KR20050069521A - 씨모스 이미지 센서 및 그 광 칼라 감도 감지 방법 - Google Patents

씨모스 이미지 센서 및 그 광 칼라 감도 감지 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20050069521A
KR20050069521A KR1020030101663A KR20030101663A KR20050069521A KR 20050069521 A KR20050069521 A KR 20050069521A KR 1020030101663 A KR1020030101663 A KR 1020030101663A KR 20030101663 A KR20030101663 A KR 20030101663A KR 20050069521 A KR20050069521 A KR 20050069521A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
photodiode
red
green
semiconductor substrate
color sensitivity
Prior art date
Application number
KR1020030101663A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100560309B1 (ko
Inventor
민위식
Original Assignee
동부아남반도체 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 동부아남반도체 주식회사 filed Critical 동부아남반도체 주식회사
Priority to KR1020030101663A priority Critical patent/KR100560309B1/ko
Priority to EP04016938A priority patent/EP1551061A3/en
Priority to JP2004215749A priority patent/JP4340201B2/ja
Priority to US10/901,381 priority patent/US7180150B2/en
Publication of KR20050069521A publication Critical patent/KR20050069521A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100560309B1 publication Critical patent/KR100560309B1/ko

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14643Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14645Colour imagers
    • H01L27/14647Multicolour imagers having a stacked pixel-element structure, e.g. npn, npnpn or MQW elements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/1443Devices controlled by radiation with at least one potential jump or surface barrier
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/1446Devices controlled by radiation in a repetitive configuration
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/102Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
    • H01L31/103Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PN homojunction type
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14627Microlenses
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/14632Wafer-level processed structures

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Color Television Image Signal Generators (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

본 발명은 씨모스 이미지 센서 및 그 광 칼라 감도 감지 방법을 개시한다. 이에 의하면, 반도체 기판의 액티브 영역에 포토 다이오드를 형성하고, 상기 포토 다이오드 상에 층간 절연막을 형성하고, 상기 층간 절연막 상에 평탄화층을 형성하고, 상기 평탄화층 상에 칼라필터의 개재 없이 마이크로 렌즈를 형성한다. 또한, 상기 반도체 기판의 액티브 영역에 광 전하 전송부와 광 칼라 감도 연산부 및 보간회로부를 형성한다.
따라서, 본 발명은 칼라필터를 사용하지 않으면서도 상기 포토 다이오드에 조사된 광에 대한 적, 녹, 청색의 광 칼라 감도를 감지할 수 있으므로 적, 녹, 청색의 칼라필터를 제조하기 위한 제조 공정을 생략하고 나아가 씨모스 이미지 센서의 제조 공정을 단순화시킬 수가 있다. 또한, 상기 적, 녹, 청색의 칼라필터를 사용하지 않으므로 적, 녹, 청색 광의 투과도를 균일하게 유지할 수 있다.

