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(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】P2023155202
(43)【公開日】2023-10-20
(54)【発明の名称】イメージセンサ及び車両
(51)【国際特許分類】
   H01L 27/146 20060101AFI20231013BHJP
   H04N 25/70 20230101ALI20231013BHJP
【FI】
H01L27/146 A
H01L27/146 D
H04N25/70
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023060605
(22)【出願日】2023-04-04
(31)【優先権主張番号】10-2022-0043957
(32)【優先日】2022-04-08
(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】陳 暎 究
(72)【発明者】
【氏名】呉 暎 宣
【テーマコード(参考)】
4M118
5C024
【Fターム(参考)】
4M118AA10
4M118AB01
4M118BA19
4M118CA03
4M118CA20
4M118CA22
4M118CA25
4M118CA34
4M118DD04
4M118DD09
4M118FA06
4M118FA27
4M118FA28
4M118FA33
4M118GA02
4M118GB09
4M118GC08
4M118GC09
4M118GC14
4M118GC20
4M118GD04
4M118GD07
4M118HA22
4M118HA25
4M118HA30
5C024CY47
5C024EX43
5C024GX03
5C024GX07
5C024GX14
5C024GX16
5C024GX18
5C024GX24
5C024GY31
5C024GY39
5C024HX17
(57)【要約】
【課題】信頼性を向上させたイメージセンサ及びこれを含む車両を提供する。
【解決手段】本発明のイメージセンサは、第1領域及び第2領域を含むピクセルグループと、ピクセルグループ上に第1カラーを有するカラーフィルタと、を備え、第1領域は、第1フォトダイオード、第1フォトダイオード上の第1フローティング拡散領域、及び第1フォトダイオード上の第1転送トランジスタを含み、第2領域は、第2フォトダイオード、第2フローティング拡散領域、及び第2フォトダイオードと第2フローティング拡散領域とが連結された第2転送トランジスタを含む第2ピクセルを含み、第1ピクセル及び第2ピクセルの少なくとも一つは、m×n(m及びnは2以上の自然数)に配列され、平面的な視点で、第1領域に含まれる第1フォトダイオードの総面積は、第2領域に含まれる第2フォトダイオードの総面積よりも大きい。
【選択図】図7

【特許請求の範囲】
【請求項1】
イメージセンサであって、
第1領域及び第2領域を含むピクセルグループと、
前記ピクセルグループ上に第1カラーを有するカラーフィルタと、を備え、
前記第1領域は、第1フォトダイオード、前記第1フォトダイオード上の第1フローティング拡散領域、及び前記第1フォトダイオード上の第1転送トランジスタを含む第1ピクセルを含み、
前記第2領域は、第2フォトダイオード、第2フローティング拡散領域、及び前記第2フォトダイオードと前記第2フローティング拡散領域とが連結された第2転送トランジスタを含む第2ピクセルを含み、
前記第1ピクセル及び前記第2ピクセルの少なくとも一つは、m×n(m及びnは2以上の自然数)に配列され、
平面的な視点で、前記第1領域に含まれる前記第1フォトダイオードの総面積は、前記第2領域に含まれる前記第2フォトダイオードの総面積よりも大きいことを特徴とするイメージセンサ。
【請求項2】
前記第1ピクセルは、前記第1フローティング拡散領域と前記第2フローティング拡散領域とを連結する連結トランジスタを更に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】
平面的な視点で、前記第2領域は、菱形形状を有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4】
平面的な視点で、前記第1領域は、十字架形状を有し、
平面的な視点で、前記第2領域は、四角形形状を有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5】
平面的な視点で、前記第1領域の総面積は、前記第2領域の総面積よりも大きい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】
平面的な視点で、一つの前記第1フォトダイオードの面積は、一つの前記第2フォトダイオードの面積よりも大きい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】
各々の前記第1ピクセル及び前記第2ピクセルは、前記m×nに配列され、
平面的な視点で、前記第1領域は、前記第2領域を囲むことを特徴とする請求項6に記載のイメージセンサ。
【請求項8】
前記第1ピクセルは、前記m×nに配列され、
一つの前記第2ピクセルは、前記第1ピクセルグループにあり、
平面的な視点で、前記第1領域は、前記第2領域を囲むことを特徴とする請求項6に記載のイメージセンサ。
【請求項9】
一つの前記第1ピクセルは、前記ピクセルグループにあり、
前記第2ピクセルは、前記m×nに配列されることを特徴とする請求項6に記載のイメージセンサ。
【請求項10】
平面的な視点で、一つの前記第1フォトダイオードの面積は、一つの前記第2フォトダイオードの面積と同じであ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11】
各々の前記第1ピクセル及び前記第2ピクセルは、前記m×nに配列され、
前記第1ピクセルは、それぞれ前記第1フォトダイオード、前記第1フローティング拡散領域、及び前記第1転送トランジスタを含む複数の第1サブピクセル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12】
前記第2ピクセルは、複数の第2サブピクセルを含み、
前記複数の第2サブピクセルの各々は、前記第2フォトダイオード、前記第2フローティング拡散領域、及び前記第2転送トランジスタを含む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】
前記第1ピクセルに対応する第1マイクロレンズと、
前記第2ピクセルに対応する第2マイクロレンズと、を更に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14】
前記第1ピクセルは、前記m×nに配列され、
前記第1ピクセルは、複数のサブピクセルを含み、
前記複数のサブピクセルの各々は、前記第1フォトダイオード、前記第1フローティング拡散領域、及び前記第1転送トランジスタを含み、
前記イメージセンサは、
前記複数のサブピクセルの各々に対応する第1マイクロレンズと、
前記第2ピクセルに対応する第2マイクロレンズと、を更に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15】
内部に前記第1フォトダイオード及び前記第2フォトダイオードが配置される基板を更に含み、
前記第1転送トランジスタのゲートの少なくとも一部及び前記第2転送トランジスタのゲートの少なくとも一部は、前記基板内に配置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16】
内部に前記第1フォトダイオード及び前記第2フォトダイオードが配置される基板と、
前記基板内に前記第1ピクセルと前記第2ピクセルとを定義するピクセル分離パターンを更に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17】
前記基板は、第1面及び前記第1面とは反対になる第2面を含み、
前記カラーフィルタは、前記基板の第2面上に配置され、
前記ピクセル分離パターンは、前記基板の第1面から前記基板の第2面まで延びる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、第1面及び前記第1面とは反対になる第2面を含み、
前記カラーフィルタは、前記基板の第2面上に配置され、
前記ピクセル分離パターンは、前記基板の第2面から延びて前記基板の一部を貫通する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19】
第1フォトダイオード、前記第1フォトダイオードと第1フローティング拡散領域との間に連結された第1転送トランジスタ、及び連結トランジスタを含む第1ピクセル、並びに第2フォトダイオード、及び前記第2フォトダイオードと第2フローティング拡散領域との間に連結された第2転送トランジスタを含む第2ピクセルを含むピクセルグループと、
前記ピクセルグループ上に配置されて第1カラーを有するカラーフィルタと、を備え、
前記第1ピクセル及び前記第2ピクセルの少なくとも一つは、前記ピクセルグループに複数で含まれることを特徴とするイメージセンサ。
【請求項20】
電子制御装置と、
前記電子制御装置に連結されたイメージセンサと、を備え、
前記イメージセンサは、
複数のピクセルグループを含むピクセルアレイと、
前記ピクセルアレイ上に各々のピクセルグループに対応するカラーフィルタと、
前記ピクセルアレイと前記電子制御装置とを連結するリードアウト回路と、を含み、
前記各々のピクセルグループは、
第1ピクセル及び第2ピクセルを含み、
前記第1ピクセルは、それぞれ第1フォトダイオード、前記第1フォトダイオード上の第1フローティング拡散領域、及び前記第1フォトダイオード上の第1転送トランジスタを含み、
前記第2ピクセルは、それぞれ第2フォトダイオード、前記第2フォトダイオード上の第2フローティング拡散領域、及び前記第2フォトダイオード上の第2転送トランジスタを含み、
前記第1ピクセル及び前記第2ピクセルの少なくとも一つは、m×n(m及びnは2以上の自然数)に配列され、
平面的な視点で、前記各々のピクセルグループにおいて、前記第1フォトダイオードの総面積は、前記第2フォトダイオードの総面積よりも大きいことを特徴とする車両。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、イメージセンサ及び車両に関する。
【背景技術】
【0002】
イメージセンシング装置(image sensing device)は、光学情報を電気信号に変換する半導体素子の一つである。このようなイメージセンシング装置は、電荷結合型(CCD;Charge Coupled Device)イメージセンシング装置及びシーモス型(CMOS;Complementary Metal-Oxide Semiconductor)イメージセンシング装置を含む。
【0003】
CMOS型イメージセンサはCIS(CMOS image sensor)と略称される。CISは2次元的に配列された複数個のピクセルを備える。ピクセルの各々は、例えばフォトダイオード(photodiode)を含む。フォトダイオードは入射する光を電気信号に変換する役割をする。
【0004】
