KR20030044333A - 씨모스 이미지 센서 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 단파장에서의 우수한 감도특성을 확보함과 동시에 저조도에서의 화상특성을 향상시킬 수 있는 CMOS 이미지 센서를 제공한다. 본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서는 제 1 도전형 반도체 기판; 기판 상에 형성된 트랜스퍼게이트; 트랜스퍼게이트의 일측 기판 상에서 트랜스퍼게이트와 소정부분 오버랩하도록 형성되고, 투명물질로 이루어진 포토게이트; 포토게이트 하부의 기판에 형성된 제 2 도전형 저농도 접합영역; 및 트랜스퍼게이트의 다른측 기판에 형성된 제 2 도전형 플로팅 확산영역을 포함한다. 바람직하게, 투명물질은 ITO막이며, 트랜스퍼게이트는 폴리사이드 구조로 이루어진다.
Description
본 발명은 씨모스(complementary metal oxide semiconductor; CMOS) 이미지 센서(image sensor)에 관한 것으로, 특히 광감도 특성 및 전하 이송효율을 향상시킬 수 있는 CMOS 이미지 센서에 관한 것이다.
CMOS 이미지 센서는 광학 영상(optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 빛을 감지하는 광감지 부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 로직회로 부분으로 구성되어 있으며, CMOS 기술을 이용하여 화소수만큼 MOS 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용한다.
도 1은 트랜스퍼게이트에 의해 포토다이오드와 플로팅확산영역이 분리된 포토게이트 구조로 이루어진 종래의 CMOS 이미지 센서의 단위화소를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, P웰(11)이 형성된 P형 반도체 기판(10) 상에 절연막(미도시)의 개재하에 포토게이트(PG) 및 트랜스퍼게이트(TG)가 소정 간격 이격되어 형성되어 있고, 포토게이트(PG) 및 트랜스퍼게이트(TG) 사이의 P웰(11)에는 트랜스퍼 트랜지스터의 소오스 또는 드레인으로 작용함과 동시에 포토다이오드와 접합하는 N＋ 고농도 접합영역(12A)이 형성되어 있다. 또한, 트랜스퍼게이트(TG)의 다른측 P웰(11)에는 N＋ 플로팅 확산영역(12B)이 형성되어 있다. 여기서, 포토게이트(PG)는 일반적으로 폴리실리콘막으로 형성되고, 트랜스퍼게이트(TG)는 폴리실리콘막과 실리사이드막의 적층구조인 폴리사이드 구조로 형성된다.
그러나, 상술한 종래의 CMOS 이미지 센서의 경우에는, 고집적 또는 저전압화에 따라 감소되는 전원전압(Vdd)에 의해, 트랜스퍼게이트(TG)에 인가되는 전압도 낮아지기 때문에, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 포토다이오드에서 발생되는 전자들이 플로팅 확산영역(12B)으로 완전히 이송되지 못할 뿐만 아니라, 포토다이오드와 접합하는 고농도 접합영역(12A)에는 트랜스퍼게이트(TG)의 온/오프(ON/OFF)에 관계없이 공핍되지 않은 층이 존재하여 전자들(20C)이 항상 존재하기 때문에 저조도에서의 화상 특성이 우수하지 못하다.
또한, 포토게이트(PG)를 폴리실리콘막으로 형성하기 때문에 광입사시 블루와 같은 단파장의 광이 흡수되어 포토다이오드로 투과되는 광의 양이 적으므로 단파장에서 우수한 감도 특성을 확보할 수 없었다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 단파장에서도 우수한 감도 특성을 확보할 수 있는 CMOS 이미지 센서를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 단파장에서의 우수한 감도특성을 확보함과 동시에 저조도에서의 화상특성을 향상시킬 수 있는 CMOS 이미지 센서를 제공하는 것이다.
도 1은 종래의 CMOS 이미지 센서를 나타낸 단면도.
도 2a 및 도 2b는 종래의 CMOS 이미지 센서에서 광집적 및 전하이송시의 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서의 단면도.
도 4는 폴리실리콘막으로 포토게이트를 형성한 종래기술과 ITO와 같은 투명물질로 포토게이트를 형성한 본 발명과의 감도 특성을 비교한 그래프.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서의 단면도.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 CMOS 이미지 센서에서 광집적 및 전하이송시의 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸 도면.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
30, 50 : 반도체 기판 31, 51 : P웰
32A : 고농도 접합영역 32B, 53 : 플로팅 확산영역
52 : 저농도 접합영역 PG : 포토게이트
TG : 트랜스퍼게이트
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기의 본 발명의 목적은 제 1 도전형 반도체 기판; 기판 상에 형성된 트랜스퍼게이트; 트랜스퍼게이트의 일측 기판 상에 형성되고 투명물질로 이루어진 포토게이트; 포토게이트 및 트랜스퍼게이트 사이의 기판에 형성된 제 2 도전형 고농도 접합영역; 및 트랜tm퍼게이트의 다른측 기판에 형성된 제 2 도전형 플로팅 확산영역을 포함하는 CMOS 이미지 센서에 의해 달성된다.
또한, 상기의 본 발명의 다른 목적은 제 1 도전형 반도체 기판; 기판 상에 형성된 트랜스퍼게이트; 트랜스퍼게이트의 일측 기판 상에서 트랜스퍼게이트와 소정부분 오버랩하도록 형성되고, 투명물질로 이루어진 포토게이트; 포토게이트 하부의 기판에 형성된 제 2 도전형 저농도 접합영역; 및 트랜스퍼게이트의 다른측 기판에 형성된 제 2 도전형 플로팅 확산영역을 포함하는 CMOS 이미지 센서에 의해 달성된다.
