KR20090022507A - Image sensor and method of fabricating the same - Google Patents
Image sensor and method of fabricating the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR20090022507A KR20090022507A KR1020070087898A KR20070087898A KR20090022507A KR 20090022507 A KR20090022507 A KR 20090022507A KR 1020070087898 A KR1020070087898 A KR 1020070087898A KR 20070087898 A KR20070087898 A KR 20070087898A KR 20090022507 A KR20090022507 A KR 20090022507A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- gate insulating
- charge
- thickness
- insulating film
- region
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 40
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 30
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 27
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 11
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 abstract 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 4
- 230000004044 response Effects 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 3
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 2
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004541 SiN Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 Ta 2 O 5 Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000015654 memory Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N zirconium(iv) silicate Chemical compound [Zr+4].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices 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
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
- H01L27/14612—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor
- H01L27/14614—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor having a special gate structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
- H01L29/423—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/42312—Gate electrodes for field effect devices
- H01L29/42316—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
- H01L29/4232—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
- H01L29/42364—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate characterised by the insulating layer, e.g. thickness or uniformity
- H01L29/42368—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate characterised by the insulating layer, e.g. thickness or uniformity the thickness being non-uniform
Abstract
Description
본 발명은 이미지 센서 및 그 제조 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 신뢰성이 향상된 이미지 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an image sensor and a method of manufacturing the same, and more particularly, to an image sensor and a method of manufacturing the improved reliability.
이미지 센서(image sensor)는 광학 영상을 전기 신호로 변환시키는 소자이다. 최근 들어, 컴퓨터 산업과 통신 산업의 발달에 따라 디지털 카메라, 캠코더, PCS(Personal Communication System), 게임 기기, 경비용 카메라, 의료용 마이크로 카메라, 로보트 등 다양한 분야에서 성능이 향상된 이미지 센서의 수요가 증대되고 있다.An image sensor is an element that converts an optical image into an electrical signal. Recently, with the development of the computer industry and the communication industry, the demand for improved image sensors in various fields such as digital cameras, camcorders, personal communication systems (PCS), gaming devices, security cameras, medical micro cameras, robots, etc. is increasing. have.
이미지 센서의 단위 화소는 광전 변환부 및 광전 변환부에서 입사광을 광전 변환하여 생성된 전하를 전하 검출부로 전송하는 전하 전송부를 포함한다. The unit pixel of the image sensor includes a photoelectric converter and a charge transfer unit configured to transfer charges generated by photoelectric conversion of incident light in the photoelectric converter to a charge detector.
