KR20090015651A - 영상감도 및 다이내믹 레인지를 향상시키는 단위픽셀 - Google Patents

영상감도 및 다이내믹 레인지를 향상시키는 단위픽셀 Download PDF

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Abstract

저조도의 감도를 향상시키고 다이내믹 레인지를 증가시키는 단위픽셀 및 상기 단위픽셀 제조방법을 개시한다. 상기 단위픽셀은 포토다이오드, 전달트랜지스터 및 리셋트랜지스터를 구비한다. 상기 포토다이오드는 영상신호에 대응되는 영상전하를 생성한다. 상기 전달트랜지스터는 상기 영상전하를 플로팅 확산영역으로 전달한다. 상기 리셋트랜지스터는 일 단자가 상기 플로팅 확산영역에 연결되고 다른 일 단자에 공급전원이 인가된다. 여기서 상기 플로팅 확산영역에 주입된 불순물 이온의 농도가 상기 공급전원이 인가되는 상기 리셋트랜지스터의 확산영역에 주입된 불순물 이온의 농도에 비해 낮다.
영상감도, 저조도, 스위칭 잡음, 다이내믹 레인지

Description

영상감도 및 다이내믹 레인지를 향상시키는 단위픽셀{Unit pixel improving image sensitivity and dynamic range}
본 발명은 단위픽셀에 관한 것으로, 특히 저조도의 감도를 향상시키고 다이내믹 레인지를 증가시키는 단위픽셀에 관한 것이다.
도 1은 이미지센서를 구성하는 단위픽셀의 회로도이다.
도 1을 참조하면, 단위픽셀은, 포토다이오드(PD) 및 영상신호 변환회로를 구비하며, 영상신호 변환회로는 전달트랜지스터(M1), 리셋트랜지스터(M2), 변환트랜지스터(M3) 및 선택트랜지스터(M4)를 구비한다.
포토다이오드(PD)는 영상신호에 대응되는 영상전하를 생성시킨다. 상기 영상전하들은 전달제어신호(TX)에 응답하여 스위칭하는 전달트랜지스터(M1)를 경유하여 플로팅 확산영역(FD)에 전달된다. 리셋트랜지스터(M2)는 플로팅 확산영역(FD)을 리셋(Reset)시킨다. 변환트랜지스터(M3)는 플로팅 확산영역(FD)에 축적된 전하에 대응되는 변환전압을 생성시킨다. 변환전압은 선택제어신호(SX)에 응답하여 스위칭하는 선택트랜지스터(M4)를 경유하여 출력(OUT)된다.
플로팅 확산영역(FD)은 하나의 커패시터(Capacitor)로 모델링(Modeling) 할 수 있는데, 플로팅 확산영역의 총 커패시턴스(Capacitance) CT는,
1. 플로팅 확산영역(FD)과 기판(Substrate)사이의 접합(Junction) 커패시턴스,
2. 게이트 커패시턴스 및
3. 오버랩(Overlap) 커패시턴스의 합으로 표시할 수 있다.
기판을 P형(type)이라고 할 때 플로팅 확산영역(FD)은 N형이므로, 플로팅 확산영역(FD)과 기판사이에는 PN 접합의 구조를 형성하게 된다. 플로팅 확산영역과 기판사이의 접합 커패시턴스라 함은, 2개의 전극(Electrode)이 되는 플로팅 확산영역 및 기판과 상기 2개의 전극 사이에 형성되는 공핍영역(depletion area)에 의한 접합 커패시터의 용량(capacitance)을 의미한다. 이하의 설명에서 사용되는 접합 커패시턴스는 플로팅 확산영역(FD)과 사이드 월(Side Wall) 사이의 커패시턴스도 포함한다.
상기 게이트 커패시턴스는 플로팅 확산영역(FD)과 변환트랜지스터(M3)의 게이트 산화막(Gate Oxide) 및 변환트랜지스터(M3)의 벌크에 의해 형성되는 게이트 커패시터의 용량을 의미한다. 상기 오버랩 커패시턴스는 전달트랜지스터(M1) 및 리셋트랜지스터(M2)의 게이트 산화막을 사이에 두고 2개의 트랜지스터(M1, M2)의 게이트단자 및 플로팅 확산영역(FD)이 서로 중첩되는 부분에 의한 커패시턴스를 의미한다.
