KR102606387B1 - 촬상 소자 - Google Patents

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카즈아키 하타부
유키히데 케이고
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소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤
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Abstract

촬상 소자는 기판 내에 배치된 제1의 화소를 구비한다. 상기 제1의 화소는, 상기 기판 내에 배치된 제1의 재료와, 상기 기판 내에 배치된 제2의 재료를 포함한다. 상기 제1의 재료의 제1의 영역, 상기 제1의 재료의 제2의 영역, 및 상기 제2의 재료의 제3의 영역은 적어도 하나의 접합을 형성한다. 상기 기판의 제1의 횡단면은 상기 적어도 하나의 접합과 교차하고, 상기 기판의 제2의 횡단면은 상기 제1의 재료의 적어도 하나의 제4의 영역과 교차한다.

Description

촬상 소자
본 기술은, 촬상 소자 및/또는 촬상 장치 내의 화소에 관한 것이다. 상세하게는, 포화 신호 전하량을 향상시킬 수 있는 촬상 소자 및/또는 촬상 장치 내의 화소에 관한 것이다.
CCD(Charge-Coupled Device) 이미지 센서는, 화소에 대응하는 광전 변환 소자(포토 다이오드)를 2차원적으로 배열시키고, 광전 변환 소자에 의해 전하로 된 각화소의 신호를, 수직 전송 CCD와 수평 전송 CCD를 이용하여 순차적으로 판독하여 가는 타입의 이미지 센서이다.
한편, CMOS 이미지 센서는, 화소에 대응하는 광전 변환 소자를 2차원적으로 배열시키는 점에서는 CCD 이미지 센서와 마찬가지이지만, 신호의 판독에 수직 및 수평 전송의 CCD를 사용하지 않고서, 메모리 디바이스와 같이 알루미늄, 구리선 등으로 구성되는 선택선에 의해, 화소마다 축적된 신호를, 선택된 화소로부터 판독하는 것이다.
상기한 바와 같이 CCD 이미지 센서와 CMOS 이미지 센서는 판독 방식 등이 다른 요소는 많지만, 쌍방 함께 포토 다이오드는 공통의 구조이다.
광전 변환 소자에 축적할 수 있는 신호 전하량의 최대치는, 포화 신호 전하량(Qs)이라고 칭하여진다. 그리고, 높은 포화 신호 전하량을 갖는 이미지 센서는, 다이내믹 레인지나 SN비가 향상한 것으로 된다. 따라서 이미지 센서의 특성 향상에 있어서, 포화 신호 전하량의 증가는 매우 중요한 요소가 된다. 포화 신호 전하량을 증가하는 방법으로서는, 포토 다이오드의 면적을 증가시키는 것이나, 포토 다이오드의 PN 접합 용량을 증가시키는 것이 생각된다.
특허문헌 1에서는, 광전 변환 소자의 면적 증가나 불순물 농도를 증가시키는 일 없이, 포화 신호 전하량을 증가시켜서 고감도를 얻는 것이 가능한 촬상 소자에 관해 제안되어 있다.
일본 특개2005-332925호 공보
상기한 바와 같이, 포화 신호 전하량을 증가하는 방법으로서는, 포토 다이오드의 면적을 증가시키는 것이나, 포토 다이오드의 PN 접합 용량을 증가시키는 것이 생각된다.
그렇지만, 포토 다이오드의 면적을 증가시키면, 같은 화각(畵角)으로 비교한 경우, 포토 다이오드의 면적 증가에 수반하여, 이미지 센서의 총 화소수가 감소하여 버린다. 또한, 포토 다이오드의 PN 접합 용량을 증가시키기 위해, P형 영역과 N형 영역의 농도를 증가시키면, 암전류도 증가해 버리기 때문에, PN 접합 용량을 증가시키는 데는 한계가 있다.
또한 특허문헌 1에서는, PN 접합 용량 확대부를 기판 표면측부터 기판 깊이 방향으로 연속해서 늘림으로써 포화 신호 전하를 증가시키는 기술이 나타나 있는데, 판독 전극의 배치에 제약이 발생하거나, 신호의 판독을 우선하기 위해 최적의 PN 접합 용량 확대 패턴을 선택하는 것이 곤란하거나 한다는 가능성이 있다.
본 기술은, 이와 같은 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 포화 신호 전하량을 증가시킬 수 있도록 하는 것이다.
본 기술의 한 실시의 형태에 관하여, 제1의 P형 불순물 영역과, 제1의 N형 불순물 영역과, 제2의 P형 불순물 영역, 제2의 N형 불순물 영역 및 PN 접합면을 포함하는 용량 확대부를 포함하고, 상기 제2의 P형 불순물 영역 및 상기 제2의 N형 불순물 영역은 상기 PN 접합면을 형성하고, 상기 제1의 P형 불순물 영역, 상기 제1의 N형 불순물 영역 및 상기 용량 확대부는 깊이 방향으로 반도체 기판의 상면으로부터 배치되어 있는 촬상 소자를 제공한다.
촬상 소자는 일면보다 상기 제2의 N형 불순물 영역에 더 가까운 상기 제2의 P형 불순물 영역의 다른 면에 대향하는 상기 일면 상에 축적된 전하를 판독하는 판독 전극을 또한 포함하고, 상기 용량 확장부와 상기 판독 전극 사이의 거리는, 상기 용량 확장부와 상기 제1의 N형 불순물 영역의 거리보다 크다.
상기 용량 확대부는, 제2의 P형 불순물 영역과 제2의 N형 불순물 영역을 포함하고, 상기 제2의 P형 불순물 영역과 상기 제2의 N형 불순물 영역은 교대로 배치될 수 있다.
상기 반도체 기판은 실리콘으로 구성되고, 상기 제2의 P형 불순물 영역은 일함수차(仕事關數差)에 의해 실리콘과의 계면을 홀(hall)로 채울 수 있는 재료로 형성될 수 있다.
상기 제1의 P형 불순물 영역과 상기 제2의 P형 불순물 영역은, 다른 방향으로 마련된 층이도록 할 수 있다.
상기 제1의 N형 불순물 영역과 상기 제2의 N형 불순물 영역은, 다른 방향으로 마련된 층이도록 할 수 있다.
상기 제1의 N형 불순물 영역은, 고농도를 갖는 N+영역과 저농도를 갖는 N-영역으로 구성될 수 있다.
상기 제1의 N형 불순물 영역은, 저농도를 갖는 N-영역일 수 있다.
포텐셜의 구배는 전하를 판독하기 위해 상기 용량 확대부로부터 상기 판독 전극까지 제공될 수 있다.
상기 용량 확대부 내의 상기 제2의 N형 불순물 영역은, 소정(또는 선택적으로, 원하는) 방향에서 본 단면에서, 4각형상으로 형성될 수 있다.
상기 용량 확대부 내의 상기 제2의 P형 불순물 영역은, 소정(또는 선택적으로, 원하는) 방향에서 본 단면에서, 소정의(또는 선택적으로, 원하는) 폭을 갖는 곡선 형상으로 형성될 수 있다.
상기 용량 확대부 내의 상기 제2의 P형 불순물 영역은, 소정(또는 선택적으로, 원하는) 방향으로부터의 단면도에서, 소정(또는 선택적으로, 원하는)의 폭을 갖는 원형상으로 형성될 수 있다.
상기 용량 확대부 내의 상기 제2의 P형 불순물 영역과 상기 제2의 N형 불순물 영역의 반복하는 간격은, 1㎛ 이하일 수 있다.
복수의 촬상 소자는 플로팅 디퓨전을 공유하고, 상기 판독 전극은 상기 플로팅 디퓨전의 부근에 배치될 수 있다.
본 기술의 한 실시의 형태의 촬상 소자는, 제1의 P형 불순물 영역; 제1의 N형 불순물 영역; 및 제2의 P형 불순물 영역, 제2의 N형 불순물 영역, 및 PN 접합면을 포함하는 용량 확대부 포함하고, 상기 제2의 P형 불순물 영역 및 상기 제2의 N형 불순물 영역은 상기 PN 접합면을 형성하고, 상기 제1의 P형 불순물 영역, 상기 제1의 N형 불순물 영역 및 용량 확대부는 깊이 방향으로 반도체 기판의 상면으로부터 배치되어 있다.
본 기술의 한 실시의 형태에 의하면, 포화 신호 전하량을 증가시킬 수 있다.
또한, 여기에 기재된 효과는 반드시 한정되는 것이 아니고, 본 개시 중에 기재된 어느 하나의 효과라도 좋다.
도 1은 촬상 소자의 구성의 한 예를 도시하는 도면.
도 2는 깊이와 포텐셜의 관계를 도시하는 도면.
도 3은 촬상 소자의 구성의 한 예를 도시하는 도면.
도 4는 깊이와 포텐셜의 관계를 도시하는 도면.
도 5는 촬상 소자의 구성의 한 예를 도시하는 도면.
도 6은 깊이와 포텐셜의 관계를 도시하는 도면.
도 7은 촬상 소자의 구성의 한 예를 도시하는 도면.
도 8은 깊이와 포텐셜의 관계를 도시하는 도면.
도 9는 본 기술을 적용한 촬상 소자의 한 실시의 형태의 구성을 도시하는 도면.
도 10은 전하의 흐름에 관해 설명하기 위한 도면.
도 11은 촬상 소자의 단면도.
도 12는 판독 전극의 배치에 관해 설명하기 위한 도면.
도 13은 PN 접합 용량 확대부 내의 N+영역의 형상의 한 예를 도시하는 도면.
도 14는 PN 접합 용량 확대부 내의 N+영역의 형상의 한 예를 도시하는 도면.
도 15는 PN 접합 용량 확대부 내의 N+영역의 형상의 한 예를 도시하는 도면.
도 16은 PN 접합 용량 확대부 내의 N+영역의 형상의 한 예를 도시하는 도면.
도 17은 PN 접합 용량 확대부 내의 N+영역의 형상의 한 예를 도시하는 도면.
도 18은 PN 접합 용량 확대부 내의 N+영역의 형상의 한 예를 도시하는 도면.
도 19는 PN 접합 용량 확대부 내의 N+영역의 형상의 한 예를 도시하는 도면.
도 20은 PN 접합 용량 확대부 내의 N+영역의 형상의 한 예를 도시하는 도면.
도 21은 PN 접합 용량 확대부 내의 N+영역의 형상의 한 예를 도시하는 도면.
도 22는 PN 접합 용량 확대부 내의 N+영역의 형상의 한 예를 도시하는 도면.
도 23은 PN 접합 용량 확대부 내의 N+영역의 형상의 한 예를 도시하는 도면.
도 24는 PN 접합 용량 확대부 내의 N+영역의 형상의 한 예를 도시하는 도면.
도 25는 PN 접합 용량 확대부 내의 N+영역의 형상의 한 예를 도시하는 도면.
도 26은 PN 접합 용량 확대부 내의 N+영역의 형상의 한 예를 도시하는 도면.
도 27은 도 1에 도시한 촬상 소자의 단면도.
