KR100873811B1 - Image sensor with high sensitivity - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이미지센서에 관한 것으로, 특히 소자의 고집적화 및 채널스탑영역에 따른 이미지센서의 전하운송효율 저하를 방지할 수 있는 이미지센서를 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은, 활성영역과 필드영역을 포함하는 이미지센서에 있어서, 상기 활성영역에 차례로 제1방향으로 배치된 포토다이오드와 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트 및 센싱확산노드를 포함하며, 상기 게이트는 상기 포토다이오드와 상기 센싱확산노드에 일측과 타측이 각각 접하며, 상기 센싱확산노드와 접하는 일측면이 상기 제1방향과 평면상으로 수직인 제2방향과 소정 각도(α)를 갖도록 배치된 것을 특징으로 하는 이미지센서를 제공한다.
The present invention relates to an image sensor, and in particular, to provide an image sensor that can prevent the charge transfer efficiency of the image sensor due to the high integration of the device and the channel stop area, the present invention, the active area and the field area An image sensor comprising: a gate and a sensing diffusion node of a photodiode and a transfer transistor sequentially arranged in a first direction in the active region, the gate being one side and the other side of the photodiode and the sensing diffusion node; Each side contact with the sensing diffusion node is provided with an image sensor, characterized in that disposed in the second direction perpendicular to the first direction and a predetermined angle (α).
이미지센서, 포토다이오드, 채널스탑영역, 게이트, 활성영역, 채널, 필드영역, 센싱확산노드.Image sensor, photodiode, channel stop area, gate, active area, channel, field area, sensing diffusion node.
Description
도 1은 종래기술에 따른 이미지센서를 개략적으로 도시한 평면도.1 is a plan view schematically showing an image sensor according to the prior art.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 이미지센서를 도시한 평면도.2 is a plan view showing an image sensor according to a first embodiment of the present invention;
도 3 및 도 4는 도 2에 따른 본 발명의 원리를 설명하기 위한 모식도.3 and 4 are schematic diagrams for explaining the principle of the present invention according to FIG.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 이미지센서를 도시한 평면도5 is a plan view illustrating an image sensor according to a second exemplary embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 이미지센서를 도시한 평면도
6 is a plan view illustrating an image sensor according to a third exemplary embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
PD : 포토다이오드 Field : 필드영역PD: Photodiode Field: Field
ACT : 활성영역 FD : 센싱확산노드ACT: active area FD: sensing diffusion node
Tx : 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트
Tx: Gate of the transfer transistor
본 발명은 이미지센서에 관한 것으로 특히, 전하운송효율(Charge transfer efficiency)을 향상시킬 수 있는 이미지센서에 관한 것이다.The present invention relates to an image sensor, and more particularly to an image sensor that can improve the charge transfer efficiency (Charge transfer efficiency).
일반적으로, 이미지센서라 함은 광학 영상(Optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체소자로서, 이중 전하결합소자(CCD : Charge Coupled Device)는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 캐패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, CMOS(Complementary MOS; 이하 CMOS) 이미지센서는 제어회로(Control circuit) 및 신호처리회로(Signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소수만큼 MOS트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(Output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.In general, an image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electric signal, and a charge coupled device (CCD) has individual metal-oxide-silicon (MOS) capacitors that are very different from each other. A device in which charge carriers are stored and transported in a capacitor while being in close proximity, and a CMOS (Complementary MOS) image sensor is a CMOS technology that uses a control circuit and a signal processing circuit as peripheral circuits. Is a device that employs a switching method that creates MOS transistors by the number of pixels and sequentially detects the output using them.
이러한 다양한 이미지센서를 제조함에 있어서, 이미지센서의 감광도(Photo sensitivity)를 증가시키기 위한 노력들이 진행되고 있는 바, 그 중 하나가 집광기술이다. 예컨대, CMOS 이미지센서는 빛을 감지하는 포토다이오드와 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 CMOS 로직회로부분으로 구성되어 있는 바, 광감도를 높이기 위해서는 전체 이미지센서 면적에서 포토다이오드의 면적이 차지하는 비율(이를 통상 Fill Factor"라 한다)을 크게 하려는 노력이 진행되고 있다.In the manufacture of such various image sensors, efforts are being made to increase the photo sensitivity of the image sensor, one of which is a condensing technology. For example, a CMOS image sensor is composed of a photodiode for detecting light and a portion of a CMOS logic circuit for processing the detected light into an electrical signal to make data. To increase light sensitivity, the ratio of the photodiode to the total image sensor area is increased. Efforts have been made to increase (usually referred to as Fill Factor).
