KR20060020411A - Image sensor capable of measuring capacitance and leakage current and measuring method of the same - Google Patents

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KR20060020411A
KR20060020411A KR1020040069250A KR20040069250A KR20060020411A KR 20060020411 A KR20060020411 A KR 20060020411A KR 1020040069250 A KR1020040069250 A KR 1020040069250A KR 20040069250 A KR20040069250 A KR 20040069250A KR 20060020411 A KR20060020411 A KR 20060020411A
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Abstract

본 발명은 플로팅 확산영역의 캐패시턴스와 누설전류를 보다 정확하게 측정할 수 있는 이미지센서 및 이미지센서의 플로팅 확산영역의 캐패시턴스 및 누설전류 측정 방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은,P0영역/n-영역/P형 기판이 적층된 구조를 갖는 핀드 포토다이오드를 포함하여 실질적인 소자 구동을 위해 기판에 제공되는 화소어레이; 및 상기 화소어레이와 함께 동일한 상기 기판에 집적되며, P0영역/n-영역/P 형의 기판이 적층된 구조의 테스트용 핀드 포토다이오드와 리셋 트랜지스터와 트랜스퍼 트랜지스터 및 플로팅 확산영역을 구비하는 복수의 테스트용 단위화소를 갖는 테스트용 화소어레이를 포함하며, 상기 테스트용 화소어레이는, 상기 복수의 테스트용 단위화소의 플로팅 확산영역에 공통 접속된 제1패드와, 상기 테스트용 단위화소의 P형 기판에 접속된 제2패드를 구비하는 것을 특징으로 하는 이미지센서를 제공한다.The present invention provides an image sensor capable of measuring the capacitance and leakage current of the floating diffusion region more accurately, and a method for measuring the capacitance and leakage current of the floating diffusion region of the image sensor. A pixel array provided on the substrate for substantial device driving, including a pinned photodiode having a stacked structure of region / P type substrate; And a plurality of test pinned photodiodes, reset transistors, transfer transistors, and floating diffusion regions having a structure in which a P0 region / n-region / P type substrate is stacked on the same substrate together with the pixel array. A test pixel array having a unit pixel for the test pixel array, wherein the test pixel array includes a first pad commonly connected to the floating diffusion regions of the plurality of test unit pixels, and a P-type substrate of the test unit pixel. An image sensor comprising a second pad connected thereto.

또한, 본 발명은, 상기한 구조를 갖는 이미지센서의 플로팅 확산영역에서의 캐패시턴스 측정 방법에 있어서, 상기 트랜스퍼 트랜지스터와 상기 리셋 트랜지스터를 턴-오프시키는 단계; 및 상기 제1패드에 소정의 전압을 인가하고 상기 제2패드를 접지시킨 후, 상기 제1패드에 인가되는 전압을 조정하여 상기 제1패드와 상기 제2패드 양단 사이의 캐패시턴스 및 누설전류를 측정하는 단계; 및 상기 측정된 캐패시턴스 및 누설전류를 상기 테스트용 단위화소의 수로 나누어 테스트용 단위화소의 플로팅 확산영역의 캐패시턴스 및 누설전류를 산출하는 단계를 포함하는 이미 지센서의 캐패시턴스 측정 방법을 제공한다.
In addition, the present invention provides a method for measuring capacitance in a floating diffusion region of an image sensor having the above structure, the method comprising: turning off the transfer transistor and the reset transistor; And applying a predetermined voltage to the first pad and grounding the second pad, and then adjusting the voltage applied to the first pad to measure capacitance and leakage current between both ends of the first pad and the second pad. Making; And calculating capacitance and leakage current of the floating diffusion region of the test unit pixel by dividing the measured capacitance and leakage current by the number of test unit pixels.

핀드 포토다이오드, 테스트 패턴, 캐패시턴스, 패드, 플로팅 확산영역, 화소어레이, 포토다이오드, 누설전류.Pinned photodiodes, test patterns, capacitances, pads, floating diffusions, pixel arrays, photodiodes, leakage currents.

