JP2007005792A - シーモスイメージセンサー - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明はシーモスイメージセンサーに関し、より詳しくはシーモスイメージセンサーの性能を向上させ、受光素子と素子分離酸化膜の間の暗電流を效果的に減らす。また、フローティングディフュージョン領域で伝達するキャリアの伝送效率を増加させるシーモスイメージセンサーを提供する。
【解決手段】本発明の一つの実施形態によるシーモスイメージセンサーは、基板に形成された受光素子、受光素子と水平方向に離隔されてあり、受光素子を取り囲むように基板に形成されたフローティングディフュージョン領域、受光素子及びフローティングディフュージョン領域と垂直方向に離隔されて形成されて、受光素子及びフローティングディフュージョン領域の隣接境界領域でそれぞれ重畳されるように形成されたトランスファーゲート及びフローティングディフュージョン領域と水平方向に離隔されて形成された素子分離酸化膜を含む。
【選択図】図３
【解決手段】本発明の一つの実施形態によるシーモスイメージセンサーは、基板に形成された受光素子、受光素子と水平方向に離隔されてあり、受光素子を取り囲むように基板に形成されたフローティングディフュージョン領域、受光素子及びフローティングディフュージョン領域と垂直方向に離隔されて形成されて、受光素子及びフローティングディフュージョン領域の隣接境界領域でそれぞれ重畳されるように形成されたトランスファーゲート及びフローティングディフュージョン領域と水平方向に離隔されて形成された素子分離酸化膜を含む。
【選択図】図３
Description
本発明は、シーモス（ＣＭＯＳ； Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサーに関し、 より詳くはシーモスイメージセンサー内で発生する暗電流を效果的に減らすことができるシーモスイメージセンサーに関する。
一般的に、シーモスイメージセンサーはシーモス電界效果トランジスター（ＦＥＴ； Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）工程を利用して製作する。シーモス電界效果トランジスターは低い電力消耗、低い価格、そして高い水準の集積化などの長所がある。
このような長所で、従来シーモスイメージセンサーは多くの応用分野でＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサーの代案で期待されていた。
しかし、シーモスイメージセンサーで報告された暗電流（ｄａｒｋ ｃｕｒｒｅｎｔ）は最適化工程を経たＣＣＤイメージセンサーの暗電流に比べて１０倍以上大きい。
以下、図１及び図２を参照して従来のシーモスイメージセンサーを説明してそれによる問題点を説明する。
図１は従来のシーモスイメージセンサーを示す平面図である。
図２は従来のシーモスイメージセンサーを２ａ−２ａ‘基準で切断した断面図である。
図１及び図２に図示したように、従来シーモスイメージセンサーは、基板１に形成されて光エネルギーを受けてキャリアを生成する受光素子２、受光素子から生成されたキャリアをフローティングディフュージョン領域４で伝達させるトランスファーゲート３、 隣接するシーモスイメージセンサーと絶縁するための素子分離酸化膜５からなる。
そして、電界效果トランジスター（ｒｅｓｅｔ）は、フローティングディフュージョン領域４と電源電圧端（Ｖｄｄ）との間に繋がれて、フローティングディフュージョン領域４に貯蔵されているキャリアを排出してリセットさせる。電界效果トランジスター（Ｓｏｕｒｃｅ ｆｏｌｌｏｗｅｒ）は、電源電圧端（Ｖｄｄ）に繋がれて、ソースフォロアバッファー増幅器（ｓｏｕｒｃｅ ｆｏｌｌｏｗｅｒ ｂｕｆｆｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）として作用する役目をする。電界效果トランジスター（ｒｏｗ ｓｅｌｅｃｔ）は、出力電圧端（Ｖｏｕｔ）に繋がれて、スイッチング（ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）及びアドレッシング（ａｄｄｒｅｓｓｉｎｇ）の機能を果たす役目をする。
従来のシーモスイメージセンサーで発生する暗電流は大きく二つの種類で分けることができる。
一つは受光素子２自体で発生されるもので、 受光素子２自体での暗電流成分は表面とバルクでのｐ−ｎ接合の空乏領域（ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ ｒｅｇｉｏｎ）で発生されて、 他の一つは受光素子２と素子分離酸化膜５の間に発生されるのである。
従来のシーモスイメージセンサーの暗電流は受光素子２と素子分離酸化膜５の間の暗電流成分が受光素子２自体での暗電流成分に比べて相対的に大きいから、 暗電流の主要要因として考慮されることができる。
このような受光素子２と素子分離酸化膜５の間の暗電流成分は、素子分離酸化膜５と受光素子２の間の距離を増加させることで、 減らすことができるが、受光感度などのシーモスイメージセンサーの多くの特性が悪くなる問題点が誘発された。
