KR20090005169A - 블루밍과 혼신으로부터의 다크 기준 칼럼 및 로우의 개선된보호를 위한 ｎ-웰 장벽 픽셀 - Google Patents
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Abstract
화상 센서의 픽셀 어레이의 하나 이상의 다크 영역을 활성 어레이로부터 또는 주변 회로로부터 격리하기 위한 장벽 영역이 N-웰 픽셀 격리 영역을 포함한다. N-웰 픽셀 격리 영역은 적어도 하나의 N-웰 주입물 또는 적어도 하나의 N-웰 스트라이프를 포함한다. N-웰 픽셀 격리 영역은 다크 영역을 포함하는 픽셀 셀에 인접한다. 장벽 영역의 N-웰 추가는 N-웰 격리 영역 아래의 장벽 픽셀 영역의 중성 P- EPI 영역을 감소시키거나 제거시키는 것에 의해 장벽 영역의 격리 특성을 개선한다.
Description
본 발명의 반도체 소자의 분야에 관한 것으로, 특히 화상 센서를 위한 개선된 격리 기술에 관한 것이다.
화상 센서는 일반적으로 로우(row) 및 칼럼(column)으로 배열된 픽셀 셀의 어레이를 포함한다. 각 픽셀 셀은 어레이상에 입사하는 광을 전기 신호로 변환하기 위한 광변환 소자를 포함한다. 화상 센서는 또한 일반적으로 어레이의 소자들을 제어하기 위한 그리고 전기 신호를 디지털 화상으로 변환하기 위한 주변 회로를 포함한다.
도 1은 일반적인 CMOS 화상 센서(100)의 일부를 예시한다. 화상 센서(100)는 픽셀 셀(110)의 어레이(105)를 포함한다. 픽셀 셀(110)은 칼럼과 로우로 배열되고, 어레이의 일부(145)는, 각 로우 및 칼럼에 2개인, 4개의 픽셀 셀을 갖는 이러한 배열을 나타낸다. 어레이(105)는 활성 어레이 픽셀(115)의 픽셀 셀(110)과 블랙 영역(black region)(120)의 픽셀 셀(110)을 포함한다. 블랙 영역(120)은, 광이, 예컨대 금속층이나 블랙 컬러 필터 어레이 또는 어떠한 불투명 재료에 의해, 블랙 영역(120)의 픽셀 셀(110)의 광변환 소자에 도달되는 것이 방지되는 것을 제외하고, 활성 어레이 영역(115)에 유사하다. 블랙 영역(120)의 픽셀 셀(110)로부터의 신호는, 화상 센서(100)에 의해 생성되는 결과 화상을 조절하는데 이용될 수 있는, 어레이(105)에 대한 블랙 레벨(black level)을 판정하는데 이용될 수 있다.
도 2A 및 2B는, 각기, 모범적인 4개의 트랜지스터(4T) 픽셀 셀(110)의 탑다운(top down) 배열과 전기 배선도를 나타낸다. 픽셀 셀(110)은 광의 포톤을 수신하고 그 포톤을 전자로 변환하는 것에 의해 기능한다. 이를 위해, 픽셀 셀(110)의 각각은, 광센서(205), 또는 광게이트나 광컨덕터 혹은 다른 감광 소자와 같은 어떠한 타입의 광변환 소자를 포함한다. 광센서(205)는 광센서 전하 축적 영역(210) 및 p-형 표층(215)을 포함한다.
각 픽셀 셀(110)은 광센서 전하 축적 영역(210)으로부터의 전하를 플로팅 확산 영역(225)에 전송하기 위한 전송 트랜지스터(220)와 플로팅 확산 영역(225)을 전하 전송 전에 미리 설정된 전하 레벨 Vaa-pix로 리셋하기 위한 리셋 트랜지스터(230)를 또한 포함한다. 픽셀 셀(110)은 또한, 플로팅 확산 영역(225)으로부터의 전하 레벨을 수신 및 증폭하기 위한 소스 팔로워 트랜지스터(source follower transistor)(235)와 소스 팔로워 트랜지스터(235)로부터의 픽셀 셀(110) 내용의 판독을 제어하기 위한 로우 선택 트랜지스터(240)를 포함한다. 도 2A에 도시된 바와 같이, 리셋 트랜지스터(230), 소스 팔로워 트랜지스터(235), 및 로우 선택 트랜지스터(240)는 각기 소스/드레인 영역(245, 250, 255)을 포함한다.
몇몇의 접점(260, 265, 270)이 픽셀 셀(110)에 전기적인 연결을 제공한다. 예를 들어, 도 2A에 도시된 바와 같이, 리셋 트랜지스터(230)의 소스/드레인 영역(245)은 제1 접점(260)을 통해서 Vaa-pix를 제공하는 어레이 전압원 단자에 전기적으로 연결되고; 소스 팔로워 트랜지스터(235)의 게이트는 제2 접점(265)을 통해 플로팅 확산 영역(225)에 연결되며; 출력 전압 Vout은 제3 접점(270)을 통해 픽셀 셀(110)로부터 출력된다.
도 1을 다시 참조하여 보면, 어레이(105)의 픽셀 셀(110)이 입사광에 응답하여 전하를 생성한 후에, 전하 레벨을 나타내는 전기 신호가 어레이(105)의 주변에 있는 회로(125)에 의해 판독 및 처리된다. 주변 회로(125)는 일반적으로, 어레이(105)의 특정 로우 및 칼럼을 활성화시키기 위한 로우 선택 및 드라이버 회로(130)와 칼럼 또는 판독 선택 회로(135); 및 아날로그 신호 처리 회로, 아날로그-디지털 변환 회로, 및 당업계에 주지된 디지털 논리 처리 회로를 포함할 수 있는 다른 회로(140)를 포함한다. 주변 회로(125)는 도 1에 도시된 바와 같이 어레이(105)에 인접하여 위치될 수 있다.