Description

캐패시턴스 및 누설전류의 측정이 가능한 이미지센서 및 그의 캐패시턴스 측정 방법{IMAGE SENSOR CAPABLE OF MEASURING CAPACITANCE AND LEAKAGE CURRENT AND MEASURING METHOD OF THE SAME} Image sensor capable of measuring capacitance and leakage current and its capacitance measurement method IMAGE SENSOR CAPABLE OF MEASURING CAPACITANCE AND LEAKAGE CURRENT AND MEASURING METHOD OF THE SAME}             

도 1은 4개의 트랜지스터로 이루어지는 CMOS 이미지센서의 단위 화소를 도시한 회로도.1 is a circuit diagram showing a unit pixel of a CMOS image sensor composed of four transistors.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 플로팅 확산영역의 캐패시턴스 및 누설전류를 측정하기 위한 테스트용 단위화소를 도시한 회로도2 is a circuit diagram illustrating a test unit pixel for measuring capacitance and leakage current of a floating diffusion region according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 플로팅 확산영역의 캐패시턴스 및 누설전류 측정용 테스트 패턴을 갖는 이미지센서를 도시한 평면도.3 is a plan view illustrating an image sensor having a test pattern for measuring capacitance and leakage current of a floating diffusion region according to an embodiment of the present invention;

도 4는 도 3을 a-a' 방향으로 절취한 단면도.4 is a cross-sectional view taken along the line a-a 'of FIG. 3.

도 5는 도 3을 b-b' 방향으로 절취한 단면도.5 is a cross-sectional view taken along the line b-b 'of FIG. 3;

도 6은 도 3을 c-c' 방향으로 절취한 단면도.
FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the direction CC ′ of FIG. 3.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

PD : 포토다이오드 FD : 플로팅 확산영역PD: Photodiode FD: Floating Diffusion Area

Tx : 트랜스퍼 트랜지스터 Rx : 리셋 트랜지스터Tx: transfer transistor Rx: reset transistor

본 발명은 이미지센서에 관한 것으로 특히, 플로팅 확산영역의 캐패시턴스와 누설전류를 보다 정확하게 측정할 수 있는 이미지센서 및 이미지센서의 플로팅 확산영역의 캐패시턴스 및 누설전류 측정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an image sensor, and more particularly, to an image sensor and a method of measuring capacitance and leakage current of a floating diffusion region of an image sensor capable of more accurately measuring capacitance and leakage current of a floating diffusion region.

이미지센서는 광학 영상(Optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체소자이며, 전하결합소자(CCD : Charge Coupled Device)와 CMOS(Complementary MOS; 이하 CMOS) 이미지센서가 이미지센서의 대표적인 예이다.An image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal. Charge coupled devices (CCDs) and CMOS (Complementary MOS (CMOS)) images are typical examples of image sensors.

CCD는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 캐패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, CMOS 이미지센서는 제어회로(Control circuit) 및 신호처리회로(Signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소 수만큼 MOS트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(Output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.A CCD is a device in which charge carriers are stored and transported in capacitors while individual metal-oxide-silicon (MOS) capacitors are in close proximity to each other, and a CMOS image sensor is a control circuit and a signal processing circuit. ) Is a device that adopts a switching method that makes MOS transistors by the number of pixels by using CMOS technology using peripheral circuits, and sequentially detects the output using them.

도 1은 4개의 트랜지스터로 이루어지는 CMOS 이미지센서의 단위 화소(Unit Pixer)를 도시한 회로도이다.1 is a circuit diagram illustrating a unit pixel of a CMOS image sensor including four transistors.

여기서, 광감도(Sensitivity)를 높이고, 단위 화소 간의 크로스 토크 효과를 줄이기 위하여 서브미크론 CMOS 에피(Epi) 공정을 적용하였다.Here, a submicron CMOS epi process is applied to increase the sensitivity and reduce the cross talk effect between unit pixels.

도 1을 참조하면, CMOS 이미지센서의 단위화소는 광신호를 입력받아 광전하 를 생성 및 저장하는 포토다이오드(이하 PD라 함)와, PD에서 광생성된 전하를 센싱하는 플로팅 확산영역(이하 FD라 함)와, 온/오프 동작에 의해 PD에서 광생성된 전하를 FD로 전달하는 트랜스퍼 트랜지스터(Transfer transistor; 이하 Tx라 함)와, FD를 전원전압 레벨 'VDD'로 리셋하기 위한 리셋 트랜지스터(Reset transistor; Rx)와, FD의 신호를 게이트 입력으로 하여 PD의 신호를 출력하기 위한 드라이브 트랜지스터(Drive transistor; 이하 Dx라 함)와, 셀렉트 신호에 의해 Dx로부터 출력되는 선택적으로 출력하기 위한 셀렉트 트랜지스터(Select transistor; 이하 Sx라 함)를 구비하여 구성된다.Referring to FIG. 1, a unit pixel of a CMOS image sensor includes a photodiode (hereinafter referred to as PD) that receives an optical signal and generates and stores a photocharge, and a floating diffusion region (hereinafter referred to as FD) that senses charge generated at the PD. A transfer transistor (hereinafter referred to as Tx) that transfers the charge generated in the PD by the on / off operation to the FD, and a reset transistor for resetting the FD to the power supply voltage level 'VDD'. A reset transistor (Rx), a drive transistor (Dx) for outputting a signal of the PD using the signal of the FD as a gate input, and a select transistor for selectively outputting from the Dx by a select signal (Select transistor; hereinafter referred to as Sx).

