KR100468610B1

KR100468610B1 - Image sensor

Info

Publication number: KR100468610B1
Application number: KR10-2003-0076795A
Authority: KR
Inventors: 박재영; 권경국
Original assignee: 매그나칩 반도체 유한회사
Priority date: 2003-10-31
Filing date: 2003-10-31
Publication date: 2005-01-31
Also published as: KR20030093145A

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 포토다이오드와 오버랩되는 부분에서 일부영역에 돌출부가 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 photodiode. It provides an image sensor in which a protrusion is formed in a portion of the area.

Description

Image sensor

본 발명은 이미지센서에 관한 것으로 특히, 전하운송효율을 향상시킬 수 있는 이미지센서에 관한 것이다.The present invention relates to an image sensor, and more particularly, to an image sensor capable of improving charge transport efficiency.

이미지센서는 광학 영상(Optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체소자로서, 전하결합소자(Charge Coupled Device; 이하 CCD라 함)와 CMOS(Complementary MOS; 이하 CMOS라 함) 이미지센서 등을 포함한다.CCD는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 캐패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 소자인 반면, CMOS 이미지센서는 제어회로(Control circuit) 및 신호처리회로(Signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소 수만큼 MOS트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(Output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.The image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal, and includes a charge coupled device (CCD) and a CMOS (Complementary MOS) image sensor. CCD is a device in which charge carriers are stored and transported in capacitors while individual metal-oxide-silicon (MOS) capacitors are in close proximity to each other, whereas CMOS image sensors are control circuits and signal processing circuits. It is a device that adopts a switching method that makes MOS transistors by the number of pixels by using CMOS technology using a circuit as a peripheral circuit and sequentially detects output using them.

이러한 다양한 이미지센서를 제조함에 있어서, 이미지센서의 광감도(Photo sensitivity)를 증가시키기 위한 노력들이 진행되고 있으며, 그 중 하나가 집광기술이다. 예컨대, CMOS 이미지센서는 빛을 감지하는 포토다이오드와 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 CMOS 로직회로부분으로 구성되어 있으며, 광감도를 높이기 위해서는 전체 이미지센서 면적에서 포토다이오드의 면적이 차지하는 비율(이를 통상 Fill Factor"라 한다)을 크게 하려는 노력이 진행되고 있다.In manufacturing such various image sensors, efforts are being made to increase the photo sensitivity of the image sensor, and one of them is a light 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, and in order to increase the light sensitivity, the area of the photodiode in the total image sensor area ( Efforts are being made to increase this, usually referred to as "fill factor."

도 1의 (a)는 종래기술에 따른 이미지센서를 도시한 평면도이며, 도 1의 (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 1의 (a) 및 도 1의 (b)를 참조하면, 종래의 이미지센서는 기판(도시하지 않음, 기판의 액티브 영역)에 포토다이오드(이하 PD라 함)가 형성되어 있으며, PD와 이격되는 위치의 기판에 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.한편, 도 1의 (a)에서는 Tx가 PD 및 FD의 일부와 각각 오버랩된 것으로 도시되어 있으나, 도 1의 (b)에서는 Tx가 PD 및 FD에 정렬된 것으로 도시되어 있다. 이는 Tx 형성 후 기판의 액티브 영역에 이온주입을 실시하여 Tx의 일측에 정렬되도록 PD의 n-영역과 P0영역을 형성하고, 아울러 Tx의 타측에 정렬되도록 이온주입을 통해 FD를 형성한다. 따라서, Tx가 기판의 액티브 영역에 오버랩되고, PD와 FD는 Tx에 정렬되는 것이 이론상으로는 맞을 수도 있으나, PD 및 FD를 형성하기 위한 이온주입 후 열 확산을 통해 이온주입된 불순물이 확산하여 Tx의 일부 하부까지 확장되므로 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이 Tx가 PD와 FD에 각각 오버랩된 것이 실질적으로 맞으며, 도 1의 (b)는 이러한 확산에 의한 오버랩을 배제하고 설명의 간략화를 위해 Tx가 PD와 FD에 정렬된 것처럼 도시하였다.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, an active region of the substrate), and is spaced apart from the PD. A sensing diffusion region (hereinafter referred to as an FD) is formed on the substrate at a position where it is located, and a gate electrode (transfer gate) that transmits an optical signal from the PD to the FD through an on-off operation overlapped at each end of the PD and the FD. In the meantime, in FIG. 1 (a), Tx is shown to overlap with a part of PD and FD, but in FIG. 1 (b), Tx is aligned with PD and FD. It is shown as being. After forming Tx, ion implantation is performed in the active region of the substrate to form an n-region and a P0 region of PD to be aligned with one side of Tx, and an FD is formed through ion implantation to be aligned with the other side of Tx. Therefore, it may be theoretically true that Tx overlaps the active region of the substrate, and PD and FD are aligned with Tx. However, impurities implanted through thermal diffusion after ion implantation to form PD and FD diffuse to form Tx. Since it extends to some lower part, it is substantially correct that Tx overlaps PD and FD, respectively, as shown in FIG. 1 (a), and FIG. 1 (b) is for the sake of simplicity and excluding the overlap due to such diffusion. Tx is shown as aligned to PD and FD.

