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KR100269636B1 - Solid state image pick-up device - Google Patents

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KR100269636B1
KR100269636B1 KR1019980008993A KR19980008993A KR100269636B1 KR 100269636 B1 KR100269636 B1 KR 100269636B1 KR 1019980008993 A KR1019980008993 A KR 1019980008993A KR 19980008993 A KR19980008993 A KR 19980008993A KR 100269636 B1 KR100269636 B1 KR 100269636B1
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KR
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well
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bccd
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solid state
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KR1019980008993A
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Korean (ko)
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Inventor
이서규
심진섭
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김영환
현대반도체주식회사
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: A solid state image device is provided to improve the sensitivity of the output voltage by maximizing a depletion layer between a BCCD(buried charge coupled device) and an N+ of a n-type region and a p-well of a p-type region in a floating diffusion(FD) region so as to decrease the junction capacitance of an FD region. CONSTITUTION: A p-well is formed on an n-type substrate(N-SUB). The second p-well(2P-WELL) is formed on the FD region of the substrate(N-SUB), and the first p-well(1P-WELL) is formed the other region of the substrate(N-SUB). A BCCD is formed on the first p-well(1P-WELL) and the second p-well(2P-WELL), an N+ region that is an impurity region of n-type is formed within the BCCD on the second p-well(2P-WELL). A sensing amplifier is connected to the N+ region of the FD region, a reset gate(RG) and a reset drain(RD) are formed on the BCCD of a drain region. The depth of the second p-well(2P-WELL) is shallower than that of the first p-well(1P-WELL).

Description

고체촬상소자Solid state imaging device

본 발명은 고체촬상소자에 관한 것으로 특히, 신호검출부의 FD(Floating Diffusion) 영역에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid state image pickup device, and more particularly, to a floating diffusion region (FD) of a signal detection unit.

도 1은 일반적인 고체촬상소자의 평면도를 나타낸 것이다.1 shows a plan view of a general solid state image pickup device.

고체촬상소자는 빛에 의해 전자를 발생시키고, 전하결합소자를 방향성을 가지도록 배열하고, 이에 의해 전송된 신호전하를 검출하는 장치이다. 즉, 빛에 의하여 여기된 전하들을 방향성을 가지는 CCD 어레이(array)를 통하여 전송한 다음, 이 신호를 증폭하여 소정의 출력신호를 얻는 장치이다. 이와 같이, 영상신호를 전기신호로 변환시켜주는 장치인 고체 촬상 소자는 수광영역인 PD(Photo Diode)와 상기 PD에서 생성하고 축적한 신호전하를 전송 받는 VCCD(Vertical Charge Coupled Device)로 구성된 단위셀로하여 배열된 픽셀 어레이부와, 수평전하전송영역(Horizontal Charge Coupled Device), 신호검출부를 포함한다. PD에서 축적한 신호전하는 VCCD와 HCCD로 차례로 전달되어 신호검출부를 통해 출력된다.A solid state image pickup device is an apparatus for generating electrons by light, arranging charge-coupled devices in a directional manner, and detecting signal charges transmitted thereby. In other words, it is a device that transfers charges excited by light through a directional CCD array and then amplifies this signal to obtain a predetermined output signal. As such, the solid-state imaging device, which converts an image signal into an electrical signal, includes a unit cell including a PD (Photo Diode), which is a light receiving area, and a VCCD (Vertical Charge Coupled Device) for receiving signal charges generated and accumulated in the PD. The pixel array unit includes a horizontal array, a horizontal charge coupled device, and a signal detector. The signal charges accumulated in the PD are sequentially transferred to the VCCD and the HCCD and output through the signal detection unit.

일반적인 고체촬상소자의 작동을 간단히 설명하면 다음과 같다. 마이크로 렌즈를 통하여 집속된 광이 수광부인 PD 상에 닿으면, 광전효과에 의해 발생된 전하가 PD 아래의 포텐셜 우물에 축적하게 된다. 이렇게 모아진 전하는 전송 게이트에 걸리는 전압에 의해 야기되는 포텐셜의 변화에 의해 전하 이동로인 VCCD로 이동된다. 전송된 전하는 VCCD를 통하여 순서대로 이동하다가 HCCD라는 보다 넓은 이동로를 따라 움직여 가게 되고, 결국 FD 영역에 모아지게 된다. FD 영역에 모아진 전하는 전하량에 따라 FD의 포텐셜이 상하로 변하는 점을 이용하여 센싱(sensing)된 후, 드레인으로 방출된다.The operation of a general solid state image pickup device will be briefly described as follows. When the light focused through the microlens reaches the light receiving unit PD, the charge generated by the photoelectric effect accumulates in the potential well under the PD. This collected charge is transferred to the charge transfer path VCCD by the change of potential caused by the voltage across the transfer gate. The transmitted charges move in sequence through the VCCD and then move along a wider path called HCCD, which eventually collects in the FD area. The charge collected in the FD region is sensed by using the point that the potential of the FD changes up and down according to the amount of charge, and then is discharged to the drain.