단위화소로부터 출력되는 신호는 바이어스 신호(Vb)에 의해 제어되는 출력 트랜지스터(Out)에 의해 구동된다.The signal output from the unit pixel is driven by the output transistor Out controlled by the bias signal Vb.

상기한 구조를 갖는 단위화소로부터 출력을 얻어내는 동작 원리를 살펴보면 다음과 같다.An operation principle of obtaining an output from a unit pixel having the above structure is as follows.

먼저, Tx, Rx, Sx를 오프 시킨다. 이때 PD는 완전한 공핍(Fully depletion) 상태를 이루며, 광전하(Photogenerated Charge)를 PD에 모은다(즉, 집광한다).First, turn off Tx, Rx, and Sx. The PD is in a fully depletion state and collects (ie, condenses) photogenerated charges in the PD.

적정 집광(Integration) 시간 후에 Rx를 턴-온시켜 FD를 1차 리셋(Reset) 시키고, Sx를 턴-온시켜 이 때의 단위화소의 출력을 읽는 바, 소스 팔로워 버퍼(Source Follower Buffer)인 Dx의 출력전압(V1)을 측정한다. 이 값은 단지 FD의 직류 전위 변화(CD level shift)를 의미한다.After the proper integration time, turn on Rx to reset FD first, then turn on Sx to read the output of the unit pixel.Dx, the source follower buffer, is the source follower buffer. Measure the output voltage of V1. This value simply means the CD level shift of the FD.

이어서, Tx를 턴-온 시키며, 이 때 PD에 집광된 모든 광전하는 FD로 운송된다. Then, Tx is turned on, at which time all photocharges concentrated on the PD are transported to the FD.                         

이어서, Tx를 오프 시키고, Dx의 출력전압(V2)을 측정한다.Next, Tx is turned off and the output voltage V2 of Dx is measured.

츨력신호는 출력전압 V1과 V2 사이의 차이에서 얻어진 광전하 운송의 결과이며, 이는 노이즈(Noise)가 배제된 순수 시그날 값이 된다. 이러한 방법을 CDS(Corelated Double Sampling)라고 한다.The output signal is the result of the photocharge transport resulting from the difference between the output voltages V1 and V2, which is a pure signal value without noise. This method is called CDS (Corelated Double Sampling).

이어서, 상기한 과정을 반복한다. Then, the above process is repeated.

이미지센서의 플로팅 확산영역은 포토다이오드에서 생성된 광전하(Photo-generated charge)를 트랜스퍼 트랜지스터의 턴-온 동작에 따라 전달받아 센싱하거나, 리셋 트랜지스터의 턴-온 동작에 따라 차징된다.The floating diffusion region of the image sensor receives and senses photo-generated charge generated by the photodiode according to the turn-on operation of the transfer transistor, or is charged according to the turn-on operation of the reset transistor.

플로팅 확산영역의 캐패시턴스가 부족할 경우 센싱 능력이 저하되어 이미지센서의 화질이 열화되며, 플로팅 확산영역의 캐패시턴스가 과도할 경우에는 동적영역(Dynamic range)이 감소하므로 플로팅 확산영역의 캐패시턴스와 누설전류(Leakage current)의 정확한 측정은 이미지센서의 특성 향상을 위해 필수적이다.If the capacitance of the floating diffusion region is insufficient, the sensing ability is degraded and the image quality of the image sensor is degraded. If the capacitance of the floating diffusion region is excessive, the dynamic range is reduced, so the capacitance and leakage current of the floating diffusion region are reduced. Accurate measurement of current is essential for improving the characteristics of the image sensor.

종래의 경우 플로팅 확산영역의 캐패시턴스와 누설전류 측정시 서로 다른 테스트 패턴을 이용하였다. 플로팅 확산영역의 누설전류와 캐패시턴스는 서로 밀접한 관계에 있으므로 이들을 서로 다른 테스트 패턴을 이용하여 측정할 경우에는 정확한 측정이 불가능하다.
In the conventional case, different test patterns were used to measure capacitance and leakage current in a floating diffusion region. Since the leakage current and capacitance of the floating diffusion region are closely related to each other, accurate measurements cannot be made when they are measured using different test patterns.

