KR20170065935A - 수직 전송 게이트를 갖는 이미지 센서 - Google Patents

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    • H01L29/7827—Vertical transistors

Abstract

본 기술은 성능이 향상된 이미지 센서를 제공한다. 이미지 센서는 기판 표면에 접하도록 형성된 제1불순물영역 및 상기 제1불순물영역과 상보적인 도전형을 갖고, 상기 제1불순물영역 아래 기판에 형성된 제2불순물영역을 포함하는 광전변환소자; 상기 광전변환소자 상에 형성된 하나 이상의 필라; 상기 광전변환소자에 접하도록 상기 필라의 표면상에 형성된 채널막; 및 상기 채널막 상에 형성되어 적어도 상기 필라의 측면을 둘러싸는 전송 게이트를 포함하고, 상기 제1불순물영역과 접하는 상기 채널막은 상기 제2불순물영역과 동일한 도전형을 갖고, 상기 제1불순물영역과 상보적인 도전형을 가질 수 있다.

Description

수직 전송 게이트를 갖는 이미지 센서{IMAGE SENSOR INCLUDING VERTICAL TRANSFER GATE}
본 발명은 반도체 장치 제조 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 수직 전송 게이트를 갖는 이미지 센서에 관한 것이다.
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 집적도 및 성능이 향상된 이미지 센서의 수요가 증대되고 있다.
본 발명의 실시예들은 성능이 향상된 이미지 센서를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는 기판 표면에 접하도록 형성된 제1불순물영역 및 상기 제1불순물영역과 상보적인 도전형을 갖고, 상기 제1불순물영역 아래 기판에 형성된 제2불순물영역을 포함하는 광전변환소자; 상기 광전변환소자 상에 형성된 하나 이상의 필라; 상기 광전변환소자에 접하도록 상기 필라의 표면상에 형성된 채널막; 및 상기 채널막 상에 형성되어 적어도 상기 필라의 측면을 둘러싸는 전송 게이트를 포함하고, 상기 제1불순물영역과 접하는 상기 채널막은 상기 제2불순물영역과 동일한 도전형을 갖고, 상기 제1불순물영역과 상보적인 도전형을 가질 수 있다.
또한, 실시예에 따른 이미지 센서는 상기 전송 게이트와 대향하고, 상기 광전변환소자로 입사광이 유입되는 입사면 상에 형성된 컬러필터층; 및 상기 컬러필터층 상에 형성된 집광부재를 더 포함할 수 있다.
상기 제2불순물영역은 상기 제1불순물영역 내에 형성되어 상기 제1불순물영역이 상기 제2불순물영역을 둘러싸는 형태를 가질 수 있다. 상기 제1불순물영역에서 상기 채널막과 접하는 부분은 상대적으로 얇은 두께를 가질 수 있다. 상기 제2불순물영역은 전하이동방향에 따라 점차 불순물의 도핑농도가 증가하는 프로파일을 가질 수 있다. 상기 필라의 평면 형상은 삼각형 이상의 다각형, 원형 또는 타원형을 가질 수 있다. 상기 필라는 버티컬한 측벽, 경사진 측벽 또는 측벽이 요철 구조를 가질 수 있다. 상기 필라는 절연물질을 포함할 수 있다. 상기 채널막은 상기 광전변환소자 전체와 중첩될 수 있다. 상기 채널막은 불순물이 도핑된 도프드 폴리실리콘을 포함할 수 있다. 상기 전송 게이트는 상기 필라 상부면 상에 형성된 상기 채널막을 노출시키는 오픈부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는 기판에 형성된 광전변환소자; 상기 광전변환소자 상에 형성되고 자신을 관통하는 하나 이상의 관통홀을 갖는 전송 게이트; 상기 전송 게이트 상에 형성된 플로팅디퓨전층; 및 상기 하나 이상의 관통홀 각각에 갭필되고 상기 전송 게이트에 인가되는 신호에 응답하여 상기 광전변환소자와 상기 플로팅디퓨전층 사이를 전기적으로 연결하며, 공핍 모드로 동작하는 채널막; 및 상기 플로팅디퓨전층 상에 형성된 캐패시터를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는 상기 기판 상에 형성되어 상기 전송 게이트, 상기 플로팅디퓨전층 및 상기 캐패시터를 덮는 층간절연막; 상기 층간절연막 상에 형성된 로직회로층; 및 상기 층간절연막을 관통하여 상기 전송 게이트, 상기 플로팅디퓨전층 및 상기 캐패시터 각각과 상기 로직회로층을 전기적으로 연결하는 콘택들을 더 포함할 수 있다.
상기 광전변환소자는, 상기 기판에 형성된 제1, 제2 및 제3불순물영역을 포함하고, 상기 제1 및 제3불순물영역은 동일한 도전형은 갖고, 상기 제2불순물영역은 상기 제1 및 제3불순물영역과 상보적인 도전형을 가지며, 상기 제1불순물영역은 상기 제2불순물영역을 둘러싸는 형태를 갖고, 상기 제2불순물영역 일부가 상기 제1불순물영역을 관통하여 상기 채널막에 접하는 형태를 가지며, 상기 제3불순물영역은 상기 채널막과 상기 제2불순물영역 사이에 게재될 수 있다. 상기 채널막은 상기 제2불순물영역과 동일한 도전형을 갖고, 상기 제1 및 제3불순물영역과 상보적인 도전형을 가질 수 있다. 상기 전송 게이트와 접하는 제1불순물영역의 두께보다 상기 제3불순물영역의 두께가 더 얇을 수 있다. 상기 제2불순물영역은 전하이동방향을 따라 점차 불순물 도핑농도가 증가하는 프로파일을 가질 수 있다. 상기 전송 게이트는 게이트전극 및 상기 게이트전극을 밀봉하도록 상기 게이트전극 전면에 형성된 게이트절연막을 포함할 수 있다. 상기 게이트절연막은, 상기 게이트전극과 상기 광전변환소자 사이에 형성된 제1게이트절연막; 상기 게이트전극과 상기 플로팅디퓨전층 사이에 형성된 제2게이트절연막; 및 상기 게이트전극 측벽에 형성된 제3게이트절연막을 포함할 수 있다. 상기 제1게이트절연막 및 상기 제2게이트절연막은는 저유전물질(Low-K materials)을 포함하고, 상기 제3게이트절연막은 고유전물질(High-K materials)을 포함할 수 있다. 상기 캐패시터는 제1전극, 유전막 및 제2전극이 순차적으로 적층된 형태를 갖고, 상기 제1전극은 상기 플로팅디퓨전층을 포함할 수 있다.
상술한 과제의 해결 수단을 바탕으로 하는 본 기술은 고집적화가 용이하고, 집적도 증가에 기인한 특성 열화를 방지할 수 있는 이미지 센서를 제공할 수 있다. 특히, 암전류 특성을 개선할 수 있는 이미지 센서를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 개략적으로 도시한 블럭도.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 평면도.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 이미지 센서를 도 2에 도시된 A-A'절취선을 따라 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 이미지 센서의 변형예를 도시한 평면도.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서에 적용 가능한 채널 구조물을 도시한 사시도.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 단면도.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 단면도.
도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 평면도.
도 9는 본 발명의 제4실시예에 따른 이미지 센서를 도 8에 도시된 A-A'절취선을 따라 도시한 단면도.
도 10은 본 발명의 제4실시예에 따른 이미지 센서의 변형예를 도시한 평면도.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 구비한 전자장치를 간략히 도시한 도면.