도 2는 종래의 고체촬상소자에서 신호검출부의 FD 영역을 중심으로 그 주위부분을 개략적으로 나타낸 것이다.FIG. 2 schematically illustrates a peripheral portion of the conventional solid state image pickup device based on the FD region of the signal detection unit.

일반적인 고체촬상소자에서 보인 바와 같이, 전하전송영역인 “HCCD 영역"과, 전송된 전하를 감지하도록 전하를 저장하는 “FD 영역"과, FD 영역에 저장된 전하를 출력전압으로 탐지하는 “센싱 AMP 영역"과, 센싱이 끝난 FD 영역의 전하를 방출하는 “드레인 영역"을 구비하고 있다. HCCD 영역과 FD 영역과 드레인 영역은 n형 불순물 영역인 BCCD에 의하여 전기적으로 연결되어 있다.As shown in a general solid state image pickup device, a charge transfer region "HCCD region", a "FD region" for storing charge to sense the transferred charge, and a "sensing AMP region for detecting the charge stored in the FD region as an output voltage "And a" drain region "for releasing charge in the sensed FD region. The HCCD region, the FD region and the drain region are electrically connected by BCCD which is an n-type impurity region.

HCCD 영역은 전하전송을 위하여 제1 전송게이트(G1)와 제2 전송게이트(G2)가 교대로 배열되어 있고, 그 끝단에는 제1 전송게이트 형성물질로 형성된 출력게이트(OG)가 형성되어 있다. FD 영역은 BCCD 내의 콘택을 위하여 N+ 영역을 형성하고 있으며, N+ 영역은 제2 연결배선(ML2)에 의하여 센싱 AMP의 게이트로 연결하게 된다. 도면에 보인 센싱 AMP는 트랜지스터 4개로 구성되어 있는 2-스테이지 파울러 센싱 AMP(2-Stage Source Follower Sensing Amp)를 보이고 있다. 신호전하는 FD 영역의 N+의 포텐셜를 변화시키면서 4개의 트랜지스터를 통하여 외부 접속단에 연결되어 출력신호로 검출된다. 드레인 영역에는 FD 영역의 전하를 외부로 방출할 수 있도록 하기 위한, 리셋게이트(RG)와 N+영역인 리셋드레인(RD)이 형성되어 있다. 리셋게이트(RG)는 펄스를 인가하기 위한 제1 연결배선(ML1)에 연결되어 있다. 리셋드레인(RD)에는 리셋드레인전극(VRD)이 연결되어 있어서, 그 위에 전극 펄스를 인가하여 드레인영역으로 전송된 전하를 외부에 방출할 수 있도록 하였다.In the HCCD region, a first transfer gate G1 and a second transfer gate G2 are alternately arranged for charge transfer, and an output gate OG formed of a first transfer gate forming material is formed at an end thereof. The FD region forms an N + region for the contact in the BCCD, and the N + region is connected to the sensing AMP gate by the second connection line ML2. The sensing AMP shown in the figure shows a two-stage Fowler sensing AMP (two-stage source follower sensing amp) consisting of four transistors. The signal charge is connected to an external connection terminal via four transistors while changing the potential of N + in the FD region and detected as an output signal. In the drain region, a reset gate RG and a reset drain RD, which is an N + region, are formed so that electric charges of the FD region can be emitted to the outside. The reset gate RG is connected to the first connection line ML1 for applying a pulse. The reset drain electrode VRD is connected to the reset drain RD, and an electrode pulse is applied thereon to discharge the charge transferred to the drain region to the outside.

도 3은 도 2에 보인 고체촬상소자의 AA' 절단선을 따라 나타낸 단면도이다.3 is a cross-sectional view taken along the AA ′ cutting line of the solid state image pickup device shown in FIG. 2.

