KR100924706B1 - 촬상 장치 - Google Patents

Abstract

각 화소에서 포토다이오드를 구성하는 제 1 확산 영역은, 입사되는 광에 따라 생성되는 캐리어를 축적한다. 제 2 확산 영역은, 제 1 확산 영역의 표면에 제 1 확산 영역의 외주부를 덮어서 형성되어 있다. 제 1 확산 영역의 외주부는, 소자 분리 영역의 형성 공정 및 게이트 전극의 형성 공정에 의해, 결정 결함이 발생하기 쉬워, 암전류 노이즈가 발생하기 쉽다. 제 2 확산 영역은, 제조 공정에서의 결정 결함의 발생을 방지하는 보호층으로서 기능한다. 제 2 확산 영역은, 결정 결함이 발생하기 쉬운 제 1 확산 영역의 표면의 중앙 부분 위에 형성되지 않는다. 제 2 확산 영역이 형성되지 않는 제 1 확산 영역에서는, 공핍층(空乏層)의 두께를 크게 할 수 있기 때문에, 광의 검출 감도를 향상시킬 수 있다. 이 결과, 암전류 노이즈를 증가시키지 않고 포토다이오드의 검출 감도를 향상시킬 수 있다.

화소 어레이, 행 선택 회로, 포토다이오드, 마이크로 렌즈

Description

촬상 장치{IMAGE PICKUP DEVICE}

본 발명은 포토다이오드를 갖는 촬상 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 암전류 노이즈를 증가시키지 않고 포토다이오드의 검출 감도(感度)를 향상하기 위한 기술에 관한 것이다.

액티브 화소 센서(Active Pixel Sensor ; 이하, APS라고도 칭함) 등의 촬상장치는, 포토다이오드를 포함하는 복수의 화소를 갖고 있다. 화소에 입사된 광은, 포토다이오드에 의해 광 캐리어로 변환되어, 화상 신호를 생성하기 위한 전기 신호로서 출력된다. 일반적으로, 촬상 장치는 3트랜지스터형 및 4트랜지스터형이라고 불리는 화소를 이용하여 형성되어 있다(일본국 특허공개 2000-312024호 공보, 일본국 특허공개 평10-209422호 공보). 이런 종류의 화소에서는, 암전류(dark current)를 방지하기 위해서, 광 캐리어를 축적하기 위한 확산층의 표면에, 이 확산층보다 불순물 농도가 높고, 역(逆)의 도전형 확산층을 형성하고 있다. 암전류는 광이 입사되지 않을 때에 흐르는 전류로서, 반도체의 결정 결함에 의한 누설 전류이다. 역의 도전형 확산층을 광 캐리어를 축적하는 확산층 위에 형성함으로써, 광 캐리어를 축적하는 확산층에 결정 결함이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

특허문헌 1 : 일본국 특허공개 2000-312024호 공보

특허문헌 2 : 일본국 특허공개 평10-209422호 공보

(발명이 해결하고자 하는 과제)

그러나, 상술한 역의 도전형 확산층은, 암전류 노이즈를 방지할 수 있는 반면, 광 캐리어를 축적하는 확산층의 공핍층(空乏層)을 상대적으로 얇게 한다. 이 때문에, 화소에서의 광의 검출 감도는, 역의 도전형 확산층의 형성에 의해 저하된다. 암전류 노이즈는, 소자 분리 영역의 부근이나 전기 신호를 취출하기 위한 콘택트 영역 등에서 크고, 그 이외의 영역에서는 비교적 작다. 종래, 암전류 노이즈의 영향을 최소한으로 하고, 또한 광의 검출 감도를 향상하기 위한 제안은 이루어지지 않았다.

본 발명의 목적은, 암전류 노이즈를 증가시키지 않고 포토다이오드의 검출 감도를 향상하는 것에 있다.

(과제를 해결하기 위한 수단)

본 발명의 촬상 장치의 제 1 형태에서는, 각 화소의 제 1 확산 영역은 제 1 도전형이고, 포토다이오드에서 광 캐리어의 축적부를 구성한다. 전송 트랜지스터는, 제 1 확산 영역을 소스 전극으로 하고, 제 1 확산 영역에 인접하는 위치에 절연막을 통하여 게이트 전극이 형성된다. 전송 트랜지스터는 포토다이오드에 축적된 광 캐리어를 드레인 전극에 전송한다. 제 2 확산 영역은 제 2 도전형이며, 제 1 확산 영역의 표면에 제 1 확산 영역의 외주부를 덮어 형성되어 있다. 예를 들면, 제 2 확산 영역의 불순물 농도는 제 1 확산 영역의 불순물 농도보다 높다. 예를 들면, 제 1 도전형은 n형이고, 제 2 도전형은 p형이다.

제 1 확산 영역의 외주부는, 소자간 분리 구조부에 가깝기 때문에 많은 결정 결함이 존재하기 쉽다. 이 때문에, 결정 결함에 의한 누설 전류가 증가하여, 암전류 노이즈가 발생하기 쉽고, 외주부는 제 1 확산 영역의 중앙부의 반도체 표면보다도 큰 암전류를 발생한다. 또한, 트랜지스터의 게이트 전극이, 제 1 확산 영역에 인접하는 위치에 형성되는 경우, 게이트 전극의 형성 공정에서의 응력의 영향에 의해, 게이트 전극에 인접하는 제 1 확산 영역의 외주부에 결정 결함이 발생하는 경우가 있다. 이에 대해서, 제 1 확산 영역의 표면의 중앙 부분(외주부를 제외한 부분)은, 결정 결함이 외주부에 비해서 발생하기 어렵다. 외주부 위의 제 2 확산 영역은, 제조 공정에서의 결정 결함의 발생을 방지하는 보호층으로서 기능한다.

한편, 제 1 확산 영역 위에 도전형이 역인 제 2 확산 영역이 형성되는 소위 매립 포토다이오드 구조에서는, 표면 부근의 공핍층의 두께가 작아지기 때문에, 광의 검출 감도는 작아진다. 본 발명에서는, 제 2 확산 영역은, 결정 결함이 발생하기 어려운 제 1 확산 영역의 표면의 중앙 부분 위에 형성되지 않는다. 제 2 확산 영역이 형성되지 않는 제 1 확산 영역에서는, 공핍층의 두께를 크게 할 수 있기 때문에, 광의 검출 감도를 향상시킬 수 있다. 이와 같이, 제 2 확산 영역을 제 1 확산 영역 위에 선택적으로 형성함으로써, 암전류 노이즈를 증가시키지 않고 포토다이오드의 검출 감도를 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 제 1 확산 영역에서, 표면에 노출되는 영역의 면적을, 제 2 확산 영역으로 덮인 영역의 면적보다 크게 함으로써, 암전류 노이즈를 최소한으로 억제하여 포토다이오드의 검출 감도를 향상시킬 수 있다.

이와 같이, 암전류 노이즈의 삭감과, 광의 검출 감도 향상을 양립할 수 있기 때문에, 화소의 사이즈를 작게 해도, 종래와 동일한 정도의 SN비를 얻을 수 있다. 이 결과, 촬상 장치를 작게 할 수 있어, 비용을 삭감할 수 있다. 또는, 촬상 장치의 화소 수를 증가시킬 수 있다.