도 28은 1화소의 크기에 관해 설명하기 위한 도면.
도 29는 화소의 크기와 포화 신호 전하량의 관계에 관해 설명하기 위한 도면.
도 30은 PN 접합 용량 확대부를 갖는 화소의 크기에 관해 설명하기 위한 도면.
도 31은 화소의 크기와 포화 신호 전하량의 관계에 관해 설명하기 위한 도면.
도 32는 촬상 소자의 다른 구성에 관해 설명하기 위한 도면.
도 33은 깊이와 포텐셜의 관계를 도시하는 도면.
도 34는 촬상 소자의 또 다른 구성에 관해 설명하기 위한 도면.
도 35는 화소 사이 공유의 구조에 관해 설명하기 위한 도면.
도 36은 화소 사이 공유의 구조에 관해 설명하기 위한 도면.
도 37은 화소 사이 공유의 구조에 관해 설명하기 위한 도면.
도 38은 촬상 소자의 사용례를 도시하는 도면.
도 39는 촬상 장치의 구성을 도시하는 도면.
이하에, 본 기술의 실시의 형태에 관해 도면을 참조하여 설명한다.
본 기술의 실시의 형태는 이하의 순서로 설명한다.
1. 촬상 소자의 구성(종래)
2. 촬상 소자의 구성
3. PN 접합 용량 확대부의 N+영역의 형상
4. 포화 신호 전하량의 향상
5. 촬상 소자의 다른 구성
6. 화소 공유
7. 촬상 소자의 사용례
이하에 설명하는 본 기술은, CCD 이미지 센서나 CMOS 이미지 센서를 구성하는 촬상 소자에 적용할 수 있기 때문에, 여기서는 그와 같은 촬상 소자를 예로 들어서 설명을 행한다. 또한, 이하에 설명하는 본 기술을 적용함으로써, 촬상 소자(광전 변환 소자(포토 다이오드))에 축적할 수 있는 신호 전하량의 최대치인 포화 신호 전하량(Qs)을 증가시킬 수 있다.
이와 같은 효과를 얻을 수 있는 본 기술을 적용한 촬상 소자에 관해 설명하기 위해, 우선 비교를 위해, 종래의 촬상 소자에 관해 간편하게 설명을 가한다.
<촬상 소자의 구성(종래)>
도 1은, 촬상 소자의 한 예의 구성을 도시하는 도면이다. 촬상 소자(10)는, 실리콘 기판의 상면부터 깊이 방향으로 차례로, P+영역(21), N+영역(22), N-영역(23), P+영역(24)의 각 불순물 영역을 형성하는 구조로 되어 있고, 측면은, P+영역(25)으로 형성된 구조로 되어 있다.
도 1 및 이하의 설명에서, "+" 및 "-" 기호는, 불순물 농도가 다른 영역과 비교하여 높은 것 또는 낮은 것을 나타내고 있다.
이와 같은 구조를 갖는 촬상 소자(10)에, 광이 입사되면, 전자-정공 쌍(對)이 발생하고, 신호 전하(전자)는, P형(또는 p형) 영역과 N형(또는 n형) 영역의 접합부에 축적된다. 축적된 전하를 판독하기 위한 판독 전극(31)이, 도 1 에 도시한 촬상 소자(10)에서는, P+영역(21)의 상면에 구비되어 있다.
도 1에 도시한 바와 같은 구조를 갖는 촬상 소자(10)에서의 깊이와 포텐셜(Potential)과의 관계를 도시하면 도 2와 같이 된다. 도 2에서, 횡축은 촬상 소자(10)의 상면(P+영역(21)의 상면)부터의 깊이를 나타내고, 종축은, 부(負)의 포텐셜을 나타낸다. 도 2에서, 종축의 값이 클(부의 포텐셜이 낮을)수록, 전자에서는 높은 포텐셜이고, 홀에서는 낮은 포텐셜이다.
이하의 설명에서는, 도 1에 도시한 촬상 소자(10)의 구조이고, 도 2에 도시한 포텐셜의 상태를 갖는 촬상 소자(10)를 기준으로 하고, 기준으로 한 촬상 소자(10)와의 차이, 포텐셜의 변화 등에 관해 설명을 가한다.
도 3, 도 5, 도 7은, 도 1에 도시한 촬상 소자(10)에 대해, 포화 신호 전하량(Qs)을 증가시키기 위한 구조를 갖는 종래의 촬상 소자의 한 예를 도시하는 도면이다. 이하의 설명에서, 도 1에 도시한 촬상 소자(10)와 같은 구성을 갖는 부분에 관해서는, 같은 부호를 붙이고, 그 설명은 적절히 생략한다.
도 3에 도시한 촬상 소자(50)는, 도 1에 도시한 기준이 되는 촬상 소자(10)에 대해, N+영역(22)의 영역을 크게 한(깊이를 깊게 한) 구조로 되어 있다. 촬상 소자(50)의 N+영역(61)은, 촬상 소자(10)(도 1)의 N+영역(22)에 비하여 깊은 위치까지 마련되어 있다.
도 4는, 도 3에 도시한 바와 같은 구조를 갖는 촬상 소자(50)에서의 깊이 방향과 포텐셜(Potential)과의 관계를 도시하는 도면이다. 도 4 중, 점선은, 도 2에 실선으로 도시한 촬상 소자(10)에서의 포텐셜의 상태를 나타내고, 실선은, 촬상 소자(50)에서의 포텐셜의 상태를 나타낸다.
촬상 소자(50)와 같이, N+영역(61)을 깊게 함으로써, 벌크의 심부(深部)의 포텐셜을 깊게 하여, 용량 붙임을 행할 수가 있다. 도 4에 도시한 바와 같이, 용량 붙임이 행하여짐으로써, 부의 포텐셜이 낮은 상태(피크의 상태)를 깊이 방향에서 유지할 수 있게 되고, 포화 신호 전하량(Qs)을 증가시키는 것이 가능해진다.
그렇지만, 이 경우, 이미지 센서 내의 전계(電界)가 부족하거나, 배리어가 발생하거나 함으로써 판독 게이트를 온(ON)한 때에 신호를 전부 판독할 수가 없을 가능성이 있다.
도 5는, 촬상 소자의 다른 구성을 도시하는 도면이다. 도 5에 도시한 촬상 소자(100)는, 도 1에 도시한 기준이 되는 촬상 소자(10)에 대해, N+영역(22)의 불순물 농도를 높게 한 구조로 되어 있다. 촬상 소자(100)의 N++영역(101)은, 촬상 소자(10)(도 1)의 N+영역(22)에 비하여 불순물 농도가 높은 상태로 되어 있다.
도 6은, 도 5에 도시한 바와 같은 구조를 갖는 촬상 소자(100)에서의 깊이 방향과 포텐셜(Potential)과의 관계를 도시하는 도면이다. 도 5 중, 점선은, 도 2에 실선으로 도시한 촬상 소자(10)에서의 포텐셜의 상태를 나타내고, 실선은, 촬상 소자(100)에서의 포텐셜의 상태를 나타낸다.
촬상 소자(100)와 같이, P+영역(21)과 접합되어 있는 N++영역(101)의 불순물 농도를 높임으로써, 이미지 센서 표면을 깊게 하여, 표면에 용량 붙임을 행할 수가 있다. 도 6에 도시한 바와 같이, 용량 붙임이 행하여짐으로써, 피크시(時)의 부의 포텐셜을 보다 높은 상태로 할 수 있고, 포화 신호 전하량(Qs)을 증가시키는 것이 가능해진다.
그렇지만, 판독을 위한 전압을 높게 한 필요가 있고, 판독 불량이 발생하거나, 백점(白点, white spot)이 악화하거나 할 가능성이 있다.
도 7은, 촬상 소자의 다른 구성을 도시하는 도면이다. 도 7에 도시한 촬상 소자(150)는, 도 1에 도시한 기준이 되는 촬상 소자(10)에 대해, P+영역(21)을 얇게 하고(얕게 하고), N+영역(22)을 두껍게(깊게) 한 구조로 되어 있다. 촬상 소자(150)의 P+영역(151)은, 촬상 소자(10)(도 1)의 P+영역(21)에 비하여 얇게(얕게) 구성되고, 촬상 소자(150)의 N+영역(152)은, 촬상 소자(10)(도 1)의 N+영역(22)에 비하여 두껍게(깊게) 구성되어 있다.
도 8은, 도 7에 도시한 바와 같은 구조를 갖는 촬상 소자(150)에서의 깊이 방향과 포텐셜(Potential)과의 관계를 도시하는 도면이다. 도 7 중, 점선은, 도 2에 실선으로 도시한 촬상 소자(10)에서의 포텐셜의 상태를 나타내고, 실선은, 촬상 소자(150)에서의 포텐셜의 상태를 나타낸다.
촬상 소자(150)와 같이, N+영역(152)을 실리콘 기판 표면측에 확대함으로써, 도 8에 도시한 바와 같이, 포텐셜의 피크가 시작하는 깊이를 얕은 위치로 가져올 수 있고, 포화 신호 전하량(Qs)을 증가시키는 것이 가능해진다.
그렇지만, 도 5에 도시한 촬상 소자(100)와 같이, 표면 전계 증대에 의해 백점이 악화할 가능성이 있다.
그래서, 포화 신호 전하량(Qs)을 증가시키는 것이 가능하고, 상기한 바와 같은 백점이 악화하거나, 판독 불량이 발생하거나 하지 않는 구조를 갖는 촬상 소자에 관해, 이하에 설명한다.
<촬상 소자의 구성>
도 9는, 본 기술을 적용한 촬상 소자의 한 실시의 형태의 구성을 도시하는 도면이다.
도 9에 도시한 촬상 소자(300)에서, 도 1에 도시한 촬상 소자(10)와 같은 구성을 갖는 부분에는, 같은 부호를 붙이고, 그 설명은 적절히 생략한다. 도 9에 도시한 촬상 소자(300)는, 도 1에 도시한 촬상 소자(10)와 비교하여, N-영역(23)의 영역이, N-영역(301), N+영역(302-1, 302-2 및 302-3)(총괄하여 302로 한다), 및 P+영역(303-12 및 303-2)(총괄하여 303으로 한다)으로 구성되어 있는 점이 다르고, 다른 부분은 마찬가지이다.
촬상 소자(300)에서는, 고농도의 N+영역(22)의 하층에 마련된 저농도의 N-영역(301)의 깊이는 얕게 구성되고, N-영역(301)과, 고농도의 P+영역(24)과의 사이에는, N+영역(302)과 P+영역(303)으로 이루어지는 층이 형성되어 있다. 여기서는, N+영역(302)과 P+영역으로 이루어지는 층을, PN 접합 용량 확대부(310)라고 기술한다. 이 PN 접합 용량 확대부(310)는, 촬상 소자(300)의 신호 전하 축적부를 확대하기 위해 마련한 부분이기 때문에, 여기서는, 용량 확대부로 기술한다.