이상적으로, 각 광센서(205)에 의해 수신되는 광은, 광 자극에 마주하는 픽셀 표면을 통해, 화상이 되는 소스로부터 직접 이동하여, 광센서(205)를 타격한다. 하지만, 실제로는, 광전자(optoelectronic) 변환기에 들어가는 광이 픽셀 구조물들에 의한 굴절과 반사에 의해 산란된다. 그 결과로서, 개개의 광센서(205)는, 어레이에서 이웃하는 광센서용으로 의도되는 광과 같은, 미광(stray light)을 수신할 수 있다. 광학 “혼신(crosstalk)”으로 일컬어지는 미광은 묘사되는 화상의 품질과 정밀도를 저하시킨다. 광학 혼신과 관련되는 문제점들은, 이미저(imager)가 더 작아지고 어레이 픽셀 밀도가 증가함에 따라 증가적으로 더욱 분명해지고 있다.
광학 혼신은, 각 픽셀이 특화된 광-감지 역할을 맡는 컬러 이미저에서 특히 문제가 된다. 일반적인 픽셀의 광센서는 넓은 스펙트럼의 광 에너지에 감응한다. 그 결과로서, 픽셀의 어레이의 픽셀은 광 세기 신호를 제공한다. 컬러 필터는 컬러 화상을 제공하기 위해서 특정 광센서를 타격하는 광의 파장을 제한하는데 이용될 수 있다. 컬러 이미저에 있어서, 컬러 필터 모자이크 어레이(CFA)는, 이미저에 컬러 감응성을 부여하기 위해 각각의 광센서의 광 경로에 배열된다. 다른 색 패턴이 또한 사용될 수 있을지라도, 대부분의 경우에 3색 적-녹-청(RGB) 패턴이 사용되어, 각 픽셀 셀이 이들 색 중 하나를 책임진다. CFA는, 지배적으로 사용되는 배열인 주지의 베이어(Bayer) 패턴(145)(도 1)을 갖는, 패턴으로 배열된다. 그 결과는 가시광 스펙트럼의 컬러 화상을 묘사할 수 있는 이미저이다.
이상적으로, 각 광센서는 변환하기 위해 의도된 그 파장의 광만을 수신할 것이다. 하지만, 실제로는, 픽셀들 간의 광학 혼신이, 하나의 컬러 필터를 통해 감지되는 광이 다른 픽셀을 타격할 수 있게 하여, 그 픽셀로 하여금 보이는 화상에 실제로 존재하는 것보다 더 많은 광을 나타내게 한다. 추가적으로, CFA 결점이, 예컨대, 몇몇의 청색 및 녹색 광이 적색 픽셀에 들어가거나 적색 광이 청색 및 녹색 광에 들어가는 형태의 추가적인 혼신을 가능하게 할 것이다. 이들 다양한 타입의 혼신은 생성되는 화상의 정밀도를 감소시킨다.
추가적으로, 고품질 화상을 획득하기 위해서, 주변 회로(125)가 어레이(105)의 픽셀 셀(110)을 간섭하지 않는 것이 중요하다. 동작 동안에, 주변 회로(125)는 전하 캐리어, 예컨대, 전자를 생성한다. 만약, 주변 회로(125)가 어레이(105)에 인접하다면, 주변 회로(125)에 의해 생성되는 전자가 어레이 픽셀 셀(110), 특히 주변 회로(125)에 인접한 어레이(105)의 에지상의 그 픽셀 셀(110)에 이동하여 간섭할 수 있다. 간섭 전자는 진짜 픽셀 신호로서 잘못 해석되고, 화상 왜곡이 발생할 수 있다.
종래의 화상 센서(100)에서 마주치는 다른 문제점은 활성 어레이 영역(115)과 블랙 영역(120)간의 간섭이다. 매우 밝은 광이 블랙 영역(120)에 인접한 활성 어레이 영역(115)의 픽셀 셀(110)상에 입사되는 경우에, 블루밍(blooming)이 발생할 수 있고, 활성 어레이 영역(115)의 이 픽셀 셀(110)로부터의 여분의 전하가 인근의 블랙 영역(120)의 픽셀 셀(110)에 이동하여 간섭할 수 있다. 이것은 부정확한 블랙 레벨과 결과 화상의 왜곡을 유발할 수 있다.
블루밍과 전자 확산은 P- 에피택시얼(epitaxial; “Epi”) 및 P+ 기판 양쪽을 통해서 또한 가능하고, Epi 두께, 기판 도핑, 및 실리콘의 소수 캐리어 수명에 좌우될 수 있다. 장벽 픽셀이 P- Epi를 통한 확산 성분을 감소시키는데 이용되었지만, 장벽 픽셀에 부적합한 공간이 배정되는 경우에, 장벽 픽셀은 여전히 기판을 통한 확산과 블루밍을 가능하게 한다. Epi 두께가 증가됨에 따라, Epi를 통한 블루밍의 효과도 증가한다. 블루밍과 전자 확산을 감소시키기 위해서는 다수의 장벽 픽셀이 어레이와 다크 픽셀 사이에 배정되어야 한다. 배정된 픽셀 셀의 수는 P- Epi 및/또는 P+ 기판의 확산 깊이(전자가 이동할 수 있는 깊이)에 좌우된다.
따라서, 블랙 영역에 의해 체험되는 활성 영역으로부터의 간섭이 감소되고, 블랙 영역상의 주변 회로로부터의 간섭이 감소되며, 및/또는 장벽 영역에 헌신될 감소된 수의 픽셀을 요구하는 것에 의해 화상 센서가 개선되는, 개선된 화상 센서를 갖는 것이 유리할 것이다.
본 발명의 모범적인 실시예들은 화상 센서의 소자들을 격리하기 위한 개선된 장벽 영역을 제공한다. 개선된 장벽 영역은, 장벽 픽셀을 하나 이상의 N-웰(well) 스트라이프(stripe)와 결합시키는 것에 의해서 또는 하나 이상의 N-웰 주입물을 장벽 픽셀의 광센서 주입물에 통합하는 것에 의해서 장벽 픽셀의 격리 특성을 향상시키는 것을 포함한다.
