JP2009236914A - 距離測定センサ及びそれを備えた立体カラーイメージセンサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板に第1不純物をドーピングして形成され、光を受けて光電荷を発生する光電変換領域と、前記基板に第2不純物をドーピングし、前記光電変換領域を挟んで互いに対向するように離隔して形成され、前記光電荷を集め保存する第1及び第2電荷保存領域と、前記第1及び第2電荷保存領域にそれぞれ対応して前記基板に所定の深さで形成される第1及び第2トレンチと、前記第1及び第2トレンチ内にそれぞれ形成される第1及び第2垂直フォトゲートとを有する。
【選択図】 図1
Description
一般的なイメージセンサは、半導体基板上に行列に配列される複数の単位画素を備える。それぞれの単位画素はフォトダイオード及びトランジスタを備える。フォトダイオードは、外部からの光を感知して光電荷を発生して保存する。トランジスタは、発生した光電荷の電荷量に従って電気的な信号を出力する。
また、本発明の他の目的は、距離測定センサとカラーイメージセンサとを結合した立体カラーイメージセンサを提供することにある。
前記第1及び第2垂直フォトゲートは、前記基板の前記第1電荷保存領域と第2電荷保存領域との間にそれぞれ前記第1及び第2電荷保存領域と接触し、互いに離隔して形成されることが好ましい。
前記第1及び第2トレンチの下部には、それぞれ前記第2不純物がドーピングされた第3及び第4領域がさらに形成されることが好ましい。
前記光電変換領域は、前記第1トレンチと第2トレンチとの間に、前記基板の表面に前記第2不純物がドーピングされた第5領域を備えることが好ましい。
前記垂直フォトゲートは、ポリシリコン又は金属で形成されることが好ましい。
図1を参照すると、距離測定センサ100は、p型の基板110上で互いに離隔した第1トレンチ111及び第2トレンチ112と、第1トレンチ111及び第2トレンチ112内にそれぞれ形成された第1垂直フォトゲート121及び第2垂直フォトゲート122を備える。
基板110はシリコン基板であり、絶縁層114はシリコン酸化物でありうる。そして、第1及び第2垂直フォトゲート121、122はポリシリコン又は金属で形成できる。
以下、図1及び図2を参照して本発明による距離測定センサの動作を詳細に説明する。
図1の距離測定センサ100と実質的に同じ構成要素には同じ参照番号を使用して詳細な説明は省略する。
n型領域211、212は、光電変換領域230からの光電荷が、第1及び第2垂直フォトゲート121、122に電圧が印加される時に形成される電荷移動経路で、第1及び第2トレンチ111、121の下部周囲のコーナーで電荷を容易に移動させる。
図3の距離測定センサ200の動作は、図1の距離測定センサ100の動作と実質的に同様であり、詳細な説明は省略する。
図1の距離測定センサ100と実質的に同じ構成要素には同じ参照番号を使用し、詳細な説明は省略する。
図5は、それぞれ所定の赤外線光を照射して、電荷保存領域での電流をシミュレーションした結果のグラフである。各フォトゲートの幅は0.4μmであり、本発明のフォトゲートの垂直長さは1.0μmであった。
図5を見れば分かるように、本発明の距離測定センサの第1及び第2電荷保存領域からの電流の差は、従来の距離測定センサの電流の差に比べて本発明での差が概ね50%以上向上していることを示す。
立体カラーイメージセンサ400は、アレイ形態に配列された複数の単位ピクセルを備える。
図6を参照すれば、単位ピクセルは、サブピクセルである赤外線ピクセルIR、カラーイメージのためのカラーピクセル、例えばレッドピクセルR、グリーンピクセルG、ブルーピクセルBを備える。赤外線ピクセルIRは、上述した距離測定センサに該当する。
サブピクセル上には、それぞれその上に対応するフィルタ(図示せず)と、フィルタ上に設置されたマイクロレンズ(図示せず)とを備える。
第1及び第2電荷保存領域441、442、フローティング拡散領域461、462、及びトランスファーゲート471、472はトランスファートランジスタTx1、Tx2を形成し、フローティング拡散領域461、462、リセット拡散領域463、465及びリセットゲート481、482はリセットトランジスタRx1、Rx2を形成する。
符号490は、遮光シールドであって、金属又は黒色物質で形成され、光が光電変換領域430以外の領域に照射されてノイズを引き起こすことを防止する。
図7及び図8を参照すると、光電変換領域430には二つの第1及び第2垂直フォトゲート421、422が形成されており、第1及び第2垂直フォトゲート421、422にはトランスファートランジスタTx1、Tx2、リセットトランジスタRx1、Rx2、ドライブトランジスタDx1、Dx2及び選択トランジスタSx1、Sx2が接続される。各選択トランジスタSx1、Sx2からの出力値OUT1、OUT2は回路処理部499に入力される。
リセットトランジスタRx1、Rx2は、リセットゲート481、482に電圧を印加してフローティング拡散領域461、462の電位を入力電源Vddにリセットする。
選択トランジスタSx1、Sx2は、選択ゲートSG1、SG2により単位ピクセルを選択できるスイッチング素子である。入力電源Vddは、ドライブトランジスタDx1、Dx2と選択トランジスタSx1、Sx2とを経て出力値OUT1、OUT2として出力される。