이하 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 도면은 반드시 일정한 비율로 도시된 것이라 할 수 없으며, 몇몇 예시들에서, 실시예의 특징을 명확히 보여주기 위하여 도면에 도시된 구조물 중 적어도 일부의 비례는 과장될 수도 있다. 도면 또는 상세한 설명에 둘 이상의 층을 갖는 다층 구조물이 개시된 경우, 도시된 것과 같은 층들의 상대적인 위치 관계나 배열 순서는 특정 실시예를 반영할 뿐이어서 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 층들의 상대적인 위치 관계나 배열 순서는 달라질 수도 있다. 또한, 다층 구조물의 도면 또는 상세한 설명은 특정 다층 구조물에 존재하는 모든 층들을 반영하지 않을 수도 있다(예를 들어, 도시된 두 개의 층 사이에 하나 이상의 추가 층이 존재할 수도 있다). 예컨대, 도면 또는 상세한 설명의 다층 구조물에서 제1층이 제2층 상에 있거나 또는 기판상에 있는 경우, 제1층이 제2층 상에 직접 형성되거나 또는 기판상에 직접 형성될 수 있음을 나타낼 뿐만 아니라, 하나 이상의 다른 층이 제1층과 제2층 사이 또는 제1층과 기판 사이에 존재하는 경우도 나타낼 수 있다.
후술하는 본 발명의 실시예는 성능이 향상된 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다. 여기서, 성능이 향상된 이미지 센서는 고화소 이미지를 제공할 수 있는 이미지 센서를 의미할 수 있다. 고화소 이미지를 제공하기 위해서는 복수의 단위픽셀들이 고집적화된 이미지 센서가 요구되는 바, 실시예에 따른 이미지 센서에서 복수의 픽셀들 각각은 수직 전송 게이트(vertical transfer gate)를 갖는 전송 트랜지스터(transfer transistor)를 포함하고, 전송 트랜지스터와 광전변환소자(photoelectric conversion element)가 적층된 형태를 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 개략적으로 도시한 블럭도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 이미지 센서는 복수의 단위픽셀(110)들이 매트릭스 구조로 배열된 픽셀 어레이(pixel array, 100), 상관 이중 샘플링(correlated double sampling, CDS, 120), 아날로그-디지털 컨버터(analog digital converter, ADC, 130), 버퍼(Buffer, 140), 로우 드라이버(row driver, 150), 타이밍 제너레이터(timing generator, 160), 제어 레지스터(control register, 170) 및 램프 신호 제너레이터(ramp signal generator, 180)를 포함할 수 있다.
타이밍 제너레이터(160)는 로우 드라이버(150), 상관 이중 샘플링(120), 아날로그-디지털 컨버터(130) 및 램프 신호 제너레이터(180) 각각의 동작을 제어하기 위한 하나 이상의 제어 신호를 생성할 수 있다. 제어 레지스터(170)는 램프 신호 제너레이터(180), 타이밍 제너레이터(160) 및 버퍼(140) 각각의 동작을 제어하기 위한 하나 이상의 제어 신호를 생성할 수 있다.
로우 드라이버(150)는 픽셀 어레이(100)를 로우라인(row line) 단위로 구동할 수 있다. 예를 들어, 로우 드라이버(150)는 복수의 로우라인(row line)들 중에서 어느 하나의 로우라인(row line)을 선택할 수 있는 선택 신호를 생성할 수 있다. 복수의 단위픽셀(110)들 각각은 입사광을 감지하여 이미지 리셋 신호와 이미지 신호를 컬럼라인(column line)을 통해 상관 이중 샘플링(120)으로 출력할 수 있다. 상관 이중 샘플링(120)은 수신된 이미지 리셋 신호와 이미지 신호 각각에 대하여 샘플링을 수행할 수 있다.
아날로그-디지털 컨버터(130)는 램프 신호 제너레이터(180)로부터 출력된 램프 신호와 상관 이중 샘플링(120)으로부터 출력되는 샘플링 신호를 서로 비교하여 비교 신호를 출력할 수 있다. 타이밍 제너레이터(160)로부터 제공되는 클럭 신호에 따라 비교 신호의 레벨 전이(transition) 시간을 카운트하고, 카운트 값을 버퍼(140)로 출력할 수 있다. 램프 신호 제너레이터(180)는 타이밍 제너레이터(160)의 제어 하에 동작할 수 있다.
버퍼(140)는 아날로그-디지털 컨버터(130)로부터 출력된 복수의 디지털 신호 각각을 저장한 후 이들 각각을 감지 증폭하여 출력할 수 있다. 따라서, 버퍼(140)는 메모리(미도시)와 감지증폭기(미도시)를 포함할 수 있다. 메모리는 카운트 값을 저장하기 위한 것이며, 카운트 값은 복수의 단위픽셀(110)들로부터 출력된 신호에 연관된 카운트 값을 의미한다. 감지증폭기는 메모리로부터 출력되는 각각의 카운트 값을 감지하여 증폭할 수 있다.
여기서, 고화소 이미지를 제공하기 위해서는 픽셀 어레이(100) 내 집적되는 단위픽셀(110)의 수를 필연적으로 증가시켜야만 한다. 즉, 제한된 면적내에 더 많은 단위픽셀(110)을 배치해야하며, 이를 위해 단위픽셀(110)의 물리적 사이즈를 감소시켜야만 한다. 그러나, 이미지 센서는 입사광에 응답하여 각각의 단위픽셀에서 생성된 픽셀 신호를 기반으로 동작하기 때문에 단위픽셀(110)의 물리적 사이즈를 감소시키면, 단위픽셀(100)의 특성이 열화될 수 밖에 없다.
따라서, 후술하는 본 발명의 실시예는 고집적화가 용이하고, 집적도 증가에 기인한 특성 열화를 방지할 수 있는 이미지 센서에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 평면도이고, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 이미지 센서를 도 2에 도시된 A-A'절취선을 따라 도시한 단면도이다. 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 이미지 센서의 변형예를 도시한 평면도이다. 그리고, 도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서에 적용 가능한 채널 구조물을 도시한 사시도이다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 제1실시예에 따른 이미지 센서는 기판(200)에 형성된 광전변환소자(203), 광전변환소자(203) 상에 형성되고 자신을 관통하는 하나 이상의 관통홀(207)을 갖는 전송 게이트(208), 전송 게이트(208) 상에 형성된 플로팅디퓨전층(214), 하나 이상의 관통홀(207) 각각에 갭필되고 전송 게이트(208)에 응답하여 광전변환소자(203)와 플로팅디퓨전층(214) 사이를 전기적으로 연결하는 채널 구조물(210) 및 플로팅디퓨전층(214) 상에 형성된 캐패시터(217)를 포함할 수 있다.
또한, 기판(200) 상에 형성되어 전송 게이트(208), 플로팅디퓨전층(214) 및 캐패시터(217)를 덮는 층간절연막(209), 층간절연막(209) 상에 형성된 로직회로층(220) 및 층간절연막(209)을 관통하여 전송 게이트(208), 플로팅디퓨전층(214) 및 캐패시터(217) 각각과 로직회로층(220)을 전기적으로 연결하는 콘택들(C1, C2, C3)을 포함할 수 있다. 아울러, 전송 게이트(208)와 대향하고, 광전변환소자(203)로 입사광이 유입되는 입사면(S1) 상에 형성된 컬러필터층(218) 및 컬러필터층(218) 상에 형성된 집광부재(219)를 포함할 수 있다.
이하, 각 구성에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
제1실시예에 따른 이미지 센서는 기판(200)에 형성된 광전변환소자(203)를 포함할 수 있다. 기판(200)은 반도체 기판을 포함할 수 있다. 반도체 기판은 단결정 상태(Single crystal state)일 수 있으며, 실리콘 함유 재료를 포함할 수 있다. 즉, 기판(200)은 단결정의 실리콘 함유 재료를 포함할 수 있다. 그리고, 기판(200)은 씨닝공정(thinning process)을 통해 박막화된 기판일 수 있다. 예를 들어, 기판(200)은 씨닝공정을 통해 박막화된 벌크 실리콘 기판일 수 있다.