도 1은 종래기술에 따른 이미지센서를 개략적으로 도시한 평면도이다.1 is a plan view schematically showing an image sensor according to the prior art.
도 1을 참조하면, 트랜스퍼 게이트(Tx)가 배치되어 있으며, 트랜스퍼 게이트(Tx)의 에지 일부분에 인접한 필드영역(Field)과 필드영역(Field)에 이외의 활성영역(ACT)이 배치되어 있으며, 빗금친 부분은 인접 화소간의 크로스토크(Crosstalk)를 방지하기 위해 통상적으로 이온주입 공정을 통해 형성되 는 P형(P형 기판일 경우, 통상적으로) 채널스탑영역을 나타낸다.Referring to FIG. 1, a transfer gate Tx is disposed, and an active region ACT other than a field region and a field region adjacent to an edge portion of the transfer gate Tx is disposed. The hatched portion represents a P-type (usually in the case of a P-type substrate) channel stop region formed through an ion implantation process to prevent crosstalk between adjacent pixels.
여기서, 빗금친 영역은 채널스탑영역을 도시하고, 점선은 측면 확산(Lateral diffusion)에 의한 보론의 침투영역을 도시한다.Here, the hatched area shows the channel stop area, and the dotted line shows the penetrating area of boron by lateral diffusion.
소자의 고집적화에 따라 단위화소의 크기 또한 감소하게 되었고, 이에 따라 트랜스퍼 게이트(Tx)의 활성영역 폭(W) 또한 감소되어져야 한다. 도한, 암신호 억제를 위해 필드영역(Field)의 에지로 P형 불순물의 확장이 필요하다.As the device is highly integrated, the size of the unit pixel is also reduced, and accordingly, the active area width W of the transfer gate Tx must also be reduced. In addition, it is necessary to extend the P-type impurity to the edge of the field area to suppress the dark signal.
따라서, 소자의 크기 감소에 의해 활성영역의 폭(W) 일정치에 도달하게 되면, 유효 활성영역의 폭(W')이 충분치 않아 트랜스퍼 게이트(Tx)의 전류 구동 능력(Current drive ability)이 한계에 이르러 전하운송효율이 저하되고, 채널스탑영역 형성을 위한 도즈(Dose) 제한이 따르게 된다.
Therefore, when the width W of the active region is reached due to the size reduction of the device, the width W 'of the effective active region is not sufficient, so that the current drive ability of the transfer gate Tx is limited. As a result, the charge transport efficiency is lowered, and the dose limit for forming the channel stop region is followed.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 본 발명은, 소자의 고집적화 및 채널스탑영역에 따른 이미지센서의 전하운송효율 저하를 방지할 수 있는 이미지센서를 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention proposed to solve the problems of the prior art as described above, an object of the present invention is to provide an image sensor that can prevent the charge transfer efficiency of the image sensor according to the high integration of the device and the channel stop area.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 활성영역과 필드영역을 포함하는 이미지센서에 있어서, 상기 활성영역에 차례로 제1방향으로 배치된 포토다이오드와 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트 및 센싱확산노드를 포함하며, 상기 게이트는 상기 포토다이오드와 상기 센싱확산노드에 일측과 타측이 각각 접하며, 상기 센싱확산노드와 접하는 일측면이 상기 제1방향과 평면상으로 수직인 제2방향과 α의 각도를 갖도록 배치되되, 상기 α는 0°＜ α ＜ 90°조건을 만족하는 이미지센서를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an image sensor including an active region and a field region, comprising a photodiode and a gate and a sensing diffusion node of a transfer transistor arranged in the first direction in order in the active region, One side and the other side of the gate are in contact with the photodiode and the sensing diffusion node, respectively, and one side surface in contact with the sensing diffusion node is disposed so as to have an angle between the first direction and a second direction perpendicular to the plane. α provides an image sensor that satisfies the condition of 0 ° <α <90 °.
