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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】P2023164297
(43)【公開日】2023-11-10
(54)【発明の名称】イメージセンサー
(51)【国際特許分類】
   H01L 27/146 20060101AFI20231102BHJP
【FI】
H01L27/146 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023037517
(22)【出願日】2023-03-10
(31)【優先権主張番号】10-2022-0053826
(32)【優先日】2022-04-29
(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】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(74)【代理人】
【識別番号】100135079
【弁理士】
【氏名又は名称】宮崎 修
(72)【発明者】
【氏名】金 淨惠
(72)【発明者】
【氏名】金 東▲ひょん▼
(72)【発明者】
【氏名】金 声仁
(72)【発明者】
【氏名】張 敬恩
(72)【発明者】
【氏名】金 宰浩
【テーマコード(参考)】
4M118
【Fターム(参考)】
4M118AA05
4M118AA10
4M118AB01
4M118BA14
4M118CA03
4M118CA20
4M118CA22
4M118CA34
4M118CB01
4M118CB13
4M118DD04
4M118DD09
4M118FA06
4M118FA27
4M118FA28
4M118FA33
4M118GB03
4M118GB07
4M118GB09
4M118GB11
4M118GC08
4M118GC14
4M118GD04
4M118HA25
4M118HA30
(57)【要約】
【課題】信号ノイズを減少させることがでるイメージセンサーを提供する。
【解決手段】イメージセンサーを提供する。このイメージセンサーは、基板内に配置されて時計回りに沿って配置される画素を分離する画素分離部、前記画素の中で第1画素は、時計回りに沿って配置される第1乃至第4側壁を含み、前記第1画素上に配置され、前記第1側壁と前記第2側壁に同時に隣接する第1ソースフォロワーゲート電極、前記第1画素で前記基板内に配置され、前記第1側壁と前記第2側壁が出会う第1角に隣接する第1不純物領域、前記第1画素で前記基板内に配置され、前記第2側壁と前記第3側壁が出会う第2角に隣接する第2不純物領域、及び前記第1画素で前記基板内に配置され、前記第1側壁と前記第4側壁が出会う第3角に隣接する第3不純物領域を含み、前記第1乃至第3不純物領域は前記第1ソースフォロワーゲート電極に全て隣接し、前記第2不純物領域と前記第3不純物領域は互いに電気的に連結される。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板内に配置されて時計回りに沿って配置される画素を分離する画素分離部と、
前記画素の中で第1画素は時計回りに沿って配置される第1乃至第4側壁を含み、
前記第1画素上に配置され、前記第1側壁と前記第2側壁に同時に隣接する第1ソースフォロワーゲート電極と、
前記第1画素で前記基板内に配置され、前記第1側壁と前記第2側壁が出会う第1角に隣接する第1不純物領域と、
前記第1画素で前記基板内に配置され、前記第2側壁と前記第3側壁が出会う第2角に隣接する第2不純物領域と、
前記第1画素で前記基板内に配置され、前記第1側壁と前記第4側壁が出会う第3角に隣接する第3不純物領域と、を含み、
前記第1乃至第3不純物領域は、前記第1ソースフォロワーゲート電極に全て隣接し、
前記第2不純物領域と前記第3不純物領域は、互いに電気的に連結されるイメージセンサー。
【請求項2】
前記画素は、前記第1画素から時計回りに配置される第2乃至第4画素をさらに含み、
前記第1乃至第4画素は、第1画素グループをなし、
前記第1画素グループの中心には前記画素分離部が不在する請求項1に記載のイメージセンサー。
