KR20210047008A - 이미지 센서 - Google Patents
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Abstract
이미지 센서가 개시된다. 상기 이미지 센서는, 제1 도전형을 갖는 기판과, 상기 기판 내에 배치되며 제2 도전형을 갖는 제1 전하 저장 영역과, 상기 제2 도전형을 갖고 상기 제1 전하 저장 영역과 연결되며 상기 제1 전하 저장 영역의 가장자리 부위로부터 하방으로 연장하는 제2 전하 저장 영역과, 상기 제1 전하 저장 영역 상에 배치되며 상기 제1 도전형을 갖는 피닝 영역과, 상기 피닝 영역으로부터 측방으로 이격된 플로팅 확산 영역과, 상기 피닝 영역과 상기 플로팅 확산 영역 사이에 배치되는 게이트 구조물을 포함한다.
Description
본 발명의 실시예들은 이미지 센서에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 기판 내에 형성된 포토다이오드(photodiode)를 포함하는 이미지 센서에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지 센서는 광학적 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환하는 반도체 소자로서, 전하결합소자(charge coupled device; CCD)와 씨모스(Complementary Metal Oxide Semiconductor; CMOS) 이미지 센서(Image Sensor; CIS)로 구분될 수 있다. 상기 씨모스 이미지 센서는 화소 영역 내에 포토다이오드와 모스 트랜지스터를 형성하고 스위칭 방식으로 단위 화소의 전기적 신호를 순차적으로 검출함으로써 이미지를 형성할 수 있다.
상기 포토다이오드는 입사광에 의해 생성된 전하들이 축적되는 전하 저장 영역을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 포토다이오드는 전자들이 축적되는 N형 불순물 영역을 포함할 수 있으며, 상기 N형 불순물 영역 상에는 암전류를 감소시키기 위한 피닝 영역(pinning region)으로서 P형 불순물 영역이 형성될 수 있다. 또한, 상기 포토다이오드의 축적 용량을 증가시키고 상기 이미지 센서의 동작 범위를 넓히기 위하여 상기 전하 저장 영역 아래에는 상대적으로 낮은 불순물 농도를 갖는 제2 전하 저장 영역이 형성될 수 있다.
일 예로서, 4T 레이아웃을 갖는 이미지 센서의 경우 기판 상에는 전달 게이트 구조물이 형성될 수 있으며, 상기 전달 게이트 구조물 아래의 채널 영역을 통해 상기 전하 저장 영역 및 제2 전하 저장 영역에 축적된 전자들이 전하 검출 영역, 예를 들면, 플로팅 확산 영역으로 이동될 수 있다. 그러나, 상기와 같이 전하 저장 영역 아래에 제2 전하 저장 영역을 형성하는 경우 상기 전하 저장 영역과 제2 전하 저장 영역은 충분히 공핍되지 않을 수 있다. 특히, 상기 전하 저장 영역과 제2 전하 저장 영역의 중앙 부위들은 공핍되지 않을 수 있으며, 이에 의해 상기 전자들은 상기 전하 저장 영역과 제2 전하 저장 영역의 중앙 부위들에 축적될 수 있다.