이미지 센서에서는 광전 변환부에서 생성된 전하가 전하 전송부를 통해 전하 검출부로 전송된다. 이 때, 전하 전송부의 게이트 전극에 전압을 인가하면 전하 전송부의 하부 기판 영역에 채널 영역이 형성되어 전하가 채널 영역을 통해 전하 검출부로 이동한다. 여기서, 전하가 이동하는 채널 영역의 중심 영역에서는 전하가 쉽게 이동하지만, 채널 영역의 가장자리 영역, 즉 소자 분리 영역과 인접한 영역에서는 전하가 빠르게 이동하지 못한다. 따라서, 채널 영역의 가장자리 영역에서는 중심 영역보다 전하의 이동이 원활하지 못하고, 이로 인하여 광전 변환부 내에 일부 전하가 잔류하여 이미지 센서의 신뢰성이 저하될 수 있다.In the image sensor, the charge generated in the photoelectric converter is transferred to the charge detector through the charge transmitter. At this time, when a voltage is applied to the gate electrode of the charge transfer unit, a channel region is formed in the lower substrate region of the charge transfer unit, and charge moves to the charge detection unit through the channel region. Here, the charge easily moves in the center region of the channel region in which the charge moves, but the charge does not move quickly in the edge region of the channel region, that is, the region adjacent to the device isolation region. Therefore, in the edge region of the channel region, the movement of charges is not smoother than that of the center region. As a result, some charges may remain in the photoelectric converter, thereby reducing the reliability of the image sensor.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 신뢰성이 향상된 이미지 센서를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide an image sensor with improved reliability.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 신뢰성이 향상된 이미지 센서의 제조 방법을 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing an image sensor having improved reliability.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. Problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서는 반도체 기판 및 상기 반도체 기판에 일 방향으로 나란하게 형성된 광전 변환부, 전하 전송부 및 전하 검출부를 포함하되, 상기 전하 전송부는 반도체 기판 상에 적층되어 형성된 게이트 절연막 및 상기 게이트 절연막 상에 형성된 게이트 전극을 포함하고, 상기 일 방향과 수직한 타 방향으로의 상기 게이트 절연막의 중심 영역의 두께는 상기 타 방향으로의 상기 게이트 절연막의 가장자리 영역의 두께보다 두껍다.An image sensor according to an embodiment of the present invention for achieving the above object includes a semiconductor substrate and a photoelectric conversion unit, a charge transfer unit and a charge detection unit formed in parallel in one direction on the semiconductor substrate, the charge transfer unit is a semiconductor substrate A gate insulating film formed on the gate insulating film and a gate insulating film formed on the gate insulating film, wherein the thickness of the center region of the gate insulating film in another direction perpendicular to the one direction is an edge region of the gate insulating film in the other direction. Thicker than
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서는 반도체 기판, 상기 반도체 기판 내에 형성된 광전 변환부, 상기 반도체 기판 상에 적층되어 형성된 게이트 절연막 및 게이트 전극, 상기 광전 변환부에서 전하 검출부로 전하가 전송되는 채널 영역을 포함하는 전하 전송부 및 상기 전하 전송부에서 전하를 전송 받아 전하를 검출하는 전하 검출부를 포함하며, 상기 채널 영역의 중심 영역 상부의 게이트 절연막의 두께는 상기 채널 영역의 가장자리 영역의 게이트 절연막의 두께보다 두껍다.According to another aspect of the present invention, there is provided an image sensor including a semiconductor substrate, a photoelectric conversion unit formed in the semiconductor substrate, a gate insulating layer and a gate electrode stacked on the semiconductor substrate, and a charge detector in the photoelectric conversion unit. And a charge detector including a channel region to which charge is transferred, and a charge detector configured to detect charge by receiving charge from the charge transmitter, wherein a thickness of the gate insulating layer on the center region of the channel region is greater than that of the channel region. It is thicker than the thickness of the gate insulating film in the edge region.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법은 반도체 기판 상에 일 방향으로 나란하게 형성된 광전 변환부, 전하 전송부 및 전하 검출부를 형성하되, 상기 전하 전송부는 반도체 기판 상에 적층되어 형성된 게이트 절연막 및 상기 게이트 절연막 상에 형성된 게이트 전극을 포함하고, 상기 일 방향과 수직한 타 방향으로의 상기 게이트 절연막의 중심 영역의 두께는 상기 타 방향으로의 상기 게이트 절연막의 가장자리 영역의 두께보다 두껍도록 한다.According to one or more exemplary embodiments, a method of manufacturing an image sensor includes: forming a photoelectric conversion unit, a charge transfer unit, and a charge detection unit formed side by side in one direction on a semiconductor substrate; A gate insulating film formed on the gate insulating film and a gate insulating film formed on the gate insulating film, wherein the thickness of the center region of the gate insulating film in another direction perpendicular to the one direction is an edge region of the gate insulating film in the other direction. Make it thicker than.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Other specific details of the invention are included in the detailed description and drawings.