【請求項3】
前記第1乃至第4画素で各々前記画素分離部の側壁に隣接する前記基板に配置され、互いに連結される側面接地領域と、
前記第2乃至第4画素の中でいずれか1つの画素で前記基板の下部面に隣接する下部接地領域と、を含み、
前記下部接地領域は、前記側面接地領域の中で一部と接する請求項2に記載のイメージセンサー。
【請求項4】
前記いずれか1つの画素で配置され、前記基板の下部面に隣接して第1活性領域と第2活性領域を定義する素子分離部と、
前記第1活性領域には前記下部接地領域が配置され、
前記第2活性領域上に配置される選択ゲート電極と、をさらに含む請求項3に記載のイメージセンサー。
【請求項5】
前記第1乃至第4画素で各々配置される伝送ゲート電極と、
前記伝送ゲート電極は、前記第1画素グループの中心に隣接し、
前記第1画素グループの中心で前記基板内に配置される第1共通浮遊拡散領域と、をさらに含む請求項2に記載のイメージセンサー。
【請求項6】
前記第2乃至第4画素の中でいずれか1つで配置され、第1活性領域を定義する素子分離部と、
前記第1活性領域上に並べて配置されるリセットゲート電極及びデュアル変換ゲート電極と、をさらに含み、
前記第1活性領域は、平面的に‘L’字形状を有する請求項2に記載のイメージセンサー。
【請求項7】
前記第1画素グループ横に配置され時計回りに配置される第5乃至第8画素を含む第2画素グループと、
前記第2乃至第8画素の中で少なくとも1つの画素で配置される第2ソースフォロワーゲート電極と、
前記第2ソースフォロワーゲート電極に隣接し、互いに離隔される第4乃至第6不純物領域と、をさらに含み、
前記第5及び第6不純物領域は、互いに電気的に連結される請求項2に記載のイメージセンサー。
【請求項8】
前記第1ソースフォロワーゲート電極と前記第2ソースフォロワーゲート電極は、互いに電気的に連結される請求項7に記載のイメージセンサー。
【請求項9】
前記第2乃至第4画素の中でいずれか1つの画素に配置される第2ソースフォロワーゲート電極と、
前記第2ソースフォロワーゲート電極に隣接し、互いに離隔される第4乃至第6不純物領域と、をさらに含み、
前記第5及び第6不純物領域は、互いに電気的に連結される請求項2に記載のイメージセンサー。
【請求項10】
前記第2乃至第4画素の中でいずれか1つの画素で前記基板内に配置される格納領域をさらに含み、
前記格納領域は、デュアル変換トランジスタとリセットトランジスタとの間で連結される請求項2に記載のイメージセンサー。
【請求項11】
前記第2及び第3不純物領域の間の第1間隔は、前記第1不純物領域と前記第2不純物領域との間の第2間隔より広い請求項1に記載のイメージセンサー。
【請求項12】
前記画素分離部は、
前記基板内に配置される導電分離パターンと、
前記導電分離パターンと前記基板との間に介在される絶縁分離パターンと、
前記導電分離パターン下に配置される埋め込み絶縁パターンと、を含む請求項1に記載のイメージセンサー。
【請求項13】
前記基板は、互いに反対になる第1面と第2面を含み、
前記第1ソースフォロワーゲート電極は、前記基板の前記第1面上に配置され、
前記イメージセンサーは、
前記第1面を覆う層間絶縁膜と、
前記第2面と接する固定電荷膜と、
前記固定電荷膜上のカラーフィルターと、
前記カラーフィルター上のマイクロレンズと、をさらに含む請求項1に記載のイメージセンサー。
【請求項14】
前記第1画素で前記基板上に配置され、前記第1ソースフォロワーゲート電極と離隔される第1伝送ゲート電極と、
前記第1伝送ゲート電極の一側で前記基板内に配置される第1浮遊拡散領域と、をさらに含み、
前記第1伝送ゲート電極の一部は前記基板内に挿入される請求項1に記載のイメージセンサー。
【請求項15】
前記第1浮遊拡散領域は、前記第3及び第4側壁の端部の間に介在される請求項1に記載のイメージセンサー。
【請求項16】
基板内に配置されて第1乃至第4画素を分離する画素分離部と、
前記第1乃至第4画素で各々前記画素分離部の側壁に隣接する前記基板に配置され、互いに連結される側面接地領域と、
前記第1乃至第4画素の中でいずれか1つの画素で前記基板の下部面に隣接する下部接地領域と、を含み、