본 발명의 상기 및 다른 장점과 특징은 첨부 도면을 참조하여 후술되는 모범적인 실시예들의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.
도 1은 종래의 화상 센서의 평면 블록도이다.
도 2A는 종래의 CMOS 픽셀 셀의 평면도이다.
도 2B는 도 2A의 픽셀 셀의 배선도이다.
도 3A 및 3B는 본 발명의 모범적인 실시예에 따른 화상 센서의 평면 블록도이다.
도 3C는 중성 P- EPI의 전자 확산을 상징하는 화살표를 포함하는 최첨단 장벽 픽셀이다.
도 3D는 중성 P- EPI의 전자 확산을 상징하는 화살표를 포함하는 N-웰 장벽 픽셀이다.
도 4A 내지 4F는 처리의 중간 단계에서의 도 3A의 N-웰 장벽 영역의 형성의 예를 묘사한다.
도 5는 픽셀 PD 아래의 N-웰 장벽 영역의 예를 묘사한다.
도 6A 및 6B는 N-웰 영역을 바이어스시키는 방식의 예를 묘사한다.
도 7은 본 발명의 모범적인 실시예에 따른 프로세서 시스템의 블록도이다.
하기의 상세한 설명에서는, 이 명세서의 일부를 형성하고, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예들을 예시하는 첨부 도면에 대해 언급한다. 도면에서는, 몇몇의 도(view)들의 전체에 걸쳐서 동일 참조 번호가 동일 구성 요소를 나타낸다. 이들 실시예들은 당업자로 하여금 본 발명을 실시할 수 있도록 하기에 충분히 상세하게 기술되었으며, 다른 실시예들이 활용될 수 있고, 본 발명의 사상 및 권리 범위로부터 벗어남 없이 구조적, 논리적, 전기적 변형들을 만들 수 있다는 것이 이해된다.
“기판”이라는 용어는, 실리콘, 실리콘-온-인슐레이터(SOI), 또는 실리콘-온-사파이어(SOS) 기술, 도핑 및 언도핑된(undoped) 반도체, 베이스 반도체 또는 다른 기초에 의해 지지되는 실리콘의 에피택시얼(epitaxial) 층, 및 여타 반도체 구조를 포함하는 것으로 이해된다. 또한, 하기의 상세한 설명에서 “기판”에 대해 언급할 때, 베이스 반도체 구조 또는 기초에 영역 또는 접합을 형성하기 위해 종전의 처리 공정들이 활용되었을 수 있다. 추가적으로, 반도체가 실리콘 기반일 필요는 없고, 실리콘-게르마늄, 게르마늄, 갈륨 비소, 또는 다른 반도체 재료 기반일 수 있다.
“픽셀”또는 “픽셀 셀”이라는 용어는, 전자기 방사를 전기 신호로 변환하기 위한 광변환 소자를 포함하는 픽쳐(picture) 요소 단위 셀을 말한다. 일반적으로, 화상 센서의 모든 픽셀의 제조는 유사한 방식으로 동시에 진행할 것이다.
도 3A는 본 발명의 모범적인 실시예에 따른 화상 센서(300)의 일부의 평면도를 묘사한다. 화상 센서(300)는 활성 어레이 영역(115)과 블랙 영역(120)을 포함하는 픽셀 어레이(305)를 포함한다. 어레이(305)에 인접하는 주변 회로(125)도 있다. 주변 회로(125)는, 어레이(105)를 활성화시키기 위한 로우 선택 회로(130)와 칼럼 선택 또는 판독 회로(135); 및 아날로그 신호 처리 회로, 아날로그-디지털 변환 회로, 및 디지털 논리 처리 회로를 포함할 수 있는 다른 회로(140)를 포함할 수 있다. 화상 센서(300)의 구성은 모범예일 뿐이다. 따라서, 화상 센서(300)가 어레이(305)에 인접한 주변 회로(125)를 포함할 필요는 없고 및/또는 어레이(305)가 블랙 영역(120)을 포함할 필요는 없다. 도 3A는, 장벽 영역 내의 N-웰 주입물의 추가에 의해 형성되는 N-웰 장벽 픽셀(310)을 또한 포함한다. 도 3A에 있어서, N-웰 장벽 픽셀(310)은 활성 어레이 영역(115)과 블랙 영역(120)을 포함하여 어레이(305)를 전체로서 에워쌀 수 있다. 다른 크기의 N-웰 장벽 픽셀 또는 다른 구성 요소를 에워싸는 것도 본 발명의 권리 범위 내에 있다. N-웰 장벽 픽셀은 픽셀 셀(110)과 주변 회로(125) 또는 혼신, 블루밍의 다른 소스 혹은 간섭의 다른 소스 사이의 공간에 위치되는 경우에 성공적으로 이용될 수 있다. N-웰 장벽 픽셀은 도 3A에 도시된 바와 같이 연속될 수 있고 또는 활성 어레이 영역(115)과 블랙 영역(120) 사이의 간섭을 감소시키기를 요망하는 곳에 위치되는 일련의 개개의 N-웰 장벽 픽셀들을 포함할 수 있다. 모범적인 실시예에 있어서, N-웰 장벽 픽셀은 활성 어레이 영역(115)과 블랙 영역(120)의 사이에 자리하는 장벽 영역에 위치된다.
