(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022167804
(43)【公開日】2022-11-04
(54)【発明の名称】イメージセンサ
(51)【国際特許分類】
H01L 27/146 20060101AFI20221027BHJP
H04N 5/374 20110101ALI20221027BHJP
【ＦＩ】
H01L27/146 A
H01L27/146 D
H04N5/374
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022059835
(22)【出願日】2022-03-31
(31)【優先権主張番号】10-2021-0052989
(32)【優先日】2021-04-23
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(71)【出願人】
【識別番号】390019839
【氏名又は名称】三星電子株式会社
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】１２９，Ｓａｍｓｕｎｇ－ｒｏ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ－ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ－ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
(74)【代理人】
【識別番号】110000051
【氏名又は名称】弁理士法人共生国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】鄭 閔 至
(72)【発明者】
【氏名】薛 斗 植
(72)【発明者】
【氏名】安 成 ミン
(72)【発明者】
【氏名】李 卿 徳
(72)【発明者】
【氏名】李 景 鎬
(72)【発明者】
【氏名】鄭 勝 基
(72)【発明者】
【氏名】鄭 有 珍
(72)【発明者】
【氏名】鄭 泰 燮
(72)【発明者】
【氏名】趙 鼎 鎭
(72)【発明者】
【氏名】藤田 雅人
【テーマコード（参考）】
4M118
5C024
【Ｆターム（参考）】
4M118AA05
4M118AB01
4M118AB03
4M118BA14
4M118BA19
4M118CA04
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4M118CA20
4M118CA24
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4M118CB01
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4M118GA02
4M118GB02
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4M118GB12
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4M118GB16
4M118GB17
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4M118GC08
4M118GC14
4M118GD04
4M118HA22
4M118HA24
4M118HA25
4M118HA33
5C024AX01
5C024CY17
5C024DX01
5C024EX12
5C024EX43
5C024EX52
5C024GY31
(57)【要約】
【課題】性能を向上させたイメージセンサを提供する。
【解決手段】本発明のイメージセンサは、光が入射する第１面及び第１面に対向する第２面を含む基板と、基板内に互いに隣接する第１単位ピクセル及び第２単位ピクセルを定義するピクセル隔離パターンと、第１単位ピクセル内に第１方向に沿って配列された第１光電変換部及び第２光電変換部と、第１光電変換部と第２光電変換部との間の基板内に第１方向に交差する第２方向に延びる第１分離パターンと、第２単位ピクセル内に第２方向に沿って配列された第３光電変換部及び第４光電変換部と、第３光電変換部と第４光電変換部との間の基板内に第１方向に延びる第２分離パターンと、を備え、ピクセル隔離パターンの幅、第１の分離パターンの幅、及び第２分離パターンの幅は、それぞれ基板の第２面から基板の第１面に向向かうにつれて減少する。
【選択図】図３
【解決手段】本発明のイメージセンサは、光が入射する第１面及び第１面に対向する第２面を含む基板と、基板内に互いに隣接する第１単位ピクセル及び第２単位ピクセルを定義するピクセル隔離パターンと、第１単位ピクセル内に第１方向に沿って配列された第１光電変換部及び第２光電変換部と、第１光電変換部と第２光電変換部との間の基板内に第１方向に交差する第２方向に延びる第１分離パターンと、第２単位ピクセル内に第２方向に沿って配列された第３光電変換部及び第４光電変換部と、第３光電変換部と第４光電変換部との間の基板内に第１方向に延びる第２分離パターンと、を備え、ピクセル隔離パターンの幅、第１の分離パターンの幅、及び第２分離パターンの幅は、それぞれ基板の第２面から基板の第１面に向向かうにつれて減少する。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光が入射する第１面及び前記第１面に対向する第２面を含む基板と、
前記基板内に互いに隣接する第１単位ピクセル及び第２単位ピクセルを定義するピクセル隔離パターンと、
前記第１単位ピクセル内に第１方向に沿って配列された第１光電変換部及び第２光電変換部と、
前記第１光電変換部と前記第２光電変換部との間の前記基板内に前記第１方向に交差する第２方向に延びる第１分離パターンと、
前記第２単位ピクセル内に前記第２方向に沿って配列された第３光電変換部及び第４光電変換部と、
前記第３光電変換部と前記第４光電変換部との間の前記基板内に前記第１方向に延びる第２分離パターンと、を備え、
前記ピクセル隔離パターンの幅、前記第１分離パターンの幅、及び前記第２分離パターンの幅は、それぞれ前記基板の前記第２面から前記基板の前記第１面に向かうにつれて減少することを特徴とするイメージセンサ。
前記基板内に互いに隣接する第１単位ピクセル及び第２単位ピクセルを定義するピクセル隔離パターンと、
前記第１単位ピクセル内に第１方向に沿って配列された第１光電変換部及び第２光電変換部と、
前記第１光電変換部と前記第２光電変換部との間の前記基板内に前記第１方向に交差する第２方向に延びる第１分離パターンと、
前記第２単位ピクセル内に前記第２方向に沿って配列された第３光電変換部及び第４光電変換部と、
前記第３光電変換部と前記第４光電変換部との間の前記基板内に前記第１方向に延びる第２分離パターンと、を備え、
前記ピクセル隔離パターンの幅、前記第１分離パターンの幅、及び前記第２分離パターンの幅は、それぞれ前記基板の前記第２面から前記基板の前記第１面に向かうにつれて減少することを特徴とするイメージセンサ。
【請求項2】
前記基板は、第１導電型の不純物を含み、
それぞれの前記第１～第４光電変換部は、前記第１導電型とは異なる第２導電型の不純物を含む光電変換領域を含むことを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
それぞれの前記第１～第４光電変換部は、前記第１導電型とは異なる第２導電型の不純物を含む光電変換領域を含むことを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項3】
前記ピクセル隔離パターン、前記第１分離パターン、及び前記第２分離パターンは、それぞれ前記基板の前記第２面から前記基板の前記第１面まで延びることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項4】
前記ピクセル隔離パターン、前記第１分離パターン、及び前記第２分離パターンは、それぞれ同じレベルで形成されることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項5】
前記ピクセル隔離パターン、前記第１分離パターン、及び前記第２分離パターンのそれぞれは、
導電物質を含むフィリングパターンと、
前記フィリングパターンの側面に沿って延びて前記基板から前記フィリングパターンを分離する絶縁スペーサと、を含むことを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
導電物質を含むフィリングパターンと、
前記フィリングパターンの側面に沿って延びて前記基板から前記フィリングパターンを分離する絶縁スペーサと、を含むことを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項6】
前記第１分離パターン及び前記第２分離パターンは、それぞれ前記ピクセル隔離パターンの側面から突出することを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項7】
前記第１分離パターンは、前記第２方向で互いに離隔される第１サブ分離パターン及び第２サブ分離パターンを含み、
前記第２分離パターンは、前記第１方向で互いに離隔される第３サブ分離パターン及び第４サブ分離パターンを含み、
前記第１～第４サブ分離パターンは、それぞれ前記ピクセル隔離パターンの側面から突出することを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
前記第２分離パターンは、前記第１方向で互いに離隔される第３サブ分離パターン及び第４サブ分離パターンを含み、
前記第１～第４サブ分離パターンは、それぞれ前記ピクセル隔離パターンの側面から突出することを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項8】
前記第１分離パターン及び前記第２分離パターンは、前記ピクセル隔離パターンから離隔されることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項9】
前記基板の前記第１面上のマイクロレンズと、
前記基板の前記第２面上の電子素子と、
前記基板の前記第２面上に、前記電子素子に電気的に接続される配線構造体を含むことを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
前記基板の前記第２面上の電子素子と、
前記基板の前記第２面上に、前記電子素子に電気的に接続される配線構造体を含むことを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項10】
基板内に第１カラーの光を感知する第１単位ピクセルと、
前記基板内に前記第１単位ピクセルに隣接して前記第１カラーの光を感知する第２単位ピクセルと、を備え、
前記第１単位ピクセルは、第１方向に沿って配列された第１光電変換部及び第２光電変換部を含み、
前記第２単位ピクセルは、前記第１方向に交差する第２方向に沿って配列された第３光電変換部及び第４光電変換部を含むことを特徴とするイメージセンサ。
前記基板内に前記第１単位ピクセルに隣接して前記第１カラーの光を感知する第２単位ピクセルと、を備え、
前記第１単位ピクセルは、第１方向に沿って配列された第１光電変換部及び第２光電変換部を含み、
前記第２単位ピクセルは、前記第１方向に交差する第２方向に沿って配列された第３光電変換部及び第４光電変換部を含むことを特徴とするイメージセンサ。
【請求項11】
前記第１単位ピクセル及び前記第２単位ピクセルのそれぞれを囲むピクセル隔離パターンと、
前記第１光電変換部と前記第２光電変換部との間の前記基板内に前記第２方向に延びる第１分離パターンと、
前記第３光電変換部と前記第４光電変換部との間の前記基板内に前記第１方向に延びる第２分離パターンと、を更に含むことを特徴とする請求項１０に記載のイメージセンサ。
前記第１光電変換部と前記第２光電変換部との間の前記基板内に前記第２方向に延びる第１分離パターンと、
前記第３光電変換部と前記第４光電変換部との間の前記基板内に前記第１方向に延びる第２分離パターンと、を更に含むことを特徴とする請求項１０に記載のイメージセンサ。
【請求項12】
前記基板は、光が入射する第１面及び前記第１面に対向する第２面を含み、
前記ピクセル隔離パターンの幅、前記第１分離パターンの幅、及び前記第２分離パターンの幅は、それぞれ前記基板の前記第２面から前記基板の前記第１面に向かうにつれて減少することを特徴とする請求項１１に記載のイメージセンサ。
前記ピクセル隔離パターンの幅、前記第１分離パターンの幅、及び前記第２分離パターンの幅は、それぞれ前記基板の前記第２面から前記基板の前記第１面に向かうにつれて減少することを特徴とする請求項１１に記載のイメージセンサ。
【請求項13】
前記ピクセル隔離パターン及び前記第１分離パターンは、平面的観点で「Ｈ」形状の前記第１単位ピクセルを定義し、
前記ピクセル隔離パターン及び前記第２分離パターンは、平面的観点で「Ｉ」形状の前記第２単位ピクセルを定義することを特徴とする請求項１１に記載のイメージセンサ。