본 발명은, 경사를 갖는 트랜스퍼 게이트 및 포토다이오드 구조에 의해 활성영역의 폭을 넓히고, 포토다이오드의 면적을 증가시킴으로써, 이미지센서의 감도(Sensitivity) 및 동적영역(Dynamic)의 증가에 따른 따른 전하운송효율을 향상시키고자 한다.
According to the present invention, the width of the active area is increased by the inclined transfer gate and the photodiode structure, and the area of the photodiode is increased, thereby increasing the charge transport according to the increase of sensitivity and dynamic area of the image sensor. To improve the efficiency.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 이미지센서를 도시한 평면도이다.2 is a plan view illustrating an image sensor according to a first exemplary embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 이미지센서는 필드절연막(도시하지 않음)에 의해 분리된 활성영역(ACT)과 필드영역(Field)을 포함하며, 활성영역(ACT)에 차례로 a-a' 방향으로 배치된 포토다이오드(PD)와 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트(Tx) 및 센싱확산노드(FD)을 구비하여 구성되며, 게이트(Tx)는 포토다이오드(PD)와 센싱확산노드(FD)에 일측과 타측이 각각 접하며, 센싱확산노드(FD)와 접하는 일측면이 a-a' 방향과 평면상으로 수직인 b-b' 방향과 소정 각도(α)를 갖도록 배치되어 있다.Referring to FIG. 2, the image sensor of the present invention includes an active region ACT and a field region separated by a field insulating film (not shown), and are disposed in the aa 'direction in order in the active region ACT. The photodiode PD, the gate of the transfer transistor Tx, and the sensing diffusion node FD, and the gate Tx has one side and the other side of the photodiode PD and the sensing diffusion node FD, respectively. One side surface in contact with the sensing diffusion node FD is disposed to have a predetermined angle α and a bb 'direction perpendicular to the aa' direction.
여기서, 각도 α는 0°＜ α＜ 90°(π/2)의 범위를 갖는 바, 각도 α에 의 해 센싱확산노드(FD)와 접하는 게이트(Tx)의 일측면의 폭(W')은 b-b' 방향으로 배치된 경우의 폭(W)보다 더 넓은 즉, W ＜ W'의 조건을 만족한다. Here, the angle α has a range of 0 ° <α <90 ° (π / 2), and the width W 'of one side of the gate Tx in contact with the sensing diffusion node FD is determined by the angle α. The condition W wider than the width W in the case where it is arranged in the bb 'direction is satisfied.
도 3과 도 4는 도 2에 따른 본 발명의 원리를 설명하기 위한 모식도이다.3 and 4 are schematic diagrams for explaining the principle of the present invention according to FIG.
도 3을 참조하면, b-b'의 선분(W)을 각도 α만큼 기울였을 경우, 기울어진 선분의 길이 W' 즉, 즉, 도 2에서 게이트(Tx)의 일측면이 센싱확산노드(FD)와 접하는 일측면의 폭과 W 사이에는 전술한 바와 같이 W ＜ W' 식이 성립된다. Referring to FIG. 3, when the line segment W of b-b 'is inclined by an angle α, the length of the inclined line segment W', that is, one side of the gate Tx in FIG. 2 is the sensing diffusion node FD. ), The formula W <W 'is established between the width | variety and W of one side which contact | connects).
이는, W' = W/cosα(0 ＜ α＜ π/2)를 만족하는 바, 이 때 0 ＜ cosα＜ 1의 조건을 만족하므로 W ＜ W'의 조건이 만족되는 것이다.This satisfies W '= W / cos α (0 <α <π / 2). At this time, the condition of 0 <cosα <1 is satisfied, so the condition of W <W' is satisfied.