PN 접합 용량 확대부(310)는, 도 9에 도시한 예에서는, N+영역(302-1), N+영역(302-2), N+영역(302-3), P+영역(303-1), P+영역(303-2)을 포함하고, N+영역(302-1)과 N+영역(302-2)의 사이에, P+영역(303-1)이 형성되고, N+영역(302-2)과 N+영역(302-3)의 사이에, P+영역(303-2)이 형성된 구성으로 되어 있다.
이와 같이, PN 접합 용량 확대부(310)는, N+영역(302)(N형 불순물 영역)과 P+영역(303)(P형 불순물 영역)이 교대로 배치된 구성으로 되어 있다.
PN 접합 용량 확대부(310)의 피치 간격, 환언하면, N+영역(302)과 P+영역(303)의 반복 간격은, 예를 들면, 1.0㎛ 이하로 구성되는 것이 바람직하다. 예를 들면, N+영역(302-1)과 P+영역(303-1)을 합치 폭은, 1.0㎛ 이하로 구성된다. 이 피치 간격을 작게 미세화함으로써, 사이에 넣는 N형 불순물 농도가 증가하고, 보다 포화 신호 전하량(Qs)을 증가시킬 수 있다.
또한, 후술하는 바와 같이, PN 접합 용량 확대부(310)의 피치 간격은, 도 9에 도시한 촬상 소자(300)와 같이 균일하여도 좋지만, 불균일하여도 좋다. 또한 여기서는, N+영역(302)과 P+영역(303)의 반복 간격은, 예를 들면, 1.0㎛ 이하인 것으로서 설명을 계속하지만, 본 기술의 적용 범위를 한정하는 기재가 아니라, 다른 간격이라도 본 기술을 적용할 수 있다. 예를 들면, 1.0㎛ 이상이라도, 본 기술을 적용할 수 있다.
N+영역(22)과 N-영역(301)을 횡방향으로 마련된 층이라고 하면, PN 접합 용량 확대부(310)의 N+영역(302)과 P+영역(303)은, 종방향으로 마련된 층이다. PN 접합 용량 확대부(310)는, N+영역(302)과 P+영역(303)이 종방향으로 교대로 적층된(배열된) 구성이고, 다른 층과는 다른 방향으로 적층된 층이다. 도 9에 도시된 불순물 영역(예를 들면, 영역 22, 301, 302, 303 등)은 도시된 상대적인 불순물 농도와 구성으로 제한되지 않고, 촬상 소자(300)의 예시적인 재료를 설명하기 위한 것임을 이해하여야 한다. 따라서, 본 명세서의 전반에 걸쳐, N+ 및/또는 N-영역(22, 301 및/또는 203)은 제1의 재료 또는 N형 영역으로 지칭될 수 있고, P+ 및/또는 P-영역(21, 25, 및/또는 303)은 제2의 재료 또는 P형 영역으로 지칭될 수 있다. 또한, 예시적인 실시의 형태는 제1의 재료가 N형이고 제2의 재료가 P형인 것으로 제한되지 않음을 이해하여야 한다. 예를 들면, 제1의 재료는 도전성 재료일 수 있고, 제2의 재료는 제1의 재료보다 낮은 도전율을 갖는 절연성 재료일 수 있다.
또한, PN 접합 용량 확대부(310)는, 도 10에 도시하는 바와 같이, 포텐셜 구배를 갖는 구성으로 되어 있다. 도 10은, 도 9와 같이, 촬상 소자(300)를 도시한 도면이고, 그 촬상 소자(300)에, 신호 전하의 흐름을 화살표로 기재한 도면이다.
화살표로 도시한 바와 같이, N+영역(302-1)에서 발생한 전하, N+영역(302-2)에서 발생한 전하, 및 N+영역(302-3)에서 발생한 전하의 각각이, 판독 전극(31)의 근처까지 가도록, 포텐셜 구배가 제공되어 있다. 환언하면, PN 접합 용량 확대부(310)로부터 판독 전극(31) 사이에서는, 전하를 판독하기 위한 포텐셜 구배가 제공되어 있다.
도 11A 내지 C에, 도 9에 도시한 촬상 소자(또는 촬상 장치 내의 화소)(300)를, 상면에서 본 때의 도면을 도시한다. 도 11A는, 도 9에 도시한 촬상 소자(300)와 같이, 촬상 소자(300)의 단면도이다. 도 11A에 도시한 촬상 소자(300)에서는, 도 9에 도시한 촬상 소자(300)의 PN 접합 용량 확대부(310)는, 마찬가지로, PN 접합 용량 확대부(310)라고 기술하지만, N+영역(22)과 N-영역(301)을 통합하여, N형 불순물 영역(320)으로 기술하고, P+영역(21)을 P형 불순물 영역(330)으로 기술한다.
도 11A에 도시하는 바와 같이, 촬상 소자(300)는, 판독 전극(31)이 마련되어 있는 측부터 차례로, P형 불순물 영역(330), N형 불순물 영역(320), PN 접합 용량 확대부(310)가 적층되어 있는 구조로 되어 있다.
P형 불순물 영역(330)과 N형 불순물 영역(320)은, 횡방향으로 적층된 층이고, PN 접합 용량 확대부(310)는, P형 불순물 영역(330)의 층이나 N형 불순물 영역(320)의 층과는 다른 방향이고, 도 11A에 도시한 방향에서는 종방향으로 N+영역(302)과 P+영역(303)이 적층된 층이다.
이와 같이, PN 접합 용량 확대부(310)는, 다른 층과는 다른 방향으로 적층된 층으로 할 수 있다. 다른 방향으로서, 다른 층과 수직으로 교차하는 방향이라도 좋고, 소정의(또는 선택적으로, 원하는) 각도를 갖고 교차하는 방향(경사 방향)이라도 좋다.
도 11B는, 도 11A에 도시한 촬상 소자(300)를 A-A'로 절단한 때의 단면도이다. 도 11C는, B-B'로 절단한 때의 단면도이다. 즉, 도 11B는, N형 불순물 영역(320)에서의 단면도이고, 도 11C는, PN 접합 용량 확대부(310)에서의 단면도이다.
도 11B에 도시한 바와 같이, N형 불순물 영역(320)에서의 단면도는, N형 불순물이 일양(一樣)하게 확산된 면으로 되어 있다. 도 11B에는, 참고를 위해, 판독 전극(31)도 도시하였다. 판독 전극(31)은, N형 불순물 영역(320)의 일부분의 영역상에 이어지도록 배치된다. 도 11B 및 도 11C는 도 11A의 횡단면도이다. 예를 들면, 도 11C는 도 11A의 제1의 횡단면도이고, 도 11B는 도 11A의 제2의 횡단면도이다. 그러나, 제1 및 제2의 용어는 편의상 상요되며, 예시적인 실시의 형태를 제한하지 않는다. 촬상 소자(330)는 촬상 장치(라벨링되지 않음)의 기판에 배치된 화소의 어레이 내의 화소에 대응될 수 있다. 도 9 및 도 11A에 도시된 바와 같이, 화소는 기판 내에 배치된 제1의 재료(예를 들면, N형 불순물 영역(22, 301, 302 및 320)) 및 제2의 재료(예를 들면, P형 불순물 영역(302 및 303))을 포함한다. 또한, 도 11A에 도시된 바와 같이, 제1의 재료의 제1의 영역(예를 들면, PN 접합 용량 확대부(310) 내의 N형 불순물 영역의 가장 왼쪽 브랜치), 제1의 재료의 제2의 영역(가장 왼쪽 브랜치에 바로 인접한 PN 접합 용량 확대부(310) 내의 N형 불순물 영역의 브랜치), 및 제2의 재료의 제3의 영역(예를 들면, 적어도 하나의 접합을 형성한다(예를 들면, PN 접합)). 또한, 도 11C에 도시한 바와 같이, 기판의 제1의 횡단면은 적어도 하나의 접합과 교차한다(즉, 영역 302 및 303은 교차한다). 기판의 제2의 횡단면(예를 들면, 도 11B)은 적어도 하나의 제1의 재료의 제4의 영역(예를 들면, N형 불순물 영역(320))과 교차한다. 도 11B 및 도 11C에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 제1의 재료의 제4의 영역(예를 들면, 도 11B에서의 N형 불순물 영역(320))은, 도 11C에서 제1의 횡단면 내에 차지하는 제1의 재료의 제1의 영역 및 제1의 재료의 제2의 영역과 다른 양(예를 들면, 더 많은 양)의 표면적을 도 11B에서의 제2의 횡단면 내에서 차지한다. 즉, 도 11B에서 N형 불순물 영역은, (N+영역(302)로 설명되는) 도 11C에서 N형 불순물 영역과 다른 양(예를 들면, 더 많은 양)의 표면적을 차지한다. 제1의 횡단면(예를 들면, 도 11C)은 제2의 횡단면(예를 들면, 도 11B)보다 촬상 소자(300)(또는 제1의 화소)의 광입사측에 더 가깝다. 도 11A-11B에 도시한 바와 같이, 제1의 재료는 N형 재료이고, 제2의 재료는 P형 재료이다. 그러나, 예시적인 실시의 형태는 이에 제한되지 않는다. 적어도 하나의 다른 실시의 형태에 관하여, 제1의 재료는 도전성 재료(예를 들면, N형 재료)이고, 제2의 재료는 절연성 재료이다(예를 들면, 도 34 참조). 도 11A-11C로부터 알 수 있는 바와 같이, 제1의 재료(예를 들면, N형 재료)는, 판독 전극(31)의 관점으로부터는 단일 영역처럼 보이고(도 11B 참조), 촬상 소자(300)의 광입사측의 관점으로부터는 다중 영역 또는 다중 접합처럼 보인다(도 11C 참조). 이는 포화 신호 전하량을 증가시키면서 판독 전극(31)을 다양한 위치에 배치되게 한다(도 12 참조).
본 기술을 적용한 촬상 소자(300)에서는, 판독 전극(31)의 배치 위치에 제한은 없고, 도 12에 도시하는 바와 같은 여러 가지의 위치에 배치할 수도 있다. 도 12를 참조하면, 도 11B에 도시한 경우와 같이, N형 불순물 영역(320)의 도면 중 우변에 판독 전극(31-1)을 마련할 수 있다. 또한, 도 12에 도시한 바와 같이, N형 불순물 영역(320)의 도면 중 하변에 판독 전극(31-2)을 마련하여도 좋다.
판독 전극(31-1)과 판독 전극(31-2)으로서 도시한 바와 간이, 배치뿐만 아니라, 판독 전극의 크기도, 자유도가 높고, 어떤 크기라도, 본 기술을 적용할 수 있다. 또한, 도 12에 도시하는 바와 같이, N형 불순물 영역(320)의 모서리의 부분에 판독 전극(31-3)을 마련하여도 좋다. 또한, 도 12에 도시하는 바와 같이, N형 불순물 영역(320)의 중앙 부분에 판독 전극(31-4)을 마련하여도 좋다.
판독 전극(31-1 내지 31-4)으로서 도시한 어느 하나의 위치에 판독 전극(31)은 배치된다. 또한, 도 12에 도시한 판독 전극(31) 이외의 부분에, 판독 전극(31)이 배치되어 있어도 좋다.
