KR101174053B1 - 고체 촬상 소자 및 전자 정보 기기 - Google Patents

고체 촬상 소자 및 전자 정보 기기 Download PDF

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Abstract

본 발명의 고체 촬상 소자는 일 도전형 반도체 기판; 일 도전형 반도체 기판 상에 형성된 타 도전형 웰 영역; 타 도전형 웰 영역 상에 형성되며, 완전한 전하 전송을 위해 연속적으로 상이한 불순물 농도를 가진 복수의 일 도전형 영역으로 구성된 포토다이오드부; 포토다이오드부로부터의 신호 전하를 판독할 수 있는 일 도전형 드레인 영역; 및 일 도전형 드레인 영역과 포토다이오드부 사이의 기판 위에 형성된 전송 게이트를 포함한다.

Description

고체 촬상 소자 및 전자 정보 기기{SOLID-STATE IMAGE CAPTURING ELEMENT AND ELECTRONIC INFORMATION DEVICE}
본 정규출원은 2009년 3월 17일자로 출원된 일본특허출원 제2009-065317호에 대해 35 U.S.C. §119(a) 에 따라 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 여기에 참조에 의해 포함된다.
본 발명은 피사체로부터의 화상광에 대해 광전 변환을 수행하여 촬상하는 반도체 소자로 구성된 MOS 고체 촬상 소자와 같은 고체 촬상 소자, 및 그 고체 촬상 소자를 화상 입력 디바이스로서 촬상부에 이용한 디지털 카메라 (예를 들어, 디지털 비디오 카메라 또는 디지털 스틸 카메라), 화상 입력 카메라 (예를 들어, 감시 카메라), 스캐너, 팩시밀리 머신, 텔레비전 전화 장치 및 카메라 장착 휴대 전화 장치와 같은 전자 정보 기기에 관한 것이다.
이 종류의 종래의 MOS 고체 촬상 소자는 저전력 소비로 단일 전원에 의해 구동될 수 있으며, 이로써 CCD 고체 촬상 소자에 비하여 경제적으로 훨씬 더 이롭다. 그러나, MOS 고체 촬상 소자는 낮은 전원 전압 때문에 전송 게이트 하에 작은 전위 변조를 갖는다. 이 사실 때문에, MOS 고체 촬상 소자는 입사광에 대해 광전 변환을 수행하여 신호 전하를 생성하는 수광부의 포토다이오드 (PD) 로부터 플로팅 디퓨전 (FD) 으로의 신호 전하의 완전한 전하 전송에 있어서 어려움이 되는 문제를 갖고 있다.
이 문제를 해결하기 위하여, 특허문헌 1 은 전송 게이트 하에 채널 구성층을 제공하여 전위 변조도의 제어성을 향상시키고, 이로써 완전한 전하 전송을 실현시키는 방법을 제안한다.
도 12 는 특허문헌 1 에 개시된 종래의 고체 촬상 소자의 중요 부분의 구성예를 개략적으로 나타낸 종단면도이다.
도 12 에 있어서, 종래의 고체 촬상 소자 (100) 는 실리콘 기판 (101) 상에 형성되는, 예를 들어 P 형 불순물이 확산된 웰 영역 (102) 을 포함한다. 이 웰 영역 (102) 의 불순물 농도는 E15 (E15 는 10 의 15 승이다) 정도만큼 낮다. 이 웰 영역 (102) 내에 포토다이오드 (103) 로서 N 형 불순물이 주입되어 N 형 영역 (103a) 이 형성된다. 이 N 형 영역 (103a) 상에는 보호를 위해 P+ 표면층 (103b) 이 형성된다. 포토다이오드 (103) 는 N 형 영역 (103a) 과 P+ 표면층 (103b) 으로 구성된다.
포토다이오드 (103) 바로 옆에 면방향으로 소정 거리의 웰 영역 (102) 을 개재하여 N 형 불순물의 주입에 의해 검출 노드부 (104) 가 형성된다. 검출 노드부 (104) 와 N 형 영역 (103a) 사이의 기판 상에는 신호를 축적 및 판독하는 판독 트랜지스터를 구성하는 전송 게이트 (105) 가 형성된다. 전송 게이트 (105) 는 N 형 영역 (103a) 과 검출 노드부 (104) 에 걸치는 배치 구성을 가지며, 이로써 검출 노드부 (104) 를 드레인 영역으로서, N 형 영역 (103a) 을 소스 영역으로서 갖는 MOS 트랜지스터를 구성한다. 이러한 MOS 트랜지스터는 N 형 영역 (103a) 에서 생성되는 신호 전하 (X) 를 게이트 전극 (105) 의 전압을 제어함으로써 검출 노드부 (104) 를 향하여 흐르게 할 수 있다. 예를 들어 증폭 트랜지스터의 게이트가 검출 노드부 (104) 에 접속되는 경우에는, 전송 게이트 (105) 의 제어에 의해 포토다이오드 (103) 로부터의 신호 전하 (X) 가 검출 전압으로서 증폭 트랜지스터의 게이트에 제공될 수 있다.
또한, 포토다이오드 (103) 로부터 전송 게이트 (105) 하를 통하여 검출 노드부 (104) 까지인 소자 영역을 단위 화소 영역으로서 둘러싼 기판에는 소자들을 분리하기 위한 채널 스탑 영역 (106) 이 형성된다. 또한, 전송 게이트 (105) 하의 채널 영역과 검출 노드부 (104) 의 상부면 영역에는 전송 게이트 (105) 와 검출 노드부 (104) 의 임계값을 설정하기 위해 채널 임플란트 (N 형 관통 채널층 (107)) 가 형성된다.
여기에서는 소자 분리 영역을 채널 스탑 영역 (106) (고농도 P 형 층) 으로서 정의한다; 그러나, 소자 분리 영역은 두꺼운 산화막층인 LOCOS (Local Oxidation of Silicon) 영역에 의해 분리될 수도 있다. 도 12 에서는, 채널 스탑 영역 (106) 을 고농도 P 형 층으로 나타낸다.
N 형 영역 (103a) 에서의 불순물의 농도는 웰 영역 (102) 의 불순물 농도와 P+ 표면층 (103b) 의 불순물 농도 사이의 중간 레벨에 있다. 또한, N 형 영역 (103a) 에, 포토다이오드 (103) 에서 생성되는 신호 전하를 축적할 필요가 있기 때문에, 그 신호 전하를 양의 전위로 설정할 필요가 있다. 그러나, 그렇게 하면분명 N 형 영역 (103a) 의 표면 (상부면) 까지 공핍층의 연장이 야기될 것이다. 공핍층이 N 형 영역 (103a) 의 표면 (상부면) 에 도달하는 경우, 리크 전류가 증가한다. 이는 어두운 순간 동안 표시 이상 (display irregularity) 의 증가를 가져온다. 따라서, N 형 영역 (103a) 의 표면 (상부면) 상에 형성된 P+ 표면층 (103b) 의 불순물 농도를 가장 높게 설계할 필요가 있다.
이러한 P+ 표면층 (103b) 의 구성에 있어서, N 형 영역 (103a) 은 완전한 공핍에 의해 형성된다. 따라서, N 형 영역 (103a) 에서의 수광량에 대응하는 광전 변환에 의해 생성된 신호 전하 (X) 는 누설되지 않고 기판에 축적된다.
고농도 P+ 표면층 (103b) 은 반도체 제조 공정에서의 이온 주입 후의 열처리에 의해 분명 전송 게이트 (105) 아래까지 연장된다. 따라서, 일단 고농도 P+ 표면층 (103b) 이 전송 게이트 (105) 아래까지 연장되면, 고농도 P 영역에 의해, 전송 게이트 (105) 하의 채널층을 활성화시키기 위해 (도통 상태) 전송 게이트 (105) 에 소정 전압을 인가하여도, 전송 게이트 (105) 하의 전위를 증가시키는 것이 불가능해진다. 그 결과, 포토다이오드 (103) 로부터의 신호 전하 (X) 를 쉽게 판독하기가 매우 어려워진다.
또한, 저농도 P 형 웰 영역 (102) 에 의해, 전송 게이트 (105) 의 채널 길이 (L) 가 짧아지면, 소스 영역에 대응하는 N 형 영역 (103a) 과 드레인 영역에 대응하는 검출 노드부 (104) 로부터 공핍층이 연장되어 펀치-스루가 야기된다.
펀치-스루가 전송 게이트 (105) 에서 발생하면, 드레인 영역 (검출 노드부 (104)) 의 전위가 채널 전위를 변조하는 현상인 "채널 길이 변조 효과 (드레인 변조 효과)" 가 발생한다. 그 결과, 신호 광량과 전하 출력 특성의 선형성의 악화와 같은 문제가 발생한다.
따라서, 실리콘 기판 (101) 상에 형성된 P 형 웰 영역 (102); N 형 영역 (103a) 과 고농도 P+ 표면층 (103b) 으로 구성된 포토다이오드 (103); 포토다이오드 (103) 에 근접한 전송 게이트 (105); 및 전송 게이트 (105) 의 타측에 근접한 검출 노드부 (104) 를 포함하는 종래의 고체 촬상 소자 (100) 의 단위 셀 (단위 화소부) 에 있어서, P 형 웰 영역 (102) 보다 고농도의 P 형 배리어층 (108) 이 전송 게이트 (105) 하의 기판 내에 형성되고, 또한 N 형 영역 (103a), 및 N 형 영역 (103a) 에 근접한 전송 게이트 (105) 하에 형성되는 N 형 관통 채널층 (107) 이 포함되도록 구성된다.
즉, 채널 길이 변조 효과 (드레인 변조 효과) 또는 펀치-스루를 야기하지 않기 위하여, 여기서는 P 형 웰 영역 (102) 과 동일한 형이고 P 형 웰 영역 (102) 보다 고농도를 갖는 P 형 배리어층 (108) 이 전송 게이트 (105) 하에 제공되고, 또한 P 형 배리어층 (108) 이 N 형 영역 (103a) 과 검출 노드부 (104) 양자에 접속되는 방식으로 제공된다. 그 결과, N 형 영역 (103a) 과 검출 노드부 (104) 양자로부터 연장하는 공핍층이 억압될 수 있다. 또한, 고농도 P 형 배리어층 (108) 의 영향 때문에, N 형 영역 (103a) 의 신호 전하를 판독할 수 없을 가능성이 있다. 대책으로서, P 형 배리어층 (108) 의 상부측에 채널 형성층 (109) 을 제공한다. 그 채널 형성층 (109) 은 P 형 배리어층 (108) 의 상부측에 위치되고 그 일부가 N 형 영역 (103a) 으로부터 전송 게이트 (105) 아래까지 돌출되도록 형성된다. 채널 형성층 (109) 의 공간은 좁으며, 그것은 전송 게이트 (105) 아래의, 그리고 또한 N 형 영역 (103a) 내의 기판의 일부에서의 근접 위치를 점유한다.
