KR101647525B1 - 리니어 이미지 센서 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시 형태에 관한 리니어 이미지 센서(1)는 긴 형상의 매립형 포토 다이오드(PD(n))가 복수 배열되어 있다. 이 매립형 포토 다이오드(PD(n)) 각각은 제1 도전형의 제1 반도체 영역(10)과, 제1 반도체 영역(10) 상에 형성되고, 제2 도전형의 불순물 농도가 낮고, 긴 형상인 제2 반도체 영역(20)과, 제2 반도체 영역(20)의 표면을 덮도록, 제2 반도체 영역(20) 상에 형성된 제1 도전형의 제3 반도체 영역(30)과, 제2 반도체 영역(20)으로부터 전하를 취출하기 위한 제2 도전형의 제4 반도체 영역(40)을 구비하고, 제4 반도체 영역(40)은 제2 반도체 영역(20) 상에 있어서, 긴 방향으로 복수 이간해서 배치되어 있다.
Description
본 발명은 긴 형상의 매립형 포토 다이오드를 1차원 배열한 리니어 이미지 센서에 관한 것이다.
포토 다이오드를 1차원 배열한 리니어 이미지 센서는 바코드 리더 시스템 등에 이용되는 일이 있고, 이 경우, 포토 다이오드는 배열 방향에 직교하는 방향에 긴 형상으로 할 필요가 있다. 특허 문헌 1에는 이런 종류의 리니어 이미지 센서가 개시되어 있다.
특허 문헌 1에 기재된 리니어 이미지 센서에서는 긴 형상의 pn 접합형 포토 다이오드를 구비하는 수광부가 복수 1차원 배열되어 있다. 이 리니어 이미지 센서에서는 pn 접합형 포토 다이오드가 n형 반도체 기체(基體)와 n형 반도체 기체 상에 형성된 p형 반도체 영역으로 형성되고, 이러한 n형 반도체 기체와 p형 반도체 영역에 의해 형성된 pn 접합 용량에, 입사광의 강도에 따른 양의 전하가 축적된다. 또, 이 리니어 이미지 센서에서는 pn 접합형 포토 다이오드에 인접하여 트랜지스터가 형성되어 있고, 이 트랜지스터에 의해 pn 접합형 포토 다이오드에 축적된 전하가 독출된다. 그렇지만 이 리니어 이미지 센서에서는 pn 접합형 포토 다이오드의 pn 접합 용량에 전하를 축적하기 위해, pn 접합 영역이 긴 형상으로 커지면, 그 pn 접합 용량도 커져, 응답 속도가 저하해 버린다고 하는 문제가 있었다.
이 문제점에 관해, pn 접합형 포토 다이오드 대신에 매립형 포토 다이오드를 이용한 리니어 이미지 센서가 고안되고 있다. 매립형 포토 다이오드에서는 예를 들어, p형 기판 상에 n형 저농도 반도체 영역이 형성되고, 이 n형 저농도 반도체 영역의 표면에 얇은 p형 고농도 반도체 영역이 형성된다. 이 매립형 포토 다이오드에 의하면, n형 저농도 반도체 영역을 완전하게 공핍화(空乏化)할 수 있으므로, 전하 독출시의 pn 접합 용량을 외관상 제로로 할 수 있다. 그 결과, 응답 속도를 높일 수 있다.
선행 기술 문헌
특허 문헌
특허 문헌 1 : 일본 특개소 61-40056호 공보
그렇지만 매립형 포토 다이오드에서는 긴 형상이 된 경우에, 길이가 긴 다른 쪽의 단(端)으로부터 독출하려고 하면, 긴 방향의 독출부와 반대측의 엣지부로부터 독출부로의 포텐셜 구배(勾配)가 거의 없어져 버려, n형 저농도 반도체 영역에 있어서 긴 방향의 엣지부의 전하를 드리프트에 의해 독출하는 것이 곤란해져, 전하의 미독출분이 발생해 버린다. 그 결과, 잔상(殘像)이 발생해 버릴 가능성이 있다.
그래서 본 발명은 전하의 미독출분을 저감하는 것이 가능한 리니어 이미지 센서를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 리니어 이미지 센서는 긴 형상의 매립형 포토 다이오드가 복수 배열된 리니어 이미지 센서이다. 이 매립형 포토 다이오드 각각은 제1 도전형의 제1 반도체 영역과; 제1 반도체 영역 상에 형성되고, 제2 도전형의 불순물 농도가 낮고, 긴 형상인 제2 반도체 영역과; 제2 반도체 영역의 표면을 덮도록, 제2 반도체 영역 상에 형성된 제1 도전형의 제3 반도체 영역과; 제2 반도체 영역으로부터 전하를 취출하기 위한 제2 도전형의 제4 반도체 영역을 구비하고, 제4 반도체 영역은 제2 반도체 영역 상에 있어서, 긴 방향으로 복수 이간해서 배치되어 있다.
