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KR100431749B1 - Image sensor - Google Patents

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KR100431749B1
KR100431749B1 KR10-2001-0067371A KR20010067371A KR100431749B1 KR 100431749 B1 KR100431749 B1 KR 100431749B1 KR 20010067371 A KR20010067371 A KR 20010067371A KR 100431749 B1 KR100431749 B1 KR 100431749B1
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South Korea
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image sensor
photodiode
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박재영
권경국
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주식회사 하이닉스반도체
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/80Constructional details of image sensors
    • H10F39/803Pixels having integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H10F39/8033Photosensitive area

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  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

본 발명은 이미지센서에 관한 것으로, 특히 전하운송 효율을 향상시킬 수 있는 이미지센서를 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은, 기판에 형성된 포토다이오드; 상기 포토다이오드와 이격되는 위치의 상기 기판에 형성된 센싱확산영역; 및 상기 포토다이오드의 일단과 상기 센싱확산영역의 일단에 각각 오버랩되어 온-오프 동작을 통해 상기 광신호를 상기 센싱확산영역으로 전달하는 게이트전극을 구비하며, 상기 게이트전극은 상기 센싱확산영역과 오버랩되는 부분에서 일부영역에 홈이 형성된 이미지센서를 제공한다.The present invention relates to an image sensor, and in particular to provide an image sensor that can improve the charge transport efficiency, the present invention for this purpose, the photodiode formed on the substrate; A sensing diffusion region formed on the substrate at a position spaced apart from the photodiode; And a gate electrode overlapping one end of the photodiode and one end of the sensing diffusion region to transfer the optical signal to the sensing diffusion region through an on-off operation, wherein the gate electrode overlaps the sensing diffusion region. It provides an image sensor with a groove formed in a portion of the portion.

Description

이미지센서{Image sensor}Image sensor

본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로 특히, 이미지센서에 관한 것이다.The present invention relates to semiconductor devices, and more particularly to an image sensor.

일반적으로, 이미지센서라 함은 광학 영상(Optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체소자로서, 이중 전하결합소자(CCD : Charge Coupled Device)는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 커패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 커패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, CMOS(Complementary MOS; 이하 CMOS) 이미지센서는 제어회로(Control circuit) 및 신호처리회로(Signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소수만큼 MOS트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(Output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.In general, an image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal. In a double charge coupled device (CCD), individual metal-oxide-silicon (MOS) capacitors are very different from each other. A device in which charge carriers are stored and transported in a capacitor while being located in close proximity, and CMOS (Complementary MOS) image sensor is a CMOS technology that uses a control circuit and a signal processing circuit as peripheral circuits. Is a device that employs a switching method that creates MOS transistors by the number of pixels and sequentially detects the output using them.

이러한 다양한 이미지센서를 제조함에 있어서, 이미지센서의 감광도(Photo sensitivity)를 증가시키기 위한 노력들이 진행되고 있는 바, 그 중 하나가 집광기술이다. 예컨대, CMOS 이미지센서는 빛을 감지하는 포토다이오드와 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 CMOS 로직회로부분으로 구성되어 있는 바, 광감도를 높이기 위해서는 전체 이미지센서 면적에서 포토다이오드의 면적이 차지하는 비율(이를 통상 Fill Factor"라 한다)을 크게 하려는 노력이 진행되고 있다.In the manufacture of such various image sensors, efforts are being made to increase the photo sensitivity of the image sensor, one of which is a condensing technology. For example, a CMOS image sensor is composed of a photodiode for detecting light and a portion of a CMOS logic circuit for processing the detected light into an electrical signal to make data. To increase light sensitivity, the ratio of the photodiode to the total image sensor area is increased. Efforts have been made to increase (usually referred to as Fill Factor).

도 1(a)는 종래기술에 따른 이미지센서를 도시한 평면도이며, 도 1(b)는 단면도이다.Figure 1 (a) is a plan view showing an image sensor according to the prior art, Figure 1 (b) is a cross-sectional view.