본 기술에 의하면, 포화 신호 전하량(Qs)을 증가시키기 위한 구조가, 도 3 내지 도 8을 참조하여 설명한 촬상 소자와 같이, 기판 표면 부근에 있는 구조가 아니라, 기판의 후면에 있기 때문에, 기판 표면에 배치되는 판독 전극(31)을, 상기한 바와 같이, 제한 없이, 소망되는 위치에 배치하는 것이 가능하다. 즉, PN 접합 용량 확대부(310)의 영향을 받지 않기 때문에, 판독 전극(31)에 제약은 없다.
도 11C를 참조한다. 도 11C는, PN 접합 용량 확대부(310)의 단면도이다. PN 접합 용량 확대부(310)의 단면은, N+영역(302)과 P+영역(303)이 교대로 배치된 상태로 되어 있다. PN 접합 용량 확대부(310)의 N+영역(302)은, 도 11C에 도시한 예에서는, 격자형상으로 마련되고, 16개의 사각형으로 분산되어 마련되어 있다.
하나의 사각형의 크기는, 어떤 크기라도 좋지만, 예를 들면, 상기한 바와 같이 1.0㎛ 이하(사각형의 N형 영역과 인접하는 P형 영역을 합친 크기가 1.0㎛ 이하)로 구성되는 크기인 것이 바람직하다. 또한, 형상도, 사각형이라고 하였지만, 정방형, 장방형, 마름모꼴, 사다리꼴 등의 형상이라도 좋고, 원, 타원 등 사각형 이외의 형상이라도 좋다.
<PN 접합 용량 확대부의 N+영역의 형상>
여기서, 도 13 내지 도 26을 참조하여, PN 접합 용량 확대부(310)의 N+영역(302)의 형상에 관해 또한 설명한다. 도 13 내지 도 26은, 도 11C와 같이, PN 접합 용량 확대부(310)에서의 단면도를 도시한다. 또한 도 13 내지 도 26에서는, 설명을 위해, 판독 전극(31)도 도시한다.
또한, PN 접합 용량 확대부(310)의 N+영역(302)의 형상을 예로 들어 설명을 행하지만, PN 접합 용량 확대부(310)의 P+영역(303)의 형상을 예로 들어 설명한 경우도, 기본적으로 마찬가지이기 때문에, 여기서는, N+영역(302)의 쪽을 예로 들어 설명을 계속한다.
도 13에 도시한 PN 접합 용량 확대부(310)의 N+영역(302)은, 도 11C에 도시한 N+영역(302)과 같이, 격자형상으로 마련되어 있지만, 하나의 사각형이 작고, 28개의 사각형으로 분산되어 마련되어 있다. 또한, 각 N+영역(302)은 모서리의 부분에서 접촉한 상태로 형성되어 있다. 이와 같이 PN 접합 용량 확대부(310)의 N+영역(302)의 형상을, 격자형상으로 마련하고, 하나의 격자는 작게 형성하는 구조로 하여도 좋다. 도 13에 도시한 바와 같이, 제1의 재료(예를 들면, N+ 영역(302)) 및 제2의 재료(예를 들면, 영역(303))는 체크무늬 패턴으로 되어 있다. 예를 들면, 제1의 재료(예를 들면, 영역(302))는 제2의 재료 내에서 n열 및 m행의 격자를 형성한다.
도 14에 도시한 PN 접합 용량 확대부(310)의 N+영역(302)은, 도 11C에 도시한 N+영역(302)과 같이, 격자형상으로 마련되어 있지만, 하나의 사각형이 크고, 4개의 사각형으로 분산되어 마련되어 있다. 이와 같이 PN 접합 용량 확대부(310)의 N+영역(302)의 형상을, 격자형상으로 마련하고, 하나의 격자는 크게 형성하는 구조로 하여도 좋다.
또한, 상기한 바와 같이, PN 접합 용량 확대부(310)의 피치 간격이, 바람직하게는 1.0㎛ 이하로 구성되어 있는 조건을 충족시킨 상태에서, 도 14에 도시한 PN 접합 용량 확대부(310)의 N+영역(302)을 적용한 경우, 1화소가 작으면, 조건을 충족시킨 상태에서 N+영역(302)을 구성할 수 있다. 즉, PN 접합 용량 확대부(310)의 N+영역(302)의 크기는, 1화소의 크기에 의해 설정할 수 있다.
도 15에 도시한 PN 접합 용량 확대부(310)의 N+영역(302)은, 도 11C에 도시한 N+영역(302)과 같이, 격자형상으로 마련되어 있지만, 판독 전극(31)이 배치되어 있는 영역에 배치되어 있는 N+영역(302)은, 다른 영역에 배치되어 있는 N+영역(302)보다도 크게 형성되어 있다. 이와 같이, PN 접합 용량 확대부(310) 내의 개개의 N+영역(302)의 형상, 크기는, 동일하지 않아도 좋다.
도 16에 도시한 PN 접합 용량 확대부(310)의 N+영역(302)의 형상은, P+영역(303)이 격자상으로 이산적으로 형성되고, 그 사이를 메우는 형상으로 되어 있다. N+영역(302)은, P+영역(303) 이외의 부분에서는 접속되어 있는 형상이다. 즉, 제2의 재료(예를 들면, 영역(303))는 제1의 재료(예를 들면, 영역(302)) 내에서 n열 및 m행의 격자를 형성한다. 도 16에 도시한 바와 같이, N+영역(302)은, 예를 들면, 도 15에 도시한 바와 같이, 개개의 N+영역(302)은 접속한 일 없이 떨어진 상태로 형성되어 있는 형상이 아니라도 좋다.
도 17에 도시한 PN 접합 용량 확대부(310)의 N+영역(302)은, 도 16에 도시한 N+영역(302)과 같은 형상이지만, 판독 전극(31)이 배치되어 있는 영역에 배치되어 있는 N+영역(302)은, 다른 영역에 배치되어 있는 N+영역(302)보다도 크게 형성되고, 그 영역에는, P+영역(303)이 마련되지 않은 점이 다르다.
도 18에 도시한 PN 접합 용량 확대부(310)의 N+영역(302)의 형상은, 장방형으로 형성되어 있다. 도 18에 도시한 N+영역(302)은, 장방형으로 형성되고, 판독 전극(31)에 대해 평행하게 되는 방향으로 장방형의 긴 변이 오도록 형성되어 있다.
도 19에 도시한 PN 접합 용량 확대부(310)의 N+영역(302)은, 도 18에 도시한 N+영역(302)과 같이 장방형으로 형성되어 있지만, 그 방향이 다르다. 도 19에 도시한 N+영역(302)은, 장방형으로 형성되고, 판독 전극(31)에 대해 직행하는 방향으로 장방형의 긴 변이 오도록 형성되어 있다.
도 20에 도시한 PN 접합 용량 확대부(310)의 N+영역(302)은, 도 19에 도시한 N+영역(302)과 같이 장방형으로 형성되어 있지만, 그 크기가 다르다. 도 20에 도시한 N+영역(302)은, 장방형으로 형성되고, 판독 전극(31)에 대해 직행하는 방향으로 장방형의 긴 변이 오도록 형성되고, N+영역(302) 사이에는, P+영역(303)이 마련되어 있다.
도 18 내지 도 20에 도시한 바와 같이, N+영역(302)의 형상은, 장방형라도 좋고, 그 장방형의 긴 변의 방향은, 판독 전극(31)에 대해 평행하게 되는 방향이라도, 직교하는 방향이라도 좋다. 즉, 제1의 재료(예를 들면, N+영역(302)) 및 제2의 재료(예를 들면, P+영역(303))는 제1의 횡단면 내에서 선형 형상을 갖는다.
도 21에 도시한 PN 접합 용량 확대부(310)의 N+영역(302)은, PN 접합 용량 확대부(310)의 영역 내에서, 소정의(또는 선택적으로, 원하는) 폭을 가지며, 경사 방향으로, 직선 형상으로 마련되어 있는 P+영역(303) 이외의 영역을 메우는 형상으로 되어 있다.
도 22에 도시한 PN 접합 용량 확대부(310)의 N+영역(302)은, PN 접합 용량 확대부(310)의 영역 내에서, 소정의(또는 선택적으로, 원하는) 폭을 가지며, 곡선 형상(일부 직선 형상을 포함한다)으로 마련되어 있는 P+영역(303) 이외의 영역을 메우는 형상으로 되어 있다.
도 23에 도시한 PN 접합 용량 확대부(310)의 N+영역(302)은, 도 22에 도시한 N+영역(302)으로부터 또한, 소정의(또는 선택적으로, 원하는) 폭을 가지며, 경사 방향과 횡방향으로, 직선 형상으로 마련되어 있는 P+영역(303)을 제외한 영역에 마련되어 있다.
도 24에 도시한 PN 접합 용량 확대부(310)의 N+영역(302)은, PN 접합 용량 확대부(310)의 영역 내에서, 소정의(또는 선택적으로, 원하는) 폭을 가지며, 물결(波) 형상(곡선 형상)으로 마련되어 있는 P+영역(303) 이외의 영역을 메우는 형상으로 되어 있다.
도 25에 도시한 PN 접합 용량 확대부(310)의 N+영역(302)은, PN 접합 용량 확대부(310)의 영역 내에서, 소정의(또는 선택적으로, 원하는) 폭을 가지며, 원형으로 마련되어 있는 P+영역(303) 이외의 영역을 메우는 형상으로 되어 있다.
도 26에 도시한 PN 접합 용량 확대부(310)의 N+영역(302)은, PN 접합 용량 확대부(310)의 영역 내에서, 소정의(또는 선택적으로, 원하는) 폭을 가지며, 소용돌이 형상으로 마련되어 있는 P+영역(303) 이외의 영역을 메우는 형상으로 되어 있다.
이와 같이, PN 접합 용량 확대부(310)의 N+영역(302)의 형상(PN 접합 용량 확대부(310)의 P+영역(303)의 형상)은, 격자형상, 봉형상, 곡선 등이 다양한 형상을 채용하는 것이 가능하다. 또한, 선대칭, 점대칭, 또는 비대칭이라도 좋다.
또한, 도 11C, 도 13 내지 도 26에 도시한 형상은 한 예이고, 한정을 나타내는 것이 아니고, 다른 형상이라도, 본 기술의 적용 범위이다.
그렇지만, 바람직하게는, 이하의 조건이 충족되는 형상이 좋다. 상기한 바와 같이, PN 접합 용량 확대부(310)의 피치 간격이, 1.0㎛ 이하로 구성되어 있다. 또한 PN 접합 용량 확대부(310) 내에서, N+영역(302)과 P+영역(303)의 비율은, 동등(1:1)하든지, 또는 N+영역(302)의 쪽이, P+영역(303)보다도 조금 많은 비율이다.
이하의 설명에서는, 도 11C에 도시한 PN 접합 용량 확대부(310)의 구성을 예로 들어 설명을 계속한다.