最近では、コンピュータ産業及び通信産業の発達につれて、デジタルカメラ、カムコーダ、スマートフォン、ゲーム機器、警備用カメラ、医療用マイクロカメラ、ロボット、車両などの多様な分野で性能を向上させたイメージセンサの需要が増大している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2021-077881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、信頼性を向上させたイメージセンサ及びこれを含む車両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、第1領域及び第2領域を含むピクセルグループと、前記ピクセルグループ上に第1カラーを有するカラーフィルタと、を備え、前記第1領域は、第1フォトダイオード、前記第1フォトダイオード上の第1フローティング拡散領域、及び前記第1フォトダイオード上の第1転送トランジスタを含み、前記第2領域は、第2フォトダイオード、第2フローティング拡散領域、及び前記第2フォトダイオードと前記第2フローティング拡散領域とが連結された第2転送トランジスタを含む第2ピクセルを含み、前記第1ピクセル及び前記第2ピクセルの少なくとも一つは、m×n(m及びnは2以上の自然数)に配列され、平面的な視点で、前記第1領域に含まれる前記第1フォトダイオードの総面積は、前記第2領域に含まれる前記第2フォトダイオードの総面積よりも大きい。
【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、第1フォトダイオード、前記第1フォトダイオードと第1フローティング拡散領域との間に連結された第1転送トランジスタ、及び連結トランジスタを含む第1ピクセル、並びに第2フォトダイオード、及び前記第2フォトダイオードと第2フローティング拡散領域との間に連結された第2転送トランジスタを含む第2ピクセルを含むピクセルグループと、前記ピクセルグループ上に配置されて第1カラーを有するカラーフィルタと、を備え、前記第1ピクセル及び前記第2ピクセルの少なくとも一つは、前記ピクセルグループに複数で含まれる。
【0009】
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車両は、電子制御装置と、前記電子制御装置に連結されたイメージセンサと、を備え、前記イメージセンサは、複数のピクセルグループを含むピクセルアレイと、前記ピクセルアレイ上に各々のピクセルグループに対応するカラーフィルタと、前記ピクセルアレイと電子制御装置とを連結するリードアウト回路と、を含み、前記各々のピクセルグループは、少なくとも一つの第1ピクセル及び少なくとも一つの第2ピクセルを含み、前記少なくとも一つの第1ピクセルは、それぞれ第1フォトダイオード、前記第1フォトダイオード上の第1フローティング拡散領域、及び前記第1フォトダイオード上の第1転送トランジスタを含み、前記少なくとも一つの第2ピクセルは、それぞれ第2フォトダイオード、前記第2フォトダイオード上の第2フローティング拡散領域、及び前記第2フォトダイオード上の第2転送トランジスタを含み、平面的な視点で、前記少なくとも一つの第1ピクセルにそれぞれ含まれる第1フォトダイオードの総面積は、前記少なくとも一つの第2ピクセルにそれぞれ含まれる第2フォトダイオードの総面積よりも大きく、前記少なくとも一つの第1ピクセル及び前記少なくとも一つの第2ピクセルの少なくとも一つは、m×n(m及びnは2以上の自然数)に配列され、前記第1フローティング拡散領域及び前記第2フローティング拡散領域は、少なくとも一つの連結トランジスタによって連結される。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、製品の信頼性を向上させたイメージセンサを提供することができる。
【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シング装置を説明するためのブロック図である。
図2】一実施形態によるイメージセンサの概念的なレイアウトを示す図である。
図3】一実施形態によるピクセルアレイを説明するための図である。
図4図3の第1ピクセルグループを説明するための図である。
図5図4の第1ピクセル及び第2ピクセルを説明するための一例を示す回路図である。
図6図4の第1ピクセルと第2ピクセルを説明するための一例を示すレイアウト図である。
図7図6のA-A’を沿って切断した一例を示す断面図である。
図8図6のA-A’を沿って切断した一例を示す断面図である。
図9】一実施形態によるマイクロレンズを説明するための図である。
図10】一実施形態によるマイクロレンズを説明するための図である。
図11図3の第1ピクセルグループを説明するための図である。
図12図13の第1ピクセル及び第2ピクセルを説明するための一例を示す回路図である。
図13図3の第1ピクセルグループを説明するための図である。
図14図3の第1ピクセルグループを説明するための図である。
図15図3の第1ピクセルグループを説明するための図である。
図16】一実施形態によるピクセルアレイを説明するための図である。
図17図16の第1ピクセルグループを説明するための図である。
図18図17の第1ピクセルグループを説明するための一例を示す回路図である。
図19図17の第1ピクセルグループを説明するための一例を示すレイアウト図である。
図20図17の第1ピクセルグループを説明するための一例を示す回路図である。
図21図17の第1ピクセルグループを説明するための一例を示すレイアウト図である。
図22図16の第1ピクセルグループを説明するための図である。
図23図16の第1ピクセルグループを説明するための図である。
図24図16の第1ピクセルグループを説明するための図である。
図25】一実施形態によるピクセルアレイを説明するための図である。
図26図25の第1ピクセルグループを説明するための図である。
図27図26の第1ピクセルグループを説明するための一例を示す回路図である。
図28図26の第1ピクセルグループを説明するための一例を示すレイアウト図である。
図29図25の第1ピクセルグループを説明するための図である。
図30図25の第1ピクセルグループを説明するための図である。
図31】一実施形態によるイメージセンサの概念的なレイアウトを示す図である。
図32】一実施形態によるイメージセンサの概念的なレイアウトを示す図である。
図33】一実施形態によるイメージセンサを説明するための一例を示すレイアウト図である。
図34】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。
図35】一実施形態によるイメージセンサを含む車両に対する図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【0013】
図1は、一実施形態によるイメージセンシング装置を説明するためのブロック図である。
【0014】
図1を参照すると、本実施形態によるイメージセンシング装置1はイメージセンサ10及びイメージ信号プロセッサ20を含む。
【0015】
イメージセンサ10は、光を用いてセンシング対象のイメージをセンシングして、イメージ信号ISを生成する。一実施形態で、生成されたイメージ信号ISは、例えばデジタル信号であるが、本発明による実施形態は、これに制限されるものではない。
【0016】
イメージ信号ISはイメージ信号プロセッサ20に提供されて処理される。イメージ信号プロセッサ20は、イメージセンサ10のバッファ部17から出力されたイメージ信号ISを受信して、受信されたイメージ信号ISをディスプレイに容易なように加工するか又は処理する。
【0017】
一実施形態で、イメージ信号プロセッサ20はイメージセンサ10から出力されたイメージ信号ISに対してデジタルビニングを行う。イメージセンサ10から出力されたイメージ信号ISは、アナログビニングなしにピクセルアレイ15からのロウ(raw)イメージ信号であるか、或いはアナログビニングが既に行われたイメージ信号ISである。
【0018】
一実施形態で、イメージセンサ10及びイメージ信号プロセッサ20は、図示するように互いに分離されて配置される。例えば、イメージセンサ10が第1チップに搭載され、イメージ信号プロセッサ20が第2チップに搭載されて所定のインターフェースを介して互いに通信する。しかし、実施形態は、これに制限されるものではなく、イメージセンサ10及びイメージ信号プロセッサ20は、一つのパッケージ、例えばMCP(multi-chip package)として実現される。
【0019】
イメージセンサ10は、ピクセルアレイ15、コントロールレジスタブロック11、タイミングジェネレータ12、ロウ(row)ドライバ14、リードアウト回路16、ランプ信号生成器13、及びバッファ部17を含む。
【0020】
コントロールレジスタブロック11はイメージセンサ10の動作を全体的に制御する。例えば、コントロールレジスタブロック11は、タイミングジェネレータ12、ランプ信号生成器13、及びバッファ部17に直接動作信号を転送する。
【0021】
タイミングジェネレータ12はイメージセンサ10の様々な構成要素の動作タイミングの基準になる信号を発生する。タイミングジェネレータ12で発生した動作タイミング基準信号は、ランプ信号生成器13、ロウドライバ14、リードアウト回路16などに伝達される。
【0022】
ランプ信号生成器13はリードアウト回路16で使用されるランプ信号を生成して転送する。例えば、リードアウト回路16は、相関二重サンプラ(CDS)、比較器などを含むが、ランプ信号生成器13は、相関二重サンプラ、比較器などに使用されるランプ信号を生成して転送する。
【0023】
ロウドライバ14はピクセルアレイ15のロウ(row)を選択的に活性化させる。
【0024】
ピクセルアレイ15は外部イメージをセンシングする。ピクセルアレイ15は複数のピクセルを含む。
【0025】
リードアウト回路16は、ピクセルアレイ15から提供されたピクセル信号をサンプリングし、これをランプ信号と比較した後、比較結果に基づいてアナログイメージ信号(データ)をデジタルイメージ信号(データ)に変換する。
【0026】
バッファ部17は、例えばラッチ部を含む。バッファ部17は、外部に提供するイメージ信号ISを一時的に保存し、イメージ信号ISを外部メモリ又は外部装置に転送する。
【0027】
図2は、一実施形態によるイメージセンサの概念的なレイアウトを示す図である。
【0028】
図2を参照すると、本実施形態によるイメージセンサ10-1は、積層された第1レイヤ30及び第2レイヤ40を含む。第1レイヤ30は第2レイヤ40の上部に配置されて第2レイヤ40に電気的に接続される。
【0029】
第1レイヤ30は複数のピクセルが2次元アレイ構造に配列されたピクセルアレイ15を含む。ピクセルアレイ15は、図1のピクセルアレイ15に対応する。
【0030】
第2レイヤ40はロジック素子が配置されるロジック領域18を含む。ロジック領域18に含まれるロジック素子は、ピクセルアレイ15に電気的に接続され、ピクセルに信号を提供するか又はピクセルから出力された信号を処理する。ロジック領域18には、例えば図1のコントロールレジスタブロック11、タイミングジェネレータ12、ランプ信号生成器13、ロウドライバ14、リードアウト回路16などを含む。
【0031】
図3は、一実施形態によるピクセルアレイを説明するための図である。
【0032】
図3を参照すると、本実施形態によるピクセルアレイPA-1は、複数のピクセルグループ(PG1、PG2、PG3、PG4)を含む。例えば、複数のピクセルグループ(PG1、PG2、PG3、PG4)は第1方向X及び第2方向Yに規則的に配列される。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、第3ピクセルグループPG3及び第4ピクセルグループPG4は第1方向Xに沿って配列される。第3ピクセルグループPG3及び第1ピクセルグループPG1は第2方向Yに沿って配列され、第4ピクセルグループPG4及び第2ピクセルグループGP2は第2方向Yに沿って配列される。
【0033】