도 1(a) 및 도 1(b)를 참조하면, 종래의 이미지센서는 기판(도시하지 않음)에 포토다이오드(이하 PD라 함)가 형성되어 있으며, PD와 이격되는 위치의 기판(도시하지 않음)에 센싱확산영역(이하 FD라 함)이 형성되어 있으며, PD와 FD의 일단에 각각 오버랩되어 온-오프 동작을 통해 PD로 부터의 광신호를 FD로 전달하는 게이트전극(트랜스퍼 게이트, 이하 Tx라 함)이 형성되어 있다.Referring to FIGS. 1A and 1B, in the conventional image sensor, a photodiode (hereinafter referred to as PD) is formed on a substrate (not shown), and the substrate (not shown) is spaced apart from the PD. Sensing diffusion region (hereinafter referred to as FD) and overlaps at one end of the PD and FD, respectively, and transfers an optical signal from the PD to the FD through an on-off operation (transfer gate, hereinafter). Tx) is formed.

PD는 P형의 기판 하부에 형성된 N형의 포토다이오드영역(이하 n-영역이라 함)과, 기판 표면으로부터 n-영역으로 확장되어 형성된 P형의 포토다이오드영역(이하 P0라 함)을 포함하며, FD는 기판 표면으로부터 하부로 확장되어 형성된 고농도의 N형(n+)이며, Tx는 주로 폴리실리콘 등을 포함한 전도성 물질을 이용하여 형성된다.The PD includes an N-type photodiode region (hereinafter referred to as n-region) formed under the P-type substrate, and a P-type photodiode region (hereinafter referred to as P0) formed to extend from the substrate surface to the n-region. , FD is a high concentration N-type (n +) formed to extend from the substrate surface to the bottom, Tx is formed using a conductive material mainly containing polysilicon and the like.

한편, 상기한 구성을 갖는 종래의 이미지센서는 PD에서 모아진 빛을 FD로 전달하는 Tx의 구조가 바(Bar) 형태로 되어 있어서 Tx 하부에서의 전기장이 골고루 퍼지게 된다. 따라서, Tx를 On시켰을 때 일정시간 데이타가 센싱영역으로 넘어가지 않는 문제가 발생할 수 있다.On the other hand, in the conventional image sensor having the above-described configuration, the structure of Tx for transmitting the light collected from the PD to the FD is in the form of a bar, thereby spreading the electric field evenly under the Tx. Therefore, when Tx is turned on, a problem may occur in which data does not pass to the sensing region for a predetermined time.

또한, 상기한 구조에서와 같이 PD와 FD 사이에 Tx가 위치하여 PD와 FD가 분리되는 경우, 고집적이나 저전압으로 갈수록 그 전원전압(VDD)는 점점 낮아져 Tx에 인가되는 전압도 낮아지게 된다. 따라서, PD에서 발생되는 전자들이 FD로 완전하게 이송되지 않아 저조도에서의 화상 특성이 열화된다.In addition, when the Tx is positioned between the PD and the FD and the PD and the FD are separated as in the above-described structure, the power supply voltage VDD gradually decreases toward the high integration or low voltage, thereby lowering the voltage applied to the Tx. Therefore, the electrons generated in the PD are not completely transferred to the FD, which degrades the image characteristics at low illumination.

즉, 도 1(b)의 하단에는 도 1(a)의 PD에서의 최대 전위영역(X)을 기준으로 PD와 Tx 및 FD에서의 전위 분포를 개략적으로 도시하는 바, Tx가 오프시 최대 전위영역이 Tx와 PD의 경계 지역에서 멀어 Tx의 온이 어렵게 된다.That is, at the lower end of Fig. 1 (b), the potential distribution in PD, Tx, and FD is schematically shown based on the maximum potential region X in the PD of Fig. 1 (a). The region is far from the boundary region of Tx and PD, making it difficult to turn on Tx.