Description

씨모스 이미지 센서 및 그 광 칼라 감도 감지 방법{CMOS Image Sensor And Method For Detecting light color sensitivity Thereof}
본 발명은 씨모스 이미지 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 적, 녹, 청색의 칼라 필터를 사용하지 않으면서도 적, 녹, 청색의 광 칼라 감도를 감지하도록 한 씨모스 이미지 센서 및 그 광 칼라 감도 감지 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지 센서는 광학적 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 크게 전하 결합 소자(charge coupled device: CCD)와 씨모스 이미지 센서(CMOS image sensor)로 구분된다.
상기 전하 결합 소자(charge coupled device: CCD)는 각각의 모스(MOS) 커패시터가 서로 인접하여 배치된 구조를 가지며, 전하 캐리어가 임의의 모스 커패시터에 저장된 후 그 후단의 모스 커패시터로 전송되는 방식의 소자이다. 상기 전하 결합 소자는 복잡한 구동 방식, 많은 전력 소모, 많은 포토공정 스텝으로 인한 복잡한 제조공정 등의 단점을 갖는다. 또한, 상기 전하 결합 소자는 제어회로, 신호처리회로, 아날로그/디지털 변환회로(A/D converter) 등을 전하 결합 소자 칩에 집적시키기가 어려워 제품의 소형화가 곤란한 단점을 갖는다.
최근에는 상기 전하 결합 소자의 단점을 극복하기 위한 차세대 이미지 센서로서 씨모스 이미지 센서가 주목을 받고 있다. 상기 씨모스 이미지 센서는 제어회로 및 신호처리회로 등을 주변회로로 사용하는 씨모스 기술을 이용하여 단위 화소의 수량에 해당하는 모스 트랜지스터들을 반도체 기판에 형성함으로써 상기 모스 트랜지스터들에 의해 각 단위 화소의 출력을 순차적으로 검출하는 스위칭 방식을 채용한 소자이다. 즉, 상기 씨모스 이미지 센서는 단위 화소 내에 포토 다이오드와 모스 트랜지스터를 형성시킴으로써 스위칭 방식으로 각 단위 화소의 전기적 신호를 순차적으로 검출하여 영상을 구현한다.
상기 씨모스 이미지 센서는 씨모스 제조 기술을 이용하므로 적은 전력 소모, 적은 포토공정 스텝에 따른 단순한 제조공정 등과 같은 장점을 갖는다. 또한, 상기 씨모스 이미지 센서는 제어회로, 신호처리회로, 아날로그/디지털 변환회로 등을 씨모스 이미지 센서 칩에 집적시킬 수가 있으므로 제품의 소형화가 용이하다는 장점을 갖고 있다. 따라서, 상기 씨모스 이미지 센서는 현재 디지털 정지 카메라(digital still camera), 디지털 비디오 카메라 등과 같은 다양한 응용 부분에 널리 사용되고 있다.
종래의 일반적인 씨모스 이미지 센서의 화소는 도 1에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(10)의 액티브 영역이 상기 반도체 기판(10)의 필드 영역의 소자 분리막(11)에 의해 정의되고, 상기 반도체 기판(10)의 액티브 영역에 포토 다이오드 어레이(13)를 위한 포토 다이오드(PD)(13a),(13b),(13c)가 형성되고, 상기 포토 다이오드 어레이(13)를 포함하여 상기 반도체 기판(10)의 전역 상에 투명한 층간 절연막(15)이 형성되고, 상기 포토 다이오드(13a),(13b),(13c)와 대응하여 수직선 상에 위치하도록 상기 층간 절연막(15) 상에 칼라필터 어레이(17)를 위한 적, 녹, 청색의 칼라필터(17a),(17b),(17c)가 형성되고, 상기 칼라필터 어레이(17)와 층간 절연막(15) 상에 평탄화층(19)이 평탄화되고, 상기 칼라필터(17a),(17b),(17c)와 대응하여 수직선 상에 위치하도록 상기 평탄화층(19) 상에 각각의 마이크로 렌즈(21)가 형성된 구조를 갖는다.
여기서, 상기 반도체 기판(10)은 P형 단결정 실리콘 기판으로 형성되고, 상기 포토 다이오드(13a),(13b),(13c)는 N형 확산 영역으로 형성될 수 있다. 상기 포토 다이오드 어레이(13)는 포토 게이트를 이용한 포토 게이트 어레이에 의해 대치될 수 있다. 상기 층간 절연막(15)은 주로 산화막으로 형성될 수 있다. 상기 칼라필터(17a),(17b),(17c)는 각각 적, 녹, 청색의 염료를 사용한 감광막으로 형성될 수 있다.
