KR100672709B1 - 시모스 이미지 센서의 플로팅 확산접합 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플로팅 확산영역의 정션 캐패시턴스를 감소시켜 광감지 소자에서 생성된 전하량에 대한 전압변량을 크게하여 광감응력을 개선한 시모스 이미지 센서의 플로팅 확산접합에 관한 것으로, 저농도 제 1 도전형의 반도체 기판; 상기 반도체 기판에 형성된 소자격리영역; 상기 반도체 기판에 형성된 다수의 게이트전극; 상기 게이트전극사이의 상기 반도체 기판의 제 2 도전형 확산영역; 상기 반도체 기판과 상기 제 2 도전형 확산영역 사이의 상기 반도체 기판에 형성된 고농도 제 2 도전형 확산영역을 포함한다.
시모스 이미지 센서, 플로팅 확산접합, 캐패시턴스
Description
도 1은 종래기술의 4 개의 트랜지스터를 가지는 시모스 이미지 센서의 단위 화소 회로도
도 2는 종래기술의 시모스 이미지 센서를 STI 방향으로 절단한 플로팅확산영역의 단면도
도 3은 종래기술의 시모스 이미지 센서를 게이트전극 방향으로 절단한 플로팅확산영역의 단면도
도 4는 본 발명에 따른 시모스 이미지 센서를 STI 방향으로 절단한 단면도
도 5는 본 발명에 따른 시모스 이미지 센서를 게이트전극 방향으로 절단한 플로팅확산영역의 단면도
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
210 : 기판 211 : 에피층
213 : 저농도 N 형 확산영역 217 : 고농도 N 형 확산영역
214 : 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트전극
215 : 드라이브 트랜지스터의 게이트전극
220 : 고농도 P 형 확산영역
본 발명은 시모스 이미지 센서의 플로팅 확산접합에 관한 것으로, 특히 플로팅 확산영역의 정션 캐패시턴스를 감소시켜 광감지 소자에서 생성된 전하량에 대한 전압변량을 크게하여 광감응력을 개선한 시모스 이미지 센서의 플로팅 확산접합에 관한 것이다.
일반적으로 이미지 센서는 광학 영상(optical image)을 전기신호로 변환시키는 반도체 소자로써, 개별 모스(MOS:metal-oxide-silicon) 캐패시터(capacitor)가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 이중결합소자(CCD:charge coupled device)와 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로에 사용하는 시모스(CMOS)기술을 이용하여 화소수 만큼 모스 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용한 시모스(CMOS:complementary MOS) 이미지 센서가 있다.
그리고 피사체의 정보를 전기적인 신호로 변환하는 시모스 이미지 센서는 포토다이오드가 들어있는 시그날 처리칩 들로 구성되어 있으며, 칩 하나에 증폭기(Amplifier), 아날로그/디지탈 변환기(A/D converter), 내부 전압 발생기(Internal voltage generator), 타이밍 제너레이터(Timing generator) 그리고 디지털 로직(Digital logic) 등이 결합되기도 하는데, 이는 공간과 전력 그리고 비용절감에 큰 장점을 갖고 있다. 이중결합소자(CCD)가 전문공정을 통하여 제조하지만, 시모스 이미지 센서는 이중결합소자보다 가격이 저렴한 실리콘 웨이퍼(Wafer)의 식각 공정을 통하여 대량생산이 가능하며, 집적도에서도 장점이 있다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 종래 기술의 시모스 이미지 센서에 대하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래기술의 4 개의 트랜지스터를 가지는 시모스 이미지 센서의 단위 화소 회로도이다.