상술한 바와 같은 종래의 이미지센서는 PD 상부에 있는 P0 영역이 확산으로 인해 PD에서 Tx를 지나 FD에 이르는 전하운송 통로에 P형에 의한 장벽인 전위장벽(Potential barrier)을 형성하여 전하 운송을 방해하게 되며, 이온주입을통해 형성되는 PD의 n-영역의 불순물 농도는 PD 표면에서의 농도가 내부에 비해 낮으므로 n-영역의 최고 농도를 갖는 지점에 비해 Tx에 가까운 표면의 n-영역이 PD의 내부보다 빨리 공핍되기 때문에 전하 운송을 위해 트랜스터 게이트를 동작시킬 때, n-영역에서의 전하 운송에 도움을 구는 전위구배(Fringing field)가 발달하지 못하게 되어 완전한 전하 운송에 방해가 된다. 따라서, PD의 용량을 충분히 확보하기 위해 n- 영역을 더욱 깊게 할 수 없게 된다.The conventional image sensor as described above forms a potential barrier, a P-type barrier, in the charge transport path from the PD to the TD through the Tx due to the diffusion of the P0 region on the PD to hinder charge transport. The impurity concentration of the n-region of the PD formed through ion implantation is lower than that of the inside of the PD, so that the n-region of the surface closer to Tx is closer to the Tx than the point having the highest concentration of the n-region. Since the depletion is faster than the inside of the transistor, when the transfer gate is operated for charge transport, a fringing field for assisting charge transport in the n-region does not develop, which hinders full charge transport. Therefore, the n- region cannot be deepened in order to sufficiently secure the capacity of the PD.

한편, 상기와 같은 전하운송 효율을 향상시키기 위해 도 2에 도시된 바와 같이, FD 영역에 저농도의 n-영역을 추가로 이온주입할 수도 있으나, 이 경우에는 Tx와 FD 간의 정전용량이 증가하게 되어 광신호를 전기적 신호로 변환하는 변환이득(Conversion gain)이 감소하게 된다.On the other hand, as shown in Figure 2 in order to improve the charge transport efficiency as described above, a low concentration n-region may be additionally implanted into the FD region, in this case, the capacitance between Tx and FD is increased The conversion gain for converting the optical signal into an electrical signal is reduced.

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 본 발명은, 전하운송 효율을 향상시킬 수 있는 이미지센서를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention proposed to solve the problems of the prior art as described above, an object thereof is to provide an image sensor that can improve the charge transport efficiency.

도 1은 종래기술에 따른 이미지센서를 도시한 도면,1 is a view showing an image sensor according to the prior art,

도 2는 개선된 종래기술에 따른 이미지센서를 도시한 단면도,2 is a cross-sectional view showing an image sensor according to the improved prior art;

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서를 도시한 도면,3 is a view showing an image sensor according to an embodiment of the present invention;

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지센서를 도시한 도면,4 is a view showing an image sensor according to another embodiment of the present invention;

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지센서를 도시한 도면.5 is a view showing an image sensor according to another embodiment of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

PD : 포토다이오드PD: Photodiode

Tx : 게이트전극(트랜스퍼 게이트)Tx: Gate electrode (transfer gate)

FD : 센싱확산영역FD: Sensing Diffusion Area

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 기판에 형성된 포토다이오드; 상기 포토다이오드와 이격되는 위치의 상기 기판에 형성된 센싱확산영역; 및 상기 포토다이오드의 일단과 상기 센싱확산영역의 일단에 각각 오버랩되어 온-오프 동작을 통해 상기 광신호를 상기 센싱확산영역으로 전달하는 게이트전극을 구비하며, 상기게이트전극은 상기 센싱확산영역과 오버랩되는 부분에서 일부영역에 홈이 형성된 이미지센서를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention, a photodiode formed on the substrate; A sensing diffusion region formed on the substrate at a position spaced apart from the photodiode; And a gate electrode overlapping one end of the photodiode and one end of the sensing diffusion region to transfer the optical signal to the sensing diffusion region through an on-off operation, wherein the gate electrode overlaps the sensing diffusion region. It provides an image sensor with a groove formed in a portion of the portion.

바람직하게, 본 발명은 상기 일부영역과 오버랩되는 부위의 상기 반도체기판에 형성되며, 상기 센싱확산영역에 비해 저농도인 불순물영역을 더 포함하는 것을 특징으로 하며,Preferably, the present invention is characterized in that it further comprises an impurity region which is formed in the semiconductor substrate of the portion overlapping with the partial region, the concentration is lower than the sensing diffusion region,

상기 일부영역은 상기 센싱확산영역과 오버랩되는 부분의 중앙에 형성된 것을 특징으로 한다.The partial region may be formed at the center of a portion overlapping with the sensing diffusion region.

