KR100311491B1 - 고체촬상소자및그의제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플로우팅 디퓨전(Floating Diffusion)영역에서 검출이 끝난 전하를 효율적으로 리셋 시킬 수 있도록한 고체 촬상 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 그 구성은 반도체 기판상에 두 영역으로 분리되어 어느 한 영역에 다른 한쪽 영역보다 상대적으로 높은 고농도 n형 불순물이 도핑된 리셋 게이트와,그 일측에 전하 전송 채널을 통하여 전송되어진 영상 전하를 센싱하는 플로우팅 디퓨전 영역 그리고 그 타측에 센싱이 끝난 영상 전하를 배출하는 리셋 드레인 영역이 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

고체 촬상 소자 및 그의 제조 방법{Solid state image sensing device and fabricating the same}

본 발명은 고체 촬상 소자에 관한 것으로, 특히 플로우팅 디퓨전(Floating Diffusion)영역에서 검출이 끝난 전하를 효율적으로 리셋 시킬 수 있도록한 고체촬상 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 고체 촬상 소자는 광전 변환 소자와 전하 결합 소자를 사용하여 피사체를 촬상하여 전기적인 신호로 출력하는 장치를 말한다.

전하 결합 소자는 마이크로렌즈를 통하여 칼라필터층을 거처 광전 변환 소자(포토다이오드)에서 생성되어진 신호 전하를 기판내에서 전위의 변동을 이용하여 특정 방향으로 전송하는데 사용된다.

고체 촬상 소자는 복수개의 광전 변환 영역과, 그 광전 변환 영역들의 사이에 구성되어 상기의 광전 변환 영역에서 생성되어진 전하를 수직 방향으로 전송하는 수직 전하 전송 영역(VCCD)과, 상기 수직 전하 전송 영역에 의해 수직 방향으로 전송된 전하를 다시 수평 방향으로 전송하는 수평 전하 전송 영역(HCCD)과, 그리고 상기 수평 전송된 전하를 센싱하고 증폭하여 주변 회로로 출력하는 플로우팅 디퓨전 영역으로 크게 구성된다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래 기술의 고체 촬상 소자를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 일반적인 고체 촬상 소자의 플로우팅 디퓨전 영역의 레이 아웃도이다.

플로우팅 디퓨전은 수평 전하 전송 영역(HCCD)의 최종단에 구성되는 것으로 그 구조는 다음과 같다.

먼저, 광전 변환 영역(도시되지 않음)에서 생성되어진 전하를 수평 방향으로 전송하는 HCCD(11)과, 상기 HCCD(11)의 최종단에 수직한 방향으로 가로질러 구성되어 HCCD(11)의 최종단으로 이동되어진 전하를 트랜스퍼시키는 오프셋 게이트(OG)(12)와, 상기 HCCD(11)의 최종단에 구성되어 상기 오프셋 게이트(12)를 통해 전송되어진 전하량을 센싱하는 플로우팅 디퓨전 영역(13)과, 상기 플로우팅 디퓨전 영역(13)의 일측면에 구성되어 센싱이 끝난 전하를 리셋시키는 리셋 드레인 영역(RD)(14)과, 상기 플로우팅 디퓨전 영역(13)과 리셋 드레인 영역(14) 사이의 상측에 상기 오프셋 게이트(12)와 수평한 방향으로 구성되어 센싱이 끝난 전하를 상기 리셋 드레인 영역(14)으로 이동시키는 리셋 게이트(15)와, 상기 플로우팅 디퓨전 영역(13)에 콘택되고 상기 오프셋 게이트(12)와 리셋 게이트(15)의 사이에 구성되는 플로우팅 게이트(16)와, 상기 플로우팅 게이트(16)에 연결되어 전하를 센싱하는 트랜지스터(TR)들로 구성되어진 전하 검출부(17)를 포함하여 구성된다.

상기와 같이 구성된 종래의 플로우팅 디퓨전의 동작은 수평 전하 전송 영역(HCCD)에서 넘어온 전하는 플로우팅 디퓨전 영역(13)에 모이게 된다.

상기 플로우팅 디퓨젼 영역(13)에 모인 전하는 전하 검출부(17)에 의하여 그 양을 검출한 다음 리셋 게이트(15)에 의하여 신호 전하를 리셋 드레인 영역(14)으로 리셋시킨다.

그런 다음에 전하 검출부(17)에서 다른 신호 전하를 또 검출하고 리셋 드레인 영역(14)으로 검출이 끝난 전하를 리셋시키는 과정을 반복한다.

이와 같은 구조를 갖는 종래 기술의 리셋 게이트 구조 및 리셋 동작에 관하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 종래 기술의 리셋 게이트의 단면 구성도이고, 도 3a와 도 3b는 종래기술의 리셋 게이트의 리셋 동작을 나타낸 포텐셜 프로파일이다.