前記ピクセル隔離パターン及び前記第２分離パターンは、平面的観点で「Ｉ」形状の前記第２単位ピクセルを定義することを特徴とする請求項１１に記載のイメージセンサ。
【請求項14】
前記基板内に前記第１カラーとは異なる第２カラーの光を感知する第３単位ピクセルと、
前記基板内に前記第３単位ピクセルに隣接して前記第２カラーの光を感知する第４単位ピクセルと、を更に含み、
前記第３単位ピクセルは、前記第１方向に沿って配列された第５光電変換部及び第６光電変換部を含み、
前記第４単位ピクセルは、前記第２方向に沿って配列された第７光電変換部及び第８光電変換部を含むことを特徴とする請求項１０に記載のイメージセンサ。
前記基板内に前記第３単位ピクセルに隣接して前記第２カラーの光を感知する第４単位ピクセルと、を更に含み、
前記第３単位ピクセルは、前記第１方向に沿って配列された第５光電変換部及び第６光電変換部を含み、
前記第４単位ピクセルは、前記第２方向に沿って配列された第７光電変換部及び第８光電変換部を含むことを特徴とする請求項１０に記載のイメージセンサ。
【請求項15】
前記第１単位ピクセル及び前記第２単位ピクセルは、第１ピクセルグループを形成し、
前記第３単位ピクセル及び前記第４単位ピクセルは、第２ピクセルグループを形成し、
前記第１ピクセルグループ及び前記第２ピクセルグループは、互いに隣接することを特徴とする請求項１４に記載のイメージセンサ。
前記第３単位ピクセル及び前記第４単位ピクセルは、第２ピクセルグループを形成し、
前記第１ピクセルグループ及び前記第２ピクセルグループは、互いに隣接することを特徴とする請求項１４に記載のイメージセンサ。
【請求項16】
基板内に互いに隣接する複数の第１単位ピクセルを含んで第１カラーの光を感知する第１ピクセルグループと、
前記基板内に互いに隣接する複数の第２単位ピクセルを含んで前記第１カラーとは異なる第２カラーの光を感知し、前記第１ピクセルグループに隣接する第２ピクセルグループと、を備え、
前記複数の第１単位ピクセルの各々は、第１方向に沿って配列された第１光電変換部及び第２光電変換部を含み、
前記複数の第２単位ピクセルの各々は、前記第１方向に交差する第２方向に沿って配列された第３光電変換部及び第４光電変換部を含むことを特徴とするイメージセンサ。
前記基板内に互いに隣接する複数の第２単位ピクセルを含んで前記第１カラーとは異なる第２カラーの光を感知し、前記第１ピクセルグループに隣接する第２ピクセルグループと、を備え、
前記複数の第１単位ピクセルの各々は、第１方向に沿って配列された第１光電変換部及び第２光電変換部を含み、
前記複数の第２単位ピクセルの各々は、前記第１方向に交差する第２方向に沿って配列された第３光電変換部及び第４光電変換部を含むことを特徴とするイメージセンサ。
【請求項17】
前記第１単位ピクセル及び前記第２単位ピクセルのそれぞれを囲むピクセル隔離パターンと、
前記第１光電変換部と前記第２光電変換部との間の前記基板内に前記第２方向に延びる第１分離パターンと、
前記第３光電変換部と前記第４光電変換部との間の前記基板内に前記第１方向に延びる第２分離パターンと、を更に含むことを特徴とする請求項１６に記載のイメージセンサ。
前記第１光電変換部と前記第２光電変換部との間の前記基板内に前記第２方向に延びる第１分離パターンと、
前記第３光電変換部と前記第４光電変換部との間の前記基板内に前記第１方向に延びる第２分離パターンと、を更に含むことを特徴とする請求項１６に記載のイメージセンサ。
【請求項18】
前記基板は、光が入射する第１面及び前記第１面に対向する第２面を含み、
前記ピクセル隔離パターンの幅、前記第１分離パターンの幅、及び前記第２分離パターンの幅は、それぞれ前記基板の前記第２面から前記基板の前記第１面に向かうにつれて減少することを特徴とする請求項１７に記載のイメージセンサ。
前記ピクセル隔離パターンの幅、前記第１分離パターンの幅、及び前記第２分離パターンの幅は、それぞれ前記基板の前記第２面から前記基板の前記第１面に向かうにつれて減少することを特徴とする請求項１７に記載のイメージセンサ。
【請求項19】
前記第１単位ピクセルは、前記第１光電変換部と前記第２光電変換部とを連結する第１連結部を更に含み、
前記第１連結部の長さは、前記第２方向で前記第１光電変換部の長さ及び前記第２光電変換部の長さよりも小さく、
前記第２単位ピクセルは、前記第３光電変換部と前記第４光電変換部とを連結する第２連結部を更に含み、
前記第２連結部の長さは、前記第１方向で前記第３光電変換部の長さ及び前記第４光電変換部の長さよりも小さいことを特徴とする請求項１６に記載のイメージセンサ。
前記第１連結部の長さは、前記第２方向で前記第１光電変換部の長さ及び前記第２光電変換部の長さよりも小さく、
前記第２単位ピクセルは、前記第３光電変換部と前記第４光電変換部とを連結する第２連結部を更に含み、
前記第２連結部の長さは、前記第１方向で前記第３光電変換部の長さ及び前記第４光電変換部の長さよりも小さいことを特徴とする請求項１６に記載のイメージセンサ。
【請求項20】
前記基板は、第１導電型の不純物を含み、
前記第１～第４光電変換部のそれぞれは、前記第１導電型とは異なる第２導電型の不純物を含む光電変換領域を含み、
前記第１連結部及び前記第２連結部は、前記光電変換領域を含まないことを特徴とする請求項１９に記載のイメージセンサ。
前記第１～第４光電変換部のそれぞれは、前記第１導電型とは異なる第２導電型の不純物を含む光電変換領域を含み、
前記第１連結部及び前記第２連結部は、前記光電変換領域を含まないことを特徴とする請求項１９に記載のイメージセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、イメージセンサに関し、より詳細には、シーモス型イメージセンサに関する。
【背景技術】
【0002】
イメージセンサは光学映像を電気信号に変換させる素子である。コンピュータ産業や通信産業の発達につれ、スマートフォン（ｓｍａｒｔｐｈｏｎｅ）、ウェアラブル機器（ｗｅａｒａｂｌｅ ｄｅｖｉｃｅ）、デジタルカメラ（ｄｉｇｉｔａｌ ｃａｍｅｒａ）、ＰＣＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）、ゲーム機器、警備用カメラ、医療用マイクロカメラなどの多様な分野で性能が向上したイメージセンサが求められている。
【0003】
このようなイメージセンサは電荷結合型（ＣＣＤ：Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサやシーモス型（ＣＭＯＳ：Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサを含む。その中で、シーモス型イメージセンサは駆動方式が簡便で且つ信号処理回路を単一チップに集積できるため製品の小型化が容易である。また、シーモス型イメージセンサは電力消耗が非常に低くバッテリ容量が制限的な製品への適用が容易である。
【0004】
最近ではイメージセンサに形成されるピクセルが向上した受光効率及び光感度（ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）を有するように半導体基板の裏面を介して入射光が照射される裏面照射型（ＢＳＩ：ｂａｃｋｓｉｄｅ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ）イメージセンサが研究されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０２１－２２７２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、性能を向上させたイメージセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様によるイメージセンサは、光が入射する第１面及び前記第１面に対向する第２面を含む基板と、前記基板内に互いに隣接する第１単位ピクセル及び第２単位ピクセルを定義するピクセル隔離パターンと、前記第１単位ピクセル内に第１方向に沿って配列された第１光電変換部及び第２光電変換部と、前記第１光電変換部と前記第２光電変換部との間の前記基板内に前記第１方向に交差する第２方向に延びる第１分離パターンと、前記第２単位ピクセル内に前記第２方向に沿って配列された第３光電変換部及び第４光電変換部と、前記第３光電変換部と前記第４光電変換部との間の前記基板内に前記第１方向に延びる第２分離パターンと、を備え、前記ピクセル隔離パターンの幅、前記第１分離パターンの幅、及び前記第２分離パターンの幅は、それぞれ前記基板の前記第２面から前記基板の前記第１面に向かうにつれて減少する。
【0008】
上記目的を達成するためになされた本発明の他の態様によるイメージセンサは、基板内に第１カラーの光を感知する第１単位ピクセルと、前記基板内に前記第１単位ピクセルに隣接して前記第１カラーの光を感知する第２単位ピクセルと、を備え、前記第１単位ピクセルは、第１方向に沿って配列された第１光電変換部及び第２光電変換部を含み、前記第２単位ピクセルは、前記第１方向に交差する第２方向に沿って配列された第３光電変換部及び第４光電変換部を含む。
【0009】
上記目的を達成するためになされた本発明の更に他の態様によるイメージセンサは、基板内に互いに隣接する複数の第１単位ピクセルを含んで第１カラーの光を感知する第１ピクセルグループと、前記基板内に互いに隣接する複数の第２単位ピクセルを含んで前記第１カラーとは異なる第２カラーの光を感知し、前記第１ピクセルグループに隣接する第２ピクセルグループと、を備え、前記複数の第１単位ピクセルの各々は、第１方向に沿って配列された第１光電変換部及び第２光電変換部を含み、前記複数の第２単位ピクセルの各々は、前記第１方向に交差する第２方向に沿って配列された第３光電変換部及び第４光電変換部を含む。
【0010】
本発明のイメージセンサによれば、それぞれ異なる方向に分割された単位ピクセルを有するため、水平方向及び垂直方向の両方に対する自動焦点（ＡＦ）機能を遂行することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】一実施形態によるイメージセンサを説明するための例示的なブロック図である。
【図2】一実施形態によるイメージセンサの単位ピクセルを説明するための例示的な回路図である。
【図3】一実施形態によるイメージセンサの単位ピクセルを説明するためのレイアウト図である。
【図9a】一実施形態によるイメージセンサの単位ピクセルを説明するための多様なレイアウト図である。
【図9b】一実施形態によるイメージセンサの単位ピクセルを説明するための多様なレイアウト図である。
【図9c】一実施形態によるイメージセンサの単位ピクセルを説明するための多様なレイアウト図である。
【図9d】一実施形態によるイメージセンサの単位ピクセルを説明するための多様なレイアウト図である。
【図9e】一実施形態によるイメージセンサの単位ピクセルを説明するための多様なレイアウト図である。
【図9f】一実施形態によるイメージセンサの単位ピクセルを説明するための多様なレイアウト図である。
【図10】一実施形態によるイメージセンサの単位ピクセルを説明するための多様なレイアウト図である。
【図11】一実施形態によるイメージセンサの単位ピクセルを説明するための多様なレイアウト図である。
【図12】一実施形態によるイメージセンサの単位ピクセルを説明するための多様なレイアウト図である。
【図13】一実施形態によるイメージセンサの単位ピクセルを説明するためのレイアウト図である。
【図14a】一実施形態によるイメージセンサの単位ピクセルを説明するための多様なレイアウト図である。
【図14b】一実施形態によるイメージセンサの単位ピクセルを説明するための多様なレイアウト図である。
【図14c】一実施形態によるイメージセンサの単位ピクセルを説明するための多様なレイアウト図である。
【図14d】一実施形態によるイメージセンサの単位ピクセルを説明するための多様なレイアウト図である。
【図14e】一実施形態によるイメージセンサの単位ピクセルを説明するための多様なレイアウト図である。
【図14f】一実施形態によるイメージセンサの単位ピクセルを説明するための多様なレイアウト図である。
【図15】一実施形態によるイメージセンサの単位ピクセルを説明するための多様なレイアウト図である。
【図16】一実施形態によるイメージセンサの単位ピクセルを説明するための多様なレイアウト図である。
【図17】一実施形態によるイメージセンサの単位ピクセルを説明するための多様なレイアウト図である。
【図18】一実施形態によるイメージセンサの単位ピクセルを説明するための多様なレイアウト図である。
【図19】一実施形態によるイメージセンサの単位ピクセルを説明するための多様なレイアウト図である。
【図20】一実施形態によるイメージセンサの単位ピクセルを説明するための多様なレイアウト図である。
【図21】一実施形態によるイメージセンサの単位ピクセルを説明するための多様なレイアウト図である。
【図22】一実施形態によるイメージセンサの単位ピクセルを説明するための多様なレイアウト図である。
【図23】一実施形態によるイメージセンサの単位ピクセルを説明するための多様なレイアウト図である。