여기서 게이트 커패시턴스 및 오버랩 커패시턴스는 공정이 완료됨에 따라 그 값이 고정되지만, 접합 커패시턴스는 플로팅 확산영역(FD)에 강하되는 전압 값에 따라 가변된다.
커패시터의 용량(C)은 수학식 1과 같이 간단하게 표시할 수 있다.
Figure 112007057893609-PAT00001
여기서, Eox는 커패시터를 구성하는 유전체의 유전율, A는 유전체의 면적(Area), d는 두 전극 사이의 거리(distance) 또는 유전체의 두께를 의미한다.
접합 커패시터의 경우 유전체의 유전율 및 유전체의 면적은 제조공정이 완료되면 고정되지만, 접합 커패시터의 양 전극(Electrode)에 인가되는 전압에 따라 유전체가 되는 공핍영역의 폭(Width)이 변하기 때문에 이에 따라 커패시턴스도 변한다. 예를 들어 기판에 인가되는 전압을 고정하였을 때 N형 물질인 플로팅 확산영역(FD)에 인가되는 전압이 양의 방향으로 증가하면, P형 물질로 구성된 P형 기판과 N형 물질인 플로팅 확산영역 사이의 공핍영역에 역 바이어스(Reverse Bias)가 인가되어, 결국 공핍영역의 폭이 증가하게 된다. 이는 수학식 1의 유전체의 두께 d가 증가하는 것이므로, 결국 접합 커패시턴스는 감소하게 된다.
플로팅 확산영역을 생성시키기 위해서는,
1. 마스크를 이용하여 플로팅 확산영역을 정의하고,
2. 플로팅 확산영역으로 정의된 부분에 불순물 이온을 주입하며,
3. 주입된 불순물이 골고루 확산이 될 수 있도록 어닐링(Annealing) 작업을 수행하게 된다.
이 때 플로팅 확산영역에 주입된 불순물 이온의 농도에 따라 오버랩 커패시터의 커패시턴스가 변하게 된다. 즉, 어닐링 시간의 충분하면 플로팅 확산영역에 주입된 불순물 이온의 농도가 높으면 높을수록, 불순물 이온들의 기판의 상하방향 및 수평방향으로 확산되는 폭이 증가하게 되고, 결국 플로팅 확산영역(FD)과 전달트랜지스터(M1) 및 리셋트랜지스터(M2)의 게이트 산화막과 중첩되는 면적이 증가하게 되어 오버랩 커패시턴스가 증가하게 된다. 따라서 제조공정이 완료되면 오버랩 커패시터의 커패시턴스는 고정되지만, 이는 플로팅 확산영역(FD)에 주입되는 불순물의 양에 따라 가변된다.
여기서 오버랩 커패시터의 용량이 고정된다는 것은 확산영역에 주입된 불순물 이온의 농도가 일정한 한계량을 넘었을 때에 일반적인 현상이다. 따라서 농도가 상기 일정한 한계량에 미치지 못할 경우에는 오버랩 커패시터의 용량이 오버랩 커패시터의 양 전극에 인가되는 전압에 따라 변하게 되는데, 이에 대해서는 후술한다.
상술한 바와 같이 전달트랜지스터(M1) 및 리셋트랜지스터(M2)는 각각 전달제어신호(TX) 및 리셋제어신호(RX)에 의해 스위칭(Switching)되는데, 이 때 상기 2개의 트랜지스터(M1, M2)가 턴 온(Turn On) 및 턴 오프(Turn Off) 되면서 플로팅 확산영역(FD)에 잡음이 발생하게 되는데 이를 스위칭 잡음(Switching Noise)이라고 한다. 상기 스위칭 잡음의 양은 오버랩 커패시터의 커패시턴스에 비례하므로, 스위칭 잡음을 감소시키기 위해서는 오버랩 커패시터의 커패시턴스를 감소시켜야 한다.