이러한 구조를 갖는 씨모스 이미지 센서의 경우, 상기 층간 절연막(15) 상에 상기 칼라필터(17a),(17b),(17c)를 순차적으로 형성하는 것이 일반적이다. 이를 좀 더 상세히 언급하면, 상기 층간 절연막(15) 상에 스핀 코팅 공정에 의해 적색의 염료를 사용한 감광막을 코팅한 후 노광 및 현상 공정을 이용하여 상기 감광막을 상기 포토 다이오드(13a)와 수직선 상에 위치한, 층간 절연막(15)의 칼라필터 형성 영역 상에 남김과 아울러 나머지 영역의 감광막을 모두 제거시킴으로써 상기 칼라필터(17a)를 형성한다. 이러한 방식으로, 상기 포토 다이오드(13b)와 수직선 상에 위치한, 층간 절연막(15)의 칼라필터 형성 영역 상에 상기 칼라필터(17b)를 형성하고 나서 상기 포토 다이오드(13c)와 수직선 상에 위치한, 층간 절연막(15)의 칼라필터 형성 영역 상에 상기 칼라필터(17c)를 형성한다.
따라서, 종래에는 적, 녹, 청색의 칼라필터(17a),(17b),(17c)를 갖는 칼라필터 어레이(17)를 형성하기 위해 코팅, 노광, 현상 공정을 3번 반복 진행하여야 하므로 칼라필터 어레이의 제조 공정이 복잡할 뿐만 아니라 상기 칼라필터(17a),(17b),(17c)를 각각 투과하는 적, 녹, 청색 광의 투과도를 균일하게 유지하기 어렵다.
최근에는 이러한 칼라필터 어레이의 문제점을 해소하기 위해 칼라필터를 사용하지 않으면서도 적, 녹, 청색의 광을 각각 감지하는 방법들이 제안되었다. 상기 방법 중의 하나는 마이크로 프리즘을 이용하는 방법으로서, 한국 공개특허 2003-56096호에 개시되어 있다. 또한, 상기 방법 중의 다른 하나는 다중 슬릿(slit)을 이용하는 방법으로서, 한국 공개특허 2003-39454호에 개시되어 있다. 하지만, 이러한 방법들은 상기 마이크로 프리즘이나 다중 슬릿을 형성하는 공정이 매우 복잡하므로 씨모스 이미지 센서의 복잡한 제조 공정을 근본적으로 해결하는데 한계가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 칼라 필터를 사용하지 않으면서도 적, 녹, 청색의 광을 용이하게 감지하도록 하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 칼라필터의 제조 공정을 생략함으로써 씨모스 이미지 센서의 제조 공정을 단순화하는데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서는
액티브 영역을 갖는 반도체 기판; 상기 반도체 기판의 액티브 영역에 형성되며, 광의 조사에 따라 광 전하를 생성하는 포토 다이오드; 상기 포토 다이오드 상에 형성된 층간 절연막; 상기 층간 절연막 상에 형성된 평탄화층; 상기 포토 다이오드와 수직선 상에 위치하도록 상기 평탄화층 상에 형성된 마이크로 렌즈; 상기 반도체 기판의 액티브 영역에 형성되며, 상기 포토 다이오드에서 생성된 광 전하를 전송하는 광 전하 전송부; 상기 반도체 기판의 액티브 영역에 형성되며, 상기 반도체 기판에 인가하는 백 바이어스 전압을 다수개의 상이한 값으로 발생시키는 백 바이어스 전압 발생부; 및 상기 반도체 기판의 액티브 영역에 형성되며, 상기 백 바이어스 전압에 따른 상기 포토 다이오드의 공핍 영역의 폭과 상기 광 전하의 전류값으로부터 상기 공핍 영역 내에서의 광 파장에 따른 적, 녹, 청색 광의 칼라 감도를 연산하는 광 칼라 감도 연산부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 광 칼라 감도 연산부는
상기 백 바이어스 전압의 제 1 값에 따른 상기 포토 다이오드의 공핍 영역의 폭을 연산하는 단계; 상기 제 1 값에 따른 상기 광 전하의 제 1 전류값을 측정하는 단계; 상기 측정된 제 1 전류값을 적, 녹, 청색 광의 칼라 감도의 합으로 이루어진 제 1 방정식으로 나타내는 단계; 상기 백 바이어스 전압의 제 2, 3 값에 따른 상기 포토 다이오드의 공핍 영역의 폭을 각각 연산하는 단계; 상기 제 2, 3 값에 따른 상기 광 전하의 제 2, 3 전류값을 각각 측정하는 단계; 상기 측정된 제 2, 3 전류값을 각각 적, 녹, 청색 광의 칼라 감도의 합으로 이루어진 제 2, 3 방정식으로 나타내는 단계; 및 상기 제 1, 2, 3 방정식으로부터 상기 적, 녹, 청색 광의 칼라 감도를 연산하는 단계를 진행할 수 있다.
바람직하게는, 상기 백 바이어스 전압의 제 1, 2, 3 값 중 하나는 0V로 결정할 수 있다.
또한, 이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서의 광 칼라 감도 감지 방법은