【図24】一実施形態によるイメージセンサを説明するための概略的なレイアウト図である。
【図25】一実施形態によるイメージセンサを説明するための概略的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
本明細書で、第１、第２などが多様な素子や構成要素を記述するために使われるが、これらの素子や構成要素はこれらの用語によって制限されないのは勿論である。これらの用語は単に一つの素子や構成要素を他の素子や構成要素から区別するために使用する。従って、以下で言及する第１素子や構成要素は本発明の技術的思想内で第２素子や構成要素であり得るのは勿論である。
【0013】
【0014】
図１は、一実施形態によるイメージセンサを説明するための例示的なブロック図である。
【0015】
図１を参照すると、本実施形態によるイメージセンサは、アクティブピクセルセンサアレイ（ＡＰＳ：ａｃｔｉｖｅ ｐｉｘｅｌ ｓｅｎｓｏｒ ａｒｒａｙ）１０、行デコーダ（Ｒｏｗ Ｄｅｃｏｄｅｒ）２０、行ドライバ（Ｒｏｗ Ｄｒｉｖｅｒ）３０、列デコーダ（Ｃｏｌｕｍｎ Ｄｅｃｏｄｅｒ）４０、タイミング発生器（Ｔｉｍｉｎｇ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）５０、相関二重サンプラ（ＣＤＳ：ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ ｄｏｕｂｌｅ ｓａｍｐｌｅｒ）６０、アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ：ａｎａｌｏｇ ｔｏ ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）７０、及び入出力バッファ（Ｉ／Ｏ Ｂｕｆｆｅｒ）８０を含む。
【0016】
アクティブピクセルセンサアレイ１０は、２次元的に配列された複数の単位ピクセルを含み、光信号を電気的信号に変換する。アクティブピクセルセンサアレイ１０は、行ドライバ３０からのピクセル選択信号、リセット信号、及び電荷転送信号のような複数の駆動信号によって駆動される。また、アクティブピクセルセンサアレイ１０により変換された電気的信号は相関二重サンプラ６０に提供される。
【0017】
行ドライバ３０は行デコーダ２０でデコーディングされた結果によって複数の単位ピクセルを駆動するための多数の駆動信号をアクティブピクセルセンサアレイ１０に提供する。単位ピクセルが行列（ｍａｔｒｉｘ）形態で配列された場合には各行別に駆動信号が提供される。
【0018】
タイミング発生器５０は行デコーダ２０及び列デコーダ４０にタイミング（ｔｉｍｉｎｇ）信号及び制御信号を提供する。
【0019】
相関二重サンプラ（ＣＤＳ）６０はアクティブピクセルセンサアレイ１０で生成された電気的信号を受信して維持（ｈｏｌｄ）及びサンプリング（ｓａｍｐｌｉｎｇ）する。相関二重サンプラ６０は、特定の雑音レベル（ｎｏｉｓｅ ｌｅｖｅｌ）及び電気的信号による信号レベルを二重にサンプリングし、雑音レベルと信号レベルとの差に該当する差レベルを出力する。
【0020】
アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）７０は相関二重サンプラ６０で出力された差レベルに該当するアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する。
【0021】
入出力バッファ８０はデジタル信号をラッチ（ｌａｔｃｈ）し、ラッチされた信号は列デコーダ４０におけるデコーディング結果によって順次に映像信号処理部（図示せず）にデジタル信号を出力する。
【0022】
図２は、一実施形態によるイメージセンサの単位ピクセルを説明するための例示的な回路図である。
【0023】
図２を参照すると、本実施形態によるイメージセンサは複数の単位ピクセルＵＰを含む。
【0024】
単位ピクセルＵＰは行方向及び列方向に沿って行列（ｍａｔｒｉｘ）形態で配列される。それぞれの単位ピクセルＵＰは、光電変換素子（ＰＤ１、ＰＤ２）、浮遊拡散領域ＦＤ、及び制御トランジスタ（ＴＸ１、ＴＸ２、ＲＸ、ＳＸ、ＡＸ）を含む。
【0025】
本実施形態で、制御トランジスタ（ＴＸ１、ＴＸ２、ＲＸ、ＳＸ、ＡＸ）は、第１転送トランジスタＴＸ１、第２転送トランジスタＴＸ２、リセットトランジスタＲＸ、選択トランジスタＳＸ、及び増幅トランジスタＡＸを含む。第１転送トランジスタＴＸ１、第２転送トランジスタＴＸ２、リセットトランジスタＲＸ、及び選択トランジスタＳＸのゲート電極は駆動信号ライン（ＴＧ１、ＴＧ２、ＲＧ、ＳＧ）にそれぞれ連結される。
【0026】
それぞれの単位ピクセルＵＰは分割された一対の光電変換素子（以下、第１光電変換素子ＰＤ１及び第２光電変換素子ＰＤ２）を含む。第１光電変換素子ＰＤ１及び第２光電変換素子ＰＤ２はそれぞれ外部から入射する光の量に比例して電荷を生成する。第１光電変換素子ＰＤ１は第１転送トランジスタＴＸ１にカップリングされ、第２光電変換素子ＰＤ２は第２転送トランジスタＴＸ２にカップリングされる。
【0027】
浮遊拡散領域ＦＤは、電荷を電圧に切り替える領域であり、寄生キャパシタンスを有して、電荷が累積的に保存される。第１転送トランジスタＴＸ１は、所定のバイアスを印加する第１伝送ラインＴＧ１により駆動され、第１光電変換素子ＰＤ１から生成された電荷を浮遊拡散領域ＦＤに伝送する。また、第２転送トランジスタＴＸ２は、所定のバイアスを印加する第２伝送ラインＴＧ２により駆動され、第２光電変換素子ＰＤ２から生成された電荷を浮遊拡散領域ＦＤに伝送する。
【0028】
本実施形態で、第１転送トランジスタＴＸ１及び第２転送トランジスタＴＸ２は浮遊拡散領域ＦＤを共有する。例えば、第１転送トランジスタＴＸ１の一端は第１光電変換素子ＰＤ１に連結され、第１転送トランジスタＴＸ１の他端は浮遊拡散領域ＦＤに連結される。また、第２転送トランジスタＴＸ２の一端は第２光電変換素子ＰＤ２に連結され、第２転送トランジスタＴＸ２の他端は浮遊拡散領域ＦＤに連結される。
【0029】
リセットトランジスタＲＸは浮遊拡散領域ＦＤを周期的にリセットする。リセットトランジスタＲＸは所定のバイアスを印加するリセットラインＲＧにより駆動される。リセットトランジスタＲＸがターンオン（ｔｕｒｎ－ｏｎ）すると、リセットトランジスタＲＸのドレインに提供される所定の電気的ポテンシャル、例えば電源電圧ＶＤＤが浮遊拡散領域ＦＤに伝達される。
【0030】
増幅トランジスタＡＸは第１光電変換素子ＰＤ１及び第２光電変換素子ＰＤ２から電荷の伝達を受けた浮遊拡散領域ＦＤの電位変化を増幅してこれを出力電圧ＶＯＵＴとして出力する。増幅トランジスタＡＸは浮遊拡散領域ＦＤの電荷量に比例してソース－ドレイン電流を発生させるソースフォロワバッファアンプ（ｓｏｕｒｃｅ ｆｏｌｌｏｗｅｒ ｂｕｆｆｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）である。例えば、増幅トランジスタＡＸのゲート電極は浮遊拡散領域ＦＤに連結される。これにより、増幅トランジスタＡＸのドレインに提供される所定の電気的ポテンシャル、例えば電源電圧ＶＤＤが選択トランジスタＳＸのドレイン領域に伝達される。
【0031】
選択トランジスタＳＸは行単位で読み取る単位ピクセルＵＰを選択する。選択トランジスタＳＸは所定のバイアスを印加する選択線ＳＧにより駆動される。これにより、選択トランジスタＳＸにより選択された単位ピクセルＵＰの出力電圧ＶＯＵＴが出力される。
【0032】
図３は、一実施形態によるイメージセンサの単位ピクセルを説明するためのレイアウト図である。図４は、図３のＡ－Ａに沿って切断した概略的な断面図である。図５は、図３のＢ－Ｂに沿って切断した概略的な断面図である。図６は、図３の第１単位ピクセル及び第２単位ピクセルを説明するためのレイアウト図である。
【0033】
図３～図６を参照すると、本実施形態によるイメージセンサは、第１基板１１０、単位ピクセル（ＵＰ１～ＵＰ４）、ピクセル隔離パターン１２０、第１分離パターン（１２２ａ、１２２ｂ）、第２分離パターン（１２４ａ、１２４ｂ）、第１配線構造体ＩＳ１、表面絶縁膜１４０、カラーフィルタ（１７０ａ、１７０ｂ）、及びマイクロレンズ１８０を含む。
【0034】
第１基板１１０は半導体基板である。例えば、第１基板１１０はバルクシリコン又はＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ－ｏｎ－ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）である。第１基板１１０はシリコン基板であるか、又は他の物質、例えば、シリコンゲルマニウム、アンチモン化インジウム、鉛テルル化合物、インジウム砒素、インジウムリン化物、ガリウム砒素、又はアンチモン化ガリウムを含む。また、第１基板１１０はベース基板上にエピ層が形成されたものである。
【0035】
第１基板１１０は互いに対向する第１面１１０ａ及び第２面１１０ｂを含む。後述する実施形態で、第１面１１０ａは第１基板１１０の後面（ｂａｃｋ ｓｉｄｅ）と称され、第２面１１０ｂは第１基板１１０の前面（ｆｒｏｎｔ ｓｉｄｅ）と称される。第１基板１１０の第１面１１０ａは光が入射する受光面である。即ち、本実施形態によるイメージセンサは裏面照射型（ＢＳＩ）イメージセンサである。
【0036】
一実施形態で、第１基板１１０は第１導電型の不純物を含む。後述する実施形態で、第１導電型はｐ型であるもので説明されるが、これは例示的なものであり、第１導電型はｎ型であり得ることは勿論である。
【0037】
一実施形態で、第１基板１１０の厚さは約５０００ｎｍ～約６０００ｎｍである。ここで、第１基板１１０の厚さとは、第１面１１０ａ及び第２面１１０ｂに交差する第３方向Ｚでの厚さを意味する。例えば、第１面１１０ａと第２面１１０ｂとが離隔される距離Ｈ１は約５０００ｎｍ～約６０００ｎｍである。
【0038】
第１基板１１０内には複数の単位ピクセル（ＵＰ１～ＵＰ４）が形成される。単位ピクセル（ＵＰ１～ＵＰ４）は第３方向Ｚに交差する第１方向Ｘ及び第２方向Ｙを含む平面で２次元的に（例えば、行列形態で）配列される。
【0039】
単位ピクセル（ＵＰ１～ＵＰ４）は互いに隣接する第１～第４単位ピクセル（ＵＰ１～ＵＰ４）を含む。例示的に、第１単位ピクセルＵＰ１及び第２単位ピクセルＵＰ２は第１方向Ｘに沿って配列される。第１単位ピクセルＵＰ１及び第３単位ピクセルＵＰ３は第２方向Ｙに沿って配列される。第４単位ピクセルＵＰ４は、第２単位ピクセルＵＰ２と第２方向Ｙに沿って配列され、第３単位ピクセルＵＰ３と第１方向Ｘに沿って配列される。即ち、第１単位ピクセルＵＰ１及び第４単位ピクセルＵＰ４は対角線方向に沿って配列される。
【0040】
それぞれの単位ピクセル（ＵＰ１～ＵＰ４）は分割された一対の光電変換部を含む。例えば、第１単位ピクセルＵＰ１は第１光電変換部ＰＤ１Ｌ及び第２光電変換部ＰＤ１Ｒを含み、第２単位ピクセルＵＰ２は第３光電変換部ＰＤ２Ｕ及び第４光電変換部ＰＤ２Ｄを含み、第３単位ピクセルＵＰ３は第５光電変換部ＰＤ３Ｌ及び第６光電変換部ＰＤ３Ｒを含み、第４単位ピクセルＵＰ４は第７光電変換部ＰＤ４Ｌ及び第８光電変換部ＰＤ４Ｒを含む。
【0041】
これにより、それぞれの単位ピクセル（ＵＰ１～ＵＰ４）は自動焦点（ＡＦ：ａｕｔｏ－ｆｏｃｕｓ）機能を遂行することができる。具体的に、それぞれの単位ピクセル（ＵＰ１～ＵＰ４）は分割された一対の光電変換部を用いて位相検出ＡＦ（ＰＤＡＦ：ｐｈａｓｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ＡＦ）機能を遂行することができる。
【0042】
単位ピクセルのうちの少なくとも一部（例えば、第２単位ピクセルＵＰ２）は、他の単位ピクセル（例えば、第１、第３、及び第４単位ピクセル（ＵＰ１、ＵＰ３、ＵＰ４））とは異なる方向に分割される。一例として、第１単位ピクセルＵＰ１は第１方向Ｘに沿って配列された第１光電変換部ＰＤ１Ｌ及び第２光電変換部ＰＤ１Ｒを含み、第２単位ピクセルＵＰ２は第２方向Ｙに沿って配列された第３光電変換部ＰＤ２Ｕ及び第４光電変換部ＰＤ２Ｄを含む。これにより、本実施形態によるイメージセンサは第１方向Ｘ及び第２方向Ｙの両方に対する自動焦点機能を遂行することができる。
【0043】
第３単位ピクセルＵＰ３及び第４単位ピクセルＵＰ４は第１単位ピクセルＵＰ１と同じ方向に分割されたもののみを示しているが、これは例示的なものである。他の例として、第３単位ピクセルＵＰ３及び第４単位ピクセルＵＰ４の少なくとも一つは第１単位ピクセルＵＰ１と同じ方向に分割することができることは勿論である。
【0044】
本実施形態で、それぞれの単位ピクセル（ＵＰ１～ＵＰ４）は、一対の光電変換部を連結する連結部（ＩＲ１～ＩＲ４）を含む。例えば、第１単位ピクセルＵＰ１は第１光電変換部ＰＤ１Ｌ及び第２光電変換部ＰＤ１Ｒを連結する第１連結部ＩＲ１を含み、第２単位ピクセルＵＰ２は第３光電変換部ＰＤ２Ｕ及び第４光電変換部ＰＤ２Ｄを連結する第２連結部ＩＲ２を含み、第３単位ピクセルＵＰ３は第５光電変換部ＰＤ３Ｌ及び第６光電変換部ＰＤ３Ｒを連結する第３連結部ＩＲ３を含み、第４単位ピクセルＵＰ４は第７光電変換部ＰＤ４Ｌ及び第８光電変換部ＰＤ４Ｒを連結する第４連結部ＩＲ４を含む。