상술한 바와 같이 접합 커패시턴스가 플로팅 확산영역(FD)에 강하되는 전압 값에 비례하여 변하기 때문에, 이러한 전기적 특성을 가지는 픽셀을 구비하는 이미지센서의 다이내믹 레인지 및 저조도의 감도도 감소되는 단점을 가지게 된다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 저조도 감도를 향상시키고 다이내믹 레인지를 증가시키는 단위픽셀을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 저조도 감도를 향상시키고 다이내믹 레인지를 증가시키는 단위픽셀의 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 일면에 따른 단위픽셀은, 포토다이오드, 전달트랜지스터 및 리셋트랜지스터를 구비한다. 상기 포토다이오드는 영상신호에 대응되는 영상전하를 생성한다. 상기 전달트랜지스터는 상기 영상전하를 플로팅 확산영역으로 전달한다. 상기 리셋트랜지스터는 일 단자가 상기 플로팅 확산영역에 연결되고 다른 일 단자에 공급전원이 인가된다. 여기서 상기 플로팅 확산영역에 주입된 불순물 이온의 농도가 상기 공급전원이 인가되는 상기 리셋트랜지스터의 확산영역에 주입된 불순물 이온의 농도에 비해 낮다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 다른 일면에 따른 단위픽셀은, 적어도 하나의 포토다이오드, 적어도 하나의 전달트랜지스터 및 리셋트랜지스터를 구비한다. 상기 적어도 하나의 포토다이오드는 영상신호에 대응되는 영상전하를 생 성한다. 상기 적어도 하나의 전달트랜지스터는 상기 적어도 하나의 포토다이오드에 각각 연결되어 상기 영상전하를 공통 플로팅 확산영역으로 전달한다. 상기 리셋트랜지스터는 일 단자가 상기 공통 플로팅 확산영역에 연결되고 다른 일 단자에 공급전원이 인가된다. 여기서 상기 공통 플로팅 확산영역에 주입된 불순물 이온의 농도가 상기 공급전원이 인가되는 상기 리셋트랜지스터의 확산영역에 주입된 불순물 이온의 농도에 비해 낮다.
상기 다른 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 단위픽셀 제조방법은, 포토다이오드 및 영상신호를 전기신호로 변환하는 영상신호 변환회로를 구비하는 단위픽셀을 제조하는 방법이고, 플로팅 확산영역을 정의하는 제1마스크 및 상기 영상신호 변환회로에 포함되는 확산영역 중 상기 플로팅 확산영역을 제외한 나머지 확산영역을 정의하는 제2마스크를 사용하며, 상기 제1마스크로 정의된 영역에 N(N은 정수)개의 불순물 이온을 주입하는 단계 및 상기 제2마스크로 정의된 영역에 M(M은 정수)개의 불순물 이온을 주입하는 단계를 구비한다.
본 발명은 단위픽셀의 저조도 감도를 향상시키고 다이내믹 레인지를 증가시키는 장점이 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 일반적인 단위픽셀의 레이아웃을 나타낸다.
도 2를 참조하면, 여기서 게이트단자는 빗금이 그어진 사각형으로 도시되어 있는데 다결정 실리콘(poly silicon)으로 구현되는 것이 일반적이다. 금속라인(metal line)은 점으로 채워진 사각형으로 도시되어 있고, 금속라인과 게이트단자 및 확산영역은 'X' 표시가 있는 사각형으로 도시된 콘택(contact)을 통하여 전기적으로 연결된다.
도 2를 참조하면, 단위픽셀은 포토다이오드(PD) 및 영상신호 변환회로를 구비하며, 영상신호 변환회로는 전달트랜지스터, 리셋트랜지스터, 변환트랜지스터 및 선택트랜지스터를 구비한다.
전달트랜지스터는 드레인 단자와 소스 단자가 되는 포토다이오드(PD) 영역과 플로팅확산영역(FD) 및 전달제어신호(TX)가 인가되는 게이트 단자를 구비한다. 리셋트랜지스터는 드레인 단자 및 소스 단자가 되는 플로팅 확산영역(FD) 및 전원전압(Vdd)이 인가되는 확산영역 그리고 리셋제어신호(RX)가 인가되는 게이트 단자를 구비한다. 변환트랜지스터는 드레인 단자 또는 소스 단자가 되며 전원전압(Vdd)이 인가되고 있는 확산영역과 플로팅 확산영역(FD)의 전압이 인가되는 게이트를 구비한다. 선택트랜지스터는 일 단자가 상기 변환트랜지스터의 나머지 다른 일 단자와 공통으로 연결되고 다른 일 단자는 변환전압(OUT)이 출력되는 확산영역 및 선택제어신호(SX)가 인가되는 게이트 단자를 구비한다.
