KR100826407B1 - Photo diode for sensing ultraviolet rays and image sensor comprising the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자외선을 검출할 수 있는 자외선 수광용 포토 다이오드 및 이를 포함하는 이미지 센서에 관한 것이다. 본 발명은, 제1 도전형 반도체 기판; 상기 제1 도전형 반도체 기판의 일영역에 형성되며, 상기 제1 도전형 반도체 기판의 표면에 소정간격 이격되어 반복 배치된 복수의 스트라이프 패턴으로 형성된 제2 도전형 웰을 갖는 복수의 자외선 수광용 포토 다이오드를 포함하는 자외선 수광부; 및 상기 제1 도전형 반도체 기판의 나머지 영역에 형성되며, 상기 제1 도전형 반도체 기판의 표면에 평판 형상으로 형성된 제2 도전형 웰을 갖는 복수의 가시광선 수광용 포토 다이오드를 포함하는 가시광선 수광부를 갖는 이미지 센서를 제공한다.The present invention relates to an ultraviolet light receiving photodiode capable of detecting ultraviolet light and an image sensor including the same. The present invention, the first conductivity type semiconductor substrate; A plurality of ultraviolet light receiving photos formed in one region of the first conductive semiconductor substrate and having second conductive wells formed in a plurality of stripe patterns repeatedly arranged at a predetermined interval on a surface of the first conductive semiconductor substrate An ultraviolet light receiving unit including a diode; And a plurality of visible light receiving photodiodes formed in the remaining regions of the first conductive semiconductor substrate and having a second conductive well formed on a surface of the first conductive semiconductor substrate in a flat plate shape. It provides an image sensor having a.
이미지 센서, 포토 다이오드, 자외선, PN접합, 공핍영역 Image Sensor, Photo Diode, Ultraviolet Light, PN Junction, Depletion Area
Description
도 1은 종래의 이미지 센서를 개략적으로 도시한 평면도이다.1 is a plan view schematically showing a conventional image sensor.
도 2는 종래의 포토 다이오드를 개략적으로 도시한 단면도이다.2 is a cross-sectional view schematically showing a conventional photodiode.
도 3은 본 발명의 이미지 센서를 개략적으로 도시한 단면도이다.3 is a schematic cross-sectional view of the image sensor of the present invention.
도 4는 본 발명의 이미지 센서를 개략적으로 도시한 평면도이다.4 is a plan view schematically illustrating the image sensor of the present invention.
도 5는 본 발명의 이미지 센서의 자외선 수광부에 채용된 자외선 수광용 포토 다이오드를 도시한 확대 단면도이다.FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view illustrating an ultraviolet light receiving photodiode employed in the ultraviolet light receiving unit of the image sensor of the present invention.
도 6는 본 발명의 이미지 센서의 자외선 수광부에 채용된 자외선 수광용 포토 다이오드를 도시한 평면도이다.6 is a plan view illustrating an ultraviolet light receiving photodiode employed in the ultraviolet light receiving unit of the image sensor of the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
11: 제1 도전형 반도체 기판(p형 Si 기판)11: first conductive semiconductor substrate (p-type Si substrate)
12a: 스트라이프 패턴의 제2 도전형 웰(n형 웰)12a: second conductive well (n-type well) of stripe pattern
12b: 평면 형상의 제2 도전형 웰(n형 웰)12b: planar second conductivity type well (n-type well)
13: 절연층 14: 컬러 필터13: insulation layer 14: color filter
15: 반사방지층 20: 이미지 센서15: antireflection layer 20: image sensor
21, A1: 자외선 수광부 22, A2: 가시광선 수광부21, A1: ultraviolet
D1: 자외선 수광 영역(자외선 수광 공핍영역)D1: ultraviolet light receiving region (ultraviolet light receiving depletion region)
본 발명은 자외선의 수광이 가능한 포토 다이오드 및 이 포토 다이오드를 포함하는 이미지 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제1 도전형 기판의 표면에 공핍영역이 형성 가능하게 함으로써 자외선 수광이 가능한 자외선 수광용 포토 다이오드 및 이 자외선 수광용 포토 다이오드를 포함하는 자외선 수광부와 가시광선 수광부를 포함하는 이미지 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a photodiode capable of receiving ultraviolet light and an image sensor including the photodiode, and more particularly, to an ultraviolet light receiving photo capable of receiving ultraviolet light by allowing a depletion region to be formed on a surface of a first conductive substrate. The present invention relates to an ultraviolet light receiving unit including a diode and the ultraviolet light receiving photodiode and an image sensor including a visible light receiving unit.