상기와 같이 전자들이 상기 전하 저장 영역과 제2 전하 저장 영역의 중앙 부위들에 축적되는 경우 상기 축적된 전자들로부터 상기 채널 영역까지의 거리가 상대적으로 멀기 때문에 상기 전자들 중 일부가 상기 전하 검출 영역으로 이동되지 못하고 잔류될 수 있다. 상기와 같이 잔류된 전자들은 이미지 잔상(image lag) 문제를 발생시킬 수 있으며, 아울러 상기 이미지 센서의 동작 특성을 저하시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들은 동작 범위를 확장시키고 아울러 이미지 잔상을 감소시킬 수 있는 이미지 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 이미지 센서는, 제1 도전형을 갖는 기판과, 상기 기판 내에 배치되며 제2 도전형을 갖는 제1 전하 저장 영역과, 상기 제2 도전형을 갖고 상기 제1 전하 저장 영역과 연결되며 상기 제1 전하 저장 영역의 가장자리 부위로부터 하방으로 연장하는 제2 전하 저장 영역과, 상기 제1 전하 저장 영역 상에 배치되며 상기 제1 도전형을 갖는 피닝 영역과, 상기 피닝 영역으로부터 측방으로 이격된 플로팅 확산 영역과, 상기 피닝 영역과 상기 플로팅 확산 영역 사이에 배치되는 게이트 구조물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 제2 전하 저장 영역은 튜브 형태를 가질 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 제2 전하 저장 영역은 상기 게이트 구조물과 인접하는 제1 영역과 상기 게이트 구조물로부터 이격된 제2 영역을 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 제1 영역은 상기 제2 영역보다 높은 불순물 농도를 가질 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 제1 영역은 상기 제2 영역보다 넓은 폭을 가질 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 제1 영역은 상기 제2 영역보다 깊은 깊이를 가질 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 이미지 센서는, 상기 제1 도전형을 갖고 상기 제2 전하 저장 영역 내에 배치되는 웰 영역을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 이미지 센서는, 상기 제1 도전형을 갖고 상기 제2 전하 저장 영역의 외측 표면들을 감싸도록 배치되는 웰 영역을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 이미지 센서는, 상기 웰 영역 상에 배치되는 소자 분리 영역과, 상기 제1 도전형을 갖고 상기 웰 영역과 상기 소자 분리 영역 사이에 배치되는 제2 피닝 영역을 더 포함할 수 있으며, 상기 웰 영역과 상기 피닝 영역은 상기 제2 피닝 영역에 의해 전기적으로 서로 연결될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 이미지 센서는, 상기 제1 도전형을 갖고 상기 기판 내에 배치되는 웰 영역을 더 포함할 수 있으며, 상기 제2 전하 저장 영역은 상기 웰 영역 내에 배치될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 제1 전하 저장 영역은 상기 제2 전하 저장 영역보다 높은 불순물 농도를 가질 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 이미지 센서는, 제1 도전형을 갖는 기판과, 상기 기판 내에 배치되며 제2 도전형을 갖는 제1 전하 저장 영역과, 상기 제1 전하 저장 영역 상에 배치되며 상기 제1 도전형을 갖는 피닝 영역과, 상기 피닝 영역으로부터 측방으로 이격된 플로팅 확산 영역과, 상기 피닝 영역과 상기 플로팅 확산 영역 사이에 배치되는 게이트 구조물과, 상기 제2 도전형을 갖고 상기 제1 전하 저장 영역과 연결되며 상기 게이트 구조물과 인접하는 상기 제1 전하 저장 영역의 가장자리 일부로부터 하방으로 연장하는 제2 전하 저장 영역을 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 전하 저장 영역이 튜브 형태로 구성되기 때문에 상기 제1 및 제2 전하 저장 영역들은 완전히 공핍될 수 있으며, 또한 상기 핀드 포토다이오드의 전하 축적 용량이 크게 증가됨에 따라 상기 제1 및 제2 전하 저장 영역들에 축적되는 전자들의 수가 크게 증가될 수 있다. 따라서, 상기 이미지 센서의 동작 범위가 크게 확장될 수 있다. 특히, 상기 제1 및 제2 전하 저장 영역들의 내부 전위에 의해 상기 전자들이 상기 제1 전하 저장 영역의 가장자리 부위에 축적될 수 있으며, 이에 따라 상기 축적된 전자들과 상기 게이트 구조물 아래의 채널 영역 사이의 거리가 감소될 수 있다. 결과적으로, 상기 제1 및 제2 전하 저장 영역들로부터 상기 플로팅 확장 영역으로 이동되는 전자들의 수가 증가될 수 있다. 아울러, 상기 제1 및 제2 전하 저장 영역들에 잔류되는 전자들의 수가 감소될 수 있으며, 이에 따라 상기 이미지 센서의 이미지 잔상을 충분히 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 첨부 도면들을 참조하여 상세하게 설명된다. 그러나, 본 발명은 하기에서 설명되는 실시예들에 한정된 바와 같이 구성되어야만 하는 것은 아니며 이와 다른 여러 가지 형태로 구체화될 수 있을 것이다. 하기의 실시예들은 본 발명이 온전히 완성될 수 있도록 하기 위하여 제공된다기보다는 본 발명의 기술 분야에서 숙련된 당업자들에게 본 발명의 범위를 충분히 전달하기 위하여 제공된다.