여기서는 트랜지스터의 형에 관계없이 하나의 단자 및 다른 하나의 단자를 드레인 단자 및 소스 단자라고 하여 특별한 구분 없이 사용하였다. 트랜지스터의 드레인 단자 및 소스 단자는 P형 모스트랜지스터와 N형 모스트랜지스터의 경우 반 대가 되는데, 여기서는 특별히 구별하지는 않았지만, 당업자라면 상기의 내용으로부터 본 발명의 내용을 이해하는데 아무런 문제가 없다고 생각하여 자세하게 언급하지는 않을 것이다.
도 3은 도 2에 도시된 레이아웃의 점선 라인(AA')의 절단면도이다.
도 3을 참조하면, P- 기판의 가장 왼쪽 표면에 포토다이오드(PD)가 형성되어 있고, 상기 포토다이오드(PD)와 N+ 플로팅 확산영역(FD) 사이에 전달트랜지스터의 게이트단자(TX)가 설치되어 있다. 플로팅 확산영역(FD)과 전원전압(Vdd)이 인가되는 확산영역 사이에 리셋트랜지스터의 게이트 단자(RX)가 형성되어 있다. 여기서 2개의 게이트 단자(TX, RX)는 기판의 표면 상부에 설치된다. 도 3에는 자세하게 도시되지 않았지만, 게이트 단자(RX, RX)와 기판 사이에는 절연물질이 존재하며, 상기 절연물질의 전기적 특성은 모스트랜지스터의 문턱전압을 결정할 뿐만 아니라 모스트랜지스터의 정격전압도 결정하며 그 두께도 일정하여야 하기 때문에 실리콘 산화막(Silicon Dioxide)을 열 성장(Thermal Growth)시켜 사용하는 것이 일반적이다.
도 3을 참조하면, 플로팅 확산영역(FD)은 N+로 기재되어 있고, 리셋트랜지스터(RX)의 오른쪽 확산영역은 N++로 기재되어 있는데, N+는 N++에 비해 주입된 불순물 이온의 개수가 적다는 것을 의미한다. 예를 들면, N++는 주입된 불순물 이온의 개수가 ~ 1022개/Cm3 정도이고, N+로 주입되는 불순물 이온의 개수는 그 면적에 의존도가 있겠지만 1013~ 1019개/Cm3 정도를 갖는 불순물 개수면 의도하는 바를 이룰 수 있을 것이다.
종래의 플로팅 확산영역 및 나머지 확산영역은, 하나의 마스크(MASK)에 동시에 정의되며 한 번의 불순물 이온 주입 과정을 통해 동시에 형성시킨다. 따라서 플로팅 확산영역(FD)에 주입된 불순물 이온의 농도와 트랜지스터의 드레인 및 소스 영역을 구성하는 나머지 확산영역에 주입된 불순물 이온의 농도는 동일하다.
본 발명의 핵심 아이디어는, 플로팅 확산영역(FD)에 주입된 불순물 이온의 농도를 상기 플로팅 확산영역을 제외한 모스트랜지스터의 드레인 및 소스영역을 형성하는 확산영역에 주입된 불순물 이온의 농도에 비해 낮게 하여, 저조도 감도를 향상시키고 다이내믹 레인지를 증가시키도록 한다.
이하에서는 플로팅 확산영역(FD)의 불순물의 농도가 낮다는 것이 어떤 물리적 의미를 가지는가에 대하여 설명한다.
도 4는 역 바이어스가 인가된 PN 접합의 전압특성을 측정하는 측정조건을 나타낸다.
도 4를 참조하면, PN 접합의 N영역에 인가되는 전압(Vin)이 증가할 때 P형 영역에서의 전압응답(Vout) 특성을 측정하기 위한 조건을 나타낸다. PN 접합 부근의 점선 등고선들은 PN 접합에서의 공핍영역(Depletion Area)의 경계면을 나타낸다. 여기서 N영역이 N-로 표시되어 있고 P형역은 P++로 표시되어 있으므로, N영역에 주입된 불순물 이온의 농도가 P영역에 주입된 불순물 이온의 농도에 비해 낮음을 알 수 있다.