최근 유무선 초고속 통신망을 이용한 화상통신 기술의 발달 및 디지탈 카메라와 같은 화상 입력 및 인식 기기의 발달에 따라 이미지 컬러 및 조도(illuminance) 센서 등에 대한 요구가 증대되고 있다.Recently, with the development of video communication technology using wired and wireless high-speed communication networks and the development of image input and recognition devices such as digital cameras, demands for image color and illuminance sensors are increasing.
일반적으로, 이미지 센서는 크게 CCD(전하 결합소자, Charge Coupled Device)형과 CMOS(상보성 금속산화물 반도체, Complementary Metal Oxide Semiconductor)형으로 구분된다. 여기서 CCD형 이미지센서는 빛에 의해 발생한 전자를 그대로 게이트 펄스를 이용해서 출력부까지 이동시킨다. 따라서 도중에 외부 잡음이 있어 전압은 달라지더라도 전자의 수 자체는 변함이 없으므로 잡음이 출력 신호에 영향을 주지 않는 특성을 가지고 있다. 이에 디지탈 카메라 및 캠코더와 같은 높은 화질을 요구하는 멀티미디어 기기에서 많이 사용되고 있다. In general, an image sensor is classified into a CCD (charge coupled device) type and a CMOS (complementary metal oxide semiconductor) type. Here, the CCD-type image sensor moves electrons generated by light to the output unit using a gate pulse. Therefore, there is an external noise on the way, so the number of electrons does not change even if the voltage changes, so the noise does not affect the output signal. Therefore, it is widely used in multimedia devices requiring high image quality such as digital cameras and camcorders.
또한, 컬러 센서 및 조도 센서는 멀티미디어 기기의 디스플레이 장치 중 하나인 액정 디스플레이 패널의 백라이트 유닛(Back ligth Unit)의 광량 및 색상을 측정하고 이를 조정하는데 널리 사용되고 있다.In addition, the color sensor and the illuminance sensor are widely used to measure and adjust the amount and color of the backlight unit of the liquid crystal display panel, which is one of the display devices of the multimedia apparatus.
이러한, 이미지, 칼라 및 조도(illuminance) 센서에 적용되는 포토 다이오드(Photo Diode)는 광 신호를 검출하여 이를 전기 신호로 변환하는 소자이다. 일반적으로 포토 다이오드에는 PN 접합 다이오드 구조 및 PIN 접합 다이오드 구조가 널리 사용되고 있다. PN 접합 다이오드는 일반적인 CMOS 반도체 공정에 의해 용이하게 제작 가능하고 그 구조가 단순하므로 사용되었으나, 고밀도 화소가 요구되는 센서에서 화소의 사이즈 감소로 인해 포토 다이오드의 수광감도 저하가 발생하게 된다. 이를 해결하기 위해 광의 수광 깊이를 증가 시킨 PIN 접합 포토 다이오드가 제안되어 현재 사용되고 있다.A photo diode applied to an image, color, and illuminance sensor is a device that detects an optical signal and converts it into an electrical signal. In general, PN junction diode structures and PIN junction diode structures are widely used in photodiodes. PN junction diodes have been used because they can be easily manufactured by a general CMOS semiconductor process and their structure is simple. However, in a sensor requiring a high density pixel, a reduction in the light receiving sensitivity of the photodiode occurs due to the reduction of the pixel size. In order to solve this problem, a PIN junction photodiode with increased light receiving depth has been proposed and currently used.
