KR100236070B1 - Solid state image sensing device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고체 촬상 소자에 관한 것으로, 특히 리셋 게이트 영역의 구조를 달리하여 파티션 노이즈(Partition Noise)를 최소화 할 수 있도록 한 고체 촬상 소자에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state image pickup device, and more particularly, to a solid-state image pickup device capable of minimizing partition noise by changing a structure of a reset gate region.
이와 같은 본 발명의 고체 촬상 소자는 반도체 기판과, 상기 반도체 기판의 표면에 형성되는 반대 도전형의 웰 영역과, 상기 웰 영역의 표면에 형성되는 BCCD와, 상기 BCCD 상측에 형성되어 인가되는 전압의 레벨에 따라 하측의 포텐셜 레벨을 변화시키는 리셋 게이트와, 상기의 리셋 게이트의 일측에 구성되어 전하를 센싱하는 플로우팅 디퓨전 영역과, 상기의 리셋 게이트의 타측에 형성되어 센싱이 끝난 전하를 리셋시키는 리셋 드레인 영역과, 상기 리셋 드레인 영역으로 갈수록 고농도로 도핑되어 리셋 게이트 하측의 BCCD 영역에 형성되는 틸트 이온 주입 영역을 포함하여 구성된다.Such a solid-state imaging device of the present invention comprises a semiconductor substrate, a well-conducting well region formed on the surface of the semiconductor substrate, a BCCD formed on the surface of the well region, and a voltage applied to and applied above the BCCD. A reset gate configured to change the lower potential level according to the level, a floating diffusion region configured on one side of the reset gate and sensing charge, and a reset formed on the other side of the reset gate to reset the sensed charge. And a tilt ion implantation region which is doped to a high concentration toward the reset drain region and is formed in the BCCD region under the reset gate.
Description
본 발명은 고체 촬상 소자에 관한 것으로, 특히 리셋 게이트 영역의 구조를 달리하여 파티션 노이즈(Partition Noise)를 최소화 할수 있도록한 고체 촬상 소자에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid state image pickup device, and more particularly, to a solid state image pickup device capable of minimizing partition noise by changing a structure of a reset gate region.
일반적으로 고체 촬상 소자는 일정 간격을 갖고 매트릭스 형태로 배열되어 빛의 신호를 전기적인 신호로 변환하여 영상 전하를 생성하는 복수개의 광전 변환영역과 수직 방향의 광전 변환 영역의 사이에 각각 형성되어 광전 변환 영역에서 생성된 영상 전하를 수직 방향으로 전송하는 복수개의 수직 전하 전송 영역과, 수직 전송된 영상 전하를 수평으로 전송하기 위한 수평 전하 전송 영역과, 상기 수평 방향으로 전송된 영상 전하를 센싱하여 주변회로부로 출력하는 플로우팅 디퓨전 영역으로 크게 구성된다.In general, solid-state imaging devices are arranged in a matrix form at regular intervals and are respectively formed between a plurality of photoelectric conversion regions for generating an image charge by converting signals of light into electrical signals and photoelectric conversion regions in a vertical direction. A plurality of vertical charge transfer regions for transferring the image charges generated in the region in a vertical direction, a horizontal charge transfer region for horizontally transferring the vertically transferred image charges, and a peripheral circuit unit by sensing the image charges transferred in the horizontal direction It is largely composed of a floating diffusion area to output.
이하 첨부된 도면을 참고하여 종래 기술의 고체 촬상 소자에 관하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a solid state image pickup device according to the related art will be described with reference to the accompanying drawings.
도1은 일반적인 플로우팅 디퓨전 영역의 레이 아웃도이고, 도2는 도1의 A-A'선에 따는 구조 단면도이다.FIG. 1 is a layout view of a typical floating diffusion region, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 1.
플로우팅 디퓨전 영역(FD)은 수평 전하 전송 영역의 최종단에 구성되는 것으로 그 구조는 다음과 같다.The floating diffusion region FD is configured at the end of the horizontal charge transfer region, and its structure is as follows.