이 리니어 이미지 센서에 의하면, 제2 반도체 영역(광감응 영역)으로부터 전하를 취출하기 위한 제4 반도체 영역이, 긴 방향으로 복수 이간해서 배치되어 있으므로, 제4 반도체 영역으로부터 제2 반도체 영역의 엣지까지의 거리를 짧게 할 수 있다. 따라서 매립형 포토 다이오드에 있어서, 제4 반도체 영역으로의 포텐셜 구배를 확보할 수 있고, 제2 반도체 영역으로부터의 전하 미독출분을 저감시킬 수 있다. 그 결과, 잔상의 발생을 억제할 수 있다.
상기한 제4 반도체 영역은 제2 반도체 영역의 긴 방향으로 뻗는 중심 축을 따라 복수 배치되어 있는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 제4 반도체 영역으로부터 제2 반도체 영역의 엣지까지의 거리를 보다 짧게 할 수 있다.
상기한 제4 반도체 영역은 제2 반도체 영역의 긴 방향으로 뻗는 장변을 따라서 복수 배치되어 있는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 제4 반도체 영역에 접속하는 배선을, 이웃하는 매립형 포토 다이오드에 있어서 제2 반도체 영역 사이의 제1 반도체 영역 상에 배치할 수 있고, 이 배선에 의해, 광감응 영역인 제2 반도체 영역을 피복하는 것을 저감시킬 수 있다. 그 결과, 광감응 영역의 개구 비율을 높일 수 있고, 광검출의 감도를 향상시킬 수 있다.
상기한 제4 반도체 영역은 제2 반도체 영역의 긴 방향으로 뻗는 양 장변을 따라서 지그재그 형상으로 교대로 복수 배치되어 있는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 제2 반도체 영역이 긴 방향에 직교하는 방향으로 커져도, 제4 반도체 영역으로부터 제2 반도체 영역의 엣지까지의 거리를 짧게 할 수 있다.
상기한 리니어 이미지 센서는 제4 반도체 영역을 피복하는 차광막으로서, 배열 방향으로 뻗는 당해 차광막을 구비하는 것이 바람직하다.
제4 반도체 영역이 제2 반도체 영역의 긴 방향으로 뻗는 장변을 따라서 배치되어 있는 경우에, 입사광이, 이웃하는 수광부에 걸쳐서, 또한 일방의 수광부에 있어서 매립형 포토 다이오드의 전하 독출 라인 상에 조사된 경우, 제4 반도체 영역분만큼 일방의 수광부의 감도가 저하되고, 이웃하는 수광부의 광검출 감도에 편차가 발생하는 일이 있다.
동일하게, 제4 반도체 영역이 제2 반도체 영역의 긴 방향으로 뻗는 중심 축을 따라 복수 배치된 구조이어도, 제4 반도체 영역에 접속되는 전하 독출 라인이 수광부의 배열 방향으로 인출되고, 이웃하는 매립형 포토 다이오드에 있어서 제2 반도체 영역 사이의 제1 반도체 영역 상에 뻗어 있는 경우에는, 입사광이, 이웃하는 수광부에 걸쳐서, 또한 일방의 수광부에 있어서 매립형 포토 다이오드의 전하 독출 라인 상에 조사된 경우, 배열 방향으로 뻗는 전하 독출 라인만큼 일방의 수광부의 감도가 저하되고, 이웃하는 수광부의 광검출 감도에 편차가 발생하는 일이 있다.
그렇지만 이 구성에 의하면, 제4 반도체 영역을 피복하도록 배열 방향으로 뻗는 차광막을 구비하고 있으므로, 수광부의 긴 방향으로 뻗는 중심 축에 대해 광감응 영역의 형상을 좌우 대칭으로 할 수 있다. 따라서 이웃하는 수광부에 걸쳐서 광이 조사된 경우에도, 이웃하는 수광부의 광검출 감도의 편차를 저감시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 리니어 이미지 센서에 있어서, 전하의 미독출분을 저감시킬 수 있다. 그 결과, 잔상의 발생을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 리니어 이미지 센서의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 나타내는 수광부의 제1 실시 형태로서, 표면측으로부터 본 수광부를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 있어서 III-III선을 따른 수광부의 단면을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 비교예의 수광부를 표면측으로부터 본 도면이다.
도 5는 도 4에 있어서 V-V선을 따른 수광부의 단면을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1에 나타내는 수광부의 제2 실시 형태로서, 표면측으로부터 본 수광부를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6에 있어서 VII-VII선을 따른 수광부의 단면을 나타내는 도면이다.
도 8은 도 1에 나타내는 수광부의 제3 실시 형태로서, 표면측으로부터 본 수광부를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 8에 있어서 IX-IX선을 따른 수광부의 단면을 나타내는 도면이다.