도 4에 도시된 화살표는 역 바이어스(Reverse Bias) 전압을 증가시킬 때의 공핍영역의 경계면의 이동 방향을 의미한다. 전압(Vin)이 증가할 수 록 N영역의 공핍영역의 경계선 및 N영역의 공핍영역의 경계선은 PN 접합부근으로부터 멀어진다.
PN 접합부의 공핍영역에 인가되는 역 바이어스 전압이 증가함에 따라 공핍영역의 폭이 증가하게 되는데, P형 및 N형 확산영역 중 주입된 불순물 이온의 개수가 상대적으로 적은 쪽의 공핍영역의 폭이 빠른 속도로 늘어난다. 이러한 물리 현상의 이론적 배경은 일반적으로 알려져 있으므로 여기서는 자세하게 설명하지는 않는다. 도 4에는 상술한 물리 현상을 나타내기 위해 N영역의 공핍영역 경계면들의 간격이 P영역의 공핍영역 경계면들의 간격에 비해 넓게 도시되어 있다.
도 5는 도 4에 도시된 N형 확산영역에 주입된 불순물 이온의 농도를 2가지로 구분하고 역 바이어스 전압에 따라 변하는 출력전압을 나타낸다.
N형 확산영역에 주입된 불순물의 농도가 상대적으로 낮을 경우(Low Doping), N형 확산영역에 인가되는 역 바이어스전압(Vin)이 제1한계 값(Vp1)까지 증가할 때에는 P형 확산영역에서 검출되는 출력전압(Vout)도 일정한 기울기를 가지고 증가하지만, 역 바이어스전압(Vin)이 제1한계 값(Vp1)을 넘어설 때부터 출력전압(Vout)은 더 이상 증가하지 않게 된다. N형 확산영역에 주입된 불순물의 농도가 상대적으로 높을 경우(High Doping), 역 바이어스전압(Vin)이 제2한계 값(Vp2)까지 증가할 때에는 출력전압(Vout)도 일정한 기울기를 가지고 증가하지만, 역 바이어스전압(Vin)이 제2한계 값(Vp2)을 넘어설 때부터 출력전압(Vout)이 더 이상 증가하지 않게 된 다. 여기서 제2한계 값(Vp2)은 제1한계 값(Vp1)에 비해 높은 전압준위를 가진다.
상술한 바와 같이 N형 확산영역에 인가되는 역 바이어스 전압(Vin)이 일정한 한계 전압이상을 넘어서면 출력전압(Vout)이 더 이상 증가하지 못하게 되는 이유는, 상기 역 바이어스전압(Vin)이 한계 전압일 때부터 N형 확산영역의 전영역이 공핍영역이 되기 때문이며, 이 때 N형 확산영역은 피닝(Pinning) 되었다고 한다. 상기 피닝 영역에서는 전하의 이동이 거의 없게 되기 때문에 역 바이어스 전압(Vin)의 전압준위가 증가되더라도 N형 확산영역과 P형 확산영역 사이에는 더 이상 전류가 흐르지 않게 된다. 따라서 역 바이어스전압(Vin)의 증가가 출력단자에는 아무런 영향을 주지 못하게 되어 출력단자(Vout)의 전압은 증가하지 않게 된다.
도 6은 도 4에 도시된 전압측정 조건에서 PN 접합부의 접합 커패시턴스의 변화를 나타낸다.
도 6에 도시된 접합 커패시턴스(Jcap)는 PN 접합부의 P형 확산영역, 공핍영역 및 N형 확산영역이 형성시키는 접합 커패시터의 커패시턴스인데, N형 확산영역에 인가되는 역 바이어스전압(Vin)이 증가하면 증가할수록 공핍영역의 두께가 증가하고, 수학식 1을 참조하면, 커패시터의 양 전극 사이에 존재하는 절연물질의 두께(d)가 증가하면 커패시턴스가 감소한다.
상술한 바와 같이, 플로팅 확산영역(FD)을 피닝 시키면 2가지 효과를 얻을 수 있다.
첫 째, 오버랩 커패시터의 절연체의 두께가 상당히 증가하기 때문에 오버랩 커패시턴스 성분이 극소화 되어 스위칭 잡음 성분을 상당히 억제할 수 있게 된다.