도 3B는 본 발명의 다른 모범적인 실시에에 따른 화상 센서(315)의 평면도를 묘사한다. 화상 센서(315)는, 화상 센서(315)가 다크 기준 로우(dark reference row)(320)와 다크 기준 칼럼(325, 330)을 포함하는 반면에 화상 센서(300)가 블랙 영역(120)에 위치되는 블랙 픽셀만을 포함하는 것을 제외하고, 화상 센서(300)에 유사하다. 도 3A의 블랙 영역(120)처럼, 다크 기준 로우(320)와 다크 기준 칼럼(325, 330)은, 광이 픽셀 셀(110)의 광변환 소자에 도달하는 것이 방지되는 픽셀 셀(110)을 포함한다. 다크 기준 로우(320)와 다크 기준 칼럼(325, 330)은 블랙 영역(120)과 동일한 방식으로 동작한다. 따라서, 예컨대, 장벽 픽셀로부터의 격리 없이는, 다크 기준 로우(320)와 다크 기준 칼럼(325, 330)은 활성 어레이 영역(115) 또는 주변 회로(125)의 픽셀 셀로부터의 간섭을 체험할 수 있다. 도 3B에있어서, 장벽 픽셀 내의 N-웰 주입물의 추가에 의해 형성되는 N-웰 장벽 영역(335)은, 활성 어레이 영역(115)과 다크 기준 로우(320), 및 다크 기준 칼럼(325, 330) 사이의 공간에 위치된다. 다른 크기의 N-웰 장벽 픽셀 영역 또는 다른 구성 요소를 에워싸는 것은 본 발명의 권리 범위 내에 있다.
도 3C는 중성 P- EPI의 전자 확산을 상징하는 실선의 화살표를 포함하는 최 첨단 장벽 픽셀이다. 도 3C는, 도 3A의 블랙 영역(120)과 같은 블랙 영역 또는 도 3B의 다크 기준 로우(320) 및 다크 기준 칼럼(325, 330)에 위치되는 다크 픽셀(335)을 포함한다. 또한, 도 3C에는 장벽 영역에 위치되는 4개의 장벽 픽셀(340, 345, 350, 355)과 활성 어레이에 위치되는 활성 픽셀(360)이 포함된다. 추가적으로, 광원과, 다크 픽셀(335) 및 장벽 픽셀(340, 345, 350, 355)의 사이에 장벽을 제공하는 광 블록(365)이 포함된다. 광은 활성 어레이에 위치되는 활성 픽셀(360)에 들어가고 중성 P- EPI 층(370)을 통해서 확산된다. 장벽 픽셀(340, 345, 350, 355)의 존재에도 불구하고, 다크 픽셀(335)은 활성 어레이에 위치되는 활성 픽셀(360)에 들어가는 광으로부터 확산된 전자를 수신한다. 또한, 도 3C에는 P+ 기판(375)이 도시된다.
도 3D는 중성 P- EPI의 전자 확산을 상징하는 실선의 화살표를 포함하는 N-웰 장벽 픽셀이다. 도시된 바와 같이, N-웰 N- 영역(380)은 장벽 픽셀(345, 350) 아래에 위치된다. 광이 활성 픽셀(360)에 들어가는 이 경우에 있어서, 전자는 중성 P- EPI 영역(370)을 통해 확산된다. 장벽 픽셀(345, 350) 아래에 위치되는 N-웰 N- 영역(380)이 확산된 전자를 흡수함으로써, 있다고 해도 극히 적은 확산된 전자가 중성 P- EPI 영역(385)에 도달한다. N-웰 N- 영역은 다크 픽셀(335)에 의해 마주치는 광이 최소화되는 것을 보장한다. 장벽 영역의 N-웰의 추가는, N-웰 격리 영역(380) 아래의 장벽 픽셀 영역에서 중성 P- EPI 영역을 감소시키거나 제거하는 것에 의해 장벽 영역의 격리 특성을 개선시킨다. 픽셀 아래의 N-웰 영역은 유효해지기 위해서 포지티브(positive) 전압으로 바이어스되어야 한다. 이러한 전압 퍼 텐셜은 픽셀 또는 추가적인 접점내의 기존의 바이어스된 영역에 의해 공급될 수 있다. 예를 들어, 그리고 한정 없이, N-웰 영역은, PD(205) 아래에만 주입되는 경우에, PD 퍼텐셜 또는 PD 영역에 대한 외부 접점에 의해 바이어스될 수 있다. 대안적으로, N-웰이 전체 픽셀 셀(110)의 아래에 주입된다면, N-웰 영역은 vaa-pix 접점(260)과 소스/드레인 영역(245)을 통해 바이어스될 수 있다. 도 6A는 어떠한 포지티브 퍼텐셜일 수 있는, vaa-pix로 바이어스되는 N-웰 스트라이프를 예시한다. 도 6B는 vaa-pix에 직접적으로 결합되거나 PD 퍼텐셜로 바이어스될 수 있는 광다이오드 아래에만 있는 N-웰을 예시한다.
예시적으로, 도 3A 및 3B의 화상 센서(300, 315)는, 각각, CMOS 픽셀 셀(110)을 포함하는 CMOS 화상 센서 및 어레이(305)이다. 하지만, 본 발명의 실시예들은, CCD 화상 센서 및 유사한 소자들에 사용되는 것들을 포함하여, 다른 고체 이미저 어레이를 포함한다는 것을 주목해야 한다. 그러한 경우에, 어레이(305)는 CCD 화상 센서 또는 유사한 소자용으로 적합한 픽셀 셀과 주변 회로를 대신 포함할 것이다.
픽셀 셀(110)의 구성은 모범예일 뿐이며, 당업계에 주지된 바와 같이 다양한 변형들을 만들 수 있고 픽셀 셀(110)이 다른 구성을 가질 수 있다는 것을 더 주목해야 한다. 본 발명이 4개의 트랜지스터(4T) CMOS 픽셀 셀(110)과 관련하여 기술되지만, 본 발명은 또한 상이한 수의 트랜지스터들을 갖는 다른 CMOS 픽셀 회로에 통합될 수 있다. 한정 없이, 상기 회로는, 3개의 트랜지스터(3T) 픽셀 셀, 5개의 트랜지스터(5T) 픽셀 셀, 6개의 트랜지스터(6T) 픽셀 셀, 및 7개의 트랜지스터 픽 셀 셀(7T)을 포함할 수 있다. 3T 셀은 전송 트랜지스터나 로우 선택 트랜지스터를 생략할 수 있다. 5T, 6T, 및 7T 픽셀 셀은, 각기, 셔터 트랜지스터, 안티-블루밍 트랜지스터, 2중 변환 이득 트랜지스터 등과 같은, 1개, 2개, 또는 3개의 트랜지스터의 추가에 의해 4T 픽셀 셀과는 상이하다.