바람직하게, 투명물질은 ITO막이며, 트랜스퍼게이트는 폴리사이드 구조로 이루어진다.
이하, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 보다 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예를 소개하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서의 단면도이다.
도 3을 참조하면, P웰(31)이 형성된 P형 반도체 기판(30) 상에 절연막(미도시)의 개재하에 ITO와 같은 투명한 물질로 이루어진 포토게이트(PG)와 폴리사이드 구조로 이루어진 트랜스퍼게이트(TG)가 소정 간격 이격되어 형성되어 있다. 또한, 포토게이트(PG) 및 트랜스퍼게이트(TG) 사이의 P웰(31)에는 트랜스퍼 트랜지스터의 소오스 또는 드레인으로 작용함과 동시에 포토다이오드와 접합하는 N＋ 고농도 접합영역(32A)이 형성되고, 트랜스퍼게이트(TG)의 다른 측 P웰(31)에는 N＋ 플로팅 확산영역(32B)이 형성되어 있다.
상기 실시예에서는 폴리실리콘막으로 형성하던 포토게이트(PG)를 ITO와 같은 투명한 물질로 형성하여, 광입사시 블루와 같은 단파장의 광흡수를 방지하고 광투과율을 높임으로써 단파장에서도 우수한 감도 특성을 확보할 수 있게 된다. 즉, 도 4는 폴리실리콘막으로 포토게이트를 형성한 종래기술과 ITO와 같은 투명물질로 포토게이트를 형성한 본 발명과의 감도 특성을 비교한 그래프로서, 도 4에 나타낸 바와 같이, 5500Å 이하의 단파장에서 본 발명의 감도가 우수한 것을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서의 단면도이다.
도 5를 참조하면, P웰(51)이 형성된 P형 반도체 기판(50) 상에 폴리사이드 구조로 이루어진 트랜스퍼게이트(TG)와, ITO와 같은 투명한 물질로 이루어지고 절연막(미도시)의 개재하에 트랜스퍼게이트(TG)와 소정 간격 이격됨과 동시에 트랜스퍼게이트(TG)의 일측과 소정 부분 오버랩하는 포토게이트(PG)가 형성되어 있다. 또한, 포토게이트(PG) 하부의 P웰(51)에는 트랜스퍼 트랜지스터의 소오스 또는 드레인으로 작용함과 동시에 포토다이오드와 접합하는 N- 저농도 접합영역(52)이 형성되고, 트랜스퍼게이트(TG)의 다른 측 P웰(31)에는 N＋ 플로팅 확산영역(53)이 형성되어 있다.
상기 실시예에서는 포토게이트(PG)를 ITO와 같은 투명한 물질로 형성하여 상기 일 실시예와 마찬가지로 우수한 감도 특성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 포토게이트(PG)와 트랜스퍼게이트(TG) 사이의 N＋의 고농도 접합영역을 배제하고, 포토게이트(PG) 하부에 N-의 저농도 접합영역(52)을 형성하여 완전공핍되도록 함으로써, 저조도에서의 화상특성을 향상시킬 수 있게 된다.
즉, 도 6a 및 도 6b는 광집적 및 전하이송시의 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸 도면으로서, 도 6a에 도시된 바와 같이, 광집적시 포토게이트(PG)에 Vdd의 전압이 걸리면서 포토게이트(PG) 하부의 저농도 접합영역(52)의 전위가 Vdd와 거의 같거나 크게 되어 포토게이트(PG) 하부에 충분한 전하(charge)를 축적하게 된다. 또한, 포토다이오드에서 플로팅 확산영역(53)으로의 전하이송 시에는, 도 6b에 도시된 바와 같이, 포토게이트(PG)의 전압이 VGND로 떨어지면서 포토게이트(PG) 하부의 전위가 트랜스퍼게이트(TG)가 Vdd로 인가될 경우보다 낮게 조절되면, 포토다이오드에서 플로팅 확산영역(53)으로 전하가 완전히 이송된다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
전술한 본 발명은 포토게이트를 ITO와 같은 투명한 물질로 형성하여 우수한 감도 특성을 확보할 수 있고, 포토게이트 하부에 저농도 접합영역을 형성하여 완전공핍이 이루어지도록 하여 저조도에서의 화상특성을 향상시킬 수 있다.
Claims (6)
- 제 1 도전형 반도체 기판;상기 기판 상에 형성된 트랜스퍼게이트;상기 트랜스퍼게이트의 일측 기판 상에 형성되고 투명물질로 이루어진 포토게이트;상기 포토게이트 및 트랜스퍼게이트 사이의 상기 기판에 형성된 제 2 도전형 고농도 접합영역; 및상기 트랜스퍼게이트의 다른측 기판에 형성된 제 2 도전형 플로팅 확산영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서,상기 투명물질은 ITO막인 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서,상기 트랜스퍼게이트는 폴리사이드 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.
- 제 1 도전형 반도체 기판;상기 기판 상에 형성된 트랜스퍼게이트;상기 트랜스퍼게이트의 일측 기판 상에서 상기 트랜스퍼게이트와 소정부분 오버랩하도록 형성되고, 투명물질로 이루어진 포토게이트;상기 포토게이트 하부의 기판에 형성된 제 2 도전형 저농도 접합영역; 및상기 트랜스퍼게이트의 다른측 기판에 형성된 제 2 도전형 플로팅 확산영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.
- 제 4 항에 있어서,상기 투명물질은 ITO막인 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서,상기 트랜스퍼게이트는 폴리사이드 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.
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