N형 기판(N-SUB)에 P웰(P-WELL)이 형성되어 있고, P웰(P-WELL) 상에는 다시 N형 BCCD가 형성되어 있다. HCCD 영역의 BCCD 상에는 제1 전송게이트(G1)와 제2 전송게이트(G2)가 교대로 배열되어 있고, 그 끝단에는 출력게이트(OG)가 형성되어 있다. 그리고 FD 영역의 BCCD 내에는 HCCD를 통하여 전송된 전하를 모아두기 위하여 BCCD보다 고농도로 형성된 N+영역이 있다. FD 영역의 N+영역에는 센싱AMP가 연결되어 있다. 그리고, 드레인영역의 BCCD 상에는 리셋게이트(RG)가 형성되어 있고, BCCD 내에는 N+영역으로 형성된 리셋드레인(RD)이 형성되어 있다.The P well P-WELL is formed on the N-type substrate N-SUB, and the N-type BCCD is formed on the P well P-WELL again. The first transfer gate G1 and the second transfer gate G2 are alternately arranged on the BCCD in the HCCD region, and the output gate OG is formed at the end thereof. In the BCCD of the FD region, there is an N + region formed at a higher concentration than the BCCD in order to collect charges transferred through the HCCD. The sensing AMP is connected to the N + region of the FD region. The reset gate RG is formed on the BCCD of the drain region, and the reset drain RD formed of the N + region is formed in the BCCD.

도 2와 도 3을 참조하여 종래의 고체촬상소자에서의 전하검출 기능을 설명하면 다음과 같다.Referring to FIGS. 2 and 3, the charge detection function of the conventional solid state image pickup device will be described below.

우선, 제1 전송게이트(G1)와 제2 전송게이트(G2)에 의해 BCCD를 통하여 전송된 신호전하는 출력게이트(OG)에 인가된 전압에 의하여 FD 영역의 N+영역으로 모아진다. 이 후, FD 영역의 전체 캐패시턴스에 의하여 FD 영역의 N+영역의 신호전하는 전압으로 변환된다.First, signal charges transmitted through the BCCD by the first transfer gate G1 and the second transfer gate G2 are collected in the N + region of the FD region by the voltage applied to the output gate OG. Thereafter, the signal charge in the N + region of the FD region is converted into a voltage by the total capacitance of the FD region.

이 때, 변환되는 정도는 Q=CV의 관계식으로부터 계산할 수 있다. 즉, 1 신호전하당 변화되는 전압의 크기는 FD 영역의 전체 캐패시턴스에 의하여 결정되고, 이러한 전압의 변화는 센싱 AMP의 게이트 쪽으로 전달되게 되어 최종 출력의 결과로 나타내게 된다.At this time, the degree of conversion can be calculated from the equation of Q = CV. That is, the magnitude of the voltage changed per one signal charge is determined by the total capacitance of the FD region, and the change of the voltage is transferred to the gate of the sensing AMP and is represented as a result of the final output.

센싱이 완료된 FD 영역의 신호전하는 리셋게이트(RG)의 동작하에 리셋드레인(RD) 쪽으로 전송되어 제거되고, FD 영역의 포텐셜은 신호전하가 출력게이트(OG)를 통하여 넘어 오기전의 포텐셜상태인 원래의 상태로 리셋이 된다.The signal charge in the sensed FD region is transferred to the reset drain RD under the operation of the reset gate RG, and the potential of the FD region is in the original state, which is the potential state before the signal charge passes through the output gate OG. The state is reset.

이 후, 다음 전하 신호를 전송 받고 검출하는 상기 작동을 반복하여 실시한다.Thereafter, the above operation of receiving and detecting the next charge signal is repeated.

종래의 기술에서는 도면에 보인 바와 같이, FD 영역의 N형 영역인 BCCD 및 N+와 P형 영역인 P웰 사이의 접합에 의한 공핍층이 형성된다. 이 공핍층은 FD 영역의 캐패시턴스가 되어 신호전하를 전압으로 변환하는데 영향을 준다. 그런데, 상기와 같은 구조에서는 P웰의 깊이로 인하여 FD 영역과 완전히 공핍되지 않는다. 따라서, P웰과 FD 영역의 졍션 캐패시턴스는 커지게 되어 감도의 개선에 한계가 발생하는 문제점이 있다.In the prior art, as shown in the figure, a depletion layer is formed by the junction between BCCD, which is the N-type region of the FD region, and P well, which is the N + and P-type region. This depletion layer becomes the capacitance of the FD region and affects the conversion of signal charges into voltages. However, in the above structure, the depth of the P well does not completely deplete the FD region. Therefore, there is a problem that the capacitive capacitance of the P well and the FD region becomes large, resulting in a limit in improving the sensitivity.