둘 째, 플로팅 확산영역에 인가되는 전압이 높을 경우 기판과 플로팅 확산영역 사이의 접합 커패시턴스도 최소한으로 감소할 수 있다.
도 7은 플로팅확산영역에 강하되는 전압에 따른 플로팅 확산영역의 모델링 커패시터의 커패시턴스를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 플로팅 확산영역(FD)의 모델링 커패시터의 커패시턴스(CT)는, 게이트 커패시턴스(CG), 접합 커패시턴스(CJ) 및 오버랩 커패시턴스(COV)의 합으로 표시할 수 있다. 리셋 되었을 때의 플로팅확산영역(FD)의 전압준위(VFD)를 리셋전압 VR[V]라 하자.
포토다이오드에 입사되는 영상신호가 약할 때(저조도)는 포토다이오드에서 생성되는 영상전하의 양이 적으며, 적은 양의 영상전하는 상기 플로팅 확산영역(FD)에 전달되더라도 플로팅 확산영역(FD)의 전압에 영향을 주지 못한다. 따라서 상기 플로팅 확산영역(FD)의 전압준위(VFD)도 VR[V]에서 크게 변하지 않게 된다. 플로팅 확산영역(FD)의 전압준위가 VR[V]인 경우 접합 커패시턴스(CJ) 및 오버랩 커패시턴스(COV)가 거의 0의 값에 가깝게 되기 때문에, 플로팅확산영역(FD)의 모델링 커패시턴스(CT)는 게이트 커패시턴스(CG)에 좌우된다. 상술한 바와 같이 저조도의 영상신호에 대해서는 최소한의 커패시턴스만 존재하게 되므로 이 경우에는 스위칭 잡음성분도 최소한으로 된다.
조도가 증가하여 상당한 조도의 영상신호가 인가되면 대응되는 상당한 양의 영상전하가 생성되어 플로팅 확산영역(FD)에 전달되며, 이에 따라 플로팅 확산영역(FD)의 전압준위(VFD)도 감소하게 된다. 플로팅확산영역(FD)의 모델링 커패시턴스(CT)는, 플로팅 확산영역(FD)에 강하되는 전압이 감소함에 따라, 게이트 커패시턴스(CG)에 접합 커패시턴스(CJ) 및 오버랩 커패시턴스(COV)가 추가로 더 포함되므로 스위칭 잡음성분이 증가하게 된다. 그러나 이 경우에는 영상신호의 크기가 상기 스위칭 잡음에 비해 상당히 크기 때문에 상기 스위칭 잡음이 영상신호의 변환에 큰 영향을 주지 못한다.
따라서 상술한 바와 같이 플로팅확산영역(FD)의 피닝 전압을 낮춤으로서, 저조도의 영상신호의 감도를 향상시키게 된다. 저조도의 영상신호에 대한 감도가 향상된다는 것은 상기 픽셀을 사용하는 이미지센서의 다이내믹 레인지(dynamic range)가 따라서 증가하게 된다는 것을 의미한다.
상기의 설명에서는 단위픽셀이 하나의 포토다이오드 및 영상신호 전달회로로 구성되는 것에 대하여 설명하였다. 그러나 하나의 칩(chip)에는 포토다이오드 및 전달트랜지스터를 구현하고, 다른 하나의 칩에는 나머지 트랜지스터를 구현하는 분리형 단위픽셀이 제안되었다. 또한 상기 분리형 단위픽셀의 경우 복수 개의 포토다이오드 및 해당 전달트랜지스터를 하나의 공통 플로팅 확산영역에 연결하고, 상기 전달트랜지스터를 시 분할 방식으로 스위칭하여 사용함으로서, 칩의 면적을 감소시키거나 포토다이오드에 할당되는 면적을 증가시키는 기술도 제안되었다.
상술한 본 발명의 핵심 아이디어를 이해 할 수 있다면, 상기 분리형 단위픽 셀에 본 발명의 핵심 아이디어를 적용하는 것도 용이할 것이므로 이 부분에 대해서는 자세하게 설명하지 않는다.
상술한 단위픽셀을 제조하는 방법은 다양한데, 이하에서는 2개의 마스크를 이용하여 구현하는 한 가지 방법의 예를 들어 설명한다.