광전변환소자(203)는 포토다이오드를 포함할 수 있다. 구체적으로, 광전변환소자(203)는 제1불순물영역(201) 및 제1불순물영역(201)과 상보적인 도전형을 갖고 채널 구조물(210)과 접하는 제2불순물영역(202)을 포함할 수 있다. 제2불순물영역(202)은 제1불순물영역(201) 내에 형성될 수 있다. 따라서, 제1불순물영역(201)은 제2불순물영역(202)을 둘러싸는 형태를 가질 수 있고, 제2불순물영역(202)의 일부가 제1불순물영역(201)을 관통하여 채널 구조물(210)에 접할 수 있다. 제1불순물영역(201)은 P형일 수 있고, 제2불순물영역(202)은 N형일 수 있다. 수직방향으로 제2불순물영역(202)은 균일한 도핑 프로파일을 갖거나, 전하이동방향을 따라 점차 불순물 도핑농도가 증가하는 프로파일을 가질 수 있다. 후자의 경우, 광전변환소자(203)에서 생성된 광전하를 보다 효과적으로 전송 게이트(208)로 이동시킬 수 있다. 여기서, 전하이동방향은 광전변환소자(203)로 입사광이 유입되는 입사면(S1)에서 전송 게이트(208)를 바라보는 방향일 수 있다.
제1실시예에 따른 이미지 센서는 기판(200)의 입사면(S1) 상에 형성된 컬러필터층(218) 및 컬러필터층(218) 상에 형성된 집광부재(219)를 포함할 수 있다. 컬러필터층(218)은 색분리(color seperation)를 위한 것으로, 레드 필터(red filter), 그린 필터(green filter), 블루 필터(blue filter), 사이언 필터(cyan filter), 옐로우 필터(yellow filter), 마젠타 필터(magenta filter), 화이트필터(white filter), 블랙필터(black filter), 적외선차단필터(IR cutoff filter) 등을 포함할 수 있다. 집광부재(219)는 디지털 렌즈(digital lens) 또는 반구형 렌즈(hemispherical lens)를 포함할 수 있다.
제1실시예에 따른 이미지 센서는 광전변환소자(203) 상에 형성된 전송 게이트(208)를 포함할 수 있다. 광전변환소자(203)가 형성된 기판(200) 상에 형성된 전송 게이트(208)는 광전변환소자(203)와 중첩되는 평판 형태를 가질 수 있다. 즉, 전송 게이트(208)는 단위픽셀에 대응하도록 형성된 평판 형태일 수 있다. 이처럼, 광전변환소자(203)와 전송 게이트(208)가 수직방향으로 적층된 형태를 갖기 때문에 집적도를 향상시킬 수 있다. 전송 게이트(208)는 광전변환소자(203)로 입사광이 유입되는 입사면(S1)의 대향면(S2) 상에 형성될 수 있다. 따라서, 전송 게이트(208)는 광전변환소자(203)에 대한 후면 반사층으로 작용할 수도 있다. 이 경우, 광전변환소자(203)의 양자효율을 증대시킬 수 있다.
또한, 전송 게이트(208)는 자신을 관통하는 하나 이상의 관통홀(207)을 포함할 수 있고, 관통홀(207) 내에 채널 구조물(210)이 갭필된 형태를 가질 수 있다. 관통홀(207)의 평면 형상은 삼각형 이상의 다각형, 원형 또는 타원형일 수 있다. 따라서, 관통홀(207)에 갭필된 형태를 갖는 채널 구조물(210)은 삼각형 이상의 다각형, 원형 또는 타원형의 기둥 형태, 링타입 기둥 형태 또는 실린더 형태를 가질 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 전송 게이트(208)는 하나의 관통홀(207)을 가질 수 있으며, 이 경우 관통홀(207)은 전송 게이트(208)의 중심부에 위치할 수 있다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 전송 게이트(208)는 복수의 관통홀(207)을 가질 수 있으며, 복수의 관통홀(207)은 전송 게이트(208) 내 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 복수의 관통홀(207) 각각의 평면 형상은 서로 동일하거나, 또는 서로 상이할 수 있다.
또한, 전송 게이트(208)는 게이트전극(205) 및 게이트전극(205)이 밀봉된 형태를 갖도록 게이트전극(205) 전면에 형성된 게이트절연막(206)을 포함할 수 있다. 즉, 게이트전극(205)은 게이트절연막(206)에 의해 인접한 구조물들 예컨대, 광전변환소자(203), 플로팅디퓨전층(214) 등과 절연될 수 있다. 게이트전극(205)은 실리콘을 포함하는 반도체물질 또는 금속성물질을 포함할 수 있다. 게이트전극(205)을 둘러싸는 게이트절연막(206)은 균일한 두께를 가질 수 있다. 즉, 광전변환소자(203)와 게이트전극(205) 사이에 위치하는 제1게이트절연막(206A), 게이트전극(205)과 플로팅디퓨전층(214) 사이에 위치하는 제2게이트절연막(206B) 및 게이트전극(205)의 측벽 상에 형성된 제3게이트절연막(206C)은 각각 서로 동일한 두께를 가질 수 있다. 그리고, 제1게이트절연막(206A) 내지 제3게이트절연막(206C)은 서로 동일한 물질로 구성될 수 있다. 예컨대, 제1게이트절연막(206A) 내지 제3게이트절연막(206C)는 고유전물질(high-K materials)을 포함할 수 있다.
제1실시예에 따른 이미지 센서는 전송 게이트(208)를 관통하여 광전변환소자(203)에 전기적으로 연결된 채널 구조물(210)을 포함할 수 있다. 채널 구조물(210)은 전송 게이트(208)의 관통홀(207)에 갭필된 형태를 가질 수 있다. 따라서 채널 구조물(210)은 기둥 형태를 가질 수 있다. 참고로, 도 5a 내지 도 5c를 참조하여 설명하는 채널 구조물(210)은 후술하는 다른 실시예들에도 적용할 수 있다.
구체적으로, 도 3 및 도 5a에 도시된 바와 같이, 채널 구조물(210)은 관통홀(207)의 측벽에 형성되어 링타입 기둥 형태를 갖는 채널막(211) 및 나머지 관통홀(207)을 갭필하는 실링막(212)을 포함할 수 있다. 링타입 기둥 형태를 갖는 채널막(211)은 오프 상태에서 채널의 완전공핍(fully depletion)이 가능한 선폭으로 구현이 용이하다. 따라서, 전송 게이트(208)의 게이트제어력(gate controllability)을 향상시킬 수 있다. 참고로, 오프 상태는 전송 게이트(208)에 어떠한 바이어스도 인가되지 않은 평형상태를 의미한다.
또한, 도 5b에 도시된 바와 같이, 채널 구조물(210)은 관통홀(207)의 측벽 및 저면 상에 형성되어 실린더 형태를 갖는 채널막(211) 및 나머지 관통홀(207)을 갭필하는 실링막(212)을 포함할 수 있다. 실린더 형태를 갖는 채널막(211)은 오프 상태에서 채널의 완전공핍이 가능한 선폭으로 구현이 용이하여 전송 게이트(208)의 게이트제어력을 향상시킬 수 있다. 아울러, 광전변환소자(203)와 채널막(211)이 접하는 콘택면적을 증가시켜 채널저항을 감소시킬 수 있다. 한편, 채널 구조물(210)은 관통홀(207)의 측벽으로부터 이격되어 관통홀(207) 내부에 형성된 실링막(212) 및 관통홀(207)의 측벽 및 상면에 형성되어 역실린더 형태를 갖는 채널막(211)을 포함할 수도 있다. 즉, 채널막(211)에서 상대적으로 콘택면적이 넓은면이 플로팅디퓨전층(214)과 접하고, 상대적으로 콘택면적이 좁은면이 광전변환소자(203)에 접하는 형태를 가질 수도 있다.
