KR101660066B1 - 이미지 센서 - Google Patents

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사다하루 다키모토
히로시 와타나베
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하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 일 실시 형태에 따른 이미지 센서(1)는 매립형 포토 다이오드 PD(m,n)가 복수로 배열된 이미지 센서이다. 이 매립형 포토 다이오드 PD(m,n) 각각은, 제1 도전형의 제1 반도체 영역(10), 제1 반도체 영역상에 형성되고 제2 도전형의 불순물 농도가 낮은 제2 반도체 영역(20), 제2 반도체 영역의 표면을 덮도록 제2 반도체 영역상에 형성된 제1 도전형의 제3 반도체 영역(30), 및 제2 반도체 영역으로부터 전하를 취출하기 위한 제2 도전형의 제4 반도체 영역(40)을 포함하고, 상기 제4 반도체 영역은 제2 반도체 영역상에 있어서, 복수로 이간해서 배치되어 있다.

Description

이미지 센서{IMAGE SENSOR}
본 발명은, 매립형 포토 다이오드(Embedded Photo Diode)를 복수로 배열한 이미지 센서에 관한 것이다.
예컨대, 매립형 포토 다이오드를 갖춘 수광부가 복수 2차원 배열된 이미지 센서가 알려져 있다. 이 매립형 포토 다이오드에서는, 예컨대, p형 기판상에 n형 저농도 반도체 영역이 형성되고, 이 n형 저농도 반도체 영역의 표면에 얇은 p형 고농도 반도체 영역이 형성된다. 또, 전하를 판독하기 위해서, n형 저농도 반도체 영역에 n형 고농도 반도체 영역이 형성된다. 이 매립형 포토 다이오드에 의하면, n형 저농도 반도체 영역을 완전하게 공핍화(空乏化) 할 수 있으므로, pn 접합부에서 발생한 전하를 완전하게 판독할 수 있고, 리크(leak) 전류의 발생이 억제되어 광 검출의 S/N비가 우수하다.
이 매립형 포토 다이오드에서는, 광 감응 영역, 즉, n형 저농도 반도체 영역 및 p형 고농도 반도체 영역의 면적을 대면적화함으로써, 광 검출의 감도를 크게 할 수 있다. 그렇지만, n형 저농도 반도체 영역의 면적을 크게 하면, 발생한 전하의 판독이 불완전하게 되어, 전하의 판독 잔량이 발생하게 된다. 그 결과, 잔상(殘像)이 발생하게 된다.
이 문제점에 관해, 특허 문헌 1에 기재된 이미지 센서는, 매립형 포토 다이오드에 있어서의 광 감응 영역인 n형 저농도 반도체 영역의 가장자리으로부터, 전하 판독을 위한 전송 전극인 n형 저농도 반도체 영역을 향하여, 불순물의 농도 기울기를 가져, 포텐셜 기울기를 낮추고 있다. 특허 문헌 1에는 이로 인해, 전하의 판독 잔량이 저감된다고 기재되어 있다.
특허 문헌 1 : 특개 2000-236081호 공보 특허 문헌 2 : 특개 2006-41189호 공보
그렇지만, 특허 문헌 1에 기재된 이미지 센서와 같이, 매립형 포토 다이오드에 있어서 n형 저농도 반도체 영역에 포텐셜 기울기를 형성하기 위해서는, 단계상(段階狀)의 불순물 농도 분포를 가진 표면, 즉, p형 고농도 반도체 영역을 형성할 필요가 있다. 단계상의 불순물 농도 분포의 작성은, 이온 주입량의 미세한 컨트롤이 요구되는 것이므로 프로세스적 난이도가 높고, 또한 복수의 포토 리소그래피의 마스크 및 포토 리소그래피의 공정이 필요하므로 제조 비용의 상승이 염려된다.