한편, 이미지, 컬러 및 조도 센서의 다중파장에 대한 선별 감응에 대한 기능이 요구되고 있다. 이는 센서의 기능이 복합화가 진행 되면서, 가시광선 뿐만아니라 자외선 및 적외선 같은 파장에 대한 감응 요구가 증대되고 있다. 특히, 오존층의 감소와 같은 자연 환경의 변화로 인하여 자외선과 같은 단파장 광의 입사량이 증가하고 있는 추세에서 자외선을 수광할 수 있는 포토 다이오드 및 이미지 센서에 대한 요구가 증가하고 있다.On the other hand, there is a need for a function for screening response to multiple wavelengths of an image, color, and illuminance sensor. As the function of the sensor becomes more complex, the demand for response to wavelengths such as ultraviolet rays and infrared rays as well as visible light is increasing. In particular, the demand for photodiodes and image sensors capable of receiving ultraviolet rays is increasing in a trend that the incident amount of short wavelength light such as ultraviolet rays is increased due to changes in the natural environment such as a decrease in the ozone layer.
도 1은 종래의 이미지 센서를 개략적으로 도시한 평면도이다.1 is a plan view schematically showing a conventional image sensor.
도 1에 도시된 바와 같이 종래의 이미지 센서(100)는 복수의 포토 다이오드를 포함하는 가시광선 수광부(110)로 이루어진다. 즉, 통상적인 이미지 센서는 가시광선 수광을 위한 포토 다이오드만 구비하고 있어 가시광선의 파장 대역을 벗어나는 단파장의 자외선을 수광하는 기능을 구비하지 못한다.As shown in FIG. 1, the
도 2는 종래의 포토 다이오드를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 2에 도시된 포토 다이오드는 종래 가시광선을 수광하기 위한 PN 접합 구조를 갖는 포토 다이오드이다.2 is a cross-sectional view schematically showing a conventional photodiode. The photodiode shown in FIG. 2 is a photodiode having a PN junction structure for receiving conventional visible light.
도 2에 도시된 것과 같이, PN 접합 구조를 갖는 종래의 포토 다이오드는 제1 도전형 반도체 기판(p형 Si 기판)(210)의 표면에 평판 형상의 제2 도전형(n형) 웰(211)이 형성된 구조를 갖는다. 상기 제2 도전형 웰(211)은 제1 도전형 반도체 기판(210) 표면에 비소(As) 또는 인(P) 이온을 주입하여 형성될 수 있다. 이와 같은 구조의 포토 다이오드에서, 제1 도전형 반도체 기판(210)과 제2 도전형 웰(211)의 경계면에는 소정 두께의 공핍영역(Depletion region)(D)이 형성된다. 이 공핍영역(D)에 입사된 광은 밸런스 밴드(Valence Band)에 존재하는 전자를 컨덕션 밴드(Conduction Band)로 여기시켜서 컨덕션 밴드와 밸런스 밴드에 각각 전자와 정공을 생성시키게 된다. 이와 같이 공핍영역(D)에 입사된 광에 의해 생성된 전자와 정 공은 외부 인가 전압에 의한 전자장에 의해 이동하여 포토 생성 전류(photo generation current)를 생성하게 된다.As shown in FIG. 2, the conventional photodiode having a PN junction structure has a flat plate-shaped second conductivity type (n-type) well 211 on the surface of the first conductivity type semiconductor substrate (p-type Si substrate) 210. ) Has a formed structure. The second conductivity type well 211 may be formed by implanting arsenic (As) or phosphorus (P) ions onto the surface of the first conductivity
한편, 가시광선 수광을 위한 이미지 센서에서는 제1 도전형 반도체 기판 표면 상부에 컬러 필터를 배치한다. 컬러필터는 적색, 녹색, 청색을 선택적으로 수광할 수 있도록 각 색상 필터가 소정 패턴으로 배열된 것이다. 따라서, 컬러 필터를 통과한 각 색상의 가시광선이 상기 PN 접합에 의해 형성된 공핍영역에 도달하면 해당 색상의 가시광선에 대한 전류가 생성되고 이를 적절하게 처리함으로써 원하는 이미지를 생성할 수 있게 된다.On the other hand, in the image sensor for receiving visible light, the color filter is disposed on the surface of the first conductivity type semiconductor substrate. In the color filter, each color filter is arranged in a predetermined pattern so as to selectively receive red, green, and blue. Therefore, when the visible light of each color passing through the color filter reaches the depletion region formed by the PN junction, a current is generated for the visible light of the corresponding color and the desired image can be generated by appropriately processing it.