상기 설명한 바와 같은 구성으로 인해, 채널 형성층 (109) 은 신호 판독 경로 (110) 의 일부로서의 역할을 하며, 이로써 신호 판독 경로 (110) 를 보호한다. 따라서, N 형 영역 (103a) 에서 생성되는 신호 전하 (X) 는 채널 형성층 (109) 으로부터 N 형 관통 채널층 (107) 을 따라 검출 노드부 (104) 를 향하여 판독된다.
도 13 은 특허문헌 2 에 개시된 종래의 고체 촬상 소자의 중요 부분의 구성예를 개략적으로 나타낸 종단면도이다.
도 13 에 있어서, 종래의 고체 촬상 소자 (200) 는 그의 단위 화소부 (200a) 로서, N 형 반도체 기판 (201) 상에 형성된 P 형 웰 영역 (202); N 형 불순물 영역 (203a) 과 그 N 형 불순물 영역 (203a) 의 표면측 상의 고농도 P+ 표면층 (203b) 으로 구성된 포토다이오드 (203); 포토다이오드 (203) 에 축적된 신호 전하를 전송하는 전송 게이트 (204); 및 N 형 불순물 영역으로 구성된 판독 영역 (205) 을 포함한다. N 형 불순물 영역 (203a) 아래로부터 판독 영역 (205) 까지 연장하는 저농도 N 형 불순물 영역 (206) 이 제공된다. 또한, 전송 게이트 (204) 하방 위치에 P 형 불순물 영역 (207) 이 형성된다. 208 은 소자들을 분리하기 위한 LOCOS 산화막 영역을 나타내고, 209 는 게이트 산화막층을 나타낸다.
특허문헌 1 : 일본 공개특허공보 평11-284166호
특허문헌 2 : 일본 공개특허공보 제2003-31787호
상기 설명된 종래의 고체 촬상 소자들 (100 및 200) 에 의해 요구된 성능으로서, 고감도와 넓은 동적 범위가 언급될 수 있다. 이 감도는 수광 감도를 지칭하는 것으로, 단위 광량당 얼마나 많은 출력이 획득될 수 있는지를 나타내는 지표이고 집광 효율과 광전 변환 효율에 의해 결정된다. 또한, 고감도를 위해서는 가능한 넓은 면적에 집광하고 광전 변환을 효율적으로 수행할 수 있는 구조가 필요하다. 한편, 동적 범위는 신호의 재현 능력을 나타내는 수치를 지칭하는 것으로, 출력 신호의 최소값과 최대값의 비율, 즉 가장 밝은 부분과 가장 어두운 부분의 비율을 나타낸다. 동적 범위가 넓어질수록 분명한 명암을 가진 선명한 화상이 표시될 수 있다. 동적 범위는 최대 축적 전자수 및 잡음 레벨에 의해 결정되기 때문에, 넓은 동적 범위를 실현하기 위해서는 포토다이오드 면적을 넓힐 필요가 있다. MOS 고체 촬상 소자는 저전력 전압을 갖고, 따라서 전송 게이트 하에 작은 전위 변조를 갖는다. 상기 설명된 성능을 만족하기 위해 MOS 고체 촬상 소자가 넓은 포토다이오드 면적을 포함할 경우, 전하를 전송하기 위한 거리가 멀어지고 포토다이오드의 완전한 공핍이 어려워진다. 그 결과, 종래의 고체 촬상 소자들 (100 및 200) 의 경우에는 완전한 전하 전송이 가능하지 않을 수도 있다.
더 상세하게는, 휴대 전화 장치에 장착된 카메라의 경우 화소 사이즈가 2×2㎛ 이지만, 차량 내에나 현관에 탑재된 감시 카메라 및 텔레비전 전화 장치용으로 이용된 IP 카메라의 경우, 이러한 카메라가 주로 비디오 촬영을 하고 감도와 넓은 동적 범위를 실현할 필요가 있기 때문에 화소 사이즈를 6×6㎛ 로 확대하여 포토다이오드 면적을 넓힐 필요가 있다.
본 발명은 상기 설명된 종래의 문제들을 해결하도록 의도된다. 본 발명의 목적은 넓은 포토다이오드 면적을 갖더라도 완전한 전하 전송을 쉽게 수행할 수 있는 고체 촬상 소자; 및 그 고체 촬상 소자를 화상 입력 디바이스로서 촬상부에 이용한 차량 탑재 후방 감시 카메라 및 텔레비전 전화 카메라와 같은 전자 정보 기기를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 고체 촬상 소자는 일 도전형 반도체 기판; 일 도전형 반도체 기판 상에 형성된 타 도전형 웰 영역; 타 도전형 웰 영역 상에 형성되며, 완전한 전하 전송을 위해 연속적으로 상이한 불순물 농도를 가진 복수의 일 도전형 영역으로 구성된 포토다이오드부; 포토다이오드부로부터의 신호 전하를 판독할 수 있는 일 도전형 드레인 영역; 및 일 도전형 드레인 영역과 포토다이오드부 사이의 기판 위에 형성된 전송 게이트를 포함하여, 상기 설명된 목적을 달성한다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 고체 촬상 소자에 있어서, 포토다이오드부를 구성하는 복수의 일 도전형 영역은 전송 게이트에 근접한 제 1 일 도전형 영역; 제 1 일 도전형 영역의 그 전송 게이트측을 제외하고 외측을 커버하는 제 2 일 도전형 영역,..., 및 제 (n-1) 일 도전형 영역의 그 전송 게이트측을 제외하고 외측을 커버하는 제 n 일 도전형 영역을 포함하는, n (n 은 2 이상의 자연수이다) 단계의 불순물 농도 영역으로 구성된다.
또한, 바람직하게는, 본 발명에 따른 고체 촬상 소자에 있어서, 복수의 일 도전형 영역 각각은 전송 게이트로부터의 거리에 따라 단계적으로 및 연속적으로 더 낮은 일 도전형 불순물 농도를 갖는다.
또한, 바람직하게는, 본 발명에 따른 고체 촬상 소자에 있어서, 복수의 일 도전형 영역 각각은 전송 게이트로 향하는 거리에 따라 단계적으로 및 연속적으로 더 높은 일 도전형 불순물 농도를 갖는다.
또한, 바람직하게는, 본 발명에 따른 고체 촬상 소자에 있어서, 포토다이오드부를 구성하는 복수의 일 도전형 영역에서, 전송 게이트 아래의 전하 전송 경로측을 향하여 단계적으로 또는 연속적으로 전위 경사가 제공된다.
또한, 바람직하게는, 본 발명에 따른 고체 촬상 소자에 있어서, 제 n 일 도전형 영역은 기판면 방향으로 외측 상의 제 (n-1) 일 도전형 영역을 커버한다.
또한, 바람직하게는, 본 발명에 따른 고체 촬상 소자에 있어서, 제 n 일 도전형 영역은 기판 깊이 방향으로 외측 상의 제 (n-1) 일 도전형 영역을 커버한다.
또한, 바람직하게는, 본 발명에 따른 고체 촬상 소자에 있어서, 제 n 일 도전형 영역은 기판면 방향과 기판 깊이 방향 양자로 외측 상의 제 (n-1) 일 도전형 영역을 커버한다.
또한, 바람직하게는, 본 발명에 따른 고체 촬상 소자에 있어서, 포토다이오드부가 제 1 일 도전형 영역 및 제 2 일 도전형 영역으로 구성되는 경우, 제 1 일 도전형 영역의 불순물 농도 N 은 N = 5×1016 내지 1×1017㎝-3 로서 설정되고, 제 2 일 도전형 영역의 불순물 농도 N-- 는 N-- = 1×1014㎝-3 로서 설정된다.
또한, 바람직하게는, 본 발명에 따른 고체 촬상 소자에 있어서, 포토다이오드부가 제 1 일 도전형 영역 및 제 2 일 도전형 영역으로 구성되는 경우, 제 1 일 도전형 영역의 불순물 농도 N 은 N = 5×1016 내지 1×1017㎝-3 로서 설정되고, 제 2 일 도전형 영역의 불순물 농도 N- 는 N- = 1×1015 내지 1×1016㎝-3 로서 설정된다.
또한, 바람직하게는, 본 발명에 따른 고체 촬상 소자에 있어서, 포토다이오드부가 제 1 일 도전형 영역, 제 2 일 도전형 영역 및 제 3 일 도전형 영역으로 구성되는 경우, 제 1 일 도전형 영역의 불순물 농도 N 은 N = 5×1016 내지 1×1017㎝-3 로서 설정되고, 제 2 일 도전형 영역의 불순물 농도 N- 는 N- = 1×1015 내지 1×1016㎝-3 로서 설정되며, 제 3 일 도전형 영역의 불순물 농도 N-- 는 N-- = 1×1014㎝-3 로서 설정된다.
또한, 바람직하게는, 본 발명에 따른 고체 촬상 소자에 있어서, 포토다이오드부가 제 1 일 도전형 영역, 제 2 일 도전형 영역, 제 3 일 도전형 영역 및 제 4 일 도전형 영역으로 구성되는 경우, 제 1 일 도전형 영역의 불순물 농도 N 은 N = 5×1016 내지 1×1017㎝-3 로서 설정되고, 제 2 일 도전형 영역의 불순물 농도 N1- 는 N1- = 5×1015 내지 1×1016㎝-3 로서 설정되고, 제 3 일 도전형 영역의 불순물 농도 N2- 는 N2- = 5×1014 내지 1×1015㎝-3 로서 설정되며, 제 4 일 도전형 영역의 불순물 농도 N-- 는 N-- = 1×1014㎝-3 로서 설정된다.
또한, 바람직하게는, 본 발명에 따른 고체 촬상 소자에 있어서, 포토다이오드부의 사이즈는 3×3㎛ 와 10×10㎛ 사이이다.