상기한 바와 같은 이미지 센서 및 그 제조 방법에 따르면 다음과 같은 효과가 있다. According to the image sensor and the manufacturing method as described above has the following effects.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서 및 그 제조 방법에 따르면, 중심 영역과 가장자리 영역에서 서로 다른 두께를 가지는 게이트 절연막을 형성함으로써, 광전 변환부에서 전하 검출부로의 전하의 이동을 보다 원활하게 하여 이미지 센서의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. According to the image sensor and the manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention, by forming a gate insulating film having a different thickness in the center region and the edge region, it is possible to more smoothly move the charge from the photoelectric conversion section to the charge detection section The reliability of the image sensor can be improved.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참고하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발 명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예들에서 잘 알려진 소자 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 나아가, n형 또는 p형은 예시적인 것이며, 여기에 설명되고 예시되는 각 실시예는 그것의 상보적인 실시예도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참고 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and methods of achieving the same will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms, and only the embodiments are to make the disclosure of the present invention complete, and the general knowledge in the technical field to which the present invention belongs. It is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the present invention is defined only by the scope of the claims. Thus, well-known device structures and well-known techniques in some embodiments are not described in detail in order to avoid obscuring the present invention. Furthermore, n-type or p-type is exemplary, and each embodiment described and illustrated herein also includes its complementary embodiment. Like reference numerals refer to like elements throughout.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.Although the first, second, etc. are used to describe various elements, components and / or sections, these elements, components and / or sections are of course not limited by these terms. These terms are only used to distinguish one element, component or section from another element, component or section. Therefore, the first device, the first component, or the first section mentioned below may be a second device, a second component, or a second section within the technical spirit of the present invention.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, “comprises” and / or “comprising” refers to the presence of one or more other components, steps, operations and / or elements. Or does not exclude additions.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서는 CCD(Charge Coupled Device)와 CMOS 이미지 센서를 포함한다. 여기서, CCD는 CMOS 이미지 센서에 비해 잡음(noise)이 적고 화질이 우수하지만, 고전압을 요구하며 공정 단가가 비싸다. CMOS 이미지 센서는 구동 방식이 간편하고 다양한 스캐닝(scanning) 방식으로 구현 가능하다. 또한, 신호 처리 회로를 단일칩에 집적할 수 있어 제품의 소형화가 가능하며, CMOS 공정 기술을 호환하여 사용할 수 있어 제조 단가를 낮출 수 있다. 전력 소모 또한 매우 낮아 배터리 용량이 제한적인 제품에 적용이 용이하다. 