KR20060006873A - 고체촬상소자의 픽셀 구조 - Google Patents

고체촬상소자의 픽셀 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고체촬상소자의 픽셀 구조에 관한 것으로, 특히 픽셀 사이즈가 작아지면서 포화전압 및 감도를 높이기 위하여 포토다이오드 영역을 깊게 형성하는 고체촬상소자의 픽셀 구조에서, 셔터(Shutter) 동작시에 VCCD에 존재하는 전자들을 보호하기 위하여 형성하는 제2 P웰을 사다리 모양으로 형성함으로써, 포토다이오드 영역을 깊게 형성하면서 발생하는 포토다이오드 영역 간의 낮은 장벽(Barrier)으로 인한 블루밍(blooming) 특성문제를 해결하는데 적당하도록 한 고체촬상소자의 픽셀 구조에 관한 것이다.
본 발명의 고체촬상소자의 픽셀 구조를 이루는 구성수단은, N형 기판 상에 형성되는 제1 P웰과 상기 제1 P웰 상측에 순서대로 형성되는 N형 불순물층(PDN)과 P형 불순물층(PDP)으로 구성되는 포토다이오드(PD)영역과, 상기 N형 기판 상에 형성되는 제1 P웰과 상기 제1 P웰 위에 별도로 형성되는 제2 P웰 및 상기 제2 P웰 표면부위에는 형성되는 N형 불순물층인 BCCD(Buried CCD)로 구성되는 VCCD(Vertical CCD)영역과 상기 포토다이오드 영역과 상기 VCCD 영역 사이에 형성되는 TG(Transfer Gate)영역 및 상기 VCCD 영역이나 상기 포토다이오드의 영역 주위에 형성되는 채널 스톱층(CST)을 포함하여 형성되는 고체촬상소자의 픽셀 구조에 있어서, 상기 제2 P웰은 상기 BCCD와 수평 및 직교 방향으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
고체촬상소자, 블루밍, 포토다이오드

Description

고체촬상소자의 픽셀 구조{pixel structure of the CHARGE COUPLED DEVICE}
도 1은 종래 일반적인 고체촬상소자의 평면도이다.
도 2는 상기 도 1에 도시된 A-A'의 단면도이다.
도 3은 상기 도 1에 도시된 B-B'의 단면도이다.
도 4는 종래 고체촬상소자 픽셀에 대한 문제점을 설명하기 위한 예시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 고체촬상소자의 픽셀 평면도이다.
도 6은 상기 도 5에 도시된 A-A'의 단면도이다.
도 7은 상기 도 5에 도시된 B-B'의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제2 P웰의 구조를 보여주는 예시도이다.
본 발명은 고체촬상소자의 픽셀 구조에 관한 것으로, 특히 픽셀 사이즈가 작아지면서 포화전압 및 감도를 높이기 위하여 포토다이오드 영역을 깊게 형성하는 고체촬상소자의 픽셀 구조에서, 셔터(Shutter) 동작시에 VCCD에 존재하는 전자들을 보호하기 위하여 형성하는 제2 P웰을 사다리 모양으로 형성함으로써, 포토다이오드 영역을 깊게 형성하면서 발생하는 포토다이오드 영역 간의 낮은 장벽(Barrier)으로 인한 블루밍(blooming) 특성문제를 해결하는데 적당하도록 한 고체촬상소자의 픽셀 구조에 관한 것이다.
도 1은 종래의 일반적인 고체촬상소자 픽셀 구조의 단면도이고, 도 2는 상기 도 1에 도시된 A-A'의 단면도이며, 도 3은 상기 도 1에 도시된 B-B'의 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 일반적인 고체촬상소자의 픽셀(10)은 포토다이오드(PD)(14) 영역과 VCCD(Vertical CCD)(11) 영역과 TG(Transfer Gate)영역(15) 및 채널 스톱층(CST)(12)을 포함하여 이루어진다.