본 발명의 촬상 장치의 제 1 형태에서의 바람직한 예에서는, 소자 분리 영역은, 제 1 확산 영역의 외주부 중 게이트 전극에 인접하는 부분을 제외한 부분 외주부의 주위에, 제 1 확산 영역과 떨어져서 형성되어 있다. 제 2 확산 영역은, 부분 외주부로부터 소자 분리 영역까지 형성되어 있다. 실리콘 등의 결정의 주기성이 무너지는 소자간 분리 영역의 부근에서는, 결정 결함이 많다. 이 때문에, 암전류 노이즈를 발생시키는 누설 전류는 소자간 분리 영역의 부근일수록 발생하기 쉽다. 제 2 확산 영역을 결정 결함이 소자간 분리 영역의 부근까지 형성함으로써, 암전류 노이즈의 발생을 더 억제할 수 있다.

본 발명의 촬상 장치의 제 2 형태에서는, 제 2 확산 영역은 제 1 확산 영역의 표면에, 제 1 확산 영역의 외주부 중 게이트 전극에 인접하는 부분을 제외한 부분 외주부를 덮어 형성되어 있다. 즉, 제 2 확산 영역은 게이트 전극에 인접하는 부분에 형성되어 있지 않다. 그 밖의 특징은, 상술한 제 1 형태와 동일하다. 게이트 전극의 형성 공정에서, 게이트 전극에 인접하는 제 1 확산 영역의 외주부에 결정 결함이 발생하기 어려운 경우, 제 2 확산 영역으로 덮이는 제 1 확산 영역의 표면적을 작게 할 수 있다. 따라서, 포토다이오드의 검출 감도를 더 향상시킬 수 있다. 제 2 확산 영역은, 제 1 확산 영역에서 게이트 전극에 인접하는 영역 위에 형성되지 않기 때문에, 제 1 확산 영역에 축적된 광 캐리어의 전송 효율은 저하되지 않는다. 이 결과, 광 캐리어가 제 1 확산 영역에 남겨지는 것을 방지할 수 있어, 동화(動畵) 촬상시의 잔상(殘像)의 발생을 방지할 수 있다.

본 발명의 촬상 장치의 제 2 형태에서의 바람직한 예에서는, 소자 분리 영역은, 제 1 확산 영역의 외주부 중 게이트 전극에 인접하는 부분을 제외한 부분 외주부의 주위에, 제 1 확산 영역과 떨어져서 형성되어 있다. 제 2 확산 영역은, 부분 외주부로부터 소자 분리 영역까지 형성되어 있다. 실리콘 등의 결정의 주기성이 무너지는 소자간 분리 영역의 부근에서는, 결정 결함이 많다. 이 때문에, 암전류 노이즈를 발생시키는 누설 전류는, 소자간 분리 영역의 부근일수록 발생하기 쉽다. 제 2 확산 영역을 결정 결함이 소자간 분리 영역의 부근까지 형성함으로써, 암전류 노이즈의 발생을 더 억제할 수 있다.

본 발명의 촬상 장치의 제 2 형태에서의 바람직한 예에서는, 제 3 확산 영역은 제 1 확산 영역의 내부에, 제 1 확산 영역의 게이트 전극측의 외주부에 형성되어 있다. 제 3 확산 영역은 제 1 도전형이며, 제 1 확산 영역의 불순물 농도보다 높은 불순물 농도를 갖는다. 일반적으로, 광 캐리어가 전자인 경우, 광 캐리어는 높은 불순물 농도를 갖는 확산 영역(제 3 확산 영역)에 집중되기 쉽다. 이 때문에, 제 3 확산 영역을 게이트 전극의 부근에 형성함으로써, 제 1 확산 영역에 축적된 광 캐리어의 전송 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 일반적으로, 광 캐리어는 제 1 확산 영역의 표면이 아니고, 비교적 깊은 영역에 축적된다. 이 때문에, 제 3 확산 영역을 제 1 확산 영역의 내부에 형성함으로써, 보다 효율좋게 광 캐리어를 제 3 확산 영역에 집중시킬 수 있다. 이 때, 광 캐리어는, 결정 결함이 비교적 많은 제 1 확산 영역의 표면 부근에 모이지 않기 때문에, 암전류의 발생을 방지할 수 있다.

본 발명의 촬상 장치의 제 2 형태에서의 바람직한 예에서는, 제 3 확산 영역은 제 1 확산 영역의 표면에, 제 1 확산 영역의 게이트 전극측의 외주부에 형성되어 있다. 제 3 확산 영역은 제 1 도전형이며, 제 1 확산 영역의 불순물 농도보다 높은 불순물 농도를 갖는다. 게이트 전극의 형성 공정에서, 게이트 전극에 인접하는 제 1 확산 영역의 표면에 결정 결함이 발생하기 어려운 경우, 제 1 확산 영역에서 전송 트랜지스터의 채널 영역에 가까운 표면에 제 3 확산 영역을 형성하는 편이, 제 1 확산 영역에 축적된 광 캐리어의 전송 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 촬상 장치의 제 2 형태에서의 바람직한 예에서는, 복수의 제 3 확산 영역은 제 1 확산 영역의 내부 및 표면에서, 제 2 확산 영역의 내측에 게이트 전극을 향하여 순차적으로 형성되어 있다. 제 3 확산 영역은 제 1 도전형이며, 제 1 확산 영역의 불순물 농도보다 높은 불순물 농도를 갖는다. 제 3 확산 영역의 불순물 농도는 게이트 전극에 가까울수록 높다. 이 경우, 게이트 전극측을 향해서 빌트인 포텐셜(built-in potential)의 구배(句配)를 형성할 수 있다. 환언하면, 광 캐리어인 전자를, 게이트 전극에 가까운 제 3 확산 영역에 순차적으로 이동시킬 수 있어, 제 1 확산 영역에 축적된 광 캐리어의 전송 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 촬상 장치의 제 3 형태에서는, 제 1 필터를 통하여 입사되는 상대적으로 단파장의 광을 받는 화소는, 상술한 제 1 형태와 동일한 구조를 갖고 있다. 제 2 필터를 통하여, 입사되는 상대적으로 장파장의 광을 받는 화소는, 제 1 확산 영역의 전체 표면을 덮어 형성되는 제 2 확산 영역을 갖고 있다. 제 1 확산 영역의 전체 표면을 제 2 확산 영역에 의해 덮음으로써, 제 1 확산 영역의 표면의 결정 결함을 적게 할 수 있어, 암전류 노이즈를 저감할 수 있다.

실리콘 등의 반도체에서는, 장파장의 광의 투과율은 단파장의 광의 투과율에 비해서 높다. 이 때문에, 장파장의 광을 받는 화소는, 제 1 확산 영역의 전체 표면을 제 2 확산 영역으로 덮어도, 광의 검출 감도는 저하되기 어렵다. 한편, 단파장의 광의 투과율은 상대적으로 작다. 이 때문에, 단파장의 광을 받는 화소는, 광의 검출 감도를 향상시키기 위해서 제 2 확산 영역으로 덮여 있지 않은 영역을 갖는 제 1 확산 영역에 의해 구성된다. 입사광의 파장에 따라 제 2 확산 영역의 면적을 변경함으로써, 암전류 노이즈의 발생을 최소한으로 하면서, 광의 검출 감도를 파장에 의존하지 않고 균일하게 할 수 있다. 예를 들면, 상대적으로 단파장의 광을 받는 각 화소의 제 1 확산 영역에서, 표면에 노출되는 영역의 면적을, 제 2 확산 영역으로 덮인 영역의 면적보다 크게 함으로써, 암전류 노이즈를 최소한으로 억제하여 포토다이오드의 검출 감도를 향상시킬 수 있다.

