KR100827447B1 - 이미지 센서와 그 제조 방법 및 이미지 센싱 방법 - Google Patents
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Abstract
이미지 센서가 제공된다. 이미지 센서는 반도체 기판, 반도체 기판 내에 상부 경계가 1μm보다 깊이 형성되며 입사광에 대응하여 전하를 축적하는 제2 도전형의 포토 다이오드 및 상기 제2 도전형의 포토 다이오드 상에 형성된 제1 도전형의 캡핑층을 포함하는 광전 변환부, 광전 변환부에서 축적된 전하를 전송받아 전기 신호로 변환하는 전하 검출부, 광전 변환부에 축적된 전하를 전하 검출부로 전달하는 전하 전송부 및 캡핑층 및 반도체 기판의 하부에 전압을 인가하여 포토 다이오드 상부에 형성되는 공핍층의 폭을 조절하는 전압 인가부를 포함한다.
반도체 집적 회로 장치, 이미지 센서
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 단위 화소의 단면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'을 따라 도핑 프로파일을 도시한 도면이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 7a 내지 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 이미지 센싱 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 포함하는 프로세서 기반 시스템을 나타내는 개략도이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
100: 단위 화소 101: 반도체 기판
101a: 하부 기판 영역 101b: 상부 기판 영역
107: 깊은 웰 108: 분리웰
109: 소자 분리 영역 110: 광전 변환부
112: 포토 다이오드 114: 캡핑층
116: P형 도펀트층 120: 전하 검출부
130: 전하 전송부 132: 도펀트 영역
134: 게이트 절연막 136: 게이트 전극
138: 스페이서 300: 프로세서 기반 시스템
305: 버스 310: CMOS 이미지 센서
320: 중앙 정보 처리 장치 330: I/O 소자
340: RAM 350: 플로피디스크 드라이브
355: CD ROM 드라이브 360: 포트
본 발명은 이미지 센서와 그 제조 방법 및 이미지 센싱 방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 생산성이 향상된 이미지 센서와 그 제조 방법 및 이미지 센싱 방법에 관한 것이다.
이미지 센서(image sensor)는 광학 영상을 전기 신호로 변환시키는 소자이다. 최근 들어, 컴퓨터 산업과 통신 산업의 발달에 따라 디지털 카메라, 캠코더, PCS(Personal Communication System), 게임 기기, 경비용 카메라, 의료용 마이크로 카메라, 로보트 등 다양한 분야에서 성능이 향상된 이미지 센서의 수요가 증대되고 있다.
이미지 센서는 입사되는 빛을 전기 신호로 변환하는데, 이 때, 각 광학 영상의 색을 재현하기 위하여 컬러 필터를 구비한다. 컬러 필터를 사용한 이미지 센서 의 경우, 예를 들어, 베이어(Bayer) 식인 경우 녹색에 대응되는 단위 화소 2개 및 적색, 청색에 대응되는 단위 화소 하나씩을 포함하는 4개의 단위 화소가 하나의 화소 그룹을 형성한다. 즉, 컬러 필터를 사용한 이미지 센서의 경우, 하나의 단위 화소에서 한가지 색의 이미지 정보만을 얻을 수 있고, 적색, 녹색 및 청색에 대한 정보를 얻기 위해서는 최소한 세개의 단위 화소로 구성된 화소 그룹이 필요하다. 따라서, 색재현성이 저하될 수 있다.
또한, 컬러 필터를 형성하기 위해서는 많은 비용과 시간이 소요되며, 컬러 필터를 생산하는 공정에서 수율이 낮아질 수 있다. 따라서, 이미지 센서에서 색을 재현할 수 있는 다른 구조 및 방법이 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 생산성이 향상된 이미지 센서를 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 생산성이 향상된 이미지 센서의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 생산성이 향상된 이미지 센서의 이미지 센싱 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서는 반도체 기판, 상기 반도체 기판 내에 상부 경계가 1μm보다 깊이 형성되며 입사광에 대응하여 전하를 축적하는 제2 도전형의 포토 다이오드 및 상기 제2 도전형의 포토 다이오드 상에 형성된 제1 도전형의 캡핑층을 포함하는 광전 변환부, 상기 광전 변환부에서 축적된 전하를 전송받아 전기 신호로 변환하는 전하 검출부, 상기 광전 변환부에 축적된 전하를 전하 검출부로 전달하는 전하 전송부 및 상기 캡핑층 및 상기 반도체 기판의 하부에 전압을 인가하여 상기 포토 다이오드 상부에 형성되는 공핍층의 폭을 조절하는 전압 인가부를 포함한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법은 반도체 기판을 제공하고, 상기 반도체 기판 내에 상부 경계가 1μm보다 깊은 영역에 형성되며, 입사광에 대응하여 전하를 축적하는 제2 도전형의 포토 다이오드 및 상기 제2 도전형의 포토 다이오드 상에 형성된 제1 도전형의 캡핑층을 포함하는 광전 변환부, 상기 광전 변환부에서 축적된 전하를 전송받아 전기 신호로 변환하는 전하 검출부 및 상기 광전 변환부에 축적된 전하를 전하 검출부로 전달하는 전하 전송부를 형성하고, 상기 캡핑층 및 상기 반도체 기판의 하부에 전압을 인가하는 전압 인가부를 형성하고, 상기 전압 인가부에서 인가하는 전압의 변화에 따른 상기 전하 검출부에서 검출되는 신호 변화를 측정하여 적색, 녹색 및 청색의 신호를 연산하는 신호 연산부를 형성하는 것을 포함한다.