또한, 바람직하게는, 본 발명에 따른 고체 촬상 소자에 있어서, 전송 게이트로부터 가장 멀리 떨어져 있는 포토다이오드부의 일 도전형 영역의 불순물 농도는 일 도전형 반도체 기판의 불순물 농도와 동일하다.
또한, 바람직하게는, 본 발명에 따른 고체 촬상 소자에 있어서, 포토다이오드부를 구성하는 복수의 일 도전형 영역을 형성하기 위해 2 종류 이상의 불순물 이온이 이용된다.
또한, 바람직하게는, 본 발명에 따른 고체 촬상 소자에 있어서, 포토다이오드부를 구성하는 복수의 일 도전형 영역 중, 전송 게이트에 더 근접한 영역들 중 일 영역에 비소와 인이 불순물 이온으로서 주입되고, 전송 게이트로부터 더 멀리 떨어져 있는 영역들 중 일 영역에 인만이 불순물 이온으로서 주입된다.
또한, 바람직하게는, 본 발명에 따른 고체 촬상 소자는 포토다이오드부를 매립하는 방식으로 포토다이오드부 위에 형성된 타 도전형 고농도 표면층을 더 포함한다.
또한, 바람직하게는, 본 발명에 따른 고체 촬상 소자에 있어서, 일 도전형 드레인 영역과 포토다이오드부 사이에 타 도전형 배리어층이 형성되며, 그 타 도전형 배리어층 위에 전송 게이트가 형성된다.
본 발명에 따른 전자 정보 기기는 본 발명에 따른 고체 촬상 소자를 화상 입력 디바이스로서 촬상부에 이용하며, 이로써 상기 설명된 목적을 달성한다.
상기 설명된 구성을 갖는 본 발명의 기능이 이하 설명될 것이다.
본 발명에 따른 고체 촬상 소자는 일 도전형 반도체 기판; 일 도전형 반도체 기판 상에 형성된 타 도전형 웰 영역; 타 도전형 반도체 기판 상에 형성된, 완전한 전하 전송을 위해 연속적으로 상이한 불순물 농도를 가진 복수의 일 도전형 영역으로 구성된 포토다이오드부; 포토다이오드부로부터의 신호 전하를 판독할 수 있는 일 도전형 드레인 영역; 및 일 도전형 드레인 영역과 포토다이오드부 사이의 기판 위에 형성된 전송 게이트를 포함한다.
따라서, 포토다이오드부에서 단계적으로 변화하는 불순물 농도의 복수의 불순물 영역으로 인해, 전위 경사가 전송 게이트에 근접하게 될수록 불순물 농도가 단계적으로 연속적으로 증가하는 방식으로, 전송 게이트를 향하여 전위 경사가 제공된다. 따라서, 입사광에 대한 광전 변환에 의해 획득된 신호 전하를 더 강한 전위를 가진 쪽, 즉, 포토다이오드의 전송 게이트에 근접한 위치로 도중에 잔류하지 않고 이동시키는 것이 가능해진다. 그 결과, 주로 비디오 촬영을 하고 감도 및 넓은 동적 범위를 실현할 필요가 있는, 특히, 감시 카메라 및 텔레비전 전화 카메라용으로 이용된 IP 카메라의 경우 화소 사이즈를 종래의 미세한 2×2㎛ 사이즈에서 3×3㎛ 내지 10×10㎛ 사이즈로 변경하여 포토다이오드 면적을 넓히는 경우라도 완전한 전하 전송이 더 쉽게 수행될 수 있다.
상기 설명된 구성을 가진 본 발명에 의하면, 포토다이오드부에서 단계적으로 변화하는 불순물 농도의 복수의 불순물 영역으로 인해, 전위 경사가 전송 게이트에 근접하게 될수록 불순물 농도가 단계적으로 연속적으로 증가하는 방식으로, 전송 게이트를 향하여 전위 경사가 제공된다. 따라서, 포토다이오드 면적이 넓은 경우라도 완전한 전하 전송이 더 쉽게 수행될 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 이점들은 첨부 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명을 판독 및 이해하자마자 당업자에게 명백해질 것이다.
도 1 의 (a) 는 본 발명의 실시형태 1 에 따른 고체 촬상 소자의 단위 포토다이오드 구성예를 개략적으로 나타낸 평면도. 도 1 의 (b) 와 (c) 각각은 도 1 의 (a) 에서의 확대된 포토다이오드부의 평면도.
도 2 는 도 1 의 고체 촬상 소자의 선 A-A' 를 따른 종단면도.
도 3 은 실시형태 1 의 고체 촬상 소자에 있어서의 수평 방향 위치에 대한 불순물 프로파일을 개략적으로 나타낸 그래프.
도 4 는 실시형태 1 의 고체 촬상 소자의 수평 방향 위치에 대한 전위를 개략적으로 나타낸 그래프.
도 5 는 실시형태 1 의 고체 촬상 소자의 기판 깊이 방향 위치에 대한 불순물 프로파일을 개략적으로 나타낸 그래프.
도 6 은 실시형태 1 의 고체 촬상 소자의 기판 깊이 방향 위치에 대한 전위를 개략적으로 나타낸 그래프.
도 7 은 본 발명의 실시형태 2 에서의 고체 촬상 소자의 단위 포토다이오드의 구성예를 개략적으로 나타낸 평면도.
도 8 은 도 7 에서의 고체 촬상 소자의 선 B-B' 를 따른 종단면도.
도 9 는 본 발명의 실시형태 3 에서의 고체 촬상 소자의 단위 포토다이오드의 구성예를 개략적으로 나타낸 평면도.
도 10 은 도 9 에서의 고체 촬상 소자의 선 C-C' 를 따른 종단면도.
도 11 은 촬상부 내에 본 발명의 실시형태 1 내지 실시형태 3 중 임의의 실시형태에 따른 고체 촬상 소자를 포함하는 본 발명의 실시형태 4 의 전자 정보 기기의 구성예를 개략적으로 나타낸 블록도.
도 12 는 특허문헌 1 에 개시된 종래의 고체 촬상 소자의 중요 부분의 구성예를 개략적으로 나타낸 종단면도.
도 13 은 특허문헌 2 에 개시된 종래의 고체 촬상 소자의 중요 부분의 구성예를 개략적으로 나타낸 종단면도.
이하에, 본 발명의 고체 촬상 소자의 실시형태 1 내지 실시형태 3, 및 그 고체 촬상 소자를 화상 입력 디바이스로서 촬상부에 이용한 차량 탑재 후방 감시 카메라 및 텔레비전 전화 카메라와 같은 전자 정보 기기의 실시형태 4 가 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명될 것이다.
(실시형태 1)
도 1 의 (a) 는 본 발명의 실시형태 1 에 따른 고체 촬상 소자의 단위 포토다이오드 구성예를 개략적으로 나타낸 평면도이다. 도 2 는 도 1 에서의 고체 촬상 소자의 선 A-A' 를 따른 종단면도이다. 또한, 도 1 의 (b) 와 (c) 각각은 도 1 의 (a) 에서의 확대된 포토다이오드부의 평면도이다.
도 1 의 (a) 및 도 2 에서, 실시형태 1 의 고체 촬상 소자 (1) 는 N 형 실리콘 기판 (2) 상에 형성된 P 형 웰 영역 (3); P 형 웰 영역 (3) 상에 형성되고 후술되는 전송 게이트 (9) 를 향하여 증가하는 불순물 농도를 가진 복수의 N 형 영역 (여기서는 3 개의 영역) 으로 구성된 포토다이오드부 (4); 포토다이오드부 (4) 위에 형성되고, 암전류 (dark current) 를 감소시키기 위한 P+ 표면층인 P 형 고농도 표면층 (5); P 형 웰 영역 (3) 위에 형성된 P 형 웰 영역 (6) 내에 형성되는, 포토다이오드부 (4) 로부터의 신호 전하를 판독하기 위해 N 형 영역에 근접한 위치에 형성된 플로팅 디퓨전 (FD) 인 N 형 드레인 영역 (7) (FD 7); P 형 웰 영역 (3) 위에 형성된 P 형 웰 영역 (6) 내에 형성되고 N 형 드레인 영역 (7) 과 포토다이오드부 (4) 사이에 형성된 채널 영역을 제어할 수 있는 P 형 배리어층 (8); 및 P 형 배리어층 (8) 위에 게이트 절연막 (미도시) 을 개재하여 구비한 전송 게이트 (9) 를 포함한다.
포토다이오드부 (4) 는 높은 N 형 불순물 농도를 가진 전하 전송 게이트 근접 N 영역 (41); 중간의 N 형 불순물 농도를 가진, 전하 전송 게이트 근접 N 영역 (41) 의 외측 (전송 게이트 (9) 측을 제외) 을 커버하도록 제공된 N- 영역 (42); 및 낮은 N 형 불순물 농도를 가진, N- 영역 (42) 의 외측 (전송 게이트 (9) 측을 제외) 을 더욱 커버하도록 제공된 N-- 영역 (43) 을 포함하는, 연속적으로 변하는 불순물 농도를 가진 3 단계의 불순물 농도 영역으로 구성된다. N 형 불순물 농도의 크기는 N-- 〈 N- 〈 N 이다.
더 상세하게는, N 형 불순물 농도는 예를 들어 전하 전송 게이트 근접 N 영역 (41) 에서 N = 5×1016 내지 1×1017㎝-3 로서 설정되고, 예를 들어 N- 영역 (42) 에서 N- = 1×1015 내지 1×1016㎝-3 로서 설정되며, 예를 들어 N-- 영역 (43) 에서 N-- = 1×1014㎝-3 로서 설정된다. 또한, 상세하게는, 포토다이오드부 (4) 는 비소 (As) 와 인 (P) 이 불순물로서 이온 주입되는 전하 전송 게이트 근접 N 영역 (41); 그 외측 상에 인이 이온 주입되는 N- 영역 (42); 및 실리콘 기판 (2) 의 N 형 불순물 농도 (N--) 를 갖고 새로운 이온 주입을 갖지 않는 N-- 영역 (43) 으로 구성된다.
먼저, 도 1 의 (c) 에 나타낸 바와 같이 N- 영역 (42) 을 형성하기 위해 인 (P) 이온이 불순물로서 주입되고, 그 다음에 도 1 의 (b) 에 나타낸 바와 같이 전하 전송 게이트 근접 N 영역 (41) 을 형성하기 위해 비소 (As) 이온이 불순물로서 주입된다. 대안으로, 도 1 의 (c) 에 나타낸 바와 같이 N- 영역 (42) 을 형성하기 위해 인 (P) 이온이 불순물로서 주입된다. 3 번째의 N-- 영역 (43) 에서는 새로운 이온이 추가 주입되지 않으며, N 형 실리콘 기판 (2) 은 그대로 유지된다.