본 발명의 실시예들에서 하나의 요소가 다른 하나의 요소 상에 배치되는 또는 연결되는 것으로 설명되는 경우 상기 요소는 상기 다른 하나의 요소 상에 직접 배치되거나 연결될 수도 있으며, 다른 요소들이 이들 사이에 개재될 수도 있다. 이와 다르게, 하나의 요소가 다른 하나의 요소 상에 직접 배치되거나 연결되는 것으로 설명되는 경우 그들 사이에는 또 다른 요소가 있을 수 없다. 다양한 요소들, 조성들, 영역들, 층들 및/또는 부분들과 같은 다양한 항목들을 설명하기 위하여 제1, 제2, 제3 등의 용어들이 사용될 수 있으나, 상기 항목들은 이들 용어들에 의하여 한정되지는 않을 것이다.
본 발명의 실시예들에서 사용된 전문 용어는 단지 특정 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 사용되는 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 또한, 달리 한정되지 않는 이상, 기술 및 과학 용어들을 포함하는 모든 용어들은 본 발명의 기술 분야에서 통상적인 지식을 갖는 당업자에게 이해될 수 있는 동일한 의미를 갖는다. 통상적인 사전들에서 한정되는 것들과 같은 상기 용어들은 관련 기술과 본 발명의 설명의 문맥에서 그들의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석될 것이며, 명확히 한정되지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 외형적인 직감으로 해석되지는 않을 것이다.
본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들의 개략적인 도해들을 참조하여 설명된다. 이에 따라, 상기 도해들의 형상들로부터의 변화들, 예를 들면, 제조 방법들 및/또는 허용 오차들의 변화는 충분히 예상될 수 있는 것들이다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도해로서 설명된 영역들의 특정 형상들에 한정된 바대로 설명되어지는 것은 아니라 형상들에서의 편차를 포함하는 것이며, 도면들에 설명된 요소들은 전적으로 개략적인 것이며 이들의 형상은 요소들의 정확한 형상을 설명하기 위한 것이 아니며 또한 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것도 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따름 이미지 센서(100)는 복수의 화소 영역들을 포함할 수 있으며, 각각의 화소 영역들은 핀드 포토다이오드(pinned photodiode)와 전하 검출 영역을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 이미지 센서(100)는 상기 화소 영역들을 전기적으로 격리시키기 위한 소자 분리 영역(110)을 포함할 수 있으며, 상기 소자 분리 영역(110) 내에 상기 핀드 포토다이오드와 전하 검출 영역이 형성될 수 있다.
상기 핀드 포토다이오드는 상기 소자 분리 영역(110)에 의해 정의된 기판의 액티브 영역 내에 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 이미지 센서(100)는 기판(102) 내에 형성된 제1 전하 저장 영역(120)과 상기 제1 전하 저장 영역(120) 상에 형성된 피닝 영역(130)을 포함할 수 있다. 상기 기판(102)은 제1 도전형을 가질 수 있다. 일 예로서, 상기 기판(102)은 P형 벌크 실리콘 기판(104)과 상기 P형 벌크 실리콘 기판(104) 상에 형성된 P형 에피택시얼 층(106)을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 전하 저장 영역(120)은 상기 P형 에피택시얼 층(106) 내에 형성될 수 있으며, 상기 피닝 영역(130)은 상기 P형 에피택시얼 층(106)의 표면 부위에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 P형 에피택시얼 층(106) 내에는 제2 전하 저장 영역(122)이 형성될 수 있다. 상기 제2 전하 저장 영역(122)은 상기 제1 전하 저장 영역(120)의 가장자리 부위로부터 하방으로 연장할 수 있다. 상기 제1 전하 저장 영역(120)과 상기 제2 전하 저장 영역(122)은 제2 도전형을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 전하 저장 영역(120)과 상기 제2 전하 저장 영역(122)은 N형 불순물 영역들일 수 있으며, 이온 주입 공정을 통해 형성될 수 있다. 상기 피닝 영역(130)은 상기 제1 도전형을 갖는 불순물 영역, 예를 들면, P형 불순물 영역일 수 있으며 이온 주입 공정을 통해 형성될 수 있다. 상기 제1 및 제2 전하 저장 영역(120, 122)과 상기 피닝 영역(130)은 상기 핀드 포토다이오드로서 기능할 수 있다.