상기 포토다이오드 영역(14)은 상기 도 1에 도시된 고체촬상소자 픽셀을 A-A'로 자른 단면도인 도 2에 도시된 바와 같이, N형 기판(11a) 상에 형성된 제1 P웰(11b)과 상기 제1 P웰(11b) 상에 순차적으로 형성된 N형 불순물층(PDN)(14a)과 P형 불순물층(PDP)(14b)으로 형성된다.
상기 P형 불순물층(PDP)(14b)은 포토다이오드 표면에서 발생하는 전자들이 포토 다이오드 영역(14)으로 유입되는 것을 방지하기 위하여 강한 P+로 이온주입되어 형성된다. 그리고 상기 P형 불순물층(14b) 하측에 형성된 N형 불순물층(14a)은 전자를 축적하기 위하여 N형으로 이온주입된다. 상기 N형 불순물층(14a)을 깊게 이온주입함으로써, 픽셀 사이즈가 작아지는 고체촬상소자의 픽셀 구조에서 충분한 포화전압을 얻거나 감도를 높일 수 있다.
상기 제1 P웰(11b) 상에는 도 2에 도시된 바와 같이, 별도의 제2 P웰(11c)이 형성되고, 상기 제2 P웰(11c) 상부에 BCCD(Buried CCD)층(11d)이 형성되어 VCCD(Vertical CCD)(11)영역이 구성된다. 상기 N형 불순물층(PDN)(14a)과 P형 불순물층(PDP)(14b)으로 구성되는 포토다이오드 영역(14)과 상기 VCCD 영역(11) 사이에는 TG(Transfer Gate)(15)가 구비된다. 상기 도 2에 도시된 바와 같이 상기 제2 P웰(11c)은 BCCD층(11d)과 나란하게 형성된다.
상기 도 1에 도시된 고체촬상소자 픽셀을 B-B'로 자른 단면도인 도 3에 도시된 바와 같이, N형 기판(11a) 상에는 제1 P웰(11b)만이 형성되고 제2 P웰(11c)은 형성되지 않는다. 즉, 상기 제2 P웰(11c)은 상기 BCCD층(11d)과 나란하게 형성되고 직교하는 방향으로는 형성되지 않는다. 도 3에 도시된 바와 같이 상기 포토다이오드 영역(14) 사이에는 채널스톱(CST)(12)영역이 마련된다.
상기와 같은 구조를 가지는 종래의 고체촬상소자 픽셀 구조에서 충분한 포화전압을 얻거나 감도를 높게하기 위하여 상기 N형 불순물층(PDN)을 깊게 이온주입하게 되면, 도 4에 도시된 "A"부분과 같은 형상을 가지게 된다. 결과적으로, 픽셀 사이즈가 작아지면서 포토다이오드 영역의 N형 불순물층과 인접하는 N형 불순물층의 거리가 가까워져 쇼트(Short)가 발생하거나 인접하는 포토다이오드 영역간의 베리어(barrier)가 낮아지기 때문에 블루밍(blooming) 현상이 쉽게 발생하는 문제점이 발생한다.