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 본 발명은, 플로팅 확산영역의 캐패시턴스와 누설전류를 보다 정확하게 측정할 수 있는 이미지센서 및 이미지센서의 플로팅 확산영역의 캐패시턴스 및 누설전류 측정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention proposed to solve the above problems of the prior art provides an image sensor and a capacitance and leakage current measuring method of the floating diffusion region of the image sensor and the image sensor capable of more accurately measuring the capacitance and leakage current of the floating diffusion region. Its purpose is to.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, P0영역/n-영역/P형 기판이 적층된 구조를 갖는 핀드 포토다이오드를 포함하여 실질적인 소자 구동을 위해 기판에 제공되는 화소어레이; 및 상기 화소어레이와 함께 동일한 상기 기판에 집적되며, P0영역/n-영역/P 형의 기판이 적층된 구조의 테스트용 핀드 포토다이오드와 리셋 트랜지스터와 트랜스퍼 트랜지스터 및 플로팅 확산영역을 구비하는 복수의 테스트용 단위화소를 갖는 테스트용 화소어레이를 포함하며, 상기 테스트용 화소어레이는, 상기 복수의 테스트용 단위화소의 플로팅 확산영역에 공통 접속된 제1패드와, 상기 테스트용 단위화소의 P형 기판에 접속된 제2패드를 구비하는 것을 특징으로 하는 이미지센서를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a pixel array including a pinned photodiode having a structure in which a P0 region / n-region / P type substrate is stacked; And a plurality of test pinned photodiodes, reset transistors, transfer transistors, and floating diffusion regions having a structure in which a P0 region / n-region / P type substrate is stacked on the same substrate together with the pixel array. A test pixel array having a unit pixel for the test pixel array, wherein the test pixel array includes a first pad commonly connected to the floating diffusion regions of the plurality of test unit pixels, and a P-type substrate of the test unit pixel. An image sensor comprising a second pad connected thereto.

또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상기한 구조를 갖는 이미지센서의 플로팅 확산영역에서의 캐패시턴스 측정 방법에 있어서, 상기 트랜스퍼 트랜지스터와 상기 리셋 트랜지스터를 턴-오프시키는 단계; 및 상기 제1패드에 소정의 전압을 인가하고 상기 제2패드를 접지시킨 후, 상기 제1패드에 인가되는 전압을 조정하여 상기 제1패드와 상기 제2패드 양단 사이의 캐패시턴스 및 누설전류를 측정하는 단계; 및 상기 측정된 캐패시턴스 및 누설전류를 상기 테스트용 단위화소의 수로 나누어 테스트용 단위화소의 플로팅 확산영역의 캐패시턴스 및 누설전류를 산출하는 단계를 포함하는 이미지센서의 캐패시턴스 측정 방법을 제공한다.
The present invention also provides a method for measuring capacitance in a floating diffusion region of an image sensor having the above structure, comprising: turning off the transfer transistor and the reset transistor; And applying a predetermined voltage to the first pad and grounding the second pad, and then adjusting the voltage applied to the first pad to measure capacitance and leakage current between both ends of the first pad and the second pad. Making; And calculating the capacitance and the leakage current of the floating diffusion region of the test unit pixel by dividing the measured capacitance and the leakage current by the number of test unit pixels.

본 발명은 플로팅 확산영역의 캐패시턴스와 누설전류의 동일한 형태의 패턴을 이용하여 측정한다.The present invention measures using the same type of pattern of capacitance and leakage current in the floating diffusion region.

이를 위해, 이미지센서의 실제 구동을 위한 화소어레이와 집적되도록 트랜스퍼 트랜지스터와 리셋 트랜지스터와 포토다이오드 및 플로팅 확산영역으로 이루어지는 복수의 테스트용 단위화소를 구현한다. 또한, 각 테스트용 단위화소 중 플로팅 확산영역에 공통으로 콘택되는 제1패드와, 기판의 에피층 또는 웰에 콘택되는 제2패드를 구현한다.To this end, a plurality of test unit pixels including a transfer transistor, a reset transistor, a photodiode, and a floating diffusion region are implemented to be integrated with a pixel array for actually driving an image sensor. In addition, a first pad commonly contacted to the floating diffusion region among the test unit pixels, and a second pad contacted to the epi layer or the well of the substrate are implemented.

리셋 트랜지스터와 트랜스퍼 트랜지스터를 모두 턴-오프(게이트전압을 "0V"로 하고)시키고 데1패드에 인가되는 전압을 변동시키면서 제1패드와 제2패드 사이에서의 캐패시턴스 및 누설전류를 측정한다. 이 때, 전체의 캐패시턴스 및 누설전류를 테스트용 단위화소의 수로 나누어 줌으로써, 플로팅 확산영역의 캐패시턴스와 누설전류를 정확하게 측정할 수 있다.
Both the reset transistor and the transfer transistor are turned off (with the gate voltage at " 0 V ") and the capacitance and leakage current between the first pad and the second pad are measured while varying the voltage applied to the first pad. At this time, by dividing the total capacitance and leakage current by the number of test unit pixels, the capacitance and leakage current of the floating diffusion region can be measured accurately.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. do.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 플로팅 확산영역의 캐패시턴스 및 누설전류를 측정하기 위한 테스트용 단위화소를 도시한 회로도이다. 2 is a circuit diagram illustrating a test unit pixel for measuring capacitance and leakage current of a floating diffusion region according to an exemplary embodiment of the present invention.                     