따라서 본 발명은 종래에 비해 보다 간단하고 쉽게, 전하의 판독 잔량을 저감 가능한 이미지 센서를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 이미지 센서는, 매립형 포토 다이오드가 복수 배열된 이미지 센서이다. 이 매립형 포토 다이오드 각각은, 제1 도전형의 제1 반도체 영역, 제1 반도체 영역상에 형성되고 제2 도전형의 불순물 농도가 낮은 제2 반도체 영역, 제2 반도체 영역의 표면을 덮도록 제2 반도체 영역상에 형성된 제1 도전형의 제3 반도체 영역, 및 제2 반도체 영역으로부터 전하를 취출하기 위한 제2 도전형의 제4 반도체 영역을 포함하고, 제4 반도체 영역은 제2 반도체 영역상에 있어서, 복수로 이간(離間)해서 배치되어 있다.
이 이미지 센서에 의하면, 제2 반도체 영역(광 감응 영역)으로부터 전하를 취출하기 위한 제4 반도체 영역이 복수로 이간해서 배치되어 있으므로, n형 저농도 반도체 영역을 대면적화하는 경우에도, 제4 반도체 영역으로부터 제2 반도체 영역의 엣지까지의 거리를 적절히 짧게 할 수 있다. 따라서, 매립형 포토 다이오드에 있어서, 제4 반도체 영역으로의 포텐셜 기울기를 확보할 수 있어 제2 반도체 영역으로부터 전하의 판독 잔량을 저감할 수 있다. 그 결과, 잔상의 발생을 억제할 수 있다.
또, 이 이미지 센서에 의하면, 제2 반도체 영역으로부터 전하를 전하의 판독 잔량하기 위한 제4 반도체 영역을 복수로 형성할 뿐이므로, 종래에 비해 보다 간단하고 쉽게 전하의 판독 잔량을 저감하는 것이 가능하다.
상기한 이미지 센서는, 제4 반도체 영역 및 제4 반도체 영역에 접속되는 배선 중 일부를 피복하는 차광막으로서 배열 방향으로 뻗어 있는 당해 차광막을 구비하는 것이 바람직하다.
제4 반도체 영역 및 제4 반도체 영역에 접속되는 배선에 의해서 실질적인 광 감응 영역의 형상이 좌우 대칭 및 상하 대칭이 아닌 경우, 입사광이 서로 이웃하는 화소에 걸치고, 또한 한쪽 화소에 있어서는 매립형 포토 다이오드의 전하 판독 라인(line)상에 조사되었을 경우, 실질적인 광 감응 영역의 비대칭성에 기인하여 서로 이웃하는 화소의 광 검출 감도에 편차가 발생하는 일이 있다.
그러나 이러한 구성에 의하면, 제4 반도체 영역 및 제4 반도체 영역에 접속되는 배선을 피복하도록 배열 방향으로 뻗어 있는 차광막을 갖추고 있으므로, 광 감응 영역의 형상을 화소의 중심축에 대해 좌우 대칭 및 상하 대칭으로 할 수 있다. 따라서, 서로 이웃하는 화소에 걸쳐서 광이 조사되었을 경우라도, 서로 이웃하는 화소의 광 검출 감도의 편차를 저감할 수 있다.
본 발명에 의하면, 이미지 센서에 있어서 종래에 비해 보다 간단하고 쉽게, 전하의 판독 잔량을 저감할 수 있다. 그 결과, 잔상의 발생을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태와 관련된 이미지 센서의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시한 화소의 제1 실시 형태로서, 표면측에서 본 화소를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 있어서 Ⅲ-Ⅲ선을 따른 화소의 단면을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 비교 예의 화소를 표면측에서 본 도면이다.
도 5는 도 4에 있어서의 V-V선을 따른 화소의 단면을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1에 나타내는 화소의 제2 실시 형태로서 표면측에서 본 화소를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6에 있어서 Ⅶ-Ⅶ선을 따른 화소의 단면을 나타내는 도면이다.
도 8은 차광막을 구비하지 않는 경우, 서로 이웃하는 화소에 걸쳐 광이 입사했을 때의 도면이다.