상기와 같은 현상은 제2 P웰층이 BCCD층과 나란하게 형성되어 있는 도 2에 도시된 A-A' 단면에서는 나타나지 않지만, 제2 P웰층이 형성되지 않는 도 3의 B-B' 단면에서는 나타난다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 셔터(Shutter) 동작시에 VCCD에 존재하는 전자들을 보호하기 위하여 형성하는 제2 P웰을 사다리 모양으로 형성하여, 포토다이오드 영역을 깊게 이온주입하는 경우에도 포토다이오드 영역 간의 장벽(barrier)이 낮아지는 것을 방지함으로써, 블루밍이 발생하는 것을 방지할 수 있는 고체촬상소자의 픽셀 구조를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 제안된 본 발명인 고체촬상소자의 픽셀 구조를 이루는 구성수단은, N형 기판 상에 형성되는 제1 P웰과 상기 제1 P웰 상측에 순서대로 형성되는 N형 불순물층(PDN)과 P형 불순물층(PDP)으로 구성되는 포토다이오드(PD)영역과, 상기 N형 기판 상에 형성되는 제1 P웰과 상기 제1 P웰 위에 별도로 형성되는 제2 P웰 및 상기 제2 P웰 표면부위에는 형성되는 N형 불순물층인 BCCD(Buried CCD)로 구성되는 VCCD(Vertical CCD)영역과 상기 포토다이오드 영역과 상기 VCCD 영역 사이에 형성되는 TG(Transfer Gate)영역 및 상기 VCCD 영역이나 상기 포토다이오드의 영역 주위에 형성되는 채널 스톱층(CST)을 포함하여 형성되는 고체촬상소자의 픽셀 구조에 있어서, 상기 제2 P웰은 상기 BCCD와 수평 및 직교 방향으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 BCCD와 직교 방향으로 형성되는 상기 제2 P웰은 상기 포토다이오 드 영역과 인접하는 다른 포토다이오드 영역 사이에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2 P웰을 고 에너지 임플란트기로 형성하고자 하는 경우에는 200 ~ 800KeV와 5E11 ~ 5E12의 도즈(Dose)로 이온주입되고, 상기 제2 P웰을 1000℃ 이상의 노(furnace)에서 확산 방법으로 형성하고자 하는 경우에는 100 ~ 300KeV와 5E11 ~ 5E12의 도즈(Dose)로 이온주입되는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상기와 같은 구성수단으로 이루어져 있는 본 발명인 고체촬상소자의 픽셀 구조에 관한 작용 및 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 고체촬상소자 픽셀 구조를 보여주는 평면도이고, 도 6은 상기 도 5에 도시된 A-A'의 단면도이고, 도 7은 상기 도 5의 B-B'의 단면도이다.
상기 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명인 고체촬상소자 픽셀 구조는 N형 기판(21a) 상에 형성되는 제1 P웰(21b)과 상기 제1 P웰(21b) 상측에 순서대로 형성되는 N형 불순물층(PDN)(24a)과 P형 불순물층(PDP)(24b)으로 구성되는 포토다이오드(PD)영역과, 상기 N형 기판(21a) 상에 형성되는 제1 P웰(21b)과 상기 제1 P웰(21b) 위에 별도로 형성되는 제2 P웰(21c) 및 상기 제2 P웰(21c) 표면부위에는 형성되는 N형 불순물층인 BCCD(Buried CCD)(21d)로 구성되는 VCCD(Vertical CCD)영역과 상기 포토다이오드 영역과 상기 VCCD 영역 사이에 형성되는 TG(Transfer Gate)영역(25) 및 상기 VCCD 영역이나 포토다이오드의 영역 주위에 형 성되는 채널 스톱층(CST)(22)을 포함하여 이루어진다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명인 고체촬상소자 픽셀 구조는 종래의 고체촬상소자 픽셀 구조와 대부분 유사하다. 다만, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 제2 P웰(21c)은 상기 BCCD(21d)와 수평 및 직교 방향으로 형성된다. 즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 제2 P웰(21c)은 상기 BCCD(21d)와 나란하게 형성되는 세로 방향의 제2 P웰(21c')과 상기 BCCD(21d)와 직교방향으로 형성되는 가로 방향의 제2 P웰(21c'')로 이루어진다.
상기 BCCD(21d)와 직교 방향으로 형성되는 상기 제2 P웰(21c'')은 상기 포토다이오드 영역과 인접하는 다른 포토다이오드 영역 사이에 형성된다.
따라서, 도 6에 도시된 바와 같이, 도 5에 도시된 고체촬상소자 픽셀을 A-A'로 자른 단면에서도 상기 제2 P웰(21c)이 나타나고, 도 7에 도시된 바와 같이 도 5에 도시된 고체촬상소자 픽셀을 B-B'로 자른 단면에서도 상기 제2 P웰(21c)이 나타난다.