또한, 이 선분을 한 면으로 하여 이루어진 두 삼각형의 면적 ΔS와 ΔS'은 각도 α에 상관없이 ΔS = ΔS'와 같이 일정하게 유지된다.In addition, the areas ΔS and ΔS 'of two triangles having this line segment as one surface are kept constant, such as ΔS = ΔS ′, regardless of the angle α.
도 3의 원리를 이용하여 포토다이오드(PD)의 형태는 정방향으로 그대로 둔 상태에서 게이트(Tx)를 b-b' 방향과 α만큼 기울여 배치하였을 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 트랜스퍼 트랜지스터의 채널 영역의 유효 활성영역의 폭(W'- 2ΔW)은 증가하게 된다.Using the principle of FIG. 3, when the shape of the photodiode PD is inclined in the forward direction and the gate Tx is inclined by the bb ′ direction and α, the channel region of the transfer transistor is shown in FIG. 4. The width of the effective active area of W'-2ΔW is increased.
여기서, 점선은 채널스탑영역 형성을 위한 이온주입에 의해 줄어든 채널영역에서의 활성영역의 폭(ΔW)을 나타낸다. 즉, W'- 2ΔW ＞ W'- 2ΔW을 만족한다. 여기서, W - 2ΔW은 종래와 같이 게이트(Tx)를 b-b' 방향과 α만큼 기울이지 않은 즉, b-b' 방향으로 배치한 경우의 채널스탑영역 형성을 위한 이온주입에 의해 줄어든 채널영역에서의 활성영역의 폭(ΔW)을 나타낸다.Here, the dotted line represents the width ΔW of the active region in the channel region reduced by ion implantation for forming the channel stop region. That is, W'-2ΔW> W'-2ΔW is satisfied. Here, W-2ΔW is the area of the active region in the channel region reduced by ion implantation for forming the channel stop region when the gate Tx is not inclined by the bb 'direction and α, that is, in the bb' direction. The width ΔW is shown.
여기서, 종래와 같이 채널스탑영역 형성을 위해 예컨대 P형 불순물인 보론(B)을 이온주입하여 채널영역에서의 활성영역의 폭의 감소가 두드러지면 좁은폭효과(Narrow width effect)가 심하게 관찰되어 트랜스퍼 트랜지스터의 파라미터(Parameter)가 큰 폭으로 쉬프트되거나 트랜지스터의 턴-온이 제대로 이루어지지 않는다.Here, as in the prior art, when the boron (B), which is a P-type impurity, is ion-implanted to form a channel stop region, if the width of the active region in the channel region is remarkable, a narrow width effect is observed. Parameters of the transistors are shifted significantly or the transistors are not turned on properly.
하지만, 본 발명의 경우 각도 α에 의해 채널영역에서의 유효 활성영역의 폭(W')이 증가하므로, ΔW에 의해 좁아진 것 만큼을 충분히 보상하게 된다.However, in the case of the present invention, since the width W 'of the effective active region in the channel region is increased by the angle α, it is sufficiently compensated for that narrowed by ΔW.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 이미지센서를 도시한 평면도이다.5 is a plan view illustrating an image sensor according to a second exemplary embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 게이트(Tx)만을 변화시킨 것으로 전술한 포토다이오드(PD)가 동일한 면적을 가지며, 이미지센서의 데드죤(Dead zone) 특성에 중요한 영향을 미치는 스페이서 아래의 포토다이오드의 깊은 N형 불순물영역의 면적(SP)도 동일하여 모든 광특성이 종래의 방법과 유사하면서도 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트(Tx)의 동작 특성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.Referring to FIG. 5, only the gate Tx is changed so that the above-described photodiode PD has the same area, and the deep N of the photodiode under the spacer has an important influence on the dead zone characteristics of the image sensor. The area SP of the type impurity region is also the same, so that all the optical characteristics are similar to those of the conventional method, and the operation characteristics of the gate Tx of the transfer transistor can be improved.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 이미지센서를 도시한 평면도이다.6 is a plan view illustrating an image sensor according to a third exemplary embodiment of the present invention.