따라서, 이하에서는 본 발명의 이미지 센서로 CMOS 이미지 센서를 예시하여 설명한다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상은 그대로 CCD에도 적용될 수 있음은 물론이다.An image sensor according to an embodiment of the present invention includes a charge coupled device (CCD) and a CMOS image sensor. Here, the CCD has less noise and better image quality than the CMOS image sensor, but requires a high voltage and a high process cost. CMOS image sensors are simple to drive and can be implemented in a variety of scanning methods. In addition, since the signal processing circuit can be integrated on a single chip, the product can be miniaturized, and the CMOS process technology can be used interchangeably to reduce the manufacturing cost. Its low power consumption makes it easy to apply to products with limited battery capacity. Therefore, hereinafter, a CMOS image sensor will be described as an image sensor of the present invention. However, the technical idea of the present invention can be applied to the CCD as it is.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 상세히 설명한다. Hereinafter, an image sensor according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 블록도이다. 1 is a block diagram of an image sensor according to an exemplary embodiment.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서는 액티브 픽셀 센서 어레이(active pixel sensor array, APS arrray)(10), 타이밍 제너레이터(timing generator)(20), 로우 디코더(row decoder)(30), 로우 드라이버(row driver)(40), 상관 이중 샘플러(Correlated Double Sampler, CDS)(50), 아날로그 디지털 컨버터(Analog to Digital Converter, ADC)(60), 래치부(latch)(70) 및 컬럼 디코더(column decoder)(80) 등을 포함한다.Referring to FIG. 1, an image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention may include an active pixel sensor array (APS arrray) 10, a
액티브 픽셀 센서 어레이(10)는 2차원적으로 배열된 다수의 단위 화소를 포함한다. 다수의 단위 화소들은 광학 영상을 전기 신호로 변환하는 역할을 한다. 액 티브 픽셀 센서 어레이(10)는 로우 드라이버(40)로부터 화소 선택 신호(ROW), 리셋 신호(RST), 전하 전송 신호(TG) 등 다수의 구동 신호를 수신하여 구동된다. 또한, 변환된 전기적 신호는 수직 신호 라인을 통해서 상관 이중 샘플러(50)에 제공된다. The active
타이밍 제너레이터(20)는 로우 디코더(30) 및 컬럼 디코더(80)에 타이밍(timing) 신호 및 제어 신호를 제공한다.The
로우 드라이버(40)는 로우 디코더(30)에서 디코딩된 결과에 따라 다수의 단위 화소들을 구동하기 위한 다수의 구동 신호를 액티브 픽셀 센서 어레이(10)에 제공한다. 일반적으로 매트릭스 형태로 단위 화소가 배열된 경우에는 각 행별로 구동 신호를 제공한다. The
상관 이중 샘플러(50)는 액티브 픽셀 센서 어레이(10)에 형성된 전기 신호를 수직 신호 라인을 통해 수신하여 유지(hold) 및 샘플링한다. 즉, 특정한 기준 전압 레벨(이하, '잡음 레벨(noise level)')과 형성된 전기적 신호에 의한 전압 레벨(이하, '신호 레벨')을 이중으로 샘플링하여, 잡음 레벨과 신호 레벨의 차이에 해당하는 차이 레벨을 출력한다.The correlated
아날로그 디지털 컨버터(60)는 차이 레벨에 해당하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다.The analog-to-
래치부(70)는 디지털 신호를 래치(latch)하고, 래치된 신호는 컬럼 디코더(80)에서 디코딩 결과에 따라 순차적으로 영상 신호 처리부(도면 미도시)로 출력된다.The
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 단위 화소의 회로도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이의 개략적인 평면도이다.2 is a circuit diagram of a unit pixel of an image sensor according to an exemplary embodiment. 3 is a schematic plan view of an active pixel sensor array of an image sensor according to an embodiment of the present invention.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 단위 화소(100)는 광전 변환부(110), 전하 검출부(120), 전하 전송부(130), 리셋부(140), 증폭부(150) 및 선택부(160)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서는 단위 화소(100)가 도 2에서와 같이 4개의 트랜지스터 구조로 이루어진 경우를 도시하고 있으나, 5개의 트랜지스터 구조로 이루어질 수도 있다.2 and 3, the
