게이트(108)를 열산화하여 절연층(110)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 3C, after the polysilicon is deposited on the gate insulating layer 106, the gate 108 is formed by etching a predetermined region pattern. Thereafter, the gate 108 is thermally oxidized to form the insulating layer 110.

그러나, 종래의 고체촬상소자의 제조방법에서는, 수직전하전송영역(VCCD)의 구조 상 모든 부위에서 전위가 동일하므로, 전하전송효율이 저하된 문제점이 있었다.However, in the conventional method of manufacturing a solid state image pickup device, since the potentials are the same in all the parts of the structure of the vertical charge transfer region (VCCD), there is a problem that the charge transfer efficiency is lowered.

이에 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 수직전하전송영역(VCCD) 구조를 달리하여 전하전송효율을 향상시킬 수 있는 고체촬상소자의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a solid-state imaging device capable of improving charge transfer efficiency by changing a structure of a vertical charge transfer region (VCCD).

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고체촬상소자의 제조방법은, 반도체기판 상에 웰을 형성하는 공정; 상기 웰을 포함한 기판 상에 전하전송영역(BCCD)과 포토다이오드영역(PDN)을 각각 형성하는 공정; 상기 전하전송영역(BCCD)의 양끝 부위에 중심부위로 전위를 집중시키는 전하격리층을 형성하는 공정; 상기 전하격리층을 포함한 기판 상에 게이트절연층을 개재시키어 게이트를 형성하는 공정;을 포함하며, 상기 전하격리층은 상기 전하전송영역(BCCD)과 포토다이오드영역(PDN)을 포함한 반도체기판 상에 절연층을 형성한 후, 상기 전하전송영역(BCCD)의 양끝 부위와 대응되는 부분에 잔류되도록 상기 절연층을 패턴 식각하여 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고체촬상소자의 제조방법은, 반도체기판 상에 웰을 형성하는 공정; 상기 웰을 포함한 기판 상에 전하전송영역(BCCD)과 포토다이오드영역(PDN)을 각각 형성하는 공정; 상기 전하전송영역(BCCD)의 양끝 부위에 중심부위로 전위를 집중시키는 전하격리층을 형성하는 공정; 상기 전하격리층을 포함한 기판 상에 게이트절연층을 개재시키어 게이트를 형성하는 공정;을 포함하며, 상기 전하격리층은 상기 기판의 상기 전하전송영역(BCCD)의 양끝부위와 대응되는 부분에 트렌치를 형성한 후, 절연물질을 이용하여 상기 트렌치를 매립시키어 형성하는 것을 특징으로 한다. A solid-state imaging device manufacturing method of the present invention for achieving the above object comprises the steps of forming a well on a semiconductor substrate; Forming a charge transfer region (BCCD) and a photodiode region (PDN) on the substrate including the well, respectively; Forming a charge isolation layer for concentrating a potential over a center portion at both ends of the charge transfer region BCCD; Forming a gate by interposing a gate insulating layer on the substrate including the charge isolation layer, wherein the charge isolation layer is formed on a semiconductor substrate including the charge transfer region BCCD and the photodiode region PDN. After the insulating layer is formed, the insulating layer is pattern-etched to remain at portions corresponding to both ends of the charge transfer region BCCD.
In addition, a method of manufacturing a solid-state imaging device of the present invention for achieving the above object comprises the steps of forming a well on a semiconductor substrate; Forming a charge transfer region (BCCD) and a photodiode region (PDN) on the substrate including the well, respectively; Forming a charge isolation layer for concentrating a potential over a center portion at both ends of the charge transfer region BCCD; And forming a gate by interposing a gate insulating layer on the substrate including the charge isolation layer, wherein the charge isolation layer has trenches at portions corresponding to both ends of the charge transfer region BCCD of the substrate. After forming, the trench is embedded by using an insulating material.

(실시예)
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하도록 한다. (Example)
Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명의 제 1실시예에 따른 수직전하전송영역(VCCD)의 평면도이다.4 is a plan view of a vertical charge transfer region VCCD according to a first embodiment of the present invention.