도 2를 참조하면, 테스트용 단위화소는 포토다이오드(PD)와, 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)와, 리셋 트랜지스터(Rx)와, 플로팅 확산영역(FD)을 구비하여 구성된다.Referring to FIG. 2, the test unit pixel includes a photodiode PD, a transfer transistor Tx, a reset transistor Rx, and a floating diffusion region FD.

본 발명의 프로팅 확산영역에서의 캐패시턴스 및 누설전류 측정을 위해 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)와 리셋 트랜지스터(Rx)의 게이트에 "0V"의 전압을 인가함으로써, 두 트랜지스터를 턴-오프시킨다.The transistors are turned off by applying a voltage of "0V" to the gates of the transfer transistor Tx and the reset transistor Rx for capacitance and leakage current measurement in the floating diffusion region of the present invention.

이어서, 플로팅 확산영역(FD)과 기판(SUB) 사이의 캐패시턴스 Cfd 및 누설전류 Ilk를 측정한다.Next, the capacitance Cfd and the leakage current Ilk between the floating diffusion region FD and the substrate SUB are measured.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 플로팅 확산영역의 캐패시턴스 및 누설전류 측정용 테스트 패턴을 갖는 이미지센서를 도시한 평면도이다.3 is a plan view illustrating an image sensor having a test pattern for measuring capacitance and leakage current of a floating diffusion region according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 이미지센서는 기판 표면으로부터 확장되어 형성된 P형 불순물영역(P0영역)/P0영역 하부의 N형 불순물영역(N-영역)/P형 기판영역(P웰 또는 P-에피층)이 적층된 핀드 포토다이오드를 포함하여 실질적인 소자 동작을 위해 고농도 P형(P++)의 기판과 P형 에피층(P-epi)에 제공되는 화소어레이와, 화소어레이와 함께 동일한 기판에 집적화된 테스트용 화소어레이를 구비한다.Referring to FIG. 3, the image sensor of the present invention extends from the surface of the substrate to form an P-type impurity region (P0 region) / N-type impurity region (N-region) / P-type substrate region (P well or P) below the P0 region. A pixel array provided on a high density P-type (P ++) substrate and a P-type epi layer (P-epi) for practical device operation, including a pinned photodiode with stacked epitaxial layers, and on the same substrate together with the pixel array. An integrated test pixel array is provided.

여기서, 화소어레이는 도면의 간략화를 위해 도시하지 않았다.Here, the pixel array is not shown for simplicity of the drawings.

테스트용 화소어레이는 복수의 테스트용 단위화소(TP)로 이루어진다. 테스트용 화소어레이에는 50개 이상의 테스트용 단위화소(TP)를 포함하도록 함으로써, 측정의 정확도를 높일 수 있다. 따라서, 50개의 테스트용 단위화소(TP)에 대한 캐패시턴스를 측정한다면, 프로팅 확산영역의 캐패시턴스는 '측정된 프로팅 확산영역의 캐패시턴스/50'이 된다. The test pixel array includes a plurality of test unit pixels TP. By including 50 or more test unit pixels TP in the test pixel array, it is possible to increase the accuracy of the measurement. Therefore, if the capacitance of the 50 test unit pixels TP is measured, the capacitance of the floating diffusion becomes 'measured capacitance of the floating diffusion / 50'.                     

테스트용 단위화소(TP)는 기판 표면으로부터 확장되어 형성된 P형 불순물영역(P0영역)/P0영역 하부의 N형 불순물영역(N-영역)/P형 기판영역(P웰 또는 P-에피층)이 적층된 핀드 포토다이오드(PD)와 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)와 리셋 트랜지스터(Rx) 및 플로팅 확산영역(FD)를 구비한다.The test unit pixel TP extends from the substrate surface and is formed of a P-type impurity region (P0 region) / N-type impurity region (N-region) / P-type substrate region (P well or P-epi layer) below the P0 region. The stacked pinned photodiode PD, transfer transistor Tx, reset transistor Rx, and floating diffusion region FD are provided.

각 테스트용 단위화소(TP) 중 플로팅 확산영역(FD)은 제1패드(Pad1)에 의해 공통으로 콘택되고, 기판의 에피층 또는 웰은 제2패드(Pad2)에 의해 콘택된다.Among the test unit pixels TP, the floating diffusion region FD is commonly contacted by the first pad Pad1, and the epi layer or the well of the substrate is contacted by the second pad Pad2.

