KR20050040026A - 씨모스 이미지센서의 포토다이오드 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 우수한 다크 특성을 확보하면서 동적 범위 및 광감도 특성을 향상시킬 수 있는 CMOS 이미지센서의 포토다이오드를 제공한다.
본 발명은 필드산화막에 의해 광감지영역이 정의된 제 1 도전형 반도체 기판; 필드산화막 하부에 형성된 채널스톱영역; 광감지영역 표면에 형성된 제 1 도전형 불순물영역; 및 광감지영역 내부에 형성되고 필드산화막과 소정 간격 이격되어 형성된 제 1 영역과 상기 제 1 영역 하부에서 상기 채널스톱영역의 일부와 오버랩되도록 형성된 제 2 영역으로 이루어진 제 2 도전형 불순물영역을 포함하는 CMOS 이미지센서의 포토다이오드에 의해 달성될 수 있다.
Description
본 발명은 씨모스 이미지센서에 관한 것으로, 특히 씨모스 이미지센서의 포토다이오드에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지센서(image sensor)는 1차원 또는 2차원 이상의 광학정보를 전기신호로 변환하는 장치로서, 시판되는 고체 이미지센서에는 씨모스(CMOS ;Complementary Metal Oxide Semiconductor)형과 씨씨디(CCD; Charge Coupled Device)형의 2종류가 있다. 이 중 CMOS 이미지센서는 CMOS 제조기술을 이용하여 화소 수만큼 MOS 트랜지스터를 만들고 이를 이용하여 차례차례 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용하고 있어 CCD 이미지센서에 비해 구동방식이 간편하고 다양한 스캐닝 방식의 구현이 가능하다. 또한, 신호처리회로를 단일칩에 집적할 수 있어 제품의 소형화가 가능할 뿐만 아니라 호환성의 CMOS 기술에 의해 제조단가 및 전력소모 등을 낮출 수 있는 장점이 있다.
도 1은 통상의 CMOS 이미지센서의 단위화소를 나타낸 회로도로서, 도 1에 나타낸 바와 같이, 광감지수단인 1개의 포토다이오드(PD)와 4개의 NMOS 트랜지스터로 구성되고, 4개의 NMOS 트랜지스터는 포토다이오드에 집속된 광전하를 플로팅노드 (F)로 운송하는 전송트랜지스터(Transfer transistor; Tx), 신호검출을 위해 플로팅노드(F)에 저장되어 있는 전하를 배출하는 리셋트랜지스터(Reset transistor; Rx), 소오스팔로워버퍼증폭기(source follower buffer amplifier)로서 작용하는 구동트랜지스터(Drive transistor; Dx) 및 스위칭(switching) 및 어드레싱 (addressing) 역할을 하는 선택트랜지스터(Select transistor; Sx)로 이루어진다. 또한, 플로팅노드(F) 및 포토다이오드(PD)에는 캐패시턴스(C1, C2)가 각각 존재하며, 단위화소 외부에는 출력신호를 읽을 수 있도록 로드트랜지스터가 형성되어 있다.
도 2 및 도 3은 종래 CMOS 이미지센서의 포토다이오드와 전송트랜지스터의 레이아웃(layout) 평면도 및 단면도로서, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, P- 에피층(21)이 형성된 P＋ 반도체 기판(20)에 하부에 N채널스톱영역 (22)이 구비된 필드산화막(23)이 형성되어 광감지영역 및 트랜지스터의 액티브영역이 정의되고, 액티브영역에는 게이트 절연막(24), 전송게이트(25), 스페이서(28) 및 N＋ 플로팅노드 (29)가 형성되고, 광감지영역에는 딥(deep) N- 불순물영역(26)과 P0 불순물영역(27)으로 이루어진 포토다이오드가 형성된다. 여기서, 포토다이오드의 딥 N- 불순물영역(26)은 광감지영역 내부에 형성되며 P0 불순물영역(27)은 그 표면에 형성된다. 또한, 딥 N- 불순물영역 (26)은 전송 특성 향상을 위하여 제 1 및 제 2 딥 N- 불순물영역(26A, 26B)의 이중구조로 이루어지고, 이미지센서의 다크(dark) 특성 향상을 위하여 필드산화막(23)과 소정 간격 이격되도록 형성된다.
그러나, 딥 N- 불순물영역(26)을 필드산화막(23)과 이격시켜 형성하게 되면, 포토다이오드의 캐패시턴스가 감소되어 포화레벨(saturation level)을 감소시켜 이미지센서의 동적범위(dynamic range) 저하를 초래할 뿐만 아니라, 포토다이오드의 크기를 감소시켜 광감도 특성을 저하시키게 된다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 우수한 다크 특성을 확보하면서 동적 범위 및 광감도 특성을 향상시킬 수 있는 CMOS 이미지센서의 포토다이오드를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기의 본 발명의 목적은 필드산화막에 의해 광감지영역이 정의된 제 1 도전형 반도체 기판; 필드산화막 하부에 형성된 채널스톱영역; 광감지영역 표면에 형성된 제 1 도전형 불순물영역; 및 광감지영역 내부에 형성되고 필드산화막과 소정 간격 이격되어 형성된 제 1 영역과 상기 제 1 영역 하부에서 상기 채널스톱영역의 일부와 오버랩되도록 형성된 제 2 영역으로 이루어진 제 2 도전형 불순물영역을 포함하는 CMOS 이미지센서의 포토다이오드에 의해 달성될 수 있다.