상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 이미지 센싱 방법은 반도체 기판, 상기 반도체 기판 내에 상부 경계가 1μm보다 깊이 형성되고, 입사광에 대응하여 전하를 축적하는 제2 도전형의 포토 다이오드 및 상기 제2 도전형의 포토 다이오드 상에 형성된 제1 도전형의 캡핑층을 포함하는 광전 변환부, 상기 광전 변환부에서 축적된 전하를 전송받아 전기 신호로 변환하는 전하 검출부, 상기 광전 변환부에 축적된 전하를 전하 검출부로 전달하는 전하 전송부, 상기 캡핑층 및 상기 반도체 기판의 하부에 전압을 인가하여 상기 캡핑층 상부에 형성되는 공핍층의 폭을 조절하는 전압 인가부 및 상기 전압 인가부에서 인가하는 전압의 변화에 따른 상기 전하 검출부에서 검출되는 신호 변화를 측정하여 적색, 녹색 및 청색의 신호를 연산하는 신호 연산부를 포함하는 이미지 센서에 있어서, 상기 반도체 기판에 빛을 입사시키고, 상기 전압 인가부에서 상기 캡핑층 및 상기 반도체 기판의 하부에 제1 전압을 인가하고, 상기 전하 검출부에서 제1 신호를 검출하고, 상기 전압 인가부에서 상기 캡핑층 및 상기 반도체 기판의 하부에 제2 전압을 인가하고, 상기 전하 검출부에서 제2 신호를 검출하고, 상기 전압 인가부에서 상기 캡핑층 및 상기 반도체 기판의 하부에 제3 전압을 인가하고, 상기 전하 검출부에서 제3 신호를 검출하고, 상기 신호 연산부에서 상기 제1 내지 제3 신호를 통해 적색, 녹색 및 청색의 신호를 연산하는 것을 포함한다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참고하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발 명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예들에서 잘 알려진 소자 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 나아가, n형 또는 p형은 예시적인 것이며, 여기에 설명되고 예시되는 각 실시예는 그것의 상보적인 실시예도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참고 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서는 CCD(Charge Coupled Device)와 CMOS 이미지 센서를 포함한다. 여기서, CCD는 CMOS 이미지 센서에 비해 잡음(noise)이 적고 화질이 우수하지만, 고전압을 요구하며 공정 단가가 비싸다. CMOS 이미지 센서는 구동 방식이 간편하고 다양한 스캐닝(scanning) 방식으로 구현 가능하다. 또한, 신호 처리 회로를 단일칩에 집적할 수 있어 제품의 소형화가 가능하며, CMOS 공정 기술을 호환하여 사용할 수 있어 제조 단가를 낮출 수 있다. 전력 소모 또한 매우 낮아 배터리 용량이 제한적인 제품에 적용이 용이하다. 따라서, 이하에서는 본 발명의 이미지 센서로 CMOS 이미지 센서를 예시하여 설명한다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상은 그대로 CCD에도 적용될 수 있음은 물론이다.
이하 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 단위 화소의 단면도이다. 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'을 따라 도핑 프로파일을 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서는 반도 체 기판(101), 깊은 웰(deep well; 107), 분리웰(isolation well; 108), 소자 분리 영역(109), 광전 변환부(110), 전하 검출부(120) 및 전하 전송부(130), 전압 인가부(Vb) 및 신호 연산부(미도시)를 포함한다.
반도체 기판(101)은 제1 도전형(예를 들어, N형) 또는 제2 도전형(예를 들어, P형)일 수 있고, 반도체 기판(101) 내의 소정 깊이에 형성되는 제2 도전형(예를 들어, P형)의 깊은 웰(107)에 의해 하부 및 상부 기판 영역(101a, 101b)으로 정의된다. 도 1에는 P형인 반도체 기판(101)이 도시되어 있으나, 이에 제한되지 않는다. 이하에서는 도 1에 도시된 바와 같이 제1 도전형을 N형, 제2 도전형을 P형으로 설명하나, 이에 제한되지 않으며, 제1 도전형이 P형이고, 제2 도전형이 N형일 수도 있다.
깊은 웰(107)은 하부 기판 영역(101a)의 깊은 곳에서 생성된 전하들이 광전 변환부(110)로 흘러 들어오지 않도록 포텐셜 베리어(potential barrier)를 형성하고, 전하와 홀의 재결합(recombination) 현상을 증가시키는 역할을 한다. 따라서, 전하들의 랜덤 드리프트(random drift)에 의한 화소간 크로스토크를 줄일 수 있다.
소자 분리 영역(109)은 상부 기판 영역(101b) 내에 형성되어 활성 영역을 정의한다. 소자 분리 영역(109)은 일반적으로 LOCOS(LOCal Oxidation of Silicon)방법을 이용한 FOX(Field OXide) 또는 STI(Shallow Trench Isolation)가 될 수 있다.
또한, 소자 분리 영역(109)의 하부에는 제2 도전형(예를 들어, P형)의 분리웰(108)이 형성될 수 있다. 분리웰(108)은 다수의 포토 다이오드(112)를 서로 분리하는 역할을 한다. 포토 다이오드(112)간 수평 방향의 크로스토크를 줄이기 위해, 분리웰(108)은 포토 다이오드(112)의 형성 깊이보다 더 깊게 형성될 수 있고, 도 4에서와 같이 깊은 웰(107)과 연결되도록 형성될 수 있다.
한편, 광전 변환부(110)에서 전하 전송부(130) 방향의 측면에는 수직 베리어층(105)이 형성될 수 있다. 수직 베리어층(105)은 포토 다이오드(112) 및 공핍층이 전하 전송부(130) 아래로 확장되지 않도록 한다. 또한, 도면에는 도시되지 않았지만, 포토 다이오드(112) 및 공핍층이 전하 전송부(130)의 도펀트 영역(132)에 영향을 주지 않도록 수평 베리어층을 더 형성할 수도 있다. 수평 베리어층이 없는 경우, 캡핑층(114)에 인가되는 바이어스 전압에 따라 전하 전송부(130) 및 전하 검출부(120)에도 바이어스 전압을 인가할 수 있다. 수직 베리어층(105)은 P형 도펀트가 이온 주입되어 형성될 수 있다.
광전 변환부(110)는 반도체 기판(101) 내에 형성되어 N형의 포토 다이오드(112), P+형의 캡핑층(capping layer; 114), 포토 다이오드(112)와 캡핑층(114) 사이의 P형 도펀트층(116)을 포함한다.