먼저, N-SUB(1)에 형성되는 P-We11(2)과, 그 P-We11(2)의 표면에 형성되는 BCCD영역과, 수평 전하 전송 영역과의 인터페이스부에 형성되는 오프셋 게이트(OG)(5)와, 상기 오프셋 게이트(5)를 통해 입력되는 전하에 의한 전위 변화를 검출해내는 플로우팅 게이트 디텍터부(6)와, 상기 플로우팅 게이트 디텍터부(6)에 센싱이 끝난 전하를 리셋 드레인 영역(3)으로 트랜스퍼시키는 리셋 게이트(4)등으로 구성된다.First, an offset gate (OG) formed in an interface portion between a P-We11 (2) formed on the N-SUB 1, a BCCD region formed on the surface of the P-We11 (2), and a horizontal charge transfer region. (5), the floating gate detector unit 6 for detecting a potential change due to the charge input through the offset gate 5, and the sensed charges to the floating gate detector unit 6 And a reset gate 4 for transferring to the reset drain region 3.
상기의 오프셋 게이트(5)와 리셋 드레인 영역(3)은 DC 바이어스에 의해 그전위가 고정되어 있다.The potential of the offset gate 5 and the reset drain region 3 is fixed by DC bias.
그리고 플로우팅 디퓨전 영역은 N+로 이루어져 있기 때문에 광전 변환 영역과 BCCD처럼 디플리션 모드가 아니고 스키밍 모드(Skimming Mode)에서 동작하게 된다.Since the floating diffusion region is composed of N + , the photoelectric conversion region and BCCD operate in the skimming mode, not the depletion mode.
그리고 플로우팅 게이트 디텍터부(6)에서 센싱이 끝난 전하를 리셋 드레인 영역(3)으로 트랜스퍼시키기 위해 리셋 게이트(4)에 인가되는 High 클럭은 리셋 게이트(4)하측에 형성되는 채널 포텐셜이 리셋 드레인 영역(3)보다 높아지지 않도록 하는데 이는 리셋 게이트(4)영역에서의 파티션 노이즈(Partition Noise)를 줄이기 위한 것이다.In addition, the high potential applied to the reset gate 4 to transfer the sensed charges to the reset drain region 3 in the floating gate detector 6 is such that the channel potential formed under the reset gate 4 is reset drain. It is not to be higher than the region 3, which is to reduce partition noise in the reset gate region.
파티션 노이즈는 리셋 게이트(4)영역과 리셋 드레인 영역(3)의 포텐셜 레벨의 차이 때문에 해당 클럭킹으로 전송되어온 전하들이 완전하게 트랜스퍼되지 못하고 잔류하게되어 다른 클럭에 해당하는 전하들에 섞여 발생하는 화질 저하 헌상을 말한다.Due to the difference in the potential levels of the reset gate 4 region and the reset drain region 3, the partition noise is degraded due to the charges transferred to the corresponding clocking not being completely transferred, but mixed with the charges corresponding to the other clocks. Say a constitution.
상기와 같은 구조를 갖는 고체 촬상 소자의 전하 검출 영역의 구성에서 종래 기술의 리셋 게이트 영역의 구조에 대하여 설명하면 다음과 같다.The structure of the reset gate region of the prior art in the configuration of the charge detection region of the solid-state imaging device having the above structure is as follows.
도3은 종래 기술의 리셋 게이트의 구조 단면도 및 포텐셜 프로파일이다.3 is a structural cross-sectional view and a potential profile of a prior art reset gate.
리셋 게이트 영역은 수평 전하 전송 영역과 오프셋 게이트를 사이에 두고 구성되는 것으로 플로우팅 디퓨전 영역에서 센싱이 끝난 전하를 리셋 드레인 영역으로 트랜스퍼시키는 부분을 말한다.The reset gate region is configured to have a horizontal charge transfer region and an offset gate interposed therebetween, and refers to a portion of the floating diffusion region that transfers sensed charges to the reset drain region.