도 9는 차광막을 구비한 경우, 서로 이웃하는 화소에 걸쳐 광이 입사했을 때의 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해 자세한 내용을 설명한다. 또한, 각 도면에 있어 동일 또는 상당한 부분에 대해서는 동일한 부호를 부일로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태와 관련된 이미지 센서의 구성을 나타내는 도면이다. 도 1에 나타내는 이미지 센서(1)는 2 차원 배열된 M×N개(M행 N열)의 화소 P(m, n)를 갖추고 있다. 여기서, M는 2 이상의 정수이며, m는 1 이상 M 이하의 임의의 정수이다. 또, N는 2 이상의 정수이며, n는 1 이상 N 이하의 임의의 정수이다. 또한, 도 1에서는 본 발명의 특징을 명확하게 하기 위해, 각 화소 P(m, n)의 동작을 제어하기 위한 제어부나, 각 화소 P(m, n)로부터 판독되는 신호를 처리하는 신호 처리부 등이 생략되어 있다. 이하에서는 본 발명의 특징을 갖는 화소 P(m, n) 에 대해서 복수의 실시 형태를 예시해 설명한다.
[제1 실시 형태]
도 2는 도 1에 나타내는 화소 P(m, n)의 제1 실시 형태로서 표면측에서 본 화소 P1(m, n)를 나타내는 도면이며, 도 3은 도 2에 있어서의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 화소 P1(m, n)의 단면을 나타내는 도면이다. 도 2 및 도 3에는 M×N개의 화소 P1(m, n)를 대표해 m행 n번째의 화소 P1(m, n)가 도시되어 있다. 이 화소 P1(m, n)는 매립형 포토 다이오드 PD1(m, n)과 트랜지스터 T1(m, n)를 가지고 있다. 또한 도 2에서는 본 발명의 특징을 알기 쉽게 하기 위해 매립형 포토 다이오드 PD1(m, n)에 있어서 후술하는 p형 고농도 반도체 영역(30)을 생략하고 도시되었다.
매립형 포토 다이오드 PD1(m, n)은 p형 기판(10), p형 기판(10) 상에 형성된 n형 저농도 반도체 영역(20), n형 저농도 반도체 영역(20) 상에 형성된 p형 고농도 반도체 영역(30), 및 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 n형은 각각 특허 청구의 범위에 기재한 제1 도전형, 제2 도전형에 상당한다.
p형 기판(10)의 p형 불순물 농도는 예컨대, 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 장방형상(長方形狀)(예컨대, 거의 정방형상(正方形狀))을 이루고 있다. 예를 들면, n형 저농도 반도체 영역(20)의 두께는 0.6μm ~ 1.0μm 정도이며, n형 저농도 반도체 영역(20)의 n형 불순물 농도는 1016cm-3 ~ 1018 cm-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 0.2μm~0.4μm로 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 광 감응 영역을 형성하고 있어, 이 광 감응 영역에 입사한 광의 강도에 따라 발생한 양의 전하가, p형 기판(10)과 n형 저농도 반도체 영역(20)에 의해 형성되는 pn접합부 및 n형 저농도 반도체 영역(20)과 p형 고농도 반도체 영역(30)에 의해 형성되는 pn접합부에 축적된다.
이와 같이, n형 저농도 반도체 영역(20)의 n형 불순물 농도가 낮기 때문에, n형 저농도 반도체 영역(20)을 완전하게 공핍화시킬 수 있어 pn접합부에서 발생한 전하를 완전하게 판독할 수 있다.
또, n형 저농도 반도체 영역(20)의 표면에 얇은 p형 고농도 반도체 영역(30)을 형성함으로써 n형 저농도 반도체 영역(20)을 완전 공핍화시켰을 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)를 저감할 수 있어 광 검출의 S/N비를 높일 수 있다.
한편, n형 고농도 반도체 영역(40)은 p형 고농도 반도체 영역(30)에 둘러싸이도록 복수 개소(예컨대, 4개소)에 형성된다. 이러한 n형 고농도 반도체 영역(40)은 n형 저농도 반도체 영역(20)의 4변의 중심 부근에 이간하여 배열될 수 있다. n형 고농도 반도체 영역(40)의 두께는 0.2μm ~ 0.4μm로 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(m, n)에 접속될 수 있다.