도 10은 도 1에 나타내는 수광부(P(n))의 제4 실시 형태로서, 표면측으로부터 본 수광부를 나타내는 도면이다.
도 11은 도 10에 있어서 XI-XI선을 따른 수광부의 단면을 나타내는 도면이다.
도 12는 제3 실시 형태의 수광부로서, 이웃하는 수광부에 걸쳐서 광이 입사했을 때의 도면이다.
도 13은 제4 실시 형태의 수광부로서, 이웃하는 수광부에 걸쳐서 광이 입사했을 때의 도면이다.
도 14는 도 1에 나타내는 수광부의 변형예로서, 표면측으로부터 본 수광부를 나타내는 도면이다.
도 15는 도 14에 있어서 XV-XV선을 따른 수광부의 단면을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 나타내는 수광부의 제1 실시 형태로서, 표면측으로부터 본 수광부를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 있어서 III-III선을 따른 수광부의 단면을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 비교예의 수광부를 표면측으로부터 본 도면이다.
도 5는 도 4에 있어서 V-V선을 따른 수광부의 단면을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1에 나타내는 수광부의 제2 실시 형태로서, 표면측으로부터 본 수광부를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6에 있어서 VII-VII선을 따른 수광부의 단면을 나타내는 도면이다.
도 8은 도 1에 나타내는 수광부의 제3 실시 형태로서, 표면측으로부터 본 수광부를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 8에 있어서 IX-IX선을 따른 수광부의 단면을 나타내는 도면이다.
도 10은 도 1에 나타내는 수광부(P(n))의 제4 실시 형태로서, 표면측으로부터 본 수광부를 나타내는 도면이다.
도 11은 도 10에 있어서 XI-XI선을 따른 수광부의 단면을 나타내는 도면이다.
도 12는 제3 실시 형태의 수광부로서, 이웃하는 수광부에 걸쳐서 광이 입사했을 때의 도면이다.
도 13은 제4 실시 형태의 수광부로서, 이웃하는 수광부에 걸쳐서 광이 입사했을 때의 도면이다.
도 14는 도 1에 나타내는 수광부의 변형예로서, 표면측으로부터 본 수광부를 나타내는 도면이다.
도 15는 도 14에 있어서 XV-XV선을 따른 수광부의 단면을 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일 또는 상당한 부분에 대해서는 동일한 부호를 부호로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 리니어 이미지 센서의 구성을 나타내는 도면이다. 도 1에 나타내는 리니어 이미지 센서(1)는 1차원 배열된 N개의 수광부(P(n))를 구비하고 있다. 여기서, N은 2 이상의 정수이며, n은 1 이상 N 이하 임의의 정수이다. 또한, 도 1에서는 본 발명의 특징을 명확하게 하기 위해, 각 수광부(P(n))의 동작을 제어하기 위한 제어부나, 각 수광부(P(n))로부터 독출되는 신호를 처리하는 신호 처리부 등이 생략되어 있다. 이하에서는 본 발명의 특징을 가지는 수광부(P(n))에 대해서, 복수의 실시 형태를 예시하여 설명한다.
[제1 실시 형태]
도 2는 도 1에 나타내는 수광부(P(n))의 제1 실시 형태로서, 표면측으로부터 본 수광부(P1(n))를 나타내는 도면이며, 도 3은 도 2에 있어서 III-III선을 따른 수광부(P1(n))의 단면을 나타내는 도면이다. 도 2 및 도 3에는 N개의 수광부(P1(n))를 대표하여 n번째의 수광부(P1(n))가 나타나 있다. 이 수광부(P1(n))는 매립형 포토 다이오드(PD1(n))와 트랜지스터(T1(n))를 가지고 있다. 또, 도 2에서는 본 발명의 특징을 알기 쉽게 하기 위해, 매립형 포토 다이오드(PD1(n))에 있어서 후술하는 p형 고농도 반도체 영역(30)을 생략하여 나타낸다.
매립형 포토 다이오드(PD1(n))는 p형 기판(10)과, 이 p형 기판(10) 상에 형성된 n형 저농도 반도체 영역(20)과, 이 n형 저농도 반도체 영역(20) 상에 형성된 p형 고농도 반도체 영역(30)과, n형 저농도 반도체 영역(20) 상에 형성된 복수의 n형 고농도 반도체 영역(40)을 가지고 있다. 또한, 이러한 p형 기판(10), n형 저농도 반도체 영역(20), p형 고농도 반도체 영역(30) 및 n형 고농도 반도체 영역(40)이 각각, 특허 청구의 범위에 기재한 제1 반도체 영역, 제2 반도체 영역, 제3 반도체 영역 및 제4 반도체 영역에 상당하고, p형 및 n형이 각각, 특허 청구의 범위에 기재한 제1 도전형, 제2 도전형에 상당한다.