본 발명의 촬상 장치의 제 4 형태에서는, 제 1 필터를 통하여 입사되는 상대적으로 단파장의 광을 받는 화소는, 상술한 제 2 형태와 동일한 구조를 갖고 있다. 제 2 필터를 통하여 입사되는 상대적으로 장파장의 광을 받는 화소는, 제 1 확산 영역의 전체 표면을 덮어서 형성되는 제 2 확산 영역을 갖고 있다. 제 4 형태에서도, 상술한 제 3 형태와 마찬가지로, 암전류 노이즈의 발생을 최소한으로 하면서, 광의 검출 감도를 파장에 의존하지 않고 균일하게 할 수 있다.

본 발명의 촬상 장치의 제 1∼제 4 형태에서의 바람직한 예에서는, 각 화소는 리셋 트랜지스터 및 소스 폴로어(follower) 트랜지스터를 갖고 있다. 리셋 트랜지스터는 전송 트랜지스터의 드레인 전극에 소스 전극이 접속되고, 드레인 전극이 전압 공급선에 접속되어 있다. 소스 폴로어 트랜지스터의 게이트 전극은 콘택트 영역을 통하여 부유(浮遊) 확산 노드(전송 트랜지스터의 드레인 전극 및 리셋 트랜지스터의 소스 전극)에 접속되어 있다. 소스 폴로어 트랜지스터는 광 캐리어의 양에 따라 화소 신호를 생성하고, 생성된 화소 신호를 소스 전극으로부터 출력한다. 콘택트 영역이 제 1 확산 영역에 형성되지 않기 때문에, 제 1 확산 영역의 결정 결함은 콘택트 영역의 형성에 의해서는 발생하지 않는다. 따라서, 콘택트 영역의 형성에 의한 암전류 노이즈의 발생을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예를 나타낸 블록도.

도 2는 도 1에 나타낸 화소의 상세를 나타낸 회로도.

도 3은 제 1 실시예의 화소의 상세를 나타낸 평면도.

도 4는 도 3의 A-A'선을 따르는 단면도.

도 5는 화소 신호의 판독 동작을 나타낸 타이밍도.

도 6은 제 2 실시예의 화소의 상세를 나타낸 평면도.

도 7은 도 6의 A-A'선을 따르는 단면도.

도 8은 제 3 실시예의 화소의 상세를 나타낸 평면도.

도 9는 도 8의 A-A'선을 따르는 단면도.

도 10은 제 4 실시예의 화소의 상세를 나타낸 평면도.

도 11은 도 10의 A-A'선을 따르는 단면도.

도 12는 제 5 실시예의 화소의 상세를 나타낸 평면도.

도 13은 도 12의 A-A'선을 따르는 단면도.

도 14는 제 6 실시예의 화소 어레이의 상세를 나타낸 레이아웃.

도 15는 제 6 실시예의 청, 녹색의 광을 받는 화소의 상세를 나타낸 평면도.

도 16은 도 15의 A-A'선을 따르는 단면도.

도 17은 제 6 실시예의 적색 광을 받는 화소의 상세를 나타낸 평면도.

도 18은 도 17의 A-A'선을 따르는 단면도.

도 19는 제 7 실시예의 청, 녹색의 광을 받는 화소의 상세를 나타낸 평면도.

도 20은 도 19의 A-A'선을 따르는 단면도.

도 21은 본 발명의 화소의 다른 예를 나타낸 단면도.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 이용하여 설명한다. 도면 중의 2중 동그라미는 외부 단자를 나타내고 있다. 도면 중, 굵은 선으로 나타낸 신호선은 복수 개로 구성되어 있다. 신호가 전달되는 신호선에는, 신호명과 동일한 부호를 사용한다.

도 1은, 본 발명의 촬상 장치의 제 1 실시예를 나타내고 있다. 이 촬상 장 치는 실리콘 기판 위에 CM0S 프로세스를 사용하여 액티브 화소 센서 칩으로서 형성되어 있다. 촬상 장치는 전압 생성 회로(10), 행 선택 회로(12), 동작 제어 회로(14), 신호 처리 회로(16) 및 화소 어레이(ARY)를 갖고 있다.

전압 생성 회로(10)는 전원 전압(AVDD)에 따라, 항상 일정한 전압인 내부 전압(VR)을 생성한다. 또한, 전압 생성 회로(10)는 일정한 내부 전압(VR)을 생성하는 것이 아니고, 필요에 따라 내부 전압(VR)을 변조해도 좋다. 전원 전압(AVDD)은 아날로그 회로용의 전원 전압이다. 내부 전압(VR)은 전원 전압(AVDD)보다 낮은 전압으로, 전원 전압(AVDD)의 변화, 온도 변화에 상관없이, 항상 일정한 전압으로 유지된다. 행 선택 회로(12)는 화소 어레이(ARY)에 리셋 신호(RST), 전송 제어 신호(TG), 선택 제어 신호(SEL)를 출력한다. 동작 제어 회로(14)는 액티브 화소 센서의 촬상 동작을 제어하기 위해서 복수의 타이밍 신호를 생성하여, 행 선택 회로(12) 및 신호 처리 회로(16) 등에 출력한다. 행 선택 회로(12) 및 동작 제어 회로(14)는 디지털 회로용의 전원 전압(DVDD)을 받아 동작한다. 전원 전압선(AVDD, DVDD)은 노이즈의 간섭을 피하기 위해서 서로 독립하여 배선되어 있다.

신호 처리 회로(16)는 도면의 횡방향으로 배열되는 복수의 화소(PX)로부터 동시에 전송되는 전기 신호(SIG)(화상을 나타내는 화상 신호)를 받고, 받은 신호(SIG)를 병렬 직렬 변환한 후, 출력 신호(OUT)로서 순차적으로 출력한다. 신호 처리 회로(16)는 상관 2중 샘플링(CDS ; Correlated Double Sampling) 회로(18)를 갖고 있다. CDS 회로(18)는 노이즈 데이터를 포함하는 화소 데이터(판독 데이터, 화소 전압)로부터 노이즈 데이터(노이즈 전압)를 제외하고, 노이즈를 포함하지 않 는 진(眞)의 화소 데이터를 생성한다. 화소 어레이(ARY)는 매트릭스 형상으로 배치된 복수의 화소(PX)를 갖고 있다.

도 2는 도 1에 나타낸 화소(PX)의 상세를 나타내고 있다. 이 실시예의 화소(PX)는 소위 4트랜지스터형이다. 각 화소(PX)는 내부 전압선(VR)(전압 공급선)과 접지선(VSS) 사이에 직렬로 접속된 nMOS 트랜지스터(MT1, MT2), 포토다이오드(PD)(광전 변환 소자)와, 내부 전압선(VR)과 화소 신호선(SIG) 사이에 직렬로 접속된 nMOS 트랜지스터(MT3, MT4)를 갖고 있다. 트랜지스터(MT4)의 소스는 판독 전압 및 노이즈 전압이 출력되는 화소 신호선(SIG)에 접속되어 있다. 트랜지스터(MT1)(리셋 트랜지스터)의 게이트는 리셋 신호(RST)를 받고 있다. 트랜지스터(MT2)(전송 트랜지스터)의 게이트는 전송 제어 신호(TG)를 받고 있다. 트랜지스터(MT3)(소스 폴로어 트랜지스터)의 게이트는 트랜지스터(MT1, MT2)의 접속 노드(FD)(부유 확산 노드)에 접속되어 있다. 트랜지스터(MT4)(선택 트랜지스터)의 게이트는 선택 제어 신호(SEL)를 받고 있다. 트랜지스터(MT3)는 앰프로서 동작하고, 소스 전극으로부터 화소 신호(SIG)를 출력한다. 화소 신호(SIG)는 선택 트랜지스터(MT4)를 통하여 출력된다.

