KR0172833B1 - 고체촬상소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이웃하는 두 개의 포토 다이오드에 대하여 하나의 마이크로 렌즈를 배열시켜 포토 다이오드의 수광면적을 증가시킬 뿐만 아니라 마이크로 렌즈를 통해 집속되는 광을 포토 다이오드에만 집광시켜 스미어 현상을 방지할 수 있는 고체촬상소자에 관한 것으로써, 제1도전형의 기판과, 기판의 일측상에 형성된 제2도전형의 제1웰과, 기파의 타측상에 형성된 제2도전형의 제2웰과, 제1웰내에 서로 이웃하여 형성된 한 쌍의 광검출영역들과, 제2웰내에 서로 이웃하여 형성되고, 각 광검출영역 사이, 그리고 전하전송영역 사이에 형성되어 이들을 각각 격리시켜 주기 위한 채널 스톱영역과, 광검출영역의 상부 표면상에 형성된 제2도전형의 고농도 불순물 영역들과, 기판 전면에 걸쳐 형성된 게이트 절연막과, 각 전하전송영역 상부의 게이트 절여너막상에 형성된 한쌍의 전송 게이트들과, 한 쌍의 광검출영역을 제외한 게이트 절연막상에 전송 게이트를 감싸도록 형성된 절연막과, 한 쌍의 광검출영역을 제외한 절연막상에 형성된 차광막과, 기판 전면에 걸쳐 형성된 평탄화층과, 한 쌍의 광검출영역 상부의 평탄화층상에 형성된 마이크로 렌즈를 포함한다.
Description
제1도(a)와 (b)는 일반적인 고체촬상소자의 단면도.
제2도(a)와 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 고체촬상소자의 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
31 : 실리콘 기판 32, 33, 36 : p-형 웰
34 : 포토 다이오드 37 : 게이트 절연막
40 : 전송 게이트 41 : 층간 절연막
42 : 차광막 43 : 보호막
44 : 평탄층 45 : 마이크로 렌즈
본 발명의 고체촬상소자(Charge Coupled device Image Sensor)에 관한 것으로 스미어(smear) 방지 및 감도를 향상시킬 수 있는 고체촬상소자에 관한 것이다.
제1도(a)와 (b)는 일반적인 고체촬상소자의 단면도를 도시한 것이다.
제1도(a)를 참조하면, n형 기판(11)상에 제1 및 제2의 p-형 웰(12,13)이 형성되고, 제1 및 제2의 p-형 웰(12,13)내에 각각 n+형 포토 다이오드(14)와 전하전송영역인 n+형 VCCD(Vertical Charge Coupled Device)(17)가 형성되며, n+형 포토 다이오드(14)의 상면에는 p++형 표면 격리층(15)이 형성되고, n+형 VCCD(17)를 감싸는 제3의 p-형 웰(16)이 형성된다.
그리고, 기판 전면에 게이트 절연막(19)이 형성되고, 포토 다이오드(14)를 제외한 게이트 절연막(19)상에는 전송 게이트(20), 층간 절연막(21) 및 차광막(22)이 순차 형성되며, 이들을 포함한 게이트 절연막(19)상에는 보호막(Passivation film)(23)이 형성된다.
보호막(23)상에는 평탄화층(24)이 형성되고, 포토 다이오드(14)상부의 평탄화층(24)상에는 마이크로 렌즈(25)가 형성된다.
제1도에서 참조번호 18은 화소와 화소간을 격리시켜 주기 위한 채널스톱영역이다.
상기와 같은 구조를 갖는 종래의 고체촬상소자는 카메라 렌즈를 통해 입사되는 광은 마이크로 렌즈(25)에 의해 집속되어 포토 다이오드(14)로 입사된다. 포토 다이오드(14)에 입사된 광은 전하로 광전변환된다. 포토 다이오드(14)를 통해 광전변환된 전하들은 VCCD클럭신호에 의해 VCCD(17)를 통해 수직전송되어 HCCD(Horizontal Charge Coupled Device)(도면상에 도시되지 않음)로 전송된다.
HCCD에 전송된 전하들은 다시 HCCD클럭신호에 의해 수평전송되고, 소자 끝단의 플로팅 확산(floating diffusion)에 의해 전압으로 검출된 후, 증폭기에 의해 주변회로로 전송된다.