前記下部接地領域は、前記側面接地領域の中で一部と接するイメージセンサー。
【請求項17】
前記第1乃至第4画素の中で他の1つの画素で配置されるソースフォロワーゲート電極と、
前記ソースフォロワーゲート電極に隣接し、前記基板内に配置され、互いに離隔される第1乃至第3不純物領域と、を含み、
前記第2不純物領域と前記第3不純物領域は、互いに電気的に連結される請求項16に記載のイメージセンサー。
【請求項18】
第1方向に互いに隣接する第1画素グループと第2画素グループを含む基板と、前記第1及び第2画素グループは、各々時計回りに沿って配置される第1乃至第4画素を含み、
前記基板内に配置され、前記第1乃至第4画素を分離させ、前記第1及び第2画素グループを分離させる画素分離部と、
前記第1及び第2画素グループの各々で前記第1乃至第4画素に各々対応されるように配置される第1乃至第4伝送トランジスタと、
前記第1乃至第4伝送トランジスタは、各々伝送ゲートと浮遊拡散領域を含み、
前記第1及び第2画素グループの各々で前記第1乃至第4画素の中で少なくとも1つの画素に各々配置され、互いに連結されるソースフォロワートランジスタと、を含み、
前記ソースフォロワートランジスタは、各々ソースフォロワーゲート電極とこれに隣接する1つのソース領域と2つのドレイン領域を含み、
前記ソース領域は、前記ソースフォロワーゲート電極の中心に隣接し、
前記ドレイン領域の間の第1間隔は、前記ドレイン領域の中で1つと前記ソース領域との間の第2間隔より広いイメージセンサー。
【請求項19】
前記第1及び第2画素グループの各々の中心には前記画素分離部が不在する請求項18に記載のイメージセンサー。
【請求項20】
前記第1乃至第4画素で各々前記画素分離部の側壁に隣接する前記基板に配置され、互いに連結される側面接地領域と、
前記第2乃至第4画素の中でいずれか1つの画素で前記基板の下部面に隣接する下部接地領域と、を含み、
前記下部接地領域は、前記側面接地領域の中で一部と接する請求項18に記載のイメージセンサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はイメージセンサーに関する。
【背景技術】
【0002】
イメージセンサーは光学映像を電気信号に変換する半導体素子である。前記イメージセンサーはCCD(Charge coupled device)型及びCMOS(Complementary metal oxide semiconductor)型に分類されることができる。前記CMOS型イメージセンサーはCIS(CMOS image sensor)と略称される。前記CISは2次元的に配列された複数の画素を具備する。前記画素の各々はフォトダイオードPD(photodiode)を含む。前記フォトダイオードは入射される光を電気信号に変換する役割をする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】米国特許第11,152,404B2号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明が解決しようとする課題は信号ノイズを減少させることがでるイメージセンサーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
前記課題を達成するための本発明に実施形態によるイメージセンサーは、基板内に配置されて時計回りに沿って配置される画素を分離する画素分離部、前記画素の中で第1画素は時計回りに沿って配置される第1乃至第4側壁を含み、前記第1画素上に配置され、前記第1側壁と前記第2側壁に同時に隣接する第1ソースフォロワーゲート電極、前記第1画素で前記基板内に配置され、前記第1側壁と前記第2側壁が出会う第1角に隣接する第1不純物領域、前記第1画素で前記基板内に配置され、前記第2側壁と前記第3側壁が出会う第2角に隣接する第2不純物領域、及び前記第1画素で前記基板内に配置され、前記第1側壁と前記第4側壁が出会う第3角に隣接する第3不純物領域を含み、前記第1乃至第3不純物領域は前記第1ソースフォロワーゲート電極に全て隣接し、前記第2不純物領域と前記第3不純物領域は互いに電気的に連結される。
【0006】