칼라필터를 거치지 않고 포토 다이오드에 광이 조사되는 반도체 기판에 백 바이어스 전압의 제 1 값을 인가하는 단계; 상기 제 1 값에 따른 상기 포토 다이오드의 공핍 영역의 폭을 연산하는 단계; 상기 제 1 값에 따른 상기 광 전하의 제 1 전류값을 측정하는 단계; 상기 측정된 제 1 전류값을 상기 적, 녹, 청색 광의 칼라 감도의 합으로 이루어진 제 1 방정식으로 나타내는 단계; 상기 반도체 기판에 상기 백 바이어스 전압의 제 2, 3 값을 인가하는 단계; 상기 백 바이어스 전압의 제 2, 3 값에 따른 상기 광 전하의 제 2, 3 전류값을 측정하는 단계; 상기 제 2, 3 전류값을 각각 적, 녹, 청색 광의 칼라 감도의 합으로 이루어진 제 2, 3 방정식으로 나타내는 단계; 및 상기 제 1, 2, 3 방정식으로부터 상기 적, 녹, 청색 광의 칼라 감도를 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 백 바이어스 전압의 제 1, 2 3 값 중 하나를 0V로 결정할 수 있다.
이하, 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서 및 그 광 칼라 감도 감지 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서의 화소를 나타낸 요부 단면 구조도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서의 화소에서는 반도체 기판(30)의 액티브 영역이 상기 반도체 기판(30)의 필드 영역의 소자 분리막(31)에 의해 정의되고, 상기 반도체 기판(30)의 액티브 영역에 광 전하의 생성을 위한 1개의 포토 다이오드(PD)(33)가 형성되고, 상기 포토 다이오드(33)를 포함하여 상기 반도체 기판(30)의 전역 상에 투명한 층간 절연막(35)이 형성되고, 상기 층간 절연막(35) 상에 표면 평탄화를 위한 평탄화층(39)이 형성되고, 상기 포토 다이오드(33)와 수직선 상에 위치하도록 상기 평탄화층(39) 상에 외부 광을 상기 포토 다이오드(33)에 집광시켜주기 위한 집광부, 예를 들어 마이크로 렌즈(41)가 형성된다. 상기 반도체 기판(30)에는 백 바이어스 전압(Vb)이 인가된다.
여기서, 상기 층간 절연막(35)은 투명도가 우수한 산화막 계통의 절연막으로 구성될 수 있다. 상기 층간 절연막(35)은 설명의 편의상, 1개층으로 구성된 것처럼 도시되어 있지만, 실제로는 1개층보다 많은 복수개층으로 구성되어 있음은 자명한 사실이다.
또한, 상기 반도체 기판(30)은 P형 단결정 실리콘층으로 구성되어 있지만, 상기 P형 단결정 실리콘층과 그 위의 P+형 에피층(미도시)으로 구성되는 것도 가능하다.
또한, 상기 포토 다이오드(33) 대신에 포토 게이트(미도시) 등이 사용될 수 있음은 자명한 사실이다.
한편, 설명의 편의상, 도면에 도시하지 않았지만, 상기 반도체 기판(30)의 액티브 영역에는 상기 포토 다이오드(33)와 함께 광 전하 전송부, 백 바이어스 전압(Vb) 발생부, 광 칼라 감도 연산부 및 보간 회로부 등이 형성됨은 자명한 사실이다.
도 3은 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서의 신호 처리부를 나타낸 등가 회로도이다.
도 3을 참조하면, 포토 다이오드(133)는 외부 광(미도시)이 상기 포토 다이오드(133)의 조사에 따라 임의의 전류값에 해당하는 다수의 광 전하를 생성한다. 광 전하 전송부(135)는 통상 3개의 트랜지스터 또는 4개의 트랜지스터로 구성되며, 상기 광 전하를 광 칼라 감도 연산부(133)로 전송한다. 백 바이어스 전압(Vb) 발생부(137)는 상기 포토 다이오드(133)에 해당하는 도 2의 포토 다이오드(33)가 형성된 도 2의 반도체 기판(30)에 인가할 다수개의 백 바이어스 전압(Vb)을 발생시킨다. 광 칼라 감도 연산부(139)는 상기 전송된 광 전하에 의한 전류값과, 상기 백 바이어스 전압(Vb)의 가변에 따른 포토 다이오드(33)의 공핍 영역의 가변 폭을 이용하여 적, 녹, 청색의 광 칼라 감도를 연산한다. 보간 회로부(141)는 통상적인 보간 회로부로서, 상기 연산된 적, 녹, 청색의 광 칼라 감도에 해당하는 신호를 공지된 방법에 의해 보간 처리함으로써 칼라 이미지에 해당하는 칼라 신호를 구현한다.
여기서, 상기 광 칼라 감도 연산부(139)의 광 칼라 감도 연산 과정을 좀 더 상세히 설명하면, 도 2에 도시된 포토 다이오드(33)의 PN 접합에 형성되는 공핍 영역(미도시)의 폭(W)은 공지된 식 1에 의해 나타낼 수 있다.