したがって、本発明の目的は、暗電流を效果的に減少させながら、フローティングディフュージョン領域に伝達するキャリアの伝達特性を進めることができるシーモスイメージセンサーを提供することにある。
上述した課題を果たすための本発明の一つの実施形態によるシーモスイメージセンサーは基板に形成された受光素子、前記受光素子と水平方向に離隔されてあり、前記受光素子を取り囲むように前記基板に形成されたフローティングディフュージョン領域、前記受光素子及び前記フローティングディフュージョン領域と垂直方向に離隔されて形成されて、 前記受光素子及び前記フローティングディフュージョン領域の隣接境界領域でそれぞれ重畳されるように形成されたトランスファーゲート及び前記フローティングディフュージョン領域と水平方向に離隔されて形成された素子分離酸化膜を含む。
ここで、前記受光素子の平面は円または楕円形状で、前記トランスファーゲートは中心部に円形の中空を持って、前記トランスファーゲートの平面はリング形状であることが望ましい。
ここで、前記受光素子、前記トランスファーゲート、前記フローティングディフュージョン領域及び前記素子分離酸化膜がそれぞれ対称的に形成されたことが望ましい。
ここで、フローティングディフュージョン領域の平面は四角形状で、中心部に円形の中空を持つことが望ましい。
ここで、フローティングディフュージョン領域の平面は四角形状で、中心部に円形の中空を持つことが望ましい。
このような構成によれば、 受光素子に入って来た光エネルギーによって生成されたキャリアがトランスファーゲートを通じてフローティングディフュージョン領域のすべての方向で伝達が可能になることで、受光素子と素子分離酸化膜の間の暗電流を效果的に減少させることができる。
上述した本発明の一つの実施形態によるシーモスイメージセンサーは、受光素子に入射された光エネルギーによって生成されたキャリアを效果的にフローティングディフュージョン領域で伝達してシーモスイメージセンサーの性能を進める效果がある。
また、従来の構造に比べて、受光素子と素子分離酸化膜の間の暗電流を效果的に減らす效果がある。
また、トランスファーゲートが受光素子と重畳されてすべての方向を取り囲むように形成されてすべての方向でフローティングディフュージョン領域に接することで、フローティングディフュージョン領域で伝達するキャリアの伝送效率を増加させる效果がある。
その他実施形態の具体的な事項は詳細な説明及び図面に含まれている。
以下、添付された図３及び図４を参照して本発明の一つの実施形態によるシーモスイメージセンサーを説明する。
図３は本発明の一つの実施形態によるシーモスイメージセンサーの平面図である。
図４は本発明の一つの実施形態によるシーモスイメージセンサーを４ａ−４ａ‘基準で切断した断面図である。
図３及び図４に図示したように、本発明の一つの実施形態によるシーモスイメージセンサーは、基板１０に形成されて光エネルギーを受けてキャリアを生成する受光素子２０、受光素子２０から生成されたキャリアをフローティングディフュージョン領域４０で伝達させるトランスファーゲート３０、トランスファーゲート３０によって受光素子２０から生成されたキャリアが伝達または拡散するフローティングディフュージョン領域４０及び隣接するシーモスイメージセンサーとの干渉を抑制するための素子分離酸化膜５０を含む。
そして、電界效果トランジスター（ｒｅｓｅｔ）は、フローティングディフュージョン領域４０と電源電圧端（Ｖｄｄ）との間に繋がれて、フローティングディフュージョン領域４０に貯蔵されているキャリアを排出してリセットさせる。電界效果トランジスター（Ｓｏｕｒｃｅ ｆｏｌｌｏｗｅｒ）は、電源電圧端（Ｖｄｄ）に繋がれて、ソースフォロアバッファー増幅器（ｓｏｕｒｃｅ ｆｏｌｌｏｗｅｒ ｂｕｆｆｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）として作用する役目をする。電界效果トランジスター（ｒｏｗ ｓｅｌｅｃｔ）は出力電圧端（Ｖｏｕｔ）に繋がれて、スイッチング（ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）及びアドレッシング（ａｄｄｒｅｓｓｉｎｇ）の機能を果たす役目をする。
ここで、受光素子２０の垂直断面の中心線を基準で受光素子２０、トランスファーゲート３０、フローティングディフュージョン領域４０及び素子分離酸化膜５０がそれぞれ対称に形成される。
受光素子２０の平面は円形で、トランスファーゲート３０の平面はリング形状に形成される。
フローティングディフュージョン領域４０は受光素子２０と水平方向に離隔されてあり、受光素子２０を取り囲むように基板１０に形成される。
トランスファーゲート３０は受光素子２０及びフローティングディフュージョン領域４０と垂直方向に離隔されて形成されて、受光素子２０及びフローティングディフュージョン領域４０の隣接境界領域にそれぞれ重畳されるように形成されて、中心部に円形の中空を持つ。
トランスファーゲート３０と隣接境界領域に重畳されるフローティングディフュージョン領域４０は、平面が四角形状で基板１０に形成されて、 受光素子２０を取り囲むように中心部に円形の中空を持つ。
隣接するシーモスイメージセンサーとの干渉を抑制するための素子分離酸化膜５０がフローティングディフュージョン領域４０を取り囲むように基板１０に形成される。