광전 변환부(110)는 입사광을 흡수하여, 광량에 대응하는 전하를 축적하는 역할을 한다. 광전 변환부(110)는 포토 다이오드(photo diode), 포토 트랜지스터(photo transistor), 포토 게이트(photo gate), 핀드 포토 다이오드(Pinned Photo Diode; PPD) 및 이들의 조합이 가능하다.The
전하 검출부(120)는 플로팅 확산 영역(FD; Floating Diffusion region)이 주로 사용되며, 광전 변환부(110)에서 축적된 전하를 전송받는다. 전하 검출부(120)는 기생 커패시턴스를 갖고 있기 때문에, 전하가 누적적으로 저장된다. 전하 검출부(120)는 증폭부(150)의 게이트에 전기적으로 연결되어 있어, 증폭부(150)를 제어한다.As the
전하 전송부(130)는 광전 변환부(110)에서 전하 검출부(120)로 전하를 전송한다. 전하 전송부(130)는 일반적으로 1개의 트랜지스터로 이루어지며, 전하 전송 신호(TG)에 의해 제어된다. The
리셋부(140)는 전하 검출부(120)를 주기적으로 리셋시킨다. 리셋부(140)의 소스는 전하 검출부(120)에 연결되고, 드레인은 Vdd에 연결된다. 또한, 리셋 신호(RST)에 응답하여 구동된다.The
증폭부(150)는 단위 화소(100) 외부에 위치하는 정전류원(도면 미도시)과 조합하여 소스 팔로워 버퍼 증폭기(source follower buffer amplifier) 역할을 하며, 전하 검출부(120)의 전압에 응답하여 변하는 전압이 수직 신호 라인(162)으로 출력된다. 소스는 선택부(160)의 드레인에 연결되고, 드레인은 Vdd에 연결된다.The
선택부(160)는 행 단위로 읽어낼 단위 화소(100)를 선택하는 역할을 한다. 선택 신호(ROW)에 응답하여 구동되고, 소스는 수직 신호 라인(162)에 연결된다.The
또한, 전하 전송부(130), 리셋부(140), 선택부(160)의 구동 신호 라인(131, 141, 161)은 동일한 행에 포함된 단위 화소들이 동시에 구동되도록 행 방향(수평 방향)으로 연장된다.In addition, the driving
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 단위 화소의 단면도로, 도 3의 A- A′를 따라 절단한 단면도이다. 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 단위 화소의 단면도로, 도 3의 B- B′를 따라 절단한 단면도이다.4A is a cross-sectional view of a unit pixel of an image sensor according to an exemplary embodiment, and is taken along line AA ′ of FIG. 3. FIG. 4B is a cross-sectional view of the unit pixel of the image sensor according to the exemplary embodiment, taken along the line BB ′ of FIG. 3.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서는 반도체 기판(101), 깊은 웰(deep well; 107), 분리웰(isolation well; 108), 소자 분리 영역(109), 광전 변환부(110), 전하 검출부(120), 전하 전송부(130)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서는 광전 변환부(110)로 핀드 포토다이오드(Pinned Photo Diode; PPD)를 사용하여 설명한다.4A and 4B, an image sensor according to an exemplary embodiment may include a
반도체 기판(101)은 제1 도전형(예를 들어, N형)이고, 반도체 기판(101) 내 의 소정 깊이에 형성되는 제2 도전형(예를 들어, P형)의 깊은 웰(107)에 의해 하부 및 상부 기판 영역(101a, 101b)으로 정의된다. 여기서, 반도체 기판(101)은 N형을 예로 들어 설명하였으나, 이에 제한되지 않는다.The
깊은 웰(107)은 하부 기판 영역(101a)의 깊은 곳에서 생성된 전하들이 광전 변환부(110)로 흘러 들어오지 않도록 포텐셜 베리어(potential barrier)를 형성하고, 전하와 홀의 재결합(recombination) 현상을 증가시키는 역할을 한다. 따라서, 전하들의 랜덤 드리프트(random drift)에 의한 화소간 크로스토크를 줄일 수 있다.The deep well 107 forms a potential barrier to prevent charges generated in the deep portion of the
깊은 웰(107)은 예를 들어, 반도체 기판(101)의 표면으로부터 3 내지 12㎛ 깊이에서 최고 농도를 가지며 1 내지 5㎛의 층 두께를 형성하도록 형성될 수 있다. 여기서, 3 내지 12㎛는 실리콘 내에서 적외선 또는 근적외선의 흡수 파장의 길이(absorption length of red or near infrared region light)와 실질적으로 동일하다. 여기서, 깊은 웰(107)의 깊이는 반도체 기판(101)의 표면으로부터 얕을수록 확산 방지 효과가 크므로 크로스토크가 작아지나, 광전 변환부(110)의 영역 또한 얕아지므로 깊은 곳에서 광전 변환 비율이 상대적으로 큰 장파장(예를 들어, 레드 파장)을 갖는 입사광에 대한 감도가 낮아질 수 있다. 따라서, 입사광의 파장 영역에 따라 깊은 웰(107)의 형성 위치는 조절될 수 있다.Deep well 107 may be formed to have a highest concentration at a depth of 3-12 μm from the surface of