역으로, 도 1 의 (c) 에 나타낸 바와 같이 N- 영역 (42) 을 형성하기 위해 비소 (As) 이온을 불순물로서 주입한 다음에, 도 1 의 (b) 에 나타낸 바와 같이 전하 전송 게이트 근접 N 영역 (41) 을 형성하기 위해 인 (P) 이온을 불순물로서 주입하는 것이 또한 가능하다. 대안으로, 도 1 의 (b) 에 나타낸 바와 같이 전하 전송 게이트 근접 N 영역 (41) 을 형성하기 위해 인 (P) 이온을 불순물로서 주입한 다음에, 도 1 의 (c) 에 나타낸 바와 같이 N- 영역 (42) 을 형성하기 위해 비소 (As) 이온을 불순물로서 주입하는 것이 또한 가능하다. 그러나, N 형 불순물인 비소 (As) 는 이온 주입 후에 인 (P) 에 비하여 확산이 어려운 반면, N 형 불순물인 인 (P) 은 비소 (As) 에 비하여 확산이 쉽다. 따라서, 신호 전하의 축적 용량을 결정하는 전위가 가장 강한 전하 전송 게이트 근접 N 영역 (41) 에 비소 (As) 이온을 주입하고, 더 넓은 영역에 고르게 이온을 확산시키기 위해 N- 영역 (42) 에 인 (P) 을 주입하는 것이 더 바람직하다.
한편, 전하 전송 게이트 근접 N 영역 (41) 과, P 형 배리어층 (8) 을 개재하여 전하 전송 게이트 근접 N 영역 (41) 에 대향한 플로팅 디퓨전 (FD) 인 N 형 드레인 영역 (7) 의 N+ 불순물 농도는 예를 들어 1×1018 내지 1×1019㎝-3 의 고농도이다.
또한, 단위 화소 영역으로서 소자 분리를 위해, 포토다이오드부 (4) 와 전송 게이트 (9) 하의 P 형 배리어층 (8) 을 개재한 검출 노드 (7) (FD 7) 사이의 소자 영역을 둘러싸는 기판면 측 상에는 채널 스탑 영역인 P 형 소자 분리 영역 (10) 및 소자 분리 절연 영역 (11) 이 형성된다.
도 3 은 실시형태 1 의 고체 촬상 소자 (1) 에서의 수평 방향 위치 (기판면 방향 위치) 에 대한 불순물 프로파일을 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 3 에 나타낸 바와 같이, 포토다이오드부 (4) 는 불순물 농도가 전송 게이트 (9) 로부터의 거리에 따라 낮아지도록 단계적으로 제공되는 전하 전송 게이트 근접 N 영역 (41), N- 영역 (42) 및 N-- 영역 (43) 을 포함한다. 포토다이오드 (4) 의 일단 상의 N-- 영역 (43) 의 N 형 불순물 농도는 N 형 실리콘 기판 (2) 의 불순물 농도와 동일하다. 전술한 바와 같이, 불순물 이온 주입이 P 형 웰 영역 (3) 을 형성하기 위해 P 형 웰 영역 (3) 의 영역에 수행되더라도, N-- 영역 (43) 의 영역은 불순물 이온 주입이 수행되지 않은 N 형 실리콘 기판 (2) 의 영역과 동일하게 유지된다.
도 4 는 실시형태 1 의 고체 촬상 소자 (1) 의 수평 방향 위치에 대한 전위를 개략적으로 나타낸 그래프이다.
불순물 농도가 N-- 영역 (43) 에서 N- 영역 (42), 또한 전하 전송 게이트 근접 N 영역 (41) 까지, 전송 게이트 (9) 에 근접하게 될수록 단계적으로 및 연속적으로 증가되기 때문에, 도 4 에 나타낸 바와 같이 전송 게이트 (9) 를 향하여 기판면 방향으로 전위 경사가 제공된다. 따라서, 입사광에 대한 광전 변환에 의해 획득된 신호 전하는 더 강한 전위, 즉 포토다이오드 (4) 의 전송 게이트 (9) 에 근접한 위치로 도중에 잔류하지 않고 이동될 수 있다. 따라서, 특히 감시 카메라 및 텔레비전 전화 장치용으로 이용된 IP 카메라의 경우, 이러한 카메라가 주로 비디오 촬영을 하고 감도 및 넓은 동적 범위를 실현할 필요가 있기 때문에 화소 사이즈를 6×6㎛ 로 확대하여 포토다이오드 면적을 넓히더라도, 완전한 전하 전송이 더 쉽게 수행될 수 있다.
한편, 종래의 특허문헌 1 및 특허문헌 2 에서와 같이, 단지 전하 전송 게이트 근접 N 영역 (41) 만이 제공되고 불순물 농도가 변하지 않는 경우에 있어서, 2 점 쇄선은 도 4 의 좌측 (전송 게이트에서 떨어져 있는 방향) 을 향하여 잠시 동안 평탄하게 연장하고, 그 후에 그 선은 전송 게이트 (9) 하의 전위 곡선 (전송 게이트 오프 시) 과 유사하게 상향 이동한다. 이 경우에, 포토다이오드 면적이 비교적 넓은 경우, 신호 전하는 전위가 평탄한 부분에 남아 있고 완전한 전하 전송이 실현될 수 없다. 요약하면, 특허문헌 1 및 특허문헌 2 가 완전한 전하 전송에 방해가 될 수 있는 전송 게이트 바로 아래의 전위 배리어를 감소시키기 위한 방법을 제안하고 있지만, 이러한 방법은 포토다이오드 면적을 확대함으로써 야기되는 불량한 전하 전송에 대한 해결책일 수 없다. 한편, 실시형태 1 은 전술한 바와 같이 완전한 전하 전송을 용이하게 하는 포토다이오드 구성을 제안한다.
도 5 는 실시형태 1 의 고체 촬상 소자 (1) 의 기판 깊이 방향 위치에 대한 불순물 프로파일을 개략적으로 나타낸 그래프이다. 도 6 은 실시형태 1 의 고체 촬상 소자 (1) 의 기판 깊이 방향 위치에 대한 전위를 개략적으로 나타낸 그래프이다. 즉, 도 6 은 도 5 의 불순물 프로파일에 대한 전위를 나타낸 그래프이다.
도 6 에 나타낸 바와 같이, 기판의 상부측의 전하 전송 게이트 근접 N 영역 (41) 측을 향하여, 또는 P 형 웰 영역 (3) 에서 N-- 영역 (43) 으로, 또한 N- 영역 (42) 으로, 그리고 또한 전하 전송 게이트 근접 N 영역 (41) 으로의 기판 깊이 방향을 향하여 전위가 연속적으로 더 강해지도록 경사가 제공된다. 전위 경사에 의해, P 형 웰 영역 (3) 으로부터 신호 전하를 광범위하게 수집하는 것이 또한 가능하다. 즉, 신호 전하는 포토다이오드 (4) 의 전송 게이트 (9) 에 근접한 위치로, 포토다이오드 (4) 의 도중에 잔류하지 않고 보다 스무스하게 이동될 수 있으며, 따라서 특히 감시 카메라 및 텔레비전 전화 장치용으로 이용된 IP 카메라의 경우, 이러한 카메라가 주로 비디오 촬영을 하고 감도 및 넓은 동적 범위를 실현할 필요가 있기 때문에 화소 사이즈를 6×6㎛ 로 확대하여 포토다이오드 면적을 넓히더라도, 포토다이오드 (4) 로부터 완전한 전하 전송이 더 쉽게 수행될 수 있다.
상기 설명한 바와 같이, 실시형태 1 의 고체 촬상 소자 (1) 에서의 포토다이오드부 (4) 는 3 단계의 불순물 농도, N, N- 및 N-- 로 구성되며, 전송 게이트 (9) 에 근접한 쪽이 가장 높은 불순물 농도를 갖는다. N 형 불순물 농도의 크기는 N-- 〈 N- 〈 N 〈 N+ 이다. 한편, 전위는 전송 게이트 (9) 를 향하여 더 강해지고, 전송 게이트 (9) 의 측벽에 근접한 위치가 가장 강한 전위를 가진 포인트이다. 더 넓은 포토다이오드 (4) 에서 광전 변환이 수행되는 신호 전하는 이 포인트에 수평 방향 (기판면 방향) 및 수직 방향 (기판 깊이 방향) 으로 스무스하게 수집되며, 포토다이오드 (4) 로부터의 수집된 신호 전하에 대해 완전한 전하 전송이 수행된다.
상기 설명한 바와 같이, 전위는 전송 게이트 (9) 측을 향하여 더 강해지며, 전송 게이트 (9) 의 측벽에 근접한 위치가 가장 강한 전위를 가진 포인트가 된다. 따라서, 고감도 및 넓은 동적 범위를 실현하기에 충분한 포화 전자의 수를 유지하기 위해 포토다이오드 (4) 가 넓은 면적을 가지더라도, 포토다이오드 (4) 에서 광전 변환이 수행되는 신호 전하는 전송 게이트 (9) 에 근접한 이 포인트에 포토다이오드 (4) 의 도중에 잔류하지 않고 스무스하게 수집되며, 포토다이오드 (4) 로부터 완전한 전하 전송이 쉽게 수행될 수 있다.