도 3 및 도 4는 제 1 실시예의 화소의 상세를 나타내고 있다. 특히, 도 3 및 도 4는 포토다이오드(PD) 및 전송 트랜지스터(MT2)의 상세를 나타내고 있다. 도 3에서, ×표를 부여한 사각은 콘택트 영역(플러그 콘택트(PC))을 나타내고 있다. 도 4는 도 3의 A-A'선을 따르는 단면을 나타내고 있다.

포토다이오드(PD) 및 전송 트랜지스터(MT2)는 환형상(프레임 형상)으로 형성된 소자 분리 영역(STI)(Shallow Trench Isolation)의 내측에 형성되어 있다. 또한, 본 발명은 소자 분리 영역이 LOCOS(Local Oxidation of Silicon)인 APS에도 적용할 수 있다. 이 예에서는, 포토다이오드(PD)의 애노드는 p형 실리콘 기판(P-)이며, 포토다이오드(PD)의 캐소드는 p형 실리콘 기판(P-) 위에 형성되는 n형(제 1 도전형)의 확산 영역(N1)(제 1 확산 영역, 광 캐리어의 축적부)이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 확산 영역(N1)은 직사각형 형상이며, 소자 분리 영역(STI)으로부터 떨어져서 형성되어 있다. 확산 영역(N1)을 소자 분리 영역(ST1)으로부터 이간시켜 형성함으로써, 소자 분리 영역(STI)의 형성 공정에서 확산 영역(N1)의 외주부에 결정 결함이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

전송 트랜지스터(MT2)는 확산 영역(N1)에 의해 형성되는 소스 전극과, 확산 영역(N1)의 한 변에 인접하는 위치에 절연막(게이트 절연막)을 통하여 형성되는 게이트 전극(TG)과, p형 실리콘 기판(P-) 위의 확산 영역(N+)(드레인 전극, 부유 확산 노드(FD))에 의해 형성되는 드레인 전극으로 구성되어 있다. 확산 영역(N1)의 불순물 농도는, 확산 영역(N+)의 불순물 농도보다 낮다. 게이트 절연막은 절연층(IL1)을 이용하여 형성되어 있다. 확산 영역(N1)의 표면에는, 확산 영역(N1)의 외주부를 덮어 p형(제 2 도전형)의 확산 영역(P+)(제 2 확산 영역)이 환형상(프레임 형상)으로 형성되어 있다. 확산 영역(P+)의 불순물 농도는, 확산 영역(N1)의 불순물 농도보다 높다. 확산 영역(P+)은 통상의 반도체 제조 프로세스에 의해 형성할 수 있다. 즉, 확산 영역(P+)이 형성되는 부분을 포토마스크를 이용하여 선택적으로 개구하고, 붕소 등의 이온(불순물)을 개구부로부터 주입하여, 주입된 이온을 열 확산함으로써, 확산 영역(P+)은 형성된다.

확산 영역(N1) 표면의 중앙부는 확산 영역(P+)이 형성되지 않고, 절연층(IL1)측에 노출되어 있다. 이 노출 영역에서는, 확산 영역(P+)으로 덮여 있는 부분에 비하여 표면 부근의 공핍층의 두께를 크게 할 수 있다. 이 때문에, 광 캐리어의 축적 용량을 크게 할 수 있어, 광의 검출 감도를 향상시킬 수 있다. 특히, 확산 영역(N1)의 표면에서 흡수되기 쉬운 청색 등의 단파장의 광의 검출 감도를 향상시킬 수 있다. 이 예에서는, 화소(PXB, PXG)의 확산 영역(N1)에서, 표면에 노출되는 직사각형 형상의 영역의 면적은 확산 영역(P+)으로 덮인 프레임 형상 영역의 면적보다 크다. 이 때문에, 광을 보다 효율적으로 받을 수 있다. 또한, 본 발명의 적용에 의해 화소(PX)의 검출 감도가 너무 높아지면, 포화 전압이 커져, 광 캐리어가 확산 영역(N1)에 과잉으로 축적되어 버린다. 이 경우, 광 캐리어를 회피하기 위한 리셋 동작을 충분히 할 수 없게 되어, 동화 촬상시 등에 잔상이 발생한다. 이 현상을 방지하기 위해서는, 확산 영역(N1)의 불순물 농도를 저하시키면 된다.

확산 영역(N1)의 외주부 중, 게이트 전극(TG)에 인접하는 부분을 제외한 ㄷ자 형상의 부분(부분 외주부)에 대응하여 형성되는 확산 영역(P+)의 주위는, 확산 영역(N1)의 단부(端部)를 넘어서 소자 분리 영역(STI)에 접하고 있다. 확산 영역(P+)을 소자 분리 영역(STI)까지 형성함으로써, 확산 영역(N1)의 외주부의 표면을 확실히 보호할 수 있다. 이 때문에, 소자 분리 영역(STI)의 형성 공정에서 확산 영역(N1)의 외주부에 결정 결함이 발생하는 것을 확실히 방지할 수 있다. 또한, 확산 영역(P+)을 게이트 전극(TG)에 인접하는 영역에 형성함으로써, 게이트 전극(TG)의 형성 공정에서, 확산 영역(N1)의 게이트 전극(TG)측의 외주부에 결정 결함이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

전송 트랜지스터(MT2)의 드레인 전극(확산 영역(N+))은 절연층(IL1)에 개구되는 플러그 콘택트(PC1)를 통하여 금속 배선(M1)에 접속되어 있다. 특히 도시하지 않았지만, 이 금속 배선(M1)은 다른 플러그 콘택트를 통하여 리셋 트랜지스터(MT1)의 소스 전극 및 소스 폴로어 트랜지스터(MT3)의 게이트 전극에 접속된다. 절연층(IL1) 위에는, 금속 배선층(M2, M3)을 각각 다른 층으로부터 분리하기 위한 절연층(IL2, IL3)과, 보호 절연층(PL)이 적층되어 있다. 금속 배선층(M1, M2)은 플러그 콘택트(PC2)에 의해 서로 접속된다. 금속 배선층(M2, M3)은 플러그 콘택트(PC3)에 의해 서로 접속된다.

또한, APS는 4트랜지스터형의 화소(PX)에 의해 구성된다. 콘택트 영역은 확산 영역(N1)에 형성되지 않는다. 이 때문에, 콘택트 영역의 형성 공정에서 확산 영역(N1)에 결정 결함이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

도 5는 상술한 APS의 각 화소에서의 화소 신호의 판독 동작을 나타내고 있다. 판독 동작은 도 1에서 횡방향으로 배열되는 화소(PX)로 구성되는 화소 행을 순차적으로 선택함으로써 실행된다. 도 5는 화소 행의 하나의 화소(PX)의 판독 동작을 나타내고 있다. 판독 동작은 화소 행의 다른 화소(PX)도 동일한 타이밍으로 실행된다. 도 1에 나타낸 행 선택 회로(12)는 판독 동작을 실행하기 위해서, 리셋 신호(RST), 전송 제어 신호(TG) 및 선택 제어 신호(SEL)를 소정의 타이밍으로 반복하여 고 레벨로 활성화한다. 도면 중에 파선으로 나타낸 파형은 전압 등의 상태가 정해지지 않은 기간이다.