도 3의 구조를 갖는 이미지센서는 각 패드(Pad1, Pad2)에 전원전압 또는 접지 등을 선택적으로 인가함으로써, 상기한 플로팅 확산영역의 캐패시턴스 Cfd와 누설전류 Ilk를 구할 수 있다.The image sensor having the structure of FIG. 3 can obtain the capacitance Cfd and the leakage current Ilk of the above-described floating diffusion region by selectively applying a power supply voltage or ground to each of the pads Pad1 and Pad2.

테스트용 단위화소(TP)는 실제 동작을 하는 단위화소와 동일한 공정 레시피에 의해 구현되므로, 테스트용 단위화소(TP)의 캐패시턴스는 실제 단위화소의 캐패시턴스를 대변할 수 있다.Since the test unit pixel TP is implemented by the same process recipe as that of the actual unit pixel, the capacitance of the test unit pixel TP may represent the capacitance of the actual unit pixel.

포토다이오드(PD)와 리셋 트랜지스터(Rx)와 트랜스퍼 트랜지스터는 실제 단위화소에 비해 작게 형성할 수 있으며, 플로팅 확산영역은 실제 단위화소와 동일한 사이즈로 형성할 수 있다.The photodiode PD, the reset transistor Rx, and the transfer transistor may be formed smaller than the actual unit pixels, and the floating diffusion region may be formed to have the same size as the actual unit pixels.

다만, 리셋 트랜지스터(Rx)의 플로팅 확산영역(FD)에 대향하는 드레인의 사이즈 'A'는 0.3㎛ 이상의 크기를 갖도록 하며, 포토다이오드(PD)의 'B' 사이즈 또한 0.3㎛ 이상의 크기를 갖도록 하는 것이 바람직하다.However, the size 'A' of the drain facing the floating diffusion region FD of the reset transistor Rx has a size of 0.3 µm or more, and the size of the 'B' of the photodiode PD also has a size of 0.3 µm or more. It is preferable.

이는 패드 형성시 마진을 확보하기 위한 것이다.This is to ensure a margin when forming the pad.

플로팅 확산영역(FD)은 콘택(CT1)을 통해 제1패드(Pad1)와 전기적으로 접속 되고, 기판의 웰 또는 에피층은 콘택(CT2)을 통해 제2패드(Pad2)와 전기적으로 접속된다.The floating diffusion region FD is electrically connected to the first pad Pad1 through the contact CT1, and the well or epi layer of the substrate is electrically connected to the second pad Pad2 through the contact CT2.

도 4는 도 3을 a-a' 방향으로 절취한 단면도이다.4 is a cross-sectional view taken along the line a-a 'of FIG. 3.

도 4를 참조하면, 고농도의 P형(P++)영역과 P형 에피층(P-epi)이 적층된 기판 상에 필드산화막(Fox)이 국부적으로 형성되어 있다. 게이트 산화막(Gox)과 전도막이 적층되고 그 측벽에 스페이서(S)를 갖는 게이트전극(G)이 형성되어 있다. 게이트전극(G)은 플로팅 확산영역(FD)과 함께 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)를 이룬다. Referring to FIG. 4, a field oxide film Fox is locally formed on a substrate having a high concentration of a P-type (P ++) region and a P-type epi layer (P-epi). A gate oxide G and a conductive film are stacked and a gate electrode G having a spacer S is formed on a sidewall thereof. The gate electrode G forms the transfer transistor Tx together with the floating diffusion region FD.

게이트전극(G)의 일측에 얼라인되는 기판에 포토다이오드(PD)가 형성되어 있다. 포토다이오드(PD)는 기판 표면에서 하부로 확장되어 P0영역과, P0영역 하부에 형성된 n-영역으로 이루어진다. n-영역은 기판의 에피층(P-epi) 또는 P형 웰(P-well)에 접한다.The photodiode PD is formed on a substrate which is aligned on one side of the gate electrode G. The photodiode PD extends downward from the substrate surface and consists of a P0 region and an n-region formed under the P0 region. The n-region is in contact with an epitaxial layer (P-epi) or a P-well of the substrate.