또한, 도 5c에 도시된 바와 같이, 채널 구조물(210)은 관통홀(207)을 갭필하는 기둥 형태의 채널막(211)을 포함할 수 있다. 기둥 형태의 채널막(211)은 형성공정이 단순하고, 관통홀(207) 형성공정에 따라 오프 상태에서 채널의 완전공핍이 가능한 선폭을 구현할 수 있다.
상술한 채널 구조물(210)에서 채널막(211)은 실리콘 함유 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 채널막(211)은 폴리실리콘을 포함할 수 있다. 구체적으로, 채널막(211)은 불순물이 도핑되지 않은 언도프드(unoped) 폴리실리콘 또는 P형 불순물이 도핑된 P형 폴리실리콘을 포함할 수 있다. 이 경우, 전송 트랜지스터는 증강모드(enhancement mode)로 동작할 수 있다. 또한, 채널막(211)은 N형 불순물이 도핑된 폴리실리콘을 포함할 수도 있다. 이 경우, 전송 트랜지스터는 공핍모드(depletion mode)로 동작할 수 있고, 오프상태에서의 암전류 특성을 개선할 수 있다. 그리고, 실링막(212)은 절연물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 실링막(212)은 산화물, 질화물 및 산질화물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.
제1실시예에 따른 이미지 센서는 전송 게이트(208) 상에 형성된 플로팅디퓨전층(214)을 포함할 수 있다. 플로팅디퓨전층(214)은 입사광에 응답하여 광전변환소자(203)로부터 생성된 광전하가 저장되는 곳으로, 전송 게이트(208)를 관통하는 하나 이상의 채널 구조물(210) 모두와 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 플로팅디퓨전층(214)은 하나 이상의 관통홀(207) 모두와 중첩될 수 있다. 플로팅디퓨전층(214)은 충분한 저장공간 즉, 충분한 캐패시턴스를 제공하기 위해 전송 게이트(208)와 중첩되는 평판 형태를 가질 수 있다. 이때, 플로팅디퓨전층(214)의 면적은 전송 게이트(208)의 면적보다 작을 수 있다. 이는, 전송 게이트(208)에 연결되는 제1콘택(C1)의 형성공간을 제공하기 위함이다. 플로팅디퓨전층(214)은 실리콘을 포함하는 반도체물질 또는 금속성물질을 포함할 수 있다. 일례로, 플로팅디퓨전층(214)은 제2도전형의 불순물 즉, N형 불순물로 도핑된 폴리실리콘을 포함할 수 있다.
제1실시예에 따른 이미지 센서는 플로팅디퓨전층(214) 상에 형성된 캐패시터(217)를 포함할 수 있다. 캐패시터(217)는 플로팅디퓨전층(214)과 중첩되는 평판 형태를 가질 수 있고, 플로팅디퓨전층(214)보다 그 면적이 작을 수 있다. 캐패시터(217)는 두 전극 즉, 제1전극 및 제2전극(216) 사이에 유전막(215)이 삽입된 형태를 가질 수 있다. 이때, 두 전극 중 어느 하나의 전극 예컨대, 제1전극은 플로팅디퓨전층(214)을 포함할 수 있다. 따라서, 유전막(215) 및 제2전극(216)은 플로팅디퓨전층(214)보다 그 면적이 작을 수 있다. 이는, 플로팅디퓨전층(214)과 연결되는 제2콘택(C2)의 형성공간을 제공하기 위함이다.
또한, 캐패시터(217)는 플로팅디퓨전층(214)에 대한 캐패시턴스를 더욱더 증가시키는 역할을 수행한다. 아울러, 캐패시터(217)는 플로팅디퓨전층(214)에 대한 동작특성을 향상시키는 역할을 수행할 수 있다. 이를 위해, 캐패시터(217)의 제2전극(216)에는 소정의 바이어스를 인가할 수 있는 제3콘택(C3)이 연결될 수 있다. 캐패시터(217)를 이용한 플로팅디퓨전층(214)의 특성 향상에 대한 일례로, 인티그레인션 타입(integration time) 이전 플로팅디퓨전층(214)을 리셋 할 때, 리셋 트랜지스터를 통해 입력된 초기전압에 대응하되는 전하들이 플로팅디퓨전층(214)에 충전되어야 한다. 여기서, 초기전압이 충분한 전류를 공급하지 못하거나, 또는 충분한 시간동안 초기전압이 플로팅디퓨전층(214)에 공급되지 못하는 경우 플로팅디퓨전층(214)이 완전히 리셋되지 못하는 상황이 발생할 수 있다. 이때, 제3콘택(C3)을 통해 캐패시터(217)의 제2전극(216)에 소정의 초기화전압을 인가하여 플로팅디퓨전층(214)을 완전히 리셋시킬 수 있다. 초기화전압은 리셋 트랜지스터가 활성화된 후 전송 트랜지스터가 활성화되기 전에 인가할 수 있다.
제1실시예에 따른 이미지 센서는 전송 게이트(208), 플로팅디퓨전층(214) 및 캐패시터(217)를 포함하는 구조물 전면을 덮는 층간절연막(209) 및 층간절연막(209) 상에 형성된 로직회로층(220)을 포함할 수 있다. 층간절연막(209)은 산화막, 질화막 및 산화질화막으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나의 단일막 또는 둘 이상의 적층막일 수 있다.
로직회로층(220)은 입사광에 응답하여 단위픽셀에서 생성된 픽셀 신호를 처리하는 신호처리회로를 포함할 수 있다. 도면에 도시하지는 않았지만, 신호처리회로는 도 1에서 설명한 상관 이중 샘플링(120), 아날로그-디지털 컨버터(130), 버퍼(140), 로우 드라이버(150), 타이밍 제너레이터(160), 제어 레지스터(170), 램프 신호 제너레이터(180)등을 포함할 수 있다. 이를 구현하기 위해, 신호처리회로는 복수의 트랜지스터, 다층의 배선, 다층의 층간절연막(209) 및 이들 사이를 연결하는 복수의 플러그를 포함할 수 있다. 또한, 로직회로층(220)은 신호처리회로와 더불어서 이미지 프로세싱 등을 포함하는 AP(Application Processor)를 더 포함할 수 있다. 일례로, 로직회로층(220)은 ISP(Image Signal Processing)를 포함할 수 있다.
또한, 로직회로층(220)은 다른 기판(200)상에서 형성된 뒤 웨이퍼 본딩공정을 통해 층간절연막(209) 상부로 전달된 것일 수 있다. 따라서, 로직회로층(220)은 복수개의 층으로 구성될 수도 있으며, 웨이퍼 본딩공정을 통해 신호처리를 위한 로직회로들이 서로 적층된 스택 구조를 가짐으로써, 이미지 센서의 집적도를 현저하기 향상시킬 수 있다.
상술한 제1실시예에 따른 이미지 센서는 고집적화가 용이하고, 집적도 증가에 기인한 특성 열화를 방지할 수 있다.
이하에서는, 제1실시예에 따른 이미지 센서를 기반으로 일부 구성들이 변형된 다른 실시예들에 따른 이미지 센서를 도 6 및 도 7을 참조하여 설명하기로 한다. 참고로, 설명의 편의를 위해 도 6 및 도 7은 도 2에 도시된 A-A'절취선을 따라 도시한 단면도이고, 도 3과 동일한 도면부호를 사용하기로 한다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 단면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제2실시예에 따른 이미지 센서는 기판(200)에 형성된 광전변환소자(203), 광전변환소자(203) 상에 형성되고 자신을 관통하는 하나 이상의 관통홀(207)을 갖는 전송 게이트(208), 전송 게이트(208) 상에 형성된 플로팅디퓨전층(214), 하나 이상의 관통홀(207) 각각에 갭필되고 전송 게이트(208)에 응답하여 광전변환소자(203)와 플로팅디퓨전층(214) 사이를 전기적으로 연결하는 채널 구조물(210) 및 플로팅디퓨전층(214) 상에 형성된 캐패시터(217)를 포함할 수 있다.