<포화 신호 전하량의 향상>
상기한 촬상 소자(300)와 같이, P형 불순물 영역(330), N형 불순물 영역(320), 및 PN 접합 용량 확대부(310)를 적층한 구조로 함으로써, 포화 신호 전하량을 향상시키는 것이 가능해진다. 여기서, 포화 신호 전하량이 향상하는 것에 관해 설명을 가한다.
도 27A-27C에, 도 1에 도시한 기준으로 한 촬상 소자(10)(본 기술을 적용한 촬상 소자(300)와 비교를 위해 도시한 촬상 소자)의 구성을 재차 도시하였다. 도 27에 도시한 촬상 소자(10)는, 도 11A-11C에 도시한 촬상 소자(300)와 비교하기 위해, 도 27A에, 측면의 단면도를 도시하고. 도 27B에, 도 27A에 도시한 촬상 소자(10)를 A-A'로 절단한 때의 단면도를 도시하고. 도 27C에, 도 27A에 도시한 촬상 소자(10)를 B-B'로 절단한 때의 단면도를 도시한다. 또한, 도 27B에는, 참고를 위해, 판독 전극(31)도 도시하고 있다.
도 27A는, 도 1에 도시한 촬상 소자(10)와 같이, 촬상 소자(10)의 단면도이다. 도 27A에 도시한 촬상 소자(10)에서는, 도 1에 도시한 촬상 소자(10)의 P+영역(21)을 P형 불순물 영역(410)으로 기술하고, N+영역(22)과 N-영역(23)을 통합하여, N형 불순물 영역(420)으로 기술한다.
촬상 소자(10)에는, PN 접합 용량 확대부(310)에 당해하는 영역은 없기 때문에, 도 27A에 도시한 바와 같이, P형 불순물 영역(410)과 N형 불순물 영역(420)이 적층된 구조로 되어 있다.
도 27B는, 도 27A에 도시한 촬상 소자(10)를 A-A'로 절단한 때의 단면도이다. 도 27C는, B-B'로 절단한 때의 단면도이다. 촬상 소자(10)의 경우, 도 27B와 도 27C는, 다른 위치에서 절단한 때의 단면도이지만, 양 도면 함께, N형 불순물 영역(420)에서의 단면도가 된다.
즉 도 27B, 도 27C에 도시한 바와 같이, N형 불순물 영역(420)에서의 단면은, N형 불순물이 일양하게 확산된 면으로 되어 있다. 따라서, N형 불순물 영역(420)은, 도 27B 및 도 27C에 도시한 바와 같이, 양 단면 내에서 동일한 양의 표면적을 차지한다.
이와 같은 구성을 갖는 촬상 소자(10)의 크기와, 포화 신호 전하량의 관계에 관해, 도 28A-28C 및 도 29를 참조하여 설명한다.
도 28A-28C는, 촬상 소자(10)를 상면에서 본 때의 단면도이고, 도 27B 또는 도 27C에 도시한 A-A' 또는 B-B'로 촬상 소자(10)를 절단한 때의 단면도이다. 도 28A, 도 28B, 도 28C는, 각각 4㎛×4㎛의 중에, 1화소, 4화소, 16화소를 구성하고, 각각의 화소는, 도 1(도 27A-27C)에 도시한 촬상 소자(10)의 구성을 갖는 경우를 나타내고 있다.
도 28A에 도시한 촬상 소자(10)는, 4㎛×4㎛의 중에, 1화소 구성되어 있기 때문에, 1화소는, 4㎛×4㎛의 크기로 되어 있다. 이하, 4㎛×4㎛의 크기의 촬상 소자(10)를, 상태 "A"라고 한다.
도 28B에 도시한 촬상 소자(10)는, 4㎛×4㎛의 중에, 4화소 구성되어 있기 때문에, 1화소는, 2㎛×2㎛의 크기로 되어 있다. 이하, 2㎛×2㎛의 크기의 촬상 소자(10)를, 상태 "B"라고 한다. 도 28C에 도시한 촬상 소자(10)는, 4㎛×4㎛의 중에, 16화소 구성되어 있기 때문에, 1화소는, 1㎛×1㎛의 크기로 되어 있다. 이하, 1㎛×1㎛의 크기의 촬상 소자(10)를, 상태 "C"라고 한다.
도 29는, 상태 "A", 상태 "B", 상태 "C"의 각각의 촬상 소자(10)에 대해 같은 포텐셜을 실현한 때의 포화의 변화를 도시하는 그래프이다. 도 29에 도시한 그래프에서, 횡축은, 최소 단위 셀 사이즈(1화소의 크기)를 나타내고, 종축은, 단위 면적당의 포화 신호 전하량을 나타낸다. 또한 도 29에 도시한 그래프에는, 상태 "A", 상태 "B", 상태 "C"의 각각의 단위 면적당의 포화 신호 전하량을, 점으로 도시(원내에 A, B, C를 붙여서 도시)하고 있다.
상태 "A"의 촬상 소자(10)의 단위 면적당의 포화 신호 전하량과 상태 "B"의 촬상 소자(10)의 단위 면적당의 포화 신호 전하량을 비교하면, 상태 "A"의 단위 면적당의 포화 신호 전하량의 쪽이, 상태 "B"의 단위 면적당의 포화 신호 전하량보다도 많다. 상태 "A"의 촬상 소자(10)의 단위 면적당의 포화 신호 전하량과 상태 "C"의 촬상 소자(10)의 단위 면적당의 포화 신호 전하량을 비교하면, 상태 "A"의 단위 면적당의 포화 신호 전하량의 쪽이, 상태 "C"의 단위 면적당의 포화 신호 전하량보다도 많다. 또한, 상태 "B"의 촬상 소자(10)의 단위 면적당의 포화 신호 전하량과 상태 "C"의 촬상 소자(10)의 단위 면적당의 포화 신호 전하량을 비교하면, 상태 "B"의 단위 면적당의 포화 신호 전하량의 쪽이, 상태 "C"의 단위 면적당의 포화 신호 전하량보다도 많다.
상태 "A"로부터 상태 "B"로 변화는, 화소 사이즈가 작아지고, PN 접합 용량이 확대하여 있는 점이다. 이와 같은 변화에 수반하여, P형 불순물 영역의 면적이 증가하고, 상대적으로 N형 불순물 영역이 감소하고, 그 영향 때문에, 단위 면적당의 포화 신호 전하량이 감소한다고 생각된다. 상태 "B"로부터 상태 "C"로의 변화는, 더욱 화소 사이즈가 작아지는 점에 있다. 이와 같은 변환 수반하여, N형 불순물 영역이 감소하지만, PN 접합 용량이 증가한 영향으로, 단위 면적당의 포화 신호 전하량이 증대하였다고 생각된다.
이들의 관계로부터, 화소 사이즈를 미세화하여 가면, 단위 면적당의 포화 신호 전하량은 증가하는 경향에 있는 것을 알 수 있지만, 화소 사이즈를 적절한 값으로 미세화하지 않으면, 단위 면적당의 포화 신호 전하량은 증가하지 않는 경우가 있음을 알 수 있다.
구체적으로는, 화소 사이즈를, 1.0㎛ 이하로 함으로써, 단위 면적당의 포화 신호 전하량을 증가시킬 수 있다. 그래서, 상기한 바와 같이, 본 기술을 적용한 촬상 소자(300)의 PN 접합 용량 확대부(310)의 피치 간격은, 한 예로서, 1.0㎛ 이하로 한다.
본 기술을 적용한 촬상 소자(300)의 크기를 4㎛×4㎛로 구성한 경우, 도 30A 및 30B에 도시한 바와 같은 구성이 된다. 도 30A는, 도 11B에 도시한 도면과 마찬가지이고, 도 11A에 도시한 촬상 소자(300)를 A-A'로 절단한 때의 단면도이다. 도 30B는, 도 11A에 도시한 촬상 소자(300)를 B-B'로 절단한 때의 단면도이다. 또한, 도 30B에는, 참고를 위해, 판독 전극(31)도 도시하고 있다.
도 30A에 도시한 촬상 소자(300)는, N형 불순물 영역(320)의 단면이고, 4㎛×4㎛의 중에, 1화소분의 N형 불순물 영역(320)이 구성되어 있다. 4㎛×4㎛의 크기를 갖는 N형 불순물 영역(320)을, 상태 "D"라고 한다.
도 30B에 도시한 촬상 소자(300)는, PN 접합 용량 확대부(310)의 단면이고, 4㎛×4㎛의 중에, 1㎛×1㎛(정확하게는, 1㎛×1㎛ 이하)의 N+영역(302)이 16개 구성되어 있다. 4㎛×4㎛의 중에, 1㎛×1㎛의 N+영역(302)이 16개 구성되어 있는 상태를, 상태 "E"라고 한다.
촬상 소자(300)는, 판독 전극(31)측에는, 상태 "D"의 N형 불순물 영역(320)을 가지며, 판독 전극(31)보다 먼 측(기판이 깊은 부분)에는, 상태 "E"의 PN 접합 용량 확대부(310)을 갖고 있다. 즉, 촬상 소자(100)는, 1화소 중에, 상태 "D"와 상태 "E"라는 다른 상태의 구성을 갖고 있다.
상태 "D"(도 30A)는, 상태 "A"(도 28A)와 같고, 상태 "E"(도 30B)는, 상태 "C"(도 28C)와 같다. 촬상 소자(300)는, 판독 전극(31)에 가까운 측은, 1화소와 동등한 구성을 갖고 있지만(예를 들면, 도 30A에서), 먼 측에서는 다수의 미세화된 화소와 동등한 구성을 갖고 있다(예를 들면, 도 30B에서).
도 31은, 도 29에 도시한 상태 "A", 상태 "B", 상태 "C"의 각각의 촬상 소자(10)에 대해 같은 포텐셜을 실현한 때의 포화의 변화를 도시하는 그래프에, 촬상 소자(300)의 단위 면적당의 포화 신호 전하량을 추가한 그래프이다.
촬상 소자(300)는, 도 30을 참조하여 설명한 바와 같이, 화소로서는, 상태 "D"(도 30A)의 구성을 가지며, 4㎛×4㎛의 크기를 갖는 1화소로서 기능이라고 한다. 도 31에서는, 상태 "D"로서, 그 단위 면적당의 포화 신호 전하량을 도시하였다,
도 31을 참조하면, 촬상 소자(300)는, 상태 "A"의 촬상 소자(10)와 동등한 크기이지만, 상태 "D"에 의해 도시한 바와 같이, 그 단위 면적당의 포화 신호 전하량은, 상태 "C"의 촬상 소자(10)와 거의 동등하게 되어 있다. 이와 같이, 촬상 소자(300)에 의하면, 도 28A 및 28B에서 동일 사이즈의 본 기술을 적용하고 있지 않은 촬상 소자에 비하여 포화 신호 전하량을 현격하게 증가시키는 것이 가능해진다(예를 들면, 상태 "A"부터 상태 "D"로).