포토 다이오드(112)는 입사광에 대응하여 생성된 전하가 축적된다. 포토 다이오드(112)는 상부 경계가 약 1μm보다 깊이 형성된다. 즉, 포토 다이오드(112)는 1μm 하부 영역에 상부 경계가 1μm보다 아래에 위치하도록 형성된다. 포토 다이오드(112)의 최대 도펀트 농도는 예를 들어, 1*1015 내지 1*1018 원자/cm3일 수 있으나, 도핑되는 농도 및 위치는 제조 공정 및 설계에 따라서 달라질 수 있으므로 이에 제한되지 않는다.
캡핑층(114)은 상부 기판 영역(101b)에서 댕글링 본드(dangling bond)에 의해 생성된 EHP(Electron-Hole Pair)를 줄임으로써 암전류를 줄이는 역할을 한다. 캡핑층(114)의 도펀트 농도는 예를 들어, 1*1017 내지 1*1020 원자/cm3 일 수 있다. 다만, 도핑되는 농도 및 위치는 제조 공정 및 설계에 따라서 달라질 수 있으므로 이에 제한되지 않는다.
P형 도펀트층(116)은 포토 다이오드(112)와 캡핑층(114) 사이에 형성되며, 포토 다이오드(112)가 일정 깊이 아래에 위치할 수 있도록 도펀트의 농도 균형을 맞추어 준다. P형 도펀트층(116)의 도펀트 농도는 예를 들어, 1*1014 내지 1*1017 원자/cm3 일 수 있는데, 포토 다이오드(112)의 도펀트 농도는 P형 도펀트층(116)의 도펀트 농도보다 약 5배 이상, 더 바람직하게는 약 10배 이상 클 수 있다. 바이어스 전압을 인가했을 경우, P형 도펀트층(116) 방향으로 공핍층이 확산되어야 하기 때문에, 포토 다이오드(112)와 P형 도펀트층(116)은 큰 농도 차이가 요구되기 때문이다.
여기서, 포토 다이오드(112)는 N형 도펀트가 주입되어 형성되고, P형 도펀트층(116)은 P형 도펀트가 주입되어 형성되는데, 포토 다이오드(112)의 N형 도펀트의 농도와 P형 도펀트층(116)의 P형 도펀트의 농도가 같아지는 깊이가 포토 다이오드(112)의 상부 경계가 된다. 따라서, 포토 다이오드(112)의 N형 도펀트의 농도와 P형 도펀트층(116)의 P형 도펀트의 농도가 같아지는 깊이가 1μm 이하에서 형성되도록 한다.
도 2를 참조하여, 포토 다이오드(112) 및 P형 도펀트층(116)에 대하여 더 자세히 살펴보면, 도 2의 X축은 도핑 농도(ion/cm2)의 로그값을 나타내고, Y축은 깊이를 나타낸다. 포토 다이오드(112)의 상부 경계(c)는 포토 다이오드(112)의 도펀트 농도와 P형 도펀트층(116)의 도펀트 농도가 같은 지점이다. 이 때, P형 도펀트층(116)의 도펀트 농도를 조절하여 포토 다이오드(112)의 상부 경계(c)의 깊이를 조정할 수 있다.
전하 검출부(120)는 반도체 기판(101) 내에 형성되어, 광전 변환부(110)에서 축적된 전하를 전하 전송부(130)를 통해서 전송받는다.
전하 전송부(130)는 도펀트 영역(132), 게이트 절연막(134), 게이트 전극(136), 스페이서(138)를 포함한다.
도펀트 영역(132)은 전하 전송부(130)가 턴오프 상태에서 센싱되는 이미지와 무관하게 발생되는 암전류를 방지하는 역할을 한다. 도펀트 영역(132)은 상부 기판 영역(101b)의 표면에 가깝게 형성하여 암전류를 방지하며, 예를 들어 2,000Å 이내의 깊이에서 형성할 수 있다.
게이트 절연막(134)은 SiO2, SiON, SiN, Al2O3, Si3N4, GexOyNz, GexSiyOz 또는 고유전율 물질 등이 사용될 수 있다. 여기서, 고유전율 물질은 HfO2, ZrO2, Al2O3, Ta2O5, 하프늄 실리케이트, 지르코늄 실리케이트 또는 이들의 조합막 등을 원자층 증착법으로 형성할 수 있다. 또한, 게이트 절연막(134)은 예시된 막질들 중에서 2종 이상의 선택된 물질을 복수 층으로 적층하여 구성될 수도 있다. 게이트 절연막(134)은 두께는 5 내지 100Å으로 형성할 수 있다.
게이트 전극(136)은 도전성 폴리실리콘막, W, Pt, 또는 Al과 같은 금속막, TiN과 같은 금속 질화물막, 또는 Co, Ni, Ti, Hf, Pt와 같은 내화성 금속(refractory metal)으로부터 얻어지는 금속 실리사이드막, 또는 이들의 조합막으로 이루어질 수 있다. 또는, 게이트 전극(136)은 도전성 폴리실리콘막과 금속 실리사이드막을 차례대로 적층하여 형성하거나, 도전성 폴리실리콘막과 금속막을 차례대로 적층하여 형성할 수도 있으나, 이에 제한되지 않는다.
스페이서(138)는 게이트 전극(136)의 일 측벽에 형성되며, 질화막(SiN)으로 형성될 수 있다.
전압 인가부(Vb)는 캡핑층(114) 및 반도체 기판(101)의 하부 기판 영역(101a)에 바이어스 전압을 인가하여 포토 다이오드(112) 상부에 형성되는 공핍층의 폭을 조절한다. 이 때, 반도체 기판(101)이 N형인 경우에는 하부 기판 영역(101 a) 대신에 깊은 웰(107)에 바이어스 전압을 인가한다.
캡핑층(114) 및 하부 기판 영역(101a)에 바이어스 전압을 인가하면, 캡핑층(114)에는 바이어스 전압이 보다 크게 작용하여 캡핑층(114)과 포토 다이오드(112) 사이에 공핍층이 크게 형성된다.