各々のピクセルグループ(PG1、PG2、PG3、PG4)上には同じカラーを有するカラーフィルタが配置される。一実施形態で、第1ピクセルグループPG1上には第1カラーを有するカラーフィルタが配置される。第2ピクセルグループPG2上には第2カラーを有するカラーフィルタが配置される。第3ピクセルグループPG3上には第3カラーを有するカラーフィルタが配置される。第4ピクセルグループPG4上には第4カラーを有するカラーフィルタが配置される。第1カラーはレッド(red)であり、第2カラー及び第3カラーはグリーン(green)であり、第4カラーはブルー(blue)であり、カラーフィルタはベイヤーパターン(bayer pattern)で配列される。他の実施形態で、カラーフィルタは、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)を更に含むこともできる。これはイメージセンサの製造工程の難易度を減少させる。
【0034】
図4は、図3の第1ピクセルグループを説明するための図である。図3の第2~第4ピクセルグループ(PG2、PG3、PG4)は第1ピクセルグループPG1と類似するため、以下では第1ピクセルグループPG1を中心に説明する。
【0035】
図4を参照すると、本実施形態による第1ピクセルグループPG1-11は第1領域REG1及び第2領域REG2を含む。
【0036】
第1領域REG1は少なくとも一つの第1フォトダイオードを含む少なくとも一つの第1ピクセルを含む。例えば、第1-1ピクセルLPX1、第1-2ピクセルLPX2、第1-3ピクセルLPX3、及び第1-4ピクセルLPX4は、それぞれ少なくとも一つの第1フォトダイオードを含む。第1-1~第1-4ピクセル(LPX1~LPX4)は、それぞれ又は通称して第1ピクセルと称する。
【0037】
第2領域REG2は第2フォトダイオードを含む少なくとも一つの第2ピクセルを含む。例えば、第2-1ピクセルSPX1、第2-2ピクセルSPX2、第2-3ピクセルSPX3、及び第2-4ピクセルSPX4は、それぞれ第2フォトダイオードを含む。第2-1~第2-4ピクセル(SPX1~SPX4)は、それぞれ又は通称して第2ピクセルと称する。
【0038】
少なくとも一つの第1ピクセル(LPX1、LPX2、LPX3、LPX4)及び少なくとも一つの第2ピクセル(SPX1、SPX2、SPX3、SPX4)の少なくとも一つは、m×n(m及びnは2以上の自然数)に配列される。例えば、少なくとも一つの第1ピクセルと少なくとも一つの第2ピクセルとはペアをなしてm×n(m及びnは2以上の自然数)に配列される。例えば、第1領域REG1は2×2に配列された第1ピクセル(LPX1、LPX2、LPX3、LPX4)を含む。第2領域REG2は2×2に配列された第2ピクセル(SPX1、SPX2、SPX3、SPX4)を含む。
【0039】
平面的な視点で、図4を参照すると、第1領域REG1は、第2領域REG2を囲み、例えば第2領域REG2を完全に囲む。平面的な視点で、第1ピクセルグループPG1-11は四角形形状を有し、第2領域REG2は四角形形状を有する。平面的な視点で、第1ピクセル(LPX1、LPX2、LPX3、LPX4)は「Λ」又はノッチ形状を有し、第2ピクセル(SPX1、SPX2、SPX3、SPX4)は四角形形状を有する。
【0040】
平面的な視点で、第1領域REG1の面積は第2領域REG2の面積よりも大きい。平面的な視点で、第1領域REG1に含まれる第1フォトダイオードの総面積は第2領域REG2に含まれる第2フォトダイオードの総面積よりも大きい。
【0041】
図5は、図4の第1ピクセル及び第2ピクセルを説明するための一例を示す回路図である。図6は、図4の第1ピクセルと第2ピクセルを説明するための一例を示すレイアウト図である。図7及び図8は、図6のA-A’を沿って切断した一例を示す断面図である。図9は、一実施形態によるマイクロレンズを説明するための図である。
【0042】
図4及び図5を参照すると、本実施形態で、第1ピクセルLPX1は、第1フォトダイオードLPD、第1フローティング拡散領域FD1、第1フォトダイオードLPDと第1フローティング拡散領域FD1との間の第1転送トランジスタLTX、連結トランジスタDRX、及び第2フローティング拡散領域FD2と第2ピクセルSPX1の第3フローティング拡散領域FD3との間の第1スイッチトランジスタSWXを含む。第2ピクセルSPX1は、第2フォトダイオードSPD、第3フローティング拡散領域FD3、及び第2フォトダイオードSPDと第3フローティング拡散領域FD3との間の第2転送トランジスタSTXを含む。連結トランジスタDRXは第1フローティング拡散領域FD1と第2フローティング拡散領域FD2とを連結する。
【0043】
図4及び図6を参照すると、第1ピクセルLPX1は、接地領域GND、第1フォトダイオードLPD、第1転送トランジスタLTX、ソースフォロワトランジスタSX、選択トランジスタAX、連結トランジスタDRX、リセットトランジスタRX、及び第1スイッチトランジスタSWXを含む。第2ピクセルSPX1は、接地領域GND、第2スイッチトランジスタTSWX、第2フォトダイオードSPD、及び第2転送トランジスタSTXを含む。
【0044】
第1フォトダイオードLPDは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フォトダイオードLPDは第1ピクセルLPX1に入射する光を電荷に変換する。第1フォトダイオードLPDの一端は接地電圧に連結される。
【0045】
第1転送トランジスタLTXは第1フォトダイオードLPDと第1フローティング拡散領域FD1との間に連結される。第1転送トランジスタLTXの一端は第1フォトダイオードLPDに連結され、第1転送トランジスタLTXの他端は第1フローティング拡散領域FD1に連結される。第1転送トランジスタLTXは第1転送トランジスタLTXの第1転送ゲートLTGを介して印加される第1転送信号によって駆動される。第1転送トランジスタLTXは第1フォトダイオードLPDで生成された電荷を第1フローティング拡散領域FD1に転送する。
【0046】
ソースフォロワトランジスタSXのソースフォロワゲートSFは第1フローティング拡散領域FD1に連結される。ソースフォロワゲートSFは第1フローティング拡散領域FD1に連結されて電荷の印加を受ける。ソースフォロワトランジスタSXは第1フローティング拡散領域FD1の電気的ポテンシャルの変化を増幅してこれを出力電圧VOUTとして出力する。ソースフォロワトランジスタSXがターンオン(turn on)されると、ソースフォロワトランジスタSXは第1フローティング拡散領域FD1の電位に対応する電圧を選択トランジスタAXに伝達する。
【0047】
選択トランジスタAXはソースフォロワトランジスタSXと出力電圧VOUTとの間に連結される。選択トランジスタAXは行単位で読み出すピクセル領域を選択する。選択トランジスタAXは選択トランジスタAXの選択ゲートSELに印加される行選択信号によって駆動される。
【0048】
連結トランジスタDRXは第1フローティング拡散領域FD1と第2フローティング拡散領域FD2とを連結する。連結トランジスタDRXは連結トランジスタDRXの連結ゲートDRGに印加される連結信号によって駆動される。
【0049】
リセットトランジスタRXはリセットトランジスタRXのリセットゲートRGに印加されるリセット信号によって駆動される。リセットトランジスタRXがターンオンされると、リセットトランジスタRXは第2電圧VRDを第2フローティング拡散領域FD2に伝達する。第1スイッチトランジスタSWXがターンオンされている場合、第1ピクセルLPX1及び第2ピクセルSPX1がリセットされる。
【0050】
第1スイッチトランジスタSWXは第2フローティング拡散領域FD2と第3フローティング拡散領域FD3との間に位置する。第1スイッチトランジスタSWXは第1スイッチトランジスタSWXの第1スイッチゲートSWに印加される第1スイッチ信号によって駆動される。第1スイッチトランジスタSWXがターンオンされると、第1スイッチトランジスタSWXは第2フローティング拡散領域FD2と第3フローティング拡散領域FD3とを連結する。
【0051】
キャパシタC及び第2スイッチトランジスタTSWXは第3電圧VSCと第3フローティング拡散領域FD3との間に位置する。第2スイッチトランジスタTSWXは第2スイッチトランジスタTSWXの第2スイッチゲートTSWに印加される第2スイッチ信号によって駆動される。第2スイッチトランジスタTSWXがターンオンされると、第2スイッチトランジスタTSWXは第3フローティング拡散領域FD3とキャパシタCとを連結する。第2スイッチトランジスタTSWXはキャパシタCに第2フォトダイオードSPDからオーバーフローした電荷を伝達する。キャパシタCは第2フォトダイオードSPDからオーバーフローした電荷を保存する。キャパシタCは第1領域REG1及び第2領域REG2に配置されない。例えばキャパシタCは図2の第2レイヤ40に配置される。
【0052】
第1~第3電圧(VPIX、VRD、VSC)のうちの少なくとも一部は互いに同一である。或いは第1~第3電圧(VPIX、VRD、VSC)はそれぞれ異なる。
【0053】
第2フォトダイオードSPDは外部から入射する光の量に比例して電荷を生成する。第2フォトダイオードSPDは第2ピクセルSPX1に入射する光を電荷に変換する。第2フォトダイオードSPDの一端は接地電圧に連結される。
【0054】
第2転送トランジスタSTXは第2フォトダイオードSPDと第3フローティング拡散領域FD3との間に連結される。第2転送トランジスタSTXの一端は第2フォトダイオードSPDに連結され、第2転送トランジスタSTXの他端は第3フローティング拡散領域FD3に連結される。第2転送トランジスタSTXは第2転送ゲートSTGを含む。第2転送トランジスタSTXは第2転送信号によって駆動され、第2転送信号は第2転送ゲートSTGを介して印加される。第2転送トランジスタSTXは第2フォトダイオードSPDで生成された電荷を第3フローティング拡散領域FD3に転送する。第1フローティング拡散領域FD1と第3フローティング拡散領域FD3とは第1スイッチトランジスタSWX及び連結トランジスタDRXによって連結される。
【0055】
一実施形態で、第1ピクセルLPX1はダミートランジスタを更に含む。図6を参照すると、ダミートランジスタのダミーゲートDTGは第1ピクセルLPX1に配置される。
【0056】
図4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は、第1基板110、第1フォトダイオードLPD、第2フォトダイオードSPD、素子分離膜115、ピクセル分離パターン140、表面絶縁膜150、グリッドパターン160、第1保護膜165、カラーフィルタ170、マイクロレンズ180、及び第2保護膜185を含む。
【0057】
第1基板110は互いに反対になる第1面110a及び第2面110bを含む。後述する内容で、第1面110aは第1基板110の前面(front side)といい、第2面110bは第1基板110の裏面(back side)という。第1基板110の第2面110bは光が入射する受光面である。例えば、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。
【0058】
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。或いは第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。
【0059】
一実施形態で、第1基板110は第1導電型を有する。例えば、第1基板110はp型不純物(例えば、ホウ素(B))を含む。以下の説明では、第1導電型はp型である場合を説明するが、これは例示的なものであり、第1導電型はn型であり得るのは勿論である。
【0060】
第1基板110には第1ピクセルLPX1及び第2ピクセルSPX1が形成される。第1フォトダイオードLPDは第1ピクセルLPX1の第1基板110内に形成される。第2フォトダイオードSPDは第2ピクセルSPX2の第1基板110内に形成される。第1フォトダイオードLPD及び第2フォトダイオードSPDは第1導電型とは異なる第2導電型を有する。以下の説明では、第2導電型はn型である場合を説明するが、これは例示的なものであり、第2導電型はp型あり得るのは勿論である。第1フォトダイオードLPD及び第2フォトダイオードSPDは、例えばp型である第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。