본 발명은 FD 영역의 BCCD 및 N+ 영역과 P웰 사이에 공핍층을 극대화되도록 FD 영역의 P웰을 다른 부분의 P웰에 비하여 그 깊이를 작게 하거나, 그 농도를 작게 하도록 형성하려 하는 것이다. 즉, 본 발명은 FD 영역의 N형 영역인 BCCD 및 N+와 P형 영역인 P웰의 공핍형성을 극대화시킴으로써, FD 영역의 졍션 캐패시턴스를 작게 하여 출력전압의 감도 개선을 향상시키려 하는 것이다.The present invention is intended to form the P well of the FD region to have a smaller depth or a smaller concentration than the P well of other portions so as to maximize the depletion layer between the BCCD and N + regions of the FD region and the P well. That is, the present invention is intended to improve the sensitivity of the output voltage by minimizing the capacitive capacitance of the FD region by maximizing the depletion of BCCD and the N + and P wells of the P-type region.

이를 위한 본 발명은 제1 도전형 반도체기판과, 상기 반도체기판에 형성되는 제2 도전형 제1 웰과, 상기 반도체기판에 상기 제1 웰이 아닌 부분에 형성되는 제2 도전형 제 2웰과, 상기 반도체기판의 상기 제1 웰 및 제2 웰 상에 형성되는 제1 도전형 BCCD 영역과, 상기 제2 웰 상부의 BCCD에 형성되는 제1 도전형 고농도불순물영역과, 상기 BCCD 상에 형성되는 절연막과, 상기 절연막 상에 상기 BCCD 영역의 신호전하를 능동적으로 전송시키도록 형성된 HCCD 전송게이트와, 상기 절연막 상에 위치하되, 상기 HCCD의 끝단의 전송게이트와 상기 고농도불순물영역 사이에 형성되는 출력게이트와, 상기 고농도불순물영역의 신호전하는 감지하고 출력시키도록 형성된 다수의 게이트를 포함하는 고체촬상소자에 있어서, 상기 제2 도전형 제2 웰은 상기 제2 웰 상부에 위치하는 상기 제1 도전형 BCCD 영역 및 고농도불순물영역과의 공핍형성이 극대화하도록 형성되는 것이 특징으로 하고 있다.To this end, the present invention provides a semiconductor device comprising: a first conductive semiconductor substrate, a second conductive first well formed on the semiconductor substrate, a second conductive second well formed on a portion of the semiconductor substrate that is not the first well; A first conductivity type BCCD region formed on the first well and the second well of the semiconductor substrate, a first conductivity type high concentration impurity region formed on the BCCD above the second well, and formed on the BCCD An insulating film, an HCCD transfer gate formed to actively transfer signal charges of the BCCD region on the insulating layer, and an output gate positioned on the insulating layer, between the transfer gate at the end of the HCCD and the high concentration impurity region; And a plurality of gates formed to sense and output the signal charges of the high concentration impurity region, wherein the second conductivity type second well is positioned above the second well. It is characterized in that it is formed to maximize the depletion of the first conductivity type BCCD region and the high concentration impurity region.

도 1은 고체촬상소자의 평면도1 is a plan view of a solid state imaging device

도 2는 종래의 기술에 의한 고체촬상소자의 개략도2 is a schematic diagram of a solid state image pickup device according to the related art.

도 3은 도 2의 AA' 절단선을 따라 나타낸 고체촬상소자의 단면도3 is a cross-sectional view of the solid state image pickup device taken along the AA ′ cutting line of FIG. 2.

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 고체촬상소자의 개략도4 is a schematic diagram of a solid state image pickup device according to an embodiment of the present invention;

도 5는 도 4의 BB' 절단선을 따라 나타낸 고체촬상소자의 단면도FIG. 5 is a cross-sectional view of the solid state image pickup device taken along the line BB ′ of FIG. 4.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 고체촬상소자의 작동을 위한 구동타이밍6 is a driving timing for the operation of the solid state image pickup device according to an embodiment of the present invention;

도 7은 도 6의 구동 타이밍에 의한 BB'간의 포텐셜 프로파일의 개략도FIG. 7 is a schematic diagram of the potential profile between BB ′ based on the driving timing of FIG. 6; FIG.

도 4는 본 발명에 따른 고체촬상소자에서 신호검출부의 FD 영역을 중심으로 그 주위부분을 개략적으로 나타낸 것이다.4 schematically illustrates a peripheral portion of the solid state image pickup device according to the present invention, centering on the FD region of the signal detection unit.