신호 연산부는 전압 인가부(Vb)에서 인가하는 전압의 변화에 따른 전하 검출부(120)에서 검출되는 신호 변화를 측정하여 적색, 녹색 및 청색의 신호를 연산한다. 이 때, 신호 연산부에서는 전하 검출부(120)에서 검출된 신호를 퓨리에 변환(Fourier transform)으로 스펙트럼을 분석(spectrum analysis)하여 변환할 수 있다.
즉, 전압 인가부(Vb)에서 서로 다른 전압을 인가함에 따라, 광전 변환부(110)의 공핍층이 변하게 되고, 이에 따라, 전하 검출부(120)에서 검출되는 신호가 변하게 된다. 그러면, 이러한 신호를 가지고 신호 연산부에서 퓨리에 변환으로 변환하여 적색, 녹색 및 청색의 신호를 연산할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 청색 파장은 약 430-480nm의 길이를 가지는데, 파장이 짧기 때문에 반도체 기판(101)에 깊게 침투하지 못하며, 반도체 기판(101)의 표면에서 약 0.5μm 이내에서 청색 파장의 약 80% 이상이 흡수된다. 녹색 파장은 약 490-530nm의 길이를 가지며, 반도체 기판(101)에서 청색 파장보다는 깊게 침투한다. 녹색 파장은 반도체 기판(101)의 표면에서 약 1μm 이내에서 녹색 파장의 약 80% 이상이 흡수된다. 적색 파장은 약 650-700nm를 가지며, 청색 파장 및 녹색 파장에 비해 가장 깊은 깊이까지 도달할 수 있다. 따라서, 반도체 기판(101)의 표면에서 약 1μm 보다 깊은 영역에는 적색 파장 밖에는 도달하지 못하며, 약0.5μm에서 1μm 사이의 영역에는 적색 파장 및 녹색 파장이 도달하고, 약 0.5μm 보다 얕은 영역에는 적색 파장, 녹색 파장 및 청색 파장이 모두 도달한다. 이상에서 설명한 깊이는 기판의 성질에 따라 달라질 수 있으며, 파장의 흡수되는 정도를 조절하기 위해서도 달라질 수 있다.
즉, 도 1에 도시된 것처럼, 포토 다이오드(112)가 반도체 기판(101) 내의 1μm 아래에 형성되면, 적색 파장만이 포토 다이오드(112)까지 도달한다. 이 때, 전압 인가부(Vb)에서 캡핑층(114) 및 하부 기판 영역(101a)에 바이어스 전압을 걸어주면 포토 다이오드(112) 상부에 공핍층이 형성되는데, 공핍층은 P형 도펀트 층(116) 방향으로 확장되어 형성된다. 이러한 공핍층에 도달한 빛은 전하를 생성하고, 공핍층에서 생성된 전하는 포토 다이오드(112)로 유입된다. 즉, 공핍층이 확장되는 깊이를 조절하면, 포토 다이오드(112)로 유입되는 전하를 생성하는 빛의 파장을 조절할 수 있다. 따라서, 전압 인가부(Vb)에서 서로 다른 바이어스 전압을 인가하여 광전 변환부(110)의 공핍층을 변화시키고 이에 따라, 전하 검출부(120)에서 검출되는 신호 변화를 측정하여 각각의 빛의 파장에 따른 빛의 양을 측정한다. 이러한 연산은 신호 연산부에서 전하 검출부(120)에서 검출되는 신호를 가지고 퓨리에 변환으로 변환하여 적색, 녹색 및 청색의 신호를 연산할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에서는 포토 다이오드(112)에서 오버플로우(overflow)된 전하를 제거하는 블루밍 패스(blooming path)가 수직 방향으로 형성될 수 있다. 즉, 반도체 기판(101)이 N형인 경우, 포토 다이오드(112) 하부의 반도체 기판(101)을 통해 오버플로우된 전하를 제거할 수 있다. 또는, 반도체 기판(101)이 P형인 경우, 캡핑층(114)에 인가되는 바이어스 전압 및 하부 기판 영역(101a)에 인가되는 오버플로우 전압을 적절히 조절하여 오버플로우된 전하를 제거할 수 있다.
또한, 여러가지 조건을 최적화하면 포토 다이오드(112)와 전하 검출부(120) 사이에 수평 방향으로도 블루밍 패스를 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 따르면, 칼라 필터가 필요하지 않은 이미지 센서를 제공한다. 즉, 포토 다이오드(112)를 기판의 일정 깊이 아래에 형성하고, 포토 다이오드(112)에 인가하는 바이어스 전압을 조절하여 얻어진 신호 값으로 입사광의 색을 분리한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서는 컬러 필터가 필요하지 않음으로써, 컬러 필터의 생산 비용 및 생산 시간이 크게 감축되고, 공정 진행에 따른 불량률을 줄일 수 있다. 따라서, 생산성이 크게 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에서는 하나의 단위 화소에서 적색, 녹색 및 청색의 세가지 색에 대한 정보를 모두 도출할 수 있음으로써, 색재현성이 크게 향상된 이미지 센서를 구현할 수 있다.
이하, 도 1, 도 3 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명한다.
먼저, 도 3을 참조하면, 우선 P형 반도체 기판(101)을 제공하고, 반도체 기판(101)의 소정 영역에 도펀트를 이온 주입하여, 깊은 웰(107)을 형성한다. 예를 들어, 깊은 웰(107)은 P형의 붕소 이온을 2MeV 이상의 주입 에너지, 1*1011 내지 1*1016 이온/cm2의 주입량(dose)으로 주입하여 형성할 수 있다. 여기서, 깊은 웰(107)의 형성 깊이는 반도체 기판(101)의 표면으로부터 3 내지 12㎛ 이고, 농도는 1*1015 내지 1*1020 원자/cm3일 수 있다.
이후, 깊은 웰(107)이 형성된 반도체 기판(101)의 상부 기판 영역(101b)에 소자 분리 영역(109)을 형성하여 단위 화소와 주변 회로들이 형성될 활성 영역(도면 미도시)을 정의한다.