상기 제2 전하 저장 영역(122)은 튜브 형태를 가질 수 있다. 일 예로서, 상기 제1 전하 저장 영역(120)은 대략 사각형의 플레이트 형태를 가질 수 있으며, 상기 제2 전하 저장 영역(122)은 상기 제1 전하 저장 영역(120)의 가장자리 부위와 연결된 대략 사각 튜브 형태를 가질 수 있다. 그러나, 상기 제1 전하 저장 영역(120)의 형상은 다양하게 변경 가능하며, 이에 따라 상기 제2 전하 저장 영역(122)의 형상 또한 다양하게 변경 가능하다.
상기와 같이 제2 전하 저장 영역(122)이 튜브 형태를 가짐에 따라 상기 제1 및 제2 전하 저장 영역들(120, 122)과 상기 P형 에피택시얼 영역(106) 사이의 PN 접합 영역의 면적이 증가될 수 있으며, 이에 따라 상기 핀드 포토다이오드의 전하 축적 용량이 크게 증가될 수 있다. 또한, 종래 기술과는 다르게 상기 제1 전하 저장 영역(120)과 상기 제2 전하 저장 영역(122)이 완전 공핍 상태가 될 수 있다. 이때, 상기 제1 전하 저장 영역(120)은 상기 제2 전하 저장 영역(122)보다 높은 불순물 농도를 가질 수 있으며, 입사광에 의해 생성된 전자들은 상기 제1 및 제2 전하 저장 영역들(120, 122)의 내부 전위에 의해 상기 제1 전하 저장 영역(120)의 가장자리 부위에 축적될 수 있다.
상기 이미지 센서(100)는 상기 피닝 영역(130)으로부터 측방으로 이격되며 상기 전하 검출 영역으로서 기능하는 플로팅 확산 영역(140)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 이미지 센서(100)는 상기 피닝 영역(130)과 상기 플로팅 확산 영역(140) 사이에 배치되는 게이트 구조물(150)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 게이트 구조물(150)은 상기 피닝 영역(130)과 상기 플로팅 확산 영역(140) 사이의 채널 영역(152)과, 상기 채널 영역(152) 상에 형성되는 게이트 절연막(154)과, 상기 게이트 절연막(154) 상에 형성되는 게이트 전극(156), 및 상기 게이트 전극(156)의 측면들 상에 형성되는 게이트 스페이서(158)를 포함할 수 있다.
상기 플로팅 확산 영역(140)은 제2 도전형을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 플로팅 확산 영역(140)은 N형 불순물 영역일 수 있으며 이온 주입 공정에 의해 형성될 수 있다. 상기 채널 영역(152)으로는 상기 게이트 절연막(154) 아래에 위치된 상기 P형 에피택시얼 영역(106)의 표면 부위가 사용될 수 있으며, 상기 게이트 절연막(154)으로는 열산화 공정에 의해 형성된 실리콘 산화막이 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 전하 저장 영역(122)의 외측 표면들을 감싸도록 형성되는 제1 웰 영역(160)을 포함할 수 있다. 상기 제1 웰 영역(160)은 제1 도전형, 예를 들면, P형 불순물 영역일 수 있으며, 이온 주입 공정에 의해 형성될 수 있다. 상기 제1 웰 영역(160)은 상기 제2 전하 저장 영역(122)을 완전히 공핍 상태로 형성하기 위해 사용될 수 있다.
상기 소자 분리 영역(110)은 상기 제1 웰 영역(160) 상에 형성될 수 있으며, 상기 소자 분리 영역(110)과 상기 제1 웰 영역(160) 사이에는 제2 피닝 영역(132)이 형성될 수 있다. 일 예로서, 상기 소자 분리 영역(110)은 실리콘 산화물 및/또는 실리콘 질화물로 이루어질 수 있으며 STI(Shallow Trench Isolation) 공정을 통해 형성될 수 있다. 상기 제2 피닝 영역(132)은 상기 제1 도전형, 예를 들면, P형 불순물 영역일 수 있으며 이온 주입 공정을 통해 상기 피닝 영역(130)과 동시에 형성될 수 있다.