그러나, 도 2에 도시된 가시광선 수광을 위한 포토 다이오드 구조는 자외선 수광을 검출할 수 없는 문제가 있다. 일반적으로, 파장을 달리하는 광선은 그 파장에 따라 흡수 깊이가 다른 특징이 있다. 예를 들어, 실리콘 반도체 기판을 채용하는 경우, 장파장의 적색광은 실리콘 반도체 기판의 약 6 ㎛ 깊이에서 흡수가 발생하며, 단파장인 청색광은 약 1 ㎛ 깊이에서 흡수가 발생한다. 청색광보다 더 짧은 파장을 갖는 자외선의 경우, 실리콘 반도체 기판의 거의 표면에서 흡수가 일어나게 된다. 따라서, 도 2에 도시된 것과 같이 제1 도전형 반도체 기판 표면의 거의 전면에 평판 형상의 제2 도전형 웰이 형성된 포토 다이오드 구조를 채용한 경우, 기판 표면에서 자외선의 흡수가 발생하므로 입사된 광에 의해 전자를 형성할 수 있는 공핍영역(D)까지 자외선이 도달하지 못하여 자외선을 수광할 수 없는 문제가 발생한다.However, the photodiode structure for receiving visible light shown in FIG. 2 has a problem that ultraviolet light reception cannot be detected. In general, light rays having different wavelengths have different absorption depths according to their wavelengths. For example, in the case of employing a silicon semiconductor substrate, long wavelength red light is absorbed at a depth of about 6 µm of the silicon semiconductor substrate, and short wavelength blue light is absorbed at a depth of about 1 µm. In the case of ultraviolet light having a wavelength shorter than blue light, absorption occurs at almost the surface of the silicon semiconductor substrate. Therefore, when the photodiode structure in which the plate-shaped second conductivity type well is formed on almost the entire surface of the first conductivity type semiconductor substrate surface as shown in FIG. This causes a problem in that ultraviolet light cannot reach the depletion region D capable of forming electrons and thus cannot receive ultraviolet light.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 그 목적은, 새로운 구조의 PN 접합을 통해 자외선 수광에 의한 전류 발생이 가능하도록 공핍영역을 반도체 기판의 표면에 형성한 자외선 수광용 포토 다이오드를 제공하는데 있다.The present invention has been proposed to solve the above-mentioned problems of the prior art, and an object thereof is, for a UV light receiving in which a depletion region is formed on a surface of a semiconductor substrate to allow current generation by ultraviolet light reception through a PN junction of a new structure. It is to provide a photodiode.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 자외선 수광용 포토 다이오드를 갖는 자외선 수광부와 가시광선을 수광할 수 있는 가시광선 수광부를 함께 갖는 이미지 센서를 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide an image sensor having an ultraviolet light receiving unit having the ultraviolet light receiving photodiode and a visible light receiving unit capable of receiving visible light.
상기 목적을 달성하기 위한 기술적 구성으로서, 본 발명은,As a technical configuration for achieving the above object, the present invention,
제1 도전형 반도체 기판; 및A first conductivity type semiconductor substrate; And
상기 제1 도전형 반도체 기판의 표면에 불순물의 주입에 의해 형성되며, 소정간격 이격되어 반복 배치된 복수의 스트라이프 패턴을 갖는 제2 도전형 웰A second conductivity type well formed by implanting impurities into a surface of the first conductivity type semiconductor substrate and having a plurality of stripe patterns repeatedly arranged at predetermined intervals
을 포함하는 자외선 수광용 포토 다이오드를 제공한다.It provides a ultraviolet light receiving photodiode comprising a.
바람직하게, 상기 제1 도전형 반도체 기판 표면에 배치된 반사방지층을 더 포함할 수 있다. 이 때 상기 반사방지층은, SiN 박막 및 SiO2 박막이 교대로 적층된 구조를 갖는 것이 바람직하다.Preferably, the semiconductor device may further include an antireflection layer disposed on a surface of the first conductivity type semiconductor substrate. In this case, the antireflection layer preferably has a structure in which a SiN thin film and a SiO 2 thin film are alternately stacked.