광전하를 생성하는 광감지 소자(100)와 게이트로 Tx 신호를 인가받아 광감지 소자(100)에서 모아진 광전하를 플로팅확산영역(FD)(102)으로 운송하기 위한 트랜스퍼 트랜지스터(transfer transistor)(101)와 게이트로 Rx 신호를 인가받아 원하는 값으로 플로팅확산영역의 전위를 세팅하고 전하를 배출하여 플로팅확산영역(102)을 리셋(reset)시키기 위한 리셋 트랜지스터(reset transistor)(103)와, 게이트로 Dx 신호를 인가받아 소오스 팔로워 버퍼 증폭기(source follower buffer amplifier) 역할을 하는 드라이버 트랜지스터(drive transistor)(104)와, 어드레싱(addressing) 역할을 하는 셀렉트 트랜지스터(select transistor)(105)로 구성된다. 여기서 플로팅 확산영역((102)의 전압(V)과 정전용량(C)의 관계는 다음과 같다. Q = C V, 여기서 Q는 전하량, C는 정전용량, V는 전압이다.
따라서 전압을 증가시키기 위해서는 정전용량(Capacitance)의 감소시켜야 한다. 그리고 전하량(Q)은 광감지 소자(100)에서 Tx를 통하여 넘어오며, 상수(constant)이다.
도 2는 종래기술의 시모스 이미지 센서를 STI 방향으로 절단한 플로팅확산영역의 단면도이다.
고농도 p 형 반도체 기판(110) 상에 저농도 P 형의 에피층(111)이 성장되고, 에피층(111)에 소자간의 격리를 위하여 트렌치를 형성하고 절연막을 충진시키는 STI(shallow trench isolation)(118)가 형성된다. 그리고 에피층(111)에 고농도 N 형 확산영역(117)이 형성된다.
도 3은 종래기술의 시모스 이미지 센서를 게이트전극 방향으로 절단한 플로팅확산영역의 단면도이다.
고농도 P 형 기판(110) 상에 저농도 P 형의 에피층(111)이 성장되고, 에피층(111) 상에 게이트절연막(116)을 형성하고, 게이트절연막(116) 상에 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트전극(114)과 리셋 트랜지스터의 게이트전극(115)을 형성한다.
트랜스퍼 트랜지스터의 게이트전극(114)과 리셋 트랜지스터의 게이트전극(115)에 양측의 에피층(111)에 저농도 N 형 확산영역(118)을 형성하고, 게이트전극(114,115) 양측면에 스페이서(spacer)(119)를 형성하고 이온주입으로 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트전극(114)과 리셋 트랜지스터의 게이트전극(115) 사이의 에피층(111)에 고농도 N 형 확산영역(117)이 형성된다.
이와 같은 종래 기술의 시모스 이미지 센서는 다음과 같은 문제가 있다.
플로팅 확산영역을 형성할 때, 저농도 P 형 에피층에 고농도 N 형의 확산영영을 형성하여 접합깊이(junction depth)가 깊어지고, 이에 따라 캐패시턴스 (capacitance)가 증가하여 플로팅확산영역에서 전압을 증가시키기 어려운 문제가 있다.
본 발명은 이와 같은 종래기술의 시모스 이미지 센서에 대한 문제를 해결하기 위한 것으로, 플로팅 확산영역의 정션 캐패시턴스를 감소시켜 광감지 소자에서 생성된 전하량에 대한 전압변량을 크게 하여 광감응력을 개선한 반도체 시모스 이미지 센서의 플로팅 확산접합을 제공하는 데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 따른 시모스 이미지 센서의 플로팅 확산접합은 저농도 제 1 도전형의 반도체 기판; 상기 반도체 기판에 형성된 소자격리영역; 상기 반도체 기판에 형성된 다수의 게이트전극; 상기 게이트전극 사이의 상기 반도체 기판에 형성된 제 2 도전형 확산영역; 상기 반도체 기판과 상기 제 2 도전형 확산영역 사이의 상기 반도체 기판에 형성된 고농도 제 2 도전형 확산영역을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 시모스 이미지 센서의 플로팅 확산접합에 있어서, 상기 소자격리영역을 감싸면서 상기 반도체 기판에 형성되는 고농도 제 1 도전형 확산영역을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 시모스 이미지 센서의 플로팅 확산접합에 있어서, 상기 반도체 기판은 고농도 제 1 도전형의 반도체 기판 사이에 저농도 제 1 도전형의 에피층을 형성한 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 시모스 이미지 센서의 플로팅 확산접합에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명에 따른 시모스 이미지 센서를 STI 방향으로 절단한 단면도이다.