트랜지스터 T1(m, n)는 드레인, 소스에 상당하는 n형 고농도 반도체 영역(DS)과 게이트 전극(G)으로 구성되어 있다. 트랜지스터 T1(m, n)는 매립형 포토 다이오드 PD1(m, n)의 1변의 중심 부근에 인접해 형성되어 있고, 예컨대, n형 고농도 반도체 영역(DS)의 한쪽이 매립형 포토 다이오드 PD(n)에 있어서 n형 고농도 반도체 영역(40) 중 하나를 겸용함과 동시에 배선(50)에 접속되어, 모든 n형 고농도 반도체 영역(40)에 접속되어 있다. 트랜지스터 T1(m, n)는 게이트 전극(G)에 인가되는 전압에 따라 온(ON) 상태로 되어, n형 고농도 반도체 영역(40)을 통해 취출되는 n형 저농도 반도체 영역(20)으로부터의 전하를, 한쪽의 n형 고농도 반도체 영역(DS)으로부터 다른 한쪽의 n형 고농도 반도체 영역(DS)으로 판독할 수 있다.
또한, 배선(50)은 서로 이웃하는 매립형 포토 다이오드 PD1(m, n)에 있어서 n형 저농도 반도체 영역(20) 사이의 p형 기판(10)상에 배치되어 있다.
또, 기판의 표면 및 기판의 측면은 실리콘 산화막(70)으로 보호되고 있다.
이하에서는, 본 발명의 비교예와 관련된 이미지 센서(1X)와 비교하면서, 제1 실시 형태의 이미지 센서(1)의 작용 효과를 설명한다.
본 발명의 비교예와 관련된 이미지 센서(1X)는, 도 1에 도시된 제1 실시 형태의 이미지 센서(1)와 같이 2 차원 배열된 M×N개의 화소 Px(m, n)를 갖추고 있고, 화소 Px(m, n)는 매립형 포토 다이오드 PD(m, n) 대신에 매립형 포토 다이오드 PDx(m, n)를 갖추고 있는 구성으로서 제1 실시 형태와 다르다. 이미지 센서(1X)의 다른 구성은 이미지 센서(1)과 동일하다. 이미지 센서(1X)는 특허 문헌 2에 기재되어 있는 것과 같다.
도 4는 비교예의 화소 Px(m, n)를 적층 방향의 표면측에서 본 도면이며, 도 5는 도 4에 있어서의 V-V선에 따른 화소 Px(m, n)의 단면을 나타내는 도면이다. 도 4에서도 매립형 포토 다이오드 PDx(m, n)에 있어서 p형 고농도 반도체 영역(30)을 생략하고 도시하였다.
비교예의 매립형 포토 다이오드 PDx(m, n)는, 제1 실시 형태의 매립형 포토 다이오드 PD(m, n)에 있어서 n형 고농도 반도체 영역(40)의 개수에서 차이가 난다. 즉, 비교예의 매립형 포토 다이오드 PDx(m, n)에서는 전하 취출을 위한 n형 고농도 반도체 영역(40)이 n형 저농도 반도체 영역(20)에 있어서 중심 부근에 1개만 형성되어 있다.
이 비교예의 매립형 포토 다이오드 PDx(m, n)에서는, n형 저농도 반도체 영역(20)이 대면적화되면 n형 고농도 반도체 영역(40)으로부터 n형 저농도 반도체 영역(20)의 엣지까지의 거리가 길어진다. 이 때문에, n형 저농도 반도체 영역(20)의 엣지로부터 n형 고농도 반도체 영역(40)으로의 포텐셜 기울기가 거의 없어져 버리므로, n형 저농도 반도체 영역(20) 엣지의 전하를 취출하는 것이 곤란해지고, 전하의 판독 잔량이 발생할 가능성이 있다. 그 결과, 잔상이 발생할 수 있다.
그러나, 제1 실시 형태의 매립형 포토 다이오드 PD1(m, n) 및 화소 P1(m, n)을 구비한 이미지 센서(1)에 의하면, n형 저농도 반도체 영역(제2 반도체 영역; 광 감응 영역; 20)으로부터 전하를 취출하기 위한 n형 고농도 반도체 영역(제4 반도체 영역; 40)이 복수로 이간해서 배치되어 있으므로, n형 저농도 반도체 영역(20)을 대면적화하는 경우에도 n형 고농도 반도체 영역(40)으로부터 n형 저농도 반도체 영역(20)의 엣지까지의 거리를 적절히 짧게 할 수 있다. 따라서, 매립형 포토 다이오드 PD1(m, n)에 있어서 제4 반도체 영역으로의 포텐셜 기울기를 확보할 수 있어 n형 저농도 반도체 영역(20)으로부터의 전하의 판독 잔량을 저감할 수 있다. 그 결과, 잔상의 발생을 억제할 수 있다.