본 발명에 따른 단위픽셀을 제조하기 위해서는, 다른 공정은 일반적인 표준 공정을 따르면 되지만, 특별한 것은 플로팅 확산영역을 정의하는 제1마스크와 영상신호 변환회로에 포함되는 확산영역 중 상기 플로팅 확산영역을 제외한 나머지 확산영역을 정의하는 제2마스크를 사용한다는 것이다.
상기 제1마스크로 정의된 영역에는 N(N은 정수)개의 불순물 이온을 주입하고, 상기 제2마스크로 정의된 영역에는 M(M은 정수)개의 불순물 이온을 주입하는데, M은 N에 비해 큰 정수이다. N은 ,예를 들면, 1013개/Cm3 내지 1019개/Cm3의 사이의 값을 가지는 것이 바람직하다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
도 1은 이미지센서를 구성하는 단위픽셀의 회로도이다.
도 2는 일반적인 단위픽셀의 레이아웃을 나타낸다.
도 3은 도 2에 도시된 레이아웃의 점선 라인(AA')의 절단면도이다.
도 4는 역 바이어스가 인가된 PN 접합의 전압특성을 측정하는 측정조건을 나타낸다.
도 5는 도 4에 도시된 N형 확산영역에 주입된 불순물 이온의 농도를 2가지로 구분하고 역 바이어스 전압에 따라 변하는 출력전압을 나타낸다.
도 6은 도 4에 도시된 전압측정 조건에서 PN 접합부의 접합 커패시턴스의 변화를 나타낸다.
도 7은 플로팅확산영역에 강하되는 전압에 따른 플로팅 확산영역의 모델링 커패시터의 커패시턴스를 나타낸다.

Claims (7)

  1. 영상신호에 대응되는 영상전하를 생성하는 포토다이오드;
    상기 영상전하를 플로팅 확산영역으로 전달하는 전달트랜지스터; 및
    일 단자가 상기 플로팅 확산영역에 연결되고 다른 일 단자에 공급전원이 인가되는 리셋트랜지스터를 구비하는 단위픽셀에 있어서,
    상기 플로팅 확산영역에 주입된 불순물 이온의 농도가 상기 공급전원이 인가되는 상기 리셋트랜지스터의 확산영역에 주입된 불순물 이온의 농도에 비해 낮은 것을 특징으로 하는 단위픽셀.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플로팅 확산영역에 주입된 불순물 이온의 개수는 1017개/Cm3 내지 1020개/Cm3의 사이의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 단위픽셀.
  3. 영상신호에 대응되는 영상전하를 생성하는 적어도 하나의 포토다이오드;
    상기 적어도 하나의 포토다이오드에 각각 연결되어 상기 영상전하를 공통 플로팅 확산영역으로 전달하는 적어도 하나의 전달트랜지스터; 및
    일 단자가 상기 공통 플로팅 확산영역에 연결되고 다른 일 단자에 공급전원이 인가되는 리셋트랜지스터를 구비하는 단위픽셀에 있어서,
    상기 공통 플로팅 확산영역에 주입된 불순물 이온의 농도가 상기 공급전원이 인가되는 상기 리셋트랜지스터의 확산영역에 주입된 불순물 이온의 농도에 비해 낮은 것을 특징으로 하는 단위픽셀.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 플로팅 확산영역에 주입된 불순물 이온의 개수는 1017개/Cm3 내지 1020개/Cm3의 사이의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 단위픽셀.
  5. 포토다이오드 및 영상신호를 전기신호로 변환하는 영상신호 변환회로를 구비하는 단위픽셀을 제조하는 단위픽셀 제조방법에 있어서,
    플로팅 확산영역을 정의하는 제1마스크; 및
    상기 영상신호 변환회로에 포함되는 확산영역 중 상기 플로팅 확산영역을 제외한 나머지 확산영역을 정의하는 제2마스크를 사용하며,
    상기 제1마스크로 정의된 영역에 N(N은 정수)개의 불순물 이온을 주입하는 단계; 및
    상기 제2마스크로 정의된 영역에 M(M은 정수)개의 불순물 이온을 주입하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 단위픽셀 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 M은 상기 N에 비해 큰 정수인 것을 특징으로 하는 단위픽셀 제조방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 N은 1013개/Cm3 내지 1019개/Cm3의 사이의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 단위픽셀 제조방법.
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