【0045】
それぞれの光電変換部（ＰＤ１Ｌ、ＰＤ１Ｒ、ＰＤ２Ｕ、ＰＤ２Ｄ、ＰＤ３Ｌ、ＰＤ３Ｒ、ＰＤ４Ｌ、ＰＤ４Ｒ）は光電変換領域１１２を含む。光電変換領域１１２は第１導電型とは異なる第２導電型の不純物を含む。後述する実施形態で、第２導電型はｎ型であるもので説明されるがこれは例示的なものであり、第２導電型はｐ型であり得ることは勿論である。光電変換領域１１２は、例えばｐ型の第１基板１１０内にｎ型不純物（例えば、リン（Ｐ）又はヒ素（Ａｓ））がイオン注入されて形成される。
【0046】
それぞれの連結部（ＩＲ１～ＩＲ４）は光電変換領域１１２を含まない。即ち、光電変換領域１１２はそれぞれの光電変換部（ＰＤ１Ｌ、ＰＤ１Ｒ、ＰＤ２Ｕ、ＰＤ２Ｄ、ＰＤ３Ｌ、ＰＤ３Ｒ、ＰＤ４Ｌ、ＰＤ４Ｒ）内に孤立する。
【0047】
本実施形態で、光電変換領域１１２は第１基板１１０の第１面１１０ａよりも第１基板１１０の第２面１１０ｂに隣接する。一実施形態で、光電変換領域１１２は第３方向Ｚでポテンシャル傾きを有する。例えば、光電変換領域１１２の不純物濃度は第２面１１０ｂから第１面１１０ａに向かうにつれて減少する。
【0048】
それぞれの単位ピクセル（ＵＰ１～ＵＰ４）は第１電子素子ＴＲ１にカップリングされる。第１電子素子ＴＲ１は第１基板１１０の第２面１１０ｂ上に形成される。第１電子素子ＴＲ１は光電変換部（ＰＤ１Ｌ、ＰＤ１Ｒ、ＰＤ２Ｕ、ＰＤ２Ｄ、ＰＤ３Ｌ、ＰＤ３Ｒ、ＰＤ４Ｌ、ＰＤ４Ｒ）に連結されて電気的信号を処理するための多様なトランジスタを構成する。例えば、第１電子素子ＴＲ１は図２による説明で上述した制御トランジスタ（ＴＸ１、ＴＸ２、ＲＸ、ＳＸ、ＡＸ）を含む。
【0049】
一実施形態で、第１電子素子ＴＲ１は垂直型（ｖｅｒｔｉｃａｌ）転送トランジスタを含む。例えば、上述した第１転送トランジスタＴＸ１及び第２転送トランジスタＴＸ２を含む第１電子素子ＴＲ１の少なくとも一部は第１基板１１０内に埋め込まれる。このような形態の第１電子素子ＴＲ１は単位ピクセルの面積を縮小させることができ、イメージセンサの高集積化に有利である。
【0050】
ピクセル隔離パターン１２０は第１基板１１０内に形成される。ピクセル隔離パターン１２０は平面的観点で格子状に形成されて第１基板１１０内の単位ピクセル（ＵＰ１～ＵＰ４）を定義する。例えば、図６に示すように、ピクセル隔離パターン１２０は第１隔離部１２０ａ及び第２隔離部１２０ｂを含む。第１隔離部１２０ａは第１方向Ｘに延びてそれぞれの単位ピクセル（ＵＰ１～ＵＰ４）の一側面を定義する。第２隔離部１２０ｂは第２方向Ｙに延びてそれぞれの単位ピクセル（ＵＰ１～ＵＰ４）の他の側面を定義する。そのため、ピクセル隔離パターン１２０はそれぞれの単位ピクセル（ＵＰ１～ＵＰ４）を囲む。
【0051】
ピクセル隔離パターン１２０は第１基板１１０内に形成された深いトレンチ（ｄｅｅｐ ｔｒｅｎｃｈ）内に絶縁物質が埋め込まれて形成される。ピクセル隔離パターン１２０は、例えば、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、アルミニウム酸化物、ハフニウム酸化物、及びこれらの組み合わせのうちの少なくとも一つを含むが、これらに制限されるものではない。
【0052】
ピクセル隔離パターン１２０により定義されるそれぞれの単位ピクセル（ＵＰ１～ＵＰ４）の大きさ（図６のＬ１１、Ｌ１２）は例えば、約０．３μｍ～約３．０μｍである。好ましくは、それぞれの単位ピクセル（ＵＰ１～ＵＰ４）の大きさ（Ｌ１１、Ｌ１２）は約０．９μｍ～約１．５μｍである。それぞれの単位ピクセル（ＵＰ１～ＵＰ４）で、第１方向Ｘの長さＬ１１及び第２方向Ｙの長さＬ１２は互いに同一である場合のみを示しているが、これは例示的なものであり、これらが互いに異なってもよいことは勿論である。
【0053】
ピクセル隔離パターン１２０の幅（図６のＷ１１、Ｗ１２）は例えば、約１０ｎｍ～約５００ｎｍである。好ましくは、ピクセル隔離パターン１２０の幅（Ｗ１１、Ｗ１２）は約１００ｎｍ～約４００ｎｍである。第１隔離部１２０ａの幅Ｗ１２及び第２隔離部１２０ｂの幅Ｗ１１は互いに同一であるもののみを示しているが、これは例示的なものであり、これらが互いに異なってもよいことは勿論である。
【0054】
本実施形態で、ピクセル隔離パターン１２０の幅（Ｗ１１、Ｗ１２）は第１基板１１０の第２面１１０ｂから第１基板１１０の第１面１１０ａに向かうにつれて減少する。例えば、図４及び図５に示すように、ピクセル隔離パターン１２０の側面は、第１基板１１０の第２面１１０ｂと鋭角をなし、第１基板１１０の第１面１１０ａと鈍角をなす。これは、ピクセル隔離パターン１２０のために深いトレンチを形成するエッチング工程が第１基板１１０の第２面１１０ｂに対して行われることに起因する。即ち、ピクセル隔離パターン１２０は第１基板１１０の前面（ｆｒｏｎｔ ｓｉｄｅ）に対するＤＴＩ工程によって形成されるＦＤＴＩ（ｆｒｏｎｔｓｉｄｅ ｄｅｅｐ ｔｒｅｎｃｈ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）である。
【0055】
本実施形態で、ピクセル隔離パターン１２０は第１基板１１０の第２面１１０ｂから第１基板１１０の第１面１１０ａまで連続的に延びる。例えば、第３方向Ｚで、ピクセル隔離パターン１２０の深さは約５０００ｎｍ～約６０００ｎｍである。
【0056】
第１分離パターン（１２２ａ、１２２ｂ）は第１基板１１０内に形成される。第１分離パターン（１２２ａ、１２２ｂ）は第１方向Ｘに分割された単位ピクセル（例えば、第１、第３、及び第４単位ピクセル（ＵＰ１、ＵＰ３、ＵＰ４））を定義する。例えば、第１分離パターン（１２２ａ、１２２ｂ）は第１光電変換部ＰＤ１Ｌと第２光電変換部ＰＤ１Ｒとの間に介在する。第１分離パターン（１２２ａ、１２２ｂ）は第２方向Ｙに延びて第１光電変換部ＰＤ１Ｌと第２光電変換部ＰＤ１Ｒとを分離する。
【0057】
本実施形態で、第１分離パターン（１２２ａ、１２２ｂ）はピクセル隔離パターン１２０の側面から突出する。例えば、図６に示すように、第１分離パターン（１２２ａ、１２２ｂ）はピクセル隔離パターン１２０の第１隔離部１２０ａの側面から第２方向Ｙに突出する。
【0058】
本実施形態で、第１分離パターン（１２２ａ、１２２ｂ）は第２方向Ｙに互いに離隔される第１サブ分離パターン１２２ａ及び第２サブ分離パターン１２２ｂを含む。例えば、第１サブ分離パターン１２２ａはピクセル隔離パターン１２０の一側面から突出し、第２サブ分離パターン１２２ｂはピクセル隔離パターン１２０の一側面に対向する他の側面から突出する。第１分離パターン（１２２ａ、１２２ｂ）及び第２分離パターン（１２４ａ、１２４ｂ）は互いに対向する。このような場合、第１光電変換部ＰＤ１Ｌと第２光電変換部ＰＤ１Ｒとを連結する第１連結部ＩＲ１は第１サブ分離パターン１２２ａと第２サブ分離パターン１２２ｂとの間に定義される。即ち、第１分離パターン（１２２ａ、１２２ｂ）は「Ｈ」形状の単位ピクセル（例えば、第１、第３、及び第４単位ピクセル（ＵＰ１、ＵＰ３、ＵＰ４））を定義する。
【0059】
第１分離パターン（１２２ａ、１２２ｂ）の幅（図６のＷ２１）は、例えば約１０ｎｍ～約５００ｎｍである。好ましくは、第１分離パターン（１２２ａ、１２２ｂ）の幅Ｗ２１は約１００ｎｍ～約４００ｎｍである。第１サブ分離パターン１２２ａの幅及び第２サブ分離パターン１２２ｂの幅は互いに同一であるもののみを示しているが、これは例示的なものであり、これらが互いに異なってもよいことは勿論である。また、第１分離パターン（１２２ａ、１２２ｂ）の幅Ｗ２１はピクセル隔離パターン１２０の幅（Ｗ１１、Ｗ１２）と同一である場合のみを示しているが、これもまた例示的なものである。
【0060】
第１サブ分離パターン１２２ａ及び第２サブ分離パターン１２２ｂがピクセル隔離パターン１２０からそれぞれ突出する長さＬ２１は第１単位ピクセルＵＰ１の第２方向Ｙの長さＬ１２よりも小さい。第１サブ分離パターン１２２ａ及び第２サブ分離パターン１２２ｂがピクセル隔離パターン１２０からそれぞれ突出する長さＬ２１は、例えば約１００ｎｍ～約１，０００ｎｍである。好ましくは、第１サブ分離パターン１２２ａ及び第２サブ分離パターン１２２ｂがそれぞれ突出する長さＬ２１は約２００ｎｍ～約５００ｎｍである。
【0061】
第１サブ分離パターン１２２ａ及び第２サブ分離パターン１２２ｂが離隔される距離Ｄ１１は、例えば約１００ｎｍ～約１，０００ｎｍである。好ましくは、第１サブ分離パターン１２２ａ及び第２サブ分離パターン１２２ｂが離隔される距離Ｄ１１は約２００ｎｍ～約５００ｎｍである。
【0062】
第２分離パターン（１２４ａ、１２４ｂ）は第１基板１１０内に形成される。第２分離パターン（１２４ａ、１２４ｂ）は第２方向Ｙに分割された単位ピクセル（例えば、第２単位ピクセルＵＰ２）を定義する。例えば、第２分離パターン（１２４ａ、１２４ｂ）は第３光電変換部ＰＤ２Ｕと第４光電変換部ＰＤ２Ｄとの間に介在する。第２分離パターン（１２４ａ、１２４ｂ）は第１方向Ｘに延びて第３光電変換部ＰＤ２Ｕと第４光電変換部ＰＤ２Ｄとを分離する。
【0063】
本実施形態で、第２分離パターン（１２４ａ、１２４ｂ）はピクセル隔離パターン１２０の側面から突出する。例えば、図６に示すように、第２分離パターン（１２４ａ、１２４ｂ）はピクセル隔離パターン１２０の第２隔離部１２０ｂの側面から第１方向Ｘに突出する。
【0064】
本実施形態で、第２分離パターン（１２４ａ、１２４ｂ）は第１方向Ｘに互いに離隔される第３サブ分離パターン１２４ａ及び第４サブ分離パターン１２４ｂを含む。例えば、第３サブ分離パターン１２４ａはピクセル隔離パターン１２０の一側面から突出し、第４サブ分離パターン１２４ｂはピクセル隔離パターン１２０の一側面に対向する他の側面から突出する。第３サブ分離パターン１２４ａ及び第４サブ分離パターン１２４ｂは互いに対向する。このような場合、第３光電変換部ＰＤ２Ｕと第４光電変換部ＰＤ２Ｄとを連結する第２連結部ＩＲ２は第３サブ分離パターン１２４ａと第４サブ分離パターン１２４ｂとの間に定義される。即ち、第２分離パターン（１２４ａ、１２４ｂ）は「Ｉ」形状の単位ピクセル（例えば、第２単位ピクセルＵＰ２）を定義する。
【0065】
第２分離パターン（１２４ａ、１２４ｂ）の幅（図６のＷ２２）は、例えば約１０ｎｍ～約５００ｎｍである。好ましくは、第２分離パターン（１２４ａ、１２４ｂ）の幅Ｗ２２は約１００ｎｍ～約４００ｎｍである。第３サブ分離パターン１２４ａの幅及び第４サブ分離パターン１２４ｂの幅は互いに同一であるもののみを示しているが、これは例示的なものであり、これらが互いに異なってもよいことは勿論である。また、第２分離パターン（１２４ａ、１２４ｂ）の幅Ｗ２２は第１分離パターン（１２２ａ、１２２ｂ）の幅Ｗ２１と同一である場合のみを示しているが、これは例示的なものであり、これらが互いに異なってもよいことは勿論である。
【0066】
第３サブ分離パターン１２４ａ及び第４サブ分離パターン１２４ｂがピクセル隔離パターン１２０からそれぞれ突出する長さＬ２２は第２単位ピクセルＵＰ２の第１方向Ｘの長さＬ１１よりも小さい。第３サブ分離パターン１２４ａ及び第４サブ分離パターン１２４ｂがピクセル隔離パターン１２０からそれぞれ突出する長さＬ２２は、例えば約１００ｎｍ～約１，０００ｎｍである。好ましくは、第３サブ分離パターン１２４ａ及び第４サブ分離パターン１２４ｂがそれぞれ突出する長さＬ２２は約２００ｎｍ～約５００ｎｍである。第３サブ分離パターン１２４ａ及び第４サブ分離パターン１２４ｂがそれぞれ突出する長さＬ２２は第１サブ分離パターン１２２ａ及び第２サブ分離パターン１２２ｂがそれぞれ突出する長さＬ２１と同一である場合のみを示しているが、これは例示的なものであり、これらが互いに異なってもよいことは勿論である。
【0067】
第３サブ分離パターン１２４ａ及び第４サブ分離パターン１２４ｂが離隔される距離Ｄ１２は、例えば約１００ｎｍ～約１，０００ｎｍである。好ましくは、第３サブ分離パターン１２４ａ及び第４サブ分離パターン１２４ｂが離隔される距離Ｄ１２は約２００ｎｍ～約５００ｎｍである。第３サブ分離パターン１２４ａ及び第４サブ分離パターン１２４ｂが離隔される距離Ｄ１２は第１サブ分離パターン１２２ａ及び第２サブ分離パターン１２２ｂが離隔される距離Ｄ１１と同一である場合のみを示しているが、これは例示的なものであり、これらが互いに異なってもよいことは勿論である。
【0068】
第１分離パターン（１２２ａ、１２２ｂ）及び第２分離パターン（１２４ａ、１２４ｂ）はそれぞれ第１基板１１０内に形成された深いトレンチ（ｄｅｅｐ ｔｒｅｎｃｈ）内に絶縁物質が埋め込まれて形成される。第１分離パターン（１２２ａ、１２２ｂ）及び第２分離パターン（１２４ａ、１２４ｂ）は、例えば、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、アルミニウム酸化物、ハフニウム酸化物、及びこれらの組み合わせのうちの少なくとも一つを含むが、これらに制限されるものではない。
【0069】