소자 분리 영역(109)은 상부 기판 영역(101b) 내에 형성되어 활성 영역을 정의한다. 소자 분리 영역(109)은 일반적으로 LOCOS(LOCal Oxidation of Silicon)방법을 이용한 FOX(Field OXide) 또는 STI(Shallow Trench Isolation)가 될 수 있다. An
또한, 소자 분리 영역(109)의 하부에는 제2 도전형(예를 들어, P형)의 분리 웰(108)이 형성될 수 있다. 분리웰(108)은 다수의 포토 다이오드(112)를 서로 분리하는 역할을 한다. 포토 다이오드(112)간 수평 방향의 크로스토크를 줄이기 위해, 분리웰(108)은 포토 다이오드(112)의 형성 깊이보다 더 깊게 형성될 수 있고, 도 4에서와 같이 깊은 웰(107)과 연결되도록 형성될 수 있다.In addition, a separation well 108 of a second conductivity type (eg, P-type) may be formed under the
광전 변환부(110)는 반도체 기판(101) 내에 형성되어 N형의 포토 다이오드(112), P+형의 피닝층(pinning layer; 114), 포토 다이오드(112) 하부의 상부 기판 영역(101b)을 포함한다.The
포토 다이오드(112)는 입사광에 대응하여 생성된 전하가 축적되고, 피닝층(114)은 상부 기판 영역(101b)에서 열적으로 생성된 EHP(Electron-Hole Pair)를 줄임으로써 암전류를 줄이는 역할을 한다. Charges generated in response to incident light are accumulated in the
또한, 포토 다이오드(112)는 깊은 웰(107)로부터 소정 거리 이격되어 형성되므로, 포토 다이오드(112) 하부의 상부 기판 영역(101b)을 광전 변환하는 영역으로 사용할 수 있다. 따라서, 실리콘에서의 침투 깊이(penetration depth)가 큰 장파장(예를 들어, 레드 파장)에 대한 색감도가 향상될 수 있다.In addition, since the
또한, 포토 다이오드(112)의 최대 불순물 농도는 1×1015 내지 1×1018 원자/cm3일 수 있고, 피닝층(114)의 불순물 농도는 1×1017 내지 1×1020 원자/cm3 일 수 있다. 다만, 도핑되는 농도 및 위치는 제조 공정 및 설계에 따라서 달라질 수 있으므로 이에 제한되지 않는다. In addition, the maximum impurity concentration of the
전하 검출부(120)는 반도체 기판(101) 내에 형성되어, 광전 변환부(110)에서 축적된 전하를 전하 전송부(130)를 통해서 전송받는다. 전하 전송부(130)는 불순물 영역(132), 게이트 절연막(134), 게이트 전극(136), 스페이서(138)를 포함한다.The
불순물 영역(132)은 전하 전송부(130)가 턴오프 상태에서 센싱되는 이미지와 무관하게 발생되는 암전류를 방지하는 역할을 한다. 불순물 영역(132)은 상부 기판 영역(101b)의 표면에 가깝게 형성하여 암전류를 방지하며, 예를 들어 2000Å 이내의 깊이에서 형성할 수 있다. The
게이트 절연막(134) 및 게이트 전극(136)은 반도체 기판 상에 적층되어 형성된다. 또한, 게이트 절연막(134) 하부의 반도체 기판(101b) 내에는 전하가 이동하는 채널 영역(C)이 형성될 수 있다. 전하는 광전 변환부(110)에서 전하 전송부(130)의 반도체 기판 내에 형성된 채널 영역(C)을 통과하여 전하 검출부(120)로 이동한다. 이 때, 채널 영역(C)의 중심 영역 상부의 게이트 절연막(134)의 중심 영역의 두께(h1)는 채널 영역(C)의 가장자리 영역 상부의 게이트 절연막(134)의 가장자리 영역의 두께(h2)보다 두껍다. 즉, 광전 변환부(110), 전하 전송부(130) 및 전하 검출부(120)가 일 방향으로 나란하게 형성되었다고 할 때, 일 방향과 수직한 타 방향으로의 게이트 절연막(134)의 중심 영역의 두께(h1)는 타 방향으로의 게이트 절연막(134)의 가장자리 영역의 두께(h2)보다 두껍다. 여기서, 게이트 절연막(134)의 일 방향으로의 두께는 균일하다. 게이트 절연막(134)은 SiO2, SiON, SiN, Al2O3, Si3N4, GexOyNz, GexSiyOz 또는 고유전율 물질 등이 사용될 수 있다. 여기서, 고유전율 물질은 HfO2, ZrO2, Al2O3, Ta2O5, 하프늄 실리케이트, 지르코늄 실리케이트 또는 이 들의 조합막 등을 원자층 증착법으로 형성할 수 있다. 또한, 게이트 절연막(134)은 예시된 막질들 중에서 2종 이상의 선택된 물질을 복수 층으로 적층하여 구성될 수도 있다. 게이트 절연막(134)은 두께는 5 내지 100Å으로 형성할 수 있다.The
이러한 게이트 절연막(134)은 제1 두께의 절연막을 중심 영역에만 형성한 후, 중심 영역 및 가장자리 영역에 제2 두께의 절연막을 증착하여, 중심 영역에는 제1 두께와 제2 두께를 합한 두께의 절연막을 형성할 수 있다. 또는 중심 영역에 제3 두께의 절연막을 증착하고, 가장자리 영역에 제3 두께보다 얇은 제4 두께의 절연막을 증착하여 형성할 수도 있다. 그러나, 이에 제한되지 않으며, 중심 영역과 가장자리 영역의 두께가 서로 다른 게이트 절연막(134)은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 행할 수 있는 통상의 다양한 방법을 통해 형성될 수 있다.The
게이트 절연막(134)의 중심 영역의 두께(h1)가 가장자리 영역의 두께(h2)보다 두껍게 형성되면, 게이트 절연막(134)의 중심 영역의 문턱 전압보다 게이트 절연막(134)의 가장자리 영역의 문턱 전압이 더 작아지게 되어, 전하는 가장자리 영역에서 보다 수월하게 전하 검출부(120)로 이동할 수 있다. 따라서, 채널 영역(C)의 중심 영역에서 뿐 아니라 가장자리 영역에서도 전하가 보다 수월하게 이동함으로써, 이미지 센서의 신뢰성이 향상될 수 있다. When the thickness h1 of the center region of the