<촬상 소자의 다른 구성>
촬상 소자의 다른 구성에 관해 설명한다.
도 32는, 본 기술을 적용한 촬상 소자의 다른 구성을 도시하는 도면이다. 도 32에 도시한 촬상 소자(500)의 기본적인 구성은, 도 9에 도시한 촬상 소자(300)와 마찬가지이지만, N+영역(22)이 없고, N-영역(501)만으로 N형 불순물 영역이 구성되어 있는 점이 다르다. 촬상 소자(500)는, 판독 전극(31)측의 N형 불순물의 농도가 엷게 구성되어 있다. 또한 촬상 소자(500)도, PN 접합 용량 확대부(310)를 N-영역(501)보다 깊은 위치에 구비하고 있다.
이와 같이, 판독 전극(31)측의 N형 불순물의 농도를 엷게 구성함으로써, 포텐셜을 얕게 할 수 있다. 도 33은, 도 32에 도시한 바와 같은 구조를 갖는 촬상 소자(500)에서의 깊이 방향과 포텐셜(Potential)과의 관계를 도시하는 도면이다. 도 33 중, 점선은, 도 2에 실선으로 도시한 촬상 소자(10)에서의 포텐셜의 상태를 나타내고, 실선은, 촬상 소자(500)에서의 포텐셜의 상태를 나타낸다.
촬상 소자(500)와 같이, 판독 전극(31)측의 N형 불순물의 농도를 엷게 구성함으로써, 도 33에 도시한 바와 같이, 포텐셜의 피크가 시작한 깊이를 얕은 위치로 에 가져 올 수 있다.
또한, 촬상 소자(500)는, PN 접합 용량 확대부(310)를 갖기 때문에, 촬상 소자(300)와 마찬가지로, 포화 신호 전하량을 크게 하는 것이 가능하다.
판독 전극(31)으로부터 먼 기판측(기판의 깊은 측)에 PN 접합 용량 확대부(310)를 배치함으로써, 포화 신호 전하량을 향상시키는 것이 가능해지기 때문에, 예를 들면, 종래와 같은 포화 신호 전하량, 예를 들면, 도 1에 도시한 촬상 소자(10)에서 얻어지는 포화 신호 전하량을 확보하면 좋은 경우, 도 32에 도시한 촬상 소자(500)와 같이, 기판의 표면측의 포텐셜을 얕게 함으로써, 표면 전계(電界)를 완화시킬 수 있고, 백점을 개선시키는 것이 가능해진다.
또한, 포텐셜이 얕아짐으로써, 판독 전극(31)에 의한 판독 능력을 향상시킬 수 있고, 발생한 전하를 놓침 없이 판독하는 것이 가능한 구조로 할 수 있다. 또한, 포텐셜이 얕아짐으로써, 판독 전압을 저감할 수 있기 때문에, 소비 전력을 저감시키는 것이 가능해진다.
도 34는, 본 기술을 적용한 촬상 소자의 또 다른 구성을 도시하는 도면이다. 도 34에 도시한 촬상 소자(600)의 구조는, 도 9에 도시한 촬상 소자(300)의 구조와 동일하지만, PN 접합 용량 확대부(310)(도 9)를 구성하는 재료가 다르다.
도 34에 도시한 촬상 소자(600)의 PN 접합 용량 확대부(610)는, N+영역(302)과 P+해당(該當) 영역(601)으로 구성되어 있다. P+해당 영역(601)이란, 도 9에 도시한 촬상 소자(300)의 PN 접합 용량 확대부(310)의 P+영역(303)에 당해하는 영역이다. 이 P+해당 영역(601)은, 불순물 이외의 절연막, 예를 들면, 산화막으로서 사용되는 재료가 충전된 영역이다.
P+해당 영역(601)에 충전할 수 있는 재료로서는, 촬상 소자(600)를 실리콘 기판에서 구성한 경우, 일함수로 실리콘과의 계면을 홀로 채울 수 있는 재료라면 좋다.
이 P+해당 영역(601)은, 촬상 소자(600)의 제조시에, 에칭 등의 기술을 이용하여 홈을 형성하고, 그 홈에 절연막, 예를 들면, 산화막으로서도 사용되는 재료가 충전됨으로써 형성된다.
또한, 에칭 등의 기술을 이용하여 형성된 경우, P+영역(24)이 형성된 후, P+영역(24)측부터, N-영역(301)까지 파들어가, 홈이 형성되고, 그 홈에 P+해당 영역(601)을 형성하는 재료가 충전됨으로써, P+해당 영역(601)이 형성되도록 할 수 있다. 이와 같이 P+해당 영역(601)이 형성되도록 한 경우, 도 34에 도시한 바와 같이, P+영역(24)에도, P+해당 영역(601)이 형성된 구조가 된다.
<화소 공유>
상기한 실시의 형태에서, 하나의 촬상 소자를 예시하여 설명한, 예를 들면, 촬상 소자(300)는, m행n열의 2차원 어레이형상으로 화소 어레이부에 배치함으로써 이용된다. 복수의 촬상 소자(300)가 배치된 때, 복수의 화소, 예를 들면, 2화소 또는 4화소에서 플로팅 디퓨전(FD)(또는 전하 축적 영역)이 공유된 구조로 할 수 있다. 본 기술을 적용한 촬상 소자에서도, 화소 사이 공유의 기술을 적용할 수 있다.
도 35A 및 35B는, 화소 어레이 부에 횡방향으로 배치되어 있는 4화소분의 촬상 소자를 도시하였다. 도 35A는, 도 9(도 11A)에 도시한 촬상 소자(300)가, 횡방향으로 4화소분 배치되어 있는 경우를 도시한 도면이다. 촬상 소자(300-1 내지 300-4)의 각각에는, 기판의 표면측에 판독 전극(31-1 내지 31-4)이 배치되고, 기판의 깊은 측에 PN 접합 용량 확대부(310-1 내지 310-4)가 배치되어 있다.
도 35B는, 도 34에 도시한 촬상 소자(600)가, 횡방향에 4화소분 배치되어 있는 경우를 도시한 도면이다. 촬상 소자(600-1 내지 600-4)의 각각에는, 기판의 표면측에 판독 전극(31-1 내지 31-4)이 배치되고, 기판의 깊은 측에 PN 접합 용량 확대부(610-1 내지 610-4)가 배치되어 있다.
도 35A, 도 35B에 도시한 촬상 소자(300), 촬상 소자(600)(이하, 촬상 소자(300)를 예로 들어 설명을 계속한다) 중, 인접하는 촬상 소자(300)의 판독 전극(31)은, 근접한 위치에 배치되어 있다.
예를 들면, 인접하여 있는 촬상 소자(300-1)와 촬상 소자(300-2)의 판독 전극(31-1)과 판독 전극(31-2)은, 근접한 상태로 배치되어 있다. 마찬가지로, 인접하여 있는 촬상 소자(300-3)와 촬상 소자(300-4)의 판독 전극(31-3)과 판독 전극(31-4)은, 근접한 상태로 배치되어 있다.
또한, 인접하여 배치되어 있는 촬상 소자(300-1)와 촬상 소자(300-2)는, 하나의 플로팅 디퓨전(FD)(701-1)을 공유하고 있다. 마찬가지로, 인접하여 배치되어 있는 촬상 소자(300-3)와 촬상 소자(300-4)는, 하나의 플로팅 디퓨전(FD)(701-2)을 공유하고 있다.
플로팅 디퓨전(701-1)은, 판독 전극(31-1)과 판독 전극(31-2)의 사이에 마련되어 있다. 또한, 플로팅 디퓨전(701-1)은, P형 불순물 영역(330-1)과 P형 불순물 영역(330-2)에 걸쳐서 마련되어 있다. 또한, 도 35A에서는, P형 불순물 영역(330-1)과 P형 불순물 영역(330-2)의 사이에 선을 붙여서, 경계를 명확하게 하고 있지만, 설명을 위해 붙인 선이고, 실제의 P형 불순물 영역(330-1)과 P형 불순물 영역(330-2)의 사이에는, 그와 같은 경계선 등은 없다.
마찬가지로 플로팅 디퓨전(701-2)은, 판독 전극(31-3)과 판독 전극(31-4)의 사이에 마련되어 있다. 또한, 플로팅 디퓨전(701-2)은, P형 불순물 영역(330-3)과 P형 불순물 영역(330-4)에 걸쳐서 마련되어 있다. 도 35A 및 35B의 도시에서, 제1의 화소(예를 들면, 촬상 소자(300-1)) 및 제2의 화소(예를 들면, 촬상 소자(300-2))는 서로 인접하고, 플로팅 디퓨전(또는 전하 축적 영역)(701-1)은 제1의 전극(예를 들면, 판독 전극(31-1))과 제2의 전극(예를 들면, 판독 전극(31-2)) 사이에 있다.
도 36은, 도 35A에 도시한 촬상 소자(300)를, 상방에서 본 때의 도면이고, PN 접합 용량 확대부(310)의 부분의 단면도이다. 또한 설명을 위해, 판독 전극(31)도 도시한, 도 36에서는, 2×2 = 4화소를 포함하는 촬상 소자(300)를 도시하였다.
촬상 소자(300-1)(PN 접합 용량 확대부(310-1))와 촬상 소자(300-2)(PN 접합 용량 확대부(310-2))는, 횡방향으로 인접하여 있고, 이 2화소에서, 하나의 플로팅 디퓨전(FD)(701-1)을 공유하고 있다. 플로팅 디퓨전(701-1)은, 촬상 소자(300-1)의 판독 전극(31-1)과 촬상 소자(300-2)의 판독 전극(31-2)의 사이에 배치되어 있다.
마찬가지로, 촬상 소자(300-11)(PN 접합 용량 확대부(310-11))와 촬상 소자(300-12)(PN 접합 용량 확대부(310-12))는, 횡방향으로 인접하여 있고, 이2화소에서, 하나의 플로팅 디퓨전(701-11)을 공유하고 있다. 플로팅 디퓨전(701-11)은, 촬상 소자(300-11)의 판독 전극(31-11)과 촬상 소자(300-12)의 판독 전극(31-12)의 사이에 배치되어 있다.
이와 같이, 인접하는 2화소에서, 하나의 플로팅 디퓨전(701)을 공유한 구성으로 할 수 있다.
4화소에서 하나의 플로팅 디퓨전(701)을 공유하는 구성으로 할 수도 있다. 도 37에, 4화소에서 하나의 플로팅 디퓨전(701)을 공유하도록 한 경우의 촬상 소자(300)를 도시한다.
도 37은, 도 36과 같이, 2×2의 4화소를 포함하는 촬상 소자(300)를 도시하고 있다. 이 4화소에서 하나의 플로팅 디퓨전(701)을 공유하기 위해, 도 37에 도시한 바와 같이, 4화소의 중앙 부분에 플로팅 디퓨전(701)이 배치되어 있다.