p형 기판(10)의 p형 불순물 농도는 예를 들어, 1015cm-3 ~ 1017cm-3 정도이다. p형 기판(10) 상에는 p형 기판(10)의 일부분에 매립되도록, n형 저농도 반도체 영역(20)이 형성되어 있다.
n형 저농도 반도체 영역(20)은 긴 형상을 이루고 있다. 예를 들어, n형 저농도 반도체 영역(20)의 두께는 0.6㎛ ~ 1.0㎛ 정도이며, n형 저농도 반도체 영역(20)의 n형 불순물 농도는 1016cm-3 ~ 1018cm-3 정도로 비교적 낮다. n형 저농도 반도체 영역(20)의 표면에는 p형 고농도 반도체 영역(30) 및 n형 고농도 반도체 영역(40)이 형성되어 있다.
p형 고농도 반도체 영역(30)은 n형 저농도 반도체 영역(20)의 표면을 덮도록 형성되어 있고, 그 두께는 0.2㎛ ~ 0.4㎛로 얇다. p형 고농도 반도체 영역(30)의 p형 불순물 농도는 1017cm-3 ~ 1019cm-3 정도로 비교적 높다.
이러한 p형 기판(10), n형 저농도 반도체 영역(20) 및 p형 고농도 반도체 영역(30)이 광감응 영역을 형성하고 있고, 이 광감응 영역에 입사한 광 강도에 따라 발생한 양의 전하가, p형 기판(10)과 n형 저농도 반도체 영역(20)에 의해 형성되는 pn 접합부, 및 n형 저농도 반도체 영역(20)과 p형 고농도 반도체 영역(30)에 의해 형성되는 pn 접합부에 축적된다.
이와 같이, n형 저농도 반도체 영역(20)의 n형 불순물 농도가 낮기 때문에, n형 저농도 반도체 영역(20)을 완전하게 공핍화시킬 수 있고, pn 접합부에서 발생한 전하를 완전하게 독출할 수 있다.
또, n형 저농도 반도체 영역(20)의 표면에 얇은 p형 고농도 반도체 영역(30)을 형성하고, 이 p형 고농도 반도체 영역(30)에 기준 전압을 인가함으로써, n형 저농도 반도체 영역(20)을 완전 공핍화시킨 경우에도, p형 고농도 반도체 영역(30), 즉 기판 표면이 공핍화되지 않게 할 수 있다. 그 결과, 기판 표면에 존재할 수 있는 전하에 기인하여 발생할 수 있는 리크 전류(암전류(暗電流))를 저감시킬 수 있고, 광검출의 S/N비를 높일 수 있다.
한편, n형 고농도 반도체 영역(40)은 p형 고농도 반도체 영역(30)에 둘러싸지도록, 복수 개소(예를 들어 4개소(箇所))에 형성되어 있다. 이러한 n형 고농도 반도체 영역(40)은 n형 저농도 반도체 영역(20)의 긴 방향으로 뻗는 중심축 III-III을 따라서 거의 등간격으로 이간해서 배열되어 있다. n형 고농도 반도체 영역(40)의 두께는 0.2㎛ ~ 0.4㎛로 비교적 얇고, n형 고농도 반도체 영역(40)의 n형 불순물 농도는 1019cm-3 ~ 1021cm-3 정도로 비교적 높다. 이러한 n형 고농도 반도체 영역(40)은 컨택트, 비아 및 배선(50)을 통하여 트랜지스터(T1(n))에 접속되어 있다.
트랜지스터(T1(n))는 드레인, 소스에 상당하는 n형 고농도 반도체 영역(DS)과 게이트 전극(G)으로 구성되어 있다. 트랜지스터(T1(n))는 매립형 포토 다이오드(PD1(n))의 긴 방향에 인접하여 형성되어 있고, 예를 들어, n형 고농도 반도체 영역(DS)의 일방이, 매립형 포토 다이오드(PD1(n))에 있어서 n형 고농도 반도체 영역(40) 중 하나를 겸용함과 동시에, 배선(50)에 접속되고, 모든 n형 고농도 반도체 영역(40)에 접속되어 있다. 트랜지스터(T1(n))는 게이트 전극(G)에 인가되는 전압에 따라 온 상태가 되고, n형 고농도 반도체 영역(40)을 통하여 취출되는 n형 저농도 반도체 영역(20)으로부터의 전하를, 일방의 n형 고농도 반도체 영역(DS)으로부터 타방의 n형 고농도 반도체 영역(DS)에 독출할 수 있다.
또한, 배선(50)은 n형 저농도 반도체 영역(20)의 중심축 III-III을 따라서 긴 방향으로 뻗도록 배치되어 있다.
또, 기판의 표면 및 기판의 측면은 실리콘 산화막(70)에 의해 보호되어 있다.
이하에서는 본 발명의 비교예에 관한 리니어 이미지 센서(1X)와 비교하면서, 제1 실시 형태의 리니어 이미지 센서(1)의 작용 효과를 설명한다.