또한, 기판(200) 상에 형성되어 전송 게이트(208), 플로팅디퓨전층(214) 및 캐패시터(217)를 덮는 층간절연막(209), 층간절연막(209) 상에 형성된 로직회로층(220) 및 층간절연막(209)을 관통하여 전송 게이트(208), 플로팅디퓨전층(214) 및 캐패시터(217) 각각과 로직회로층(220)을 전기적으로 연결하는 콘택들(C1, C2, C3)을 포함할 수 있다. 아울러, 전송 게이트(208)와 대향하고, 광전변환소자(203)로 입사광이 유입되는 입사면(S1) 상에 형성된 컬러필터층(218) 및 컬러필터층(218) 상에 형성된 집광부재(219)를 포함할 수 있다.
제2실시예에 따른 이미지 센서는 전송 게이트(208)는 게이트절연막(206) 및 게이트절연막(206)에 의해 밀봉된 형태를 갖는 게이트전극(205)을 포함할 수 있고, 게이트절연막(206)은 제1게이트절연막(206A) 내지 제3게이트절연막(206C)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1게이트절연막(206A) 내지 제3게이트절연막(206C)은 각각의 두께가 서로 상이할 수 있고, 서로 다른 물질을 포함할 수 있다.
구체적으로, 제3게이트절연막(206C)의 두께보다 제1게이트절연막(206A) 및 제2게이트절연막(206B)의 두께가 더 클 수 있다. 이는, 게이트전극(205)과 인접한 구조물들 사이의 전기적 절연특성을 향상시키기 위함이다. 제3게이트절연막(206C)은 게이트전극(205)과 채널 구조물(210) 사이에 위치하기 때문에 일정 수준의 두께를 유지해야한다. 그러나, 광전변환소자(203)와 게이트전극(205) 사이에 위치하는 제1게이트절연막(206A) 및 플로팅디퓨전층(214)과 게이트전극(205) 사이에 위치하는 제2게이트절연막(206B)은 두께가 증가할수록 이들 사이의 전기적 절연특성을 향상시킬 수 있다. 예컨대, 제1게이트절연막(206A) 및 제2게이트절연막(206B)의 두께가 증가할수록 이들 사이의 기생캐패시턴스를 감소시킬 수 있으며, 이를 통해 신호대잡음비 특성을 향상시킬 수 있다.
아울러, 전기적 절연특성을 더욱더 향상시키기 위해 제1게이트절연막(206A) 및 제2게이트절연막(206B)은 저유전물질(low-K materials)을 포함할 수 있고, 채널 구조물(210)과 접하는 제3게이트절연막(206C)은 고유전물질을 포함할 수 있다.
제2실시예에 따른 이미지 센서는 고집적화가 용이하고, 집적도 증가에 기인한 특성 열화를 보다 효과적으로 방지할 수 있다. 한편, 제2실시예에 따른 이미지 센서의 게이트절연막(206)은 다른 실시예들에도 적용할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 단면도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제3실시예에 따른 이미지 센서는 기판(200)에 형성된 광전변환소자(203), 광전변환소자(203) 상에 형성되고 자신을 관통하는 하나 이상의 관통홀(207)을 갖는 전송 게이트(208), 전송 게이트(208) 상에 형성된 플로팅디퓨전층(214), 하나 이상의 관통홀(207) 각각에 갭필되고 전송 게이트(208)에 응답하여 광전변환소자(203)와 플로팅디퓨전층(214) 사이를 전기적으로 연결하는 채널 구조물(210) 및 플로팅디퓨전층(214) 상에 형성된 캐패시터(217)를 포함할 수 있다.
또한, 기판(200) 상에 형성되어 전송 게이트(208), 플로팅디퓨전층(214) 및 캐패시터(217)를 덮는 층간절연막(209), 층간절연막(209) 상에 형성된 로직회로층(220) 및 층간절연막(209)을 관통하여 전송 게이트(208), 플로팅디퓨전층(214) 및 캐패시터(217) 각각과 로직회로층(220)을 전기적으로 연결하는 콘택들(C1, C2, C3)을 포함할 수 있다. 아울러, 전송 게이트(208)와 대향하고, 광전변환소자(203)로 입사광이 유입되는 입사면(S1) 상에 형성된 컬러필터층(218) 및 컬러필터층(218) 상에 형성된 집광부재(219)를 포함할 수 있다.
광전변환소자(203)는 제1불순물영역(201) 및 제2불순물영역(202)을 포함할 수 있다. 제1불순물영역(201)은 제2불순물영역(202)을 둘러싸는 형태를 가질 수 있고, 제2불순물영역(202)의 일부가 제1불순물영역(201)을 관통하여 채널 구조물(210)에 접하는 형태를 가질 수 있다. 여기서, 제3실시예 따른 이미지 센서의 광전변환소자(203)는 기판(200)에 형성되고 제1불순물영역(201)과 동일한 도전형을 가지면 제2불순물영역(202)과 채널 구조물 사이에 삽입된 제3불순물영역(204)을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 제3불순물영역(204)은 채널 구조물과 접하는 기판(200)의 표면에 형성되어 암전류(dark current) 발생을 억제하는 역할을 수행한다. 여기서, 기판(200)의 입사면(S1) 및 대향면(S2)에 접하도록 형성된 제1불순물영역(201)도 암전류 발생을 억제하는 역할을 수행한다. 이때, 제2불순물영역(202)과 상보적인 도전형을 갖기 때문에 광전변환소자(203)와 채널 구조물(210) 사이의 전하이동을 위해 제3불순물영역(204)은 기판(200)의 대향면(S2)에 접하는 제1불순물영역(201)의 두께보다 얇은 것이 바람직하다. 일례로, 제3불순물영역(204)은 50nm 이하의 두께를 가질 수 있다.
제3실시예에 따른 이미지 센서는 고집적화가 용이하고, 집적도 증가에 기인한 특성 열화를 보다 효과적으로 방지할 수 있다. 한편, 제3실시예에 따른 이미지 센서의 광전변환소자(203)는 다른 실시예들에도 적용할 수 있다.
도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 평면도이고, 도 9는 본 발명의 제4실시예에 따른 이미지 센서를 도 8에 도시된 A-A'절취선을 따라 도시한 단면도이다. 그리고, 도 10은 본 발명의 제4실시예에 따른 이미지 센서의 변형예를 도시한 평면도이다.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 제4실시예에 따른 이미지 센서는 기판(300)에 형성된 광전변환소자(303), 광전변환소자(303) 상에 형성된 하나 이상의 필라(310), 광전변환소자(303)와 접하도록 필라(310)의 표면상에 형성된 채널막(320) 및 채널막(320) 상에 형성되어 필라(310)의 측면을 둘러싸는 전송 게이트(330)를 포함할 수 있다.
제4실시예에 따른 이미지 센서에서 기판(300)은 반도체 기판을 포함할 수 있다. 반도체 기판은 단결정 상태(Single crystal state)일 수 있으며, 실리콘 함유 재료를 포함할 수 있다. 즉, 기판(300)은 단결정의 실리콘 함유 재료를 포함할 수 있다. 그리고, 기판(300)은 씨닝공정(thinning process)을 통해 박막화된 것일 수 있다. 예를 들어, 기판(300)은 씨닝공정을 통해 박막화된 벌크 실리콘 기판일 수 있다.