또한 제1 실시 형태의 이미지 센서(1)에 의하면, n형 저농도 반도체 영역(20)으로부터 전하를 취출하기 위한 n형 고농도 반도체 영역(40)을 복수로 형성할 뿐이므로, 종래에 비해 보다 간단하고 쉽게 전하의 판독 잔량을 저감하는 것이 가능하다.
또한 제1 실시 형태의 이미지 센서(1)에 의하면, n형 저농도 반도체 영역(20)으로부터 전하를 취출하기 위한 n형 고농도 반도체 영역(40)이 n형 저농도 반도체 영역(20)의 4변 부근에 형성되고 배선(50)이 n형 저농도 반도체 영역(20)의 사이의 p형 기판(10)상에 배치되어 있으므로, 배선(50)에 의해 광 감응 영역인 n형 저농도 반도체 영역(20) 및 p형 고농도 반도체 영역(30)이 덮이지 않는다. 그 결과, 광 감응 영역의 개구 비율을 높일 수 있고 광 검출의 감도를 향상시킬 수 있다.
[제2 실시 형태]
도 6은 도 1에 도시된 화소 P(m, n)의 제2 실시 형태로서 표면측에서 본 화소 P2(m, n)를 나타내는 도면이며, 도 7(a)은 도 6에 있어서 Ⅶa-Ⅶa선에 따른 화소 P2(m, n)의 단면을 나타내는 도면이다. 또한 도 7(b)은 도 6에 있어서 Ⅶb-Ⅶb선에 따른 화소 P2(m, n)의 단면을 나타내는 도면이다. 도 6 및 도 7에는 M×N개의 화소 P2(m, n)를 대표하여 m행 n번째의 화소 P2(m, n)가 도시되어 있다. 이 화소 P2(m, n)는 매립형 포토 다이오드 PD2(m, n) 및 상기한 트랜지스터 T1(n)를 포함하고 있다. 또한 도 6에서는 본 발명의 특징을 알기 쉽게 하기 위해 매립형 포토 다이오드 PD2(m, n)에 있어서 후술하는 p형 고농도 반도체 영역(30)을 생략하고 도시하였다.
제2 실시 형태의 매립형 포토 다이오드 PD2(m, n)는, 제1 실시 형태의 매립형 포토 다이오드 PD1(m, n)에 있어서 복수의 n형 고농도 반도체 영역(40)의 형성 위치가 다르다. 즉, 복수의 n형 고농도 반도체 영역(40)은 n형 저농도 반도체 영역(20)에서 상하 좌우에 대략 등(等) 간격으로 이간하여 배치되어 있다. 매립형 포토 다이오드 PD2(m, n) 외의 구성은 매립형 포토 다이오드 PD1(m, n)과 동일하다.
또한 제2 실시 형태의 화소 P2(m, n)는 복수(예컨대, 2개)의 차광막(60)을 갖추고 있다. 차광막(60)은 도 1에 도시된 화소 P(m, n)의 배열 방향으로 뻗어 있다. 본 실시 형태에서 차광막(60)은 열 방향으로 뻗어 있다. 복수의 차광막(60)은 각각 n형 고농도 반도체 영역(40), 및 n형 고농도 반도체 영역(40)에 접속되어 열방향으로 뻗어있는 배선(50)을 피복하도록 배치되어 있다. 차광막의 재료로는 Al 등이 이용되지만, 광 흡수성을 갖는 재료(예컨대, TiN 등)가 이용되면 검출되는 광의 산란을 막을 수 있어 바람직하다.
여기서, 차광막(60)에 의한 작용 효과를 자세한 내용에 설명한다. 도 8은 차광막(60)을 갖추지 않는 경우, 서로 이웃하는 화소 P2(1, 1), P2(2, 1)에 걸쳐 광이 입사했을 때의 도면이며, 도 9는 차광막(60)을 갖춘 경우, 서로 이웃하는 화소 P2(1, 1), P2(2, 1)에 걸쳐 광이 입사했을 때의 도면이다.