본 발명의 비교예에 관한 리니어 이미지 센서(1X)는 도 1에 나타내는 제1 실시 형태의 리니어 이미지 센서(1)와 동일하게, 1차원 배열된 N개의 수광부(Px(n))를 구비하고 있고, 이 수광부(Px(n))는 매립형 포토 다이오드(PD1(n)) 대신에 매립형 포토 다이오드(PDx(n))를 구비하고 있는 구성으로 제1 실시 형태와 다르다. 리니어 이미지 센서(1X)의 다른 구성은 리니어 이미지 센서(1)와 동일하다.
도 4는 비교예의 수광부(Px(n))를 표면측으로부터 본 도면이며, 도 5는 도 4에 있어서 V-V선을 따른 수광부(Px(n))의 단면을 나타내는 도면이다. 도 4에서도, 매립형 포토 다이오드(PDx(n))에 있어서 p형 고농도 반도체 영역(30)을 생략하여 나타낸다.
비교예의 매립형 포토 다이오드(PDx(n))는 제1 실시 형태의 매립형 포토 다이오드(PD(n))에 있어서, n형 고농도 반도체 영역(40)의 개수가 달라진다. 즉, 비교예의 매립형 포토 다이오드(PDx(n))에서는 전하 취득을 위한 n형 고농도 반도체 영역(40)이, n형 저농도 반도체 영역(20)에 있어서 긴 방향의 일단부로서 트랜지스터(Tx(n))측의 일단부에 1개만 형성되어 있다. 또, n형 고농도 반도체 영역(40)은 트랜지스터(Tx(n))의 드레인, 소스에 상당하는 n형 고농도 반도체 영역(DS)과 일체적으로 형성되어 있다.
이 비교예의 매립형 포토 다이오드(PDx(n))에서는 n형 저농도 반도체 영역(20)에 있어서 긴 방향의 일단부에 형성된 n형 고농도 반도체 영역(40)으로부터, n형 저농도 반도체 영역(20)에 있어서 긴 방향의 타단부측의 엣지까지의 거리가 길다. 이 때문에, n형 저농도 반도체 영역(20)의 타단부로부터 n형 고농도 반도체 영역(40)으로의 포텐셜 구배가 거의 없어져 버려, n형 저농도 반도체 영역(20)의 타단부측의 전하를 취출하는 것이 곤란해져, 전하의 미독출분이 발생할 가능성이 있다. 그 결과, 잔상이 발생하는 일이 있다.
그렇지만 제1 실시 형태의 매립형 포토 다이오드(PD1(n)) 및 수광부(P1(n))를 구비하는 리니어 이미지 센서(1)에 의하면, n형 저농도 반도체 영역(제2 반도체 영역(광감응 영역); 20)으로부터 전하를 취출하기 위한 n형 고농도 반도체 영역(제4 반도체 영역; 40)이 긴 방향으로 복수 이간해서 배치되어 있으므로, n형 고농도 반도체 영역(40)으로부터 n형 저농도 반도체 영역(20)의 엣지까지의 거리를 짧게 할 수 있다. 따라서 매립형 포토 다이오드(PD1(n))에 있어서, 제4 반도체 영역으로의 포텐셜 구배를 확보할 수 있고, n형 저농도 반도체 영역(20)으로부터의 전하 미독출분을 저감시킬 수 있다. 그 결과, 잔상의 발생을 억제할 수 있다.
[제2 실시 형태]
도 6은 도 1에 나타내는 수광부(P(n))의 제2 실시 형태로서, 표면측으로부터 본 수광부(P2(n))를 나타내는 도면이며, 도 7은 도 6에 있어서 VII-VII선을 따른 수광부(P2(n))의 단면을 나타내는 도면이다. 도 6 및 도 7에는 N개의 수광부(P2(n))를 대표하여 n번째의 수광부(P2(n))이 나타나 있다. 이 수광부(P2(n))는 매립형 포토 다이오드(PD2(n))와 상기한 트랜지스터(T1(n))를 가지고 있다. 또, 도 6에서는 본 발명의 특징을 알기 쉽게 하기 위해, 매립형 포토 다이오드(PD2(n))에 있어서 후술하는 p형 고농도 반도체 영역(30)을 생략하여 나타낸다.
제2 실시 형태의 매립형 포토 다이오드(PD2(n))는 제1 실시 형태의 매립형 포토 다이오드(PD1(n))에 있어서, 복수의 n형 고농도 반도체 영역(40)의 형성 위치가 달라진다. 즉, 복수의 n형 고농도 반도체 영역(40)은 n형 저농도 반도체 영역(20)의 긴 방향으로 뻗는 장변을 따라서 거의 등간격으로 이간해서 배열되어 있다. 매립형 포토 다이오드(PD2(n))의 다른 구성은 매립형 포토 다이오드(PD1(n))와 동일하다.