PD는 P형의 기판 하부에 형성된 N형의 포토다이오드영역(이하 n-영역이라 함)과, 기판 표면으로부터 n-영역 상부까지 확장되어 형성된 P형의 포토다이오드영역(이하 P0라 함)을 포함한다. 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 extending from the substrate surface to the upper portion of the n-region. do. FD is a high concentration N-type (n +) formed extending downward from the substrate surface, and Tx is mainly formed using a conductive material including 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 1의 (b)의 하단에는 도 1의 (a)의 PD에서의 최대 전위영역(X)을 기준으로 PD와 Tx 및 FD에서의 전위 분포를 개략적으로 도시하고 있다. 여기서, Tx가 오프시 최대 전위영역이 Tx와 PD의 경계 지역에서 멀어 Tx의 온이 어렵게 된다.That is, the distribution of potentials in PD, Tx, and FD based on the maximum potential region X in the PD of FIG. Here, when Tx is off, the maximum potential region is far from the boundary region between 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 포토다이오드와 오버랩되는 부분에서 일부영역에 돌출부가 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 photodiode. It provides an image sensor in which a protrusion is formed in a portion of the area.

바람직하게, 본 발명의 상기 일부영역은 상기 포토다이오드와 오버랩되는 부분의 중앙에 형성된 것을 특징으로 한다.Preferably, the partial region of the present invention is formed in the center of the portion overlapping with the photodiode.

또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 제1도전형의 상기 기판 하부에 형성된 제2도전형의 제1포토다이오드영역과, 상기 기판 표면으로부터 상기 제1포토다이오드영역으로 확장되어 형성된 제1도전형의 제2포토다이오드영역을 구비하는 포토다이오드; 상기 포토다이오드와 이격되는 위치의 상기 기판에 형성된 제2도전형의 센싱확산영역; 상기 포토다이오드의 일단과 상기 센싱확산영역의 일단에 각각 오버랩되어 온-오프 동작을 통해 상기 광신호를 상기 센싱확산영역으로 전달하는 게이트전극; 및 상기 게이트전극과 상기 포토다이오드가 오버랩되는 부분에서 상기 제1포토다이오드영역의 중앙에 상기 제1포토다이오드영역보다 고농도로 형성된 제2도전형의 불순물영역을 포함하여 이루어지는 이미지센서를 제공한다.In addition, the present invention for achieving the above object is a first photodiode region of the second conductive type formed under the substrate of the first conductive type, and a first conductive formed extending from the substrate surface to the first photodiode region A photodiode having a second photodiode region of a type; A sensing diffusion region of a second conductivity type formed in the substrate at a position spaced apart from the photodiode; 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; And an impurity region of a second conductivity type formed at a higher concentration than the first photodiode region in the center of the first photodiode region at a portion where the gate electrode and the photodiode overlap with each other.

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 3의 (a)는 FD와 오버랩되는 부분에서 일부영역에 홈을 갖는 Tx를 포함하는 이미지센서를 도시한 평면도이며, 도 3의 (b)는 도 3의 (a)의 단면도이며, 도 3의 (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, FIG. 3B is a cross-sectional view of FIG. 3A, and FIG. 3C is a cross-sectional view illustrating a structure of an image sensor in which an ion implantation is performed 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 빠르게 넘어가게 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 electric field of the Tx, and the data is quickly transferred to the FD, and the center of the groove A is overlapped with 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 3의 (a) 및 도 3의 (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 3의 (b)에서 점선과 실선으로 구분한 바와 같이 Tx에 의해 그 하부의 이온주입된 부분이 달라지게 되는 것이다.Meanwhile, reference numeral 'B' in FIGS. 3A and 3B shows an area where no groove is formed. In the 'B' area, FD and Tx overlap or contact each other. The formed 'A' region is arranged as if spaced apart by the depth of the groove. Therefore, the n + region of the FD is to be ion-implanted at the lower portion by Tx, as shown by the dotted line and the solid line in FIG.

한편, 상기 홈이 형성된 부분에만 저농도의 N형 불순물을 이온주입하여 전하운송효율을 더욱 개선시킬 수 있는 바, 도 3의 (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, and FIG. 3C is formed on the semiconductor substrate at a portion overlapping with the partial region A. FIG. 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 4의 (a)는 PD와 오버랩되는 부분에서 일부영역에 돌출부를 갖는 Tx를 포함하는 이미지센서를 도시한 평면도이며, 도 4의 (b)는 도 4의 (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 overlap portion with the PD, FIG. 4B is a cross-sectional view of FIG. 4A.