본 발명의 고체촬상소자의 수직전하전송영역(HCCD)은, 도 4에 도시된 바와 같이, N형의 반도체기판(200)에 형성되는 P형의 웰(202)과, P형의 웰(202) 내에 형성되는 전하전송영역(BCCD)(204)과, 전하전송영역(BCCD)(204)과 분리되어 형성되는 포토다이오드영역(PDN)(26)과, 전하전송영역(BCCD)(204)의 양끝 부위에 각각 형성되어, 전하전송영역(204) 내의 전위차를 발생시키어 진하 전송 시에 전하를 중심부위에 집중시켜주는 전하격리층(220)과, 기판(200) 상에 전하격리층(220)을 덮도록 형성되는 게이트절연층(미도시)과, 게이트절연층 상에 형성되는 게이트(208)로 구성된다.The vertical charge transfer region HCCD of the solid state image pickup device according to the present invention includes a P type well 202 and a P type well 202 formed in an N type semiconductor substrate 200, as shown in FIG. Of charge transfer region (BCCD) 204, photodiode region (PDN) 26 formed separately from charge transfer region (BCCD) 204, and charge transfer region (BCCD) 204 The charge isolation layer 220 is formed at both ends to generate a potential difference in the charge transfer region 204 to concentrate charges on the center portion during the progressive transfer, and the charge isolation layer 220 on the substrate 200. A gate insulating layer (not shown) formed so as to cover and a gate 208 formed on the gate insulating layer.

도 5a 내지 도 5c는 도 4의 Ⅲ-Ⅳ 절단선을 따라 나타낸 공정단면도이다.5A through 5C are cross-sectional views illustrating a process taken along line III-IV of FIG. 4.

상기 구성을 가진 본 발명에 따른 고체촬상소자의 수직전하전송영역(HCCD) 제조방법은, 도 5a에 도시된 바와 같이, N형의 반도체기판(200) 상에 P형의 불순물을 주입하여 P형의 웰(202)을 형성한 다음, 베리드 이온주입을 실시하여 전하전송영역(BCCD)(204)을 형성한다. 여기에서, 상기 전하전송영역(BCCD) 형성과정까지는 종래의 방법과 동일하다.In the method of manufacturing a vertical charge transfer region (HCCD) of a solid state image pickup device according to the present invention having the above structure, as shown in FIG. 5A, a P type impurity is implanted onto an N type semiconductor substrate 200. After the well 202 is formed, buried ion implantation is performed to form a charge transfer region (BCCD) 204. Here, the process of forming the charge transfer region BCCD is the same as in the conventional method.

이어서, 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 결과물의 기판(200) 상에 산화실리콘을 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition)하여 절연층을 형성한 다음, 포토리쏘그라피(photolithography)공정에 의해 상기 절연층을 식각하여 전하전송영역(BCCD)(204)의 양끝 부위를 덮는 절연패턴(220)을 형성한다.Subsequently, as illustrated in FIG. 5B, an insulating layer is formed by chemical vapor deposition of silicon oxide on the resultant substrate 200, and then the insulating layer is formed by a photolithography process. Is etched to form an insulating pattern 220 covering both ends of the charge transfer region (BCCD) 204.

이때, 상기 절연패턴(220)은 전하전송영역(BCCD)(204)의 양끝 부위를 덮는 구조를 가짐으로써, 전하 이송 시, 전위차를 발생시키어 전하가 양끝 부위에서 중심방향으로 모이게 하는 전하격리층 역할을 한다.At this time, the insulating pattern 220 has a structure covering both end portions of the charge transfer region (BCCD) 204, and generates a potential difference during charge transfer, thereby acting as a charge isolating layer that causes charges to converge in the center direction at both ends. Do it.

그 다음, 상기 결과물의 기판(200) 상에 절연패턴(220)을 덮도록 ONO구조를 가진 게이트절연층(206)을 형성한다. Next, a gate insulating layer 206 having an ONO structure is formed on the resultant substrate 200 to cover the insulating pattern 220.                     

이 후, 도 5c에 도시된 바와 같이, 게이트절연층(306) 상에 다결정실리콘을 증착한 후, 소정영역 패턴 식각하여 게이트(208)를 형성한다. 이어서, 상기 게이트(208)를 열산화하여 절연층(210)을 형성한다.Thereafter, as shown in FIG. 5C, after the polysilicon is deposited on the gate insulating layer 306, the gate 208 is formed by etching a predetermined region pattern. Subsequently, the gate 208 is thermally oxidized to form an insulating layer 210.

도 6은 본 발명의 제 2실시예에 따른 수직전하전송영역(VCCD)의 평면도이다.6 is a plan view of a vertical charge transfer region (VCCD) according to a second embodiment of the present invention.

본 발명의 제 2실시예에서는, 본 발명의 제 1실시예에서의 전하전송영역 (BCCD)(204)의 양끝 부위를 덮는 절연패턴(220) 대신, 기판(300)의 전하전송영역 (BCCD)(304)의 양끝 부분에 트렌치(trench)(T)를 매립시키는 매립절연층(320)이 형성된 구성을 가진다.In the second embodiment of the present invention, the charge transfer region (BCCD) of the substrate 300, instead of the insulating pattern 220 covering both ends of the charge transfer region (BCCD) 204 in the first embodiment of the present invention. The buried insulating layer 320 for filling the trench T is formed at both ends of the 304.