또한, 상기 공핍 영역에서 발생된 광 전하에 의한 전류값(A)은 공지된 식 2에 의해 나타낼 수 있다.
여기서, AJ는 상기 PN 접합의 단면적이고, W는 상기 공핍 영역의 폭이고, q는 상기 광 전하의 단위 전하량이다.
따라서, 상기 식 1, 2로부터 식 3을 유도함으로써 상기 공핍 영역에서의 적, 녹, 청색 광의 파장에 따른 광 칼라 감도(IR),(IG),(IB)를 연산할 수가 있다. 즉, 도 2의 반도체 기판(30)에 상기 백 바이어스 전압(Vb) 발생부(137)에 의해 상기 백 바이어스 전압(Vb)의 제 1, 2, 3 값을 인가함으로써 상기 공핍 영역의 3개 폭(W1),(W2),(W3)을 형성시킬 수가 있으므로 적, 녹, 청색 광의 파장에 따른 적, 녹 청색 광의 칼라 감도(IR),(IG),(IB)를 연산할 수가 있다. 이때, 상기 백 바이어스 전압(Vb)의 제 1, 2, 3 값 중 하나를 0V로 결정하고, 나머지 2개의 백 바이어스 전압(Vb)을 임의의 값으로 결정할 수 있다.
여기서, W1, W2, W3은 상기 백 바이어스 전압(Vb)의 제 1, 2, 3 값의 인가에 따른 공핍 영역의 폭이다. λR, λG, λB는 적, 녹, 청색 광의 파장이다. I(W1), I(W2), I(W3)는 상기 공핍 영역의 폭(W1), (W2), (W3)에 따른 총량의 광 칼라 감도 측정값이다.
한편, 적, 녹, 청색 광의 파장(wave length)에 따른 광 흡수율(fraction of light absorbed)은 도 4a에 도시된 바와 같이 나타나고, 상기 적, 녹, 청색 광을 합산한 광의 파장에 따른 칼라 감도(sensitivity)를 도 4b에 도시된 바와 같이 나타난다. 또한, 광의 파장에 따른 실리콘 기판의 침투 깊이(penetration depth)는 도 5에 도시된 바와 같이 나타난다.
따라서, 상기 광 칼라 감도 연산부(139)는 적, 녹, 청색의 칼라필터를 사용하지 않으면서도 상기 포토 다이오드(133)에 조사된 광에 대한 적, 녹, 청색의 광 칼라 감도를 일련의 계산식으로 연산함으로써 감지할 수 있으므로 적, 녹, 청색의 칼라필터를 제조하기 위한 제조 공정을 생략하고 나아가 씨모스 이미지 센서의 제조 공정을 단순화시킬 수가 있다. 또한, 상기 적, 녹, 청색의 칼라필터를 사용하지 않으므로 적, 녹, 청색 광의 투과도를 균일하게 유지할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서 및 그 광 칼라 감도 감지 방법은 반도체 기판의 액티브 영역에 포토 다이오드를 형성하고, 상기 포토 다이오드 상에 층간 절연막을 형성하고, 상기 층간 절연막 상에 평탄화층을 형성하고, 상기 평탄화층 상에 칼라필터의 개재 없이 마이크로 렌즈를 형성한다. 또한, 상기 반도체 기판의 액티브 영역에 광 전하 전송부와 광 칼라 감도 연산부 및 보간회로부를 형성한다.
따라서, 본 발명은 칼라필터를 사용하지 않으면서도 상기 포토 다이오드에 조사된 광에 대한 적, 녹, 청색의 광 칼라 감도를 감지할 수 있으므로 적, 녹, 청색의 칼라필터를 제조하기 위한 제조 공정을 생략하고 나아가 씨모스 이미지 센서의 제조 공정을 단순화시킬 수가 있다. 또한, 상기 적, 녹, 청색의 칼라필터를 사용하지 않으므로 적, 녹, 청색 광의 투과도를 균일하게 유지할 수 있다.
한편, 본 발명은 도시된 도면과 상세한 설명에 기술된 내용에 한정하지 않으며 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 변형도 가능함은 이 분야에 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실이다.
도 1은 일반적인 씨모스 이미지 센서(CMOS image sensor)의 화소를 나타낸 요부 단면 구조도.
도 2는 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서의 화소를 나타낸 요부 단면 구조도이다.
도 3은 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서의 신호 처리부를 나타낸 등가 회로도이다.
도 4a는 적, 녹, 청색 광의 파장(wave length)에 따른 광 흡수율(fraction of light absorbed)을 나타낸 그래프.
도 4b는 적, 녹, 청색 광을 합산한 광의 파장에 따른 칼라 감도(sensitivity)를 나타낸 그래프.
도 5는 광의 파장에 따른 실리콘 기판의 침투 깊이(penetration depth)를 나타낸 그래프.