도 3A의 N-웰 장벽 영역(310)과 도 3B의 N-웰 장벽 영역(335)의 격리 특성은 장벽 픽셀의 광센서 주입물에 하나 이상의 N-웰 주입물의 추가에 의해 향상된다. N-웰 픽셀 주입 영역의 공핍 깊이(depletion depth)는 Epi 실리콘에서 일반적인 광센서 공핍이 도달하는 것보다 더 깊게 도달한다. N-웰 장벽에 의해 전체 Epi 두께를 공핍시키는 것은, 블랙 영역(13)(도 3A), 다크 기준 로우(320)(도 3B), 및 다크 기준 칼럼(325, 330)(도 3B) 등의, 다크 기준 픽셀에 대한 최고의 혼신 및 블루밍 보호를 제공한다. N-웰 장벽 픽셀의 N-웰 스트라이프 또는 N-웰 장벽의 N-웰 주입물의 증가된 깊이는, “표유(stray)”전자를 수집하는 장벽 픽셀의 능력을, 그 공핍 깊이를 CMOS 이미저 P+ 기판 깊이로 연장시키는 것에 의해 바이어스되는 경우, 개선시킨다. N-웰 장벽 픽셀의 증가된 격리 성능은, 장벽의 역할을 하도록 희생되는 어레이(105)의 더 적은 픽셀 셀(110)의 결과를 가져온다. 일반적으로, N-웰 N- 영역에 대한 투입 농도는 1×1016 내지 1×1018/cm3이고, 바람직한 농도는 5×1016 내지 5×1017/cm3이다. N-웰 N- 영역의 깊이에 대한 일반적인 범위는 0.5 내지 3 마이크로미터이고, 바람직한 깊이는 1 내지 2 마이크로미터이다. 일반적으로, 광 다이오드 N- 영역에 대한 투입 농도는 1×1016 내지 1×1018/cm3이고, 바람직한 농도는 5×1016 내지 5×1017/cm3이다. 광다이오드 N- 영역의 깊이에 대한 일반적인 범위는 0.25 내지 1.5 마이크로미터이고, 바람직한 깊이는 0.4 내지 1.0 마이크로미터이다.
도 4A 내지 4F는 본 발명의 하나의 모범적인 실시예에 따른 N-웰 장벽 영역(310)에 대한 제조 공정들을 묘사한다. 기존의 동작들의 결과를 논리적으로 요구하는 것들을 제외하고, 이 명세서에 기술되는 어떠한 동작들에 대해서도 특정한 순서는 요구되지 않는다. 따라서, 하기의 동작들이 일반적인 순서로 실행되는 것으로 기술되지만, 순서는 모범예일 뿐이며 변화될 수 있다.
도 4A 내지 4F를 참조하여 보면, N-웰 장벽 영역(310)은 어레이(305)의 픽셀 셀(도 3A 및 3B)과 동시에 형성될 수 있다. 또한, 복수의 N-웰 장벽 영역(310)의 형성은 도 4A 내지 4F와 관련하여 후술되는 것과 유사한 방식으로 그리고 동시에 진행될 수 있다.
도 4A 내지 4F에 도시된 바와 같이, N-웰 장벽 영역(425)은 P+ 기판(400) 위에 그리고 P- EPI 층(405)의 표면에 형성된다. 앞서 주목된 바와 같이, 기판(400) 또는 P- EPI 층(405)에 영역(도시되지 않음)이나 접합(도시되지 않음)을 형성하기 위해 종전의 처리 공정들이 활용되었을 수 있다. 예를 들어, 격리 영역, 예컨대, 얕은 트렌치 격리 영역이, N-웰 장벽 영역(425)의 형성 전에, 기판(400) 또는 EPI 층(405)에 주지 기술에 의해 형성될 수 있다. 도 4A는 P+ 기판(400)과 P- EPI 층(405)을 시작하는 것을 나타낸다.
도 4B는 제1 절연 층(410), 전도성 층(415), 및 제2 절연 층(420)의 추가를 나타낸다. 예컨대, 실리콘 산화물의, 제1 절연 층(410)은 P- EPI 층(405)상에 성장 및 증착된다. 제1 절연 층(410)은, 그 다음에 형성되는 전송 및 리셋 트랜지스터(220, 230)에 대한 게이트 산화물 층을 담당한다. 다음, 전도성 재료의 층(415)이 제1 절연 층(410)의 위에 증착된다. 전도성 층(415)은, 그 다음에 형성되는 전송 및 리셋 트랜지스터(220, 230)에 대한 게이트 전극을 담당한다. 다음, 전도성 재료(415)의 층이 제1 절연 층(410) 위에 증착된다. 전도성 층(415)은, 그 다음에 형성되는 전송 및 리셋 트랜지스터(220, 230)에 대한 게이트 전극을 담당한다. 전도성 층(415)은 도핑된 n- 타입일 수 있는 폴리실리콘의 층일 수 있다. 제2 절연 층(420)은 전도성 층(415) 위에 증착된다. 제2 절연 층(420)은, 예컨대, 산화물(SiO2), 질화물(실리콘 질화물), 질산화물(oxynitride)(실리콘 질산화물(silicon oxynitride)), ON(산화물-질화물), NO(질화물-산화물), 또는 ONO(산화물-질화물-산화물)로 형성될 수 있다. 층(410, 415, 420)은, 다른 것들 중에서도 화학 기상 증착(chemical vapor deposition; “CVD”)이나 플라즈마 화학 기상 증착(plasma enhanced chemical vapor deposition; “PECVD”)과 같은 종래의 증착법에 의해 형성되는 블랭킷(blanket)일 수 있다.