또, 제2 실시 형태의 수광부(P2(n))에서는 매립형 포토 다이오드(PD2(n))의 복수 n형 고농도 반도체 영역(40)에 접속되는 배선(50)이, 이웃하는 매립형 포토 다이오드(PD2(n))에 있어서 n형 저농도 반도체 영역(20)과 사이에 있는 p형 기판(10) 상에 배치되어 있다.
이 제2 실시 형태의 매립형 포토 다이오드(PD2(n)) 및 수광부(P2(n))를 구비하는 리니어 이미지 센서(1A)에서도, 제1 실시 형태의 리니어 이미지 센서(1)와 동일한 이점을 얻을 수 있다.
또, 제2 실시 형태의 매립형 포토 다이오드(PD2(n)) 및 수광부(P2(n))를 구비하는 리니어 이미지 센서(1A)에 의하면, n형 저농도 반도체 영역(20)으로부터 전하를 취출하기 위한 n형 고농도 반도체 영역(40)이, n형 저농도 반도체 영역(20)의 긴 방향으로 뻗는 장변을 따라서 형성되어 있고, 이러한 n형 고농도 반도체 영역(40)에 접속되는 배선(50)이 n형 저농도 반도체 영역(20)과의 사이에 배치되어 있으므로, 배선(50)에 의해 광감응 영역인 n형 저농도 반도체 영역(20)이 피복되는 것을 저감시킬 수 있다. 그 결과, 광감응 영역의 개구 비율을 높일 수 있고, 광검출의 감도를 향상시킬 수 있다.
[제3 실시 형태]
도 8은 도 1에 나타내는 수광부(P(n))의 제3 실시 형태로서, 표면측으로부터 본 수광부(P3(n))를 나타내는 도면이며, 도 9(a)는 도 8에 있어서 IXa-IXa선을 따른 수광부(P3(n))의 단면을 나타내는 도면이다. 또, 도 9(b)는 도 8에 있어서 IXb-IXb선을 따른 수광부(P3(n))의 단면을 나타내는 도면이다. 도 8 및 도 9에는 N개의 수광부(P3(n))를 대표하여 n번째의 수광부(P3(n))가 나타나 있다. 이 수광부(P3(n))는 매립형 포토 다이오드(PD3(n))와 상기한 트랜지스터(T1(n))를 가지고 있다. 또, 도 8에서는 본 발명의 특징을 알기 쉽게 하기 위해, 매립형 포토 다이오드(PD3(n))에 있어서 후술하는 p형 고농도 반도체 영역(30)을 생략하여 나타낸다.
제3 실시 형태의 매립형 포토 다이오드(PD3(n))는 제1 실시 형태의 매립형 포토 다이오드(PD1(n))에 있어서, 복수의 n형 고농도 반도체 영역(40)의 형성 위치가 달라진다. 즉, 복수의 n형 고농도 반도체 영역(40)은 n형 저농도 반도체 영역(20)의 긴 방향으로 뻗는 양 장변을 따라서 지그재그 형상으로 교대로, 거의 등간격으로 이간해서 배열되어 있다. 환언하면, 복수의 n형 고농도 반도체 영역(40)은 n형 저농도 반도체 영역(20)의 긴 방향으로 뻗는 양 장변을 따라서 교대로 지그재그로 이간해서 배열되어 있다. 매립형 포토 다이오드(PD3(n))의 다른 구성은 매립형 포토 다이오드(PD1(n))와 동일하다.
또, 제3 실시 형태의 수광부(P3(n))에서는 매립형 포토 다이오드(PD3(n))의 복수 n형 고농도 반도체 영역(40)에 접속되는 배선(50)이, 이웃하는 매립형 포토 다이오드(PD3(n))에 있어서 n형 저농도 반도체 영역(20)과 사이에 있는 p형 기판(10) 상에 배치되어 있다.
이 제3 실시 형태의 매립형 포토 다이오드(PD3(n)) 및 수광부(P3(n))를 구비하는 리니어 이미지 센서(1B)에서도, 제1 실시 형태의 리니어 이미지 센서(1)와 동일한 이점을 얻을 수 있다.
또, 제3 실시 형태의 매립형 포토 다이오드(PD3(n)) 및 수광부(P3(n))를 구비하는 리니어 이미지 센서(1B)에 의하면, 복수의 n형 고농도 반도체 영역(40)이 n형 저농도 반도체 영역(20)의 양 장변을 따라서 지그재그 형상으로 교대로 배열되어 있으므로, n형 저농도 반도체 영역(20)이 긴 방향에 직교하는 방향으로 커져도, n형 고농도 반도체 영역(40)으로부터 n형 저농도 반도체 영역(20)의 엣지까지의 거리를 적절히 짧게 할 수 있다. 따라서 매립형 포토 다이오드(PD3(n))에 있어서, 제4 반도체 영역으로의 포텐셜 구배를 확보할 수 있고, n형 저농도 반도체 영역(20)으로부터의 전하 미독출분을 적절히 저감시킬 수 있다.