상기 피닝 영역(130)과 상기 제1 웰 영역(160)은 상기 제2 피닝 영역(132)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들면, 상기 P형 에피택시얼 층(106) 내에 이온 주입 공정을 통해 상기 제1 웰 영역(160)을 형성한 후 이방성 식각 공정을 통해 상기 소자 분리 영역(110)을 위한 트렌치들을 형성할 수 있으며, 이어서 이온 주입 공정을 통해 상기 제1 웰 영역(160)과 전기적으로 연결되도록 상기 피닝 영역(130)과 제2 피닝 영역(132)을 형성할 수 있다. 특히, 상기 제1 웰 영역(160)은 인접하는 화소 영역과의 전기적인 절연을 위해 상기 제2 전하 저장 영역(122)보다 깊게 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 상기한 바에 의하면, 상기 제1 및 제2 전하 저장 영역들(120, 122)과, 상기 피닝 영역(130), 상기 제2 피닝 영역(132) 그리고 상기 플로팅 확산 영역(140)과 상기 제1 웰 영역(160)이 상기 P형 에피택시얼 층(106) 내에 형성되고 있으나, 상기와 다르게 상기 P형 벌크 실리콘 기판(104) 상에 상기 P형 에피택시얼 층(106)을 형성하지 않고, 상기 제1 및 제2 전하 저장 영역들(120, 122)과, 상기 피닝 영역(130), 상기 제2 피닝 영역(132) 그리고 상기 플로팅 확산 영역(140)과 상기 제1 웰 영역(160)을 상기 P형 벌크 실리콘 기판(104) 내에 형성할 수도 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 전하 저장 영역(122)이 튜브 형태로 구성되기 때문에 상기 제1 및 제2 전하 저장 영역들(120, 122)은 완전히 공핍될 수 있으며, 또한 상기 핀드 포토다이오드의 전하 축적 용량이 크게 증가됨에 따라 상기 제1 및 제2 전하 저장 영역들(120, 122)에 축적되는 전자들의 수가 크게 증가될 수 있다. 따라서, 상기 이미지 센서(100)의 동작 범위가 크게 확장될 수 있다. 특히, 상기 제1 및 제2 전하 저장 영역들(120, 122)의 내부 전위에 의해 상기 전자들이 상기 제1 전하 저장 영역(120)의 가장자리 부위로 유도될 수 있으며, 이에 따라 상기 전자들과 상기 채널 영역(152) 사이의 거리가 감소될 수 있다. 결과적으로, 상기 제1 및 제2 전하 저장 영역들(120, 122)로부터 상기 플로팅 확장 영역(140)으로 이동되는 전자들의 수가 증가될 수 있다. 아울러, 상기 제1 및 제2 전하 저장 영역들(120, 122)에 잔류되는 전자들의 수가 감소될 수 있으며, 이에 따라 상기 이미지 센서(100)의 이미지 잔상이 충분히 감소될 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서(100)는, 제1 도전형을 갖는 기판(102)과, 상기 기판(102) 내에 배치되며 제2 도전형을 갖는 제1 전하 저장 영역(120)과, 상기 제2 도전형을 갖고 상기 제1 전하 저장 영역(120)과 연결되며 상기 제1 전하 저장 영역(120)의 가장자리 부위로부터 하방으로 연장하는 제2 전하 저장 영역(122)과, 상기 제1 전하 저장 영역(120) 상에 배치되며 상기 제1 도전형을 갖는 피닝 영역(130)과, 상기 피닝 영역(130)으로부터 측방으로 이격된 플로팅 확산 영역(140)과, 상기 피닝 영역(130)과 상기 플로팅 확산 영역(140) 사이에 배치되는 게이트 구조물(150)을 포함할 수 있다.
상기 제2 전하 저장 영역(122)은 튜브 형태를 가질 수 있으며, 상기 이미지 센서(100)는 상기 제2 전하 저장 영역(122)의 외측 표면들을 감싸도록 형성되는 제1 웰 영역(160)과 상기 제2 전하 저장 영역(122) 내에 형성되는 제2 웰 영역(162)을 포함할 수 있다. 상기 제1 웰 영역(160)과 제2 웰 영역(162)은 상기 제1 도전형을 가질 수 있으며, 상기 제1 및 제2 전하 저장 영역들(120, 122)을 완전히 공핍시키기 위해 사용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서(100)는, 제1 도전형을 갖는 기판(102)과, 상기 기판(102) 내에 배치되며 제2 도전형을 갖는 제1 전하 저장 영역(120)과, 상기 제2 도전형을 갖고 상기 제1 전하 저장 영역(120)과 연결되며 상기 제1 전하 저장 영역(120)의 가장자리 부위로부터 하방으로 연장하는 제2 전하 저장 영역(122)과, 상기 제1 전하 저장 영역(120) 상에 배치되며 상기 제1 도전형을 갖는 피닝 영역(130)과, 상기 피닝 영역(130)으로부터 측방으로 이격된 플로팅 확산 영역(140)과, 상기 피닝 영역(130)과 상기 플로팅 확산 영역(140) 사이에 배치되는 게이트 구조물(150)을 포함할 수 있다.