즉, 본 발명에 따른 이미지 센서에 따르면, 중심 영역과 가장자리 영역에서 서로 다른 두께를 가지는 게이트 절연막(134)을 형성함으로써, 광전 변환부(110)에서 전하 검출부(120)로의 전하의 이동을 보다 원활하게 하여 이미지 센서의 신뢰성 을 향상시킬 수 있다. That is, according to the image sensor according to the present invention, by forming the
게이트 전극(136)은 도전성 폴리실리콘막, W, Pt, 또는 Al과 같은 금속막, TiN과 같은 금속 질화물막, 또는 Co, Ni, Ti, Hf, Pt와 같은 내화성 금속(refractory metal)으로부터 얻어지는 금속 실리사이드막, 또는 이들의 조합막으로 이루어질 수 있다. 또는, 게이트 전극(136)은 도전성 폴리실리콘막과 금속 실리사이드막을 차례대로 적층하여 형성하거나, 도전성 폴리실리콘막과 금속막을 차례대로 적층하여 형성할 수도 있으나, 이에 제한되지 않는다.The
스페이서(138)는 게이트 전극(136) 양 측벽에 형성되며, 질화막(SiN)으로 형성될 수 있다.The
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 포함하는 프로세서 기반 시스템을 나타내는 개략도이다. 5 is a schematic diagram illustrating a processor-based system including an image sensor according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 프로세서 기반 시스템(300)은 CMOS 이미지 센서(310)의 출력 이미지를 처리하는 시스템이다. 시스템(300)은 컴퓨터 시스템, 카메라 시스템, 스캐너, 기계화된 시계 시스템, 네비게이션 시스템, 비디오폰, 감독 시스템, 자동 포커스 시스템, 추적 시스템, 동작 감시 시스템, 이미지 안정화 시스템 등을 예시할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. Referring to FIG. 5, the processor-based system 300 is a system that processes an output image of the CMOS image sensor 310. The system 300 may illustrate a computer system, a camera system, a scanner, a mechanized clock system, a navigation system, a videophone, a supervision system, an auto focus system, a tracking system, a motion monitoring system, an image stabilization system, etc., but is not limited thereto. It doesn't happen.
컴퓨터 시스템 등과 같은 프로세서 기반 시스템(300)은 버스(305)를 통해 입출력(I/O) 소자(330)와 커뮤니케이션 할 수 있는 마이크로프로세서 등과 같은 중앙 정보 처리 장치(CPU)(320)를 포함한다. CMOS 이미지 센서(310)는 버스(305) 또는 다른 통신 링크를 통해서 시스템과 커뮤니케이션 할 수 있다. 또, 프로세서 기반 시스템(300)은 버스(305)를 통해 CPU(320)와 커뮤니케이션 할 수 있는 RAM(340), 플로피디스크 드라이브(350) 및/또는 CD ROM 드라이브(355), 및 포트(360)를 더 포함할 수 있다. 포트(360)는 비디오 카드, 사운드 카드, 메모리 카드, USB 소자 등을 커플링하거나, 또 다른 시스템과 데이터를 통신할 수 있는 포트일 수 있다. CMOS 이미지 센서(310)는 CPU, 디지털 신호 처리 장치(DSP) 또는 마이크로프로세서 등과 함께 집적될 수 있다. 또, 메모리가 함께 집적될 수도 있다. 물론 경우에 따라서는 프로세서와 별개의 칩에 집적될 수도 있다. Processor-based system 300, such as a computer system, includes a central information processing unit (CPU) 320, such as a microprocessor, that can communicate with input / output (I / O) device 330 via bus 305. CMOS image sensor 310 may communicate with the system via a bus 305 or other communication link. In addition, processor-based system 300 may include RAM 340, floppy disk drive 350 and / or CD ROM drive 355, and port 360, which may communicate with CPU 320 via bus 305. It may further include. The port 360 may be a port for coupling a video card, a sound card, a memory card, a USB device, or the like, or for communicating data with another system. The CMOS image sensor 310 may be integrated with a CPU, a digital signal processing device (DSP), a microprocessor, or the like. In addition, the memories may be integrated together. In some cases, of course, it may be integrated into a separate chip from the processor.