본 발명은 PD의 정전용량을 감소시키지 않으면서 전하운송 효율을 향상시키기 위해 PD 또는 FD와 오버랩되는 영역에서의 Tx의 형상을 변형하거나, 그 하부 영역의 불순물 농도에 변화를 주어 최대전위 지점의 변화 또는 숏채널 효과를 이용하는 것을 그 특징으로 한다.The present invention changes the maximum potential point by modifying the shape of Tx in the region overlapping with the PD or FD, or by changing the impurity concentration in the lower region to improve the charge transport efficiency without reducing the capacitance of the PD. Or using a short channel effect.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. do.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서를 도시한 도면으로서, 도 3(a)는 FD와 오버랩되는 부분에서 일부영역에 홈을 갖는 Tx를 포함하는 이미지센서를 도시한 평면도이며, 도 3(b)는 도 3(a)의 단면도이며, 도 3(c)는 상기 홈에 별도의 이온주입이 이루어진 이미지센서의 구조를 도시한 단면도이다.3 is a view showing an image sensor according to an embodiment of the present invention, Figure 3 (a) is a plan view showing an image sensor including a Tx having a groove in a portion in the portion overlapping with the FD, 3 (b) is a cross-sectional view of Figure 3 (a), Figure 3 (c) is a cross-sectional view showing the structure of the image sensor is a separate ion implantation in the groove.

도 3(a) 및 도 3(b)를 참조하면, 기판에 PD가 형성되어 있으며, PD와 이격되는 위치의 기판에 FD가 형성되어 있으며, PD의 일단과 FD의 일단에 각각 오버랩되어 온-오프 동작을 통해 PD로부터의 광신호를 FD로 전달하는 Tx가 형성되어 있는 바, Tx는 FD와 오버랩되는 부분에서 일부영역(A)에 홈이 형성되어 있다.3 (a) and 3 (b), the PD is formed on the substrate, the FD is formed on the substrate at a position spaced apart from the PD, and overlapped on one end of the PD and one end of the FD, respectively. Tx is formed to transfer the optical signal from the PD to the FD through the off operation, and a groove is formed in the partial region A at the portion where the Tx overlaps with the FD.

여기서, 일부영역(A)은 FD와 오버랩되는 부분의 중앙에 형성되는 것이 바람직하며, PD는 P형의 기판 하부에 형성된 N형의 포토다이오드영역(이하 n-영역이라 함)과, 기판 표면으로부터 n-영역으로 확장되어 형성된 P형의 포토다이오드영역(이하 P0영역이라 함)을 포함하며, FD는 기판 표면으로부터 하부로 확장되어 형성된 고농도의 N형 불순물 영역(n+)이며, Tx는 폴리실리콘 등의 전도성 물질을 포함한다.Here, the partial region A is preferably formed at the center of the portion overlapping the FD, and PD is formed from an N-type photodiode region (hereinafter referred to as n-region) formed under the P-type substrate and from the substrate surface. P-type photodiode region (hereinafter referred to as P0 region) formed to extend into the n- region, and FD is a high concentration N-type impurity region (n +) formed to extend downward from the substrate surface, and Tx is polysilicon or the like. It includes a conductive material of.

상기한 구성을 갖는 이미지센서의 동작을 살펴본다.It looks at the operation of the image sensor having the above configuration.

이미지센서의 화소(Pixel) 구조에서 Tx(Tx의 게이트전극) 구조를 기존의 바 형상이 아닌 FD와 오버랩된 부분에서 일부를 홈(A) 형태로 형성함으로써, 이 부분(A)의 전기장을 다른 부분보다 높게 만든다. 따라서, PD에서 모아진 광신호들이 FD로 넘어갈 때 Tx의 전기장이 높은 부분(A)으로 데이타가 집중되어 FD로 바르게넘어가게 되는 것으로, 상기 홈(A)이 Tx의 FD와 오버랩되는 부분에서 그 중앙에 위치하는 것이 바람직하다. 이것은 Tx의 중심에서 전기장이 가장 세기 때문이다.In the pixel structure of the image sensor, the Tx (gate electrode of Tx) structure is formed in the shape of a groove (A) in the portion overlapping with the FD rather than the conventional bar shape, thereby changing the electric field of this portion (A) Make it higher than the part. Therefore, when the optical signals collected from the PD are transferred to the FD, the data is concentrated in the high portion A of the Tx, and the data is correctly passed to the FD, and the groove A is centered at the portion overlapping the FD of the Tx. It is preferable to be located at. This is because the electric field is the strongest at the center of Tx.