본 발명의 일실시형태에서, 상기 제2 도전형 웰의 하나의 스트라이프 패턴은 1 ㎛ 이하의 폭을 가지며, 이웃한 스트라이프 패턴 사이의 간격은 3 내지 5 ㎛인 것이 바람직하다.In one embodiment of the present invention, one stripe pattern of the second conductivity type well has a width of 1 μm or less, and the spacing between adjacent stripe patterns is 3 to 5 μm.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 기술적 구성으로서, 본 발명은,As a technical configuration for achieving another object of the present invention, the present invention,
제1 도전형 반도체 기판;A first conductivity type semiconductor substrate;
상기 제1 도전형 반도체 기판의 일영역에 형성되며, 상기 제1 도전형 반도체 기판의 표면에 소정간격 이격되어 반복 배치된 복수의 스트라이프 패턴으로 형성된 제2 도전형 웰을 갖는 복수의 자외선 수광용 포토 다이오드를 포함하는 자외선 수광부; 및A plurality of ultraviolet light receiving photos formed in one region of the first conductive semiconductor substrate and having second conductive wells formed in a plurality of stripe patterns repeatedly arranged at a predetermined interval on a surface of the first conductive semiconductor substrate An ultraviolet light receiving unit including a diode; And
상기 제1 도전형 반도체 기판의 나머지 영역에 형성되며, 상기 제1 도전형 반도체 기판의 표면에 평판 형상으로 형성된 제2 도전형 웰을 갖는 복수의 가시광선 수광용 포토 다이오드를 포함하는 가시광선 수광부A visible light receiving unit including a plurality of visible light receiving photodiodes formed in the remaining region of the first conductive semiconductor substrate and having a second conductive well formed on a surface of the first conductive semiconductor substrate in a flat plate shape.
를 갖는 이미지 센서를 제공한다.It provides an image sensor having a.
바람직하게, 상기 자외선 수광부는, 상기 자외선 수광부에 포함된 상기 제1 도전형 반도체 기판 표면에 배치된 반사방지층을 더 포함할 수 있다. 이 때 상기 반사방지층은, SiN 박막 및 SiO2 박막이 교대로 적층된 구조를 갖는 것이 바람직하다.Preferably, the ultraviolet light receiving unit may further include an antireflection layer disposed on a surface of the first conductive semiconductor substrate included in the ultraviolet light receiving unit. In this case, the antireflection layer preferably has a structure in which a SiN thin film and a SiO 2 thin film are alternately stacked.
본 발명의 일실시형태에서, 상기 제2 도전형 웰의 하나의 스트라이프 패턴은 1 ㎛ 이하의 폭을 가지며, 이웃한 스트라이프 패턴 사이의 간격은 3 내지 5 ㎛인 것이 바람직하다.In one embodiment of the present invention, one stripe pattern of the second conductivity type well has a width of 1 μm or less, and the spacing between adjacent stripe patterns is 3 to 5 μm.
바람직하게, 상기 가시광선 수광부는, 상기 가시광선 수광부에 포함된 상기 제1 도전형 반도체 기판 표면에 배치된 절연층 및 상기 절연층 상면에 배치된 베이어(Beyer) 패턴의 컬러 필터를 더 포함할 수 있다.Preferably, the visible light receiving unit may further include an insulating layer disposed on a surface of the first conductive semiconductor substrate included in the visible light receiving unit and a Bayer pattern color filter disposed on an upper surface of the insulating layer. have.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명의 실시형태에 대한 설명에 참조되는 도면에서 실질적으로 동일하거나 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용할 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 정의되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 것으로, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 아니 될 것이다. 특히, 본 명세서에서 이미지 센서라 함은 다양한 파장의 광을 수광하는데 사용되는 센서, 즉 디지털 카메라용 이미지센서 이외의 조도센서, 컬러센서 등과 같이 포토 다이오드를 채용한 센서를 통칭하는 것으로 이해되어야 할 것이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an embodiment of the present invention. However, embodiments of the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Embodiment of this invention is provided in order to demonstrate this invention more completely to the person skilled in the art to which this invention belongs. Therefore, the same reference numerals will be used for substantially the same or similar components in the drawings referred to in the description of the embodiments of the present invention. In addition, in the description of the present invention, terms defined are defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or convention of those skilled in the art, and thus limit the technical components of the present invention. It should not be understood as meaning. In particular, in the present specification, the image sensor will be understood to collectively refer to a sensor used to receive light of various wavelengths, that is, a sensor employing a photodiode such as an illumination sensor, a color sensor, etc., other than an image sensor for a digital camera. .