일반적인 고체촬상소자에서 보인 바와 같이, 전하전송영역인 “HCCD 영역"과, 전송된 전하를 감지하도록 전하를 저장하는 “FD 영역"과, FD 영역에 저장된 전하를 출력전압으로 탐지하는 “센싱 AMP 영역"과, 센싱이 끝난 FD 영역의 전하를 방출하는 “드레인 영역"을 구비하고 있다. HCCD 영역과 FD 영역과 드레인 영역은 N형 불순물 영역인 BCCD에 의하여 전기적으로 연결되어 있다.As shown in a general solid state image pickup device, a charge transfer region "HCCD region", a "FD region" for storing charge to sense the transferred charge, and a "sensing AMP region for detecting the charge stored in the FD region as an output voltage "And a" drain region "for releasing charge in the sensed FD region. The HCCD region, the FD region and the drain region are electrically connected by BCCD which is an N-type impurity region.

“HCCD 영역"은 전하전송을 위하여 제1 전송게이트(G1)와 제2 전송게이트(G2)가 교대로 배열되어 있고, 그 끝단에는 제1 전송게이트 형성물질로 형성된 출력게이트(OG)가 형성되어 있다. FD 영역은 BCCD 내의 콘택을 위하여 N+ 영역을 형성하고 있으며, FD 영역의 N+ 영역은 연결배선(ML1)에 의하여 센싱 AMP의 게이트로 연결하게 된다.In the “HCCD region”, a first transfer gate G1 and a second transfer gate G2 are alternately arranged for charge transfer, and an output gate OG formed of a first transfer gate forming material is formed at an end thereof. The FD region forms an N + region for the contact in the BCCD, and the N + region of the FD region is connected to the gate of the sensing AMP by the connection line ML1.

“FD 영역"에 도면부호(40)에 지시된 부분은 본 발명의 특징적 구성인 제 2 P형웰을 가리키며, 단면도인 도 5를 참조하여 하기에서 자세히 설명한다. 도면에 보인 센싱 AMP는 트랜지스터 4개로 구성되어 있는 2-스테이지 파울러 센싱 AMP(2-Stage Source Follower Sensing Amp)를 보이고 있다. 신호전하는 FD영역의 N+영역의 포텐셜을 변화시키면서 4개의 트랜지스터를 통하여 외부 접속단에 연결되어 출력신호로 검출된다.The portion indicated by reference numeral 40 in the “FD region” refers to the second P-type well, which is a characteristic configuration of the present invention, and will be described in detail below with reference to Fig. 5, which is a cross-sectional view. The two-stage Fowler sensing AMP (2-Stage Source Follower Sensing Amp) is shown, and the signal charge is detected as an output signal connected to an external connection terminal through four transistors while changing the potential of the N + region of the FD region. .

“드레인 영역"에는 FD 영역의 N+영역의 신호전하를 외부로 방출할 수 있도록 하기 위한, 리셋게이트(RG)와 N+영역으로 형성된 리셋드레인(RD)이 형성되어 있다. 리셋게이트(RG)는 폴리실리콘을 이용하여 만들 수 있는데, 폴리실리콘 위에 콘택을 만들고 그 위에 전극 펄스를 인가하기 위한 메탈(ML2)을 연결한다. 리셋드레인(RD)에는 리셋드레인전극(VRD)이 연결되어 있어서, 그 위에 전극 펄스를 인가하여 리셋드레인(RD)으로 전송된 전하를 외부에 방출할 수 있도록 하였다.In the “drain region”, a reset gate RG and a reset drain RD formed of the N + region are formed so as to emit signal charges from the N + region of the FD region to the outside. It can be made using silicon, and a contact is made on polysilicon and a metal ML2 for applying an electrode pulse thereon is connected to the reset drain RD, and a reset drain electrode VRD is connected to the electrode. A pulse was applied to allow the charge transferred to the reset drain RD to be discharged to the outside.

도 5는 도 4에 보인 고체촬상소자의 BB' 절단선을 따라 나타낸 단면도이다.FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of the solid state image pickup device shown in FIG. 4.

N형기판(N-SUB)에 P형웰(P-WELL)이 위치하되, 상부에 FD 영역이 있는 부분에는 제2 P형웰(2P-WELL)이 형성되어 있고, 그 이외의 부분에는 제1 P형웰(1P-WELL)이 형성되어 있다. 그리고, 이 들 P형웰 상에는 N형 BCCD가 형성되어 있으며, 제2 P형웰(2P-WELL)상부의 BCCD 내에는 N형 불순물 영역인 N+영역이 형성되어 있다. FD 영역의 N+영역에는 센싱AMP가 연결되어 있고, 드레인영역의 BCCD 상에는 리셋게이트(RG)와 N+영역인 리셋드레인(RD)이 형성되어 있다.The P-well is located on the N-substrate (N-SUB), but the second P-well (2P-WELL) is formed at the portion having the FD region thereon, and the first P is formed at the other portion. A mold well 1P-WELL is formed. An N-type BCCD is formed on these P-type wells, and an N + region, which is an N-type impurity region, is formed in BCCD on the second P-type well (2P-WELL). A sensing AMP is connected to the N + region of the FD region, and a reset gate RG and a reset drain RD, which is an N + region, are formed on the BCCD of the drain region.