[제4 실시 형태]
도 10은 도 1에 나타내는 수광부(P(n))의 제4 실시 형태로서, 표면측으로부터 본 수광부(P4(n))를 나타내는 도면이며, 도 11은 도 10에 있어서 XI-XI선을 따른 수광부(P4(n))의 단면을 나타내는 도면이다. 도 10 및 도 11에는 N개의 수광부(P4(n))를 대표하여 n번째의 수광부(P4(n))가 나타나 있다. 이 수광부(P4(n))는 제3 실시 형태의 수광부(P3(n))에 추가로 복수(예를 들어 4개)의 차광막(60)을 구비하고 있다. 수광부(P4(n))의 다른 구성은 수광부(P3(n))와 동일하다. 또, 도 10에서는 본 발명의 특징을 알기 쉽게 하기 위해, 매립형 포토 다이오드(PD4(n))에 있어서 후술하는 p형 고농도 반도체 영역(30)을 생략하여 나타낸다.
차광막(60)은 도 1에 나타내는 수광부(P(n))의 배열 방향으로 뻗어 있다. 복수의 차광막(60) 각각은 n형 고농도 반도체 영역(40), 및 그 n형 고농도 반도체 영역(40)에 접속되어 배열 방향으로 뻗는 배선(50)을 피복하도록 배치되어 있다. 차광막의 재료로는 Al 등이 이용되지만, 광 흡수성을 가지는 것, 예를 들어, TiN 등이 이용되면 검출 광의 산란도 방지할 수 있어 바람직하다.
여기서, 제3 실시 형태의 수광부(P3(n))와 비교하면서, 제4 실시 형태의 수광부(P4(n))의 작용 효과를 설명한다.
도 12는 제3 실시 형태의 수광부(P3(n))로서, 이웃하는 수광부(P3(1), P3(2))에 걸쳐서 광이 입사했을 때의 도면이며, 도 13은 제4 실시 형태의 수광부(P4(n))로서 이웃하는 수광부(P4(1), P4(2))에 걸쳐서 광이 입사했을 때의 도면이다.
도 12에 나타내는 바와 같이, 제3 실시 형태의 수광부(P3(n))에 있어서, 입사광(A)이, 이웃하는 수광부(P3(1), P3(2))에 걸쳐서, 또한 일방의 수광부(P3(2))에 있어서 매립형 포토 다이오드(PD3(2))의 전하 독출 라인 상에 조사된 경우, n형 고농도 반도체 영역(40) 및 배열 방향으로 뻗는 배선(50)분만큼, 일방의 수광부(P3(2))의 감도가 저하되고, 이웃하는 수광부(P3(1), P3(2))의 광검출 감도에 편차가 발생하는 일이 있다.
그렇지만 도 13에 나타내는 바와 같이, 이 제4 실시 형태의 수광부(P4(n))를 구비하는 리니어 이미지 센서(1C)에 의하면, n형 고농도 반도체 영역(40) 및 배열 방향으로 뻗는 배선(50)을 피복하도록, 배열 방향으로 뻗는 차광막(60)을 구비하고 있으므로, 수광부(P4(n))의 긴 방향으로 뻗는 중심 축에 대해 광감응 영역의 형상을 좌우 대칭으로 할 수 있다. 즉, n형 고농도 반도체 영역(40)에 의해 발생하는 광량분의 비대칭성을 완화할 수 있다. 따라서 이웃하는 수광부(P4(1), P4(2))에 걸쳐서 광(A)이 조사된 경우에도, 이웃하는 수광부(P4(1), P4(2))의 광검출 감도의 편차를 저감시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 상기한 본 실시 형태로 한정되는 일 없이 여러 가지의 변형이 가능하다. 예를 들어, 배선(50)의 형상, 복수의 n형 고농도 반도체 영역(40)의 배열 위치가 본 실시 형태에 한정되는 일은 없다. 예를 들어, 도 14 및 도 15에, 본 발명의 변형예에 관한 수광부(P5(n))를 나타낸다.
도 14는 도 1에 나타내는 수광부(P(n))의 변형예로서, 표면측으로부터 본 수광부(P5(n))를 나타내는 도면이며, 도 15는 도 14에 있어서 XV-XV선을 따른 수광부(P5(n))의 단면을 나타내는 도면이다. 도 14 및 도 15에는 N개의 수광부(P5(n))를 대표하여 n번째의 수광부(P5(n))가 나타나 있다. 이 수광부(P5(n))는 매립형 포토 다이오드(PD5(n))와 상기한 트랜지스터(T1(n))를 가지고 있다. 또, 도 14에서는 본 발명의 특징을 알기 쉽게 하기 위해, 매립형 포토 다이오드(PD5(n))에 있어서 후술하는 p형 고농도 반도체 영역(30)을 생략하여 나타낸다.