특히, 상기 이미지 센서(100)는 상기 제1 도전형을 갖고 상기 기판(102) 내에 형성되는 웰 영역(164)을 포함할 수 있으며, 상기 제2 전하 저장 영역(164)은 튜브 형태를 갖고 상기 웰 영역(164) 내에 형성될 수 있다. 이때, 상기 웰 영역(164)은 상기 제1 및 제2 전하 저장 영역들(120, 122)을 완전히 공핍시키기 위해 사용될 수 있다. 또한, 상기 웰 영역(164) 상에는 소자 분리 영역(110)이 형성될 수 있으며, 상기 웰 영역(164)과 상기 소자 분리 영역(110) 사이에는 상기 제1 도전형을 갖는 제2 피닝 영역(132)이 형성될 수 있다. 이때, 상기 웰 영역(164)과 상기 피닝 영역(130)은 상기 제2 피닝 영역(132)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서(100)는, 제1 도전형을 갖는 기판(102)과, 상기 기판(102) 내에 배치되며 제2 도전형을 갖는 제1 전하 저장 영역(120)과, 상기 제2 도전형을 갖고 상기 제1 전하 저장 영역(120)과 연결되며 상기 제1 전하 저장 영역(120)의 가장자리 부위로부터 하방으로 연장하는 제2 전하 저장 영역(170)과, 상기 제1 전하 저장 영역(120) 상에 배치되며 상기 제1 도전형을 갖는 피닝 영역(130)과, 상기 피닝 영역(130)으로부터 측방으로 이격된 플로팅 확산 영역(140)과, 상기 피닝 영역(130)과 상기 플로팅 확산 영역(140) 사이에 배치되는 게이트 구조물(150)을 포함할 수 있다.
특히, 상기 제2 전하 저장 영역(170)은 튜브 형태를 가질 수 있으며, 상기 게이트 구조물(150)과 인접하는 제1 영역(170A)과 상기 게이트 구조물(150)로부터 이격된 제2 영역(170B)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 영역(170A)은 상기 제2 영역(170B)보다 높은 불순물 농도를 가질 수 있으며, 이에 의해 입사광에 의해 생성된 전자들은 상기 제1 및 제2 전하 저장 영역들(120, 170)의 내부 전위에 의해 상기 게이트 구조물(150)과 인접하는 상기 제1 전하 저장 영역(120)의 가장자리 부위에 축적될 수 있다.
다른 예로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제2 전하 저장 영역(170)은 튜브 형태를 가질 수 있으며, 상기 게이트 구조물(150)과 인접하는 제1 영역(170C)과 상기 게이트 구조물(150)로부터 이격된 제2 영역(170D)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 영역(170C)은 상기 제2 영역(170D)보다 넓은 폭을 가질 수 있다.
또 다른 예로서, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제2 전하 저장 영역(170)은 튜브 형태를 가질 수 있으며, 상기 게이트 구조물(150)과 인접하는 제1 영역(170E)과 상기 게이트 구조물(150)로부터 이격된 제2 영역(170F)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 영역(170E)은 상기 제2 영역(170F)보다 깊은 깊이를 가질 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서(100)는, 제1 도전형을 갖는 기판(102)과, 상기 기판(102) 내에 배치되며 제2 도전형을 갖는 제1 전하 저장 영역(120)과, 상기 제1 전하 저장 영역(120) 상에 배치되며 상기 제1 도전형을 갖는 피닝 영역(130)과, 상기 피닝 영역(130)으로부터 측방으로 이격된 플로팅 확산 영역(140)과, 상기 피닝 영역(130)과 상기 플로팅 확산 영역(140) 사이에 배치되는 게이트 구조물(150)과, 상기 제2 도전형을 갖고 상기 제1 전하 저장 영역(120)과 연결되며 상기 게이트 구조물(150)과 인접하는 상기 제1 전하 저장 영역(120)의 가장자리 일부로부터 하방으로 연장하는 제2 전하 저장 영역(180)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 제2 전하 저장 영역(180)은 알파벳 “L”자 형태 또는 채널 형태의 단면을 갖고 상기 제1 전하 저장 영역(120)의 가장자리 일부로부터 하방으로 연장할 수 있다. 상기와 다르게, 상기 제2 전하 저장 영역(180)은 상기 제1 전하 저장 영역(120)의 가장자리 일부로부터 하방으로 연장하는 바(bar) 또는 플레이트 형태를 가질 수도 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 이미지 센서