이 때, 제2 P형웰(2P-WELL)을 제1 P형웰(1P-WELL)보다 깊이가 훨씬 작도록(도면에 보임) 형성하거나, 제1 P형웰(1P-WELL)보다 훨씬 저농도로 형성함으로써 FD 영역의 BCCD 및 N+영역과 그 부근의 P형웰 즉, 제2 P형웰(2P-WELL)의 공핍층 형성을 극대화한다. 필요에 따라서 제3 P형웰즉, FD 영역과 겹치는 P형웰을 주위 제1 P형웰과 제2 P형웰과는 농도나 접합깊이가 다른 P형웰을 형성시킴으로써, 신호전하의 FD 영역으로의 전달을 용이하게 할 수 있다.In this case, the second P-well (2P-WELL) is formed to have a much smaller depth than the first P-well (1P-WELL) (shown in the drawing), or much lower concentration than the first P-well (1P-WELL). As a result, the formation of the depletion layer of the BCCD and N + regions of the FD region and the P-type wells ie, the second P-type WELL of the vicinity thereof is maximized. If necessary, a P-type well that overlaps the third P-type well, that is, the FD region, is formed to form a P-type well having a different concentration or junction depth from the surrounding first P-type well and the second P-type well, thereby facilitating transfer of signal charges to the FD region. It can be done.

제1 P형웰(1P-WELL)과 제2 P형웰(2P-WELL)은 통상의 고체촬상소자의 제조공정에서 원하는 부분만을 포토마스크에 의하여 블로킹하는 공정을 이용하여 형성할 수 있다. 즉, P형웰을 형성하기 위하여 P형 불순물을 반도체기판에 주입하는 공정에서 반도체 기판의 전면에 주입하는 것이 아니라, 제2 P형웰(2P-WELL)을 형성할 부분을 감광막으로 블로킹한 후, P형 불순물을 주입하여 제 1 P형웰(1P-WELL)을 형성한 다음, 감광막을 제거하고, 다시 P형 불순물을 주입하여 제2 P형웰(2P-WELL)을 형성한다. 이 때, 제2 P형웰(2P-WELL)을 형성하기 위한 P형 불순물을 주입하는 공정은 주입네어지와 주입농도를 적절하게 조절하여 제2 P형웰(2P-WELL)이 제 1 P형웰(1P-WELL)보다 접합깊이가 작게 되도록 형성하거나, 불순물의 농도가 작게 되도록 형성한다.The first P type well 1P-WELL and the second P type well 2P-WELL may be formed using a process of blocking only a desired portion by a photomask in a conventional solid state imaging device manufacturing process. That is, in the process of injecting P-type impurities into the semiconductor substrate in order to form the P-type well, instead of implanting the entire surface of the semiconductor substrate, the portion to form the second P-type well (2P-WELL) is blocked with a photosensitive film, and then P After implanting the type impurity to form the first P-well (1P-WELL), the photoresist film is removed, and then the P-type impurity is implanted to form the second P-well (2P-WELL). At this time, in the process of injecting the P-type impurities for forming the second P-type well (2P-WELL), the second P-type well (2P-WELL) is the first P-type well (adjustment) by appropriately adjusting the injection energy and the injection concentration. 1P-WELL) to form a smaller junction depth or to form a smaller concentration of impurities.

이하, 고체촬상소자의 구조를 나타낸 상기 도 4와 도5 및 구동 타이밍을 표시한 도 6과 이에 대한 포텐셜 프로파일을 나타낸 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 고체촬상소자의 신호전하 검출 기능을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the signal charge detection function of the solid state image pickup device according to the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5 showing the structure of the solid state image pickup device, and FIG. As follows.

우선, t=t1 일 때, (Hφ1, Hφ2, φRG)의 펄스형태는 (H,L,L)가 되어 각 위치에서의 포텐셜 프로파일은 도 6에서의 실선으로 표시할 수 있다. HCCD를 통하여 전송된 신호전하가 HCCD의 끝단까지 전송된다.First, when t = t1, the pulse shapes of (Hφ1, Hφ2, φRG) become (H, L, L), and the potential profile at each position can be represented by the solid line in FIG. Signal charge transmitted through the HCCD is transmitted to the end of the HCCD.