이 플로팅 디퓨전(701)을 둘러싸도록, 촬상 소자(300-1)(PN 접합 용량 확대부(310-1))의 판독 전극(31-1), 촬상 소자(300-2)(PN 접합 용량 확대부(310-2))의 판독 전극(31-2), 촬상 소자(300-11)(PN 접합 용량 확대부(310-11))의 판독 전극(31-11), 촬상 소자(300-12)(PN 접합 용량 확대부(310-12))의 판독 전극(31-12)이 배치되어 있다.
이와 같이, 인접하는 4화소에서, 하나의 플로팅 디퓨전(701)을 공유한 구성으로 할 수도 있다. 다시 말해서, 제1의 화소(예를 들면, 촬상 소자(310-1)), 제2의 화소(예를 들면, 촬상 소자(310-2)), 제3의 화소(예를 들면, 촬상 소자(310-11)) 및 제4의 화소(예를 들면, 촬상 소자(310-12))는 2×2 매트릭스 내에 있고, 전하 축적 영역(701)은 2×2 매트릭스의 중심부에 있다. 또한, 전하 축적 영역(701)은 제1의 전극(예를 들면, 판독 전극(31-1)), 제2의 전극(예를 들면, 판독 전극(31-2)), 제3의 전극(예를 들면, 판독 전극(31-11)) 및 제4의 전극(예를 들면, 판독 전극(31-12))에 의해 둘러싸여 있다.
본 기술에 의하면, 상기한 바와 같이, 판독 전극(31)의 배치 위치의 자유도가 높고, 상기한 바와 같은, 2화소 또는 4화소에서 하나의 플로팅 디퓨전(701)을 공유할 때에, 적절한 위치에 판독 전극(31)을 배치할 수 있다.
본 기술에 의하면, 상기한 바와 같이, 촬상 소자에서의 포화 신호 전하량을 향상시킬 수 있다. 또한, 포화 신호 전하량을 향상시키는 구성으로 한 경우에서도, 종래의 촬상 소자보다도 커진다는 일도 없고, 동등한 사이즈 또는 그 이하의 사이즈에 넣는 것이 가능하다.
<촬상 소자의 사용례>
도 38은, 상술한 촬상 소자의 사용례를 도시하는 도면이다.
상술한 촬상 소자 또는 장치는, 예를 들면, 이하와 같이, 가시광이나, 적외광, 자외광, X선 등의 광을 센싱하는 다양한 케이스에 사용할 수 있다.
적어도 하나의 실시의 형태에 관한 촬상 장치는 감상용으로 사용될 수 있고 디지털 카메라 및/또는 카메라를 갖는 휴대 기기를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 실시의 형태에 관한 촬상 장치는 교통용으로 사용될 수 있고 자동 정지의 안전운전 또는 운전자의 상태의 인식을 위해, 자동차의 전방, 후방, 주위 및 차내를 촬영하는 차량탑재용 센서를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 실시의 형태에 관한 촬상 장치는 주행 차량 및 도로를 감시하는 감시 카메라, 및 차량 사이의 거리측정을 위한 거리측정 센서로 사용될 수 있다. 적어도 하나의 실시의 형태에 관한 촬상 장치는 유저의 제스처를 촬영함에 의해 기기 조작을 행하기 위해, TV, 냉장고, 에어 컨디셔너를 포함하는 가전에 사용될 수 있다. 적어도 하나의 실시의 형태에 관한 촬상 장치는 내시경 및 적외광의 수광에 의한 혈관 촬영을 포함하는 헬스케어 또는 의료 장치에 사용될 수 있다. 적어도 하나의 실시의 형태에 관한 촬상 장치는 방범 감시 카메라 또는 인물 인증 카메라를 포함하는 시큐리티 장치에 사용될 수 있다. 적어도 하나의 실시의 형태에 관한 촬상 장치는 피부 진단 장치 및 두피 현미경을 포함하는 미용 장치에 사용될 수 있다. 적어도 하나의 실시의 형태에 관한 촬상 장치는 스포츠용의 액션 카메라 및 웨어러블 카메라를 포함하는 스포츠 장치에 사용될 수 있다. 적어도 하나의 실시의 형태에 관한 촬상 장치는 밭이나 작물의 상태를 감시하기 위한 카메라를 포함하는 농업 장치에 사용될 수 있다.
도 39는, 본 기술을 적용한 전자 기기의 한 예인 촬상 장치(카메라 장치)(1000)의 구성례를 도시하는 블록도이다.
도 39에 도시하는 바와 같이, 촬상 장치(1000)는, 렌즈군(1001) 등을 포함하는 광학계, 촬상 소자(1002), 카메라 신호 처리부인 DSP(1003), 프레임 메모리(1004), 표시부(1005), 기록부(1006), 조작부(1007), 및, 전원부(1008)를 포함한다. 그리고, DSP(1003), 프레임 메모리(1004), 표시부(1005), 기록부(1006), 조작부(1007), 및, 전원부(1008)가 버스 라인(1009)을 통하여 서로 접속된 구성으로 되어 있다.
렌즈군(1001)은, 피사체로부터의 입사광(촬상광)을 취입하여 촬상 소자(1002)의 촬상면상에 결상한다. 촬상 소자(1002)는, 렌즈군(1001)에 의해 촬상면상에 결상된 입사광의 광량을 화소 단위로 전기 신호로 변환하여 화소 신호로서 출력한다.
표시부(1005)는, 액정 표시 장치나 유기 EL(electro luminescence) 표시 장치 등의 패널형 표시 장치로 이루어지고, 촬상 소자(1002)에서 촬상된 동화 또는 정지화를 표시한다. 기록부(1006)는, 촬상 소자(1002)에서 촬상된 동화 또는 정지화를, 메모리 카드나 비디오테이프나 DVD(Digital Versatile Disk) 등의 기록 매체에 기록한다.
조작부(1007)는, 유저에 의한 조작하에, 본 촬상 장치(1000)가 갖는 다양한 기능에 관해 조작 지령을 발한다. 전원부(1008)는, DSP(1003), 프레임 메모리(1004), 표시부(1005), 기록부(1006), 및, 조작부(1007)의 동작 전원이 되는 각종의 전원을, 이들 공급 대상에 대해 적절히 공급한다.
이와 같은 촬상 장치(1000)는, 비디오 카메라나 디지털 카메라, 나아가서는, 스마트 폰, 휴대 전화기 등의 모바일 기기용 카메라 모듈에 적용된다. 그리고, 이 촬상 장치(1000)에서, 촬상 소자(1002)로서, 상술한 각 실시 형태에 관한 촬상 소자를 이용할 수 있다. 이에 의해, 촬상 장치(1000)의 화질을 향상시킬 수 있다.
본 명세서에서, 시스템이란, 복수의 장치에 의해 구성된 장치 전체를 나타내는 것이다.
또한, 본 명세서에 기재된 효과는 어디까지나 예시이고 한정되는 것이 아니라, 또 다른 효과가 있어도 좋다.
또한, 본 기술의 실시의 형태는, 상술한 실시의 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 기술의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 변경이 가능하다.
또한, 본 기술은 이하와 같은 구성도 할 수 있다.
(1) 제1의 P형 불순물 영역과;
제1의 N형 불순물 영역과;
제2의 P형 불순물 영역, 제2의 N형 불순물 영역, 및 PN 접합면을 포함하는 용량 확대부를 포함하고,
상기 제2의 P형 불순물 영역 및 상기 제2의 N형 불순물 영역은 상기 PN 접합면을 형성하고,
상기 제1의 P형 불순물 영역, 상기 제1의 N형 불순물 영역 및 상기 용량 확대부는 깊이 방향으로 반도체 기판의 상면으로부터 배치되어 있는 촬상 소자.
(2) 상기 제1의 P형 불순물 영역의 다른 면과 대면하는 일면 상의 축적된 전하를 판독하는 판독 전극을 더 포함하고,
상기 제1의 P형 불순물 영역의 상기 다른 면은 상기 일면보다도 상기 제2의 N형 불순물 영역에 더 가깝고,
상기 용량 확대부와 상기 판독 전극 사이의 거리는, 상기 용량 확대부와 상기 제1의 N형 불순물 영역 사이의 거리보다도 큰 상기 (1)에 기재된 촬상 소자.
(3) 상기 용량 확대부는, 제2의 P형 불순물 영역 및 제2의 N형 불순물 영역을 포함하고, 상기 제2의 P형 불순물 영역 및 상기 제2의 N형 불순물 영역은 교대로 배치되어 있는 상기 (1) 또는(2)에 기재된 촬상 소자.
(4) 상기 반도체 기판은 실리콘으로 구성되고,
상기 제2의 P형 불순물 영역은, 일함수차에 의해 상기 실리콘과의 계면을 홀로 채울 수 있는 재료로 형성되어 있는 상기 (1) 내지 (3)의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.
(5) 상기 제1의 P형 불순물 영역 및 상기 제2의 P형 불순물 영역은, 다른 방향으로 배치된 층인 상기 (1) 내지 (4)의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.
(6) 상기 제1의 N형 불순물 영역 및 상기 제2의 N형 불순물 영역은, 다른 방향으로 배치된 층인 상기 (1) 내지 (5)의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.
(7) 상기 제1의 N형 불순물 영역은, 고농도를 갖는 N+영역 및 저농도를 갖는 N-영역으로 구성되어 있는 상기 (1) 내지 (6)의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.
(8) 상기 제1의 N형 불순물 영역은, 저농도를 갖는 N-영역인 상기 (1) 내지 (7)의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.
(9) 상기 용량 확대부로부터 상기 판독 전극까지 상기 전하를 판독하기 위해 포텐셜의 구배가 제공되는 상기 (2)에 기재된 촬상 소자.
(10) 상기 용량 확대부 내의 상기 제2의 N형 불순물 영역은, 소정 방향에서 본 단면에서 4각형상으로 형성되어 있는 상기 (1) 내지 (9)의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.
(11) 상기 용량 확대부 내의 상기 제2의 P형 불순물 영역은, 소정 방향에서 본 단면에서 소정의 폭을 갖는 곡선 형상으로 형성되어 있는 상기 (1) 내지 (9)의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.
(12) 상기 용량 확대부 내의 상기 제2의 P형 불순물 영역은, 소정 방향에서 본 단면에서 소정의 폭을 갖는 원형상으로 형성되어 있는 상기 (1) 내지 (9)의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.
(13) 상기 용량 확대부는 제2의 P형 불순물 영역 및 제2의 N형 불순물 영역을 포함하고, 상기 제2의 P형 불순물 영역 및 상기 제2의 N형 불순물 영역은 교대로 배치되고, 상기 제2의 P형 불순물 영역 및 상기 제2의 N형 불순물 영역의 반복하는 간격은 1㎛ 이하인 상기 (1) 내지 (12)의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.
(14) 복수의 촬상 소자는 플로팅 디퓨전을 공유하고,
상기 판독 전극은 상기 플로팅 디퓨전의 부근에 배치되는 상기 (1) 내지 (13)의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.