전술한 제2실시예의 경우, 스페이서 하부의 깊은 N형 불순물영역의 분포가 균일하지 않기 때문에 이를 개선하기 위해 제3실시예에서는 포토다이오드(PD)의 구조를 변경 즉, 게이트(Tx)의 타측과 접하는 일측면이 b-b' 방향과 β(0°＜ β＜ 90°)의 각도를 갖도록 함으로써, 광특성을 향상시킬 수 있다.In the second embodiment described above, since the distribution of the deep N-type impurity region under the spacer is not uniform, the third embodiment changes the structure of the photodiode PD, that is, the other side of the gate Tx. The optical property can be improved by making the one side which contacts the angle of bb 'and the angle ((beta) (0 degrees <(beta) <90 degree)).
따라서, α와 β는 각각 0°＜ α,β＜ 90°의 조건을 만족하며, α와 β를 같은 각도를 갖도록 할 수 있다.
Therefore, α and β satisfy the conditions of 0 ° <α, β <90 °, respectively, and can make α and β have the same angle.
전술한 본 발명은, 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트를 경사를 갖도록 배치함으로써, 채널영역의 유효활성영역 폭을 증가시켜 소자의 고집적화에 따른 전하운송효율의 저감을 방지할 수 있으며, 게이트의 스페이서 하부 포토다이오드의 N형 불순물영역의 확장을 유도하여 이미지센서의 데드죤 특성을 향상시킬 수 있으며, 암신호 특성 개선을 위한 채널스탑영역 형성시 도즈량을 증가사킬 수 있어 공정 마진을 향상시킬 수 있음을 실시예를 통해 알아 보았다.According to the present invention described above, the gate of the transfer transistor is disposed to have an inclination, thereby increasing the width of the effective active region of the channel region, thereby preventing the reduction of charge transport efficiency due to the high integration of the device. The dead zone characteristic of the image sensor can be improved by inducing the expansion of the N-type impurity region, and the dose amount can be increased when the channel stop region is formed to improve the dark signal characteristics, thereby improving the process margin. I found out.
본 발명은 동작 전압(Operation voltage) 감소에 의해 필연적으로 요구되는 소자의 소형화(Scaling) 적용에도 불구하고, 일정한 트랜스퍼 트랜지스터의 특성 확보와 채널스탑영역에 관련된 공정 마진을 확보할 수 있는 것으로, 0.25㎛, 0.18㎛ 및 그 이하의 선폭을 갖는 로직 소자의 공정에 광범위하게 적용될 수 있을 것으로 기대되며, CMOS 이미지센서와 유사한 광소자인 CCD에도 약간의 차환(Modification)을 통해 적용할 수 있을 것으로 기대된다.
The present invention can secure the characteristics of a constant transfer transistor and secure the process margin related to the channel stop area, despite the application of scaling required for the device, which is inevitably required by the reduction of the operating voltage. In addition, it is expected to be widely applied to the processing of logic devices having a line width of 0.18 μm or less, and it is expected to be applied to CCD, which is an optical device similar to a CMOS image sensor, through some modification.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
상술한 본 발명은, 일정한 트랜스퍼 트랜지스터의 특성 확보와 채널스탑영역 에 관련된 공정 마진을 확보할 수 있어, 궁극적으로 이미지센서의 수율을 향상시킬 수 있는 탁월한 효과를 기대할 수 있다.According to the present invention described above, it is possible to secure the characteristics of a certain transfer transistor and to secure a process margin related to the channel stop region, and ultimately, an excellent effect of improving the yield of an image sensor can be expected.
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020017794A (en) * | 2000-08-31 | 2002-03-07 | 박종섭 | Image sensor for increasing periphery capacitor of photodiode |
| KR20020058439A (en) * | 2000-12-30 | 2002-07-12 | 박종섭 | Image sensor capable of increasing light sensitivity and charge transport |
-
2002
- 2002-07-19 KR KR1020020042322A patent/KR100873811B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020017794A (en) * | 2000-08-31 | 2002-03-07 | 박종섭 | Image sensor for increasing periphery capacitor of photodiode |
| KR20020058439A (en) * | 2000-12-30 | 2002-07-12 | 박종섭 | Image sensor capable of increasing light sensitivity and charge transport |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20040008654A (en) | 2004-01-31 |
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