그 다음, t=t2 일 때, (Hφ1, Hφ2, φRG)의 펄스형태는 (L,H,H)가 되어 각 위치에서의 포텐셜 프로파일은 도 6에서의 점선으로 표시할 수 있다. HCCD의 끝단에 있던 신호전하가 출력게이트(OG)보다 포텐셜이 높아짐에 따라 HCCD 끝단의 신호전하는 FD 영역의 N+영역으로 전송된다. 이 때, 출력게이트의 펄스를 LOW로 인가하여 전하의 전송을 원활하게 할 수 있다.Then, when t = t2, the pulse shape of (Hφ1, Hφ2, φRG) becomes (L, H, H) so that the potential profile at each position can be represented by the dotted line in FIG. As the signal charge at the end of the HCCD becomes higher than the output gate OG, the signal charge at the end of the HCCD is transferred to the N + region of the FD region. At this time, the pulse of the output gate is applied to LOW to facilitate the transfer of charges.

상기 설명한 바와 같이, Hφ1이 LOW 일 때, 출력게이트를 통하여 신호전하가 FD 영역으로 넘어오게 되면, FD 영역의 캐패시턴스에 의하여 전압으로 변환되게 된다. 변환되는 정도는 Q=CV의 관계식으로부터 계산할 수 있다. 즉, 1 신호전하당 변환되는 전압의 크기는 FD 영역의 전체 캐패시턴스에 의하여 결정된다. 이 때, 본 발명의 특징적인 P형웰 구조에 의하여 N형기판과 FD 영역의 N+영역에 인가되는 바이어스에 의하여 P형웰의 공핍이 극대화된다. 즉, FD 영역에서의 N형 영역인 BCCD와 N+영역과 P형 영역인 제2 P형웰(2P-WELL)과의 공핍층 형성이 극대화된다. 따라서, FD의 캐패시턴스는 극소화되고, 이에 따라 전자의 전압 변환율은 크게 되어 결국, 감도가 증가된다. 이러한 전압의 변화는 센싱 AMP의 게이트쪽으로 전달되게 되어 최종 출력의 결과로 나타내게 된다.As described above, when Hφ1 is LOW, when the signal charge is transferred to the FD region through the output gate, the capacitance is converted to the voltage by the capacitance of the FD region. The degree of conversion can be calculated from the relationship of Q = CV. That is, the magnitude of the voltage converted per one signal charge is determined by the total capacitance of the FD region. At this time, the depletion of the P-type well is maximized by a bias applied to the N-type substrate and the N + region of the FD region by the characteristic P-type well structure of the present invention. That is, formation of a depletion layer between BCCD, which is an N-type region, and a second P-type well, which is an N-type region and a P-type region, 2P-WELL in the FD region is maximized. Therefore, the capacitance of the FD is minimized, so that the voltage conversion rate of the electrons is large, and eventually the sensitivity is increased. This change in voltage is propagated toward the gate of the sensing AMP, resulting in the final output.

이 때, 제2 P형웰(2P-WELL)을 출력게이트(OG) 쪽으로 확장시키도록 형성할 경우, HCCD의 마지막단의 채널의 포텐셜을 증가시키는 효과를 가질 수 있다. 따라서, HCCD의 신호전하가 FD 영역으로 넘어오도록 하는 Fringing Field의 증가효과를 얻을 수 있다. 따라서, 제2 P형웰을 자유롭게 설정함으로써 FD 영역의 캐패시턴스를 임의로 설계할 수 있다.At this time, when the second P-type well 2P-WELL is formed to extend toward the output gate OG, the potential of the channel at the end of the HCCD may be increased. Therefore, the effect of increasing the Fringing Field, which causes the signal charge of HCCD to flow into the FD region, can be obtained. Therefore, the capacitance of the FD region can be arbitrarily designed by freely setting the second P-type well.

다음, t=t3 일 때, (Hφ1, Hφ2, φRG)의 펄스형태는 (H,L,H)가 되어 각 위치에서의 프로파일은 리셋게이트 부분만을 제외하고는 도 6에서의 실선으로 표시할 수 있다. 이 때, 리셋게이트(RG)의 포텐셜이 1단 실선으로 표시한 바와 같이, 낮아지게 되어 센싱이 완료된 FD 영역의 신호전하를 리셋게이트의 동작하에 리셋드레인(RD)으로 보내고, 외부로 방출한다. FD 영역의 포텐셜은 신호전하가 출력게이트(OG)를 통하여 넘어 오기전의 포텐셜상태인 원래의 상태로 리셋이 된다.Next, when t = t3, the pulse shape of (Hφ1, Hφ2, φRG) becomes (H, L, H) so that the profile at each position can be represented by the solid line in FIG. 6 except for the reset gate portion. have. At this time, the potential of the reset gate RG is lowered as indicated by the first stage solid line, and the signal charge of the FD region where sensing is completed is sent to the reset drain RD under the operation of the reset gate, and emitted to the outside. The potential of the FD region is reset to its original state, which is the potential state before the signal charge is passed through the output gate OG.