本実施形態で、第１分離パターン（１２２ａ、１２２ｂ）の幅Ｗ２１及び第２分離パターン（１２４ａ、１２４ｂ）の幅Ｗ２２は第１基板１１０の第２面１１０ｂから第１基板１１０の第１面１１０ａに向かうにつれて減少する。例えば、図４に示すように、第１サブ分離パターン１２２ａの側面は第１基板１１０の第２面１１０ｂと鋭角をなし、第１基板１１０の第１面１１０ａと鈍角をなす。これは、第１分離パターン（１２２ａ、１２２ｂ）及び第２分離パターン（１２４ａ、１２４ｂ）のために深いトレンチを形成するエッチング工程が第１基板１１０の第２面１１０ｂに対して行われることに起因する。即ち、第１分離パターン（１２２ａ、１２２ｂ）及び第２分離パターン（１２４ａ、１２４ｂ）はそれぞれ第１基板１１０の前面（ｆｒｏｎｔ ｓｉｄｅ）に対するＤＴＩ工程によって形成されるＦＤＴＩである。
【0070】
本実施形態で、第１分離パターン（１２２ａ、１２２ｂ）及び第２分離パターン（１２４ａ、１２４ｂ）は第１基板１１０の第２面１１０ｂから第１基板１１０の第１面１１０ａまで連続的に延びる。例えば、第３方向Ｚで、第１分離パターン（１２２ａ、１２２ｂ）の深さ及び第２分離パターン（１２４ａ、１２４ｂ）の深さは約５０００ｎｍ～約６０００ｎｍである。
【0071】
一実施形態で、第１分離パターン（１２２ａ、１２２ｂ）及び第２分離パターン（１２４ａ、１２４ｂ）はピクセル隔離パターン１２０と同一レベルで形成される。本明細書で、「同一レベルで形成」とは同じ製造工程によって形成されることを意味する。例えば、第１分離パターン（１２２ａ、１２２ｂ）及び第２分離パターン（１２４ａ、１２４ｂ）の物質構成はピクセル隔離パターン１２０の物質構成と同じである。
【0072】
第１配線構造体ＩＳ１は第１基板１１０の第２面１１０ｂ上に形成される。第１配線構造体ＩＳ１は第１基板１１０の第２面１１０ｂに沿って延びる。第１配線構造体ＩＳ１は一つ又は複数の配線で構成される。例えば、第１配線構造体ＩＳ１は第１配線間絶縁膜１３０及び第１配線間絶縁膜１３０内の複数の第１配線１３２を含む。図４及び図５で、第１配線構造体ＩＳ１を構成する配線の層数及びその配置などは例示的なものであり、本発明の技術的思想はこれに制限されるものではない。
【0073】
一実施形態で、第１配線１３２は単位ピクセル（ＵＰ１～ＵＰ４）に電気的に接続される。例えば、第１配線１３２は第１電子素子ＴＲ１に接続される。
【0074】
表面絶縁膜１４０は第１基板１１０の第１面１１０ａ上に形成される。表面絶縁膜１４０は第１基板１１０の第１面１１０ａに沿って延びる。表面絶縁膜１４０は絶縁物質を含む。例えば、表面絶縁膜１４０は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、アルミニウム酸化物、ハフニウム酸化物、及びこれらの組み合わせのうちの少なくとも一つを含むが、これらに制限されるものではない。
【0075】
一実施形態で、表面絶縁膜１４０は多重膜で形成される。例えば、図示したものとは異なり、表面絶縁膜１４０は、第１基板１１０の第１面１１０ａ上に順に積層されるアルミニウム酸化膜、ハフニウム酸化膜、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、及びハフニウム酸化膜を含む。
【0076】
表面絶縁膜１４０は反射防止膜として機能して第１基板１１０に入射する光の反射を防止する。これにより、光電変換領域１１２の受光率が向上する。また、表面絶縁膜１４０は、平坦化膜として機能し、後述するカラーフィルタ（１７０ａ、１７０ｂ）及びマイクロレンズ１８０が均一な高さに形成されることに寄与する。
【0077】
カラーフィルタ（１７０ａ、１７０ｂ）は表面絶縁膜１４０上に形成される。カラーフィルタ（１７０ａ、１７０ｂ）は単位ピクセル（ＵＰ１～ＵＰ４）に対応するように配列される。即ち、複数のカラーフィルタ（１７０ａ、１７０ｂ）は第１方向Ｘ及び第２方向Ｙを含む平面で２次元的に（例えば、行列形態で）配列される。一例として、フィルタ（１７０ａ、１７０ｂ）は第１単位ピクセルＵＰ１に対応する第１カラーフィルタ１７０ａ及び第２単位ピクセルＵＰ２に対応する第２カラーフィルタ１７０ｂを含む。
【0078】
カラーフィルタ（１７０ａ、１７０ｂ）は単位ピクセル（ＵＰ１～ＵＰ４）によって多様なカラーを有する。例えば、カラーフィルタ（１７０ａ、１７０ｂ）は、赤色（ｒｅｄ）カラーフィルタ、緑色（ｇｒｅｅｎ）カラーフィルタ、青色（ｂｌｕｅ）カラーフィルタ、イエローフィルタ（ｙｅｌｌｏｗ ｆｉｌｔｅｒ）、マゼンタフィルタ（ｍａｇｅｎｔａ ｆｉｌｔｅｒ）、及びシアンフィルタ（ｃｙａｎ ｆｉｌｔｅｒ）を含み、ホワイトフィルタ（ｗｈｉｔｅ ｆｉｌｔｅｒ）を更に含み得る。
【0079】
一実施形態で、互いに隣接する単位ピクセル（例えば、第１単位ピクセルＵＰ１及び第２単位ピクセルＵＰ２）は互いに同じカラーの光（即ち、互いに同じ波長帯域の光）を感知する。例えば、第１カラーフィルタ１７０ａ及び第２カラーフィルタ１７０ｂは互いに同じカラーのカラーフィルタを含む。一例として、第１カラーフィルタ１７０ａ及び第２カラーフィルタ１７０ｂの両方は緑色カラーフィルタである。このような場合、第１単位ピクセルＵＰ１及び第２単位ピクセルＵＰ２の両方は緑色波長帯域の光を感知する。
【0080】
本実施形態で、表面絶縁膜１４０上にグリッドパターン（１５０、１６０）が形成される。グリッドパターン（１５０、１６０）は平面的観点で格子状に形成されてカラーフィルタ（１７０ａ、１７０ｂ）の間に介在する。本実施形態で、グリッドパターン（１５０、１６０）は第３方向Ｚでピクセル隔離パターン１２０に重なるように配置される。
【0081】
本実施形態で、グリッドパターン（１５０、１６０）は金属パターン１５０及び低屈折率パターン１６０を含む。金属パターン１５０及び低屈折率パターン１６０は、例えば表面絶縁膜１４０上に順に積層される。
【0082】
金属パターン１５０は、例えば、チタン（Ｔｉ）、チタン窒化物（ＴｉＮ）、タンタル（Ｔａ）、タンタル窒化物（ＴａＮ）、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、及びこれらの組み合わせのうちの少なくとも一つを含むが、これらに制限されるものではない。金属パターン１５０は、ＥＳＤ（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）などによって発生した電荷が第１基板１１０の表面（例えば、第１面１１０ａ）に蓄積されることを防止し、ＥＳＤアザ（ｂｒｕｉｓｅ）不良を効果的に防止する。ＥＳＤアザ不良とは、ＥＳＤなどによって発生した電荷が第１基板１１０の表面（例えば、第１面１１０ａ）に蓄積されることによって生成されるイメージにアザのようなむらを発生させる現象を意味する。
【0083】
低屈折率パターン１６０はシリコン（Ｓｉ）よりも屈折率が低い低屈折率（ｌｏｗ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ）物質を含む。例えば、低屈折率パターン１６０は、シリコン酸化物、アルミニウム酸化物、タンタル酸化物、及びこれらの組み合わせのうちの少なくとも一つを含むが、これらに制限されるものではない。低屈折率パターン１６０は斜めに入射する光を屈折又は反射させることで集光効率を向上させてイメージセンサの品質を向上させる。
【0084】
本実施形態で、表面絶縁膜１４０及びグリッドパターン（１５０、１６０）上に第１保護膜１６５が更に形成される。例えば、第１保護膜１６５は、表面絶縁膜１４０の上面と、グリッドパターン（１５０、１６０）の側面及び上面のプロファイルに沿ってコンフォーマルに延びる。
【0085】
第１保護膜１６５は、例えばアルミニウム酸化物を含むが、これに制限されるものではない。第１保護膜１６５は表面絶縁膜１４０及びグリッドパターン（１５０、１６０）の損傷を防止する。
【0086】
マイクロレンズ１８０はカラーフィルタ（１７０ａ、１７０ｂ）上に形成される。マイクロレンズ１８０は単位ピクセル（ＵＰ１～ＵＰ４）に対応するように配列される。例えば、複数のマイクロレンズ１８０は第１方向Ｘ及び第２方向Ｙを含む平面で２次元的に（例えば、行列形態で）配列される。
【0087】
マイクロレンズ１８０は、膨らんだ形状を有し、所定の曲率半径を有する。これにより、マイクロレンズ１８０は光電変換領域１１２に入射する光を集光させる。マイクロレンズ１８０は、例えば光透過性樹脂を含むが、これに制限されるものではない。
【0088】
本実施形態で、マイクロレンズ１８０上に第２保護膜１８５が更に形成される。第２保護膜１８５はマイクロレンズ１８０の表面に沿って延びる。第２保護膜１８５は、例えば無機物酸化膜を含む。例えば、第２保護膜１８５は、シリコン酸化物、チタン酸化物、ジルコニウム酸化物、ハフニウム酸化物、及びこれらの組み合わせのうちの少なくとも一つを含むが、これらに制限されるものではない。一実施形態で、第２保護膜１８５は低温酸化物（ＬＴＯ：ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｘｉｄｅ）を含む。
【0089】
第２保護膜１８５は外部からマイクロレンズ１８０を保護する。例えば、第２保護膜１８５は無機物酸化膜を含むことによって有機物質を含むマイクロレンズ１８０を保護する。また、第２保護膜１８５はマイクロレンズ１８０の集光効率を向上させることによってイメージセンサの品質を向上させる。例えば、第２保護膜１８５は、マイクロレンズ１８０の間の空間を埋めることによって、マイクロレンズ１８０の間の空間に到達する入射光の反射、屈折、散乱などを減少させることができる。
【0090】
本実施形態によるイメージセンサはそれぞれ異なる方向に分割された単位ピクセルを含むことによって向上した自動焦点機能を有することができる。一例として、上述したように、第１単位ピクセルＵＰ１は第１方向Ｘに沿って配列された第１光電変換部ＰＤ１Ｌ及び第２光電変換部ＰＤ１Ｒを含み、第２単位ピクセルＵＰ２は第２方向Ｙに沿って配列された第３光電変換部ＰＤ２Ｕ及び第４光電変換部ＰＤ２Ｄを含む。そのため、本実施形態によるイメージセンサは水平方向（例えば、第１方向Ｘ）及び垂直方向（例えば、第２方向Ｙ）の両方に対する自動焦点機能を遂行することができる。
【0091】
また、それぞれ異なる方向に分割された単位ピクセルを含むイメージセンサは第１分離パターン（１２２ａ、１２２ｂ）及び第２分離パターン（１２４ａ、１２４ｂ）により具現される。上述したように、第１分離パターン（１２２ａ、１２２ｂ）及び第２分離パターン（１２４ａ、１２４ｂ）は第１基板１１０の前面（ｆｒｏｎｔ ｓｉｄｅ）に対するＤＴＩ工程によって形成されるＦＤＴＩである。裏面照射型イメージセンサで、ＦＤＴＩは工程段階の追加なしに簡潔に具現することができるため、簡潔な構造及び工程により向上した自動焦点機能を有するイメージセンサを提供することができる。
【0092】
図７は、図３のＡ－Ａに沿って切断した他の概略的な断面図である。図８は、図３のＢ－Ｂに沿って切断した他の概略的な断面図である。説明の便宜上、図１～図６を用いて上述した内容に重複する部分は簡略に説明するか又は省略する。
【0093】
図３、図７、及び図８を参照すると、本実施形態によるイメージセンサにおいて、ピクセル隔離パターン１２０、第１分離パターン（１２２ａ、１２２ｂ）、及び第２分離パターン（１２４ａ、１２４ｂ）はそれぞれフィリングパターン１２５及び絶縁スペーサ１２７を含む。
【0094】
例えば、第１基板１１０内に、ピクセル隔離パターン１２０、第１分離パターン（１２２ａ、１２２ｂ）、及び第２分離パターン（１２４ａ、１２４ｂ）を埋め込むためのトレンチが形成される。絶縁スペーサ１２７はトレンチの側面に沿ってコンフォーマルに延びる。フィリングパターン１２５は絶縁スペーサ１２７上に形成されてトレンチの少なくとも一部を埋める。絶縁スペーサ１２７はフィリングパターン１２５の側面に沿って延びて第１基板１１０からフィリングパターン１２５を分離する。
【0095】
本実施形態で、フィリングパターン１２５は導電物質を含む。フィリングパターン１２５は、例えばポリシリコン（ｐｏｌｙ Ｓｉ）を含むが、これに制限されるものではない。一実施形態で、導電物質を含むフィリングパターン１２５にグラウンド電圧又はマイナス電圧が印加される。このような場合、本実施形態によるイメージセンサのＥＳＤアザ不良が効果的に防止することができる。
【0096】
絶縁スペーサ１２７は第１基板１１０からフィリングパターン１２５を電気的に絶縁する。絶縁スペーサ１２７は、例えば、シリコン酸化物、アルミニウム酸化物、タンタル酸化物、及びこれらの組み合わせのうちの少なくとも一つを含むが、これらに制限されるものではない。
【0097】
一実施形態で、絶縁スペーサ１２７は第１基板１１０よりも屈折率が低い酸化物を含む。第１基板１１０よりも屈折率が低い絶縁スペーサ１２７は光電変換領域１１２に斜めに入射する光を屈折又は反射させる。また、絶縁スペーサ１２７は入射光によって特定の単位ピクセル（例えば、第１単位ピクセルＵＰ１）で生成された光電荷がランダムドリフト（ｒａｎｄｏｍ ｄｒｉｆｔ）により隣接する他の単位ピクセル（例えば、第２単位ピクセルＵＰ２）に移動することを防止する。即ち、絶縁スペーサ１２７は光電変換領域１１２の受光率を向上させることによってイメージセンサの品質を向上させる。
【0098】