도 8에 도시한 바와 같이, 차광막(60)을 갖추지 않은 화소 P2(m, n)에 있어서 입사광 A가 서로 이웃하는 화소 P2(1, 1), P2(2, 1)에 걸치고, 또한 한쪽의 화소 P2(1, 1)에서 매립형 포토 다이오드 PD2(1, 1)의 전하 판독 라인상에 조사되었을 경우, n형 고농도 반도체 영역(40) 및 열 방향으로 뻗은 배선(50) 부분만큼, 한쪽의 화소 P2(1, 1)의 감도가 저하하여 서로 이웃하는 화소 P2(1, 1), P2(2, 1)의 광 검출 감도에 편차가 발생할 수 있다.
그러나 도 9에 도시한 바와 같이, 이러한 제2 실시 형태의 화소 P2(m, n)를 갖춘 이미지 센서(1A)에 의하면, n형 고농도 반도체 영역(40) 및 열 방향으로 뻗은 배선(50)을 피복하도록 열 방향으로 뻗은 차광막(60)을 갖추고 있으므로, 화소 P2(m, n)의 중심축에 대해 광 감응 영역의 형상을 좌우 대칭 및 상하 대칭으로 할 수 있다. 즉, 배선(50)에 의해 발생하는 분량의 비대칭성을 완화할 수 있다. 따라서, 서로 이웃하는 화소 P2(1, 1), P2(2, 1)에 걸쳐 광 A가 조사되었을 경우라도, 서로 이웃하는 화소 P2(1, 1), P2(2, 1)의 광 검출 감도의 편차를 저감할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기한 본 실시 형태로 한정되지 않고 여러 가지의 변형이 가능하다. 예를 들면, 본 실시 형태에서는 매립형 포토 다이오드 PD(n) 및 트랜지스터 T(n)가 p형 기판(10)상에 직접 형성되었지만, n형 기판상에 형성되어도 괜찮다. 이 경우, n형 기판상에 p형 웰(well)을 형성하고, 이 p형 웰상에 같은 구성을 형성해도 좋다.
본 발명은 이미지 센서의 전하 판독 잔량을 저감하는 용도에 적용될 수 있다.
1, 1A, 1X : 이미지 센서
P(m,n), P1(m,n), P2(m,n), Px(m,n) : 화소
PD(m,n), PD1(m,n), PD2(m,n), PDx(m,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(m,n), T1(m,n), Tx(m,n) : 트랜지스터
DS : n형 고농도 반도체 영역
G : 게이트 전극

Claims (2)

  1. 매립형 포토 다이오드(Embedded Photo Diode)가 복수 배열된 이미지 센서에 있어서, 상기 매립형 포토 다이오드 각각은,
    제1 도전형의 제1 반도체 영역과,
    상기 제1 반도체 영역상에 형성되고, 제2 도전형의 저농도 제2 반도체 영역과,
    상기 제2 반도체 영역의 표면을 덮도록, 상기 제2 반도체 영역상에 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 영역상에 있어서, 복수로 이간해서 배치되어 있고,
    상기 이미지 센서가 상기 매립형 포토 다이오드의 각각에 인접하여 배치된 독출하기 위한 복수의 트랜지스터를 더 구비하고,
    상기 제 2 반도체 영역 상에 있어서 이간하여 배치된 복수의 상기 제 4 반도체 영역이 배선으로 접속되어 있고,
    상기 배선이 독출하기 위한 상기 트랜지스터의 각각에 접속되어 있는 이미지 센서.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 제4 반도체 영역 및 상기 복수의 제4 반도체 영역에 접속되는 배선 중 일부를 피복하는 차광막으로서, 배열 방향으로 뻗어 있는 당해 차광막을 구비하는 이미지 센서.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5091886B2 (ja) 2009-02-13 2012-12-05 浜松ホトニクス株式会社 イメージセンサ
JP5271104B2 (ja) * 2009-02-13 2013-08-21 浜松ホトニクス株式会社 リニアイメージセンサ
FR2971622A1 (fr) * 2011-07-13 2012-08-17 Commissariat Energie Atomique Pixel de capteur d'image dote d'un noeud de lecture ayant un agencement ameliore

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060086955A1 (en) 2004-03-31 2006-04-27 Sharp Kabushiki Kaisha Solid-state image sensor and method for fabricating the same

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH061825B2 (ja) 1984-07-31 1994-01-05 日本電信電話株式会社 半導体リニアイメ−ジセンサ−
JPH043473A (ja) 1990-04-20 1992-01-08 Canon Inc 光電変換装置