이 후, 다음 전하 신호를 전송 받고 검출하는 상기 작동을 반복하여 실시한다.Thereafter, the above operation of receiving and detecting the next charge signal is repeated.

본 발명은 제2 P형웰의 농도나 깊이를 조절하여 FD 영역과 P형웰의 공핍형성을 극대화할 수 있어서 FD영역에서의 졍션 캐패시턴스를 대폭 감소시킬 수 있다. 따라서 센싱 Amp에서의 감도를 대폭 증가시킬 수 있다. 또한, 제2 P형웰을 자유롭게 설정함으로써 FD 영역의 캐패시턴스를 임의로 설계할 수 있다. 또한, 제2 P형웰을 출력게이트 쪽으로 확장시키도록 형성할 경우, HCCD의 마지막단의 채널의 포텐셜을 증가시키는 효과를 가지게 되어 신호전하의 FD 영역으로의 전송을 용이하게 할 수 있다. ,The present invention can maximize the depletion of the FD region and the P-type well by adjusting the concentration or depth of the second P-type well, which can significantly reduce the junction capacitance in the FD region. Therefore, the sensitivity in the sensing Amp can be greatly increased. In addition, the capacitance of the FD region can be arbitrarily designed by freely setting the second P-type well. In addition, when the second P-type well is formed to extend toward the output gate, it has the effect of increasing the potential of the channel at the end of the HCCD, thereby facilitating transmission of the signal charge to the FD region. ,

Claims (4)

제1 도전형 반도체기판과, 상기 반도체기판에 형성되는 제2 도전형 제1 웰과, 상기 반도체기판에 상기 제1 웰이 아닌 부분에 형성되는 제2 도전형 제 2웰과, 상기 반도체기판의 상기 제1 웰 및 제2 웰 상에 형성되는 제1 도전형 BCCD 영역과, 상기 제2 웰 상부의 BCCD에 형성되는 제1 도전형 고농도불순물영역과, 상기 BCCD 상에 형성되는 절연막과, 상기 절연막 상에 상기 BCCD 영역의 신호전하를 능동적으로 전송시키도록 형성된 HCCD 전송게이트와, 상기 절연막 상에 위치하되, 상기 HCCD의 끝단의 전송게이트와 상기 고농도불순물영역 사이에 형성되는 출력게이트와, 상기 고농도불순물영역의 신호전하는 감지하고 출력시키도록 형성된 다수의 게이트를 포함하는 고체촬상소자에 있어서,A first conductivity type semiconductor substrate, a second conductivity type first well formed on the semiconductor substrate, a second conductivity type second well formed on a portion of the semiconductor substrate other than the first well, and the semiconductor substrate. A first conductive type BCCD region formed on the first well and a second well, a first conductive type high concentration impurity region formed on the BCCD above the second well, an insulating film formed on the BCCD, and the insulating film An HCCD transfer gate formed to actively transfer signal charges of the BCCD region on the substrate; an output gate positioned between the transfer gate at the end of the HCCD and the high concentration impurity region; A solid state image pickup device comprising a plurality of gates configured to sense and output a signal charge of an area, 상기 제2 도전형 제2 웰은 상기 제2 웰 상부에 위치하는 상기 제1 도전형 BCCD 영역 및 고농도불순물영역과의 공핍형성이 극대화하도록 형성되는 것이 특징인 고체촬상소자.And the second conductivity type second well is formed to maximize depletion between the first conductivity type BCCD region and the high concentration impurity region located above the second well. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 제2 웰은 상기 제1 웰보다 접합깊이가 작은 것이 특징인 고체촬상소자.And the second well has a smaller junction depth than the first well. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 제2 웰은 상기 제1 웰보다 도전형의 농도가 작은 것이 특징인 고체촬상소자.And said second well has a smaller conductivity type concentration than said first well. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 제2 웰은 상기 출력게이트 영역까지 확장되도록 형성되는 것이 특징인 고체촬상소자.And the second well is formed to extend to the output gate region.
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