図９ａ～図９ｆは、一実施形態によるイメージセンサの単位ピクセルを説明するための多様なレイアウト図である。図９ａ～図９ｆでは、それぞれ異なる方向に分割された単位ピクセルを含む多様なイメージセンサを示す。説明の便宜上、図１～図６を用いて上述した内容に重複する部分は簡略に説明するか又は省略する。
【0099】
具体的に、図９ａを参照すると、本実施形態によるイメージセンサは第１方向Ｘに分割された第１、第２、及び第４単位ピクセル（ＵＰ１、ＵＰ２、ＵＰ４）及び第２方向Ｙに分割された第３単位ピクセルＵＰ３を含む。
【0100】
例えば、図３のイメージセンサとは異なり、第２単位ピクセルＵＰ２は第１方向Ｘに沿って配列された第３光電変換部ＰＤ２Ｌ及び第４光電変換部ＰＤ２Ｒを含む。このような第２単位ピクセルＵＰ２は第１分離パターン（１２２ａ、１２２ｂ）により定義される。
【0101】
また、図３のイメージセンサとは異なり、第３単位ピクセルＵＰ３は第２方向Ｙに沿って配列された第５光電変換部ＰＤ３Ｕ及び第６光電変換部ＰＤ３Ｄを含む。このような第３単位ピクセルＵＰ３は第２分離パターン（１２４ａ、１２４ｂ）により定義される。
【0102】
図９ｂを参照すると、本実施形態によるイメージセンサは第１方向Ｘに分割された第１及び第４単位ピクセル（ＵＰ１、ＵＰ４）及び第２方向Ｙに分割された第２及び第３単位ピクセル（ＵＰ２、ＵＰ３）を含む。
【0103】
例えば、図９ａのイメージセンサとは異なり、第２単位ピクセルＵＰ２は第２方向Ｙに沿って配列された第３光電変換部ＰＤ２Ｕ及び第４光電変換部ＰＤ２Ｄを含む。このような第２単位ピクセルＵＰ２は第２分離パターン（１２４ａ、１２４ｂ）により定義される。
【0104】
図９ｃを参照すると、本実施形態によるイメージセンサは、第１方向Ｘに分割された第１、第２、及び第３単位ピクセル（ＵＰ１、ＵＰ２、ＵＰ３）及び第２方向Ｙに分割された第４単位ピクセルＵＰ４を含む。
【0105】
例えば、図３のイメージセンサとは異なり、第２単位ピクセルＵＰ２は第１方向Ｘに沿って配列された第３光電変換部ＰＤ２Ｌ及び第４光電変換部ＰＤ２Ｒを含む。このような第２単位ピクセルＵＰ２は第１分離パターン（１２２ａ、１２２ｂ）により定義される。
【0106】
また、図３のイメージセンサとは異なり、第４単位ピクセルＵＰ４は第２方向Ｙに沿って配列された第７光電変換部ＰＤ４Ｕ及び第８光電変換部ＰＤ４Ｄを含む。このような第４単位ピクセルＵＰ４は第２分離パターン（１２４ａ、１２４ｂ）により定義される。
【0107】
図９ｄを参照すると、本実施形態によるイメージセンサは、第１方向Ｘに分割された第１及び第３単位ピクセル（ＵＰ１、ＵＰ３）及び第２方向Ｙに分割された第２及び第４単位ピクセル（ＵＰ２、ＵＰ４）を含む。
【0108】
例えば、図９ｃのイメージセンサとは異なり、第２単位ピクセルＵＰ２は第２方向Ｙに沿って配列された第３光電変換部ＰＤ２Ｕ及び第４光電変換部ＰＤ２Ｄを含む。このような第２単位ピクセルＵＰ２は第２分離パターン（１２４ａ、１２４ｂ）により定義される。
【0109】
図９ｅを参照すると、本実施形態によるイメージセンサは、第１方向Ｘに分割された第１及び第２単位ピクセル（ＵＰ１、ＵＰ２）及び第２方向Ｙに分割された第３及び第４単位ピクセル（ＵＰ３、ＵＰ４）を含む。
【0110】
例えば、図９ｃのイメージセンサとは異なり、第３単位ピクセルＵＰ３は第２方向Ｙに沿って配列された第５光電変換部ＰＤ３Ｕ及び第６光電変換部ＰＤ３Ｄを含む。このような第３単位ピクセルＵＰ３は第２分離パターン（１２４ａ、１２４ｂ）により定義される。
【0111】
図９ｆを参照すると、本実施形態によるイメージセンサは、第１方向Ｘに分割された第１単位ピクセルＵＰ１及び第２方向Ｙに分割された第２、第３、及び第４単位ピクセル（ＵＰ２、ＵＰ３、ＵＰ４）を含む。
【0112】
例えば、図９ｅのイメージセンサとは異なり、第２単位ピクセルＵＰ２は第２方向Ｙに沿って配列された第３光電変換部ＰＤ２Ｕ及び第４光電変換部ＰＤ２Ｄを含む。このような第２単位ピクセルＵＰ２は第２分離パターン（１２４ａ、１２４ｂ）により定義される。
【0113】
【0114】
図１０を参照すると、本実施形態によるイメージセンサにおいて、第１分離パターン（１２２ａ、１２２ｂ）及び第２分離パターン（１２４ａ、１２４ｂ）はそれぞれピクセル隔離パターン１２０と所定の角（θ１、θ２）を形成する。
【0115】
例えば、ピクセル隔離パターン１２０は第１方向Ｘに延びる第１側面Ｓ１１及び第２方向Ｙに延びる第２側面Ｓ２１を含む。第１サブ分離パターン１２２ａは第１側面Ｓ１１から延びる第３側面Ｓ１２を含み、第３サブ分離パターン１２４ａは第２側面Ｓ２１から延びる第４側面Ｓ２２を含む。
【0116】
この場合、ピクセル隔離パターン１２０の第１側面Ｓ１１は第１サブ分離パターン１２２ａの第２側面Ｓ２１と第１角θ１を形成し、ピクセル隔離パターン１２０の第２側面Ｓ２１は第３サブ分離パターン１２４ａの第４側面Ｓ２２と第２角θ２を形成する。第１角θ１及び第２角θ２はそれぞれ、例えば約４５°～約１３５°である。好ましくは、第１角θ１及び第２角θ２はそれぞれ約８５°～約９５°である。第１角θ１及び第２角θ２は互いに同一であるもののみを示しているが、これは例示的なものであり、これらが互いに異なってもよいことは勿論である。
【0117】
一実施形態で、第１角θ１及び／又は第２角θ２は鈍角である。このような場合、第１分離パターン（１２２ａ、１２２ｂ）の幅及び第２分離パターン（１２４ａ、１２４ｂ）の幅はピクセル隔離パターン１２０から遠くなるにつれて減少する。
【0118】
図１１を参照すると、本実施形態によるイメージセンサは、ピクセル隔離パターン１２０から離隔された第１分離パターン１２２及び第２分離パターン１２４を含む。
【0119】
例えば、第１分離パターン１２２は、第１光電変換部ＰＤ１Ｌと第２光電変換部ＰＤ１Ｒとの間に介在し、第１方向Ｘに延びるピクセル隔離パターン１２０の側面から離隔する。このような場合、第１光電変換部ＰＤ１Ｌと第２光電変換部ＰＤ１Ｒとを連結する第１連結部ＩＲ１は第１分離パターン１２２の両端に定義される。
【0120】
また、第２分離パターン１２４は第３光電変換部ＰＤ２Ｕと第４光電変換部ＰＤ２Ｄとの間に介在し、第２方向Ｙに延びるピクセル隔離パターン１２０の側面から離隔する。このような場合、第３光電変換部ＰＤ２Ｕと第４光電変換部ＰＤ２Ｄとを連結する第２連結部ＩＲ２は第２分離パターン１２４の両端に定義される。
【0121】
第１分離パターン１２２の幅Ｗ３１及び第２分離パターン１２４の幅Ｗ３２はそれぞれ、例えば約１０ｎｍ～約５００ｎｍである。好ましくは、第１分離パターン１２２の幅Ｗ３１及び第２分離パターン１２４の幅Ｗ３２はそれぞれ約１００ｎｍ～約４００ｎｍである。第１分離パターン１２２の幅Ｗ３１及び第２分離パターン１２４の幅Ｗ３２は互いに同一であるもののみを示しているが、これは例示的なものであり、これらが互いに異なってもよいことは勿論である。
【0122】
第１分離パターン１２２が第２方向Ｙに延びる長さＬ３１及び第２分離パターン１２４が第１方向Ｘに延びる長さＬ３２はそれぞれの単位ピクセル（ＵＰ１～ＵＰ４）の大きさ（例えば、図６のＬ１１、Ｌ１２）の半分以上である。例えば、第１分離パターン１２２の長さＬ３１及び第２分離パターン１２４の長さＬ３２はそれぞれ約２００ｎｍ～約２，０００ｎｍである。好ましくは、第１分離パターン１２２の長さＬ３１及び第２分離パターン１２４の長さＬ３２はそれぞれ約４００ｎｍ～約１，０００ｎｍである。第１分離パターン１２２の長さＬ３１及び第２分離パターン１２４の長さＬ３２は互いに同一であるもののみを示しているが、これは例示的なものであり、これらが互いに異なってもよいことは勿論である。
【0123】
図１２を参照すると、本実施形態によるイメージセンサは、ピクセル隔離パターン１２０の一側面から突出した第１分離パターン１２２及び第２分離パターン１２４を含む。
【0124】
例えば、第１分離パターン１２２は第１光電変換部ＰＤ１Ｌと第２光電変換部ＰＤ１Ｒとの間に介在し、第１方向Ｘに延びるピクセル隔離パターン１２０の一側面から突出する。このような場合、第１光電変換部ＰＤ１Ｌと第２光電変換部ＰＤ１Ｒとを連結する第１連結部ＩＲ１は第１分離パターン１２２の一端に定義される。
【0125】
また、第２分離パターン１２４は第３光電変換部ＰＤ２Ｕと第４光電変換部ＰＤ２Ｄとの間に介在し、第２方向Ｙに延びるピクセル隔離パターン１２０の一側面から突出する。このような場合、第３光電変換部ＰＤ２Ｕと第４光電変換部ＰＤ２Ｄとを連結する第２連結部ＩＲ２は第２分離パターン１２４の一端に定義される。
【0126】
第１分離パターン１２２の幅Ｗ４１及び第２分離パターン１２４の幅Ｗ４２はそれぞれ、例えば約１０ｎｍ～約５００ｎｍである。好ましくは、第１分離パターン１２２の幅Ｗ４１及び第２分離パターン１２４の幅Ｗ４２はそれぞれ約１００ｎｍ～約４００ｎｍである。第１分離パターン１２２の幅Ｗ４１及び第２分離パターン１２４の幅Ｗ４２は互いに同一であるもののみを示しているが、これは例示的なものであり、これらが互いに異なってもよいことは勿論である。
【0127】
第１分離パターン１２２が第２方向Ｙに突出する長さＬ４１及び第２分離パターン１２４が第１方向Ｘに突出する長さＬ４２はそれぞれの単位ピクセル（ＵＰ１～ＵＰ４）の大きさ（例えば、図６のＬ１１、Ｌ１２）の半分以上である。例えば、第１分離パターン１２２の長さＬ４１及び第２分離パターン１２４の長さＬ４２はそれぞれ約２００ｎｍ～約２，０００ｎｍである。好ましくは、第１分離パターン１２２の長さＬ４１及び第２分離パターン１２４の長さＬ４２はそれぞれ約４００ｎｍ～約１，０００ｎｍである。第１分離パターン１２２の長さＬ４１及び第２分離パターン１２４の長さＬ４２は互いに同一であるもののみを示しているが、これは例示的なものであり、これらが互いに異なってもよいことは勿論である。
【0128】
【0129】
図１３を参照すると、本実施形態によるイメージセンサにおいて、第１単位ピクセルＵＰ１及び第２単位ピクセルＵＰ２はそれぞれ異なるカラーの光（即ち、それぞれ異なる波長帯域の光）を感知する。
【0130】
例えば、第１カラーフィルタ（図４及び図５の１７０ａ）及び第２カラーフィルタ（図４及び図５の１７０ｂ）はそれぞれ異なるカラーのカラーフィルタを含む。一例として、第１カラーフィルタ１７０ａは青色カラーフィルタであり、第２カラーフィルタ１７０ｂは緑色カラーフィルタである。このような場合、第１単位ピクセルＵＰ１は青色波長帯域の光Ｂを感知し、第２単位ピクセルＵＰ２は緑色波長帯域の光Ｇを感知する。
【0131】
本実施形態で、互いに隣接する第１～第４単位ピクセル（ＵＰ１～ＵＰ４）はベイヤーパターン（ｂａｙｅｒ ｐａｔｔｅｒｎ）形態で配列される。例えば、第１単位ピクセルＵＰ１は青色波長帯域の光Ｂを感知し、第２及び第３単位ピクセル（ＵＰ２、ＵＰ３）は緑色波長帯域の光Ｇを感知し、第４単位ピクセルＵＰ４は赤色波長帯域の光Ｒを感知する。
【0132】
図１４ａ～図１４ｆは、一実施形態によるイメージセンサの単位ピクセルを説明するための多様なレイアウト図である。図１４ａ～図１４ｆでは、それぞれ異なる方向に分割された単位ピクセルを含む多様なイメージセンサを示す。図１３について上述したことを除いては、図１４ａ～図１４ｆによるイメージセンサは図９ａ～図９ｆによるイメージセンサと同一であるため、以下では詳しい説明を省略する。
【0133】
【0134】
【0135】
それぞれのピクセルグループ（ＰＧ１～ＰＧ４）は互いに隣接する複数の単位ピクセルを含む。また、ピクセルグループ（ＰＧ１～ＰＧ４）は第３方向Ｚに交差する第１方向Ｘ及び第２方向Ｙを含む平面で２次元的に（例えば、行列形態で）配列される。
【0136】
ピクセルグループ（ＰＧ１～ＰＧ４）は互いに隣接する第１～第４ピクセルグループ（ＰＧ１～ＰＧ４）を含む。例示的に、第１ピクセルグループＰＧ１及び第２ピクセルグループＰＧ２は第１方向Ｘに沿って配列される。第１ピクセルグループＰＧ１及び第３ピクセルグループＰＧ３は第２方向Ｙに沿って配列される。第４ピクセルグループＰＧ４は、第２ピクセルグループＰＧ２と第２方向Ｙに沿って配列され、第３ピクセルグループＰＧ３と第１方向Ｘに沿って配列される。即ち、第１ピクセルグループＰＧ１及び第４ピクセルグループＰＧ４は対角線方向に沿って配列される。
【0137】
本実施形態で、互いに隣接する第１～第４ピクセルグループ（ＰＧ１～ＰＧ４）はベイヤーパターン（ｂａｙｅｒ ｐａｔｔｅｒｎ）形態で配列される。例えば、第１ピクセルグループＰＧ１は青色波長帯域の光Ｂを感知し、第２及び第３ピクセルグループ（ＰＧ２、ＰＧ３）は緑色波長帯域の光Ｇを感知し、第４ピクセルグループＰＧ４は赤色波長帯域の光Ｒを感知する。
【0138】
図１５及び図１６を参照すると、それぞれのピクセルグループ（ＰＧ１～ＰＧ４）の複数の単位ピクセルはテトラパターン（ｔｅｔｒａ ｐａｔｔｅｒｎ）形態で配列される。例えば、第１ピクセルグループＰＧ１の単位ピクセルは２×２形態で配列される。また、第１ピクセルグループＰＧ１の単位ピクセルはそれぞれ同じカラーの光（例えば、青色波長帯域の光Ｂ）を感知する。
【0139】