요컨대, 상기한 본 발명의 일실시예에서는 Tx의 게이트를 좁게 함으로써 전기장을 강하게 하는 것으로 숏채널효과(Short channel effect)를 이용하는 바, PD에서 집적된 전자(광신호)가 FD로 전달될 때 FD의 중심으로 보다 빠르게 집중적으로 전달되므로 전하운송효율을 높일 수 있게 되며, 이는 특히 저조도의 전달 특성에 탁월한 효과를 나타낸다.In other words, in the above-described embodiment of the present invention, the short channel effect is used to strengthen the electric field by narrowing the gate of Tx. When the electrons (optical signal) integrated in the PD are transferred to the FD, the FD Because of the faster and concentrated transfer to the center of the charge transport efficiency can be increased, which shows an excellent effect on the low-light transfer characteristics.

한편, 도 3(a) 및 도 3(b)에서의 도면부호 'B'는 홈이 형성되지 않은 영역을 도시하는 바, 'B' 영역에서는 FD와 Tx가 오버랩 또는 접촉되어 있지만, 홈이 형성된 'A' 영역에서는 홈의 깊이 만큼 이격된 것처럼 배치되어 있다. 따라서, FD의 n+영역은 도 3(b)에서 점선과 실선으로 구분한 바와 같이 Tx에 의해 그 하부의 이온주입된 부분이 달라지게 되는 것이다.Meanwhile, reference numeral 'B' in FIGS. 3 (a) and 3 (b) shows a region in which no groove is formed. In the 'B' region, although the FD and Tx overlap or contact each other, the groove is formed. In the 'A' area, they are arranged as if they are spaced apart by the depth of the groove. Therefore, the n + region of the FD is to be ion-implanted in the lower portion by Tx, as shown by the dotted line and solid line in Figure 3 (b).

한편, 상기 홈이 형성된 부분에만 저농도의 N형 불순물을 이온주입하여 전하운송효율을 더욱 개선시킬 수 있는 바, 도 3(c)는 상기 일부영역(A)과 오버랩되는 부위의 반도체기판에 형성되며, FD에 비해 저농도인 불순물영역(n-)을 더 포함하는 구조를 이룬다.Meanwhile, a low concentration of N-type impurities may be ion-implanted only in a portion where the groove is formed to further improve charge transport efficiency. FIG. 3 (c) is formed on the semiconductor substrate at a portion overlapping with the partial region A. In addition, it forms a structure further comprising a low concentration impurity region (n-) compared to the FD.

이 경우 Tx와 FD 간의 정전용량이 증가하더라도 홈의 크기를 작게하면 변환이득에 큰 영향을 주지 않고 제작 가능하며, 운송효율은 증가하기 때문에 변환이득은 감소하지 않게 된다.In this case, even if the capacitance between Tx and FD is increased, reducing the size of the groove can be manufactured without significantly affecting the conversion gain, and the conversion gain is not reduced because the transportation efficiency is increased.

도 4은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지센서를 도시한 도면으로서, 도 4(a)는 PD와 오버랩되는 부분에서 일부영역에 돌출부를 갖는 Tx를 포함하는 이미지센서를 도시한 평면도이며, 도 4(b)는 도 4(a)의 단면도이다.4 is a view showing an image sensor according to another embodiment of the present invention, Figure 4 (a) is a plan view showing an image sensor including a Tx having a protrusion in a portion in the portion overlapping with the PD, 4 (b) is a sectional view of FIG. 4 (a).

도 4(a) 및 도 4(b)를 참조하면, 기판에 PD가 형성되어 있으며, PD와 이격되는 위치의 기판에 FD가 형성되어 있으며, PD의 일단과 FD의 일단에 각각 오버랩되어 온-오프 동작을 통해 PD로부터의 광신호를 FD로 전달하는 Tx가 형성되어 있는 바, Tx는 PD와 오버랩되는 부분에서 일부영역에 돌출부(C)가 형성되어 있다.4 (a) and 4 (b), the PD is formed on the substrate, the FD is formed on the substrate at a position spaced apart from the PD, and overlapped on one end of the PD and one end of the FD, respectively. The Tx is formed to transfer the optical signal from the PD to the FD through the off operation. The protrusion C is formed at a portion of the Tx at a portion overlapping with the PD.