실시형태 1 에서, 고체 촬상 소자 (1) 는 N 형 반도체 기판 (2) 상에 형성된 P 형 웰 영역 (3); P 형 웰 영역 (3) 위에 형성되고 3 개의 N 형 영역 (전하 전송 게이트 근접 N 영역 (41), N- 영역 (42) 및 N-- 영역 (43)) 으로 구성된 포토다이오드부 (4); 포토다이오드부 (4) 의 N 형 영역에 근접한 위치에 형성된 N 형 드레인 영역 (7); N 형 드레인 영역 (7) 과 포토다이오드부 (4) 사이에 형성된 P 형 배리어층 (8); 및 P 형 배리어층 (8) 위에 제공된 전송 게이트 (9) 를 포함한다. 포토다이오드부 (4) 를 구성하는 3 개의 N 형 영역 (전하 전송 게이트 근접 N 영역 (41), N- 영역 (42) 및 N-- 영역 (43)) 은 전송 게이트 (9) 에 근접한 제 1 일 도전형 영역인 전하 전송 게이트 근접 N 영역 (41); 전하 전송 게이트 근접 N 영역 (41) 의 그 전송 게이트 (9) 측을 제외하고 외측을 커버하는 제 2 일 도전형 영역인 N- 영역 (42); 및 N- 영역 (43) 의 그 전송 게이트 (9) 측을 제외하고 외측을 커버하는 제 3 일 도전형 영역인 N-- 영역 (43) 을 포함하는, 3 단계의 불순물 농도 영역으로 구성된다. N 형 영역 각각은 전송 게이트 (9) 로부터의 거리에 따라 더 낮은 N 형 불순물 농도를 갖도록 설정된다. 상기 설명한 바와 같이, 포토다이오드부 (4) 는 여기서 3 개의 불순물 농도 영역으로 구성되지만, 포토다이오드부 (4) 는 n (n 은 2 이상의 자연수를 나타낸다) 단계의 불순물 농도 영역으로 구성될 수도 있다. 후속의 실시형태 2 에서는, 포토다이오드부 (4) 가 2 단계의 불순물 농도 영역으로 구성되는 경우를 설명할 것이다. 또한, 후속의 실시형태 3 에서는, 포토다이오드부 (4) 가 4 단계의 불순물 농도 영역으로 구성되는 경우를 설명할 것이다.
포토다이오드부 (4) 를 구성하는 n 개 (n 단계) 의 N 형 영역은 전송 게이트 (9) 에 근접한 제 1 일 도전형 영역; 제 1 일 도전형 영역의 그 전송 게이트 (9) 측을 제외하고 외측을 커버하는 제 2 일 도전형 영역, ..., 제 (n-1) 일 도전형 영역의 그 전송 게이트 (9) 측을 제외하고 외측을 커버하는 제 n 일 도전형 영역을 포함하는 n 단계의 불순물 농도 영역으로 구성되며, 여기서 N 형 영역 각각은 전송 게이트 (9) 로부터의 거리에 따라 더 낮은 N 형 불순물 농도를 갖도록 설정된다. 그 결과, 종래의 2×2㎛ 보다 더 큰 포토다이오드부 (4) 의 면적을 가지더라도 포토다이오드 (4) 로부터 완전한 전하 전송을 더 쉽게 수행하는 본 발명의 목적이 달성될 수 있다.
실시형태 1 에서는, 제 n 일 도전형 영역이 기판면 방향과 기판 깊이 방향 양자로 제 (n-1) 일 도전형 영역을 커버한다는 것이 설명된다. 그러나, 이에 대한 제한 없이, 제 n 일 도전형 영역이 단지 기판면 방향으로만 제 (n-1) 일 도전형 영역을 커버하는 경우나 제 n 일 도전형 영역이 단지 기판 깊이 방향으로만 제 (n-1) 일 도전형 영역을 커버하는 경우 중 어느 하나의 경우에 있어서, 넓게 제공된 포토다이오드 면적을 가지더라도 완전한 전하 전송을 수행하는 본 발명의 목적이 달성될 수 있다.
(실시형태 2)
상기 설명된 실시형태 1 에서는 포토다이오드부 (4) 가 3 개의 불순물 농도 영역으로 구성되지만, 실시형태 2 는 포토다이오드부가 2 단계의 불순물 농도 영역으로 구성되는 경우를 설명할 것이다.
도 7 은 본 발명의 실시형태 2 에서의 고체 촬상 소자의 단위 포토다이오드의 구성예를 개략적으로 나타낸 평면도이다. 도 8 은 도 7 에서의 고체 촬상 소자의 선 B-B' 에 따른 종단면도이다. 도 7 및 도 8 에 있어서, 도 1 및 도 2 에서의 구성요소와 동일한 작용 효과를 달성하는 구성요소는 동일한 참조 부호를 부가함으로써 설명된다.
도 7 및 도 8 에 있어서, 실시형태 2 의 고체 촬상 소자 (1B) 는 N 형 실리콘 기판 (2) 상에 형성된 P 형 웰 영역 (3); P 형 웰 영역 (3) 위에 형성되고 전송 게이트 (9) 를 향하여 증가하는 불순물 농도를 가진 후술되는 2 개의 N 형 영역들로 구성되는 포토다이오드부 (4B); 포토다이오드부 (4B) 위에 형성되고, 암전류를 감소시키기 위한 P+ 표면층인 P 형 고농도 표면층 (5); P 형 웰 영역 (3) 위에 형성된 P 형 웰 영역 (6) 내에 형성되는, 포토다이오드부 (4B) 로부터의 신호 전하를 판독하기 위해 N 형 영역에 근접한 위치에 형성된 플로팅 디퓨전 (FD) 인 N 형 드레인 영역 (7) (FD 7); P 형 웰 영역 (3) 위에 형성된 P 형 웰 영역 (6) 내에 형성되고 N 형 드레인 영역 (7) 과 포토다이오드부 (4B) 사이에 형성된 채널 영역을 제어할 수 있는 P 형 배리어층 (8); 및 P 형 배리어층 (8) 위에 게이트 절연막 (미도시) 을 개재하여 구비한 전송 게이트 (9) 를 포함한다.
포토다이오드부 (4B) 는 전하 전송 게이트 근접 N 영역 (41B) 및 전하 전송 게이트 근접 N 영역 (41B) 의 외측 (전송 게이트 (9) 측을 제외) 을 커버하도록 제공된 N- 영역 (42B) 의 2 단계 불순물 농도 영역으로 구성된다. N 형 불순물 농도의 크기는 N- 〈 N 이다. 더 상세하게는, N 형 불순물 농도는 예를 들어 전하 전송 게이트 근접 N 영역 (41B) 에서 N = 5×1016 내지 1×1017㎝-3 이고, N 형 불순물 농도는 예를 들어 N- 영역 (42B) 에서 N- = 1×1015 내지 1×1016㎝-3 이다. 또한, 상세하게는, 포토다이오드부 (4B) 는 비소 (As) 와 인 (P) 이 불순물로서 이온 주입되는 전하 전송 게이트 근접 N 영역 (41B); 및 그 외측 상에 인이 불순물로서 이온 주입되는 N- 영역 (42B) 으로 구성된다.
한편, 전하 전송 게이트 근접 N 영역 (41B), 및 P 형 배리어층 (8) 을 개재하여 대향한 플로팅 디퓨전 (FD) 인 N 형 드레인 영역 (7) 의 N+ 불순물 농도는 상기 설명된 실시형태 1 에서의 경우와 유사하게 예를 들어 1×1018 내지 1×1019㎝-3 의 고농도이다.
상기 설명한 바와 같이, 포토다이오드 (4B) 는 실시형태 2 의 고체 촬상 소자 (1B) 에서의 2 단계 불순물 농도로 구성되며, 그 불순물 농도는 전송 게이트 (9) 에 근접한 쪽이 더 높다. N 형 불순물 농도의 크기는 N- 〈 N 〈 N+ 이다. 한편, 전위는 전송 게이트 (9) 를 향하여 더 강해지고, 전송 게이트 (9) 의 측벽에 근접한 위치가 가장 강한 전위를 가진 포인트이다. 더 넓은 포토다이오드 (4B) 에서 광전 변환이 수행되는 신호 전하는 이 포인트에 수평 방향 (기판면 방향) 및 수직 방향 (기판 깊이 방향) 으로 수집되며, 포토다이오드 (4) 로부터의 수집된 신호 전하에 대해 완전한 전하 전송이 더 쉽게 수행된다.
상기 설명한 바와 같이, 전위는 전송 게이트 (9) 를 향하여 더 강해지고 전송 게이트 (9) 의 측벽에 근접한 위치가 가장 강한 전위를 가진 포인트가 된다. 따라서, 고감도 및 넓은 동적 범위를 실현하기에 충분한 포화 전자의 수를 유지하기 위해 포토다이오드 (4B) 가 넓은 면적을 가지더라도, 포토다이오드 (4B) 에서 광전 변환이 수행되는 신호 전하는 전송 게이트 (9) 에 근접한 이 포인트에 포토다이오드 (4B) 의 도중에 잔류하지 않고 스무스하게 수집되며, 포토다이오드 (4B) 로부터 완전한 전하 전송이 쉽게 수행될 수 있다.
실시형태 2 에서는, 포토다이오드부 (4B) 가 제 1 일 도전형 영역의 전하 전송 게이트 근접 N 영역 (41B); 및 제 2 일 도전형 영역의 N- 영역 (42B) 으로 구성되고, 전하 전송 게이트 근접 N 영역 (41B) 의 불순물 농도 N 이 N = 5×1016 내지 1×1017㎝-3 가 되도록 설정되고 N- 영역 (42B) 의 불순물 농도 N- 가 N- = 1×1O15 내지 1×1016㎝-3 가 되도록 설정되는 경우가 설명된다. 그러나, 이에 대한 제한 없이, 전하 전송 게이트 근접 N 영역 (41B) 의 불순물 농도 N 은 5×1016 내지 1×1017㎝-3 가 되도록 설정될 수도 있고, N- 영역 (42B) 대신에 N-- 영역 (42B') 의 불순물 농도 N-- 는 N-- = 1×1014㎝-3 정도가 되도록 설정될 수도 있다. 이 경우에, 전송 게이트 (9) 로부터 가장 멀리 떨어져 있는 포토다이오드부 (4B) 의 N-- 영역 (42B') 의 불순물 농도는 N 형 반도체 기판 (2) 의 불순물 농도와 동일할 수도 있다.
(실시형태 3)
상기 설명된 실시형태 1 에서는 포토다이오드부 (4) 가 3 단계의 불순물 농도 영역으로 구성된다. 실시형태 3 에서는 포토다이오드부가 4 단계의 불순물 농도 영역으로 구성되는 경우를 설명할 것이다.
도 9 는 본 발명의 실시형태 3 에서의 고체 촬상 소자의 단위 포토다이오드의 구성예를 개략적으로 나타낸 평면도이다. 도 10 은 도 9 에서의 고체 촬상 소자의 선 C-C' 를 따른 종단면도이다. 도 9 및 도 10 에 있어서, 도 1 및 도 2 에서의 구성요소와 동일한 작용 효과를 달성하는 구성요소는 동일한 참조 부호를 부가함으로써 설명된다.