図１７及び図１８を参照すると、それぞれのピクセルグループ（ＰＧ１～ＰＧ４）の複数の単位ピクセルはノナパターン（ｎｏｎａ ｐａｔｔｅｒｎ）形態で配列される。例えば、第１ピクセルグループＰＧ１の単位ピクセルは３×３形態で配列される。また、第１ピクセルグループＰＧ１の単位ピクセルはそれぞれ同じカラーの光（例えば、青色波長帯域の光Ｂ）を感知する。
【0140】
図１９及び図２０を参照すると、それぞれのピクセルグループ（ＰＧ１～ＰＧ４）の複数の単位ピクセルはヘキサデカパターン（ｈｅｘａｄｅｃａ ｐａｔｔｅｒｎ）形態で配列される。例えば、第１ピクセルグループＰＧ１の単位ピクセルは４×４形態で配列される。また、第１ピクセルグループＰＧ１の単位ピクセルはそれぞれ同じカラーの光（例えば、青色波長帯域の光Ｂ）を感知する。
【0141】
再び、図１５、図１７、及び図１９を参照すると、それぞれのピクセルグループ（ＰＧ１～ＰＧ４）はそれぞれ異なる方向に分割された単位ピクセルを含む。一例として、それぞれのピクセルグループ（ＰＧ１～ＰＧ４）は、第１方向Ｘに分割された第１単位ピクセルＵＰ１及び第２方向Ｙに分割された第２単位ピクセルＵＰ２を含む。
【0142】
再び、図１６、図１８、及び図２０を参照すると、ピクセルグループのうちの少なくとも一部（例えば、第２ピクセルグループＰＧ２）は他のピクセルグループ（例えば、第１、第３、及び第４ピクセルグループ（ＰＧ１、ＰＧ３、ＰＧ４））とは異なる方向に分割された単位ピクセルを含む。一例として、第１ピクセルグループＰＧ１はそれぞれ第１方向Ｘに分割された複数の第１単位ピクセルＵＰ１を含み、第２ピクセルグループＰＧ２はそれぞれ第２方向Ｙに分割された複数の第２単位ピクセルＵＰ２を含む。
【0143】
【0144】
図２１を参照すると、本実施形態によるイメージセンサは第５ピクセルグループＰＧ５及び第６ピクセルグループＰＧ６を含む。
【0145】
第５ピクセルグループＰＧ５は互いに隣接する複数の第５単位ピクセルＵＰ５を含む。複数の第５単位ピクセルＵＰ５はそれぞれ同じ方向に分割される。例えば、それぞれの第５単位ピクセルＵＰ５は第１方向Ｘに沿って配列された第９光電変換部ＰＤ５Ｌ及び第１０光電変換部ＰＤ５Ｒを含む。
【0146】
第６ピクセルグループＰＧ６はそれぞれ異なる方向に分割された単位ピクセルを含む。一例として、第６ピクセルグループＰＧ６は第１方向Ｘに分割された第１単位ピクセルＵＰ１及び第２方向Ｙに分割された第２単位ピクセルＵＰ２を含む。
【0147】
本実施形態で、第５ピクセルグループＰＧ５及び第６ピクセルグループＰＧ６の単位ピクセルはベイヤーパターン形態で配列される。
【0148】
図２２を参照すると、本実施形態によるイメージセンサは第７ピクセルグループＰＧ７及び第８ピクセルグループＰＧ８を含む。
【0149】
第７ピクセルグループＰＧ７は互いに隣接する複数の第７単位ピクセルＵＰ７を含む。複数の第７単位ピクセルＵＰ７はそれぞれ同じ方向に分割される。例えば、それぞれの第７単位ピクセルＵＰ７は第１方向Ｘに沿って配列された第１１光電変換部ＰＤ７Ｌ及び第１２光電変換部ＰＤ７Ｒを含む。
【0150】
第８ピクセルグループＰＧ８はそれぞれ異なる方向に分割された単位ピクセルを含む。一例として、第８ピクセルグループＰＧ８は第１方向Ｘに分割された第１単位ピクセルＵＰ１及び第２方向Ｙに分割された第２単位ピクセルＵＰ２を含む。
【0151】
本実施形態で、第７ピクセルグループＰＧ７及び第８ピクセルグループＰＧ８の単位ピクセルはテトラパターン形態で配列される。
【0152】
本実施形態で、第７ピクセルグループＰＧ７及び第８ピクセルグループＰＧ８はそれぞれ異なるカラーの光（即ち、それぞれ異なる波長帯域の光）を感知する。一例として、第７ピクセルグループＰＧ７は青色波長帯域の光Ｂを感知し、第８ピクセルグループＰＧ８は緑色波長帯域の光Ｇを感知する。
【0153】
図２３を参照すると、本実施形態によるイメージセンサは第７ピクセルグループＰＧ７及び第９ピクセルグループＰＧ９を含む。
【0154】
第７ピクセルグループＰＧ７は図２２を用いて上述した内容と同様であるため、以下では詳しい説明を省略する。
【0155】
第９ピクセルグループＰＧ９は互いに隣接する複数の第９単位ピクセルＵＰ９を含む。複数の第９単位ピクセルＵＰ９はそれぞれ同じ方向に分割される。第９ピクセルグループＰＧ９の第９単位ピクセルＵＰ９は第７ピクセルグループＰＧ７の第７単位ピクセルＵＰ７とは異なる方向に分割される。例えば、それぞれの第９単位ピクセルＵＰ９は第２方向Ｙに沿って配列された第１３光電変換部ＰＤ９Ｕ及び第１４光電変換部ＰＤ９Ｄを含む。
【0156】
本実施形態で、第７ピクセルグループＰＧ７及び第９ピクセルグループＰＧ９の単位ピクセルはテトラパターン形態で配列される。
【0157】
本実施形態で、第７ピクセルグループＰＧ７及び第９ピクセルグループＰＧ９はそれぞれ異なるカラーの光（即ち、それぞれ異なる波長帯域の光）を感知する。一例として、第７ピクセルグループＰＧ７は青色波長帯域の光Ｂを感知し、第９ピクセルグループＰＧ９は緑色波長帯域の光Ｇを感知する。
【0158】
図２４は、一実施形態によるイメージセンサを説明するための概略的なレイアウト図である。図２５は、一実施形態によるイメージセンサを説明するための概略的な断面図である。説明の便宜上、図１～図２３を用いて上述した内容に重複する部分は簡略に説明するか又は省略する。
【0159】
【0160】
センサアレイ領域ＳＡＲは図１のアクティブピクセルセンサアレイ１０に対応する領域を含む。例えば、センサアレイ領域ＳＡＲ内には２次元的に（例えば、行列形態で）配列される複数の単位ピクセル（例えば、図３のＵＰ１～ＵＰ４）が形成される。
【0161】
センサアレイ領域ＳＡＲは受光領域ＡＰＳ及び遮光領域ＯＢを含む。受光領域ＡＰＳには光の提供を受けてアクティブ（ａｃｔｉｖｅ）信号を生成するアクティブピクセルが配列される。遮光領域ＯＢには光が遮断されてオプティカルブラック（ｏｐｔｉｃａｌ ｂｌａｃｋ）信号を生成するオプティカルブラックピクセルが配列される。遮光領域ＯＢは、例えば受光領域ＡＰＳの周辺に沿って形成されるが、これは例示的なものである。
【0162】
本実施形態で、遮光領域ＯＢの一部内には光電変換領域１１２が形成されない。例えば、光電変換領域１１２は、受光領域ＡＰＳに隣接する遮光領域ＯＢの第１基板１１０内に形成されるが、受光領域ＡＰＳから離隔される遮光領域ＯＢの第１基板１１０内には形成されない。
【0163】
一実施形態で、遮光領域ＯＢに隣接する受光領域ＡＰＳにダミーピクセル（図示せず）が形成される。
【0164】
連結領域ＣＲはセンサアレイ領域ＳＡＲの周辺に形成される。連結領域ＣＲはセンサアレイ領域ＳＡＲの一側に形成されるが、これは例示的なものである。連結領域ＣＲには、配線が形成され、センサアレイ領域ＳＡＲの電気的信号を送受信するように構成される。
【0165】
パッド領域ＰＲはセンサアレイ領域ＳＡＲの周辺に形成される。パッド領域ＰＲは本実施形態によるイメージセンサの縁に隣接して形成されるが、これは例示的なものである。パッド領域ＰＲは外部装置などに接続され、本実施形態によるイメージセンサと外部装置との間の電気的信号を送受信するように構成される。
【0166】
連結領域ＣＲは、センサアレイ領域ＳＡＲとパッド領域ＰＲとの間に介在するもので示したが、例示的なものである。センサアレイ領域ＳＡＲ、連結領域ＣＲ、及びパッド領域ＰＲの配置は必要に応じて多様に変更することができることは勿論である。
【0167】
本実施形態によるイメージセンサにおいて、第１基板１１０及び第１配線構造体ＩＳ１は第１基板構造体１００を形成する。
【0168】
第１配線構造体ＩＳ１はセンサアレイ領域ＳＡＲ内の第１配線１３２及び連結領域ＣＲ内の第２配線１３４を含む。第１配線１３２はセンサアレイ領域ＳＡＲの単位ピクセル（例えば、図３のＵＰ１～ＵＰ４）に電気的に接続される。例えば、第１配線１３２は第１電子素子ＴＲ１に接続される。第２配線１３４のうちの少なくとも一部はセンサアレイ領域ＳＡＲから延びる。例えば、第２配線１３４のうちの少なくとも一部は第１配線１３２のうちの少なくとも一部に電気的に接続される。これにより、第２配線１３４はセンサアレイ領域ＳＡＲの単位ピクセル（例えば、図３のＵＰ１～ＵＰ４）に電気的に接続される。
【0169】
本実施形態によるイメージセンサは第２基板２１０及び第２配線構造体ＩＳ２を含む。
【0170】
第２基板２１０はバルクシリコン又はＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ－ｏｎ－ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）である。第２基板２１０はシリコン基板であるか、又は他の物質、例えば、シリコンゲルマニウム、アンチモン化インジウム、鉛テルル化合物、インジウム砒素、インジウムリン化物、ガリウム砒素、又はアンチモン化ガリウムを含む。また、第２基板２１０はベース基板上にエピ層が形成されたものである。
【0171】
第２基板２１０は互いに対向する第３面２１０ａ及び第４面２１０ｂを含む。第２基板２１０の第３面２１０ａは第１基板１１０の第２面１１０ｂに対向する面である。
【0172】
第２基板２１０の第３面２１０ａ上には第２電子素子ＴＲ２が形成される。第２電子素子ＴＲ２は、センサアレイ領域ＳＡＲに電気的に接続され、センサアレイ領域ＳＡＲのそれぞれの単位ピクセル（例えば、図３のＵＰ１～ＵＰ４）に電気的信号を送受信する。例えば、第２電子素子ＴＲ２は、図１の行デコーダ２０、行ドライバ３０、列デコーダ４０、タイミング発生器５０、相関二重サンプラ６０、アナログデジタルコンバータ７０、又は入出力バッファ８０を構成する電子素子を含む。
【0173】
第２配線構造体ＩＳ２は第２基板２１０の第３面２１０ａ上に形成される。第２基板２１０及び第２配線構造体ＩＳ２は第２基板構造体２００を形成する。
【0174】
第２配線構造体ＩＳ２は第１配線構造体ＩＳ１に付着される。例えば、図２５に示すように、第２配線構造体ＩＳ２の上面は第１配線構造体ＩＳ１の下面に付着される。
【0175】
第２配線構造体ＩＳ２は一つ又は複数の配線で構成される。例えば、第２配線構造体ＩＳ２は第２配線間絶縁膜２３０及び第２配線間絶縁膜２３０内の複数の配線（２３２、２３４、２３６）を含む。図２５で、第２配線構造体ＩＳ２を構成する配線の層数及びその配置などは例示的なものであり、これに制限されるものではない。
【0176】
第２配線構造体ＩＳ２の配線（２３２、２３４、２３６）のうちの少なくとも一部は第２電子素子ＴＲ２に接続される。本実施形態で、第２配線構造体ＩＳ２は、センサアレイ領域ＳＡＲ内の第３配線２３２、連結領域ＣＲ内の第４配線２３４、及びパッド領域ＰＲ内の第５配線２３６を含む。本実施形態で、第４配線２３４は連結領域ＣＲ内の複数の配線のうちの最上部の配線であり、第５配線２３６はパッド領域ＰＲ内の複数の配線のうちの最上部の配線である。
【0177】
本実施形態によるイメージセンサは、第１連結構造体３５０、第２連結構造体４５０、及び第３連結構造体５５０を含む。
【0178】
第１連結構造体３５０は遮光領域ＯＢ内に形成される。第１連結構造体３５０は遮光領域ＯＢの表面絶縁膜１４０上に形成される。第１連結構造体３５０はピクセル隔離パターン１２０に接触する。例えば、遮光領域ＯＢの第１基板１１０及び表面絶縁膜１４０内に、ピクセル隔離パターン１２０を露出させる第１トレンチ３５５ｔが形成される。第１連結構造体３５０は第１トレンチ３５５ｔ内に形成されて遮光領域ＯＢ内のピクセル隔離パターン１２０に接触する。本実施形態で、第１連結構造体３５０は第１トレンチ３５５ｔの側面及び下面のプロファイルに沿って延びる。
【0179】
第１連結構造体３５０は、例えば、チタン（Ｔｉ）、チタン窒化物（ＴｉＮ）、タンタル（Ｔａ）、タンタル窒化物（ＴａＮ）、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、及びこれらの組み合わせのうちの少なくとも一つを含むが、これらに制限されるものではない。
【0180】
本実施形態で、第１連結構造体３５０はピクセル隔離パターン１２０に電気的に接続されてピクセル隔離パターン１２０にグラウンド電圧又はマイナス電圧を印加する。そのため、ＥＳＤなどによって発生した電荷はピクセル隔離パターン１２０を介して第１連結構造体３５０に排出される。これにより、ＥＳＤアザ不良が効果的に防止される。
【0181】
本実施形態で、第１連結構造体３５０上に、第１トレンチ３５５ｔを埋める第１パッド３５５が形成される。第１パッド３５５は、例えば、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、及びこれらの合金のうちの少なくとも一つを含むが、これらに制限されるものではない。
【0182】
本実施形態で、第１保護膜１６５は第１連結構造体３５０及び第１パッド３５５を覆う。例えば、第１保護膜１６５は第１連結構造体３５０及び第１パッド３５５のプロファイルに沿って延びる。
【0183】
第２連結構造体４５０は連結領域ＣＲ内に形成される。第２連結構造体４５０は連結領域ＣＲの表面絶縁膜１４０上に形成される。第２連結構造体４５０は第１基板構造体１００と第２基板構造体２００とを電気的に接続する。例えば、連結領域ＣＲの第１基板構造体１００及び第２基板構造体２００内に、第２配線１３４及び第４配線２３４を露出させる第２トレンチ４５５ｔが形成される。第２連結構造体４５０は第２トレンチ４５５ｔ内に形成されて第２配線１３４と第４配線２３４とを連結する。本実施形態で、第２連結構造体４５０は第２トレンチ４５５ｔの側面及び下面のプロファイルに沿って延びる。