광전변환소자(303)는 포토다이오드를 포함할 수 있다. 구체적으로, 광전변환소자(303)는 제1불순물영역(301) 및 제1불순물영역(301)과 상보적인 도전형을 갖는 제2불순물영역(302)을 포함할 수 있다. 예컨대, 제1불순물영역(301)은 P형일 수 있고, 제2불순물영역(302)은 N형일 수 있다. 제2불순물영역(302)은 제1불순물영역(301) 내에 형성될 수 있다. 따라서, 제1불순물영역(301)은 제2불순물영역(302)을 둘러싸는 형태를 가질 수 있다. 제1불순물영역(301)은 입사면(S1) 및 대향면(S2)에 각각 접할 수 있으며, 기판(300) 표면에서의 암전류 발생을 방지하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 제1불순물영역(301)은 접합절연(junction isolation)을 통해 인접한 픽셀 사이를 분리하는 역할도 수행할 수 있다. 수직방향으로 제2불순물영역(302)은 균일한 도핑 프로파일을 갖거나, 전하이동방향을 따라 점차 불순물 도핑농도가 증가하는 프로파일을 가질 수 있다. 후자의 경우, 광전변환소자(303)에서 생성된 광전하를 보다 효과적으로 전송 게이트(330)로 이동시킬 수 있다. 여기서, 전하이동방향은 광전변환소자(303)로 입사광이 유입되는 입사면(S1)에서 전송 게이트(330)를 바라보는 방향일 수 있다(S1 -> S2).
제4실시예에 따른 이미지 센서는 광전변환소자(303) 상에 형성된 하나 이상의 필라(310)를 포함할 수 있다. 필라(310)는 전송 트랜지스터가 요구하는 채널길이를 제공하기 위한 것으로, 필라(310)의 높이에 따라 전송 트랜지스터의 채널길이를 조절할 수 있다. 필라(310)의 평면 형상은 삼각형 이상의 다각형, 원형 또는 타원형일 수 있다. 필라(310)는 버티컬한 측벽을 갖거나, 또는 경사진 측벽을 가질 수 있다. 경사진 측벽을 갖는 필라(310)는 각뿔대(frustum of pyramid) 형상일 수 있다. 또한, 필라(310)의 측벽은 요철 구조를 가질 수도 있다. 필라(310)는 절연물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 필라(310)는 산화물, 질화물 및 산질화물으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 단위픽셀은 하나의 필라(310)를 포함할 수 있으며, 이 경우 필라(310)는 광전변환소자(303)의 중심부에 위치할 수 있다. 이는, 광전변환소자(303)에서 생성된 광전하를 효율적으로 채널막(320)에 전송하기 위함이다. 또한, 도 10에 도시된 바와 같이, 하나의 전송 트랜지스터에 플로팅디퓨전(FD)을 포함한 구조물 복수개가 전기적으로 연결되는 경우 단위픽셀은 복수의 필라(310)를 포함할 수도 있다. 이 경우, 복수의 필라(310)는 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 복수의 필라(310) 각각의 형상은 서로 동일하거나, 또는 서로 상이할 수 있다.
제4실시예에 따른 이미지 센서는 광전변환소자(303) 상에 형성되고 필라(310)의 측벽을 둘러싸는 전송 게이트(330)를 포함할 수 있다. 전송 게이트(330)가 필라(310)의 측벽을 둘러싸는 형태를 갖기 때문에 수직 채널을 구현할 수 있다. 전송 게이트(330)는 광전변환소자(303)와 중첩되는 평판 형태를 가질 수 있다. 따라서, 전송 게이트(330)는 단위픽셀에 대응하도록 형성된 평판 형태일 수 있다. 이처럼, 광전변환소자(303)와 전송 게이트(330)가 수직방향으로 적층된 형태를 갖기 때문에 집적도를 향상시킬 수 있다. 전송 게이트(330)는 광전변환소자(303)로 입사광이 유입되는 입사면(S1)의 대향면(S2) 상에 형성될 수 있다. 따라서, 전송 게이트(330)는 광전변환소자(303)에 대한 후면 반사층으로 작용할 수도 있다. 이 경우, 광전변환소자(303)의 양자효율을 증대시킬 수 있다.
전송 게이트(330)는 필라(310)의 측벽을 둘러싸고, 일부가 필라(310)의 상부면으로 확장된 형태를 가질 수 있다. 즉, 전송 게이트(330)는 필라(310)의 상부면을 일부 노출시키는 오픈부(333)를 포함할 수 있다. 오픈부(333)는 필라(310)의 상부면 상에 형성된 채널막(320)과 플로팅디퓨전(FD)을 포함한 구조물들 사이의 콘택을 위한 것이다. 따라서, 도 10과 같이 복수의 필라(310)를 구비하는 경우에 전송 게이트(330)는 복수의 필라(310) 각각에 대응하는 복수의 오픈부(333)를 포함할 수 있다. 오픈부(333)의 평면 형상은 필라(310)의 평면 형상과 동일할 수 있다. 즉, 오픈부(333)의 평면 형상은 삼각형 이상의 다각형, 원형 또는 타원형일 수 있다.
전송 게이트(330)는 게이트절연막(331) 및 게이트절연막(331) 상의 게이트전극(332)을 포함할 수 있다. 게이트절연막(331)은 균일한 두께를 가질 수 있으며, 절연물질을 포함할 수 있다. 특히, 게이트절연막(331)은 절연특성을 갖는 고유전물질(high-K materials)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 게이트절연막(331)은 산화물, 질화물 및 산질화물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 게이트전극(332)은 실리콘을 포함하는 반도체물질 또는 금속성물질을 포함할 수 있다.
제4실시예에 따른 이미지 센서는 광전변환소자(303)와 전기적으로 연결되고 노출된 필라(310)의 표면상에 형성된 채널막(320)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 채널막(320)은 역실린더 형태를 가질 수 있고, 광전변환소자(303)와 채널막(320) 사이의 콘택면적을 증가시키기위해 광전변환소자(303)에 접하는 채널막(320)의 끝단이 기판(300)상으로 확장된 형태를 가질 수 있다. 기판(300)상으로 확장된 채널막(320)은 광전변환소자(303)와 전송 게이트(330) 사이에 위치할 수 있다. 즉, 채널막(320)은 단위픽셀에서 필라(310)를 포함한 기판(300)의 대향면(S2) 전체를 덮는 형태를 가질 수 있다. 따라서, 채널막(320)은 광전변환소자(303) 전체와 중첩될 수 있다. 채널막(320)은 광전변환소자(303)의 제1불순물영역(301)에만 접하는 형태를 가질 수 있다. 따라서, 채널막(320)은 광전변환소자(303)의 제2불순물영역(302)에는 접하지 않는다. 채널막(320)과 광전변환소자(303)의 제1불순물영역(301)은 서로 상보적인 도전형을 갖기 때문에 광전변환소자(303)에서 채널막(320)으로의 전하 이동이 용이하도록 제1불순물영역(301)에서 채널막에 접하는 부분은 상대적으로 얇은 두께를 가질 수 있다. 채널막(320)은 실리콘 함유 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 채널막(320)은 폴리실리콘을 포함할 수 있다. 구체적으로, 채널막(320)은 불순물이 도핑되지 않은 언도프드(unoped) 폴리실리콘 또는 P형 불순물이 도핑된 P형 폴리실리콘을 포함할 수 있다. 이 경우, 전송 트랜지스터는 증강모드(enhancement mode)로 동작할 수 있다.
제4실시예에 따른 이미지 센서에서 채널막(320)은 N형 불순물이 도핑된 폴리실리콘을 포함할 수 있다. 이 경우, 전송 트랜지스터는 공핍 모드(depletion mode)로 동작할 수 있고, 오프상태에서의 암전류 특성을 개선할 수 있다. 그리고, 채널막(320)은 광전변환소자(303)의 제1불순물영역(301)과 상보적인 도전형을 가질 수 있고, 평형상태에서 채널막(320)과 제1불순물영역(301)은 접합절연될 수 있다.