종래 기술의 리셋 게이트는 도3에서와 같이, BCCD의 상측에 구성되고, 그 양측에 플로우팅 디퓨전 영역과 리셋 드레인 영역(3)이 구성된다.The prior art reset gate is configured above BCCD, as shown in Fig. 3, and has a floating diffusion region and a reset drain region 3 on both sides thereof.
상기의 리셋 게이트(4)에 High전압(10V)을 인가하여 하측의 포텐셜 레벨을 변화시키면 플로우팅 디퓨전 영역에서 센싱이 끝난 전하가 리셋 드레인 영역(3)으로 이동된다.When the lower potential level is changed by applying a high voltage (10V) to the reset gate 4, the sensed charge is moved to the reset drain region 3 in the floating diffusion region.
이때의 각 부분의 포텐셜 레벨은 도 3에서와 같이 플로우팅 디퓨전 영역이 가장 높고 리셋 드레인 영역(3)이 가장 낮다. (이때, 일반적으로 포텐셜 레벨은 도면상에서 높게 도시되는 부분을 높다고 표현하고 낮게 도시되는 부분을 낮다고 표현하고 있으나, 실제 소자에서는 도면에 높게 도시되는 부분의 포텐셜 레벨이 낮은 것이고 낮게 도시된 부분의 포텐셜 레벨이 높은 것이다)At this time, the potential level of each portion is the highest in the floating diffusion region and the lowest in the reset drain region 3 as shown in FIG. (At this time, in general, the potential level is expressed as a high portion and a low portion is shown as a low portion in the drawing, but in the actual device the potential level of a portion shown high in the figure is low and the potential level of a portion shown low This is high)
상기와 같이 전하의 리셋 동작이 끝나면 상기의 리셋 게이트(4)에 인가되는 전압의 레벨이 Low(V)가 된다.When the reset operation of the charge is completed as described above, the level of the voltage applied to the reset gate 4 becomes Low (V).
상기 리셋 게이트(4)에 인가되는 전압의 레벨이 낮아지면 리셋게이트(4) 하측에는 베리어층이 형성되어 리셋 드레인 영역(3)과 플로우팅 디퓨전 영역의 전하 이동을 차단하게 된다.When the level of the voltage applied to the reset gate 4 is lowered, a barrier layer is formed below the reset gate 4 to block charge movement between the reset drain region 3 and the floating diffusion region.
상기와 같은 전하의 리셋 동작을 전하 전송 영역에 가해지는 클럭에 따라 반복하여 전송되어진 전하의 센싱 및 리셋 동작을 계속하게 된다.The above-described reset operation of the charge is continued in response to the clock applied to the charge transfer region.
이와 같은 종래 기술의 고체 촬상 소자에 있어서는 리셋 게이트에 인가되는 전압의 레벨을 변화시켜 센싱이 끝난 전하를 리셋 드레인 영역으로 트랜스퍼시키게 된다.In such a solid-state imaging device of the prior art, the sensed charge is transferred to the reset drain region by changing the level of the voltage applied to the reset gate.
그러나 리셋 게이트 영역의 전위 분포가 수평적으로 되어 있기 때문에 트랜스퍼 동작이 끝나고 다시 베리어층을 형성할 때 전하가 완전하게 리셋되지 않고 플로우팅 디퓨전 영역으로 다시 흘러 들어 파티션 노이즈를 발생시키게 된다.However, since the potential distribution of the reset gate region is horizontal, when the transfer operation is completed and the barrier layer is formed again, the charge does not completely reset but instead flows back into the floating diffusion region to generate partition noise.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 고체 촬상 소자의 문제점을 해결하기 위하어 안출한 것으로, 리셋 게이트 영역의 구조를 달리하여 파티션 노이즈(Partition Noise)를 최소화 할 수 있도록한 고체 촬상 소자를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the problems of the conventional solid-state imaging device as described above, and provides a solid-state imaging device that can minimize the partition noise by changing the structure of the reset gate region. There is a purpose.