【0184】
第２連結構造体４５０は、例えば、チタン（Ｔｉ）、チタン窒化物（ＴｉＮ）、タンタル（Ｔａ）、タンタル窒化物（ＴａＮ）、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、及びこれらの組み合わせのうちの少なくとも一つを含むが、これらに制限されるものではない。本実施形態で、第２連結構造体４５０は第１連結構造体３５０と同一レベルで形成される。
【0185】
本実施形態で、第１保護膜１６５は第２連結構造体４５０を覆う。例えば、第１保護膜１６５は第２連結構造体４５０のプロファイルに沿って延びる。
【0186】
本実施形態で、第２連結構造体４５０上に、第２トレンチ４５５ｔを埋める第１フィリング絶縁膜４６０が形成される。第１フィリング絶縁膜４６０は、例えば、シリコン酸化物、アルミニウム酸化物、タンタル酸化物、及びこれらの組み合わせのうちの少なくとも一つを含むが、これらに制限されるものではない。
【0187】
第３連結構造体５５０はパッド領域ＰＲ内に形成される。第３連結構造体５５０はパッド領域ＰＲの表面絶縁膜１４０上に形成される。第３連結構造体５５０は第２基板構造体２００に外部装置などを電気的に接続する。例えば、パッド領域ＰＲの第１基板構造体１００及び第２基板構造体２００内に、第５配線２３６を露出させる第３トレンチ５５０ｔが形成される。第３連結構造体５５０は第３トレンチ５５０ｔ内に形成されて第５配線２３６に接触する。また、パッド領域ＰＲの第１基板１１０内に第４トレンチ５５５ｔが形成される。第３連結構造体５５０は第４トレンチ５５５ｔ内に形成されて露出する。本実施形態で、第３連結構造体５５０は第３トレンチ５５０ｔ及び第４トレンチ５５５ｔの側面及び下面のプロファイルに沿って延びる。
【0188】
第３連結構造体５５０は、例えば、チタン（Ｔｉ）、チタン窒化物（ＴｉＮ）、タンタル（Ｔａ）、タンタル窒化物（ＴａＮ）、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、及びこれらの組み合わせのうちの少なくとも一つを含むが、これらに制限されるものではない。本実施形態で、第３連結構造体５５０は第１連結構造体３５０及び第２連結構造体４５０と同一レベルで形成される。
【0189】
本実施形態で、第３連結構造体５５０上に、第３トレンチ５５０ｔを埋める第２フィリング絶縁膜５６０が形成される。第２フィリング絶縁膜５６０は、例えば、シリコン酸化物、アルミニウム酸化物、タンタル酸化物、及びこれらの組み合わせのうちの少なくとも一つを含むが、これらに制限されるものではない。本実施形態で、第２フィリング絶縁膜５６０は第１フィリング絶縁膜４６０と同一レベルで形成される。
【0190】
本実施形態で、第３連結構造体５５０上に、第４トレンチ５５５ｔを埋める第２パッド５５５が形成される。第２パッド５５５は、例えば、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、及びこれらの合金のうちの少なくとも一つを含むが、これらに制限されるものではない。本実施形態で、第２パッド５５５は第１パッド３５５と同一レベルで形成される。
【0191】
本実施形態で、第１保護膜１６５は第３連結構造体５５０を覆う。例えば、第１保護膜１６５は第３連結構造体５５０のプロファイルに沿って延びる。本実施形態で、第１保護膜１６５は第２パッド５５５を露出させる。
【0192】
本実施形態で、第１基板１１０内に素子分離パターン１１５が形成される。例えば、第１基板１１０内に素子分離トレンチ１１５ｔが形成される。素子分離パターン１１５は素子分離トレンチ１１５ｔ内に形成される。
【0193】
図２５で、素子分離パターン１１５は連結領域ＣＲの第２連結構造体４５０の周辺及びパッド領域ＰＲの第３連結構造体５５０の周辺にのみ形成されるもので示したが、これは例示的なものである。例えば、素子分離パターン１１５は遮光領域ＯＢの第１連結構造体３５０の周辺にも形成することができることは勿論である。
【0194】
素子分離パターン１１５は、例えば、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、アルミニウム酸化物、ハフニウム酸化物、及びこれらの組み合わせのうちの少なくとも一つを含むが、これらに制限されるものではない。
【0195】
本実施形態で、素子分離パターン１１５の幅は第１基板１１０の第１面１１０ａから第１基板１１０の第２面１１０ｂに向かうにつれて減少する。これは、素子分離トレンチ１１５ｔを形成するエッチング工程が第１基板１１０の第１面１１０ａに対して行われることに起因する。即ち、素子分離パターン１１５は第１基板１１０の後面（ｂａｃｋ ｓｉｄｅ）に対するＤＴＩ工程によって形成されるＢＤＴＩ（ｂａｃｋｓｉｄｅ ｄｅｅｐ ｔｒｅｎｃｈ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）である。本実施形態で、素子分離パターン１１５は第１基板１１０の第２面１１０ｂから離隔される。
【0196】
本実施形態で、第１連結構造体３５０及び第２連結構造体４５０上に遮光カラーフィルタ１７０Ｃが形成される。例えば、遮光カラーフィルタ１７０Ｃは遮光領域ＯＢ及び連結領域ＣＲ内の第１保護膜１６５の一部を覆うように形成される。遮光カラーフィルタ１７０Ｃは第１基板１１０に入射する光を遮断する。
【0197】
本実施形態で、遮光カラーフィルタ１７０Ｃ上に第３保護膜３８０が形成される。例えば、第３保護膜３８０は、遮光領域ＯＢ、連結領域ＣＲ、及びパッド領域ＰＲ内の第１保護膜１６５の一部を覆うように形成される。本実施形態で、第２保護膜１８５は第３保護膜３８０の表面に沿って延びる。第３保護膜３８０は、例えば光透過性樹脂を含むが、これに制限されるものではない。本実施形態で、第３保護膜３８０はマイクロレンズ１８０と同一レベルで形成される。
【0198】
本実施形態で、第２保護膜１８５及び第３保護膜３８０は第２パッド５５５を露出させる。例えば、第２保護膜１８５及び第３保護膜３８０内に、第２パッド５５５を露出させる露出開口ＥＲが形成される。これにより、第２パッド５５５は外部装置などに接続され、本実施形態によるイメージセンサと外部装置との間の電気的信号を送受信するように構成される。即ち、第２パッド５５５は本実施形態によるイメージセンサの入出力パッドである。
【0199】
以上、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想から逸脱しない範囲で多様に変更実施することが可能である。
【符号の説明】
【0200】
１０ アクティブピクセルセンサアレイ（ＡＰＳ）
２０ 行デコーダ
３０ 行ドライバ
４０ 列デコーダ
５０ タイミング発生器
６０ 相関二重サンプラ（ＣＤＳ）
７０ アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）
８０ 入出力（Ｉ／Ｏ）バッファ
１００、２００ 第１、第２基板構造体
１１０、２１０ 第１、第２基板
１１０ａ、１１０ｂ、２１０ａ、２１０ｂ 第１～第４面
１１２ 光電変換領域
１１５ 素子分離パターン
１１５ｔ 素子分離トレンチ
１２０ ピクセル隔離パターン
１２０ａ、１２０ｂ 第１、第２隔離部
１２２ 第１分離パターン
１２２ａ、１２２ｂ 第１分離パターン（第１、第２サブ分離パターン）
１２４ 第２分離パターン
１２４ａ、１２４ｂ 第２分離パターン（第３、第４サブ分離パターン）
１２５ フィリングパターン
１２７ 絶縁スペーサ
１３０、２３０ 第１、第２配線間絶縁膜
１３２、１３４、２３２、２３４、２３６ 第１配線～第５配線
１４０ 表面絶縁膜
１５０ 金属パターン（グリッドパターン）
１６０ 低屈折率パターン（グリッドパターン）
１６５、１８５、３８０ 第１～第３保護膜
１７０ａ、１７０ｂ カラーフィルタ
１７０Ｃ 遮光カラーフィルタ
１８０ マイクロレンズ
１８５ 第２保護膜
３５０、４５０、５５０ 第１～第３連結構造体
３５５、５５５ 第１、第２パッド
３５５ｔ、４５５ｔ、５５０ｔ、５５５ｔ 第１～第４トレンチ
４６０、５６０ 第１、第２フィリング絶縁膜
ＡＰＳ アクティブピクセルセンサアレイ
ＡＸ 増幅トランジスタ
ＣＲ 連結領域
ＥＲ 露出開口
ＦＤ 浮遊拡散領域
ＩＲ１～ＩＲ４ 第１～第４連結部
ＩＳ１、ＩＳ２ 第１、第２配線構造体
ＯＢ 遮光領域
ＰＤ１、ＰＤ２ 第１、第２光電変換素子
ＰＤ１Ｌ～ＰＤ４Ｌ、ＰＤ５Ｌ、ＰＤ７Ｌ 第１、第３、第５、第７、第９、第１１光電変換部、
ＰＤ１Ｒ～ＰＤ４Ｒ、ＰＤ５Ｒ、ＰＤ７Ｒ 第２、第４、第６、第８、第１０、第１２光電変換部
ＰＤ２Ｄ～ＰＤ４Ｄ、ＰＤ９Ｄ 第４、第６、第８、第１４光電変換部
ＰＤ２Ｕ～ＰＤ４Ｕ、ＰＤ９Ｕ 第３、第５、第７、第１３光電変換部
ＰＧ１～ＰＧ４、ＰＧ５～ＰＧ９ 第１～第４、第５～第９ピクセルグループ
ＰＲ パッド領域
ＲＧ リセットライン（駆動信号ライン）
ＲＸ リセットトランジスタ
Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ１２、Ｓ２２ 第１～第４側面
ＳＡＲ センサアレイ領域
ＳＧ 選択線（駆動信号ライン）
ＳＸ 選択トランジスタ
ＴＧ１、ＴＧ２ 第１、第２伝送ライン（駆動信号ライン）
ＴＲ１、ＴＲ２ 第１、第２電子素子
ＴＸ１、ＴＸ２ 第１、第２転送トランジスタ
ＵＰ 単位ピクセル
ＵＰ１～ＵＰ４、ＵＰ５、ＵＰ７、ＵＰ９ 第１～第４、第５、第７、第９単位ピクセル
ＶＤＤ 電源電圧
ＶＯＵＴ 出力電圧
２０ 行デコーダ
３０ 行ドライバ
４０ 列デコーダ
５０ タイミング発生器
６０ 相関二重サンプラ（ＣＤＳ）
７０ アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）
８０ 入出力（Ｉ／Ｏ）バッファ
１００、２００ 第１、第２基板構造体
１１０、２１０ 第１、第２基板
１１０ａ、１１０ｂ、２１０ａ、２１０ｂ 第１～第４面
１１２ 光電変換領域
１１５ 素子分離パターン
１１５ｔ 素子分離トレンチ
１２０ ピクセル隔離パターン
１２０ａ、１２０ｂ 第１、第２隔離部
１２２ 第１分離パターン
１２２ａ、１２２ｂ 第１分離パターン（第１、第２サブ分離パターン）
１２４ 第２分離パターン
１２４ａ、１２４ｂ 第２分離パターン（第３、第４サブ分離パターン）
１２５ フィリングパターン
１２７ 絶縁スペーサ
１３０、２３０ 第１、第２配線間絶縁膜
１３２、１３４、２３２、２３４、２３６ 第１配線～第５配線
１４０ 表面絶縁膜
１５０ 金属パターン（グリッドパターン）
１６０ 低屈折率パターン（グリッドパターン）
１６５、１８５、３８０ 第１～第３保護膜
１７０ａ、１７０ｂ カラーフィルタ
１７０Ｃ 遮光カラーフィルタ
１８０ マイクロレンズ
１８５ 第２保護膜
３５０、４５０、５５０ 第１～第３連結構造体
３５５、５５５ 第１、第２パッド
３５５ｔ、４５５ｔ、５５０ｔ、５５５ｔ 第１～第４トレンチ
４６０、５６０ 第１、第２フィリング絶縁膜
ＡＰＳ アクティブピクセルセンサアレイ
ＡＸ 増幅トランジスタ
ＣＲ 連結領域
ＥＲ 露出開口
ＦＤ 浮遊拡散領域
ＩＲ１～ＩＲ４ 第１～第４連結部
ＩＳ１、ＩＳ２ 第１、第２配線構造体
ＯＢ 遮光領域
ＰＤ１、ＰＤ２ 第１、第２光電変換素子
ＰＤ１Ｌ～ＰＤ４Ｌ、ＰＤ５Ｌ、ＰＤ７Ｌ 第１、第３、第５、第７、第９、第１１光電変換部、
ＰＤ１Ｒ～ＰＤ４Ｒ、ＰＤ５Ｒ、ＰＤ７Ｒ 第２、第４、第６、第８、第１０、第１２光電変換部
ＰＤ２Ｄ～ＰＤ４Ｄ、ＰＤ９Ｄ 第４、第６、第８、第１４光電変換部
ＰＤ２Ｕ～ＰＤ４Ｕ、ＰＤ９Ｕ 第３、第５、第７、第１３光電変換部
ＰＧ１～ＰＧ４、ＰＧ５～ＰＧ９ 第１～第４、第５～第９ピクセルグループ
ＰＲ パッド領域
ＲＧ リセットライン（駆動信号ライン）
ＲＸ リセットトランジスタ
Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ１２、Ｓ２２ 第１～第４側面
ＳＡＲ センサアレイ領域
ＳＧ 選択線（駆動信号ライン）
ＳＸ 選択トランジスタ
ＴＧ１、ＴＧ２ 第１、第２伝送ライン（駆動信号ライン）
ＴＲ１、ＴＲ２ 第１、第２電子素子
ＴＸ１、ＴＸ２ 第１、第２転送トランジスタ
ＵＰ 単位ピクセル
ＵＰ１～ＵＰ４、ＵＰ５、ＵＰ７、ＵＰ９ 第１～第４、第５、第７、第９単位ピクセル
ＶＤＤ 電源電圧
ＶＯＵＴ 出力電圧
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9a】
【図9b】
【図9c】
【図9d】
【図9e】
【図9f】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14a】
【図14b】
【図14c】
【図14d】
【図14e】
【図14f】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】