도 4C에 도시된 바와 같이, N-웰 장벽 영역(425)은, 예시적으로 p- 타입 영역인, P- EPI 층(405)의 표면에 형성된다. 또한, 도 4C에 도시된 바와 같이, P-웰 영역도 P- EPI 층(405)의 표면에 형성될 수 있다. N-웰 주입물(425)은 제1 절연 층(410) 아래의 포인트로부터 EPI 층(405) 내에 형성되고, 게이트 스택(435)의 예 기되는 위치들 사이에 연장한다. N-웰 주입물(425)은, 예를 들어 그리고 한정 없이, 비교적 신속히 확산하는 N 타입 원자를 주입하는 것과 같은, 주지의 방법에 의해 형성될 수 있다. 예시된 픽셀은 활성 어레이 픽셀과 블랙 픽셀 사이에 형성되는 장벽 픽셀이다.
도 4D에 도시된 바와 같이, 그 다음에 층(410, 415, 420)이 패턴 형성되고 에칭되어 도 4D에 도시된 전송 및 리셋 트랜지스터(220, 230)(도 2A 및 2B) 다층 게이트 스택(435~440)을 형성한다. 본 발명은 상기한 게이트 스택(435~440)의 구조에 한정되지 않는다. 추가적인 층들이 추가될 수 있고 또는 게이트 스택(435~440)이 당업계에 주지되고 요망되는 바와 같이 변화될 수 있다. 예를 들어, 규화물 층(도시되지 않음)이 전도성 층(415)과 제2 절연 층(420)의 사이에 형성될 수 있다. 규화물 층이 전송 및 리셋 트랜지스터 게이트 스택(435~440)에 또는 화상 센서 회로의 모든 트랜지스터 게이트 구조물에 포함될 수 있고, 티타늄 규화물, 텅스텐 규화물, 코발트 규화물, 몰리브덴 규화물, 또는 탄탈 규화물일 수 있다. 이러한 추가적인 도전성 층은 또한, TiN/W 또는 W/NX/W와 같은 장벽 층/굴절 재료일 수 있고, 또는 전체적으로 WNX로 형성될 수 있다.
도 4E에 묘사된 바와 같이, 플로팅 확산 영역(445)(또한, 도 2A에서 플로팅 확산 영역(225)로 도시된)은 도 4E에 도시된 구조를 달성하기 위해 주지의 방법에 의해 주입된다. 플로팅 확산 영역(445)은 게이트 스택(435, 440)에 인접한 n- 타입 영역으로서 형성된다. 플로팅 확산 영역(445)은 전송 트랜지스터(220)(도 2A) 게이트 스택과 리셋 트랜지스터(230)(도 2A) 게이트 스택의 사이에 형성된다. 인, 비소, 또는 안티몬과 같은, 어떠한 적합한 n- 타입 도펀트도 이용될 수 있다.
도 4F에 묘사된 바와 같이, 전하 축적 영역(450)이 P- EPI 층(405)에 주입된다. 전하 축적 영역(450)은, 예시적으로, 저농도 도핑된(lightly doped) n- 타입 영역이다. 다른 실시예에 있어서, 전하 축적 영역(450)은 고농도 도핑된(heavily doped) n+ 영역일 수 있다. 인, 비소, 또는 안티몬과 같은, n- 타입 도펀트는 개구부를 통해서 그리고 P- EPI 층(405) 내로 주입될 수 있다. 영역(450)의 프로파일(profile)을 맞추기 위해 다중 주입물이 이용될 수 있다. 필요하다면, EPI 층(405)의 표면에 대하여 90도 이외의 각도로 주입이 실행되도록, 영역(450)을 형성하기 위해 각진 주입이 수행될 수 있다. 전하 축적 영역(450)이 픽셀 셀(110)의 광센서 전하 축적 영역(210)과 동시에 형성될 수 있다.
선택적으로, 픽셀 셀(110)(도 2A)의 광센서(205)의 p- 타입 표층(215)에 유사한, p- 타입 표층(455)이 주입될 수 있다. 도핑된 표층(455)은 제1 도전형(conductivity type)으로 도핑된다. 예시적으로, 도핑된 표층(455)은 고도로 도핑된 p+ 표층이다. 붕소, 인듐, 또는 여타 적합한 p- 타입 도펀트 등의, p- 타입 도펀트가 p+ 표층(455)을 형성하는데 이용될 수 있다.
p+ 표층(455)은 주지의 기술에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 층(455)은 광레지스트의 층의 개구부를 통해서 p- 타입 이온을 주입하는 것에 의해 형성될 수 있다. 대안적으로는, 층(455)이, 가스 소스 플라즈마 도핑 처리에 의해서, 또는 본래 위치의 도핑 층이나 층(455)이 형성될 영역 위에 증착된 도핑된 산화물 층으 로부터 P- EPI 층(405) 내로 p- 타입 도펀트를 확산시키는 것에 의해 형성될 수 있다.
종래의 처리 방법이 N-웰 장벽 영역(425)을 완성시키기 위해 이용될 수 있다. 절연, 차폐, 및 금속화 층들이, 게이트 라인을 연결하고 Vaa-pix에 연결을 제공하며 N-웰 장벽 영역(425)에 다른 연결을 제공하기 위해, 형성될 수 있다. 또, 전체 표면이, CMP 평탄화되어 접점 구멍을 마련하도록 에칭되며, 그 다음에 접점을 마련하도록 금속화되는, 예컨대, 실리콘 이산화물, BSG, PSG, 또는 BPSG의 보호 층(도시되지 않음)으로 덮일 수 있다. 종래의 컨덕터와 절연체의 층들도 구조물들을 상호 접속시키기 위해 그리고 전하 축적 영역(450)을 Vaa-pix에 연결하기 위해 사용될 수 있다. 특히, 연결이 어떠한 적합한 전도성 재료, 예컨대, 금속을 이용하여 형성될 수 있고; 접점이 어떠한 적합한 전도성 재료를 이용하여 형성될 수 있다. 도 5는 광다이오드(PD) 아래에만 위치되는 N-웰 영역의 대안 예를 예시한다.