여기서, 돌출부(C)은 PD와 오버랩되는 부분의 중앙에 형성되는 것이 바람직하며, PD는 P형의 기판 하부에 형성된 N형의 포토다이오드영역(이하 n-영역이라 함)과, 기판 표면으로부터 n-영역으로 확장되어 형성된 P형의 포토다이오드영역(이하 P0영역이라 함)을 포함하며, FD는 기판 표면으로부터 하부로 확장되어 형성된 고농도의 N형 불순물 영역(n+)이며, Tx는 폴리실리콘 등의 전도성 물질을 포함한다.Herein, the protrusion C is preferably formed at the center of the portion overlapping with the PD, and the PD has an N-type photodiode region (hereinafter referred to as n-region) formed under the P-type substrate and n from the substrate surface. A P-type photodiode region (hereinafter referred to as P0 region) formed to extend into the region, FD is a high concentration N-type impurity region (n +) formed extending from the substrate surface to the bottom, and Tx is a polysilicon It includes a conductive material.

상기한 구성을 갖는 이미지센서의 동작을 살펴본다.It looks at the operation of the image sensor having the above configuration.

Tx 하부에서는 상술한 바와 같이 그 중앙부(X)에서의 전기장의 가장 세게 나타난다. 따라서, 그 중앙부에 돌출부를 형성하는 것이 가장 바람직하며, 종래의 경우 최대전위가 위치하는 곳이 PD와 Tx의 경계에서 멀어 Tx를 구동시키기 위한 전압이 점차 작아질 수록 Tx의 온이 어렵게 되는 바, 최대전위 지점이 위치하는 중앙부에 Tx가 돌출부를 갖도록 하면, PD 최대 전위 지점과 돌출된 Tx 간의 거리가 가까워져 낮은 전압에서도 Tx 온이 더 쉬워지게 된다. 그 중앙부를 따르는 전위분포에서 도시 것처럼 PD 영역의 최대 전위 지점과 PD의 Tx의 경계부의 거리가 점차로 짧아 지면서 Tx의 온이 더 쉬워지게 된다.In the lower part of Tx, as described above, the electric field at the central part X is the strongest. Therefore, it is most preferable to form a protrusion at the center thereof, and in the conventional case, the location of the maximum potential is far from the boundary between the PD and the Tx, and as the voltage for driving the Tx becomes smaller, it becomes more difficult to turn on the Tx. If the Tx has a protrusion at the center where the maximum potential point is located, the distance between the PD maximum potential point and the projected Tx is closer, making Tx on easier at low voltage. As shown in the potential distribution along the center portion, the distance between the maximum potential point of the PD region and the boundary of the Tx of the PD gradually becomes shorter, and the on of Tx becomes easier.

'D'와 같이 Tx 하부의 최대 지점이 PD근처로 이동하게 되어 Tx의 온이 더 쉬워지게 된다.Like 'D', the maximum point under the Tx moves near the PD, making it easier to turn on the Tx.

또한, 돌출된 부분(C)에서의 전기장(E)은 돌출되지 않은 부분에 비해 더 세지게 되므로, PD에 모아진 전자는 돌출부(C)로 빠르게 모이게 되어 FD로 전송되게 되므로, PD에서 FD로의 전하운송효율이 증가하게 된다.In addition, since the electric field E in the protruding portion C becomes stronger than the non-protruding portion, the electrons collected in the PD are quickly gathered in the protruding portion C and transferred to the FD, so that the charge from the PD to the FD is increased. Transportation efficiency is increased.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지센서를 도시한 도면으로서, 도 5(a)는 PD와 오버랩되는 부분에서 일부영역에 PD의 n-영역보다 상대적으로 고농도인 n+영역를 갖는 이미지센서를 도시한 평면도이며, 도 5(b)는 도 5(a)의 단면도이다.5 is a diagram illustrating an image sensor according to another exemplary embodiment of the present invention. FIG. 5A illustrates an image sensor having an n + region having a relatively higher concentration than an n− region of a PD at a portion overlapping with the PD. It is a top view shown, and FIG. 5 (b) is sectional drawing of FIG.