리셋 게이트의 단면 구조는 먼저, 반도체 기판(21)상에 리셋 게이트(24)가 구성되고 그 일측에 전하 전송 채널을 통하여 전송되어진 영상 전하를 센싱하는 플로우팅 디퓨전 영역(22) 그리고 그 타측에 센싱이 끝난 영상 전하를 배출하는 리셋 드레인 영역(23)이 구성된다.

이와 같이 구성된 플로우팅 디퓨전 영역(22)에는 항상 15V의 전압이 인가되어 있고 리셋 게이트(24)에는 전하 센싱 전후를 구분하여 서로 다른 레벨의 전압이 인가되어 플로우팅 디퓨전 영역(22)과 리셋 드레인 영역(23) 사이에 전위 장벽을 형성하여 두 영역을 분리한다.

그리고 플로우팅 디퓨전 영역(22)에서 센싱이 끝나면 리셋 게이트(24)에 도 3a에서와 같이, 5V의 전압을 인가하여 플로우팅 디퓨전 영역(22)과 리셋 드레인 영역(23) 사이에 전위 장벽을 없애서 센싱이 끝난 영상 전하를 리셋 드레인 영역(23)으로 트랜스퍼시킨다.

그리고 전하의 리셋 드레인 동작이 끝나면 다시 리셋 게이트(24)에 도 3b에서와 같이, 0V의 전압을 인가하여 플로우팅 디퓨전 영역(22)과 리셋 드레인 영역(23) 사이에 전위 장벽을 형성하여 두 영역을 분리한다.

이와 같은 종래 기술의 고체 촬상 소자는 다음과 같은 문제가 있다.

센싱이 끝난 전하의 리셋이 끝난후 리셋 게이트에 인가되는 전압을 5V에서 0V로 변화시켜 인가하는 경우 리셋 게이트 바로 하측에 있던 전하가 리셋 드레인영역뿐만 아니라 플로우팅 디퓨전 영역으로 다시 넘어 갈 수 있다.

이는 플로우팅 디퓨전 영역에서 다음 신호 전하에 더해져 센싱되어 노이즈로 작용하여 화질을 저하시키게 된다.

본 발명은 이와 같은 종래 기술의 고체 촬상 소자의 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로, 플로우팅 디퓨전(Floating Diffusion)영역에서 검출이 끝난 전하를 효율적으로 리셋 시킬 수 있도록한 고체 촬상 소자 및 그의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 고체 촬상 소자의 플로우팅 디퓨전 영역의 레이 아웃도

도 2는 종래 기술의 리셋 게이트의 단면 구성도

도 3a와 도 3b는 종래 기술의 리셋 게이트의 리셋 동작을 나타낸 포텐셜 프로파일

도 4는 본 발명에 따른 리셋 게이트의 단면 구성도

도 5a와 도 5b는 본 발명에 따른 리셋 게이트의 리셋 동작을 나타낸 포텐셜 프로파일

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

41. 반도체 기판 42. 플로우팅 디퓨전 영역

43. 리셋 드레인 영역 44. 리셋 게이트

플로우팅 디퓨전(Floating Diffusion)영역에서 검출이 끝난 전하를 효율적으로 리셋 시킬 수 있도록한 본 발명에 따른 고체 촬상 소자는 반도체 기판상에 두 영역으로 분리되어 어느 한 영역에 다른 한쪽 영역보다 상대적으로 높은 고농도 n형 불순물이 도핑된 리셋 게이트와, 그 일측에 전하 전송 채널을 통하여 전송되어진 영상 전하를 센싱하는 플로우팅 디퓨전 영역 그리고 그 타측에 센싱이 끝난 영상 전하를 배출하는 리셋 드레인 영역이 구성되는 것을 특징으로 하고, 본 발명에 따른 고체 촬상 소자의 제조 방법은 반도체 기판에 리셋 게이트를 형성하고 그 양측에 플로우팅 디퓨전 영역,리셋 드레인 영역을 형성한후에;리셋 게이트를 채널 폭에 수직한 방향으로 두 영역으로 나누어 리셋 드레인 영역쪽의 리셋 게이트에 다른 영역의 리셋 게이트보다 상대적으로 높은 고농도의 n형 불순물을 주입하는 공정을 더 실시하는 것을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 고체 촬상 소자 및 그의 제조방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 리셋 게이트의 단면 구성도이고, 도 5a와 도 5b는 본 발명에 따른 리셋 게이트의 리셋 동작을 나타낸 포텐셜 프로파일이다.