【0061】
一実施形態で、第1フォトダイオードLPD及び第2フォトダイオードSPDは、第1基板110の第1面110a及び第2面110bに交差する方向(例えば、垂直方向)にポテンシャル傾きを有する。例えば、第1フォトダイオードLPD及び第2フォトダイオードSPDの不純物濃度は、第1面110aから第2面110bに向かうにつれて減少する。
【0062】
本実施形態において、平面的な視点で、第1ピクセルLPX1の面積は第2ピクセルSPX1の面積よりも大きい。平面的な視点で、第1フォトダイオードLPDの面積は第2フォトダイオードSPDの面積よりも大きい。
【0063】
第1フローティング拡散領域FD1は第1ピクセルLPX1の第1基板110内に形成される。第3フローティング拡散領域FD3は第2ピクセルSPX1の第1基板110内に形成される。
【0064】
第1フローティング拡散領域FD1及び第3フローティング拡散領域FD3は第2導電型を有する。例えば、第1フローティング拡散領域FD1及び第3フローティング拡散領域FD3はp型である第1基板110内にn型不純物がイオン注入されて形成される。
【0065】
一実施形態で、各々の第1フローティング拡散領域FD1及び第3フローティング拡散領域FD3は、各々の第1フォトダイオードLPD及び第2フォトダイオードSPDよりも高い不純物濃度で第2導電型を有する。例えば、第1フローティング拡散領域FD1及び第3フローティング拡散領域FD3はp型である第1基板110内に高濃度のn型不純物(n+)がイオン注入されて形成される。
【0066】
第1転送トランジスタLTX及び第2転送トランジスタSTXは第1基板110の第1面110a上に形成される。第1転送トランジスタLTXは、第1転送ゲートLTG、第1ゲート絶縁膜、及び第1ゲートスペーサを含む。第1ゲート絶縁膜は第1転送ゲートLTGと第1基板110との間に配置され、第1ゲートスペーサは第1転送ゲートLTGの両側壁上に配置される。第2転送トランジスタSTXは、第2転送ゲートSTG、第2ゲート絶縁膜、及び第2ゲートスペーサを含む。第2ゲート絶縁膜は第2転送ゲートSTGと第1基板110との間に配置され、第2ゲートスペーサは第2転送ゲートSTGの両側壁上に配置される。本実施形態で、第1転送ゲートLTG及び第2転送ゲートSTGは垂直型転送ゲート(vertical transfer gate)である。即ち、第1転送ゲートLTG及び第2転送ゲートSTGのゲートの少なくとも一部は第1基板110内に埋め込まれる。例えば、第1基板110内に第1基板110の第1面100aから延びるトレンチが形成される。第1転送ゲートLTG及び第2転送ゲートSTGのゲートの少なくとも一部はトレンチを埋めるように形成される。そのため、第1転送ゲートLTG及び第2転送ゲートSTGの下面は第1基板110内に配置される。本実施形態で、第1転送ゲートLTG及び第2転送ゲートSTGの幅はそれぞれ第1基板110の第1面110aから遠くなるにつれて減少する。これはトレンチを形成するためのエッチング工程の特性に起因する。
【0067】
第1配線構造体IS1は第1基板110上に形成される。第1配線構造体IS1は、例えば第1基板110の第1面110a上に形成される。また、第1配線構造体IS1は、例えば第1基板110の第1面110aを覆う。
【0068】
第1配線構造体IS1は一つ以上の配線で構成される。例えば、第1配線構造体IS1は第1配線絶縁膜130及び第1配線絶縁膜130内の複数の第1配線133、複数の第1コンタクト131、及び複数の第2コンタクト132を含む。第1配線構造体IS1を構成する配線133及びコンタクト(131、132)の層数及びその配列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。
【0069】
第1配線133は第1ピクセルLPX1及び第2ピクセルSPX1に電気的に接続される。例えば、第1配線133は、第1コンタクト131を介して第1基板110に接続され、第2コンタクト132を介して第1転送トランジスタLTXの第1転送ゲートLTG又は第2転送トランジスタSTXの第2転送ゲートSTGに接続される。
【0070】
第1配線絶縁膜130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、及びシリコン酸化物よりも誘電率が低い低誘電率(low-k)物質の少なくとも一つを含むが、これに制限されるものではない。第1配線133、第1コンタクト131、及び第2コンタクト132は導電物質を含む。例えば、第1配線133、第1コンタクト131、及び第2コンタクト132は、それぞれタングステン(W)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、金(Au)、銀(Ag)、及びこれらの合金の少なくとも一つを含むが、これに制限されるものではない。
【0071】
ピクセル分離パターン140は、平面的な視点で、第1ピクセルLPX1及び第2ピクセルSPX1を囲むように形成される。ピクセル分離パターン140は第1ピクセルLPX1と第2ピクセルSPX1とを分離する。ピクセル分離パターン140は第1基板110内に形成される。ピクセル分離パターン140は、例えば第1基板110がパターニングされて形成された深いトレンチ内に埋め込まれて形成される。
【0072】
図7を参照すると、本実施形態で、ピクセル分離パターン140は第1基板110を貫通する。例えば、ピクセル分離パターン140は第1面110aから第2面110bまで延びる。
【0073】
本実施形態で、ピクセル分離パターン140の幅は第1基板110の第1面110aから遠くなるにつれて一定であるか又は同一である。本明細書で、「同一」とは、完全に同一であるだけでなく工程上のマージンなどにより発生し得る微細な差異を含む意味である。
【0074】
或いは、一実施形態で、ピクセル分離パターン140の幅は第1基板110の第1面110aから遠くなるにつれて減少する。これはピクセル分離パターン140を形成するためのエッチング工程の特性に起因する。例えば、ピクセル分離パターン140を形成するために第1基板110をエッチングする工程は第1基板110の第1面110aに対して行われる。
【0075】
図8を参照すると、本実施形態で、ピクセル分離パターン140は第1基板110の一部を貫通する。例えば、ピクセル分離パターン140は第1基板110の第2面110bから第1基板110の一部を貫通する。ピクセル分離パターン140の底面は第1基板110内に配置される。ピクセル分離パターン140の底面は第1基板110の第1面110aから第2面110bに向かう方向である第3方向DR3を基準とする。
【0076】
本実施形態で、ピクセル分離パターン140は導電フィリングパターン141及び絶縁スペーサ膜143を含む。絶縁スペーサ膜143は第1基板110内のトレンチの側面に沿って延びる。導電フィリングパターン141は絶縁スペーサ膜143上に配置されてトレンチの残りを埋める。絶縁スペーサ膜143は第1基板110から導電フィリングパターン141を分離する。
【0077】
図7を参照すると、素子分離膜115は第1基板110内に形成される。素子分離膜115は、例えば第1基板110がパターニングされて形成された浅いトレンチ内に絶縁物質が埋め込まれて形成される。素子分離膜115は第1基板110の第1面110aに隣接する。例えば、素子分離膜115は第1基板110の第1面110aから延びる。素子分離膜115は、活性領域ACTを囲んで、活性領域ACTを定義する。
【0078】
図5及び図6を参照すると、第1ピクセルLPX1内の活性領域ACT上にソースフォロワゲートSF、選択ゲートSEL、第1スイッチゲートSW、第1転送ゲートLTG、ダミーゲートDTG、第1フローティング拡散領域FD1、リセットゲートRG、及び連結ゲートDRGが形成される。第2ピクセルSPX1内の活性領域ACT上に第2スイッチゲートTSW、第2転送ゲートSTG、及び第3フローティング拡散領域FD3が形成される。
【0079】
図7を参照すると、素子分離膜115の幅は第1基板110の第1面110aから遠くなるにつれて減少する。これは素子分離膜115のエッチングを行う工程の特性に起因する。例えば、素子分離膜115を形成するために第1基板110のエッチングを行う工程は第1基板110の第1面110aに対して行われる。他の実施形態で、素子分離膜115の幅は第1基板110の第1面110aから遠くなるにつれて一定である。
【0080】
素子分離膜115はピクセル分離パターン140に重なる。ピクセル分離パターン140の一部分は素子分離膜115内に形成される。ピクセル分離パターン140は素子分離膜115を貫通する。
【0081】
素子分離膜115は絶縁物質を含む。素子分離膜115は、例えばシリコン窒化物、シリコン酸化物、及びシリコン酸窒化物の少なくとも一つを含む。
【0082】
表面絶縁膜150は第1基板110の第2面110b上に形成される。表面絶縁膜150は第1基板110の第2面110bを覆う。
【0083】
表面絶縁膜150は絶縁物質を含む。例えば、表面絶縁膜150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少なくとも一つを含むが、これに制限されるものではない。また、一実施形態で、表面絶縁膜150は多重膜で形成される。例えば、表面絶縁膜150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が、これに制限されるものではない。
【0084】
表面絶縁膜150は、反射防止膜として機能し、第1基板110に入射する光の反射を防止することによってフォトダイオードの受光率を向上させる。また、表面絶縁膜150は、平坦化膜として機能とし、後述するカラーフィルタ170及びマイクロレンズ180を均一な高さで形成する。
【0085】
カラーフィルタ170は表面絶縁膜150上に形成される。カラーフィルタ170は各々の第1ピクセルLPX1及び第2ピクセルSPX1に対応するように配列される。例えば、複数のカラーフィルタ170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。カラーフィルタ170はピクセルグループ(図3のPG1、PG2、PG3、PG4)に応じて多様なカラーフィルタを有する。
【0086】
本実施形態で、カラーフィルタ170の間にグリッドパターン160が形成される。グリッドパターン160は表面絶縁膜150上に形成される。グリッドパターン160は、平面的な視点で、格子状に形成されてカラーフィルタ170の間に介在する。
【0087】
一実施形態で、グリッドパターン160は導電パターン161及び低屈折率パターン163を含む。導電パターン161及び低屈折率パターン163は、例えば表面絶縁膜150上に順に積層され、導電パターン161は低屈折率パターン163と表面絶縁膜150との間にある。
【0088】
導電パターン161は、導電物質を含み、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少なくとも一つを含むが、これに制限されるものではない。導電パターン161は、ESD(Electro-Static Discharge:静電気放電)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アザ不良を効果的に防止する。
【0089】
低屈折率パターン163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163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163は斜めに入射する光を屈折又は反射させることによって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。