도 7은 도 3A의 화상 센서(300)를 포함하는 프로세서 시스템(700)을 예시한다. 대안적인 실시예에 있어서, 시스템(700)은 도 3B의 화상 센서(315)를 포함할 수 있다. 시스템(700)은 화상 센서 소자를 포함할 수 있는 디지털 회로를 갖는 시스템의 모범예이다. 한정됨 없이, 상기 시스템은, 컴퓨터 시스템, 카메라 시스템, 스캐너, 머신 비전(machine vision), 차량 네비게이션, 비디오 폰, 감시 시스템, 자동 초점 시스템, 천체 추적 시스템, 동작 감지 시스템, 화상 안정화 시스템, 및 데이터 압축 시스템을 포함할 수 있다.
시스템(700), 예를 들어 카메라 시스템은, 버스(715)를 통해 입출력(I/O) 장 치(710)와 통신하는, 마이크로프로세서와 같은 중앙 처리 장치(CPU)(705)를 일반적으로 포함한다. 화상 센서(300)도 버스(715)를 통해 CPU(705)와 통신한다. 프로세서 시스템(700)은 랜덤 액세스 메모리(RAM)(720)를 또한 포함하고, 버스(715)를 통해 CPU(705)와 또한 통신하는, 플래시 메모리와 같은 탈착 가능 메모리(removable memory)(725)를 포함할 수 있다. 화상 센서(300)는, 단일 집적 회로 또는 프로세서와는 다른 칩 상의 메모리 저장부와 함께하거나 함께 하지 않는, CPU, 디지털 신호 프로세서, 또는 마이크로프로세서와 같은 프로세서와 결합될 수 있다.
상기 상세한 설명과 도면들은 모범예이고, 본 발명의 목적, 특징, 및 장점을 달성하는 바람직한 실시예들을 예시한다는 것을 다시 주목한다. 본 발명은 예시된 실시예에 한정되는 것으로 의도되지 않았다. 하기의 청구범위의 사상 및 권리 범위 내에 속하는 본 발명의 어떠한 변형도 본 발명의 일부로서 간주되어야 한다.
Claims (34)
- 기판;상기 기판과 관련되어 형성되는 픽셀 셀들의 어레이로서, 활성 어레이 영역과 블랙 영역을 포함하는 픽셀 셀들의 어레이; 및상기 활성 어레이 영역과 상기 블랙 영역의 사이에 형성되는 적어도 하나의 N-웰 픽셀 격리 영역을 포함하는 화상 센서.
- 청구항 1에 있어서, 상기 어레이에 인접한 주변 회로를 더 포함하고,상기 적어도 하나의 N-웰 픽셀 격리 영역은 상기 블랙 영역의 적어도 하나의 픽셀 셀과 상기 주변 회로의 사이에 위치되는 부분을 포함하는, 화상 센서.
- 청구항 1에 있어서, 상기 어레이는, 픽셀 셀들의 제1 부분을 포함하는 활성 어레이 영역과, 상기 활성 어레이 영역에 있지 않은 픽셀 셀들의 제2 부분을 포함하는 적어도 하나의 블랙 영역을 포함하며,상기 적어도 하나의 N-웰 픽셀 격리 영역은 상기 활성 어레이 영역과 상기 적어도 하나의 블랙 영역의 사이에 있는, 화상 센서.
- 청구항 3에 있어서, 상기 픽셀 셀들의 제2 부분은, 상기 활성 어레이 영역의 제1 측에 인접한 제1 블랙 영역과 상기 활성 어레이 영역의 제2 측에 인접한 적어 도 제2 블랙 영역을 포함하며, 상기 제1 및 적어도 제2 블랙 영역은 상기 어레이의 블랙 레벨을 판정하기 위한 것이고,상기 적어도 하나의 N-웰 픽셀 격리 영역은 상기 활성 어레이 영역과 상기 제1 및 적어도 제2 블랙 영역의 사이에 위치되는, 화상 센서.
- 청구항 3에 있어서, 상기 적어도 하나의 N-웰 픽셀 격리 영역은 상기 활성 어레이 영역을 에워싸는, 화상 센서.
- 청구항 3에 있어서, 상기 적어도 하나의 N-웰 픽셀 격리 영역은 상기 적어도 하나의 블랙 영역을 에워싸는, 화상 센서.
- 청구항 1에 있어서, 복수의 N-웰 픽셀 격리 영역을 더 포함하는, 화상 센서.
- 청구항 1에 있어서, 상기 적어도 하나의 N-웰 픽셀 격리 영역은 상기 어레이의 적어도 일부의 픽셀 셀로서 구성되는, 화상 센서.
- 청구항 8에 있어서, 상기 N-웰 픽셀 격리 영역은 상기 어레이의 픽셀 셀들의 로우로서 구성되는, 화상 센서.
- 청구항 8에 있어서, 상기 N-웰 픽셀 격리 영역은 상기 어레이의 픽셀 셀들의 칼럼으로서 구성되는, 화상 센서.
- 청구항 1에 있어서, 상기 화상 센서는 CMOS 화상 센서인, 화상 센서.
- 픽셀 셀들의 어레이로서, 상기 어레이가, 픽셀 셀들의 제1 부분을 포함하는 활성 어레이 영역과 상기 어레이의 블랙 레벨을 판정하기 위한 적어도 하나의 블랙 영역을 포함하고, 상기 적어도 하나의 블랙 영역은 상기 활성 어레이 영역에 있지 않은 픽셀 셀들의 제2 부분을 포함하는, 픽셀 셀들의 어레이;상기 어레이에 인접한 주변 회로; 및상기 어레이와 상기 주변 회로 및 상기 어레이와 상기 적어도 하나의 블랙 영역 사이의 적어도 하나의 N-웰 픽셀 격리 영역을 포함하는 화상 센서.
- 화상 센서의 소자를 격리하기 위한 장벽 영역으로서,기판; 및N-웰 픽셀 격리 영역을 포함하는 장벽 영역.
- 청구항 13에 있어서, 상기 N-웰 픽셀 격리 영역은 픽셀 셀의 그룹으로서 구성되는, 장벽 영역.
- 청구항 13에 있어서, 상기 N-웰 픽셀 격리 영역은 픽셀 셀들의 로우로서 구 성되는, 장벽 영역.