Claims (5)

  1. 액티브 영역을 갖는 반도체 기판;
    상기 반도체 기판의 액티브 영역에 형성되며, 광의 조사에 따라 광 전하를 생성하는 포토 다이오드;
    상기 포토 다이오드 상에 형성된 층간 절연막; 상기 층간 절연막 상에 형성된 평탄화층;
    상기 포토 다이오드와 수직선 상에 위치하도록 상기 평탄화층 상에 형성된 마이크로 렌즈; 상기 반도체 기판의 액티브 영역에 형성되며, 상기 포토 다이오드에서 생성된 광 전하를 전송하는 광 전하 전송부;
    상기 반도체 기판의 액티브 영역에 형성되며, 상기 반도체 기판에 인가하는 백 바이어스 전압을 다수개의 상이한 값으로 발생시키는 백 바이어스 전압 발생부; 및
    상기 반도체 기판의 액티브 영역에 형성되며, 상기 백 바이어스 전압에 따른 상기 포토 다이오드의 공핍 영역의 폭과 상기 광 전하의 전류값으로부터 상기 공핍 영역 내에서의 광 파장에 따른 적, 녹, 청색 광의 칼라 감도를 연산하는 광 칼라 감도 연산부를 포함하는 씨모스 이미지 센서.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 광 칼라 감도 연산부는
    상기 백 바이어스 전압의 제 1 값에 따른 상기 포토 다이오드의 공핍 영역의 폭을 연산하는 단계;
    상기 제 1 값에 따른 상기 광 전하의 제 1 전류값을 측정하는 단계;
    상기 측정된 제 1 전류값을 적, 녹, 청색 광의 칼라 감도의 합으로 이루어진 제 1 방정식으로 나타내는 단계;
    상기 백 바이어스 전압의 제 2, 3 값에 따른 상기 포토 다이오드의 공핍 영역의 폭을 각각 연산하는 단계;
    상기 제 2, 3 값에 따른 상기 광 전하의 제 2, 3 전류값을 각각 측정하는 단계;
    상기 측정된 제 2, 3 전류값을 각각 적, 녹, 청색 광의 칼라 감도의 합으로 이루어진 제 2, 3 방정식으로 나타내는 단계; 및
    상기 제 1, 2, 3 방정식으로부터 상기 적, 녹, 청색 광의 칼라 감도를 연산하는 단계를 진행하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 백 바이어스 전압의 제 1, 2, 3 값 중 하나가 0V인 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서.
  4. 칼라필터를 거치지 않고 포토 다이오드에 광이 조사되는 반도체 기판에 백 바이어스 전압의 제 1 값을 인가하는 단계;
    상기 제 1 값에 따른 상기 포토 다이오드의 공핍 영역의 폭을 연산하는 단계;
    상기 제 1 값에 따른 상기 광 전하의 제 1 전류값을 측정하는 단계;
    상기 측정된 제 1 전류값을 상기 적, 녹, 청색 광의 칼라 감도의 합으로 이루어진 제 1 방정식으로 나타내는 단계;
    상기 반도체 기판에 상기 백 바이어스 전압의 제 2, 3 값을 인가하는 단계;
    상기 백 바이어스 전압의 제 2, 3 값에 따른 상기 광 전하의 제 2, 3 전류값을 측정하는 단계;
    상기 제 2, 3 전류값을 각각 적, 녹, 청색 광의 칼라 감도의 합으로 이루어진 제 2, 3 방정식으로 나타내는 단계; 및
    상기 제 1, 2, 3 방정식으로부터 상기 적, 녹, 청색 광의 칼라 감도를 연산하는 단계를 포함하는 씨모스 이미지 센서의 광 칼라 감도 감지 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 백 바이어스 전압의 제 1, 2, 3 값 중 하나를 0V로 결정하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 광 칼라 감도 감지 방법.
KR1020030101663A 2003-12-31 2003-12-31 씨모스 이미지 센서 및 그 광 칼라 감도 감지 방법 KR100560309B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020030101663A KR100560309B1 (ko) 2003-12-31 2003-12-31 씨모스 이미지 센서 및 그 광 칼라 감도 감지 방법
EP04016938A EP1551061A3 (en) 2003-12-31 2004-07-19 Cmos image sensor and method for detecting color sensitivity thereof
JP2004215749A JP4340201B2 (ja) 2003-12-31 2004-07-23 Cmosイメージセンサの光カラー感度感知方法
US10/901,381 US7180150B2 (en) 2003-12-31 2004-07-29 CMOS image sensor and method for detecting color sensitivity thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020030101663A KR100560309B1 (ko) 2003-12-31 2003-12-31 씨모스 이미지 센서 및 그 광 칼라 감도 감지 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20050069521A true KR20050069521A (ko) 2005-07-05
KR100560309B1 KR100560309B1 (ko) 2006-03-14