도 5(a) 및 도 5(b)를 참조하면, P형 기판 하부에 N형 PD영역(n-영역)이 형성되어 있으며, 기판 표면으로부터 n-영역으로 확장되어 P형 PD영역(P0영역)이 형성되어 PD를 이루고 있으며, PD와 이격되는 위치의 기판에 N형 FD(n+)가 형성되어 있으며, PD의 일단과 FD의 일단에 각각 오버랩되어 온-오프 동작을 통해 PD로부터의 광신호를 FD로 전달하는 Tx가 형성되어 있으며, Tx와 PD가 오버랩되는 부분에서 n-영역의 일부영역에 n-영역보다 고농도인 n+영역(F)이 형성되어 있다.Referring to FIGS. 5A and 5B, an N-type PD region (n-region) is formed under the P-type substrate, and extends from the surface of the substrate to the n-region to form the P-type PD region (P0 region). ) Is formed to form a PD, and an N-type FD (n +) is formed on a substrate spaced apart from the PD, and the optical signal from the PD is overlapped at one end of the PD and one end of the FD through on-off operation. Tx is formed to transfer F to the FD, and a higher concentration n + region (F) than the n- region is formed in a portion of the n- region where Tx and PD overlap.

여기서, n+영역(F)은 PD와 오버랩되는 부분의 중앙에 형성되는 것이 바람직하며, FD는 기판 표면으로부터 하부로 확장되어 형성된 고농도의 N형 불순물 영역(n+)이며, Tx는 폴리실리콘 등의 전도성 물질을 포함한다.Herein, the n + region F is preferably formed at the center of the portion overlapping with the PD, and the FD is a high concentration N-type impurity region n + formed extending from the substrate surface downward, and Tx is a conductive material such as polysilicon. Contains substances.

상기한 구성을 갖는 이미지센서의 동작을 살펴본다.It looks at the operation of the image sensor having the above configuration.

Tx 하부에서는 상술한 바와 같이 그 중앙부(X)에서의 전기장이 가장 세게 나타난다. 따라서, 그 중앙부에 돌출부를 형성하는 것이 가장 바람직하며, 종래의 경우 PD의 최대전위가 위치하는 곳이 PD와 Tx의 경계에서 멀어 Tx를 구동시키기 위한 전압이 점차 작아질 수록 Tx의 온이 어렵게 되는 바, 최대 전위 지점이 위치하는 Tx와 PD 경계부의 중앙부에 고농도의 n+영역을 갖도록 하면, 그 n+ 영역에서 최대 전위가 되어 Tx와 PD 최대 전위 지점과 거리가 가까워져 매우 쉽게 Tx의 턴 온이될 수 있다. 그 중앙부를 따르는 전위 분포에서 도시된 것처럼 PD 영역의 최대 전위 지점과 PD와 Tx의 경계부의 거리가 점차로 짧아 지면서 Tx의 온이 더 쉬워지게 된다.In the lower part of Tx, as described above, the electric field at the central part X appears to be the strongest. Therefore, it is most preferable to form a protrusion at the center thereof. In the conventional case, the position where the maximum potential of the PD is located is far from the boundary between the PD and the Tx, and as the voltage for driving the Tx becomes smaller, it becomes more difficult to turn on the Tx. Bars have a high concentration n + region at the center of the Tx and PD boundary where the maximum potential point is located, which becomes the maximum potential in the n + region, so that the distance between the Tx and PD maximum potential points is close and Tx can be turned on very easily. have. As shown in the dislocation distribution along the center portion, the distance of the maximum potential point of the PD region and the boundary between the PD and Tx gradually becomes shorter, so that the on of Tx becomes easier.

또한, n+영역(F)에서의 전기장(E)은 돌출되지 않은 부분에 비해 더 세지게 되므로, PD에 모아진 전자는 n+영역(F)로 빠르게 모이게 되어 FD로 전송되게 되므로, PD에서 FD로의 전하운송효율이 증가하게 된다.In addition, since the electric field E in the n + region F becomes stronger than the non-protruding portion, the electrons collected in the PD are quickly collected in the n + region F and transferred to the FD, so that the charge from the PD to the FD is increased. Transportation efficiency is increased.