도1은 일반적인 플로우팅 디퓨전 영역의 레이 아웃도1 is a layout view of a typical floating diffusion region.
도2는 도1의 A-A' 선에 따른 구조 단면도FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 1;
도3은 종래 기술의 리셋 게이트의 구조 단면도 및 포텐셜 프로파일3 is a structural cross-sectional view and potential profile of a prior art reset gate
도4는 본 발명에 따른 리셋 게이트의 구조 단면도 및 포텐셜 프로파일4 is a structural cross-sectional view and a potential profile of a reset gate according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
30 : N-SUB 31 : P-We1130: N-SUB 31: P-We11
32 : 플로우팅 디퓨전 영역 33 : 리셋 드레인 영역32: floating diffusion region 33: reset drain region
34 : BCCD 35 : 틸트 이온 주입 영역34 BCCD 35 Tilt ion implantation region
36 : 리셋 게이트36: reset gate
파티션 노이즈를 제거하기 위한 본 발명의 고체 촬상 소자는 반도체 기판과, 상기 반도체 기판의 표면에 형성되는 반대 도전형의 웰 영역콰, 상기 웰 영역의 표면에 힝성되는 BCCD와, 상기 BCCD 상측에 형성되어 인가되는 전압의 레벨에 따라 하측의 포텐셜 레벨을 변화시키는 리셋 게이트와, 상기의 리셋 게이트의 일측에 구성되어 전하를 센싱하는 플로우팅 디퓨전 영역과, 상기의 리셋 게이트의 타측에 형성되어 센싱이, 끝난 전하를 리셋시키는 리셋 드레인 영역과, 상기 리셋 드레인 영역으로 갈수록 고농도로 도핑되어 리셋 게이트 하측의 BCCD 영역에 형성되는 틸트이온 주입 영역을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.A solid-state imaging device of the present invention for removing partition noise includes a semiconductor substrate, a well region of an opposite conductivity type formed on a surface of the semiconductor substrate, a BCCD formed on a surface of the well region, and an upper portion of the BCCD. A reset gate for changing the lower potential level in accordance with the level of the applied voltage, a floating diffusion region configured on one side of the reset gate and sensing charge, and formed on the other side of the reset gate. And a tilt ion implantation region which is doped at a high concentration toward the reset drain region and is formed in the BCCD region under the reset gate toward the reset drain region.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 고체 촬상 소자에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to the solid-state imaging device of the present invention.
도4는 본 발명에 따른 리셋 게이트의 구조 단면도 및 포텐셜 프로파일이다.4 is a structural cross-sectional view and a potential profile of a reset gate according to the present invention.
본 발명의 고체 촬상 소자는 리셋 게이트 영역의 이온 주입에 의한 베리어층의 포텐셜 프로파일이 수평이 아닌 경사를 갖도록한 것으로 그 구성은 다음과 같다.In the solid-state imaging device of the present invention, the potential profile of the barrier layer due to ion implantation in the reset gate region is inclined rather than horizontal, and the configuration thereof is as follows.
먼저, N-SUB(30)에 형성되는 P-We11(31)과, 상기의 P-We11(31)의 표면에 형성되는 BCCD(34)와, 상기 BCCD(34)에 경사를 갖고 기판과 동일 도전형의 불순물 주입으로 형성되는 틸트 이온 주입 영역(35)과, 상기의 BCCD(34)와 틸트 이온 주입 영역(35)상에 형성되어 전하의 리셋 동작시에 인가되는 전압의 레벨에 따라 하측의 포텐셜 레벨을 변화시키는 리셋 게이트(36)와, 상기의 리셋 게이트(36)의 일측에 구성되어 수평 전하 전송 영역(도면에 도시되지 않음)에서 전송되어온 전하를 센싱하는 플로우팅 디퓨전 영역(32)과, 상기의 프로우팅 디퓨전 영역(32)에서 센싱이 끝난 전하를 리셋 게이트의 동작에 따라 리셋시키는 리셋 드레인 영역(33)으로 구성된다.First, the P-We11 (31) formed on the N-SUB (30), the BCCD (34) formed on the surface of the P-We11 (31), and the same as the substrate having a slope to the BCCD (34) The tilt ion implantation region 35 formed by conduction impurity implantation and the above-described BCCD 34 and tilt ion implantation region 35 are formed on the lower side according to the level of the voltage applied during the reset operation of the charge. A reset gate 36 for changing the potential level, a floating diffusion region 32 configured on one side of the reset gate 36 to sense charge transferred from a horizontal charge transfer region (not shown) and The reset diffusion region 32 includes a reset drain region 33 for resetting the sensed charge according to the operation of the reset gate.