Family

ID=34567868

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020030101663A KR100560309B1 (ko) 2003-12-31 2003-12-31 씨모스 이미지 센서 및 그 광 칼라 감도 감지 방법

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7180150B2 (ko)
EP (1) EP1551061A3 (ko)
JP (1) JP4340201B2 (ko)
KR (1) KR100560309B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7667178B2 (en) 2007-01-24 2010-02-23 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensor, method of manufacturing the same, and method of operating the same

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100561004B1 (ko) * 2003-12-30 2006-03-16 동부아남반도체 주식회사 씨모스 이미지 센서 및 그 제조 방법
KR100649012B1 (ko) * 2004-12-30 2006-11-27 동부일렉트로닉스 주식회사 색재현성 향상을 위한 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법
US20060193356A1 (en) * 2005-01-18 2006-08-31 Robert Osiander Die level optical transduction systems
KR100710207B1 (ko) * 2005-09-22 2007-04-20 동부일렉트로닉스 주식회사 씨모스 이미지 센서의 제조방법
US7569804B2 (en) 2006-08-30 2009-08-04 Dongbu Hitek Co., Ltd. Image sensor having exposed dielectric layer in a region corresponding to a first color filter by a passivation layer
US9179516B2 (en) 2006-10-27 2015-11-03 Koninklijke Philips N.V. Color controlled light source and a method for controlling color generation in a light source
KR100896876B1 (ko) * 2007-11-16 2009-05-12 주식회사 동부하이텍 이미지 센서 및 그 제조방법
CN101459184B (zh) * 2007-12-13 2011-03-23 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 在cmos上感测图像的系统和方法
KR101003939B1 (ko) 2008-09-04 2010-12-30 주식회사 동부하이텍 이미지 센서의 크로스토크 측정방법
US8138531B2 (en) * 2009-09-17 2012-03-20 International Business Machines Corporation Structures, design structures and methods of fabricating global shutter pixel sensor cells
DE102010043822B4 (de) * 2010-11-12 2014-02-13 Namlab Ggmbh Fotodiode und Fotodiodenfeld sowie Verfahren zu deren Betrieb
TWI438889B (zh) * 2010-12-01 2014-05-21 Hon Hai Prec Ind Co Ltd 發光二極體封裝結構
FR3008230B1 (fr) * 2013-07-03 2016-11-11 E2V Semiconductors Capteur d'image couleur matriciel, sans filtres colores
US9621864B2 (en) 2014-01-14 2017-04-11 Microsoft Technology Licensing, Llc Spectral imaging system