이상 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. Although embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains may implement the present invention in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. I can understand that. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 블록도이다. 1 is a block diagram of an image sensor according to an exemplary embodiment.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 단위 화소의 회로도이다.2 is a circuit diagram of a unit pixel of an image sensor according to an exemplary embodiment.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 액티브 픽셀 센서 어레이의 개략적인 평면도이다.3 is a schematic plan view of an active pixel sensor array of an image sensor according to an embodiment of the present invention.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 단위 화소의 단면도로, 도 3의 A- A′를 따라 절단한 단면도이다. 4A is a cross-sectional view of a unit pixel of an image sensor according to an exemplary embodiment, and is taken along line AA ′ of FIG. 3.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 단위 화소의 단면도로, 도 3의 B- B′를 따라 절단한 단면도이다.FIG. 4B is a cross-sectional view of the unit pixel of the image sensor according to the exemplary embodiment, taken along the line BB ′ of FIG. 3.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 포함하는 프로세서 기반 시스템을 나타내는 개략도이다. 5 is a schematic diagram illustrating a processor-based system including an image sensor according to an embodiment of the present invention.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)(Explanation of symbols for the main parts of the drawing)
10: 액티브 픽셀 센서 어레이 20: 타이밍 제너레이터10: active pixel sensor array 20: timing generator
30: 로우 디코더 40: 로우 드라이버30: low decoder 40: low driver
50: 상관 이중 샘플러 60: 아날로그 디지털 컨버터50: correlated double sampler 60: analog-to-digital converter
70: 래치부 80: 컬럼 디코더70: latch portion 80: column decoder
100: 단위 화소 101: 반도체 기판100: unit pixel 101: semiconductor substrate
101a: 하부 기판 영역 101b: 상부 기판 영역101a:
107: 깊은 웰 108: 분리 웰107: deep well 108: separation well
109: 소자 분리 영역 110: 광전 변환부109: device isolation region 110: photoelectric conversion section
112: 포토 다이오드 114: 피닝층112: photodiode 114: pinning layer
120: 전하 검출부 130: 전하 전송부120: charge detector 130: charge transfer unit
132: 불순물 영역 134: 게이트 절연막132: impurity region 134: gate insulating film
136: 게이트 전극 138: 스페이서136: gate electrode 138: spacer
140: 리셋부 150: 증폭부140: reset unit 150: amplification unit
160: 선택부 600: 프로세서 기반 시스템160: selection unit 600: processor-based system
605: 버스 610: CMOS 이미지 센서605: bus 610: CMOS image sensor
620: 중앙 정보 처리 장치 630: I/O 소자620: central information processing unit 630: I / O element
640: RAM 650: 플로피디스크 드라이브640: RAM 650: floppy disk drive
655: CD ROM 드라이브 660: 포트655: CD ROM drive 660: port
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020070087898A KR20090022507A (en) | 2007-08-30 | 2007-08-30 | Image sensor and method of fabricating the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020070087898A KR20090022507A (en) | 2007-08-30 | 2007-08-30 | Image sensor and method of fabricating the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20090022507A true KR20090022507A (en) | 2009-03-04 |
Family
ID=40692372
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020070087898A KR20090022507A (en) | 2007-08-30 | 2007-08-30 | Image sensor and method of fabricating the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20090022507A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20170043141A (en) * | 2015-10-12 | 2017-04-21 | 삼성전자주식회사 | Image sensor |
-
2007
- 2007-08-30 KR KR1020070087898A patent/KR20090022507A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20170043141A (en) * | 2015-10-12 | 2017-04-21 | 삼성전자주식회사 | Image sensor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100725367B1 (en) | Image sensor and method for fabricating the same | |
KR101152389B1 (en) | Image sensor and method of fabricating the same | |
KR100642760B1 (en) | Image sensor and fabricating method for the same | |
KR100690884B1 (en) | Image sensor and fabricating method for the same | |
KR100772891B1 (en) | Image sensor and fabricating method thereof | |
JP4992446B2 (en) | Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and camera | |
KR100703987B1 (en) | Fabricating method of image sensor and image sensor fabricated thereby | |
KR100781544B1 (en) | Method of fabricating image sensor | |
KR102638779B1 (en) | Image sensor | |
KR100755662B1 (en) | Semiconductor integrated circuit device and method of fabricating the same | |
US20090294816A1 (en) | CMOS image sensor and driving method of the same | |
US20220360730A1 (en) | Image sensor | |
KR20080084475A (en) | Image sensor and method of fabricating the same | |
KR20090022507A (en) | Image sensor and method of fabricating the same | |
US9219094B2 (en) | Backside illuminated image sensor | |
KR20080044440A (en) | Image sensor and method of fabricating the same | |
KR20140126622A (en) | Image sensor | |
US20230411418A1 (en) | Imaging sensing device and method of manufacturing the same | |
US20220005856A1 (en) | Image sensing device | |
KR20090085955A (en) | Image sensor | |
KR20090025944A (en) | Image sensor and a method of the same | |
KR20060108160A (en) | Image sensor | |
KR20080084056A (en) | Image sensor and method of fabricating the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
WITN | Withdrawal due to no request for examination |