도 3은 본 발명의 이미지 센서, 특히 이미지 센서 내의 포토 다이오드를 개략적으로 도시한 단면도이다.3 is a schematic cross-sectional view of an image sensor of the invention, in particular a photodiode in the image sensor.
도 3은 본 발명의 이미지 센서가 자외선을 수광할 수 있는 자외선 수광부(A1) 및 가시광선을 수광하기 위한 가시광선 수광부(A2)를 하나의 기판(11) 상에 구현할 수 있음을 보이기 위해 자외선 수광부(A1) 및 가시광선 수광부(A2)가 서로 인접한 부분을 도시한 것이다. 특히, 도 3에서 왼쪽에 도시된 자외선 수광부(A1)는 자외선 수광부(A1) 내에 포함되는 자외선 수광용 포토 다이오드의 구조를 도시하고 있으며, 도 3의 오른쪽에 도시된 가시광선 수광부(A2)는 가시광선 수광부(A2) 내에 포함되는 가시광선 수광용 포토 다이오드의 구조를 도시하고 있다.3 is an ultraviolet light receiver to show that the image sensor of the present invention can implement an ultraviolet light receiver A1 capable of receiving ultraviolet light and a visible light receiver A2 for receiving visible light on one
도 3을 참조하면, 본 발명의 이미지 센서는 제1 도전형 반도체 기판(11)과, 상기 제1 도전형 반도체 기판(11)의 일영역에 형성되며, 상기 제1 도전형 반도체 기판(11)의 표면에 소정간격 이격되어 반복 배치된 복수의 스트라이프 패턴으로 형성된 제2 도전형 웰(12a)을 갖는 복수의 자외선 수광용 포토 다이오드를 포함하는 자외선 수광부(A1) 및 상기 제1 도전형 반도체 기판(11)의 나머지 영역에 형성되며, 상기 제1 도전형 반도체 기판(11)의 표면에 평판 형상으로 형성된 제2 도전형 웰(12b)을 갖는 복수의 가시광선 수광용 포토 다이오드를 포함하는 가시광선 수광부(A2)를 포함한다.Referring to FIG. 3, the image sensor of the present invention is formed in one region of the first conductivity
도 4는 본 발명의 이미지 센서를 상부에서 본 형상을 개략적으로 도시한 평면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 이미지 센서는 기판의 일영역(도 4에서 상부)에 자외선을 검출할 수 있는 자외선 수광부(21)를 가지며, 나머지 영역 (도 4에서 하부)에 가시광선을 검출하기 위한 가시광선 수광부(22)를 갖는다. 도 4에서는 이미지 센서의 상하부에 각각 분리 형성된 자외선 수광부(21) 및 가시광선 수광부(22)를 도시하고 있으나, 적용 분야 또는 필요에 따라 상기 자외선 수광부(21) 및 가시광선 수광부(22)의 형태나 배치구조는 다양하게 변경, 개조될 수 있을 것이다.4 is a plan view schematically illustrating a shape of an image sensor of the present invention viewed from above. As shown in FIG. 4, the image sensor of the present invention has an ultraviolet
다시 도 3을 참조하면, 본 발명의 자외선 수광부(A1)는 자외선 수광용 포토 다이오드를 포함한다.Referring back to FIG. 3, the ultraviolet light receiving unit A1 of the present invention includes a photodiode for ultraviolet light reception.