이는 PD와 Tx가 오버랩되는 부분에서 그 중앙에 n-영역 형성시 사용하는 이온주입 에너지 예컨대, 160KeV 내지 200KeV 정도의 이온주입 에너지 및 1.0E11/㎠ 내지 9.0E13/㎠ 농도의 N형 불순물을 이용하여 형성하는 것으로 n-영역에 추가의 이온주입이 가해지므로 'F' 영역은 n+농도를 갖게 된다.The ion implantation energy used to form the n-region at the portion where PD and Tx overlap is used, for example, by using ion implantation energy of about 160KeV to 200KeV and N-type impurities of 1.0E11 / cm 2 to 9.0E13 / cm 2 concentration. As a result, additional ion implantation is applied to the n- region so that the 'F' region has n + concentration.

이는 이미지센서 제조시 'F' 영역에 이온주입을 실시하기 위한 별도의 이온주입 마스크를 필요로 하나, 경사(Tilt) 이온주입를 통해 n-영역에서의 전위구배를 향상시키는 효과를 전위가 센 한 지점에 집중시킬 수 있도록 한 것으로 경사 이온주입에 비해 탁월한 효과를 기대할 수 있게 된다.This requires a separate ion implantation mask to perform ion implantation in the 'F' region when manufacturing the image sensor, but the point where the potential is significant to improve the potential gradient in the n-region through tilt ion implantation. In order to focus on this, excellent effects can be expected compared to gradient ion implantation.

상기한 바와 같이 이루어지는 본 발명은, Tx의 구조 또는 Tx의 하부 기판 중 PD 또는 FD와 오버랩되는 경계에서의 전위를 변화시킴으로써, 전자를 한 곳으로 집중시켜 전하운송효율을 높일 수 있음을 실시예를 통해 알아보았다.According to the present invention made as described above, by changing the potential at the boundary overlapping PD or FD in the structure of Tx or the lower substrate of Tx, the electrons can be concentrated in one place to increase the charge transport efficiency. Learned through

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

상술한 본 발명은, 전하운송효율을 향상시킬 수 있어, 궁극적으로 이미지센서의 성능을 크게 향상시킬 수 있는 탁월한 효과를 기대할 수 있다.The present invention described above can improve the charge transport efficiency, and ultimately can expect an excellent effect that can greatly improve the performance of the image sensor.

Claims (10)

이미지센서에 있어서,In the image sensor, 기판에 형성된 포토다이오드;A photodiode formed on the substrate; 상기 포토다이오드와 이격되는 위치의 상기 기판에 형성된 센싱확산영역; 및A sensing diffusion region formed on the substrate at a position spaced apart from the photodiode; And 상기 포토다이오드의 일단과 상기 센싱확산영역의 일단에 각각 오버랩되어 온-오프 동작을 통해 상기 광신호를 상기 센싱확산영역으로 전달하는 게이트전극을 구비하며,A gate electrode overlapping one end of the photodiode and one end of the sensing diffusion region to transfer the optical signal to the sensing diffusion region through an on-off operation; 상기 게이트전극은 상기 센싱확산영역과 오버랩되는 부분에서 일부영역에 홈이 형성된 이미지센서.The gate electrode has an image sensor having a groove formed in a portion of the gate electrode overlapping the sensing diffusion region. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 일부영역과 오버랩되는 부위의 상기 반도체기판에 형성되며, 상기 센싱확산영역에 비해 저농도인 불순물영역을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서.And an impurity region formed on the semiconductor substrate at a portion overlapping with the partial region, the impurity region having a lower concentration than the sensing diffusion region. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 일부영역은 상기 센싱확산영역과 오버랩되는 부분의 중앙에 형성된 것을 특징으로 하는 이미지센서.And the partial region is formed at the center of a portion overlapping with the sensing diffusion region. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 포토다이오드는,The photodiode, 제1도전형의 상기 기판 하부에 형성된 제2도전형의 제1포토다이오드영역; 및A first photodiode region of a second conductive type formed under the substrate of a first conductive type; And 상기 기판 표면으로부터 상기 제1포토다이오드영역으로 확장되어 형성된 제1도전형의 제2포토다이오드영역을 포함하며,A second photodiode region of a first conductivity type formed extending from the substrate surface to the first photodiode region; 상기 센싱확산영역은,The sensing diffusion region, 상기 기판 표면으로부터 하부로 확장되어 형성된 고농도의 제2도전형이며,It is a high concentration second conductive type formed extending from the surface of the substrate, 상기 게이트전극은,The gate electrode, 폴리실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서.An image sensor comprising polysilicon. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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