고농도 p 형 반도체 기판(210) 상에 저농도 P 형의 에피층(211)이 성장되고, 에피층(211)에 소자간의 격리를 위하여 트렌치를 형성하고 절연막을 충진시키는 STI(shallow trench isolation)(218)가 형성된다. 그리고 에피층(211)에 고농도 N 형 확산영역(217)이 형성된다. 정션 캐패시턴스(junction capacitance)를 감소시키기 위해, 고농도 N 형 확산영역(217)과 에피층(211) 사이와 STI(218)과 고농도 N 형 확산영역(217)을 포함하는 에피층(211) 사이에 고농도 P 형 확산영역(220)을 형성한다.
고농도 P 형 확산영역(220)에 의해 고농도 N 형 확산영역(217)의 확산거리가 감소되어 P-N 접합에서의 정션 캐패시턴스를 감소시킬 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 시모스 이미지 센서를 게이트전극 방향으로 절단한 플로팅확산영역의 단면도이다.
고농도 P 형 기판(210) 상에 저농도 P 형의 에피층(211)이 성장되고, 에피층(211) 상에 게이트절연막(216)을 형성하고, 게이트절연막(216) 상에 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트전극(214)과 리셋 트랜지스터의 게이트전극(215)을 형성한다.
트랜스퍼 트랜지스터의 게이트전극(214)과 리셋 트랜지스터의 게이트전극(215) 양측면에 스페이서(spacer)(219)를 형성하고 이온주입으로 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트전극(214)과 리셋 트랜지스터의 게이트전극(215) 사이의 에피층(211) 에 고농도 N 형 확산영역(217)이 형성된다. 정션 캐패시턴스(junction capacitance)를 감소시키기 위해, 고농도 N 형 확산영역(217)과 에피층(211) 사이에 고농도 P 형 확산영역(220)을 형성한다.
즉 종래기술과 같이 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트전극(214)과 리셋 트랜지스터의 게이트전극(215) 양측의 에피층(211)에 저농도 N 형 확산영역을 형성하지 않아, P-N 접합에서의 정션 캐패시턴스를 감소시킬 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 시모스 이미지 센서의 플로팅 확산접합은 다음과 같은 효과가 있다.
STI의 계면에서 고농도 P 형 확산영역을 형성하여 고농도 N 형 확산영역의 접합깊이를 감소시키고, 또한 게이트전극 양측의 에피층에 저농도 N 형 확산영역을 형성하지 않아 플로팅 확산영역의 접합 정전용량을 감소시켜 광감지 소자에서 생성된 전하량에 대한 전압변량을 크게 하여 광감응력을 개선하는 효과가 있다.
Claims (3)
- 저농도 제 1 도전형의 반도체 기판;상기 반도체 기판에 형성된 소자격리영역;상기 반도체 기판에 형성된 다수의 게이트전극;상기 게이트 전극 사이의 상기 반도체 기판에 형성된 제 2 도전형 확산영역;상기 반도체 기판과 상기 제 2 도전형 확산영역 사이의 상기 반도체 기판에 형성된 고농도 제 2 도전형 확산영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서의 플로팅 확산접합.
- 제 1 항에 있어서,상기 소자격리영역을 감싸면서 상기 반도체 기판에 형성되는 고농도 제 1 도전형 확산영역을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서의 플로팅 확산접합.
- 제 1 항에 있어서, 상기 반도체 기판은 고농도 제 1 도전형의 반도체 기판 사이에 저농도 제 1 도전형의 에피층을 형성한 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서의 플로팅 확산접합.
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