본 발명에 따른 자외선 수광용 포토 다이오드는, 상기 제1 도전형 반도체 기판(11)과, 상기 제1 도전형 반도체 기판(11)의 표면에 불순물의 주입에 의해 형성되며, 소정간격 이격되어 반복 배치된 복수의 스트라이프 패턴을 갖는 제2 도전형 웰(12a)을 포함한다.The ultraviolet light receiving photodiode according to the present invention is formed by implanting impurities into the surface of the first conductivity
상기 제1 도전형 반도체 기판(11)은 당업계에 널리 알려진 상용 p형 실리콘(Si) 기판이 사용될 수 있으며, 상기 제2 도전형 웰(12a)의 형성을 위해 사용되는 주입 불순물로는 비소(As) 또는 인(P)이 사용될 수 있다.The first
본 발명의 자외선 수광용 포토 다이오드는, 제2 도전형 웰(12a)이 스트라이프 형상으로 형성되는데 특징이 있다. 이러한 제2 도전형 웰(12a)의 형상은 도 5에 도시된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 자외선 수광용 포토 다이오드는 제1 도전형 반도체 기판(11)의 표면에 제2 도전형 웰(12a)이 서로 소정간격 이격되어 반복 배치된 복수의 스트라이프 패턴으로 형성될 수 있다.The ultraviolet light-receiving photodiode of the present invention is characterized in that the second
이러한 스트라이프 패턴을 갖는 제2 도전형 웰(12a)은, 상기 제1 도전형 반도체 기판(11)의 상면에 제2 도전형 웰(12a)을 형성하기 위한 영역을 노출시키는 마스크를 형성한 후, 상기 n형 불순물을 주입하는 공정을 실시함으로써 형성될 수 있다.After the second
다시 도 3을 참조하면, 본 발명의 자외선 수광용 포토 다이오드는, 소정 간격으로 이격되어 나란하게 형성된 복수의 스트라이프 패턴의 제2 도전형 웰(12a)과 제1 도전형 반도체 기판(11)의 경계 영역에서 형성된 공핍 영역(Depletion region)(D1)이 제1 도전형 반도체 기판(11)의 표면에 형성되도록 할 수 있다. 즉, 스트라이프 패턴의 제2 도전형 웰(12a)의 측면부와 상기 제1 도전형 반도체 기판(11)의 경계에서 형성된 공핍 영역은 이웃한 스트라이프 패턴의 제2 도전형 웰(12a)과 제1 도전형 반도체 기판(11)이 형성하는 공핍 영역과 서로 중첩되어 제1 도전형 반도체 기판(11)의 표면에 공핍 영역을 형성하게 된다. 따라서, 기판의 표면에 형성된 공핍 영역에 의해 기판에 입사되는 자외선을 검출할 수 있게 된다.Referring to FIG. 3 again, the ultraviolet photosensitive photodiode of the present invention is a boundary between the second
제1 도전형 반도체 기판(11)의 표면에 자외선을 검출할 수 있는 공핍영역을 형성하기 위해서 도 4에 도시된 것과 같이 상기 제2 도전형 웰(12a)의 하나의 스트라이프 패턴의 폭(d1)은 1 ㎛ 이하인 것이 바람직하며, 이웃한 스트라이프 패턴 사이의 간격은 3 내지 5 ㎛인 것이 바람직하다.Width d1 of one stripe pattern of the second
한편, 자외선 수광용 포토 다이오드는 제2 도전형 웰(12a)이 형성된 제1 도전형 반도체 기판(11)의 표면에 배치된 반사방지층(15)을 더 포함할 수 있다. 단파 장을 갖는 자외선은 실리콘 재질의 제1 도전형 반도체 기판(11)의 표면에서 거의 대부분 반사될 수 있으므로 반사방지층(15)이 필요하다. 반사 방지층으로는, 서로 다른 굴절률을 갖는 SiN 박막 및 SiO2 박막이 교대로 복수회 적층된 구조를 갖는 것이 바람직하다. 상기 반사방지층(15)은 유전체 물질로 이루어지므로 상기 반사방지층(15)의 내부에는 전기적 연결을 위한 금속층과 콘택(contact) 등이 형성될 수 있다. 상기 반사방지층(15)은 다수의 자외선 수광용 포토 다이오드를 포함하는 자외선 수광부(A1) 상면 전체에 일체형으로 형성될 수 있다.Meanwhile, the ultraviolet light receiving photodiode may further include an
본 발명에 따른 이미지 센서는 가시광선을 수광, 검출하는 가시광선 수광부(A2)도 포함한다. 상기 가시광선 수광부(A2)는, 상기 자외선 수광부(A1)이 형성된 영역의 나머지 영역에 형성될 수 있으며, 상기 제1 도전형 반도체 기판(11)의 표면에 평판 형상(planar)으로 형성된 제2 도전형 웰(12b)을 갖는 복수의 가시광선 수광용 포토 다이오드를 포함한다. 상기 복수의 가시광선 수광용 포토 다이오드는, 제1 도전형 반도체 기판(11)의 표면에 배치된 절연층 및 상기 절연층 상면에 배치된 컬러 필터를 더 포함할 수 있다. 상기 절연층 및 컬러필터는 본 발명의 이미지 센서 가시광선 수광부에 포함된 제1 도전형 반도체 기판(11)의 표면 상에 일체형으로 형성될 수 있다.The image sensor according to the present invention also includes a visible light receiving unit A2 for receiving and detecting visible light. The visible light receiving portion A2 may be formed in the remaining region of the region where the ultraviolet light receiving portion A1 is formed, and the second conductive portion is formed in a planar shape on the surface of the first