상기와 같은 구조로 이루어진 본 발명인 고체촬상소자 픽셀에서 N형 불순물층(PDN)(24a)을 깊게 이온주입하더라도, 상기 제2 P웰(21c)이 상기 BCCD(21d)와 수평 및 직교 방향으로 형성되어 있기 때문에 상기 N형 불순물층(PDN)(24a)이 인접한 다른 N형 불순물층(PDN)(24a)과 접촉되는 문제를 해결할 수 있다.
한편, 상기 제2 P웰(21c)은 고 에너지 임플란트기(implanter)로 이온주입하거나 1000℃ 이상의 노(furnace)에서 확산 방법으로 형성할 수 있다. 상기 제2 P웰(21c)을 고 에너지 임플란트기로 형성하고자 하는 경우에는 200 ~ 800KeV와 5E11 ~ 5E12의 도즈(Dose)로 이온주입되는 것을 바람직하다. 만약 상기 제2 P웰(21c)을 1000℃ 이상의 노(furnace)에서 확산 방법으로 형성하고자 하는 경우에는 100 ~ 300KeV와 5E11 ~ 5E12의 도즈(Dose)로 이온주입되는 것이 바람직하다.
상기와 같은 구성 및 작용 그리고 바람직한 실시예를 가지는 본 발명인 고체촬상소자의 픽셀 구조에 의하면, 셔터(shutter) 동작 시에 VCCD 영역에 있는 전자를 안전하게 보호하기 위하여 VCCD 영역을 따라서 세로로 형성하는 제2 P웰 이온 주입을 포토다이오드 영역과 이 포토다이오드 영역과 인접하는 다른 포토다이오드 영역 사이에(상기 VCCD 영역과 직교하는 방향으로) 추가로 수행함으로써, 포토다이오드 영역을 깊게 이온주입하는 경우에도 블루밍 현상이 발생하지 않기 때문에 상기 포토다이오드 영역을 깊게 이온주입하여 충분한 포화전압을 얻을 수 있고 감도를 증대시킬 수 있는 장점이 있다.

Claims (5)

  1. N형 기판 상에 형성되는 제1 P웰과 상기 제1 P웰 상측에 순서대로 형성되는 N형 불순물층(PDN)과 P형 불순물층(PDP)으로 구성되는 포토다이오드(PD)영역과, 상기 N형 기판 상에 형성되는 제1 P웰과 상기 제1 P웰 위에 별도로 셔터(Shutter) 동작시에 VCCD에 존재하는 전자들을 보호하기 위하여 형성하는 제2 P웰 및 상기 제2 P웰 표면부위에는 형성되는 N형 불순물층인 BCCD(Buried CCD)로 구성되는 VCCD(Vertical CCD)영역과 상기 포토다이오드 영역과 상기 VCCD 영역 사이에 형성되는 TG(Transfer Gate) 영역과 상기 VCCD 영역이나 상기 포토다이오드 영역 주위에 형성되는 채널 스톱층(CST)을 포함하여 형성되는 고체촬상소자의 픽셀 구조에 있어서,
    상기 제2 P웰은 상기 BCCD와 수평 및 직교 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자의 픽셀 구조.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 BCCD와 직교 방향으로 형성되는 상기 제2 P웰은 상기 포토다이오드 영역과 인접하는 다른 포토다이오드 영역 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자 픽셀 구조.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 BCCD와 직교 방향으로 형성되는 상기 제2 P웰은 상기 포토다이오드 영역과 인접하는 다른 포토다이오드 영역 사이에 구비되는 채널 스톱층(CST) 아래에 형성되는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자 픽셀 구조.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 P웰을 고 에너지 임플란트기로 형성하고자 하는 경우에는 200 ~ 800KeV와 5E11 ~ 5E12의 도즈(Dose)로 이온주입되는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자 픽셀 구조.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 P웰을 1000℃ 이상의 노(furnace)에서 확산 방법으로 형성하고자 하는 경우에는 100 ~ 300KeV와 5E11 ~ 5E12의 도즈(Dose)로 이온주입되는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자 픽셀 구조.
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