상기의 종래 고체촬상소자는 포토 다이오드(14)에만 마이크로 렌즈(25)를 통해 집속된 광이 입사되도록 포토 다이오드를 제외한 기판상에 빛을 차단하기 위한 차광막(22)이 형성되는데, 제1도(a)에 도시된 바와 같이, 차광막(22)이 포토 다이오드(14)의 양쪽 엣지부분상에 형성되게 된다.
따라서, 포토 다이오드(14)의 양쪽 엣지부분으로 입사되는 광은 차광막에 의해 차단되어 포토 다이오드(14)로 입사되지 않는다.
이로 인해 포토 다이오드의 수광면적이 축소되어 포토 다이오드의 광감도가 저하되는 문제점이 있었다.
또한, 제1도(b)에서 보는 바와 같이, 마이크로 렌즈를 통해 집속되는 광중 마이크로 렌즈의 중앙부분을 통해 집속되는 광은 포토 다이오드에 입사되어 신호전하를 발생하지만, 마이크로 렌즈의 양쪽 엣지부분을 통해 입사되는 광은 포토 다이오드에 입사되는 것이 아니라 VCCD로 입사되어 스미어 현상을 일으키는 문제점이 있었다.
게가다, 상기의 고체촬상소자는 하나의 포토 다이오드에 대하여 하나의 마이크로 렌즈가 배열되도록 제조된다. 그러나, 고집적화됨에 따라 패턴 사이즈가 작아져서 각 포토 다이오드에 대응하여 마이크로 렌즈를 정확하게 형성하는 데 많은 어려움이 뒤따르는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 이웃하는 2개의 포토 다이오드에 대하여 하나의 마이크로 렌즈를 배열시켜 포토 다이오드의 수광면적을 증가시킬 수 있는 고체촬상소자를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 마이크로 렌즈를 통해 집속되는 광을 포토 다이오드에만 집광시켜 스미어 현상을 방지할 수 있는 고체촬상소자를 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고체촬상소자는 제1도전형의 기판과, 기판의 일측상에 형성된 제2도전형의 제1웰과, 기판의 타측상에 형성된 제2도전형의 제2웰과, 제1웰내에 서로 이웃하여 형성된 한 쌍의 광검출영역들과, 제2웰내에 서로 이웃하여 형성되고 각 광검출영역에 인접하게 형성된 한 쌍의 전하전송영역들과, 서로 이웃하는 광검출영역 사이 그리고 전하전송영역 사이에 형성되어 이들을 각각 격리시켜주기 위한 채널 스톱영역과, 광검출영역의 상부 표면상에 형성된 제2도전형의 고농도 불순물 영역들과, 기판 전면에 걸쳐 형성된 게이트 절연막과, 각 전하전송영역 상부의 게이트 절연막상에 형성된 한 쌍의 전송 게이트들과, 한 쌍의 광검출영역을 제외한 게이트 절연막상에 전송 게이트를 감싸도록 형성된 절연막과, 한 쌍의 광검출영역을 제외한 절연막상에 형성된 차광막과, 기판 전면에 걸쳐 형성된 평탄화층과, 한 쌍의 광검출영역 상부의 평탄화층상에 형성된 마이크로 렌즈를 포함하는 고체촬상소자를 제공하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
제2도(a)와 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 고체촬상소자의 단면도를 도시한 것이다.
제2도(a)를 참조하면, 본 발명의 고체촬상소자에 있어서, n형 기판(31)상에 제1 및 제2의 p형 웰(32)(33)이 형성되고, 제1의 p형 웰(32)내에는 2개의 n+형 포토 다이오드가 채널 스톱영역(38)을 사이에 두고 나란히 배열되며, 제2의 p형 웰(33)내에는 전하전송영역인 2개의 n+형 VCCD(37)가 채널 스톱영역(38)을 사이에 두고 나란히 배열된다.
이웃하는 2개의 포토 다이오드(34)를 제외한 기판상에 전송 게이트(40), 층간 절연막(41), 및 금속으로 된 차광막(42)이 순차 형성되고, 기판 전면에 질화막으로 된 보호막(43)이 형성되며 그 위에 평탄화층(44)이 형성된다.
이웃하는 2개의 포토 다이오드(34)에 대하여 하나의 마이트로 렌즈(45)가 배열되도록 평탄화층(44)상에 마이크로 렌즈(45)가 형성된다.