이어서, 소자 분리 영역(109) 하부에 도펀트를 이온 주입하여 화소간 크로스 토크를 줄이기 위한 P형의 분리웰(108)을 형성한다. 여기서, 분리웰(108)은 도펀트의 농도가 1*1016 내지 1*1018 원자/cm3 이고, 생성 깊이는 포토 다이오드의 생성 깊이보다 더 깊게 형성될 수 있고, 도 12a에서와 같이 깊은 웰(107)과 연결되도록 형성될 수 있다.
이어서, 도 4를 참조하면, 반도체 기판(101) 내에 도펀트 영역(132) 및 수직 베리어층(105)을 형성하고, 게이트 절연막(134) 및 전송 게이트 전극(136)을 형성한다. 도펀트 영역(132) 및 수직 베리어층(105)은 반도체 기판(101)에 P형 도펀트를 이온 주입하여 형성할 수 있다. 게이트 절연막(134) 및 전송 게이트 전극(136)을 형성하는 것은 도펀트 영역(132) 상에 우선 절연막, 전송 게이트 전극용 도전막을 순차적으로 적층하고, 패터닝하여 형성할 수 있다.
이어서, 도 5를 참조하면, 캡핑층(114) 및 P형 도펀트층(116)을 형성한다. 캡핑층(114)은 P형 도펀트를 낮은 에너지, 높은 도즈량으로 이온 주입하여 형성하며, 캡핑층(114)의 도펀트 농도는 예를 들어, 1*1017 내지 1*1020 원자/cm3 일 수 있다.
P형 도펀트층(116)은 캡핑층(114)보다는 높은 에너지와 낮은 도즈량으로 이온 주입하여 형성하며, P형 도펀트층(116)의 도펀트 농도는 예를 들어, 1*1015 내지 1*1027 원자/cm3 일 수 있다. 이 때, P형 도펀트층(116)은 기판 내의 약 1μm 이내의 깊이에 형성될 수 있는데, P형 도펀트층(116)과 수직 방향으로 이격되어 형성될 수 있다.
이어서, 도 6을 참조하면, N형 도펀트를 이온 주입하여 포토 다이오드(112)를 형성한다. 이 때, 포토 다이오드(112)와 게이트 전극(136)이 오버랩되지 않도록 한다.
여기서, 포토 다이오드(112)의 최대 농도는 1*1015 내지 1*1018 원자/cm3일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
포토 다이오드(112)는 상부 경계가 1μm보다 깊은 영역에 형성된다. 즉, 포토 다이오드(112)는 1μm 아래의 영역에 형성될 수 있다. 한편, 포토 다이오드(112)는 P형 도펀트층(116) 바로 아래에 형성된다. P형 도펀트층(116)은 P형 도펀트로 형성되며, 포토 다이오드(112)는 N형 도펀트로 형성되기 때문에 P형 도펀트층(116)의 P형 도펀트의 농도와 포토 다이오드(112)의 N형 도펀트의 농도가 같아지는 지점이 포토 다이오드(112)의 상부 경계가 된다. 이러한 포토 다이오드(112)의 상부 경계가 1μm보다 깊이 형성되도록 포토 다이오드(112)를 형성한다.
한편, 캡핑층(114) 및 P형 도펀트층(116)을 형성하기 위한 P형 도펀트의 이온 주입과 포토 다이오드(112)를 형성하기 위한 N형 도펀트의 이온 주입은 순서가 바뀔 수도 있다.
이어서, 다시 도 1을 참조하면, 반도체 기판(101)에 스페이서용 절연막, 예컨대 질화막(SiN)을 CVD 방식으로 증착한 후, 에치 백(etch back)하여 스페이서(138)를 형성한다. 이어서, 반도체 기판(101)의 일부 영역에 N형 도펀트를 이온 주입하여 전하 검출부(120)를 형성한다. 여기서, 전하 검출부(120)의 농도는 예를 들어, 1*1017 내지 1*1020 원자/cm3일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
이어서, 캡핑층(114) 및 하부 기판 영역(101a)에 바이어스 전압을 인가하는 전압 인가부를 형성한다. 전압 인가부(Vb)는 캡핑층(114) 및 하부 기판 영역(101a)에 바이어스 전압을 인가하여 포토 다이오드(112) 상부에 형성되는 공핍층의 폭을 조절한다.
이어서, 전압 인가부(Vb)에서 인가하는 전압의 변화에 따른 전하 검출부(120)에서 검출되는 신호 변화를 측정하여 적색, 녹색 및 청색의 신호를 연산하는 신호 연산부를 형성한다.
이하, 도 7a 내지 도 9b를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 이미지 센싱 방법에 대하여 설명한다.
우선, 도 7a 및 도 7b를 참조하면, 반도체 기판(101)에 빛을 입사시킨 후, 전압 인가부(Vb)에서 캡핑층(114) 및 하부 기판 영역(101a)에 제1 전압을 인가한다. 이 때, 제1 전압은 예를 들어, OV일 수 있다. 이 때, 반도체 기판(101)이 N형인 경우에는 하부 기판 영역(101 a) 대신에 깊은 웰(107)에 바이어스 전압을 인가한다.
캡핑층(114) 및 하부 기판 영역(101a)에 OV 또는 충분히 작은 제1 전압을 인가하면 캡핑층(114)과 포토 다이오드(112) 사이에 인가되는 전압이 충분히 작으므로, P형 도펀트층(116) 방향으로 공핍층(D1)이 얇게 생기게 된다.
그러면, 입사광 중에서 포토 다이오드(112)가 형성된 깊이까지 도달하는 파장만이 포토 다이오드(112)에 축적된다. 이 때, 포토 다이오드(112)는 적색 파장만이 통과할 수 있는 깊이에 형성되는데, 예를 들어, 1μm 보다 깊은 영역에 형성된다. 즉, 포토 다이오드(112)에 축적된 전하는 적색 파장의 양에 비례하여 축적된다. 이어서, 전하의 축적이 끝나면 포토 다이오드(112)에 축적된 전하를 전하 검출부(120)로 전송(field shift)하기 위하여 제1 전압을 조절하여 공핍 영역을 캡핑층(114) 상부까지 형성하여 준다. 되며, 이러한 전하는 전하 전송부(130)를 통해, 전하 검출부(120)로 전송된다. 전하 검출부(120)에서는 전하 전송부(130)에서 전송된 전하에 의한 제1 신호를 검출한다. 이러한 제1 신호는 적색 파장에 의한 신호이다.