우선, 포토다이오드(PD) 및 부유 확산 노드(FD)를 리셋하기 위해서, 리셋 신호(RST) 및 전송 제어 신호(TG)가 고 레벨(예를 들면, DVDD)로 변화된다(도 5의 (a)). 리셋 동작에 의해, 포토다이오드(PD)의 확산 영역(N1) 및 부유 확산 노드(FD)는 내부 전압(VR)으로 설정된다. 다음에, 리셋 신호(RST) 및 전송 제어 신호(TG)가 저 레벨(0V)로 변화된다(도 5의 (b)). 전송 제어 신호(TG)의 저 레벨로의 변화에 의해, 포토다이오드(PD)의 노광이 개시된다. 포토다이오드(PD)의 확산 영역(N1)은 노광에 의해 전자(광 캐리어)가 축적되고, 그 전압은 서서히 저하된다(도 5의 (c)).

다음에, 선택 제어 신호(SEL)가 고 레벨로 변화되고, 선택 트랜지스터(MT4)를 통하여 소스 폴로어 트랜지스터(MT3)의 소스와 화소 신호(SIG)의 출력 노드가 접속된다(도 5의 (d)). 소정 시간이 경과된 후, 리셋 신호(RST)가 고 레벨로 변화되고(도 5의 (e)), 부유 확산 노드(FD)가 다시 내부 전압(VR)으로 리셋된다. 선택 트랜지스터(MT4)가 온(on) 되어 있기 때문에, 화소 신호(SIG)의 전압은 내부 전압(VR)에 대응하는 전압으로 변화된다. 리셋 신호(RST)가 저 레벨로 변화되고(도 5의 (f)), 노이즈 데이터(N1)가 판독된다(N 판독). 노이즈 데이터(노이즈 전압)(N1)는 부유 확산 노드(FD)의 전압 변화에 따라 소스 폴로어 트랜지스터(MT3)가 동작함으로써, 화소 신호(SIG)로서 출력된다(도 5의 (g)).

다음에, 전송 제어 신호(TG)가 고 레벨로 변화되고(도 5의 (h)), 포토다이오드(PD)의 확산 영역(N1)은 부유 확산 노드(FD)에 접속된다. 확산 영역(N1)에 축적 된 전자는 부유 확산 노드(FD)에 전송된다. 이 전송에 의해, 확산 영역(N1)의 전압은 상승하고(도 5의 (i)), 부유 확산 노드(FD)의 전압은 하강한다(도 5의 (j)). 화소 신호(SIG)의 전압은 부유 확산 노드(FD)의 전압의 변화에 따라 하강한다(도 5의 (k)). 즉, 각 화소(PX)로부터 노이즈 데이터(노이즈 전압)(N1)를 포함한 화소 데이터(화소 전압(N1+S1))가 출력된다(N+S 판독). 이 후, 도 1에 나타낸 CDS 회로(18)는 노이즈를 포함하는 화소 전압(N1+S1)에서 노이즈 전압(N1)을 빼고, 노이즈를 제외한 진(眞)의 화소 데이터를 생성한다.

이상, 제 1 실시예에서는 확산 영역(P+)에 의해, 소자 분리 영역(STI) 및 게이트(TG)의 형성 공정에서, 확산 영역(N1)의 외주부에 결정 결함의 발생을 방지할 수 있다. 즉, 암전류 노이즈를 저감할 수 있다. 동시에, 확산 영역(P+)을 프레임 형상으로 형성함으로써, 결정 결함이 발생하기 어려운 확산 영역(N1) 중앙부의 광의 검출 감도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 화소(PX)의 사이즈를 작게 해도, 종래와 동일한 정도의 SN비를 얻을 수 있다. 이 결과, APS의 칩 사이즈를 작게 할 수 있어, APS의 비용을 삭감할 수 있다. 또는, APS의 화소 수를 증가할 수 있다.

도 6 및 도 7은, 본 발명의 촬상 장치의 제 2 실시예에서의 화소의 상세를 나타내고 있다. 제 1 실시예에서 설명한 요소와 동일한 요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여하고, 이들에 대해서는, 상세한 설명을 생략한다. 이 실시예에서는, p형의 확산 영역(P+)(제 2 확산 영역)의 형상이 제 1 실시예와 상이하다. 그 외의 구성은 제 1 실시예와 동일하다. 즉, 이 촬상 장치는, 실리콘 기판 위에 CM0S 프로세스를 사용하여 액티브 화소 센서칩으로서 형성되어 있다.

확산 영역(P+)은 확산 영역(N1)의 표면에, 확산 영역(N1)의 외주부 중 게이트 전극(TG)에 인접하는 부분을 제외한 부분 외주부를 덮어서 U자 형상으로 형성되어 있다. 이 예에서는, 화소(PXB, PXG)의 확산 영역(N1)에서, 표면에 노출되는 직사각형 형상의 영역의 면적은, 확산 영역(P+)으로 덮인 프레임 형상 영역의 면적보다 크다. 이 때문에, 광을 보다 효율적으로 받을 수 있다. 확산 영역(P+)은 전송 트랜지스터(MT2)의 채널 영역(게이트 전극(TG) 하부)에 인접하는 영역에 형성되지 않는다. 이 때문에, 전송 트랜지스터(MT2)에 의한 광 캐리어(전자)의 전송 효율은 제 1 실시예에 비해서 향상된다. 따라서, 광 캐리어가 확산 영역(N1)에 남겨지는 것을 방지할 수 있다.

게이트 전극(TG)의 형성 공정에서, 게이트 전극(TG)에 인접하는 확산 영역(N1)의 표면에 결정 결함이 발생하기 어려운 경우, 이 영역 위에 확산 영역(P+)을 형성할 필요는 없다. 이 때문에, 확산 영역(P+)으로 덮이는 제 1 확산 영역의 표면적을 작게 할 수 있어, 포토다이오드의 검출 감도를 더 향상시킬 수 있다.

이상, 제 2 실시예에서도, 상술한 제 1 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 이 실시예에서는, 확산 영역(P+)은 확산 영역(N1)에서 게이트 전극(TG)에 인접하는 영역 위에 형성되지 않기 때문에, 확산 영역(N1)에 축적된 광 캐리어의 전송 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 이 결과, 광 캐리어가 확산 영역(N1)에 남겨지는 것을 방지할 수 있어, 동화 촬상시의 잔상의 발생을 방지할 수 있다.

도 8 및 도 9는 본 발명의 촬상 장치의 제 3 실시예에서의 화소의 상세를 나 타내고 있다. 제 1 및 제 2 실시예에서 설명한 요소와 동일한 요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여하고, 이들에 대해서는, 상세한 설명을 생략한다. 이 실시예에서는, 확산 영역(N1)의 내부에서, 전송 트랜지스터의 게이트 전극(TG)측의 외주부에 n형의 확산 영역(N2)(제 3 확산 영역)이 형성되어 있다. 그 외의 구성은 제 2 실시예와 동일하다. 즉, 이 촬상 장치는 실리콘 기판 위에 CM0S 프로세스를 사용하여 액티브 화소 센서칩으로서 형성되어 있다.

확산 영역(N2)의 불순물 농도는 확산 영역(N1)의 불순물 농도보다 높다. 일반적으로, 광 캐리어인 전자는, 높은 불순물 농도를 갖는 확산 영역에 집중되기 쉽다. 이 때문에, 확산 영역(N2)을 게이트 전극(TG)의 부근에 형성함으로써, 확산 영역(N1)에 축적된 광 캐리어의 전송 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 광 캐리어는 제 1 확산 영역(N1)의 표면이 아니고, 비교적 깊은 영역에 축적된다. 이 때문에, 확산 영역(N2)을 확산 영역(N1)의 내부에 형성함으로써, 보다 효율적으로 광 캐리어를 확산 영역(N2)에 집중시킬 수 있다. 이 때, 광 캐리어는 결정 결함이 비교적 많은 확산 영역(N1)의 표면 부근에 모이지 않기 때문에, 암전류의 발생을 방지할 수 있다.