게이트전극(G)의 타측에는 스페이서(S)에 얼라인되어 N형의 플로팅 확산영역(FD)이 형성되어 있으며, 플로팅 확산영역(FD)에서 패드가 콘택되는 부분에는 고농도의 N형(N+) 불순물영역이 형성되어 있다. 고농도의 N형(N+) 불순물영역은 콘택 저항을 낮추기 위한 것이다. 전면에 절연막(IMD; Inter-Metal Dielectric)이 형성되어 있고, 절연막(IMD)을 관통하여 플로팅 확산영역(FD)에 전기적으로 접속된 콘택(CT1)이 형성되어 있으며, 콘택(CT1) 상에는 제1패드(Pad1)가 형성되어 있다.An N-type floating diffusion region FD is formed on the other side of the gate electrode G and is aligned with the spacer S, and a high concentration N-type (N +) is formed at a portion where the pad contacts the floating diffusion region FD. An impurity region is formed. The high concentration N-type (N +) impurity region is for lowering contact resistance. An insulating film IMD (Inter-Metal Dielectric) is formed on the entire surface, a contact CT1 is formed through the insulating film IMD and electrically connected to the floating diffusion region FD. The pad Pad1 is formed.

도 5는 도 3을 b-b' 방향으로 절취한 단면도이다.5 is a cross-sectional view taken along the line b-b 'of FIG. 3.

도 5를 참조하면, 고농도의 P형(P++)영역과 P형 에피층(P-epi)이 적층된 기판 상에 필드산화막(Fox)이 국부적으로 형성되어 있다. Referring to FIG. 5, a field oxide film Fox is locally formed on a substrate having a high concentration of a P-type (P ++) region and a P-type epi layer (P-epi).                     

게이트 산화막(Gox)과 전도막이 적층되고 그 측벽에 스페이서(S)를 갖는 게이트전극(G)이 형성되어 있다. 게이트전극(G)은 그 일측의 플로팅 확산영역(FD) 및 그 타측의 소스/드레인 접합(S/D)과 함께 리셋 트랜지스터(Rx)를 이룬다. A gate oxide G and a conductive film are stacked and a gate electrode G having a spacer S is formed on a sidewall thereof. The gate electrode G forms the reset transistor Rx together with the floating diffusion region FD on one side thereof and the source / drain junction S / D on the other side thereof.

게이트전극(G)의 일측에 얼라인되는 기판에 플로팅 확산영역(FD)이 형성되어 있다. 플로팅 확산영역(FD)에서 패드가 콘택되는 부분에는 고농도의 N형(N+) 불순물영역이 형성되어 있다. 전면에 절연막(IMD)이 형성되어 있고, 절연막(IMD)을 관통하여 플로팅 확산영역(FD)에 전기적으로 접속된 콘택(CT1)이 형성되어 있으며, 콘택(CT1) 상에는 제1패드(Pad1)가 형성되어 있다.The floating diffusion region FD is formed on the substrate aligned on one side of the gate electrode G. A high concentration of N-type (N +) impurity region is formed in the portion where the pad contacts the floating diffusion region FD. An insulating film IMD is formed on the entire surface, a contact CT1 is formed through the insulating film IMD and electrically connected to the floating diffusion region FD. A first pad Pad1 is formed on the contact CT1. Formed.

도 6은 도 3을 c-c' 방향으로 절취한 단면도이다.FIG. 6 is a cross-sectional view of FIG. 3 taken in the c-c 'direction.

도 6을 참조하면, 기판에 국부적으로 필드산화막(Fox)이 형성되어 있고, 필드산화막(Fox) 사이의 기판 하부에 P형 웰(P-well)이 형성되어 있다. 웰(P-well)에 콘택 저항을 낮추기 위한 고농도의 P형 불순물영역(P+)이 형성되어 있으며, 기판 전면에 절연막(IMD)이 형성되어 있다. 절연막(IMD)을 관통하여 웰(P-well)의 P형 불순물영역(P+)에 전기적으로 접속된 콘택(CT3)이 형성되어 있으며, 콘택(CT3) 상에는 제3패드(Pad1)가 형성되어 있다.
Referring to FIG. 6, a field oxide film Fox is locally formed on a substrate, and a P type well P-well is formed under the substrate between the field oxide films Fox. A high concentration P-type impurity region P + is formed in the well P-well to lower the contact resistance, and an insulating film IMD is formed on the entire surface of the substrate. A contact CT3 is formed through the insulating film IMD and electrically connected to the P-type impurity region P + of the well P-well, and a third pad Pad1 is formed on the contact CT3. .

전술한 바와 같이 이루어지는 본 발명은, 이미지센서의 실제 구동을 위한 화소어레이와 집적되도록 트랜스퍼 트랜지스터와 리셋 트랜지스터와 포토다이오드 및 플로팅 확산영역으로 이루어지는 복수의 테스트용 단위화소를 구현하며, 각 테스트용 단위화소 중 플로팅 확산영역에 공통으로 콘택되는 제1패드와, 기판의 에피층 또는 웰에 콘택되는 제2패드를 구현한다.The present invention, as described above, implements a plurality of test unit pixels including a transfer transistor, a reset transistor, a photodiode, and a floating diffusion region so as to be integrated with a pixel array for actually driving an image sensor, and each test unit pixel. The first pad is commonly contacted to the floating diffusion region, and the second pad is contacted to the epi layer or the well of the substrate.