도 7b는 도 7a의 Ⅱ-Ⅱ'을 따라 도시한 포텐셜도이다. 도 7b를 참조하면, 포토 다이오드(112)의 상부 경계(c) 아래 영역, 즉, 포토 다이오드(112)에서 생성된 전하들만이 포토 다이오드(112)에 모이게 된다.
이어서, 도 8a 및 도 8b를 참조하면, 전압 인가부(Vb)에서 캡핑층(114) 및 하부 기판 영역(101a)에 제2 전압을 인가한다. 이 때, 제2 전압은 제1 전압보다 절대값이 큰 음의 값을 가진다.
캡핑층(114) 및 하부 기판 영역(101a)에 제2 전압을 인가하면, 포토 다이오드(112)와 P형 도펀트층(116) 사이에 공핍층(D2)이 생기는데, 포토 다이오드(112)의 도펀트 농도가 P형 도펀트층(116)의 도펀트 농도보다 5배 이상 크므로, 공핍층(D2)은 P형 도펀트층(116) 방향으로 확장되어 형성된다.
이 때, 제2 전압을 조절하여, 공핍층(D2)이 약 0.4-0.7μm까지 확장되어 형성되도록 한다. 즉, 청색 파장은 통과시키지 못하지만, 녹색 파장을 통과시키는 깊이까지 공핍층(D2)을 확장시킨다. 이 때, 공핍층(D2)에서 생성된 전하는 포텐셜 차이에 의해 포토 다이오드(112)로 모이게 된다. 즉, 포토 다이오드(112)에 축적된 전하는 적색 파장 및 녹색 파장의 양에 비례하여 생성된다. 이어서, 전하의 축적이 끝나면, 포토 다이오드(112)에 축적된 전하를 전하 검출부(120)로 전송(field shift)하기 위하여 제2 전압을 조절하여 공핍 영역을 캡핑층(114) 상부까지 형성하여 준다. 그러면, 전하는 전하 전송부(130)를 통해, 전하 검출부(120)로 전송된다. 전하 검출부(120)에서는 전하 전송부(130)에서 전송된 전하에 의한 제2 신호를 검출한다. 이러한 제2 신호는 적색 파장 및 녹색 파장에 의한 신호이다.
도 8b는 도 8a의 Ⅱ-Ⅱ'을 따라 도시한 포텐셜도이다. 도 7b를 참조하면, 공핍층(D2)의 상부 경계(d) 아래 영역에서 생성된 전하들은 모두 포토 다이오드(112)에 모이게 된다.
이어서, 도 9a 및 도 9b를 참조하면, 전압 인가부(Vb)에서 캡핑층(114) 및 하부 기판 영역(101a)에 제3 전압을 인가한다. 이 때, 제3 전압은 제2 전압보다 절대값이 큰 음의 값을 가진다.
캡핑층(114) 및 하부 기판 영역(101a)에 제3 전압을 인가하면, 포토 다이오드(112)와 P형 도펀트층(116) 사이에 공핍층(D3)이 생기는데, 포토 다이오드(112)의 도펀트 농도가 P형 도펀트층(116)의 도펀트 농도보다 5배 이상 크므로, 공핍층(D3)은 P형 도펀트층(116) 방향으로 확장되어 형성된다.
이 때, 제3 전압을 조절하여, 공핍층(D3)이 캡핑층(114) 바로 아래까지 확장되어 형성되도록 한다. 즉, 적색 파장, 녹색 파장뿐 아니라 청색 파장도 통과시키는 깊이까지 공핍층(D3)을 확장시킨다. 이 때, 공핍층(D3)에서 생성된 전하는 포텐셜 차이에 의해 포토 다이오드(112)로 모이게 된다. 즉, 포토 다이오드(112)에 축적된 전하는 적색 파장, 녹색 파장 및 청색 파장의 양에 비례하여 생성된다. 전하는 전하 전송부(130)를 통해, 전하 검출부(120)로 전송된다. 전하 검출부(120)에서는 전하 전송부(130)에서 전송된 전하에 의한 제3 신호를 검출한다. 이러한 제3 신호는 적색 파장, 녹색 파장 및 청색 파장에 의한 신호이다.
도 9b는 도 9a의 Ⅱ-Ⅱ'을 따라 도시한 포텐셜도이다. 도 9b를 참조하면, 캡핑층(114) 하부에서 생성된 모든 전하들이 포토 다이오드(112)에 모이게 된다.
이어서, 신호 연산부에서 상기 제1 내지 제3 신호를 통해 적색, 녹색 및 청색의 신호를 연산한다. 이 때, 신호 연산부에서는 전하 검출부(120)에서 검출된 신호를 퓨리에 변환(Fourier transform)으로 변환할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 캡핑층(114) 및 하부 기판 영역(101a)에 인가하는 제1 내지 제3 전압에 따라 전하 검출부(120)에서는 제1 내지 제3 신호를 검출한다.
즉, 제1 전압을 인가하면 적색 파장에 해당하는 빛의 양(PR(ω))에 의한 제1 신호(QR(t))가 검출되고, 제2 전압을 인가하면 적색 파장 및 녹색 파장에 해당하는 빛의 양(PRG(ω))에 의한 제2 신호(QRG(t))가 검출된다. 한편, 제3 전압을 인가하면 적색 파장, 녹색 파장 및 청색 파장에 해당하는 빛의 양(PRGB(ω))에 의한 제3 신호(QRGB(t))가 검출된다.
여기서, 청색 파장에 해당하는 빛의 양(PB(ω))은 다음과 같이 계산될 수 있다.
PRGB(ω) - PRG(ω) = PB(ω)
마찬가지로, 녹색 파장에 해당하는 빛의 양(PG(ω))은 다음과 같이 계산될 수 있다.