이상, 제 3 실시예에서도, 상술한 제 1 및 제 2 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 이 실시예에서는, 보다 높은 효율로 확산 영역(N1)에 축적된 광 캐리어를 전송 트랜지스터(MT2)의 드레인 전극(FD)에 전송할 수 있다. 이 결과, 동화 촬상시의 잔상의 발생을 보다 확실하게 방지할 수 있다.

도 10 및 도 11은, 본 발명의 촬상 장치의 제 4 실시예에서의 화소의 상세를 나타내고 있다. 제 1 및 제 2 실시예에서 설명한 요소와 동일한 요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여하고, 이들에 대해서는, 상세한 설명을 생략한다. 이 실시예에서는, 확산 영역(N1)의 표면에서, 전송 트랜지스터의 게이트 전극(TG)측의 외주부에 n형의 확산 영역(N2)(제 3 확산 영역)이 형성되어 있다. 그 외의 구성은 제 2 실시예와 동일하다. 즉, 이 촬상 장치는 실리콘 기판 위에 CM0S 프로세스를 사용하여 액티브 화소 센서칩으로서 형성되어 있다.

확산 영역(N2)의 불순물 농도는 확산 영역(N1)의 불순물 농도보다 높다. 게이트 전극(TG)의 형성 공정에서, 게이트 전극(TG)에 인접하는 확산 영역(N1)의 표면에 결정 결함이 발생하기 어려운 경우, 확산 영역(N1)에서 전송 트랜지스터(MT2)의 채널 영역에 가까운 표면에 확산 영역(N2)을 형성하는 편이, 확산 영역(N1)에 축적된 광 캐리어의 전송 효율을 향상시킬 수 있다.

이상, 제 4 실시예에서도, 상술한 제 1∼제 3 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 이 실시예에서는 게이트 전극(TG)의 형성 공정에서, 확산 영역(N1)의 표면에 결정 결함이 발생하기 어려운 경우, 확산 영역(N1)에 축적된 광 캐리어의 전송 효율을 제 2 실시예보다 향상시킬 수 있다.

도 12 및 도 13은, 본 발명의 촬상 장치의 제 5 실시예에서의 화소의 상세를 나타내고 있다. 제 1 및 제 2 실시예에서 설명한 요소와 동일한 요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여하고, 이들에 대해서는, 상세한 설명을 생략한다. 이 실시예에서는, 확산 영역(N1)의 내부 및 표면에서, 전송 트랜지스터의 게이트 전극(TG)을 향하여 배열되는 n형의 확산 영역(N2, N3, N4)(제 3 확산 영역)이 형성되어 있다. 이 예에서는, 확산 영역(N2, N3)은 확산 영역(N1)의 내부에 형성되고, 확산 영역(N4)은 확산 영역(N1)의 표면에 형성되어 있다. 그 외의 구성은 제 2 실시예와 동일하다. 즉, 이 촬상 장치는 실리콘 기판 위에 CM0S 프로세스를 사용하여 액티브 화소 센서칩으로서 형성되어 있다.

확산 영역(N2, N3, N4)의 불순물 농도는 확산 영역(N1)의 불순물 농도보다 높으며, 이 순서로 서서히 높아지고 있다. 확산 영역(N2, N3, N4)의 불순물 농도는 게이트 전극(TG)에 가까울수록 높게 함으로써, 게이트 전극(TG)을 향하여 빌트인 포텐셜 구배를 형성할 수 있다. 환언하면, 광 캐리어인 전자를, 게이트 전극(TG)에 가까운 확산 영역(N2, N3, N4)에 순차적으로 이동시킬 수 있어, 확산 영역(N1)에 축적된 광 캐리어의 전송 효율을 향상시킬 수 있다. 이상, 제 5 실시예에서도, 상술한 제 1∼제 4 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

도 14는 본 발명의 촬상 장치의 제 6 실시예에서의 화소 어레이의 상세를 나타내고 있다. 제 1 실시예에서 설명한 요소와 동일한 요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여하고, 이들에 대해서는, 상세한 설명을 생략한다. 이 촬상 장치는 실리콘 기판 위에 CMOS 프로세스를 사용하여 컬러 화상을 취득하는 액티브 화소 센서칩으로서 형성되어 있다. 이 실시예에서는, 입사광을 적, 녹, 청색의 파장을 갖는 광으로 분리하는 필터(도시 생략)가 화소 어레이(ARY) 위에 배치되어 있다.

화소 어레이(ARY) 내의 세로 2화소, 가로 2화소로 이루어지는 4개의 화소는, 적색 광을 받는 1개의 화소(PXR), 녹색 광을 받는 2개의 화소(PXG), 청색 광을 받는 1개의 화소(PXB)로 할당되어 있다. 화소(PXR)의 상방에는, 적색 광(장파장의 광)만을 선택적으로 투과하는 필터가 배치되어 있다. 화소(PXG)의 상방에는, 녹색 광(중파장의 광)만을 선택적으로 투과하는 필터가 배치되어 있다. 화소(PXB)의 상방에는, 청색 광(단파장)만을 선택적으로 투과하는 필터가 배치되어 있다. 일반적으로, 이런 종류의 필터의 배열은, 베이어(Bayer) 배열이라고 불리고 있다. 화소 어레이(ARY)를 제외한 구성은 제 1 실시예와 동일하다.

도 15 및 도 16은, 제 6 실시예에서, 청, 녹색 광을 받는 화소(PXB, PXG)의 상세를 나타내고 있다. 화소(PXB, PXG)는 확산 영역(N1) 위에 마이크로 렌즈(ML)가 형성되는 것을 제외하고, 제 1 실시예의 화소(PX)(도 3, 도 4)와 동일하다. 즉, 화소(PXB, PXG)는 확산 영역(N1)의 표면의 외주부를 덮어서 확산 영역(P+)을 갖고 있다. 확산 영역(N1)의 중앙부는 노출되어 있다. 청, 녹색 등의 단파장의 광은, 적색 등의 장파장의 광에 비해서 실리콘 내부에 투과되기 어렵다. 이 때문에, 청, 녹색 광을 받는 화소(PXB, PXG)를 구성하는 확산 영역(N1)에, 제 2 확산 영역(P+)으로 덮여 있지 않은 영역을 형성함으로써, 광의 검출 감도를 상대적으로 향상시킬 수 있다. 이 예에서는, 화소(PXB, PXG)의 확산 영역(N1)에서, 표면에 노출되는 직사각형 형상의 영역의 면적은, 확산 영역(P+)으로 덮인 프레임 형상의 영역의 면적보다 크다. 이 때문에, 광을 보다 효율적으로 받을 수 있다.

또한, 화소(PXB, PXG)에 입사된 광을, 마이크로 렌즈(ML)에 의해 확산 영역(N1)에 집중시킴으로써, 광의 검출 감도를 향상시킬 수 있다. 마이크로 렌즈(ML)는, 확산 영역(N1) 위에서 표면이 확산 영역(P+)으로 덮여 있지 않은 영역에 광이 집중하는 형상으로 형성함으로써, 광의 검출 감도를 대폭으로 향상시킬 수 있 다.