【0090】
本実施形態で、表面絶縁膜150及びグリッドパターン160上に第1保護膜165が形成される。例えば、第1保護膜165は、表面絶縁膜150の上面、グリッドパターン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。第1保護膜165は、表面絶縁膜150の上面とカラーフィルタ170との間、及びグリッドパターン160の側面及び上面とカラーフィルタ170との間に介在する。
【0091】
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150及びグリッドパターン160の損傷を防止する。
【0092】
マイクロレンズ180はカラーフィルタ170上に形成される。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は第1フォトダイオードLPD及び第2フォトダイオードSPD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。
【0093】
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。一つのマイクロレンズ180は各々の第1ピクセルLPX1及び第2ピクセルSPX1に対応するように配列される。具体的に、図9を参照すると、第1マイクロレンズML1は各々の第1ピクセル(LPX1、LPX2、LPX3、LPX4)に対応するように配列され、第2マイクロレンズML2は各々の第2ピクセル(SPX1、SPX2、SPX3、SPX4)に対応するように配列される。平面的な視点で、第1マイクロレンズML1は多角形形状を有し、第2マイクロレンズML2は円形に近い形状を有する。平面的な視点で、第1マイクロレンズML1は「Λ」又はノッチ形状を有する。
【0094】
図7及び図8を参照すると、マイクロレンズ180上に第2保護膜185が形成される。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少なくとも一つを含むが、これ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。
【0095】
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。
【0096】
図10は一実施形態によるマイクロレンズを説明するための図である。説明の便宜上図1図9を用いて説明した内容とは異なる点を中心に説明する。
【0097】
図10を参照すると、本実施形態で、各々の第1ピクセル(LPX1、LPX2、LPX3、LPX4)に対して複数の第1マイクロレンズML1が提供され、各々の第2ピクセル(SPX1、SPX2、SPX3、SPX4)に対して第2マイクロレンズML2が提供される。即ち、各々の第1ピクセル(LPX1、LPX2、LPX3、LPX4)上に複数の第1マイクロレンズML1が配置され、各々の第2ピクセル(SPX1、SPX2、SPX3、SPX4)上に一つの第2マイクロレンズML2が配置される。
【0098】
平面的な視点で、第1マイクロレンズML1及び第2マイクロレンズML2は円形に近い形状を有する。平面的な視点で、各々の第1マイクロレンズML1の面積は各々の第2マイクロレンズML2と同一であるか又は大きい。
【0099】
図11図13図15は、図3の第1ピクセルグループを説明するための図である。図12は、図13の第1ピクセル及び第2ピクセルを説明するための一例を示す回路図である。説明の便宜上、図1図10を用いて説明した内容とは異なる点を中心に説明する。
【0100】
図11を参照すると、本実施形態による第1ピクセルグループPG1-11’は、平面的な視点で、例えば全般的に四角形形状を有し、第2領域REG2は菱形形状を有する。平面的な視点で、各々の第2ピクセル(SPX1、SPX2、SPX3、SPX4)は三角形形状を有する。
【0101】
図5及び図12図15を参照すると、本実施形態による第1ピクセルグループPG1(例えば、図13のPG1-12、図14のPG1-13、図15のPG1-14)において、2×2に配列された各々の第1ピクセル(LPX1、LPX2、LPX3、LPX4)は複数のサブピクセルSLPXを含む。各々のサブピクセルSLPXは、第1フォトダイオードLPD、第1フローティング拡散領域FD1、及び第1フォトダイオードLPDと第1フローティング拡散領域FD1との間の第1転送トランジスタLTXを含む。
【0102】
図12及び図13を参照すると、本実施形態による第1ピクセルグループPG1-12における各々の第1ピクセル(LPX1、LPX2、LPX3、LPX4)は3個のサブピクセルSLPXを含む。サブピクセルSLPXは各々の第2ピクセル(SPX1、SPX2、SPX3、SPX4)と同一である。即ち、第1フォトダイオードLPDは第2フォトダイオードSPDと同一である。平面的な視点で、一つの第1フォトダイオードLPDの面積は一つの第2フォトダイオードSPDの面積と同一である。
【0103】
例えば、第1ピクセルLPX1及び第2ピクセルSPX1を参照すると、2×2に配列され、それぞれ第1フォトダイオードLPDを含むサブピクセルSLPXの一部は第2ピクセルSPX1になり、残りは第1ピクセルLPX1になる。例えば、第2ピクセルSPX1は1個の第2フォトダイオードSPDを含み、第1ピクセルLPX1は3個の第1フォトダイオードLPDを含む。本実施形態で、第2ピクセルSPX1は1個の第1フォトダイオードLPDを含み、第1ピクセルLPX1は3個の第1フォトダイオードLPDを含む。以下では、図面上、サブピクセルSLPXと第2ピクセルSPX1との大きさが異なるように示しているが、これは第1ピクセルLPX1と第2ピクセルSPX1とを区分するためだけであり、サブピクセルSLPXと第2ピクセルSPX1との大きさは同一である。
【0104】
図14を参照すると、本実施形態で、第1ピクセルグループPG1-13において、2×2に配列された各々の第1ピクセル(LPX1、LPX2、LPX3、LPX4)は8個のサブピクセルSLPXを含む。サブピクセルSLPXは各々の第2ピクセル(SPX1、SPX2、SPX3、SPX4)と同一である。即ち、第1フォトダイオードLPDは第2フォトダイオードSPDと同一である。平面的な視点で、一つの第1フォトダイオードLPDの面積は一つの第2フォトダイオードSPDの面積と同一である。
【0105】
例えば、第1ピクセルLPX1及び第2ピクセルSPX1を参照すると、3×3に配列され、それぞれ第1フォトダイオードLPDを含むサブピクセルSLPXの一部は第2ピクセルSPX1になり、残りは第1ピクセルLPX1になる。例えば、第2ピクセルSPX1は1個の第2フォトダイオードSPDを含み、第1ピクセルLPX1は8個の第1フォトダイオードLPDを含む。本実施形態で、第2ピクセルSPX1は1個の第1フォトダイオードLPDを含み、第1ピクセルLPX1は8個の第1フォトダイオードLPDを含む。3×3に配列されたサブピクセルSLPX中の第2ピクセルSPX1になるサブピクセルSLPXの比率は多様である。
【0106】
図15を参照すると、本実施形態で、第1ピクセルグループPG1-14において、2×2に配列された各々の第1ピクセル(LPX1、LPX2、LPX3、LPX4)は15個のサブピクセルSLPXを含む。サブピクセルSLPXは各々の第2ピクセル(SPX1、SPX2、SPX3、SPX4)と同一である。第1フォトダイオードLPDは第2フォトダイオードSPDと同一である。平面的な視点で、一つの第1フォトダイオードLPDの面積は一つの第2フォトダイオードSPDの面積と同一である。
【0107】
例えば、第1ピクセルLPX1及び第2ピクセルSPX1を参照すると、4×4に配列され、それぞれ第1フォトダイオードLPDを含むサブピクセルSLPXの一部は第2ピクセルSPX1になり、残りは第1ピクセルLPX1になる。例えば、第2ピクセルSPX1は1個の第2フォトダイオードSPDを含み、第1ピクセルLPX1は15個の第1フォトダイオードLPDを含む。一実施形態で、第2ピクセルSPX1は1個の第1フォトダイオードLPDを含み、第1ピクセルLPX1は15個の第1フォトダイオードLPDを含む。4×4に配列されたサブピクセルSLPX中の第2ピクセルSPX1の比率は多様である。
【0108】
図16は、一実施形態によるピクセルアレイを説明するための図である。説明の便宜上図1図15を用いて説明した内容とは異なる点を中心に説明する。
【0109】
図16を参照すると、本実施形態によるピクセルアレイPA-2は、複数のピクセルグループ(PG1、PG2、PG3、PG4)を含む。各々のピクセルグループ(PG1、PG2、PG3、PG4)上には同じカラーを有するカラーフィルタが配置される。例えば、第1ピクセルグループPG1上に配置されたカラーフィルタはブルーカラーを有し、第2及び第3ピクセルグループ(PG2、PG3)上に配置されたカラーフィルタはグリーンカラーを有し、第4ピクセルグループPG4上に配置されたカラーフィルタはレッドカラーを有する。これは、例示的なものであり、カラーフィルタは、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)を含むこともでき、ホワイトフィルタ(white filter)を更に含むこともできる。
【0110】
図17は、図16の第1ピクセルグループを説明するための図である。図18及び図20は、図17の第1ピクセルグループを説明するための一例を示す回路図である。図19及び図21は、図17の第1ピクセルグループを説明するための一例を示すレイアウト図である。
【0111】
図17を参照すると、本実施形態による第1ピクセルグループPG1-21において、第1領域REG1はm×n(m及びnは2以上の自然数)に配列された第1ピクセル(LPX1、LPX2、LPX3、LPX4)を含み、第2領域REG2は一つの第2ピクセルSPXを含む。第1領域REGは、例えば2×2に配列された第1ピクセル(LPX1、LPX2、LPX3、LPX4)を含む。
【0112】
平面的な視点で、第1領域REG1は第2領域REG2を囲む。平面的な視点で、第1ピクセルグループPG1-21は四角形形状を有し、第2領域REG2は菱形形状を有する。平面的な視点で、第2ピクセルSPXは菱形形状を有する。
【0113】
平面的な視点で、第1領域REG1の面積は第2領域REG2の面積よりも大きい。平面的な視点で、第1領域REG1に含まれる第1フォトダイオードの総面積は第2領域REG2に含まれる第2フォトダイオードの総面積よりも大きい。
【0114】
図17図19を参照すると、本実施形態による第1ピクセルグループPG1-21において、第1-1ピクセル~第1-4ピクセル(LPX1、LPX2、LPX3、LPX4)は第2ピクセルSPXを共有する。第1-1ピクセル~第1-4ピクセル(LPX1、LPX2、LPX3、LPX4)はそれぞれ第1-1~第1-4フォトダイオード(LPD1、LPD2、LPD3、LPD4)及びそれぞれ第1-1~第1-4フローティング拡散領域(FD11、FD12、FD13、FD14)を含む。
【0115】