(15) 촬상 소자는 기판 내에 배치된 제1의 화소를 구비한다. 상기 제1의 화소는, 상기 기판 내에 배치된 제1의 재료와, 상기 기판 내에 배치된 제2의 재료를 포함한다. 상기 제1의 재료의 제1의 영역, 상기 제1의 재료의 제2의 영역, 및 상기 제2의 재료의 제3의 영역은 적어도 하나의 접합을 형성한다. 상기 기판의 제1의 횡단면은 상기 적어도 하나의 접합과 교차하고, 상기 기판의 제2의 횡단면은 상기 제1의 재료의 적어도 하나의 제4의 영역과 교차한다.
(16) 상기 제1의 재료의 상기 적어도 하나의 제4의 영역은, 상기 제1의 횡단면에서 차지하는 상기 제1의 재료의 상기 제1의 영역 및 상기 제1의 재료의 상기 제2의 영역보다도, 상기 제2의 횡단면에서 더 많은 양의 표면적을 차지하는 상기 (15)에 기재된 촬상 소자.
(17) 상기 기판상에 전하를 판독하기 위한 전극을 더 구비하는 상기 (15)에 기재된 촬상 소자.
(18) 상기 제1의 재료는 n형 재료이고, 상기 제2의 재료는 p형 재료인 상기 (15)에 기재된 촬상 소자.
(19) 상기 제1의 재료는 n형 재료이고, 상기 제2의 재료는 절연성 재료인 상기 (15)에 기재된 촬상 소자.
(20) 상기 제1의 횡단면은, 상기 제2의 횡단면보다도 상기 제1의 화소의 광입사측에 더 가까운 상기 (15)에 기재된 촬상 소자.
(21) 상기 제1의 재료 및 상기 제2의 재료는 상기 제1의 횡단면에서 격자 구조를 형성하는 상기 (15)에 기재된 촬상 소자.
(22) 상기 제1의 재료 및 상기 제2의 재료는 체크무늬 패턴으로 되어 있는 상기 (21)에 기재된 촬상 소자.
(23) 상기 제1의 재료는 상기 제2의 재료 내에서 n열 및 m행의 격자를 형성하는 상기 (21)에 기재된 촬상 소자.
(24) 상기 제2의 재료는 상기 제1의 재료 내에서 n열 및 m행의 격자를 형성하는 상기 (21)에 기재된 촬상 소자.
(25) 상기 제1의 재료 및 상기 제2의 재료는 상기 제1의 횡단면 내에서 선형 형상을 갖는 상기 (15)에 기재된 촬상 소자.
(26) 상기 기판 내에 배치된 전하 축적 영역을 더 구비하는 상기 (15)에 기재된 촬상 소자.
(27) 상기 제1의 재료의 상기 적어도 하나의 제4의 영역은, 상기 제1의 횡단면에서 차지하는 상기 제1의 재료의 상기 제1의 영역 및 상기 제1의 재료의 상기 제2의 영역보다도, 상기 제2의 횡단면에서 더 많은 양의 표면적을 차지하는 상기 (26)에 기재된 촬상 소자.
(28) 제2의 화소를 더 구비하고,
상기 제1의 화소 및 상기 제2의 화소는 상기 전하 축적 영역을 공유하는 상기 (26)에 기재된 촬상 소자.
(29) 상기 제1의 화소의 상기 기판상의 제1의 전극과,
상기 제2의 화소의 상기 기판상의 제2의 전극을 더 구비하고,
상기 제1의 전극 및 상기 제2의 전극은 상기 전하 축적 영역으로부터 전하를 판독하는 상기 (28)에 기재된 촬상 소자.
(30) 상기 제1의 화소 및 상기 제2의 화소는 서로 인접하고, 상기 전하 축적 영역은 상기 제1의 전극과 상기 제2의 전극 사이에 있는 상기 (29)에 기재된 촬상 소자.
(31) 제2의 화소, 제3의 화소 및 제4의 화소를 더 구비하고,
상기 제1의 화소, 상기 제2의 화소, 상기 제3의 화소 및 상기 제4의 화소는 사익 전화 축적 영역을 공유하는 상기 (26)에 기재된 촬상 소자.
(32) 상기 제1의 화소의 상기 기판상의 제1의 전극과;
상기 제2의 화소의 기판상의 제2의 전극과;
상기 제3의 화소의 기판상의 제3의 전극과;
상기 제4의 화소의 기판상의 제4의 전극을 더 구비하고,
상기 제1의 전극, 상기 제2의 전극, 상기 제3의 전극 및 상기 제4의 전극은 상기 전하 축적 영역으로부터 전하를 판독하는 상기 (31)에 기재된 촬상 소자.
(33) 상기 제1의 화소, 상기 제2의 화소, 상기 제3의 화소 및 상기 제4의 화소는 2×2 매트릭스 내에 있고, 상기 전하 축적 영역은 상기 2×2 매트릭스의 중심부에 있는 상기 (32)에 기재된 촬상 소자.
(34) 상기 전하 축적 영역은 상기 제1의 전극, 상기 제2의 전극, 상기 제3의 전극 및 상기 제4의 전극에 의해 둘러싸여 있는 상기 (33)에 기재된 촬상 소자.
10 촬상 소자
21 P+영역
22 N+영역
23 N-영역
24 P+영역
25 P+영역, 기판
300 촬상 소자
301 N-영역
302 N+영역
303 P+영역
310 PN 접합 용량 확대부
320, 420 N형 불순물 영역
330, 410 P형 불순물 영역
500 촬상 소자
501 N-영역
600 촬상 소자
601 P+해당 영역
610 PN 접합 용량 확대부
701 플로팅 디퓨전 또는 전하 축적 영역
1000 촬상 장치
1001 렌즈군
1002 촬상 소자
1003 DSP
1004 프레임 메모리
1005 표시부
1006 기록부
1007 조작부
1008 전원부
1009 버스 라인

Claims (20)

  1. 기판에 배치된 제1 화소를 포함하고,
    상기 제1 화소는,
    상기 기판에 배치된 제1 재료, 및 상기 기판에 배치된 제2 재료를 포함하고,
    상기 제1 재료의 제1 영역, 상기 제1 재료의 제2 영역 및 상기 제2 재료의 제3 영역이 적어도 하나의 접합을 형성하고,
    상기 기판의 제1 횡단면은 상기 적어도 하나의 접합과 교차하고,
    상기 기판의 제2 횡단면은 상기 제1 재료의 적어도 하나의 제4 영역과 교차하고,
    상기 제1 횡단면은 상기 제2 횡단면보다 상기 기판의 광 입사측에 더 가깝고,
    상기 적어도 하나의 제4 영역은 제1 서브 영역 및 제2 서브 영역을 포함하고,
    상기 제1 서브 영역은 상기 제2 서브 영역의 제2 불순물 농도보다 낮은 제1 불순물 농도를 갖고,
    상기 제1 서브 영역은 상기 제2 서브 영역보다 상기 기판의 광 입사측에 더 가깝고,
    상기 제2 횡단면은 상기 제1 서브 영역 또는 상기 제2 서브 영역과 교차하고,
    상기 제1 서브 영역 및 상기 제2 서브 영역은 제1 방향으로 측정된 상기 제1 영역, 상기 제2 영역 및 상기 제3 영역의 전체 폭을 따라 상기 제1 방향으로 연장하고,
    상기 제1 서브 영역 및 상기 제2 서브 영역은 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 적층되고,
    상기 제2 재료의 제5 영역은 상기 제1 서브 영역 및 상기 제2 서브 영역의 측벽과 접촉하고,
    상기 제2 재료의 제6 영역은 상기 기판의 광 입사측으로부터 가장 먼 상기 제2 서브 영역의 표면과 접촉하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 횡단면에서 상기 제1 재료의 상기 적어도 하나의 제4 영역이 차지하는 표면 영역이 상기 제1 횡단면에서 상기 제1 재료의 제1 영역 및 상기 제1 재료의 제2 영역이 차지하는 표면 영역보다 더 큰 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    전하를 판독하기 위해 상기 기판 상에 있는 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 재료는 n형 재료이고, 상기 제2 재료는 p형 재료인 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 재료와 상기 제2 재료는 상기 제1 횡단면에서 격자 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 재료의 일부는, 상기 제2 재료에서 n열 및 m행의 그리드를 형성하여, 상기 제1 횡단면에서 상기 제2 재료가 상기 제1 재료의 각 부분의 4개의 측면을 둘러싸는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제2 재료의 일부는, 상기 제1 재료에서 n열 및 m행의 그리드를 형성하여, 상기 제1 횡단면에서 상기 제1 재료가 상기 제2 재료의 각 부분의 4개의 측면을 둘러싸는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 재료의 일부와 상기 제2 재료의 일부는, 상기 제1 횡단면에서 체크 무늬 패턴을 형성하여, 상기 제1 재료의 일부와 상기 제2 재료의 일부의 2×2 어레이가 상기 제1 재료의 2개의 정대각 인접 부분 및 상기 제2 재료의 2개의 정대각 인접 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 재료 및 상기 제2 재료는 상기 제1 횡단면에서 선형 형상을 가지며, 상기 선형 형상은 직사각형이고, 각각의 직사각형의 장변이 판독 전극의 장변과 평행하거나 또는 각각의 직사각형의 상기 장변이 상기 판독 전극의 상기 장변과 직교하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 기판에 배치된 전하 축적 영역을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 횡단면에서 상기 제1 재료의 적어도 하나의 제4 영역이 차지하는 표면 영역이 상기 제1 횡단면에서 상기 제1 재료의 제1 영역 및 상기 제1 재료의 제2 영역이 차지하는 표면 영역보다 더 큰 것을 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    제2 화소를 더 포함하고,
    상기 제1 화소와 상기 제2 화소는 상기 전하 축적 영역을 공유하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 화소의 상기 기판 상에 있는 제1 전극; 및
    상기 제2 화소의 상기 기판 상에 있는 제2 전극을 더 포함하고,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 상기 전하 축적 영역으로부터 전하를 판독하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 화소와 상기 제2 화소는 서로 인접하고 상기 전하 축적 영역은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 있는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  15. 제10항에 있어서,
    제2 화소, 제3 화소 및 제4 화소를 더 포함하고,
    상기 제1 화소, 상기 제2 화소, 상기 제3 화소 및 상기 제4 화소는 상기 전하 축적 영역을 공유하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 화소의 상기 기판 상에 있는 제1 전극,
    상기 제2 화소의 상기 기판 상에 있는 제2 전극,
    상기 제3 화소의 상기 기판 상에 있는 제3 전극, 및
    상기 제4 화소의 상기 기판 상에 있는 제4 전극을 더 포함하고,
    상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극은 상기 전하 축적 영역으로부터 전하를 판독하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 화소, 상기 제2 화소, 상기 제3 화소 및 상기 제4 화소는 2×2 매트릭스이고, 상기 전하 축적 영역은 상기 2×2 매트릭스의 중앙부에 있는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 전하 축적 영역은 상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극에 의해 둘러싸인 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 제2 재료의 제7 영역은 상기 기판의 광 입사측 상에서 상기 제1 영역, 상기 제2 영역 및 제3 영역과 접촉하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  20. 삭제
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