리셋 트랜지스터와 트랜스퍼 트랜지스터를 모두 턴-오프(게이트전압을 "0V"로 하고)시키고 데1패드에 인가되는 전압을 변동시키면서 제1패드와 제2패드 사이에서의 캐패시턴스 및 누설전류를 측정한다. 이 때, 전체의 캐패시턴스 및 누설전류를 테스트용 단위화소의 수로 나누어 줌으로써, 플로팅 확산영역의 캐패시턴스와 누설전류를 정확하게 측정할 수 있음을 실시예를 통해 알아 보았다.
Both the reset transistor and the transfer transistor are turned off (with the gate voltage at " 0 V ") and the capacitance and leakage current between the first pad and the second pad are measured while varying the voltage applied to the first pad. In this case, it was found that the capacitance and leakage current of the floating diffusion region can be accurately measured by dividing the total capacitance and leakage current by the number of test unit pixels.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

상술한 본 발명은, 플로팅 확산영역의 캐패시턴스와 누설전류를 정확하게 측정할 수 있도록 함으로써, 궁극적으로 이미지센서의 수율을 높이는 효과가 있다.The present invention described above can accurately measure the capacitance and leakage current of the floating diffusion region, thereby ultimately increasing the yield of the image sensor.

Claims (4)

P0영역/n-영역/P형 기판이 적층된 구조를 갖는 핀드 포토다이오드를 포함하여 실질적인 소자 구동을 위해 기판에 제공되는 화소어레이; 및A pixel array provided on the substrate for substantially device driving, including a pinned photodiode having a stacked structure of a P0 region / n-region / P type substrate; And 상기 화소어레이와 함께 동일한 상기 기판에 집적되며, P0영역/n-영역/P 형의 기판이 적층된 구조의 테스트용 핀드 포토다이오드와 리셋 트랜지스터와 트랜스퍼 트랜지스터 및 플로팅 확산영역을 구비하는 복수의 테스트용 단위화소를 갖는 테스트용 화소어레이를 포함하며,A plurality of test devices including a pinned photodiode, a reset transistor, a transfer transistor, and a floating diffusion region, which are integrated on the same substrate together with the pixel array and in which a P0 region / n-region / P type substrate is stacked. It includes a test pixel array having a unit pixel, 상기 테스트용 화소어레이는,The test pixel array, 상기 복수의 테스트용 단위화소의 플로팅 확산영역에 공통 접속된 제1패드와, 상기 테스트용 단위화소의 P형 기판에 접속된 제2패드를 구비하는 것을 특징으로 하는 이미지센서.And a first pad commonly connected to the floating diffusion regions of the plurality of test unit pixels, and a second pad connected to a P-type substrate of the test unit pixel. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 P형 기판은 P형 웰 또는 P형 에피층을 내포하는 것을 특징으로 하는 이미지센서.The P-type substrate includes an P-type well or a P-type epi layer. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 테스트용 화소어레이는 테스트용 단위화소를 적어도 50개 구비하는 것을 특징으로 하는 이미지센서.The test pixel array comprises at least 50 test unit pixels. 제 1 항의 구조를 갖는 이미지센서의 플로팅 확산영역에서의 캐패시턴스 측정 방법에 있어서,In the capacitance measurement method in the floating diffusion region of the image sensor having a structure of claim 1, 상기 트랜스퍼 트랜지스터와 상기 리셋 트랜지스터를 턴-오프시키는 단계; 및Turning off the transfer transistor and the reset transistor; And 상기 제1패드에 소정의 전압을 인가하고 상기 제2패드를 접지시킨 후, 상기 제1패드에 인가되는 전압을 조정하여 상기 제1패드와 상기 제2패드 양단 사이의 캐패시턴스 및 누설전류를 측정하는 단계; 및After applying a predetermined voltage to the first pad and grounding the second pad, the voltage applied to the first pad is adjusted to measure capacitance and leakage current between both ends of the first pad and the second pad. step; And 상기 측정된 캐패시턴스 및 누설전류를 상기 테스트용 단위화소의 수로 나누어 테스트용 단위화소의 플로팅 확산영역의 캐패시턴스 및 누설전류를 산출하는 단계Calculating capacitance and leakage current of the floating diffusion region of the test unit pixel by dividing the measured capacitance and the leakage current by the number of the test unit pixels; 를 포함하는 이미지센서의 캐패시턴스 측정 방법.Capacitance measurement method of an image sensor comprising a.
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