JP3413078B2 (ja) 1997-10-06 2003-06-03 キヤノン株式会社 光電変換装置と密着型イメージセンサ
US6198118B1 (en) 1998-03-09 2001-03-06 Integration Associates, Inc. Distributed photodiode structure
JP3410016B2 (ja) * 1998-03-31 2003-05-26 株式会社東芝 増幅型固体撮像装置
KR100291179B1 (ko) 1998-06-29 2001-07-12 박종섭 자기정렬된실리사이드층을갖는씨모스이미지센서및그제조방법
JP4258875B2 (ja) 1999-02-15 2009-04-30 株式会社ニコン 光電変換素子及び光電変換装置
JP3554244B2 (ja) 1999-02-25 2004-08-18 キヤノン株式会社 光電変換装置及びそれを用いたイメージセンサ並びに画像入力システム
JP4165785B2 (ja) 1999-05-11 2008-10-15 横河電機株式会社 フォトダイオードアレイ
US6597025B2 (en) 2001-03-15 2003-07-22 Koninklijke Philips Electronics N.V. Light sensitive semiconductor component
JP4109858B2 (ja) * 2001-11-13 2008-07-02 株式会社東芝 固体撮像装置
TW516226B (en) * 2001-12-07 2003-01-01 Twinhan Technology Co Ltd CMOS image sensor structure with increased fill factor
JP2006041189A (ja) * 2004-07-27 2006-02-09 Hamamatsu Photonics Kk 固体撮像素子
CN100394609C (zh) 2004-09-07 2008-06-11 三洋电机株式会社 固体摄像装置
JP4335104B2 (ja) 2004-09-09 2009-09-30 浜松ホトニクス株式会社 ホトダイオードアレイおよび分光器
JP2006093442A (ja) 2004-09-24 2006-04-06 Hamamatsu Photonics Kk ホトダイオード、ホトダイオードアレイ、分光器およびホトダイオードの製造方法
JP4234116B2 (ja) 2005-06-27 2009-03-04 Ｎｔｔエレクトロニクス株式会社 アバランシ・フォトダイオード
JP4956944B2 (ja) 2005-09-12 2012-06-20 三菱電機株式会社 アバランシェフォトダイオード
US7876422B2 (en) 2005-11-14 2011-01-25 Panasonic Electric Works Co., Ltd. Spatial information detecting device and photodetector suitable therefor
KR100660336B1 (ko) 2005-12-28 2006-12-22 동부일렉트로닉스 주식회사 씨모스 이미지 센서
US7675097B2 (en) 2006-12-01 2010-03-09 International Business Machines Corporation Silicide strapping in imager transfer gate device
KR101124653B1 (ko) 2007-03-30 2012-03-20 파나소닉 전공 주식회사 공간 정보 검출 장치
JP5091886B2 (ja) 2009-02-13 2012-12-05 浜松ホトニクス株式会社 イメージセンサ
JP5271104B2 (ja) * 2009-02-13 2013-08-21 浜松ホトニクス株式会社 リニアイメージセンサ

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060086955A1 (en) 2004-03-31 2006-04-27 Sharp Kabushiki Kaisha Solid-state image sensor and method for fabricating the same

Also Published As

Publication number Publication date
WO2010092929A1 (ja) 2010-08-19
US8901628B2 (en) 2014-12-02
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EP2398053A4 (en) 2014-06-25
EP2398053A1 (en) 2011-12-21
JP5091886B2 (ja) 2012-12-05
KR20110113728A (ko) 2011-10-18
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US20110291216A1 (en) 2011-12-01
CN102318067A (zh) 2012-01-11
CN102318067B (zh) 2015-11-25

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