도 9 및 도 10 에 있어서, 실시형태 3 의 고체 촬상 소자 (1C) 는 N 형 실리콘 기판 (2) 상에 형성된 P 형 웰 영역; P 형 웰 영역 (3) 위에 형성되고 후술되는 전송 게이트 (9) 측을 향하여 증가하는 불순물 농도를 가지는 4 개의 N 형 영역으로 구성되는 포토다이오드부 (4C); 포토다이오드부 (4C) 상에 형성되고, 암전류를 제어하기 위한 P+ 표면층인 P 형 고농도 표면층 (5); P 형 웰 영역 (3) 위에 형성된 P 형 웰 영역 (6) 내에 형성되는, 포토다이오드부 (4C) 로부터의 신호 전하를 판독하기 위해 N 형 영역에 근접한 위치에 형성된 플로팅 디퓨전 (FD) 인 N 형 드레인 영역 (7) (FD 7); P 형 웰 영역 (3) 위에 형성된 P 형 웰 영역 내에 형성되고 N 형 드레인 영역 (7) 과 포토다이오드부 (4) 사이에 형성된 채널 영역을 제어할 수 있는 P 형 배리어층 (8); 및 P 형 배리어층 (8) 위에 게이트 절연막을 개재하여 구비한 전송 게이트 (9) 를 포함한다.
포토다이오드부 (4C) 는 전하 전송 게이트 근접 N 영역 (41C); 전하 전송 게이트 근접 N 영역 (41C) 의 불순물 농도보다 낮은 불순물 농도를 가진, 전하 전송 게이트 근접 N 영역 (41C) 의 외측 (전송 게이트 (9) 측을 제외) 을 커버하도록 제공된 N1- 영역 (421C); N1- 영역 (421C) 의 불순물 농도보다 낮은 불순물 농도를 가진, N1- 영역 (421C) 의 외측 (전송 게이트 (9) 측을 제외) 을 커버하도록 제공된 N2- 영역 (422C); 및 N2- 영역 (422C) 의 불순물 농도보다 낮은 불순물 농도를 가진, N2- 영역 (422C) 의 외측 (전송 게이트 (9) 측을 제외) 을 커버하도록 제공된 N-- 영역 (43) 을 포함하는 4 단계의 불순물 농도 영역으로 구성된다. N 형 불순물 농도의 크기는 N-- 〈 N2- 〈 N1- 〈 N 이다. 더 상세하게는, N 형 불순물 농도는 예를 들어 전하 전송 게이트 근접 N 영역 (41C) 에서 N = 5×1016 내지 1×1017㎝-3 로서 설정되고, 예를 들어 N1- 영역 (421C) 에서 N- = 5×1015 내지 1×1016㎝-3 로서 설정되고, 예를 들어 N2- 영역 (422C) 에서 N- = 5×1014 내지 1×1015㎝-3 로서 설정되며, 예를 들어 N-- 영역 (43) 에서 N-- = 1×1014㎝-3 로서 설정된다. 또한, 상세하게는, 포토다이오드부 (4C) 는 비소 (As) 와 인 (P) 이 불순물로서 이온 주입되는 전하 전송 게이트 근접 N 영역 (41C); 그 외측 상에 인 (P) 이 이온 주입되는 N1- 영역 (421C) 및 N2- 영역 (422C); 및 실리콘 기판 (2) 의 N 형 불순물 농도 (N--) 를 가진 N-- 영역 (43) 으로 구성된다.
한편, 전하 전송 게이트 근접 N 영역 (41C), 및 P 형 배리어층 (8) 을 개재하여 그 전하 전송 게이트 근접 N 영역 (41C) 에 대향한 플로팅 디퓨전 (FD) 인 N 형 드레인 영역 (7) 의 불순물 농도는 예를 들어 1×1018 내지 1×1019㎝-3 의 고농도이다.
상기 설명한 바와 같이, 실시형태 3 의 고체 촬상 소자 (1C) 에서의 포토다이오드부 (4C) 는 4 단계의 불순물 농도로 구성되며, 불순물 농도는 전송 게이트 (9) 에 근접하게 될수록 더 높게 구성된다. N 형 불순물 농도의 크기는 포토다이오드부 (4C) 에서 N-- 〈 N2- 〈 N1- 〈 N 〈 N+ (FD) 이다. 한편, 전위는 전송 게이트 (9) 를 향하여 더 강해지고, 전송 게이트 (9) 의 측벽에 근접한 위치가 가장 강한 전위를 가진 포인트이다. 더 넓은 포토다이오드 (4C) 에서 광전 변환이 수행되는 신호 전하는 이 포인트에 수평 방향 (기판면 방향) 및 수직 방향 (기판 깊이 방향) 으로 수집되고, 포토다이오드 (4C) 로부터의 수집된 신호 전하에 대해 완전한 전하 전송이 더 쉽게 수행된다.
상기 설명한 바와 같이, 전위는 전송 게이트 (9) 에 인접한 측을 향하여 더 강해지고, 전송 게이트 (9) 의 측벽에 근접한 위치가 가장 강한 전위를 가진 포인트가 된다. 따라서, 고감도 및 넓은 동적 범위를 실현하기에 충분한 포화 전자의 수를 유지하기 위해 포토다이오드 (4C) 가 넓은 면적을 가지더라도, 광전 변환이 수행되는 신호 전하는 전송 게이트 (9) 에 근접한 이 포인트에 스무스하게 수집되며, 포토다이오드 (4C) 로부터 완전한 전하 전송이 쉽게 수행될 수도 있다.
(실시형태 4)
도 11 은 촬상부 내에 본 발명의 실시형태 1 내지 실시형태 3 중 임의의 실시형태에 따른 고체 촬상 소자를 포함하는 본 발명의 실시형태 4 의 전자 정보 기기의 구성예를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 11 에서, 본 발명의 실시형태 4 에 따른 전자 정보 기기 (90) 는 실시형태 1 내지 실시형태 3 중 임의의 실시형태에 따른 고체 촬상 소자 (1, 1B 또는 1C) 로부터의 촬상 신호에 대해 소정의 신호 처리를 수행하여 컬러 화상 신호를 획득하는 고체 촬상 장치 (91); 고체 촬상 장치 (91) 로부터의 컬러 화상 신호를, 기록을 위해 그 컬러 화상 신호에 대해 소정의 신호 처리를 수행한 후에 데이터 기록하는 메모리부 (92; 예를 들어, 기록 매체); 고체 촬상 장치 (91) 로부터의 컬러 화상 신호를, 표시를 위해 그 컬러 화상 신호에 대해 소정의 신호 처리를 수행한 후에 표시 화면 (예를 들어, 액정 표시 화면) 상에 표시하는 표시 수단 (93; 예를 들어, 액정 표시 장치); 고체 촬상 장치 (91) 로부터의 컬러 화상 신호를, 통신을 위해 그 컬러 화상 신호에 대해 소정의 신호 처리를 수행한 후에 통신하는 통신 수단 (94; 예를 들어, 송신 및 수신 디바이스); 및 고체 촬상 장치 (91) 로부터의 컬러 화상 신호를, 인쇄를 위해 소정의 신호 처리를 수행한 후에 인쇄하는 화상 출력 수단 (95; 예를 들어, 프린터) 을 포함한다. 이에 대한 제한 없이, 전자 정보 기기 (90) 는 고체 촬상 장치 (91) 에 더하여, 메모리부 (92), 표시 수단 (93), 통신 수단 (94) 및 화상 출력 수단 (95) 중 적어도 임의의 것을 포함할 수도 있다.
전자 정보 기기 (90) 로서는, 디지털 카메라 (예를 들어, 디지털 비디오 카메라 또는 디지털 스틸 카메라), 화상 입력 카메라 (예를 들어, 감시 카메라, 도어폰 카메라, 차량 탑재 후방 감시 카메라와 같은 차량 장착 카메라, 또는 텔레비전 카메라), 스캐너, 팩시밀리 머신, 카메라 장착 휴대 전화 장치 또는 개인 휴대 정보 단말기 (PDA) 와 같이, 화상 입력 디바이스를 포함하는 전자 기기가 생각가능하다.
따라서, 본 발명의 실시형태 4 에 의하면, 고체 촬상 장치 (91) 로부터의 컬러 화상 신호는 표시 화면 상에 적절히 표시될 수 있고, 화상 출력 수단 (95) 을 이용하여 지면 상에 인쇄될 수 있고, 통신 수단 (94) 에 의해 유선 또는 무선을 통해 통신 데이터로서 적절히 통신될 수 있으며, 소정의 데이터 압축 처리를 수행함으로써 메모리부 (92) 에 적절히 저장될 수 있고; 다양한 데이터 처리가 적절히 수행될 수 있다.
상기 설명된 실시형태 1 내지 실시형태 3 에서 상세하게 설명하고 있지는 않지만, 본 발명에 따른 고체 촬상 소자는 일 도전형 반도체 기판; 일 도전형 반도체 기판 상에 형성된 타 도전형 웰 영역; 타 도전형 반도체 기판 상에 형성된, 완전한 전하 전송을 위해 연속적으로 상이한 불순물 농도를 가진 복수의 일 도전형 영역으로 구성된 포토다이오드부; 포토다이오드부로부터의 신호 전하를 판독할 수 있는 일 도전형 드레인 영역; 및 일 도전형 드레인 영역과 포토다이오드부 사이의 기판 위에 형성된 전송 게이트를 포함한다. 그 결과, 포토다이오드 면적이 넓은 경우라도 신호 전하의 완전한 전하 전송이 포토다이오드부로부터 더 쉽게 수행될 수 있다.
상기 설명된 실시형태 1 내지 실시형태 3 에서, 포토다이오드부 (4) 는 완전한 전하 전송을 위해 연속적으로 변하는 불순물 농도를 가진 2 내지 4 단계의 불순물 농도 영역으로 구성된다. 그러나, 이에 대한 제한 없이, 포토다이오드부 (4) 는 완전한 전하 전송을 위해 연속적으로 변하는 불순물 농도를 가진 5 단계 이상의 복수의 불순물 농도 영역으로 구성될 수도 있다. 여기서, 2 내지 4 단계의 불순물 농도 영역은 신호 전하가 포토다이오드부 (4) 의 전송 게이트 (9) 에 근접한 위치에 포토다이오드부 (4) 의 도중에 잔류하지 않고 더 스무스하게 이동될 수 있도록 포함된다. 따라서, 특히 감시 카메라 및 텔레비전 전화 장치용으로 이용된 IP 카메라의 경우, 이러한 카메라가 주로 비디오 촬영을 하고 감도 및 넓은 동적 범위를 실현할 필요가 있기 때문에 화소 사이즈를 6×6㎛ 로 확대하여 포토다이오드 면적을 넓히더라도, 포토다이오드부로부터 완전한 전하 전송이 더 쉽게 수행될 수 있다. 포토다이오드부 (4) 는 포토다이오드 면적이 3×3㎛ 내지 10×10㎛ 와 같이, 종래의 2×2㎛ 보다 더 넓어질수록 5 단계 이상의 복수의 불순물 농도 영역으로 구성될 필요가 있는 경우가 존재할 수도 있다.