상기 절연층은 SiO2와 같은 유전체 물질로 형성될 수 있으며, 절연층 내에 전기적 연결을 위한 금속층과 콘택(contact) 등이 형성될 수 있다.The insulating layer may be formed of a dielectric material such as SiO 2, and a metal layer and a contact for electrical connection may be formed in the insulating layer.
상기 컬러 필터는 적색, 녹색, 청색의 가시광선을 선택적으로 수광할 수 있도록 베이어(Beyer) 패턴을 갖는 컬러필터가 배치될 수 있다.The color filter may include a color filter having a Bayer pattern to selectively receive red, green, and blue visible light.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 이미지 센서는 베이어 패턴을 갖는 컬러필터를 상부에 배치한 가시광선 수광부와, 제1 도전형 반도체 기판 상에 스트라이프 패턴을 갖는 제2 도전형 웰을 갖는 자외선 수광용 포토 다이오드를 갖는 자외선 수광부를 하나의 기판 상에 동시에 형성함으로써, 자외선과 가시광선을 함께 검출할 수 있으며, 공정상의 간편화를 도모할 수 있다.As described above, the image sensor according to the present invention is for receiving UV light having a visible light receiving unit having a color filter having a Bayer pattern disposed thereon and a second conductive well having a stripe pattern on a first conductive semiconductor substrate. By simultaneously forming the ultraviolet light receiving portion having the photodiode on one substrate, the ultraviolet light and the visible light can be detected together, and the process can be simplified.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 제1 도전형 반도체 기판의 표면에 스트라이프 패턴으로 형성된 제2 도전형 웰을 형성함으로써 PN 접합에 의한 공핍영역을 제1 도전형 반도체 기판의 표면에 형성함으로써 기판의 표면에서 거의 흡수되는 자외선을 검출할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, a substrate is formed by forming a depletion region formed by a PN junction on the surface of the first conductive semiconductor substrate by forming a second conductive well formed in a stripe pattern on the surface of the first conductive semiconductor substrate. There is an effect that can detect the ultraviolet light absorbed almost from the surface of.
또한, 본 발명에 따르면, 일련의 CMOS 반도체 공정을 통해 자외선 수광부와 가시광선 수광부를 동시에 포함하는 이미지 센서를 제조할 수 있으므로 제조 공정이 복잡해지는 문제를 회피할 수 있으며, 저렴한 제조 비용으로 자외선 및 가시광선을 동시에 검출할 수 있는 이미지 센서를 제공할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, an image sensor including an ultraviolet light receiving unit and a visible light receiving unit can be manufactured simultaneously through a series of CMOS semiconductor processes, thereby avoiding the problem of complicated manufacturing processes, and at a low manufacturing cost. There is an effect that can provide an image sensor that can detect the light beam at the same time.
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