도 17 및 도 18은, 제 6 실시예에서, 적색 광을 받는 화소(PXR)의 상세를 나타내고 있다. 화소(PXR)는 상부에 마이크로 렌즈(ML)가 형성되는 것, 및 p형의 확산 영역(P+)이 n형의 확산 영역(N1) 위의 전체면을 덮고 있는 것을 제외하고, 제 1 실시예의 화소(PX)와 동일하다. 적색 등의 장파장의 광은 실리콘 내부에 투과되기 쉽다. 이 때문에, p형의 확산 영역(P+)이 확산 영역(N1) 위의 전체면에 형성되어도, 광의 검출 감도의 감소의 영향은 적다. 또한, 확산 영역(N1)의 전체 표면을 확산 영역(P+)에 의해 덮음으로써, 확산 영역(N1)의 표면의 결정 결함을 적게 할 수 있어, 암전류 노이즈를 저감할 수 있다.

이와 같이, 광의 검출 감도는 화소(PXB, PXG)에서 상대적으로 향상하고, 화소(PXR)에서 상대적으로 감소한다. 입사광의 파장에 따라 확산 영역(P+)의 면적을 변화시킴으로써, 암전류 노이즈의 발생을 최소한으로 하면서, 광의 검출 감도를 파장에 의존하지 않고 균일하게 할 수 있다.

이상, 제 6 실시예에서도, 상술한 제 1 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 이 실시예에서는 화소(PXB, PXG, PXR)에 입사되는 광의 파장에 의해 확산 영역(N1) 위에 형성되는 확산 영역(P+)의 면적을 변화시킴으로써, 화소(PXB, PXG, PXR)에 의존하지 않고 광의 검출 감도를 균일하게 할 수 있다.

도 19 및 도 20은, 본 발명의 촬상 장치의 제 7 실시예에서의 청, 녹색의 광을 받는 화소(PXB, PXG)의 상세를 나타내고 있다. 제 1, 제 2 및 제 6 실시예에서 설명한 요소와 동일한 요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여하고, 이들에 대해서 는, 상세한 설명을 생략한다. 화소(PXB, PXG)는 확산 영역(N1) 위에 마이크로 렌즈(ML)가 형성되는 것을 제외하고, 제 2 실시예의 화소(PX)(도 6, 도 7)와 동일하다. 적색 광을 받는 화소(PXR)(도시 생략)는 제 6 실시예의 화소(PXR)(도 17, 도 18)와 동일하다.

그 외의 구성은 제 1 및 제 6 실시예와 동일하다. 즉, 이 촬상 장치는 실리콘 기판 위에 CM0S 프로세스를 사용하여 컬러 화상을 취득하는 액티브 화소 센서칩으로서 형성되어 있다. 이 실시예에서도, 상술한 제 1, 제 2 및 제 6 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상술한 실시예에서는, p형의 실리콘 기판(P-) 위에 n형의 확산 영역(N1)을 형성하는 예에 관하여 기술했다. 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 도 21에 나타낸 바와 같이, n형의 실리콘 기판(N-) 위에 p형의 웰(well) 영역(P-)을 형성하고, 웰 영역(P-) 위에 n형의 확산 영역(N1)을 형성해도 좋다. 또는, p형의 실리콘 기판 위에 p형의 웰 영역(P-)을 형성하고, 웰 영역(P-) 위에 n형의 확산 영역(N1)을 형성해도 좋다. 웰 영역(P-)은 실리콘 기판에 비하여 불순물 농도의 조정이 용이하다. 이 때문에, 공핍층의 두께 등의 프로세스 설계의 자유도를 높게 할 수 있다. 따라서, 포토다이오드의 특성을 설계하기 쉬워진다.

상술한 실시예에서는, 본 발명을, 광 캐리어(전자)를 n형의 확산 영역(N1)에 축적하는 포토다이오드에 적용하는 예에 관하여 기술했다. 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 본 발명을, 광 캐리어(정공)를 p형의 확 산 영역에 축적하는 포토다이오드에 적용해도, 동일한 효과를 얻을 수 있다.

상술한 제 6 및 제 7 실시예에서는, 확산 영역(N1) 위에 마이크로 렌즈(ML)를 형성하는 예에 관하여 기술했다. 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 제 1∼제 5 실시예의 확산 영역(N1) 위에 마이크로 렌즈(ML)를 형성해도 좋다.

상술한 제 5 실시예에서는, 확산 영역(N2, N3)을 확산 영역(N1)의 내부에 형성하고, 확산 영역(N4)을 확산 영역(N1)의 표면에 형성하는 예에 관하여 기술했다. 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 모든 확산 영역(N2, N3, N4)을 확산 영역(N1)의 표면에 형성해도 좋다.

이상, 본 발명에 관하여 상세하게 설명해 왔지만, 상기의 실시예 및 그 변형 예는 발명의 일례에 지나지 않으며, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니다. 본 발명을 일탈하지 않는 범위에서 변형 가능한 것은 분명하다.

Claims (15)

1. 포토다이오드를 각각 갖는 복수의 화소를 구비하고,

   상기 각 화소는,

   상기 포토다이오드에서 광 캐리어의 축적부를 구성하는 제 1 도전형의 제 1 확산 영역과,

   상기 제 1 확산 영역을 소스 전극으로 하고, 상기 제 1 확산 영역에 인접하는 위치에 절연막을 통하여 게이트 전극이 형성되고, 상기 포토다이오드에 축적된 광 캐리어를 드레인 전극에 전송하는 전송 트랜지스터와,

   상기 제 1 확산 영역의 표면에, 상기 제 1 확산 영역의 중앙부를 제외한 외주부를 덮어서 형성되고, 제 1 도전형과 반대 극성을 갖는 제 2 도전형의 제 2 확산 영역을 구비하며,

   상기 제 1 확산 영역 및 상기 제 2 확산 영역은 반도체 기판에 형성되고, 상기 제 1 확산 영역의 중앙부는 반도체 기판의 표면에 노출되어 있고,

   상기 제 1 확산 영역에서 표면에 노출되는 영역의 면적은 상기 제 2 확산 영역으로 덮인 영역의 면적보다 큰 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 외주부 중 상기 게이트 전극에 인접하는 부분을 제외한 부분 외주부의 주위에, 상기 제 1 확산 영역과 떨어져서 형성된 소자 분리 영역을 구비하고,

   상기 제 2 확산 영역은, 상기 부분 외주부로부터 상기 소자 분리 영역까지 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
3. 포토다이오드를 각각 갖는 복수의 화소를 구비하고,

   상기 각 화소는,

   상기 포토다이오드에서 광 캐리어의 축적부를 구성하는 제 1 도전형의 제 1 확산 영역과,

   상기 제 1 확산 영역을 소스 전극으로 하고, 상기 제 1 확산 영역에 인접하는 위치에 절연막을 통하여 게이트 전극이 형성되고, 상기 포토다이오드에 축적된 광 캐리어를 드레인 전극에 전송하는 전송 트랜지스터와,

   상기 제 1 확산 영역의 표면에, 상기 제 1 확산 영역의 중앙부를 제외한 외주부 중 상기 게이트 전극에 인접하는 부분을 제외한 부분 외주부를 덮어서 형성되고, 제 1 도전형과 반대 극성을 갖는 제 2 도전형의 제 2 확산 영역을 구비하며,

   상기 제 1 확산 영역 및 상기 제 2 확산 영역은 반도체 기판에 형성되고, 상기 제 1 확산 영역의 중앙부는 반도체 기판의 표면에 노출되어 있고,

   상기 제 1 확산 영역에서 표면에 노출되는 영역의 면적은 상기 제 2 확산 영역으로 덮인 영역의 면적보다 큰 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 부분 외주부의 주위에, 제 1 확산 영역과 떨어져서 형성된 소자 분리 영역을 구비하고,