따라서, 포토다이오드 면적 (화소 사이즈) 이 3×3㎛ 내지 10×10㎛ 와 같이, 종래의 2×2㎛ 의 화소 사이즈보다 넓은 경우라도 완전한 전하 전송이 더 쉽게 수행될 수 있다.
또한, 실시형태 1 내지 실시형태 3 에서, 본 발명은 N 형 반도체 기판 (2) 상에 형성된 P 형 웰 영역 (3); P 형 웰 영역 (3) 위에 형성되고 복수의 (n 개의) N 형 영역으로 구성된 포토다이오드부; 포토다이오드부 (4) 의 N 형 영역에 근접한 위치에 형성된 N 형 드레인 영역 (7); N 형 드레인 영역 (7) 과 포토다이오드부 사이에 형성된 P 형 배리어층 (8); 및 P 형 배리어층 (8) 위에 제공된 전송 게이트 (9) 를 포함한다. 포토다이오드부를 구성하는 복수의 (n 개의) N 형 영역은 전송 게이트 (9) 에 근접한 제 1 N 형 영역; 제 1 N 형 영역의 그 전송 게이트 (9) 측을 제외하고 외측을 커버하는 제 2 N 형 영역, ..., 및 제 (n-1) N 형 영역의 그 전송 게이트 (9) 측을 제외하고 외측을 커버하는 제 n N 형 영역을 포함하는 n 개의 단계의 불순물 농도 영역으로 구성된다. N 형 영역 각각은 전송 게이트 (9) 로부터의 거리에 따라 더 낮은 N 형 불순물 농도를 갖도록 설정된다. 그러나, 이에 대한 제한 없이, 도전형은 타 도전형일 수도 있다.
즉, 본 발명은 P 형 반도체 기판 상에 형성된 N 형 웰 영역; N 형 웰 영역 위에 형성되고 복수의 (n 개의) P 형 영역으로 구성된 포토다이오드부; 포토다이오드부의 P 형 영역에 근접한 위치에 형성된 P 형 드레인 영역; P 형 드레인 영역과 포토다이오드부 사이에 형성된 N 형 배리어층; 및 N 형 배리어층 위에 제공된 전송 게이트 (9) 를 포함한다. 포토다이오드부를 구성하는 복수의 (n 개의) P 형 영역은 전송 게이트 (9) 에 근접한 제 1 P 형 영역; 제 1 P 형 영역의 그 전송 게이트 (9) 측을 제외하고 외측을 커버하는 제 2 P 형 영역, ..., 및 제 (n-1) P 형 영역의 그 전송 게이트 (9) 측을 제외하고 외측을 커버하는 제 n P 형 영역을 포함하는 n 개의 단계의 불순물 농도 영역으로 구성된다. P 형 영역 각각은 전송 게이트 (9) 로부터의 거리에 따라 더 낮은 P 형 불순물 농도를 갖도록 설정될 필요가 있다.
상기 설명한 바와 같이, 본 발명은 본 발명의 바람직한 실시형태 1 내지 실시형태 4 의 이용에 의해 예시된다. 그러나, 본 발명은 상기 설명된 실시형태 1 내지 실시형태 4 에만 기초하여 해석되어서는 안된다. 본 발명의 범위가 특허청구범위에만 기초하여 해석되어야 한다는 것이 이해된다. 또한, 당업자가 본 발명의 상세한 바람직한 실시형태 1 내지 실시형태 4 의 기재 및 그 기재로부터의 상식에 기초하여, 등가의 기술 범위를 구현할 수 있다는 것이 이해된다. 또한, 본 명세서에서 인용된 임의의 특허, 임의의 특허출원 및 임의의 특허문헌이 그 내용이 여기에 상세하게 기술되는 것과 동일한 방식으로 본 명세서에 참조에 의해 포함되어야 한다는 것이 이해된다.
본 발명은 피사체로부터의 화상광에 대해 광전 변환을 수행하여 촬상하는 반도체 소자로 구성된 MOS 고체 촬상 소자와 같은 고체 촬상 소자, 및 그 고체 촬상 소자를 화상 입력 디바이스로서 촬상부에 이용한 디지털 카메라 (예를 들어, 디지털 비디오 카메라 또는 디지털 스틸 카메라), 화상 입력 카메라 (예를 들어, 감시 카메라), 스캐너, 팩시밀리 머신, 텔레비전 전화 장치 및 카메라 장착 휴대 전화 장치와 같은 전자 정보 기기의 분야에 적용될 수 있다. 본 발명에 의하면, 포토다이오드부에서 단계적으로 변화하는 불순물 농도의 복수의 불순물 영역으로 인해, 전위 경사가 전송 게이트에 근접하게 될수록 불순물 농도가 단계적으로 연속적으로 증가하는 방식으로, 전송 게이트를 향하여 전위 경사가 제공된다. 따라서, 입사광에 대한 광전 변환에 의해 획득된 신호 전하를 가장 강한 전위를 가진 쪽, 즉, 포토다이오드의 전송 게이트에 근접한 위치로, 포토다이오드부의 도중에 잔류하지 않고 이동시키는 것이 가능해진다. 그 결과, 주로 비디오 촬영을 하고 감도 및 넓은 동적 범위를 실현할 필요가 있는, 특히, 감시 카메라 및 텔레비전 전화 카메라용으로 이용된 IP 카메라의 경우, 화소 사이즈를 6×6㎛ 사이즈만큼 크게 변경하여 포토다이오드 면적을 넓히는 경우라도 신호 전하의 완전한 전하 전송이 포토다이오드부로부터 더 쉽게 수행될 수 있다.
다양한 다른 변형이 본 발명의 범위 및 사상으로부터 벗어남 없이 당업자에게 명백할 것이며 그 당업자에 의해 쉽게 행해질 수 있다. 따라서, 여기에 첨부된 특허청구범위는 여기에 설명된 기재에 제한하도록 의도하지 않고 오히려 그 특허청구범위를 광범위하게 해석했다.
1, 1B, 1C : 고체 촬상 소자 2 : N 형 실리콘 기판
3 : P 형 웰 영역 4, 4B, 4C : 포토다이오드부 (PD)
41, 41B, 41C : 전하 전송 게이트 근접 N 영역
42 : N- 영역 421 : N1- 영역
422 : N2- 영역 43 : N-- 영역
5 : P 형 고농도 표면층 6 : P 형 웰 영역
7 : N 형 드레인 영역 (FD) 8 : P 형 배리어층
9 : 전송 게이트 10 : P 형 소자 분리 영역
11 : 소자 분리 절연 영역
N : 전하 전송 게이트 근접 N 영역의 불순물 농도
N- : N- 영역의 불순물 농도 N1- : N1- 영역의 불순물 농도
N2- : N2- 영역의 불순물 농도 N-- : N-- 영역의 불순물 농도
N+ : N 형 드레인 영역 (FD) 의 불순물 농도
90 : 전자 정보 기기 91 : 고체 촬상 장치
92 : 메모리부 93 : 표시 수단
94 : 통신 수단 95 : 화상 출력 수단

Claims (19)

  1. 일 도전형 반도체 기판;
    상기 일 도전형 반도체 기판 상에 형성된 타 도전형 웰 영역;
    상기 타 도전형 웰 영역 상에 형성되며, 완전한 전하 전송을 위해 연속적으로 상이한 불순물 농도를 가진 복수의 일 도전형 영역으로 구성된 포토다이오드부;
    상기 포토다이오드부로부터의 신호 전하를 판독할 수 있는 일 도전형 드레인 영역; 및
    상기 일 도전형 드레인 영역과 상기 포토다이오드부 사이의 기판 위에 형성된 전송 게이트를 포함하고,
    상기 포토다이오드부를 구성하는 상기 복수의 일 도전형 영역은 상기 전송 게이트에 근접하고 부분적으로 아래에 있는 제 1 일 도전형 영역, 상기 제 1 일 도전형 영역의 상기 전송 게이트측을 제외하고 외측을 커버하는 제 2 일 도전형 영역 내지 제 (n-1) 일 도전형 영역의 상기 전송 게이트측을 제외하고 외측을 커버하는 제 n 일 도전형 영역을 포함하는 n (n 은 2 이상의 자연수이다) 단계의 불순물 농도 영역으로 구성되는, 고체 촬상 소자.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 일 도전형 영역 각각은 상기 전송 게이트로부터의 거리에 따라 단계적으로 및 연속적으로 더 낮은 일 도전형 불순물 농도를 갖는, 고체 촬상 소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 일 도전형 영역 각각은 상기 전송 게이트로 향하는 거리에 따라 단계적으로 및 연속적으로 더 높은 일 도전형 불순물 농도를 갖는, 고체 촬상 소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 포토다이오드부를 구성하는 상기 복수의 일 도전형 영역에서는, 상기 전송 게이트 아래의 전하 전송 경로측을 향하여 단계적으로 또는 연속적으로 전위 경사가 제공되는, 고체 촬상 소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 n 일 도전형 영역은 기판면 방향으로 외측 상의 제 (n-1) 일 도전형 영역을 커버하는, 고체 촬상 소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 n 일 도전형 영역은 기판 깊이 방향으로 외측 상의 제 (n-1) 일 도전형 영역을 커버하는, 고체 촬상 소자.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 n 일 도전형 영역은 기판면 방향과 기판 깊이 방향 양자로 외측 상의 제 (n-1) 일 도전형 영역을 커버하는, 고체 촬상 소자.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 포토다이오드부가 제 1 일 도전형 영역 및 제 2 일 도전형 영역으로 구성되는 경우, 상기 제 1 일 도전형 영역의 불순물 농도 N 은 N = 5×1016 내지 1×1017㎝-3 로서 설정되고, 제 2 일 도전형 영역의 불순물 농도 N-- 는 N-- = 1×1014㎝-3 로서 설정되는, 고체 촬상 소자.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 포토다이오드부가 제 1 일 도전형 영역 및 제 2 일 도전형 영역으로 구성되는 경우, 상기 제 1 일 도전형 영역의 불순물 농도 N 은 N = 5×1016 내지 1×1017㎝-3 로서 설정되고, 상기 제 2 일 도전형 영역의 불순물 농도 N- 는 N- = 1×1015 내지 1×1016㎝-3 로서 설정되는, 고체 촬상 소자.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 포토다이오드부가 제 1 일 도전형 영역, 제 2 일 도전형 영역 및 제 3 일 도전형 영역으로 구성되는 경우, 상기 제 1 일 도전형 영역의 불순물 농도 N 은 N = 5×1016 내지 1×1017㎝-3 로서 설정되고, 상기 제 2 일 도전형 영역의 불순물 농도 N- 는 N- = 1×1015 내지 1×1016㎝-3 로서 설정되며, 상기 제 3 일 도전형 영역의 불순물 농도 N-- 는 N-- = 1×1014㎝-3 로서 설정되는, 고체 촬상 소자.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 포토다이오드부가 제 1 일 도전형 영역, 제 2 일 도전형 영역, 제 3 일 도전형 영역 및 제 4 일 도전형 영역으로 구성되는 경우, 상기 제 1 일 도전형 영역의 불순물 농도 N 은 N = 5×1016 내지 1×1017㎝-3 로서 설정되고, 상기 제 2 일 도전형 영역의 불순물 농도 N1- 는 N1- = 5×1015 내지 1×1016㎝-3 로서 설정되고, 상기 제 3 일 도전형 영역의 불순물 농도 N2- 는 N2- = 5×1014 내지 1×1015㎝-3 로서 설정되며, 상기 제 4 일 도전형 영역의 불순물 농도 N-- 는 N-- = 1×1014㎝-3 로서 설정되는, 고체 촬상 소자.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 포토다이오드부의 사이즈는 3×3㎛ 내지 10×10㎛ 사이인, 고체 촬상 소자.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 전송 게이트로부터 가장 멀리 떨어져 있는 상기 포토다이오드부의 상기 일 도전형 영역의 불순물 농도는 상기 일 도전형 반도체 기판의 불순물 농도와 동일한, 고체 촬상 소자.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 포토다이오드부를 구성하는 상기 복수의 일 도전형 영역을 형성하기 위해 2 종류 이상의 불순물 이온이 이용되는, 고체 촬상 소자.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 포토다이오드부를 구성하는 상기 복수의 일 도전형 영역 중, 상기 전송 게이트에 더 근접한 영역들 중 일 영역에 비소와 인이 상기 불순물 이온으로서 주입되고, 상기 전송 게이트로부터 더 멀리 떨어져 있는 영역들 중 일 영역에 인만이 상기 불순물 이온으로서 주입되는, 고체 촬상 소자.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 포토다이오드부를 매립하는 방식으로 상기 포토다이오드부 위에 형성된 타 도전형 고농도 표면층을 더 포함하는, 고체 촬상 소자.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 일 도전형 드레인 영역과 상기 포토다이오드부 사이에는 타 도전형 배리어층이 형성되며, 상기 전송 게이트는 상기 타 도전형 배리어층 위에 형성되는, 고체 촬상 소자.