次は本発明の一つの実施形態によるシーモスイメージセンサーの動作を説明する。
基板１０に形成された受光素子２０は外部から光エネルギーが入って来る。
入って来た光エネルギーによって生成されたキャリアはトランスファーゲート３０によって制御されてフローティングディフュージョン領域４０に伝達する。
この時、受光素子２０が円または楕円形状に形成されて、トランスファーゲート３０がリング形状に形成されて、受光素子２０に入射入射された光エネルギーによって生成されたキャリアはリング形状のトランスファーゲート３０のすべての面を通じてフローティングディフュージョン領域４０に伝達する。これによって、トランスファーゲート３０の伝送效率は效果的に向上することができる。
ここで、トランスファーゲート３０を通じてフローティングディフュージョン領域４０に伝達したキャリアは素子分離酸化膜５０に抜け出る前にフローティングディフュージョン領域４０の広い面に伝達する。これらのキャリアは、フローティングディフュージョン領域４０の広い面に均一に拡散して殆ど消滅し、素子分離酸化膜５０への到達が防止される。これにより、受光素子２０と素子分離酸化膜５０の間の暗電流を效果的に減少させることができる。
そして、受光された光エネルギーによって生成されたキャリアは素子分離酸化膜５０まで到逹することができないので、隣接したシーモスイメージセンサーの受光素子に影響を及ぼすことができない。
本発明の一つの実施形態によるシーモスイメージセンサーは次のような效果がある。
第一に、フローティングディフュージョン領域４０が受光素子２０を取り囲んでいる形状に形成されて、受光素子２０の水平面内のすべての方向でフローティングディフュージョン領域４０が接して形成されている。
したがって、受光素子２０で生成されたキャリアがすべての方向でフローティングディフュージョン領域４０に伝達して、フローティングディフュージョン領域４０に伝達するキャリアの伝送效率も效果的に向上させることができる。
また、大多数のキャリアが素子分離酸化膜５０に到逹する前にフローティングディフュージョン領域４０に先に伝達するから、暗電流の発生を最大限減らすことができるようになる。
第二に、トランスファーゲート３０とフローティングディフュージョン領域４０が受光素子２０を取り囲む形状に形成されることで、隣接するシーモスイメージセンサーの受光素子との距離が従来の構造に比べて相対的に遠くなるようになる。これによって、素子分離酸化膜５０を越えて隣接するシーモスイメージセンサーの受光素子間の干渉を效果的に減少させることができる。
以上添付された図面を参照して本発明の実施形態を説明したが、前述した本発明の技術的構成は本発明が属する技術分野の当業者が本発明のその技術的思想や必須特徴を変更しなくても他の具体的な形態で実施されることができるということを理解することができるでしょう。
だから以上で記述した実施形態はすべての面で例示的なことで限定的なのではないこととして理解されなければならないし、本発明の範囲は前記詳細な説明よりは前述する特許請求範囲によって現わされて、特許請求範囲の意味及び範囲そしてその等価概念から導出されるすべての変更または変形された形態が本発明の範囲に含まれることに解釈されなければならない。
１０ : 基板 ２０ : 受光素子
３０ : トランスファーゲート ４０ : フローティングディフュージョン領域
５０ : 素子分離酸化膜
３０ : トランスファーゲート ４０ : フローティングディフュージョン領域
５０ : 素子分離酸化膜
Claims (7)
- 基板に形成された受光素子と、
前記受光素子と水平方向に離隔されてあり、 前記受光素子を取り囲むように前記基板に形成されたフローティングディフュージョン（ｆｌｏａｔｉｎｇ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）領域と、
前記受光素子及び前記フローティングディフュージョン領域と垂直方向に離隔されて形成されて、 前記受光素子及び前記フローティングディフュージョン領域の隣接境界領域でそれぞれ重畳されるように形成されたトランスファーゲートと、
前記フローティングディフュージョン領域と水平方向に離隔されて形成された素子分離酸化膜を含むことを特徴とするシーモスイメージセンサー。 - 前記受光素子の平面は円または楕円形状であることを特徴とする、請求項１記載のシーモスイメージセンサー。
- 前記トランスファーゲートは中心部に円形の中空を持つことを特徴とする、請求項１記載のシーモスイメージセンサー。
- 前記トランスファーゲートの平面はリング形状であることを特徴とする、 請求項３記載のシーモスイメージセンサー。
- 前記受光素子、前記トランスファーゲート、 前記フローティングディフュージョン領域及び前記素子分離酸化膜はそれぞれ対称的に形成されたことを特徴とする、 請求項１記載のシーモスイメージセンサー。
- 前記フローティングディフュージョン領域の平面は四角形状であることを特徴とする、請求項１記載のシーモスイメージセンサー。
- 前記フローティングディフュージョン領域は中心部に円形の中空を持つことを特徴とする、請求項６記載のシーモスイメージセンサー。
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