종래에는 포토 다이오드와 VCCD가 교대로 순차 배열되어 이들 사이에 채널 스톱영역을 형성하여 화소와 화소간을 격리시켜 주었다.
그러나, 본 발명에서는 포토 다이오드 사이, 그리고 이웃하는 VCCD사이에 형성하여 화소간을 격리시켜 준다.
그리고 본 발명에서는 2개의 포토 다이오드(34)를 채널 스톱영역(38)을 사이에 두고 나란히 배열되고, 2개의 포토 다이오드에 대하여 하나의 마이크로 렌즈(45)가 배열되는 구조를 가지므로 제2도(a)에 도시된 바와 같이, 차광막이 각 포토 다이오드(34)의 일측 엣지상에만 형성되어 포토 다이오드의 양측 엣지상에 형성되었을 때보다 포토 다이오드의 수광면적이 넓어진다.
따라서, 제2도(b)에 도시된 바와 같이, 하나의 마이크로 렌즈를 통해 집속되는 광이 2개의 포토 다이오드에 입사되므로, 마이크로 렌즈의 양쪽 엣지부분을 통해 입사되는 광도 모두 두 개의 나란히 배열된 포토 다이오드에 입사되는 구조를 갖는다.
이와 같은 구조에 따르면, 채널 스톱층을 사이에 두고 좌측과 우측에 각각 형성된 포토 다이오드중에서 우측의 포토 다이오드에서 광전변환된 신호전하는 해당 포토 다이오드와 인접한 수직 전하전송부로 이동한다.
그리고 좌측의 포토 다이오드에서 광전변환된 전하는 해당 포토 다이오드와 인접한 수직 전하전송부로 이동한다.
따라서, 두 개의 포토 다이오드로부터 나오는 신호전하는 따로따로 처리된다.
상기한 바와 같은 본 발명의 고체촬상소자는 2개의 포토 다이오드가 이웃하여 나란히 배열되고, 2개의 포토 다이오드에 대하여 하나의 마이크로 렌즈가 배열되는 구조를 가지므로, 차광막이 각 포토 다이오드 일측의 엣지상에만 형성되기 때문에 각 포토 다이오드 양측의 엣지상에 형성되는 종래에 비해 포토 다이오드의 수광면적을 증가시켜 광감도를 향상시킬 수가 있다. 또한, 마이크로 렌즈의 엣지부분으로 입사되는 광도 모두 포토 다이오드로만 입사되어 광이 VCCD로 입사되는 것을 방지하여 스미어(smear) 현상을 완전히 제거할 수 있다.
그리고, 하나의 마이크로 렌즈로 두 개의 포토 다이오드에 입사되는 광을 집속시키므로, 하나의 마이크로 렌즈에 대하여 하나의 포토 다이오드를 배열한 효과를 얻을 수 있어 마이크로 렌즈를 곡률이 작게 형성하여도 되는 잇점이 있다.
뿐만 아니라 고집적 소자의 경우에도 2개의 포토 다이오드에 대하여 하나의 마이크로 렌즈를 형성하므로 마이크로 렌즈의 형성공정이 보다 용이한 잇점이 있다.
Claims (1)
- 제1도전형의 기판과, 상기 기판의 일측상에 형성된 제2도전형의 제1웰과, 상기 기판의 타측상에 형성된 제2도전형의 제2웰과, 상기 제1웰내에 서로 이웃하여 형성된 한 쌍의 광검출영역들과, 상기 제2웰내에 서로 이웃하여 형성되고, 각 광검출영역에 인접하게 형성된 한 쌍의 전하전송영역들과, 서로 이웃하는 광검출영역사이, 그리고 전하전송영역 사이에 형성되어 이들을 각각 격리시켜 주기 위한 채널 스톱영역과, 상기 광검출영역의 상부 표면상에 형성된 제2도전형의 고농도 불순물영역들과, 상기 기판 전면에 걸쳐 형성된 게이트 절연막과, 상기 각 전하전송영역 상부의 게이크 절연막상에 형성된 한 쌍의 전송 게이트들과, 상기 한 쌍의 광검출영역을 제외한 상기 게이트 절연막상에 상기 전송 게이트를 감싸도록 형성된 절연막과, 상기 한 쌍의 광검출영역을 제외한 절연막상에 형성된 차광막과, 상기 기판 전면에 걸쳐 형성된 평탄화층과, 상기 한 쌍의 광검출영역 상부의 상기 평탄화층상에 형성된 마이크로 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
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