리셋 게이트의 단면 구조는 먼저, 반도체 기판(41)상에 두 영역으로 분리되어 어느 한 영역에만 상대적으로 다른 영역에 비하여 고농도의 n형 불순물이 도핑된 리셋 게이트(44)가 구성되고 그 일측에 전하 전송 채널을 통하여 전송되어진 영상 전하를 센싱하는 플로우팅 디퓨전 영역(42) 그리고 그 타측에 센싱이 끝난 영상 전하를 배출하는 리셋 드레인 영역(43)이 구성된다.

여기서, 고농도 n형 불순물이 도핑되는 영역은 리셋 게이트(44)를 두 영역으로 나누어 리셋 드레인 영역(43)쪽의 리셋 게이트(44)에 형성된다.

이와 같이 한쪽 부분에 고농도의 n형 불순물을 도핑하는 공정은 리셋 게이트(44)의 전체에 이미 상대적으로 낮은 n형 불순물이 도핑되어진 상태에서 진행된다.

이와 같이 구성된 플로우팅 디퓨전 영역(42)에는 항상 15V의 전압이 인가되어 있고 리셋 게이트(44)에는 전하 센싱 전후를 구분하여 서로 다른 레벨의 전압이 인가되어 플로우팅 디퓨전 영역(42)과 리셋 드레인 영역(43) 사이에 전위 장벽을 형성하여 두 영역을 분리한다.

이와 같은 본 발명에 따른 고체 촬상 소자의 제조 공정은 반도체 기판(41)에 리셋 게이트(44)를 형성하고 그 양측에 플로우팅 디퓨전 영역(42),리셋 드레인 영역(43)을 형성한후에 리셋 게이트(44)를 채널 폭에 수직한 방향으로 두 영역으로나누어 리셋 드레인 영역(43) 쪽의 리셋 게이트(44)에 고농도 n형 불순물을 주입한다.

이와 같은 공정으로 형성된 본 발명에 따른 고체 촬상 소자는 플로우팅 디퓨전 영역(42)에서 센싱이 끝나면 리셋 게이트(44)에 도 5a에서와 같이, 5V의 전압을 인가하여 플로우팅 디퓨전 영역(42)과 리셋 드레인 영역(43) 사이에 전위 장벽을 없애서 센싱이 끝난 영상 전하를 리셋 드레인 영역(43)으로 트랜스퍼시킨다.

이때, 포텐셜 프로파일은 플로우팅 디퓨전 영역(42)에서 리셋 드레인 영역(43)쪽으로 슬로프한 형태를 갖게 된다.

그리고 전하의 리셋 드레인 동작이 끝나면 다시 리셋 게이트(44)에 도 5b에서와 같이, 0V의 전압을 인가하여 플로우팅 디퓨전 영역(42)과 리셋 드레인 영역(43) 사이에 전위 장벽을 형성하여 두 영역을 분리한다.

이때의 포텐셜 프로파일 역시 경사를 갖고 형성되어 리셋 드레인 시켜야할 영상 전하가 다시 플로우팅 디퓨전 영역(42)으로 이동되지 않는다.

이와 같은 본 발명에 따른 고체 촬상 소자는 다음과 같은 효과가 있다.

리셋 게이트 하측의 포텐셜 프로파일을 경사지도록하여 센싱이 끝난 영상 전하가 다시 플로우팅 디퓨전 영역으로 이동되는 것을 막아 노이즈 발생을 막는다.

이는 화질의 저하를 막아 소자의 특성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 반도체 기판상에 두 영역으로 분리되어 어느 한 영역에 다른 한쪽 영역보다 상대적으로 높은 고농도 n형 불순물이 도핑된 리셋 게이트와,

   그 일측에 전하 전송 채널을 통하여 전송되어진 영상 전하를 센싱하는 플로우팅 디퓨전 영역 그리고 그 타측에 센싱이 끝난 영상 전하를 배출하는 리셋 드레인 영역이 구성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
2. 제 1 항에 있어서, 고농도 n형 불순물이 도핑되는 영역은 리셋 게이트를 두 영역으로 나누어 리셋 드레인 영역쪽의 리셋 게이트에 형성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
3. 제 1 항에 있어서, 리셋 게이트 하측의 포텐셜 프로파일은 플로우팅 디퓨전 영역쪽에서 리셋 드레인 영역쪽으로 갈수록 경사진 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
4. 반도체 기판에 리셋 게이트를 형성하고 그 양측에 플로우팅 디퓨전 영역,리셋 드레인 영역을 형성한후에; 리셋 게이트를 채널 폭에 수직한 방향으로 두 영역으로 나누어 리셋 드레인 영역쪽의 리셋 게이트에 다른 영역의 리셋 게이트보다 상대적으로 높은 고농도의 n형 불순물을 주입하는 공정을 더 실시하는 것을 특징으로하는 고체 촬상 소자의 제조 방법.