   상기 제 2 확산 영역은, 상기 부분 외주부로부터 상기 소자 분리 영역까지 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 제 1 확산 영역의 내부에, 상기 제 1 확산 영역의 상기 게이트 전극측의 외주부에 형성되고, 상기 제 1 확산 영역의 불순물 농도보다 높은 불순물 농도 를 갖는 제 1 도전형의 제 3 확산 영역을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
6. 제 3 항에 있어서,

   상기 제 1 확산 영역의 표면에, 상기 제 1 확산 영역의 상기 게이트 전극측의 외주부에 형성되고, 상기 제 1 확산 영역의 불순물 농도보다 높은 불순물 농도를 갖는 제 1 도전형의 제 3 확산 영역을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
7. 포토다이오드를 각각 갖는 복수의 화소를 구비하고,

   상기 각 화소는,

   상기 포토다이오드에서 광 캐리어의 축적부를 구성하는 제 1 도전형의 제 1 확산 영역과,

   상기 제 1 확산 영역을 소스 전극으로 하고, 상기 제 1 확산 영역에 인접하는 위치에 절연막을 통하여 게이트 전극이 형성되고, 상기 포토다이오드에 축적된 광 캐리어를 드레인 전극에 전송하는 전송 트랜지스터와,

   상기 제 1 확산 영역의 표면에, 상기 제 1 확산 영역의 중앙부를 제외한 외주부 중 상기 게이트 전극에 인접하는 부분을 제외한 부분 외주부를 덮어서 형성되고, 제 1 도전형과 반대 극성을 갖는 제 2 도전형의 제 2 확산 영역을 구비하며,

   상기 제 1 확산 영역 및 상기 제 2 확산 영역은 반도체 기판에 형성되고, 상기 제 1 확산 영역의 중앙부는 반도체 기판의 표면에 노출되어 있고,

   상기 제 1 확산 영역의 표면에서, 상기 제 2 확산 영역의 내측에 상기 게이트 전극을 향하여 순차적으로 형성되고, 상기 제 1 확산 영역의 불순물 농도보다 높은 불순물 농도를 갖는 제 1 도전형의 복수의 제 3 확산 영역을 구비하고,

   상기 제 3 확산 영역의 불순물 농도는, 상기 게이트 전극에 가까울수록 높은 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
8. 포토다이오드를 각각 갖는 복수의 화소를 구비하고,

   상기 화소는, 상대적으로 단파장의 광을 선택적으로 투과하는 제 1 필터를 통하여 입사되는 광과, 상대적으로 장파장의 광을 선택적으로 투과하는 제 2 필터를 통하여 입사되는 광 중 어느 하나를 받고,

   상기 상대적으로 단파장의 광을 받는 각 화소는,

   상기 포토다이오드에서 광 캐리어의 축적부를 구성하는 제 1 도전형의 제 1 확산 영역과,

   상기 제 1 확산 영역을 소스 전극으로 하고, 상기 제 1 확산 영역에 인접하는 위치에 절연막을 통하여 게이트 전극이 형성되고, 상기 포토다이오드에 축적된 광 캐리어를 드레인 전극에 전송하는 전송 트랜지스터와,

   상기 제 1 확산 영역의 표면에 상기 제 1 확산 영역의 중앙부를 제외한 외주부를 덮어서 형성되고, 제 1 도전형과 반대 극성을 갖는 제 2 도전형의 제 2 확산 영역을 구비하고,

   상기 제 1 확산 영역 및 상기 제 2 확산 영역은 반도체 기판에 형성되고, 상기 제 1 확산 영역의 중앙부는 반도체 기판의 표면에 노출되어 있으며,

   상기 상대적으로 장파장의 광을 받는 각 화소는,

   상기 포토다이오드에서 광 캐리어의 축적부를 구성하는 제 1 도전형의 제 1 확산 영역과,

   상기 제 1 확산 영역을 소스 전극으로 하고, 상기 제 1 확산 영역에 인접하는 위치에 절연막을 통하여 게이트 전극이 형성되고, 상기 포토다이오드에 축적된 광 캐리어를 드레인 전극에 전송하는 전송 트랜지스터와,

   상기 제 1 확산 영역의 전체 표면을 덮어서 형성되고, 제 1 도전형과 반대 극성을 갖는 제 2 도전형의 제 2 확산 영역을 구비하며,

   상기 상대적으로 단파장의 광을 받는 각 화소의 상기 제 1 확산 영역에서, 표면에 노출되는 영역의 면적은 상기 제 2 확산 영역으로 덮인 영역의 면적보다 큰 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
9. 포토다이오드를 각각 갖는 복수의 화소를 구비하고,

   상기 화소는, 상대적으로 단파장의 광을 선택적으로 투과하는 제 1 필터를 통하여 입사되는 광과, 상대적으로 장파장의 광을 선택적으로 투과하는 제 2 필터를 통하여 입사되는 광 중 어느 하나를 받고,

   상기 상대적으로 단파장의 광을 받는 각 화소는,

   상기 포토다이오드에서 광 캐리어의 축적부를 구성하는 제 1 도전형의 제 1 확산 영역과,

   상기 제 1 확산 영역을 소스 전극으로 하고, 상기 제 1 확산 영역에 인접하는 위치에 절연막을 통하여 게이트 전극이 형성되고, 상기 포토다이오드에 축적된 광 캐리어를 드레인 전극에 전송하는 전송 트랜지스터와,

   상기 제 1 확산 영역의 표면에, 제 1 확산 영역의 중앙부를 제외한 외주부 중 상기 게이트 전극에 인접하는 부분을 제외한 부분 외주부를 덮어서 형성되고, 제 1 도전형과 반대 극성을 갖는 제 2 도전형의 제 2 확산 영역을 구비하며,

   상기 제 1 확산 영역 및 상기 제 2 확산 영역은 반도체 기판에 형성되고, 상기 제 1 확산 영역의 중앙부는 반도체 기판의 표면에 노출되어 있으며,

   상기 상대적으로 장파장의 광을 받는 각 화소는,

   상기 포토다이오드에서 광 캐리어의 축적부를 구성하는 제 1 도전형의 제 1 확산 영역과,

   상기 제 1 확산 영역을 소스 전극으로 하고, 상기 제 1 확산 영역에 인접하는 위치에 절연막을 통하여 게이트 전극이 형성되고, 상기 포토다이오드에 축적된 광 캐리어를 드레인 전극에 전송하는 전송 트랜지스터와,

   상기 제 1 확산 영역의 전체 표면을 덮어서 형성되고, 제 1 도전형과 반대 극성을 갖는 제 2 도전형의 제 2 확산 영역을 구비하며,

   상기 상대적으로 단파장의 광을 받는 각 화소의 상기 제 1 확산 영역에서, 표면에 노출되는 영역의 면적은 상기 제 2 확산 영역으로 덮인 영역의 면적보다 큰 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
10. 제 1, 3, 8, 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

    각 화소는,

    전송 트랜지스터의 드레인 전극에 소스 전극이 접속되고, 드레인 전극이 전압 공급선에 접속된 리셋 트랜지스터와,

    전송 트랜지스터의 드레인 전극 및 리셋 트랜지스터의 소스 전극인 부유(浮遊) 확산 노드에 게이트 전극이 접속되고, 소스 전극으로부터 화소 신호를 출력하는 소스 폴로어(follower) 트랜지스터와,

    상기 부유 확산 노드와 상기 소스 폴로어 트랜지스터의 게이트 전극을 서로 접속하는 콘택트 영역을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
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