구체적으로, 폴리실리콘은 다수의 트랩사이트(trap site)를 갖는 물질로서, 채널막(320)으로 폴리실리콘을 적용할 경우 트랩사이트가 암전류 생성 소스로 작용할 수 있다. 암전류 특성을 개선하기 위한 측면에서는 채널막(320)으로 언도프드 폴리실리콘을 적용하는 경우보다 채널막(320)으로 불순물이 도핑된 도프드 폴리실리콘을 적용하는 것이 바람직하다. 이는, 폴리실리콘의 트랩사이트를 도핑된 불순물을 이용하여 제거할 수 있기 때문이다. 이때, 불순물의 도핑농도가 증가할수록 더 많은 트랩사이트를 제거할 수 있으며, 암전류 특성을 보다 효과적으로 개선할 수 있다. 그러나, 채널막(320)으로 P형 불순물이 도핑된 폴리실리콘을 적용하는 경우 불순물의 도핑농도가 증가할수록 전송 트랜지스터의 문턱전압도 함께 증가하여 게이트제어력이 저하될 수 있다.
제4실시예와 같이 채널막(320)으로 N형 불순물이 도핑된 폴리실리콘을 적용하여 전송 트랜지스터를 공핍 모드(depletion mode)로 동작시킬 경우, 전송 게이트(330) 오프상태 즉, 입사광에 응답하여 광전변환소자(303)에서 광전하가 생성되는 인티그레이션 타임(ntegration time) 동안에 채널막(320)에서 발생되는 암전류는 플로팅디퓨전(FD)으로 빼낼 수 있다. 이때, 광전변환소자(303)에서 생성된 광전하는 채널막(320)과 상보적인 도전형을 갖는 광전변환소자(303)의 제1불순물영역(301)으로 인해 채널막(320)으로 빠져나가지 못하고 광전변환소자(303) 내부에 축적된다. 반면, 전송 게이트(330) 온 상태에서는 채널막(320)의 전계가 광전변환소자(303)로 확장되어 채널막(320)과 광전변환소자(303)가 전기적으로 연결된다. 이때부터는 광전변환소자(303) 내부에 축적된 광전하가 채널막(320)을 통해 플로팅디퓨전(FD)로 전달될 수 있다.
제4실시예에 따른 이미지 센서는 전송 게이트(330)와 대향하고, 광전변환소자(303)로 입사광이 유입되는 입사면(S1) 상에 형성된 컬러필터층(340) 및 컬러필터층(340) 상에 형성된 집광부재(350)를 포함할 수 있다. 컬러필터층(340)은 색분리(color seperation)를 위한 것으로, 레드 필터(red filter), 그린 필터(green filter), 블루 필터(blue filter), 사이언 필터(cyan filter), 옐로우 필터(yellow filter), 마젠타 필터(magenta filter), 화이트필터(white filter), 블랙필터(black filter), 적외선차단필터(IR cutoff filter) 등을 포함할 수 있다. 집광부재(350)는 디지털 렌즈(digital lens) 또는 반구형 렌즈(hemispherical lens)를 포함할 수 있다.
제4실시예에 따른 이미지 센서는 고집적화가 용이하고, 집적도 증가에 기인한 특성 열화를 보다 효과적으로 방지할 수 있다. 특히, 암전류 특성을 효과적으로 개선할 수 있다. 한편, 제4실시예에 따른 이미지 센서의 채널막(320)은 다른 실시예들에도 적용할 수 있다.
상술한 실시예에 따른 이미지 센서는 다양한 전자장치 또는 시스템에 이용될 수 있다. 이하에서는, 도 11을 참조하여 카메라에 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서를 적용한 경우를 예시하여 설명하기로 한다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서를 구비한 전자장치를 간략히 도시한 도면이다.
도 11을 참조하여, 실시예에 따른 이미지 센서를 구비한 전자장치는 정지영상 또는 동영상을 촬영할 수 있는 카메라일 수 있다. 전자장치는 광학 시스템(410, 또는, 광학 렌즈), 셔터 유닛(411), 이미지 센서(400) 및 셔터 유닛(411)을 제어/구동하는 구동부(413) 및 신호 처리부(412)를 포함할 수 있다.
광학 시스템(410)은 피사체로부터의 이미지 광(입사광)을 이미지 센서(400)의 픽셀 어레이(도 1의 도면부호 '100' 참조)로 안내한다. 광학 시스템(410)은 복수의 광학 렌즈로 구성될 수 있다. 셔터 유닛(411)은 이미지 센서(400)에 대한 광 조사 기간 및 차폐 기간을 제어한다. 구동부(413)는 이미지 센서(400)의 전송 동작과 셔터 유닛(411)의 셔터 동작을 제어한다. 신호 처리부(412)는 이미지 센서(400)로부터 출력된 신호에 관해 다양한 종류의 신호 처리를 수행한다. 신호 처리 후의 이미지 신호(Dout)는 메모리 등의 저장 매체에 저장되거나, 모니터 등에 출력된다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위내의 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
301 : 제1불순물영역 302 : 제2불순물영역
303 : 광전변환소자 310 : 필라
320 : 채널막 330 : 전송 게이트
331 : 게이트절연막 332 : 게이트전극
333 : 오픈부 330 : 컬러필터층
340 : 집광부재

Claims (20)

  1. 기판 표면에 접하도록 형성된 제1불순물영역 및 상기 제1불순물영역과 상보적인 도전형을 갖고, 상기 제1불순물영역 아래 기판에 형성된 제2불순물영역을 포함하는 광전변환소자;
    상기 광전변환소자 상에 형성된 하나 이상의 필라;
    상기 광전변환소자에 접하도록 상기 필라의 표면상에 형성된 채널막; 및
    상기 채널막 상에 형성되어 적어도 상기 필라의 측면을 둘러싸는 전송 게이트를 포함하고,
    상기 제1불순물영역과 접하는 상기 채널막은 상기 제2불순물영역과 동일한 도전형을 갖고, 상기 제1불순물영역과 상보적인 도전형을 갖는 이미지 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전송 게이트와 대향하고, 상기 광전변환소자로 입사광이 유입되는 입사면 상에 형성된 컬러필터층; 및
    상기 컬러필터층 상에 형성된 집광부재
    를 더 포함하는 이미지 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2불순물영역은 상기 제1불순물영역 내에 형성되어 상기 제1불순물영역이 상기 제2불순물영역을 둘러싸는 형태를 갖는 이미지 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1불순물영역에서 상기 채널막과 접하는 부분은 상대적으로 얇은 두께를 갖는 이미지 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2불순물영역은 전하이동방향에 따라 점차 불순물의 도핑농도가 증가하는 프로파일을 갖는 이미지 센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 필라의 평면 형상은 삼각형 이상의 다각형, 원형 또는 타원형을 갖는 이미지 센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 필라는 버티컬한 측벽, 경사진 측벽 또는 측벽이 요철 구조를 갖는 이미지 센서.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 필라는 절연물질을 포함하는 이미지 센서.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 채널막은 상기 광전변환소자 전체와 중첩되는 이미지 센서.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 채널막은 불순물이 도핑된 도프드 폴리실리콘을 포함하는 이미지 센서.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 전송 게이트는 상기 필라 상부면 상에 형성된 상기 채널막을 노출시키는 오픈부를 포함하는 이미지 센서.