PRG(ω) - PR(ω) = PG(ω)
적색 파장에 해당하는 양은 제1 전압에 의한 값이므로 계산 없이도 바로 알 수 있다.
전하 검출부(120)에서 검출되는 값은 제1 내지 제3 신호이므로, 제1 내지 제3 신호를 퓨리에 변환으로 변환하여 상기의 식들에 적용하면 적색 파장, 녹색 파장 및 청색 파장에 각각에 해당하는 빛의 양을 계산할 수 있다.
즉, 다음과 같은 식을 만족한다.
F{QRGB(t)} - F{QRG(t)} = F{QB(t)}
F{QRG(t)} - F{QR(t)} = F{QG(t)}
F{QR(t)} = F{QR(t)}
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 이미지 센싱 방법에서는 퓨리에 변환을 통해 신호에서 각 파장에 해당하는 빛의 양을 계산하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 포함하는 프로세서 기반 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 10을 참조하면, 프로세서 기반 시스템(300)은 CMOS 이미지 센서(310)의 출력 이미지를 처리하는 시스템이다. 시스템(300)은 컴퓨터 시스템, 카메라 시스템, 스캐너, 기계화된 시계 시스템, 네비게이션 시스템, 비디오폰, 감독 시스템, 자동 포커스 시스템, 추적 시스템, 동작 감시 시스템, 이미지 안정화 시스템 등을 예시할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
컴퓨터 시스템 등과 같은 프로세서 기반 시스템(300)은 버스(305)를 통해 입출력(I/O) 소자(330)와 커뮤니케이션할 수 있는 마이크로프로세서 등과 같은 중앙 정보 처리 장치(CPU)(320)를 포함한다. CMOS 이미지 센서(310)는 버스(305) 또는 다른 통신 링크를 통해서 시스템과 커뮤니케이션할 수 있다. 또, 프로세서 기반 시스템(300)은 버스(305)를 통해 CPU(320)와 커뮤니케이션할 수 있는 RAM(340), 플로피디스크 드라이브(350) 및/또는 CD ROM 드라이브(355), 및 포트(360)을 더 포함할 수 있다. 포트(360)는 비디오 카드, 사운드 카드, 메모리 카드, USB 소자 등을 커플링하거나, 또 다른 시스템과 데이터를 통신할 수 있는 포트일 수 있다. CMOS 이미지 센서(310)는 CPU, 디지털 신호 처리 장치(DSP) 또는 마이크로프로세서 등과 함께 집적될 수 있다. 또, 메모리가 함께 집적될 수도 있다. 물론 경우에 따라서는 프로세서와 별개의 칩에 집적될 수도 있다.
이상 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이 며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
상기한 바와 같은 이미지 센서와 그 제조 방법 및 이미지 센싱 방법에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째, 이미지 센서에서 컬러 필터 없이 색을 재현할 수 있다.
둘째, 컬러 필터의 생산 비용 및 생산 시간이 크게 감축되고, 공정 진행에 따른 불량률을 줄일 수 있다. 따라서, 생산성이 크게 향상될 수 있다.
셋째, 색재현성이 크게 향상된 이미지 센서를 구현할 수 있다.
Claims (28)
- 반도체 기판;상기 반도체 기판 내에 1-3μm의 사이의 깊이에 형성되며 입사광에 대응하여 전하를 축적하는 제2 도전형의 포토 다이오드 및 상기 제2 도전형의 포토 다이오드 상에 형성된 제1 도전형의 캡핑층을 포함하는 광전 변환부;상기 광전 변환부에서 축적된 전하를 전송받아 전기 신호로 변환하는 전하 검출부;상기 광전 변환부에 축적된 전하를 전하 검출부로 전달하는 전하 전송부; 및상기 캡핑층 및 상기 반도체 기판의 하부에 전압을 인가하여 상기 포토 다이오드 상부에 형성되는 공핍층의 폭을 조절하는 전압 인가부를 포함하는 이미지 센서.
- 제 1항에 있어서,상기 전압 인가부에서 인가하는 전압의 변화에 따라 상기 포토 다이오드와 상기 캡핑층 사이에 형성되는 공핍층의 폭이 조절되는 이미지 센서.
- 제 1항에 있어서,상기 캡핑층과 상기 포토 다이오드 사이에는 제1 도전형 도펀트가 이온 주입된 제1 도전형 도펀트층이 더 형성된 이미지 센서.
- 제 3항에 있어서,상기 포토 다이오드와 상기 제1 도전형 도펀트층의 경계는 1-3μm 사이에 형성되는 이미지 센서.
- 제 3항에 있어서,상기 포토 다이오드의 도펀트 농도는 상기 제1 도전형 도펀트층의 도펀트 농도의 5-100배인 이미지 센서.
- 제 3항에 있어서,상기 전압 인가부에서 인가하는 전압에 따라 상기 포토 다이오드와 상기 캡핑층 사이의 공핍층의 폭이 조절되는 이미지 센서.
- 제 6항에 있어서,상기 공핍층은 상기 제1 도전형 도펀트층으로 확장되어 형성되는 이미지 센서.
- 제 1항에 있어서,상기 전압 인가부에서 인가하는 전압의 변화에 따른 상기 전하 검출부에서 검출되는 신호 변화를 측정하여 적색, 녹색 및 청색의 신호를 연산하는 신호 연산 부를 더 포함하는 이미지 센서.
- 제 8항에 있어서,상기 신호 연산부에서는 상기 전하 검출부에서 검출된 신호를 퓨리에 변환(Fourier transform)으로 변환하는 이미지 센서.
- 제 1항에 있어서,상기 반도체 기판은 제1 도전형 반도체 기판 또는 제2 도전형 반도체 기판인 이미지 센서.
- 제 1항에 있어서,상기 반도체 기판의 하부와 상기 포토 다이오드 사이에 수직 블루밍 패스가 형성된 이미지 센서.
- 제 1항에 있어서,상기 광전 변환부의 상기 전하 전송부 방향의 측면에 형성된 수직 베리어층을 더 포함하는 이미지 센서.