여기서, 제 1 도전형이 P형이면 제 2 도전형은 N형이고, 제 1 도전형이 N형이면 제 2 도전형은 P형이다.
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 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 CMOS 이미지센서의 포토다이오드 및 전송트랜지스터의 레이아웃 평면도 및 단면도이다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, P- 에피층(41)이 형성된 P＋ 반도체 기판(40)에 하부에 N 채널스톱영역(42)이 구비된 필드산화막(43)이 형성되어 광감지영역 및 트랜지스터의 액티브영역이 정의되고, 액티브영역에는 게이트 절연막(44), 전송게이트(45), 스페이서(48) 및 N＋ 플로팅노드(49)가 형성되고, 광감지영역에는 딥(deep) N- 불순물영역(46)과 P0 불순물영역(47)으로 이루어진 포토다이오드가 형성된다.
여기서, 포토다이오드의 딥 N- 불순물영역(46)은 광감지영역 내부에 형성되고 P0 불순물영역(47)은 그 표면에 형성된다. 또한, 딥 N- 불순물영역(46)은 전송 특성 향상을 위하여 제 1 및 제 2 딥 N- 불순물영역(46A, 46B)의 이중구조로 이루어지는데, 이중 제 1 딥 N- 불순물영역(46A)은 이미지센서의 다크 특성 향상을 위하여 필드산화막(43)과 소정 간격 이격되도록 형성되고, 제 2 딥 N- 불순물영역(46B)은 포토다이오드의 캐패시턴스 향상을 위하여 제 1 딥 N- 불순물영역(46A) 하부에서 N 채널스톱영역(42)의 일부와 오버랩되도록 형성된다. 이때, 제 2 딥 N- 불순물영역 (46B)은 제 1 딥 N- 불순물영역(46A) 형성용 마스크를 개정하여 적정 에너지 및 도즈 조건, 예컨대 220KeV 이하의 에너지 및 3.0E12/㎤의 도즈 조건하에서 형성하는 것이 바람직하다.
상기 실시예에 의하면, 이중구조로 이루어진 포토다이오드의 딥 N- 불순물영역 중 캐패시턴스와 직접적인 관련이 있는 영역은 필드산화막의 일부를 둘러싸도록 형성하고 다른 영역은 필드산화막과 이격시켜 형성함으로써, 이미지센서의 우수한 다크 특성을 확보하면서 포토다이오드의 캐패시턴스를 향상시킬 수 있으므로 이미지센서의 동적범위 및 광감도 특성을 향상시킬 수 있게 된다.
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 포토다이오드의 딥 N- 불순물영역을 개정함으로써 CMOS 이미지센서의 우수한 다크 특성을 확보하면서 동적 범위 및 광감도 특성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 통상의 CMOS 이미지센서의 단위화소를 나타낸 회로도.
도 2 및 도 3은 종래 CMOS 이미지센서의 포토다이오드 및 전송트랜지스터의 레이아웃 평면도 및 단면도.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 CMOS 이미지센서의 포토다이오드 및 전송트랜지스터의 레이아웃 평면도 및 단면도.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
40 : P＋ 반도체 기판 41 : P- 에피층
42 : 채널스톱영역 43 : 필드산화막
44 : 게이트 절연막 45 : 전송게이트
46 : 딥 N- 불순물영역 46A : 제 1 딥 N- 불순물영역
46B : 제 2 딥 N- 불순물영역
47 : P0 불순물영역 48 : 스페이서
49 : N＋ 플로팅노드
Claims (2)
- 필드산화막에 의해 광감지영역이 정의된 제 1 도전형 반도체 기판;상기 필드산화막 하부에 형성된 채널스톱영역;상기 광감지영역 표면에 형성된 제 1 도전형 불순물영역; 및상기 광감지영역 내부에 형성되고 상기 필드산화막과 소정 간격 이격되어 형성된 제 1 영역과 상기 제 1 영역 하부에서 상기 채널스톱영역의 일부와 오버랩되도록 형성된 제 2 영역으로 이루어진 제 2 도전형 불순물영역을 포함하는 씨모스 이미지센서의 포토다이오드.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 도전형이 P형이면 상기 제 2 도전형은 N형이고, 상기 제 1 도전형이 N형이면 상기 제 2 도전형은 P형인 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지센서의 포토다이오드.
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|---|---|---|---|---|
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2003
- 2003-10-27 KR KR1020030075129A patent/KR20050040026A/ko not_active Application Discontinuation
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