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1003938A (en) * 1974-09-17 1977-01-18 Northern Electric Company, Limited Photodiode detector with selective frequency response
US3976361A (en) * 1974-11-18 1976-08-24 Hughes Aircraft Company Charge storage diode with graded defect density photocapacitive layer
JPS5795769A (en) * 1980-12-05 1982-06-14 Fuji Photo Film Co Ltd Semiconductor image pickup device
JPS60257559A (ja) * 1984-06-04 1985-12-19 Nec Corp Cmos集積回路装置
US4749851A (en) * 1986-08-29 1988-06-07 Technische Universiteit Delft Method and circuit for determining the wave-length of light
US5321249A (en) * 1991-10-31 1994-06-14 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Solid-state imaging device and method of manufacturing the same
JP3308880B2 (ja) * 1997-11-07 2002-07-29 キヤノン株式会社 液晶表示装置と投写型液晶表示装置
JP3159171B2 (ja) * 1998-06-05 2001-04-23 日本電気株式会社 固体撮像装置
US6566151B2 (en) * 2001-06-21 2003-05-20 United Microelectronics Corp. Method of forming a color filter
KR100561004B1 (ko) * 2003-12-30 2006-03-16 동부아남반도체 주식회사 씨모스 이미지 센서 및 그 제조 방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7667178B2 (en) 2007-01-24 2010-02-23 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensor, method of manufacturing the same, and method of operating the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2005197647A (ja) 2005-07-21
US7180150B2 (en) 2007-02-20
EP1551061A2 (en) 2005-07-06
JP4340201B2 (ja) 2009-10-07
US20050145904A1 (en) 2005-07-07
EP1551061A3 (en) 2007-09-26
KR100560309B1 (ko) 2006-03-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100560309B1 (ko) 씨모스 이미지 센서 및 그 광 칼라 감도 감지 방법
US6765276B2 (en) Bottom antireflection coating color filter process for fabricating solid state image sensors
US8605175B2 (en) Solid-state image capturing device including a photochromic film having a variable light transmittance, and electronic device including the solid-state image capturing device
US8383444B2 (en) Method for determining color using CMOS image sensor
US7208811B2 (en) Photo-detecting device
TWI569435B (zh) 具有介電電荷捕捉裝置之影像感測器
KR20160051687A (ko) 고체 촬상 소자 및 그 제조 방법, 및 전자 기기
US20070246745A1 (en) Complementary metal oxide semiconductor image sensor and method for fabricating the same
JP2006261372A (ja) 固体撮像素子および固体撮像素子の製造方法および画像撮影装置
CN102881699A (zh) 固态成像器件、固态成像器件的制造方法以及电子装置
KR20080032978A (ko) 자외선 수광용 포토 다이오드 및 이를 포함하는 이미지센서
CN101488509A (zh) 传感器、固体摄像器件、摄像装置及其制造方法
TWI389308B (zh) 影像感測器之雙重隔離
US11749699B2 (en) Solid-state image sensor with pillar surface microstructure and method of fabricating the same
JP2011151421A (ja) 固体撮像素子および固体撮像素子の製造方法及び画像撮影装置
CN102246300A (zh) 图像传感器内的紫外光滤光层
KR20110111111A (ko) 광민감성 소자를 이용한 이미지 센서 및 그 동작 방법
KR100521971B1 (ko) 찌꺼기 발생 및 칼라필터 간의 겹침을 방지할 수 있는이미지 센서 및 제조 방법
JPH0472664A (ja) 固体撮像素子
KR20050069868A (ko) 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법
KR20070081702A (ko) 이미지 센서 및 그 형성 방법
KR100802293B1 (ko) 이미지 센서의 제조 방법
JPH02106070A (ja) 固体撮像装置
KR20100028237A (ko) 씨모스 이미지 센서 및 그의 제조방법
KR20040058711A (ko) 이미지센서 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
N231 Notification of change of applicant
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120221

Year of fee payment: 7

LAPS Lapse due to unpaid annual fee