- 반도체 기판을 제공하고,상기 반도체 기판 내에 1-3μm 사이의 깊이에 형성되며, 입사광에 대응하여 전하를 축적하는 제2 도전형의 포토 다이오드 및 상기 제2 도전형의 포토 다이오드 상에 형성된 제1 도전형의 캡핑층을 포함하는 광전 변환부, 상기 광전 변환부에서 축적된 전하를 전송받아 전기 신호로 변환하는 전하 검출부 및 상기 광전 변환부에 축적된 전하를 전하 검출부로 전달하는 전하 전송부를 형성하고,상기 캡핑층 및 상기 반도체 기판의 하부에 전압을 인가하는 전압 인가부를 형성하고,상기 전압 인가부에서 인가하는 전압의 변화에 따른 상기 전하 검출부에서 검출되는 신호 변화를 측정하여 적색, 녹색 및 청색의 신호를 연산하는 신호 연산부를 형성하는 것을 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 13항에 있어서,상기 캡핑층은 상기 반도체 기판 내에 제1 도전형의 도펀트를 이온 주입하여 형성하되, 상기 제1 도전형의 도펀트의 이온 주입 공정에서는 상기 포토 다이오드가 형성될 영역 상부에 제1 도전형의 도펀트를 이온 주입하여 제1 도전형 도펀트층을 더 형성하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 14항에 있어서,상기 포토 다이오드는 상기 반도체 기판 내에 제2 도전형의 도펀트를 이온 주입하여 형성하며, 상기 포토 다이오드의 이온 주입 도펀트 농도는 상기 제1 도전형 도펀트층의 이온 주입 도펀트 농도의 5-100배인 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 14항에 있어서,상기 제1 도전형 도펀트층의 제1 도전형 도펀트와 상기 제2 도전형 포토 다이오드의 제2 도전형 도펀트의 농도가 같아지는 깊이가 1-3μm 사이에 형성되도록 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 13항에 있어서,상기 전압 인가부에서 인가하는 전압에 따라 상기 포토 다이오드 상부에 형성되는 공핍층의 폭이 조절하여 상기 포토 다이오드에 축적되는 빛의 파장을 조절하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 13항에 있어서,상기 전압 인가부에서 인가하는 전압의 변화에 따른 상기 전하 검출부에서 검출되는 신호 변화를 측정하여 적색, 녹색 및 청색의 신호를 연산하는 신호 연산부를 형성하는 것을 더 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 18항에 있어서,상기 신호 연산부에서는 상기 전하 검출부에서 검출된 신호를 퓨리에 변환(Fourier transform)으로 변환하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 반도체 기판, 상기 반도체 기판 내에 1-3μm 사이의 깊이에 형성되고, 입사광에 대응하여 전하를 축적하는 제2 도전형의 포토 다이오드 및 상기 제2 도전형의 포토 다이오드 상에 형성된 제1 도전형의 캡핑층을 포함하는 광전 변환부, 상기 광전 변환부에서 축적된 전하를 전송받아 전기 신호로 변환하는 전하 검출부, 상기 광전 변환부에 축적된 전하를 전하 검출부로 전달하는 전하 전송부, 상기 캡핑층 및 상기 반도체 기판의 하부에 전압을 인가하여 상기 캡핑층 상부에 형성되는 공핍층의 폭을 조절하는 전압 인가부 및 상기 전압 인가부에서 인가하는 전압의 변화에 따른 상기 전하 검출부에서 검출되는 신호 변화를 측정하여 적색, 녹색 및 청색의 신호를 연산하는 신호 연산부를 포함하는 이미지 센서에 있어서,상기 반도체 기판에 빛을 입사시키고,상기 전압 인가부에서 상기 캡핑층 및 상기 반도체 기판의 하부에 제1 전압을 인가하고,상기 전하 검출부에서 제1 신호를 검출하고,상기 전압 인가부에서 상기 캡핑층 및 상기 반도체 기판의 하부에 제2 전압을 인가하고,상기 전하 검출부에서 제2 신호를 검출하고,상기 전압 인가부에서 상기 캡핑층 및 상기 반도체 기판의 하부에 제3 전압을 인가하고,상기 전하 검출부에서 제3 신호를 검출하고,상기 신호 연산부에서 상기 제1 내지 제3 신호를 통해 적색, 녹색 및 청색의 신호를 연산하는 것을 포함하는 이미지 센서의 이미지 센싱 방법.
- 제 20항에 있어서,상기 신호 연산부에서는 상기 전하 검출부에서 검출된 신호를 퓨리에 변환(Fourier transform)으로 변환하는 이미지 센서의 이미지 센싱 방법.
- 제 20항에 있어서,상기 전압 인가부에서 인가하는 전압에 따라 상기 포토 다이오드 상부에 형성되는 공핍층의 폭이 조절하여 상기 포토 다이오드에 축적되는 빛의 파장을 조절하는 이미지 센서의 이미지 센싱 방법.
- 제 22항에 있어서,상기 공핍층은 상기 포토 다이오드 상부의 반도체 기판을 잠식하여 형성되는 이미지 센서의 이미지 센싱 방법.
- 제 22항에 있어서,상기 제1 전압은 0V이고, 상기 제1 신호는 적색 파장에 의한 신호인 이미지 센서의 이미지 센싱 방법.
- 제 22항에 있어서,상기 제2 신호는 적색 파장 및 녹색 파장에 의한 신호가 되도록 상기 제2 전압의 값을 조절하는 이미지 센서의 이미지 센싱 방법.
- 제 25항에 있어서,상기 제2 전압에 의한 공핍층의 상부 경계는 0.3-0.7um의 깊이인 이미지 센서의 이미지 센싱 방법.
- 제 20항에 있어서,상기 제3 신호는 적색 파장, 녹색 파장 및 청색 파장에 의한 신호가 되도록 상기 제3 전압의 값을 조절하는 이미지 센서의 이미지 센싱 방법.
- 제 27항에 있어서,상기 제3 전압에 의한 공핍층은 상기 캡핑층 바로 아래까지 확장되는 이미지 센서의 이미지 센싱 방법.
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