第1-1ピクセルLPX1は、接地領域GND、第1-1フォトダイオードLPD1、第1-1転送トランジスタLTX1、第1ソースフォロワトランジスタSX1、第1選択トランジスタAX1、第1連結トランジスタDRX1、第1リセットトランジスタRX1、及び第1スイッチトランジスタSWX1を含む。第1-2ピクセルLPX2は、接地領域GND、第1-2フォトダイオードLPD2、第1-2転送トランジスタLTX2、第2ソースフォロワトランジスタSX2、第2選択トランジスタAX2、第2連結トランジスタDRX2、第2リセットトランジスタRX2、及び第2スイッチトランジスタSWX2を含む。第1-3ピクセルLPX3は、接地領域GND、第1-3フォトダイオードLPD3、第1-3転送トランジスタLTX3、第3ソースフォロワトランジスタSX3、第3選択トランジスタAX3、第3連結トランジスタDRX3、第3リセットトランジスタRX3、及び第3スイッチトランジスタSWX3を含む。第1-4ピクセルLPX4は、接地領域GND、第1-4フォトダイオードLPD4、第1-4転送トランジスタLTX4、第4ソースフォロワトランジスタSX4、第4選択トランジスタAX4、第4連結トランジスタDRX4、第4リセットトランジスタRX4、及び第4スイッチトランジスタSWX4を含む。第2ピクセルSPX2は、接地領域GND、第2スイッチトランジスタTSWX、第2フォトダイオードSPD、及び第2転送トランジスタSTXを含む。本発明はこれに制限されるものではない。
【0116】
第1連結トランジスタDRX1は第1-1フローティング拡散領域FD11と第2-1フローティング拡散領域FD21とを連結する。第2連結トランジスタDRX2は第1-2フローティング拡散領域FD12と第2-2フローティング拡散領域FD22とを連結する。第3連結トランジスタDRX3は第1-3フローティング拡散領域FD13と第2-3フローティング拡散領域FD23とを連結する。第4連結トランジスタDRX4は第1-4フローティング拡散領域FD14と第2-4フローティング拡散領域FD24とを連結する。
【0117】
各々の第1-1ピクセル~第1-4ピクセル(LPX1、LPX2、LPX3、LPX4)はダミートランジスタを更に含む。図19を参照すると、各々の第1-1ピクセル~第1-4ピクセル(LPX1、LPX2、LPX3、LPX4)は第1~第4ダミートランジスタの第1~第4ダミーゲート(DTG1、DTG2、DTG3、DTG4)をそれぞれ含む。
【0118】
図17図20及び図21を参照すると、本実施形態による第1ピクセルグループPG1-21’において、第1-1ピクセル~第1-4ピクセル(LPX1、LPX2、LPX3、LPX4)は第1フローティングディフュージョン領域FD1を共有する。第1-1~第1-4転送トランジスタ(LTX1、LTX2、LTX3、LTX4)は第1フローティングディフュージョン領域FD1に連結される。第1-1ピクセル~第1-4ピクセル(LPX1、LPX2、LPX3、LPX4)は第1スイッチトランジスタSWX、リセットトランジスタRX、連結トランジスタDRX、ソースフォロワトランジスタSX、及び選択トランジスタAXを共有する。
【0119】
また、第1-1ピクセルLPX1はダミーゲートDTG(図20に図示せず)を含み、第1-2ピクセルLPX2はリセットゲートRGを含み、第1-3ピクセルLPX3は連結ゲートDRGを含み、第1-4ピクセルLPX4は第1スイッチゲートSWを含む。
【0120】
図22図24は、図16の第1ピクセルグループを説明するための図である。説明の便宜上、図16図21を用いて説明した内容とは異なる点を中心に説明する。
【0121】
図22図24を参照すると、2×2に配列された各々の第1ピクセル(LPX1、LPX2、LPX3、LPX4)は複数のサブピクセルSLPXを含む。
【0122】
図18及び図22図24を参照すると、各々のサブピクセルSLPXは、例えば第1フォトダイオードLPD1、第1-1フローティング拡散領域FD11、及び第1フォトダイオードLPD1と第1-1フローティング拡散領域FD11との間の第1転送トランジスタLTX1を含む。他の実施形態で、図20及び図22図24を参照すると、各々のサブピクセルSLPXは、例えば第1フォトダイオードLPD1、第1フローティング拡散領域FD1、及び第1フォトダイオードLPD1と第1フローティング拡散領域FD1との間の第1転送トランジスタLTX1を含む。
【0123】
図22を参照すると、本実施形態で、第1ピクセルグループPG1-22において、各々の第1ピクセル(LPX1、LPX2、LPX3、LPX4)は3個のサブピクセルSLPXを含む。第2ピクセルSPXは4個のサブピクセルSLPXを含む。
【0124】
参考までに、2×2に配列されたサブピクセルSLPXの一部は第2ピクセルSPXの一部をそれぞれ構成し、残りは第1ピクセルLPX1になる。即ち、第2ピクセルSPXは互いに隣接する4個のサブピクセルSLPXで構成される。
【0125】
第2ピクセルSPXは4個の第2フォトダイオードSPDを含み、第1ピクセルLPX1は3個の第1フォトダイオードLPDを含む。即ち、第2ピクセルSPXは4個の第1フォトダイオードLPDを含み、第1ピクセルLPX1は3個の第1フォトダイオードLPDを含む。第1フォトダイオードLPDは第2フォトダイオードSPDと同一である。平面的な視点で、一つの第1フォトダイオードLPDの面積は一つの第2フォトダイオードSPDの面積と同一である。
【0126】
図22に関する上記の説明は図23及び図24に適用される。
【0127】
図23を参照すると、本実施形態で、第1ピクセルグループPG1-23において、各々の第1ピクセル(LPX1、LPX2、LPX3、LPX4)は8個のサブピクセルSLPXを含む。第2ピクセルSPXは4個のサブピクセルSLPXを含む。第1フォトダイオードLPDは第2フォトダイオードSPDと同一である。平面的な視点で、一つの第1フォトダイオードLPDの面積は一つの第2フォトダイオードSPDの面積と同一である。
【0128】
例えば3×3に配列されたサブピクセルSLPXの一部は第2ピクセルSPXの一部を構成し、残りは第1ピクセルLPX1になる。3×3に配列されたサブピクセルSLPX中の第2ピクセルSPX1として提供されるサブピクセルSLPXの比率は多様である。互いに隣り合う4個のサブピクセルSLPXは第2ピクセルSPXになる。第2ピクセルSPXは4個の第2フォトダイオードSPDを含み、第1ピクセルLPX1は8個の第1フォトダイオードLPDを含む。即ち、第2ピクセルSPXは4個の第1フォトダイオードLPDを含み、第1ピクセルLPX1は8個の第1フォトダイオードLPDを含む。3×3に配列されたサブピクセルSLPX中の第2ピクセルSPX1になるサブピクセルSLPXの比率は多様である。
【0129】
図24を参照すると、本実施形態で、第1ピクセルグループPG1-24において、各々の第1ピクセル(LPX1、LPX2、LPX3、LPX4)は15個のサブピクセルSLPXを含む。第2ピクセルSPXは4個のサブピクセルSLPXを含む。第1フォトダイオードLPDは第2フォトダイオードSPDと同一である。平面的な視点で、一つの第1フォトダイオードLPDの面積は一つの第2フォトダイオードSPDの面積と同一である。
【0130】
例えば4×4に配列されたサブピクセルSLPXの一部は第2ピクセルSPXの一部を構成し、残りは第1ピクセルLPX1になる。4×4に配列されたサブピクセルSLPX中の第2ピクセルSPX1として提供されるサブピクセルSLPXの比率は多様である。互いに隣り合う4個のサブピクセルSLPXは第2ピクセルSPXになる。第2ピクセルSPXは4個の第2フォトダイオードSPDを含み、第1ピクセルLPX1は15個の第1フォトダイオードLPDを含む。即ち、第2ピクセルSPXは4個の第1フォトダイオードLPDを含み、第1ピクセルLPX1は15個の第1フォトダイオードLPDを含む。4×4に配列されたサブピクセルSLPX中の第2ピクセルSPX1の比率は多様である。
【0131】
図25は、一実施形態によるピクセルアレイを説明するための図である。図26は、図25の第1ピクセルグループを説明するための図である。図27は、図26の第1ピクセルグループを説明するための一例を示す回路図である。図28は、図26の第1ピクセルグループを説明するための一例を示すレイアウト図である。説明の便宜上図1図15を用いて説明した内容とは異なる点を中心に説明する。
【0132】
図25を参照すると、本実施形態で、ピクセルアレイPA-3は、複数のピクセルグループ(PG1、PG2、PG3、PG4)を含む。各々のピクセルグループ(PG1、PG2、PG3、PG4)上には同じカラーを有するカラーフィルタが配置される。
【0133】
図26を参照すると、本実施形態で、第1ピクセルグループPG1-31において、第1領域REG1は一つの第1ピクセルLPXを含み、第2領域REG2はm×n(mとnは2以上の自然数)に配列された第2ピクセル(SPX1、SPX2、SPX3、SPX4)を含む。第2領域REG2は、例えば2×2に配列された第2ピクセル(SPX1、SPX2、SPX3、SPX4)を含む。
【0134】
平面的な視点で、第2領域REG2は第1領域REG1の一側に配置される。平面的な視点で、第1領域REG1は十字架形状を有し、第2領域REG2は四角形形状を有する。平面的な視点で、第1領域REG1は、四角形形状を有する中心部、中心部から第1方向Xに突出する第1部分、及び中心部から第2方向Yに突出する第2部分を含む。平面的な視点で、第2領域REG2は第1部分及び第2部分のいずれか一つに配置される。
【0135】
平面的な視点で、第1領域REG1の面積は第2領域REG2の面積よりも大きい。平面的な視点で、第1領域REG1に含まれる第1フォトダイオードの総面積は第2領域REGに含まれる第2フォトダイオードの総面積よりも大きい。平面的な視点で、第1フォトダイオードLPDの面積は第2フォトダイオードSPDの面積よりも大きい。
【0136】
図26図28を参照すると、第1ピクセルグループPG1-31において、第2-1~第2-4ピクセル(SPX1、SPX2、SPX3、SPX4)は第1ピクセルLPXを共有する。第2-1~第2-4ピクセル(SPX1、SPX2、SPX3、SPX4)はそれぞれ第2-1~第2-4フォトダイオード(SPD1、SPD2、SPD3、SPD4)を含む。第2-1~第2-4ピクセル(SPX1、SPX2、SPX3、SPX4)は第3フローティング拡散領域FD3を共有する。第2-1~第2-4転送トランジスタ(STX1、STX2、STX3、STX4)は第3フローティングディフュージョン領域FD3に連結される。第2ピクセルSPXのうちの少なくとも2個、例えば第2-1~第2-4個のピクセル(SPX1、SPX2、SPX3、SPX4)は連結トランジスタDRXを共有する。
【0137】
例えば、第1ピクセルLPXは、接地領域GND、第1フォトダイオードLPD、第1転送トランジスタLTX、ソースフォロワトランジスタSX、選択トランジスタAX、連結トランジスタDRX、リセットトランジスタRX、第1スイッチトランジスタSWX、及び第2スイッチトランジスタTSWXを含む。第2ピクセルSPX2は、接地領域GND、第2フォトダイオードSPD、及び第2転送トランジスタSTXを含む。本発明はこれに制限されるものではない。
【0138】
図29及び図30は、図25の第1ピクセルグループを説明するための図である。説明の便宜上、図25図28を用いて説明した内容とは異なる点を中心に説明する。
【0139】
図29及び図20を参照すると、本実施形態で、第1ピクセルLPXは複数のサブピクセルSLPXを含む。
【0140】
図27図29、及び図30を参照すると、各々のサブピクセルSLPXは、例えば第1フォトダイオードLPD、第1フローティング拡散領域FD1、及び第1フォトダイオードLPDと第1フローティング拡散領域FD1との間の第1転送トランジスタLTX1を含む。
【0141】
図29を参照すると、本実施形態で、第1ピクセルグループPG1-32において、第1ピクセルLPXは5個のサブピクセルSLPXを含む。サブピクセルSLPXは各々の第2ピクセル(SPX1、SPX2、SPX3、SPX4)と同一である。即ち、第1フォトダイオードLPDは第2フォトダイオードSPDと同一である。平面的な視点で、一つの第1フォトダイオードLPDの面積は一つの第2フォトダイオードSPDの面積と同一である。
【0142】