102 : 기판
104 : P형 벌크 실리콘 기판 106 : P형 에피택시얼 층
110 : 소자 분리 영역 120 : 제1 전하 저장 영역
130 : 피닝 영역 132 : 제2 피닝 영역
140 : 플로팅 확산 영역 150 : 게이트 구조물
160 : 제1 웰 영역 162 : 제2 웰 영역
104 : P형 벌크 실리콘 기판 106 : P형 에피택시얼 층
110 : 소자 분리 영역 120 : 제1 전하 저장 영역
130 : 피닝 영역 132 : 제2 피닝 영역
140 : 플로팅 확산 영역 150 : 게이트 구조물
160 : 제1 웰 영역 162 : 제2 웰 영역
Claims (13)
- 제1 도전형을 갖는 기판;
상기 기판 내에 배치되며 제2 도전형을 갖는 제1 전하 저장 영역;
상기 제2 도전형을 갖고 상기 제1 전하 저장 영역과 연결되며 상기 제1 전하 저장 영역의 가장자리 부위로부터 하방으로 연장하는 제2 전하 저장 영역;
상기 제1 전하 저장 영역 상에 배치되며 상기 제1 도전형을 갖는 피닝 영역;
상기 피닝 영역으로부터 측방으로 이격된 플로팅 확산 영역; 및
상기 피닝 영역과 상기 플로팅 확산 영역 사이에 배치되는 게이트 구조물을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서. - 제1항에 있어서, 상기 제2 전하 저장 영역은 튜브 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제2항에 있어서, 상기 제2 전하 저장 영역은 상기 게이트 구조물과 인접하는 제1 영역과 상기 게이트 구조물로부터 이격된 제2 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제3항에 있어서, 상기 제1 영역은 상기 제2 영역보다 높은 불순물 농도를 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제3항에 있어서, 상기 제1 영역은 상기 제2 영역보다 넓은 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제3항에 있어서, 상기 제1 영역은 상기 제2 영역보다 깊은 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제2항에 있어서, 상기 제1 도전형을 갖고 상기 제2 전하 저장 영역 내에 배치되는 웰 영역을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 도전형을 갖고 상기 제2 전하 저장 영역의 외측 표면들을 감싸도록 배치되는 웰 영역을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제8항에 있어서, 상기 웰 영역 상에 배치되는 소자 분리 영역과,
상기 제1 도전형을 갖고 상기 웰 영역과 상기 소자 분리 영역 사이에 배치되는 제2 피닝 영역을 더 포함하며,
상기 웰 영역과 상기 피닝 영역은 상기 제2 피닝 영역에 의해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서. - 제1항에 있어서, 상기 제1 도전형을 갖고 상기 기판 내에 배치되는 웰 영역을 더 포함하며,
상기 제2 전하 저장 영역은 상기 웰 영역 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서. - 제10항에 있어서, 상기 웰 영역 상에 배치되는 소자 분리 영역과,
상기 제1 도전형을 갖고 상기 웰 영역과 상기 소자 분리 영역 사이에 배치되는 제2 피닝 영역을 더 포함하며,
상기 웰 영역과 상기 피닝 영역은 상기 제2 피닝 영역에 의해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서. - 제1항에 있어서, 상기 제1 전하 저장 영역은 상기 제2 전하 저장 영역보다 높은 불순물 농도를 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제1 도전형을 갖는 기판;
상기 기판 내에 배치되며 제2 도전형을 갖는 제1 전하 저장 영역;
상기 제1 전하 저장 영역 상에 배치되며 상기 제1 도전형을 갖는 피닝 영역;
상기 피닝 영역으로부터 측방으로 이격된 플로팅 확산 영역;
상기 피닝 영역과 상기 플로팅 확산 영역 사이에 배치되는 게이트 구조물; 및
상기 제2 도전형을 갖고 상기 제1 전하 저장 영역과 연결되며 상기 게이트 구조물과 인접하는 상기 제1 전하 저장 영역의 가장자리 일부로부터 하방으로 연장하는 제2 전하 저장 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
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