상기의 리셋 게이트(36)영역에 형성된 틸트 이온 주입 영역(35)은 리셋 게이트 영역의 포텐셜 프로파일이 수평이 아닌 경사를 갖도록하여 리셋 동작이 정확하게 이루어지도록 하기위한 것이다.The tilt ion implantation region 35 formed in the reset gate 36 region is intended to accurately perform the reset operation by ensuring that the potential profile of the reset gate region has an inclination rather than horizontal.
상기와 같이 구성된 본 발명의 고체 촬상 소자의 리셋 게이트(36)에 High(10V)의 바이어스가 걸리게 되면 리셋 게이트(36)하측의 베리어층이 없어지게 되는데, 이때, BCCD(34)영역내의 틸트 이온 주입 영역(35)에 의해 리셋 게이트(36)하측 베리어층의 포텐셜 레벨이 단차를 갖고 내려가게 된다.When the reset gate 36 of the solid-state imaging device of the present invention configured as described above is biased at high (10V), the barrier layer below the reset gate 36 disappears, and the tilt ion in the BCCD 34 region is removed. The injection region 35 lowers the potential level of the barrier layer under the reset gate 36 with a step.
그러므로 플로우팅 디퓨전 영역(32)에서 센싱이 끝난 전하가 리셋 드레인 영역(33)으로 원활하게 트랜스퍼된다.Therefore, the sensed charge is smoothly transferred to the reset drain region 33 in the floating diffusion region 32.
상기의 리셋 동작이 끝나고 리셋 게이트(36)에 Low(0V) 바이어스가 걸리면 리셋 게이트(36)의 하측의 포텐셜 레벨이 다시 변하여 베리어층으로 작용한다.When the reset operation is completed and the reset gate 36 is subjected to a low (0V) bias, the potential level below the reset gate 36 is changed again to act as a barrier layer.
즉, 플로우팅 디퓨전 영역(32)과 리셋 드레인 영역(33)사이에 전위 장벽을 형성한다.That is, a potential barrier is formed between the floating diffusion region 32 and the reset drain region 33.
이때, 리셋 게이트(36)의 하측의 포텐셜 프로파일이 플로우팅 디퓨전 영역(32)에서 리셋 드레인 영역(33)으로 경사를 갖고 형성되므로 트랜스퍼되던 전하가 다시 플로우팅 디퓨전 영역(32)으로 넘어가는 경우가 발생하지 않는다.At this time, since the potential profile under the reset gate 36 is inclined from the floating diffusion region 32 to the reset drain region 33, the transferred charge is transferred to the floating diffusion region 32 again. Does not occur.
본 발명의 고체 촬상 소자는 리셋 게이트 하측의 베리어층에 틸트 이온 주입영역을 형성하여 플로우팅 디퓨전 영역에서 센싱이 끝난 전하의 리셋 동작시에 전하가 완전하게 리셋 드레인 영역으로 트랜스퍼되도록 한다.The solid-state imaging device of the present invention forms a tilt ion implantation region in the barrier layer under the reset gate so that the charge is completely transferred to the reset drain region during the reset operation of the sensed charge in the floating diffusion region.
그러므로 리셋되어야할 전하가 다시 플로우팅 디퓨전 영역으로 넘어와 발생하는 파티션 노이즈를 없애는 효과가 있다.Therefore, there is an effect of eliminating partition noise generated by the charge to be reset again to the floating diffusion region.
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