  12. 기판에 형성된 광전변환소자;
    상기 광전변환소자 상에 형성되고 자신을 관통하는 하나 이상의 관통홀을 갖는 전송 게이트;
    상기 전송 게이트 상에 형성된 플로팅디퓨전층; 및
    상기 하나 이상의 관통홀 각각에 갭필되고 상기 전송 게이트에 인가되는 신호에 응답하여 상기 광전변환소자와 상기 플로팅디퓨전층 사이를 전기적으로 연결하며, 공핍 모드로 동작하는 채널막; 및
    상기 플로팅디퓨전층 상에 형성된 캐패시터를 포함하는 이미지 센서.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 기판 상에 형성되어 상기 전송 게이트, 상기 플로팅디퓨전층 및 상기 캐패시터를 덮는 층간절연막;
    상기 층간절연막 상에 형성된 로직회로층; 및
    상기 층간절연막을 관통하여 상기 전송 게이트, 상기 플로팅디퓨전층 및 상기 캐패시터 각각과 상기 로직회로층을 전기적으로 연결하는 콘택들
    을 더 포함하는 이미지 센서.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 광전변환소자는,
    상기 기판에 형성된 제1, 제2 및 제3불순물영역을 포함하고,
    상기 제1 및 제3불순물영역은 동일한 도전형은 갖고, 상기 제2불순물영역은 상기 제1 및 제3불순물영역과 상보적인 도전형을 가지며,
    상기 제1불순물영역은 상기 제2불순물영역을 둘러싸는 형태를 갖고, 상기 제2불순물영역 일부가 상기 제1불순물영역을 관통하여 상기 채널막에 접하는 형태를 가지며, 상기 제3불순물영역은 상기 채널막과 상기 제2불순물영역 사이에 게재된 이미지 센서.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 채널막은 상기 제2불순물영역과 동일한 도전형을 갖고, 상기 제1 및 제3불순물영역과 상보적인 도전형을 갖는 이미지 센서.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 전송 게이트와 접하는 제1불순물영역의 두께보다 상기 제3불순물영역의 두께가 더 얇은 이미지 센서.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 제2불순물영역은 전하이동방향을 따라 점차 불순물 도핑농도가 증가하는 프로파일을 갖는 이미지 센서.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 전송 게이트는,
    게이트전극; 및
    상기 게이트전극을 밀봉하도록 상기 게이트전극 전면에 형성된 게이트절연막을 포함하고, 상기 게이트절연막은,
    상기 게이트전극과 상기 광전변환소자 사이에 형성된 제1게이트절연막;
    상기 게이트전극과 상기 플로팅디퓨전층 사이에 형성된 제2게이트절연막; 및
    상기 게이트전극 측벽에 형성된 제3게이트절연막
    을 포함하는 이미지 센서.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1게이트절연막 및 상기 제2게이트절연막은는 저유전물질(Low-K materials)을 포함하고, 상기 제3게이트절연막은 고유전물질(High-K materials)을 포함하는 이미지 센서.
  20. 제12항에 있어서,
    상기 캐패시터는 제1전극, 유전막 및 제2전극이 순차적으로 적층된 형태를 갖고, 상기 제1전극은 플로팅디퓨전층을 포함하는 이미지 센서.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200071575A (ko) * 2018-12-11 2020-06-19 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센싱 장치
KR20220127037A (ko) * 2021-03-10 2022-09-19 한국과학기술원 다중파장 광 검출기 및 이를 이용한 초분광 이미징 시스템
US11557616B2 (en) 2019-07-29 2023-01-17 SK Hynix Inc. Image sensing device

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102535680B1 (ko) * 2016-03-22 2023-05-24 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센서 및 그 제조방법
US10051218B1 (en) * 2017-02-03 2018-08-14 SmartSens Technology (U.S.), Inc. Stacked image sensor pixel cell with in-pixel vertical channel transfer transistor and reflective structure
US9992437B1 (en) * 2017-02-03 2018-06-05 SmartSense Technology(U.S.), Inc. Stacked image sensor pixel cell with in-pixel vertical channel transfer transistor
KR102642977B1 (ko) 2019-02-13 2024-03-05 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센싱 장치 및 그 제조 방법
CN110061022B (zh) * 2019-04-30 2021-04-13 德淮半导体有限公司 图像传感器及其形成方法
CN110047861B (zh) * 2019-04-30 2021-05-07 德淮半导体有限公司 图像传感器及其形成方法和操作方法
CN110137194B (zh) * 2019-05-16 2021-02-26 德淮半导体有限公司 像素单元、图像传感器及制作方法
CN113130525B (zh) * 2021-03-15 2023-02-28 常州大学 一种三极管图像传感器
KR20240042406A (ko) * 2021-08-06 2024-04-02 소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤 광 검출 장치, 광 검출 장치의 제조 방법 및 전자 기기
CN115084181B (zh) * 2022-07-20 2022-11-18 合肥晶合集成电路股份有限公司 3d cmos图像传感器及其形成方法
CN114927539B (zh) * 2022-07-20 2022-11-04 合肥晶合集成电路股份有限公司 3d cmos图像传感器及其形成方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005159067A (ja) * 2003-11-27 2005-06-16 Victor Co Of Japan Ltd 固体撮像装置
US20060011919A1 (en) * 2004-07-16 2006-01-19 Chandra Mouli Vertical gate device for an image sensor and method of forming the same
KR20140133814A (ko) * 2012-02-10 2014-11-20 소니 주식회사 촬상 소자, 제조 장치 및 방법, 및, 촬상 장치
KR20150113133A (ko) * 2013-01-31 2015-10-07 애플 인크. 수직 적층형 이미지 센서

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7078746B2 (en) * 2003-07-15 2006-07-18 Micron Technology, Inc. Image sensor with floating diffusion gate capacitor
KR100630704B1 (ko) * 2004-10-20 2006-10-02 삼성전자주식회사 비평면 구조의 트랜지스터를 구비한 ｃｍｏｓ 이미지 센서및 그 제조 방법
CN101552280B (zh) * 2006-09-20 2012-07-18 富士胶片株式会社 背面照明成像器件及其制造方法、半导体基片和成像设备
JP5564909B2 (ja) * 2009-11-30 2014-08-06 ソニー株式会社 固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器
KR101845257B1 (ko) * 2011-02-07 2018-04-04 삼성전자주식회사 이미지 센서
JP5950514B2 (ja) * 2011-08-12 2016-07-13 キヤノン株式会社 光電変換装置の製造方法
JP5864990B2 (ja) * 2011-10-03 2016-02-17 キヤノン株式会社 固体撮像装置およびカメラ
JP6161258B2 (ja) * 2012-11-12 2017-07-12 キヤノン株式会社 固体撮像装置およびその製造方法ならびにカメラ
US9443872B2 (en) * 2014-03-07 2016-09-13 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device
US9515116B1 (en) * 2015-05-22 2016-12-06 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Vertical transfer gate structure for a back-side illumination (BSI) complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) image sensor using global shutter capture
KR102414038B1 (ko) * 2015-09-16 2022-06-30 에스케이하이닉스 주식회사 수직 전송 게이트를 갖는 이미지 센서 및 그 제조방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005159067A (ja) * 2003-11-27 2005-06-16 Victor Co Of Japan Ltd 固体撮像装置
US20060011919A1 (en) * 2004-07-16 2006-01-19 Chandra Mouli Vertical gate device for an image sensor and method of forming the same
KR20140133814A (ko) * 2012-02-10 2014-11-20 소니 주식회사 촬상 소자, 제조 장치 및 방법, 및, 촬상 장치
KR20150113133A (ko) * 2013-01-31 2015-10-07 애플 인크. 수직 적층형 이미지 센서

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200071575A (ko) * 2018-12-11 2020-06-19 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센싱 장치
US11557616B2 (en) 2019-07-29 2023-01-17 SK Hynix Inc. Image sensing device
KR20220127037A (ko) * 2021-03-10 2022-09-19 한국과학기술원 다중파장 광 검출기 및 이를 이용한 초분광 이미징 시스템

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