도 4의 (a) 및 도 4의 (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.Referring to FIGS. 4A and 4B, a PD is formed on a substrate, an FD is formed on a substrate spaced apart from the PD, and overlaps 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 on-off operation. The protrusion C is formed in a partial region at the portion where the Tx overlaps with the PD.

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

Tx 하부에서는 상술한 바와 같이 그 중앙부(X)에서의 전기장의 세기가 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 도시된 것처럼 PD 영역의 최대 전위 지점과 PD의 Tx의 경계부의 거리가 점차로 짧아지면서 Tx의 온이 더 쉬워지게 된다.In the lower part of Tx, as described above, the intensity of the electric field at the center portion 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 of 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 쎄므로, PD에 모아진 전자는 돌출부(C)로 빠르게 모이게 되어 FD로 전송되게 된다. 이로 인해, PD에서 FD로의 전하운송효율이 증가하게 된다.In addition, since the electric field E in the protruding portion C is stronger than the non-protruding portion, the electrons collected in the PD are quickly gathered in the protruding portion C and transmitted to the FD. This increases the charge transport efficiency from the PD to the FD.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지센서를 도시한 도면으로서, 도 5의 (a)는 PD와 오버랩되는 부분에서 일부영역에 PD의 n-영역보다 상대적으로 고농도인 n+영역를 갖는 이미지센서를 도시한 평면도이며, 도 5의 (b)는 도 5의 (a)의 단면도이다.FIG. 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 a n− region of a PD at a portion overlapping with the PD. Is a plan view, and FIG. 5B is a cross-sectional view of FIG. 5A.

도 5의 (a) 및 도 5의 (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 below the P-type substrate, and extends from the surface of the substrate to the n-region so that 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 overlapped at one end of the PD and one end of the FD, respectively, from the PD through the on-off operation. A Tx for transmitting an optical signal to the FD is formed, and an n + region F having a higher concentration than the n- region is formed in a portion of the n- region where the Tx and the PD overlap.

여기서, n+영역(F)은 PD와 오버랩되는 부분의 중앙에 형성되는 것이 바람직하며, FD는 기판 표면으로부터 하부로 확장되어 형성된 고농도의 N형 불순물영역(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 downward from the substrate surface, and Tx is a conductive material such as polysilicon. Contains substances.

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 온이 될 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, and the distance between the Tx and PD maximum potential points becomes very easy to turn on Tx. 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 쎄지므로, PD에 모아진 전자는 n+영역(F)로 빠르게 모이게 되어 FD로 전송되게 되며 이로인해, PD에서 FD로의 전하운송효율이 증가하게 된다.In addition, since the electric field E in the n + region F is stronger than the non-protruding portion, the electrons collected in the PD are quickly gathered in the n + region F and transferred to the FD, which causes the PD to FD. The charge transport efficiency is increased.

이는 PD와 Tx가 오버랩되는 부분에서 그 중앙에 n-영역 형성시 사용하는 이온주입 에너지 예컨대, 160KeV ∼ 200KeV 정도의 이온주입 에너지 및 1.0E11/㎠ ∼ 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, for example, using ion implantation energy of about 160KeV to 200KeV and N-type impurities of 1.0E11 / cm2 to 9.0E13 / cm2 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 전위구배를향상시키는 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 strong 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

In the image sensor,

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;

The gate electrode is an image sensor having a protrusion formed in a portion of the overlap portion with the photodiode.

The method of claim 1,

The partial region is formed in the center of the overlapping portion with the photodiode image sensor.

The method of claim 1,

The photodiode,

A first photodiode region of a second conductive type formed under the substrate of a first conductive type; And

A second photodiode region of a first conductivity type formed extending from the substrate surface to the first photodiode region;

The sensing diffusion region,

It is a high concentration second conductive type formed extending from the surface of the substrate,

The gate electrode,

An image sensor comprising polysilicon.

delete

In the image sensor,

A first photodiode of a second conductive type formed under the substrate of the first conductive type and a second photodiode of a first conductive type extending from the surface of the substrate to the first photodiode region diode;

A sensing diffusion region of a second conductivity type formed in the substrate at a position spaced apart from the photodiode;

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; And

An impurity region of a second conductivity type formed at a higher concentration than the first photodiode region at the center of the first photodiode region at a portion where the gate electrode and the photodiode overlap with each other;

Image sensor comprising a.

The method of claim 5, wherein

The sensing diffusion region,

The gate electrode,

An image sensor comprising polysilicon.