例えば3×3に配列されたサブピクセルSLPXの一部は第2ピクセル(SPX1、SPX2、SPX3、SPX4)の一部を構成し、残りは第1ピクセルLPXになる。互いに隣り合う4個のサブピクセルSLPXは第2ピクセル(SPX1、SPX2、SPX3、SPX4)になる。第2ピクセル(SPX1、SPX2、SPX3、SPX4)は4個の第2フォトダイオードSPDを含み、第1ピクセルLPXは5個の第1フォトダイオードLPDを含む。即ち、第2ピクセル(SPX1、SPX2、SPX3、SPX4)は4個の第1フォトダイオードLPDを含み、第1ピクセルLPXは5個の第1フォトダイオードLPDを含む。3×3に配列されたサブピクセルSLPX中の第2ピクセルSPX1になるサブピクセルSLPXの比率は多様である。
【0143】
図30を参照すると、本実施形態で、第1ピクセルグループPG1-33において、第1ピクセルLPXは12個のサブピクセルSLPXを含む。サブピクセルSLPXは各々の第2ピクセル(SPX1、SPX2、SPX3、SPX4)と同一である。即ち、第1フォトダイオードLPDは第2フォトダイオードSPDと同一である。平面的な視点で、一つの第1フォトダイオードLPDの面積は一つの第2フォトダイオードSPDの面積と同一である。
【0144】
例えば4×4に配列されたサブピクセルSLPXの一部は第2ピクセル(SPX1、SPX2、SPX3、SPX4)の一部を構成し、残りは第1ピクセルLPXになる。互いに隣り合う4個のサブピクセルSLPXは第2ピクセル(SPX1、SPX2、SPX3、SPX4)になる。第2ピクセル(SPX1、SPX2、SPX3、SPX4)は4個の第2フォトダイオードSPDを含み、第1ピクセルLPXは12個の第1フォトダイオードLPDを含む。即ち、第2ピクセル(SPX1、SPX2、SPX3、SPX4)は4個の第1フォトダイオードLPDを含み、第1ピクセルLPXは12個の第1フォトダイオードLPDを含む。4×4に配列されたサブピクセルSLPX中の第2ピクセルSPX1になるサブピクセルSLPXの比率は多様である。
【0145】
図31及び図32は、一実施形態によるイメージセンサの概念的なレイアウトを示す図である。図2を用いて説明した内容とは異なる点を中心に説明する。
【0146】
図31を参照すると、本実施形態で、イメージセンサ10-2は、第1-1レイヤ31、第1-2レイヤ32、及び第2レイヤ40を含む。第1-1レイヤ31は第1ピクセルアレイ15-1を含み、第1-2レイヤ32は第2ピクセルアレイ15-2を含む。第1ピクセルアレイ15-1は図1のピクセルアレイ15の一部であり、第2ピクセルアレイ15-2は図1のピクセルアレイ15の残りである。
【0147】
第1ピクセルアレイ15-1はフォトダイオード及び転送トランジスタを含み、第2ピクセルアレイ15-2はフォトダイオード及び転送トランジスタを除いたトランジスタを含む。
【0148】
例えば、図5を参照すると、第1フォトダイオードLPD、第2フォトダイオードSPD、第1転送トランジスタLTX、及び第2転送トランジスタSTXは、第1ピクセルアレイ15-1に配置される。第1スイッチトランジスタSWX、第2スイッチトランジスタTSWX、リセットトランジスタRX、連結トランジスタDRX、ソースフォロワトランジスタSX、及び選択トランジスタAXは、第2ピクセルアレイ15-2に配置される。例えば、図18及び図20を参照すると、第1-1~第1-4フォトダイオード(LPD1、LPD2、LPD3、LPD4)、第2フォトダイオードSPD、第1-1~第1-4転送トランジスタ(LTX1、LTX2、LTX3、LTX4)、及び第2転送トランジスタSTXは、第1ピクセルアレイ15-1に配置され、残りのトランジスタは、第2ピクセルアレイ15-2に配置される。図27を参照すると、第1フォトダイオードLPD、第2-1~第2-4フォトダイオード(SPD1、SPD2、SPD3、SPD4)、第1転送トランジスタLTX、第2-1~第2-4転送トランジスタ(STX1、STX2、STX3、STX4)は、第1ピクセルアレイ15-1に配置され、残りのトランジスタは、第2ピクセルアレイ15-2に配置される。
【0149】
図32を参照すると、本実施形態によるイメージセンサ10-3は、第1レイヤ30、第2レイヤ40、及び第3レイヤ50を含む。第1レイヤ30は第2レイヤ40の上部に配置され、第2レイヤ40は第3レイヤ50の上部に配置される。
【0150】
第3レイヤ50はメモリ装置を含む。例えば、第3レイヤ50は、DRAM、SRAMなどの揮発性メモリ装置を含む。第3レイヤ50は、第1レイヤ30及び第2レイヤ40から信号の伝達を受け、メモリ装置により信号を処理する。即ち、イメージセンサ10-3は、3個のレイヤである第1レイヤ30、第2レイヤ40、及び第3レイヤ50を含む3スタックイメージセンサである。
【0151】
図33は、一実施形態によるイメージセンサを説明するための一例を示すレイアウト図である。図34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30を用いて説明した内容とは異なる点を中心に説明する。図34では例示的に図7の断面図をセンサアレイ領域SARの断面図として図示した。
【0152】
図33及び図34を参照すると、本実施形態によるイメージセンサは、センサアレイ領域SAR、連結領域CR、及びパッド領域PRを含む。
【0153】
センサアレイ領域SARは図1のピクセルアレイ15に対応する領域を含む。センサアレイ領域SARはピクセルアレイ15及び遮光領域OBを含む。ピクセルアレイ15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、例えばピクセルアレイ15の周辺に沿って形成されるが、これは例示的なだけである。遮光領域OBに隣接するピクセルアレイ15にダミーピクセルが形成される。
【0154】
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、これは例示的なだけである。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。
【0155】
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は本発明の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、これは例示的なだけである。パッド領域PRは外部装置などに接続され、本発明の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。
【0156】
図33において、連結領域CRは、センサアレイ領域SARとパッド領域PRとの間に介在する場合が示されているが、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である。
【0157】
図34を参照すると、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。本実施形態で、第1配線構造体IS1はセンサアレイ領域SAR内の第1配線133及び連結領域CR内の第2配線134を含む。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133のうちの少なくとも一部に電気的に接続される。
【0158】
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。
【0159】
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。他の例として、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。
【0160】
第2基板210は互いに反対になる第3面210a及び第4面210bを含む。本実施形態で、第2基板210の第4面210bは第1基板110の第1面110aに対向する面である。
【0161】
第2基板210上には複数の電子素子が形成される。例えば、第2基板210の第4面210b上にトランジスタTr’が形成される。トランジスタTr’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と電気的信号を送受信する。例えば、トランジスタTr’は、図1のコントロールレジスタブロック11、タイミングジェネレータ12、ランプ信号生成器13、ロウドライバ14、リードアウト回路16などを構成する電子素子の一部を形成する。
【0162】
第2配線構造体IS2は第2基板210上に形成される。本実施形態で、第2配線構造体IS2は第2基板210の第4面210b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。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34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。
【0163】
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配線絶縁膜230及び第2配線絶縁膜230内の複数の配線(232、234、236)を含む。図34において、第2配線構造体IS2を構成する配線の層数及びその配列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。
【0164】
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トランジスタTr’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。
【0165】
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。
【0166】
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150上に形成される。本実施形態で、第1連結構造体350はピクセル分離パターン140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150内にピクセル分離パターン140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内のピクセル分離パターン140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。
【0167】
一実施形態で、第1連結構造体350はピクセル分離パターン140に電気的に接続されてピクセル分離パターン140にグラウンド電圧又はマイナス電圧を印加する。
【0168】
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少なくとも一つを含むが、これに制限されるものではない。
【0169】
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少なくとも一つを含むが、これに制限されるものではない。
【0170】
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。
【0171】
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150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。
【0172】
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少なくとも一つを含むが、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。
【0173】
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。
【0174】
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充填絶縁膜460が形成される。第1充填絶縁膜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少なくとも一つを含むが、これに制限されるものではない。