リセットゲート481、482に電圧を印加して、リセットトランジスタRx1、Rx2のソース電位をVdd電圧にリセットする。
光電変換領域430に光が照射されると、該当マイクロレンズを通過した光は、該当フィルタによって所定の波長を持つ光のみ光電変換領域430に照射される。
光電変換領域で電子−正孔対が形成され、電圧が印加された第1及び第2垂直フォトゲート421、422の領域から拡張されたn領域451、452を通じて第1及び第2電荷保存領域441、442に移動する。
この出力電圧OUT1、OUT2によって、カラーイメージまたは物体との距離が測定される。
したがって、被対象物体のカラーイメージと、それとの距離が測定できるので、立体的に被対象物体が具現される。
カラーピクセルは、上述した本実施形態で示した構造の代りに従来周知技術で3つ又は4つのトランジスタを備えたイメージセンサで構成でき、その詳細な説明は省略する。
110、410 基板
111、411 第1トレンチ
112、412 第2トレンチ
114、414 絶縁層
121、421 第1垂直フォトゲート
122、422 第2垂直フォトゲート
130、230、430 光電変換領域
141、341、441 第1電荷保存領域
142、342、442 第2電荷保存領域
151、152、211、212、214 n型領域
161 第1信号回路
162 第2信号回路
170、499 回路処理部
461、462 フローティング拡散領域
463、464 リセット拡散領域
471、472 トランスファーゲート
481、482 リセットゲート
490 遮光シールド
Claims (13)
- 基板に第1不純物をドーピングして形成され、光を受けて光電荷を発生する光電変換領域と、
前記基板に第2不純物をドーピングし、前記光電変換領域を挟んで互いに対向するように離隔して形成され、前記光電荷を集め保存する第1及び第2電荷保存領域と、
前記第1及び第2電荷保存領域にそれぞれ対応して前記基板に所定の深さで形成される第1及び第2トレンチと、
前記第1及び第2トレンチ内にそれぞれ形成される第1及び第2垂直フォトゲートとを有することを特徴とする距離測定センサ。 - 前記第1及び第2垂直フォトゲートは、前記基板の前記第1及び第2電荷保存領域それぞれの外側に接触するように形成されることを特徴とする請求項1に記載の距離測定センサ。
- 前記第1及び第2垂直フォトゲートは、前記基板の前記第1電荷保存領域と第2電荷保存領域との間にそれぞれ前記第1及び第2電荷保存領域と接触し、互いに離隔して形成されることを特徴とする請求項1に記載の距離測定センサ。
- 前記第1及び第2トレンチの下部には、それぞれ前記第2不純物がドーピングされた第3及び第4領域がさらに形成されることを特徴とする請求項3に記載の距離測定センサ。
- 前記光電変換領域は、前記第1トレンチと第2トレンチとの間に、前記基板の表面に前記第2不純物がドーピングされた第5領域を備えることを特徴とする請求項3又は4に記載の距離測定センサ。
- 前記垂直フォトゲートは、ポリシリコン又は金属で形成されることを特徴とする請求項1に記載の距離測定センサ。
- 複数のカラーピクセルと距離測定センサとを各々有する複数の単位ピクセルを備えてなり、
前記距離測定センサは、基板に第1不純物をドーピングして形成され、光を受けて光電荷を発生する光電変換領域と、
前記基板に第2不純物をドーピングし、前記光電変換領域を挟んで互いに対向するように離隔して形成され、前記光電荷を集め保存する第1及び第2電荷保存領域と、
前記第1及び第2電荷保存領域にそれぞれ対応して前記基板に所定の深さで形成される第1及び第2トレンチと、
前記第1及び第2トレンチ内にそれぞれ形成される第1及び第2垂直フォトゲートとを含むことを特徴とする立体カラーイメージセンサ。 - 前記第1及び第2垂直フォトゲートは、前記基板の前記第1及び第2不純物領域それぞれの外側に接触するように形成されることを特徴とする請求項7に記載の立体カラーイメージセンサ。
- 前記第1及び第2垂直フォトゲートは、前記基板の前記第1電荷保存領域と第2電荷保存領域との間にそれぞれ前記第1及び第2電荷保存領域と接触し、互いに離隔して形成されることを特徴とする請求項7に記載の立体カラーイメージセンサ。
- 前記第1及び第2トレンチの下部には、それぞれ前記第2不純物がドーピングされた第3及び第4領域がさらに形成されることを特徴とする請求項9に記載の立体カラーイメージセンサ。
- 前記光電変換領域は、前記第1トレンチと第2トレンチとの間に、前記基板の表面に前記第2不純物がドーピングされた第5領域を備えることを特徴とする請求項9又は10に記載の立体カラーイメージセンサ。
- 前記垂直フォトゲートは、ポリシリコン又は金属で形成されることを特徴とする請求項7に記載の立体カラーイメージセンサ。
- 前記カラーピクセルは、レッドピクセル、グリーンピクセル及びブルーピクセルを含み、
前記各々のカラーピクセルそれぞれは、前記距離測定センサと同じ構成、構造を有することを特徴とする請求項7に記載の立体カラーイメージセンサ。
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