  19. 제 1 항, 제 6 항 내지 제 12 항, 제 17 항 또는 제 18 항 중 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 소자를 화상 입력 디바이스로서 촬상부에 이용한, 전자 정보 기기.
KR1020100023316A 2009-03-17 2010-03-16 고체 촬상 소자 및 전자 정보 기기 KR101174053B1 (ko)

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Families Citing this family (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010206174A (ja) * 2009-02-06 2010-09-16 Canon Inc 光電変換装置およびその製造方法ならびにカメラ
JP2010206173A (ja) 2009-02-06 2010-09-16 Canon Inc 光電変換装置およびカメラ
JP5215963B2 (ja) * 2009-04-10 2013-06-19 シャープ株式会社 固体撮像素子およびその駆動方法、固体撮像素子の製造方法、電子情報機器
US8487350B2 (en) * 2010-08-20 2013-07-16 Omnivision Technologies, Inc. Entrenched transfer gate
JP2012182377A (ja) 2011-03-02 2012-09-20 Sony Corp 固体撮像装置
JP2013021014A (ja) * 2011-07-07 2013-01-31 Canon Inc エネルギー線検出装置の製造方法
CN102332458B (zh) * 2011-07-28 2015-10-07 上海华虹宏力半导体制造有限公司 图像传感器和图像传感器的使用方法、制造方法
CN102544042B (zh) * 2012-01-17 2014-10-15 中国科学院半导体研究所 高速cmos图像传感器的像素单元及其制作方法
FR2986906B1 (fr) * 2012-02-15 2015-06-19 New Imaging Technologies Sas Structure de pixel actif a transfert de charge ameliore
JP5463373B2 (ja) * 2012-02-23 2014-04-09 シャープ株式会社 固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法
US9048162B2 (en) 2012-05-31 2015-06-02 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. CMOS image sensors and methods for forming the same
JP2014063865A (ja) * 2012-09-21 2014-04-10 Canon Inc 固体撮像素子
KR102007277B1 (ko) * 2013-03-11 2019-08-05 삼성전자주식회사 3차원 이미지 센서의 거리 픽셀 및 이를 포함하는 3차원 이미지 센서
JP2014199898A (ja) * 2013-03-11 2014-10-23 ソニー株式会社 固体撮像素子および製造方法、並びに、電子機器
CN103139497B (zh) * 2013-03-21 2017-06-06 北京思比科微电子技术股份有限公司 Cmos图像传感器的有源像素及cmos图像传感器
CN103346161A (zh) * 2013-06-24 2013-10-09 上海华力微电子有限公司 改善重叠背照式cmos图像传感器图像信号质量的方法
CN103413816B (zh) * 2013-08-14 2016-08-10 昆山锐芯微电子有限公司 Cmos图像传感器的像素结构及其形成方法
CN103500750B (zh) * 2013-10-21 2016-06-15 上海华力微电子有限公司 一种cmos图像传感器有源像素的结构及其制造方法
US10154222B2 (en) 2014-11-17 2018-12-11 Tohoku University Optical sensor, signal reading method therefor, solid-state imaging device, and signal reading method therefor
WO2016080337A1 (ja) * 2014-11-17 2016-05-26 国立大学法人東北大学 光センサ及びその信号読み出し方法並びに固体撮像装置及びその信号読み出し方法
JP6399301B2 (ja) * 2014-11-25 2018-10-03 セイコーエプソン株式会社 固体撮像装置およびその製造方法
CN104617119B (zh) * 2014-12-10 2017-12-22 中国科学院半导体研究所 兼容测距的高速cmos图像传感器像素单元及制作方法
CN104465689A (zh) * 2014-12-26 2015-03-25 上海集成电路研发中心有限公司 一种高动态范围图像传感器像素单元及其制备方法
JP2018049855A (ja) * 2016-09-20 2018-03-29 セイコーエプソン株式会社 固体撮像装置及び電子機器
CN106449681A (zh) * 2016-10-10 2017-02-22 上海华力微电子有限公司 灵敏度可调控的图像传感器结构
CN108573984A (zh) * 2017-03-07 2018-09-25 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 Cmos图像传感器及其制作方法
CN107426472A (zh) * 2017-06-01 2017-12-01 深圳市矽旺半导体有限公司 宽动态范围图像传感器***及其实现方法
JP2021086851A (ja) * 2019-11-25 2021-06-03 キヤノン株式会社 半導体装置および機器
CN111180477B (zh) * 2020-01-06 2022-06-28 宁波飞芯电子科技有限公司 图像传感器及图像采集设备
CN111769130B (zh) * 2020-07-17 2021-10-08 山东大学 一种cmos像素传感器
CN113782551A (zh) * 2021-08-05 2021-12-10 华虹半导体(无锡)有限公司 改善图像滞后的cis器件

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007115872A (ja) 2005-10-20 2007-05-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体撮像装置およびその製造方法
KR100868646B1 (ko) 2007-08-27 2008-11-12 주식회사 동부하이텍 이미지 센서 및 그 제조방법

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0697406A (ja) * 1992-09-16 1994-04-08 Mitsubishi Electric Corp 固体撮像装置およびその製造方法
JP3403061B2 (ja) * 1998-03-31 2003-05-06 株式会社東芝 固体撮像装置
JP4258875B2 (ja) * 1999-02-15 2009-04-30 株式会社ニコン 光電変換素子及び光電変換装置
JP2002231926A (ja) * 2001-02-01 2002-08-16 Fuji Photo Film Co Ltd ラインセンサおよびそれを用いた放射線画像情報読取装置
JP2003031787A (ja) * 2001-07-17 2003-01-31 Canon Inc 固体撮像素子及びその駆動方法
JP2003101004A (ja) * 2001-09-25 2003-04-04 Toshiba Corp 固体撮像装置及びその製造方法
JP3702854B2 (ja) * 2002-03-06 2005-10-05 ソニー株式会社 固体撮像素子
JP4625605B2 (ja) * 2002-06-28 2011-02-02 富士フイルム株式会社 固体撮像装置
JP4758061B2 (ja) * 2003-10-16 2011-08-24 パナソニック株式会社 固体撮像装置およびその製造方法
KR101069103B1 (ko) 2004-07-29 2011-09-30 크로스텍 캐피탈, 엘엘씨 전하운송효율을 향상시키기 위한 이미지센서 및 제조 방법
JP2006108590A (ja) * 2004-10-08 2006-04-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体撮像装置
JP4859045B2 (ja) 2006-09-06 2012-01-18 シャープ株式会社 固体撮像素子および電子情報機器
JP2007235173A (ja) * 2007-05-25 2007-09-13 Canon Inc 固体撮像素子及びカメラ
JP2009038309A (ja) 2007-08-03 2009-02-19 Sharp Corp 固体撮像素子およびその製造方法、電子情報機器

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007115872A (ja) 2005-10-20 2007-05-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体撮像装置およびその製造方法
KR100868646B1 (ko) 2007-08-27 2008-11-12 주식회사 동부하이텍 이미지 센서 및 그 제조방법

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Publication number Publication date
US20100237390A1 (en) 2010-09-23
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