【0175】
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150上に形成される。第3連結構造体550は第2基板構造体200と外部装置などとを電気的に接続する。
【0176】
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。
【0177】
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少なくとも一つを含むが、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。
【0178】
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充填絶縁膜560が形成される。第2充填絶縁膜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少なくとも一つを含むが、これに制限されるものではない。本実施形態で、第2充填絶縁膜560は第1充填絶縁膜460と同一レベルで形成される。
【0179】
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少なくとも一つを含むが、これに制限されるものではない。本実施形態で、第2パッド555は第1パッド355と同一レベルで形成される。
【0180】
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。
【0181】
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、例えば青色(blue)カラーフィルタを含むが、これに制限されるものではない。
【0182】
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と同じ物質を含む。
【0183】
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。
【0184】
本実施形態で、第1基板110内に素子分離膜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。素子分離膜115は素子分離トレンチ115t内に形成される。
【0185】
図34において、素子分離膜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場合が示されているが、これは例示的なだけである。例えば、素子分離膜115は遮光領域OBの第1連結構造体350の周辺にも形成され得るのは勿論である。
【0186】
図35は、一実施形態によるイメージセンサを含む車両に対する図である。説明の便宜上、図1図34を用いて説明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。
【0187】
図35を参照すると、車両1000は、複数の電子制御装置(ECU:Electronic Control Unit)1100、及びストレージデバイス1200を含む。
【0188】
複数の電子制御装置1100の各電子制御装置は、車両1000に設けられた複数の装置の少なくとも一つの装置に電気的、機械的、通信的に連結され、いずれか一つの機能の実行命令に基づいて少なくとも一つの装置の動作を制御する。
【0189】
ここで、複数の装置は少なくとも一つの機能の実行のために求められるイメージを取得するイメージセンサ1300と、少なくとも一つの機能を遂行する駆動ユニット1400とを含む。
【0190】
例えば、イメージセンサ1300は、図1図34を参照して説明したイメージセンサ1300を含む。イメージセンサ1300はオートモーティブ(automotive)イメージセンサに該当する。
【0191】
駆動ユニット1400は、空調装置のファン及び圧縮機、通風装置のファン、動力装置のエンジン及びモータ、操向装置のモータ、制動装置のモータ及び弁、ドアやテールゲートの開閉装置などを含む。
【0192】
複数の電子制御装置1100は、例えばイーサネット(登録商標)、低電圧差動信号(LVDS)通信、LIN(Local Interconnect Network)通信の少なくとも一つを用いてイメージセンサ1300及び駆動ユニット1400と通信を行う。
【0193】
複数の電子制御装置1100は、イメージセンサ1300により取得された情報に基づいて機能の実行が必要であるか否かを判断して機能の実行が必要であると判断されると、該当機能を実行する駆動ユニット1400の動作を制御するが、取得された情報に基づいてその動作量を制御する。この時、複数の電子制御装置1100は、取得されたイメージをストレージデバイス1200に保存するか又はストレージデバイス1200に保存された情報をリードして使用する。
【0194】
複数の電子制御装置1100は、入力部1500を介して入力された機能の実行命令に基づいて該当機能を実行する駆動ユニット1400の動作を制御し、入力部1500を介して入力された情報に対応する設定量を確認して確認された設定量に基づいて該当機能を実行する駆動ユニット1400の動作を制御する。
【0195】
各電子制御装置1100は、独立していずれか一つの機能を制御するか、又は他の電子制御装置と互いに連携していずれか一つの機能を制御する。
【0196】
例えば、衝突防止装置の電子制御装置は、距離検出部により検出された障害物との距離が基準距離以内である場合、スピーカーを介して障害物との衝突に対する警告音を出力するようにする。
【0197】
自律走行制御装置の電子制御装置は、車両用端末の電子制御装置、映像取得部の電子制御装置、及び衝突防止装置の電子制御装置と連携して、ナビゲーション情報、道路映像情報、及び障害物との距離情報を受信し、受信された情報を用いて動力装置、制動装置、及び操向装置を制御することによって自律走行を行う。
【0198】
連結制御装置(CCU:Connectivity Control Unit、1600)は、複数の電子制御装置1100とそれぞれ電気的、機械的、通信的に連結され、複数の電子制御装置1100とそれぞれ通信を行う。
【0199】
即ち、連結制御装置1600は、車両内部に設けられた複数の電子制御装置1100と直接通信を行うことも可能であり、外部のサーバーと通信を行うことも可能であり、インターフェースを介して外部端末と通信を行うことも可能である。
【0200】
ここで、連結制御装置1600は、複数の電子制御装置1100と通信を行うことができ、アンテナ(図示せず)及びRF通信を用いてサーバー2000と通信を行うことができる。
【0201】
また、連結制御装置1600は、無線通信でサーバー2000と通信を行うことができる。この時、連結制御装置1600とサーバー2000との間の無線通信は、Wi-Fi(Wifi)モジュール、WiBro(Wireless broadband)モジュールの他にも、GSM(登録商標)(global System for Mobile Communication)、CDMA(登録商標)(Code Division Multiple Access)、WCDMA(登録商標)(Wideband Code Division Multiple Access)、UMTS(universal mobile telecommunications system)、TDMA(Time Division Multiple Access)、LTE(Long Term Evolution)などの多様な無線通信方式により可能である。
【0202】
以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【符号の説明】
【0203】
1 イメージセンシング装置
10、10-1、10-2、10-3、1300 イメージセンサ
11 コントロールレジスタブロック
12 タイミングジェネレータ
13 ランプ信号生成器
14 ロウ(row)ドライバ
15 ピクセルアレイ
15-1、15-2 第1、第2ピクセルアレイ
16 リードアウト回路
17 バッファ部
18 ロジック領域
20 イメージ信号プロセッサ
30、40、50 第1~第3レイヤ
31、32 第1-1、第1-2レイヤ
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
115 素子分離膜
115t 素子分離トレンチ
130、230 第1、第2配線絶縁膜
131、132 第1、第2コンタクト
133、134、232、234、236 第1~第5配線
140 ピクセル分離パターン
141 導電フィリングパターン
143 絶縁スペーサ膜
150 表面絶縁膜
160 グリッドパターン
161 導電パターン
163 低屈折率パターン
165、185、380 第1~第3保護膜
170 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
350、450、550 第1~第3連結構造体
355、555 第1、第2パッド
335t、455t、550t、555t 第1~第4トレンチ
460、560 第1、第2充填絶縁膜
1000 車両
1100 電子制御装置(ECU)
1200 ストレージデバイス
1400 駆動ユニット
1500 入力部
1600 連結制御装置
2000 サーバー
ACT 活性領域
AX 選択トランジスタ
AX1~AX4 第1~第4選択トランジスタ
C キャパシタ
CR 連結領域
DRG 連結ゲート
DRX 連結トランジスタ
DTG ダミーゲート
DTG1、DTG2、DTG3、DTG4 第1~第4ダミーゲート
ER 露出開口
FD1~FD3 第1~第3フローティング拡散領域
FD11~FD14 第1-1~第1-4フローティング拡散領域
FD21~FD24 第2-1~第2-4フローティング拡散領域
GND 接地領域
IS イメージ信号
IS1、IS2 第1、第2配線構造体
LPD、SPD 第1、第2フォトダイオード
LPD1~LPD4 第1-1~第1-4フォトダイオード
LPX、SPX 第1、第2ピクセル
LPX1~LPX4 第1-1~第1-4ピクセル
LTG、STG 第1、第2転送ゲート
LTX、STX 第1、第2転送トランジスタ
LTX1~LTX4 第1-1~第1-4転送トランジスタ
ML1、ML2 第1、第2マイクロレンズ
PA-1、PA-2、PA-3 ピクセルアレイ
PG1~PG4 第1~第4ピクセルグループ
PG1-11、PG1-12、PG1-13、PG1-14 第1-1~第1-4ピクセルグループ
PG1-11’ 第1-1ピクセルグループ
PG1-21、PG1-22、PG1-23、PG1-24 第1-1~第1-4ピクセルグループ
PG1-21’ 第1-1ピクセルグループ
PG1-31、PG1-32、PG1-33 第1-1~第1-3ピクセルグループ
PR パッド領域
REG1、REG2 第1、第2領域
RG リセットゲート
RX1~RX4 第1~第4リセットトランジスタ
SAR センサアレイ領域
SEL 選択ゲート
SF ソースフォロワゲート
SLPX サブピクセル
SPD1~SPD4 第2-1~第2-4フォトダイオード
SPX1~SPX4 第2-1~第2-4ピクセル
SW、TSW 第1、第2スイッチゲート
SWX、TSWX 第1、第2スイッチトランジスタ
SWX1~SWX4 第1~第4スイッチトランジスタ
SX ソースフォロワトランジスタ
SX1~SX4 第1~第4スイッチトランジスタ
Tr’ トランジスタ
OB 遮光領域
VOUT 出力電圧
VPIX、VRD、VSC 第1~第3電圧

図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13
図14
図15
図16
図17
図18
図19
図20
図21
図22
図23
図24
図25
図26
図27
図28
図29
図30
図31
図32
図33
図34
図35