- 청구항 13에 있어서, 상기 N-웰 픽셀 격리 영역은 픽셀 셀들의 칼럼으로서 구성되는, 장벽 영역.
- 청구항 13에 있어서, 상기 N-웰 픽셀 격리 영역은 N-웰 주입물을 포함하는, 장벽 영역.
- 청구항 13에 있어서, 상기 N-웰 픽셀 격리 영역은 N-웰 스트라이프를 포함하는, 장벽 영역.
- (i) 프로세서; 및(ii) 상기 프로세서에 연결된 화상 센서를 포함하며,상기 화상 센서는,기판;상기 기판과 관련되는 픽셀 셀들의 어레이; 및적어도 하나의 픽셀 셀에 인접하는 상기 기판 위에 형성되는 적어도 하나의 N-웰 픽셀 격리 영역을 포함하는, 프로세서 시스템.
- 청구항 19에 있어서, 상기 화상 센서는 CMOS 화상 센서인, 프로세서 시스템.
- 청구항 19에 있어서, 상기 화상 센서는 CCD 화상 센서인, 프로세서 시스템.
- 청구항 19에 있어서, 상기 어레이에 인접한 주변 회로를 더 포함하고,상기 적어도 하나의 N-웰 픽셀 격리 영역은 상기 어레이와 상기 주변 회로의 사이에 있는, 프로세서 시스템.
- 청구항 19에 있어서, 상기 어레이는, 픽셀 셀들의 제1 부분을 포함하는 활성 어레이 영역과, 상기 활성 어레이 영역에 있지 않은 픽셀 셀들의 제2 부분을 포함하는 상기 어레이에 대한 블랙 레벨을 판정하기 위한 적어도 하나의 블랙 영역을 포함하며,상기 적어도 하나의 N-웰 픽셀 격리 영역은 상기 활성 어레이 영역과 상기 적어도 하나의 블랙 영역의 사이에 위치되는, 프로세서 시스템.
- 화상 센서의 블랙 영역을 격리시키기 위한 장벽 영역을 형성하는 방법으로서,픽셀들의 활성 어레이를 형성하는 단계;픽셀들의 어레이를 포함하는 블랙 영역을 형성하는 단계; 및상기 픽셀들의 활성 어레이와 상기 픽셀들의 블랙 영역의 사이의 위치에, N-웰 픽셀 격리 영역을 형성하는 단계를 포함하는 장벽 영역 형성 방법.
- 청구항 24에 있어서, 상기 N-웰 픽셀 격리 영역을 형성하는 단계는, 픽셀 셀 어레이의 일부 내에 위치되는 N-웰 픽셀 격리 영역을 형성하는 단계를 포함하는, 장벽 영역 형성 방법.
- 청구항 24에 있어서, 상기 N-웰 픽셀 격리 영역을 형성하는 단계는, 상기 N-웰 픽셀 격리 영역을 픽셀 셀들의 로우로서 형성하는 단계를 포함하는, 장벽 영역 형성 방법.
- 청구항 24에 있어서, 상기 N-웰 픽셀 격리 영역을 형성하는 단계는, 상기 N-웰 픽셀 격리 영역을 픽셀 셀들의 칼럼으로서 형성하는 단계를 포함하는, 장벽 영역 형성 방법.
- 화상 센서를 형성하는 방법으로서,기판을 마련하는 단계;상기 기판과 관련되는 픽셀 셀들의 어레이를 마련하는 단계로서, 상기 픽셀 셀들의 어레이가 활성 어레이 영역과 블랙 영역을 포함하는, 단계; 및상기 활성 어레이 영역과 상기 블랙 영역의 사이에 위치되는 적어도 하나의 N-웰 픽셀 격리 영역을 형성하는 단계를 포함하는 화상 센서 형성 방법.
- 청구항 28에 있어서, 상기 어레이에 인접한 주변 회로를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 N-웰 픽셀 격리 영역의 일부가 상기 블랙 영역과 상기 주변 회로의 사이에 위치되는, 화상 센서 형성 방법.
- 청구항 28에 있어서, 상기 블랙 영역은, 상기 활성 어레이 영역의 제1 측에 인접한 제1 블랙 영역과 상기 활성 어레이 영역의 제2 측에 인접한 적어도 제2 블랙 영역을 포함하며, 상기 제1 및 적어도 제2 블랙 영역은 상기 어레이의 블랙 레벨을 판정하기 위한 것이고,상기 N-웰 픽셀 격리 영역의 일부가 상기 제1 블랙 영역 및 제2 블랙 영역과 상기 활성 어레이 영역의 사이에 위치되는, 화상 센서 형성 방법.
- 청구항 28에 있어서, 상기 적어도 하나의 N-웰 픽셀 격리 영역을 형성하는 단계는, 상기 활성 어레이 영역을 에워싸는 상기 적어도 하나의 N-웰 픽셀 격리 영역을 형성하는 단계를 포함하는, 화상 센서 형성 방법.
- 청구항 28에 있어서, 상기 적어도 하나의 N-웰 픽셀 격리 영역을 형성하는 단계는, 상기 블랙 영역을 에워싸는 상기 적어도 하나의 N-웰 픽셀 격리 영역을 형성하는 단계를 포함하는, 화상 센서 형성 방법.
- 화상 센서를 형성하는 방법으로서,기판상에 픽셀 셀들의 어레이를 마련하는 단계로서, 상기 어레이가 활성 어레이와 블랙 영역을 포함하는 단계;상기 픽셀 셀들의 어레이에 인접하는 주변 회로를 마련하는 단계; 및상기 주변 회로와 상기 블랙 영역의 사이에 위치되는 적어도 하나의 N-웰 픽셀 격리 영역을 형성하는 단계를 포함하는, 화상 센서 형성 방법.
- 청구항 33에 있어서, 상기 적어도 하나의 N-웰 픽셀 격리 영역을 형성하는 단계는, 상기 활성 어레이와 상기 블랙 영역의 사이에 상기 N-웰 픽셀 격리 영역의 일부를 형성하는 단계를 포함하는, 화상 센서 형성 방법.
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