상기 매립절연층(320) 형성은, 도 6에 도시된 바와 같이, 기판(300)의 전하전송영역(BCCD)(304)의 양끝 부분에 트렌치(trench)(T)를 형성한 후, 산화물질을 증착하고 에치백하여 상기 트렌치(T)를 매립시키어 형성한다.As shown in FIG. 6, the buried insulating layer 320 is formed by forming trenches T at both ends of the charge transfer region BCCD 304 of the substrate 300. Is deposited and etched back to form the trench T.

상기 매립절연층(320)은, 본 발명의 제 1실시예의 절연패턴(220)과 마찬가지로, 전하전송영역(BCCD)의 전위가 그 중심부위에 집중되도록 하는 전하격리층 역할을 한다.Like the insulating pattern 220 of the first embodiment of the present invention, the buried insulating layer 320 serves as a charge isolating layer that allows the potential of the charge transfer region BCCD to be concentrated on the center thereof.

이상에서와 같이, 본 발명의 고체촬상소자의 제조방법은 전하전송영역(BCCD)의 양끝 부위에 전하격리층을 가지며, 상기 전하격리층는 전하전송영역(BCCD)에 전위차를 발생시키어 전하 전송 시, 전하가 전하전송영역(BCCD)의 중심 부분에 모이게 해주는 역할을 한다.As described above, the manufacturing method of the solid state image pickup device of the present invention has charge isolation layers at both ends of the charge transfer region BCCD, and the charge isolation layer generates a potential difference in the charge transfer region BCCD. The charge collects in the center of the charge transfer region (BCCD).

따라서, 본 발명의 방법에서는 전하전송영역(BCCD)의 중심부분에서 전위가 높아짐으로써, 전하전송효율이 향상된다.Therefore, in the method of the present invention, the electric potential is increased in the central portion of the charge transfer region BCCD, thereby improving the charge transfer efficiency.

기타, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다. In addition, this invention can be implemented in various changes within the range which does not deviate from the summary.

Claims (3)

삭제delete 반도체기판 상에 웰을 형성하는 공정; Forming a well on a semiconductor substrate; 상기 웰을 포함한 기판 상에 전하전송영역(BCCD)과 포토다이오드영역(PDN)을 각각 형성하는 공정; Forming a charge transfer region (BCCD) and a photodiode region (PDN) on the substrate including the well, respectively; 상기 전하전송영역(BCCD)의 양끝 부위에 중심부위로 전위를 집중시키는 전하격리층을 형성하는 공정; Forming a charge isolation layer for concentrating a potential over a center portion at both ends of the charge transfer region BCCD; 상기 전하격리층을 포함한 기판 상에 게이트절연층을 개재시키어 게이트를 형성하는 공정;을 포함하며, And forming a gate by interposing a gate insulating layer on the substrate including the charge isolation layer. 상기 전하격리층은 상기 전하전송영역(BCCD)과 포토다이오드영역(PDN)을 포함한 반도체기판 상에 절연층을 형성한 후, 상기 전하전송영역(BCCD)의 양끝 부위와 대응되는 부분에 잔류되도록 상기 절연층을 패턴 식각하여 형성하는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자의 제조방법.The charge isolation layer forms an insulating layer on the semiconductor substrate including the charge transfer region BCCD and the photodiode region PDN, and then remains at portions corresponding to both ends of the charge transfer region BCCD. A method of manufacturing a solid state image pickup device, characterized in that the insulating layer is formed by pattern etching. 반도체기판 상에 웰을 형성하는 공정; Forming a well on a semiconductor substrate; 상기 웰을 포함한 기판 상에 전하전송영역(BCCD)과 포토다이오드영역(PDN)을 각각 형성하는 공정; Forming a charge transfer region (BCCD) and a photodiode region (PDN) on the substrate including the well, respectively; 상기 전하전송영역(BCCD)의 양끝 부위에 중심부위로 전위를 집중시키는 전하격리층을 형성하는 공정; Forming a charge isolation layer for concentrating a potential over a center portion at both ends of the charge transfer region BCCD; 상기 전하격리층을 포함한 기판 상에 게이트절연층을 개재시키어 게이트를 형성하는 공정;을 포함하며, And forming a gate by interposing a gate insulating layer on the substrate including the charge isolation layer. 상기 전하격리층은 상기 기판의 상기 전하전송영역(BCCD)의 양끝부위와 대응되는 부분에 트렌치를 형성한 후, 절연물질을 이용하여 상기 트렌치를 매립시키어 형성하는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자의 제조방법.The charge isolation layer may be formed by forming trenches in portions corresponding to both ends of the charge transfer region BCCD of the substrate, and then filling the trenches with an insulating material to form the solid state image pickup device. Way.
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