도 14 및 도 15에 나타내는 바와 같이, 매립형 포토 다이오드(PD5(n))의 n형 고농도 반도체 영역(40)이, n형 저농도 반도체 영역(20)의 긴 방향으로 뻗는 중심 축을 따라 배열되어 있는 구성에 있어서, n형 고농도 반도체 영역(40)에 접속되는 배선(50)이 수광부(P5(n))의 배열 방향으로 인출되고, 이웃하는 매립형 포토 다이오드(PD5(n))에 있어서 n형 저농도 반도체 영역(20)과 사이에 있는 p형 기판(10) 상에 뻗어 있어도 좋다. 이 경우, 배열 방향으로 뻗는 배선(50)에 의해 발생하는 이웃하는 수광부(P(n))의 광검출 감도의 편차를 저감하기 위해, n형 고농도 반도체 영역(40) 및 배열 방향으로 뻗는 배선(50)을 피복하도록, 배열 방향으로 뻗는 차광막(60)을 구비하는 것이 바람직하다.
또, 본 실시 형태에서는 매립형 포토 다이오드(PD(n)) 및 트랜지스터(T(n))가 p형 기판(10) 상에 직접 형성되었지만, n형 기판 상에 형성되어도 좋다. 이 경우, n형 기판 상에 p형 웰을 형성하고, 이 p형 웰 상에 동일한 구성을 형성하면 좋다.
리니어 이미지 센서의 전하 미독출분을 저감하는 용도로 적용할 수 있다.
1, 1A, 1B, 1C, 1X 리니어 이미지 센서
P(n), P1(n), P2(n), P3(n), P4(n), P5(n), Px(n) 수광부
PD(n), PD1(n), PD2(n), PD3(n), PD4(n), PD5(n), PDx(n) 매립형 포토 다이오드
10 p형 기판(제1 반도체 영역)
20 n형 저농도 반도체 영역(제2 반도체 영역)
30 p형 고농도 반도체 영역(제3 반도체 영역)
40 n형 고농도 반도체 영역(제4 반도체 영역)
50 배선
60 차광막
70 실리콘 산화막
T(n), T1(n), Tx(n) 트랜지스터
DS n형 고농도 반도체 영역
G 게이트 전극
P(n), P1(n), P2(n), P3(n), P4(n), P5(n), Px(n) 수광부
PD(n), PD1(n), PD2(n), PD3(n), PD4(n), PD5(n), PDx(n) 매립형 포토 다이오드
10 p형 기판(제1 반도체 영역)
20 n형 저농도 반도체 영역(제2 반도체 영역)
30 p형 고농도 반도체 영역(제3 반도체 영역)
40 n형 고농도 반도체 영역(제4 반도체 영역)
50 배선
60 차광막
70 실리콘 산화막
T(n), T1(n), Tx(n) 트랜지스터
DS n형 고농도 반도체 영역
G 게이트 전극
Claims (5)
- 긴 형상의 매립형 포토 다이오드가 복수 배열된 리니어 이미지 센서에 있어서,
상기 매립형 포토 다이오드 각각은
제1 도전형의 제1 반도체 영역과,
상기 제1 반도체 영역 상에 형성되고, 제2 도전형의 불순물 농도가 낮고, 긴 형상인 제2 반도체 영역과,
상기 제2 반도체 영역의 표면을 덮도록, 상기 제2 반도체 영역 상에 형성된 제1 도전형의 제3 반도체 영역과,
상기 제2 반도체 영역으로부터 전하를 취출하기 위한 제2 도전형의 제4 반도체 영역을 구비하고,
상기 제4 반도체 영역은 상기 제2 반도체 영역 상에 있어서, 긴 방향으로 복수 이간해서 배치되어 있는 리니어 이미지 센서. - 청구항 1에 있어서,
상기 제4 반도체 영역은 상기 제2 반도체 영역의 상기 긴 방향으로 뻗는 중심 축을 따라 복수 배치되어 있는 리니어 이미지 센서. - 청구항 1에 있어서,
상기 제4 반도체 영역은 상기 제2 반도체 영역의 상기 긴 방향으로 뻗는 장변을 따라서 복수 배치되어 있는 리니어 이미지 센서. - 청구항 1에 있어서,
상기 제4 반도체 영역은 상기 제2 반도체 영역의 상기 긴 방향으로 뻗는 양 장변을 따라서 지그재그 형상으로 교대로 복수 배치되어 있는 리니어 이미지 센서. - 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제4 반도체 영역을 피복하는 차광막으로서, 상기 복수의 포토 다이오드의 배열 방향으로 뻗는 상기 차광막을 구비하는 리니어 이미지 센서.
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