本発明の一実施形態によるイメージセンサーは基板内に配置されて第1乃至第4画素を分離する画素分離部、前記第1乃至第4画素で各々前記画素分離部の側壁に隣接する前記基板に配置され、互いに連結される側面接地領域、及び前記第1乃至第4画素の中でいずれか1つの画素で前記基板の下部面に隣接する下部接地領域を含み、前記下部接地領域は前記側面接地領域の中で一部と接する。
【0007】
本発明の他の実施形態によるイメージセンサーは第1方向に互いに隣接する第1画素グループと第2画素グループを含む基板、前記第1及び第2画素グループは各々時計回りに沿って配置される第1乃至第4画素を含み、前記基板内に配置され、前記第1乃至第4画素を分離させ、前記第1及び第2画素グループを分離させる画素分離部、前記第1及び第2画素グループの各々で前記第1乃至第4画素に各々対応されるように配置される第1乃至第4伝送トランジスタ、前記第1乃至第4伝送トランジスタは、各々伝送ゲートと浮遊拡散領域を含み、前記第1及び第2画素グループの各々で前記第1乃至第4画素の中で少なくとも1つの画素に各々配置され、互いに連結されるソースフォロワートランジスタを含み、前記ソースフォロワートランジスタは各々ソースフォロワーゲート電極とそれに隣接する1つのソース領域と2つのドレイン領域を含み、前記ソース領域は前記ソースフォロワーゲート電極の中心に隣接し、前記ドレイン領域の間の第1間隔は前記ドレイン領域の中で1つと前記ソース領域間の第2間隔より広い。
【発明の効果】
【0008】
本発明の実施形態によるイメージセンサーではソースフォロワートランジスタがソースフォロワーゲート電極横に配置される1つのソース領域と2つのドレイン領域を有することができる。したがって、1つのソースフォロワートランジスタはソースフォロワートランジスタが並列構造に連結されたように動作されることができる。したがって、ノイズを減少させ、高集積化されたイメージセンサーを提供することができる。また鮮明な画質を具現することができる。
【0009】
また、本発明の実施形態によるイメージセンサーでは画素グループで画素分離部の側壁に位置する側面接地領域を全て連結させ、1つの画素に配置される下部接地領域を利用して他の画素を接地させることによって下部接地領域が占める面積を減少させることができる。したがって、イメージセンサーの高集積化が可能である。
【0010】
また、本発明の実施形態によるイメージセンサーでは基板に不純物でドーピングされた格納領域をデュアル変換トランジスタとリセットトランジスタとの間に連結して、高照度でFWC(Full Well Capacitance)を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
図1】本発明の実施形態によるイメージセンサーの1つの画素平面図である。
図2A図1をA-A’線に沿って切断した断面図である。
図2B図1をB-B’線に沿って各々切断した断面図である。
図2C図1をC-C’線に沿って各々切断した断面図である。
図3図1のイメージセンサーの回路図である。
図4】本発明の実施形態によるイメージセンサーの平面図である。
図5A】本発明の実施形態によって図4をD-D’線に沿って切断した断面図である。
図5B】本発明の実施形態によって図4をE-E’線に沿って切断した断面図である。
図6図4のイメージセンサーの回路図である。
図7】本発明の実施形態によるイメージセンサーの平面図である。
図8図7のイメージセンサーの回路図である。
図9】本発明の実施形態によるイメージセンサーの平面図である。
図10図9のイメージセンサーの回路図である。
図11】本発明の実施形態によるイメージセンサーの平面図である。
図12図11のイメージセンサーの回路図である。
図13】本発明の実施形態によるイメージセンサーの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明をより具体的に説明するために本発明による実施形態に対して添付図面を参照しながら、より詳細に説明する。本明細書で第1、第2等のような順序を示す用語は同一/類似な機能をする構成を互いに区分するために使用されており、記載されている順序によってその番号が変わることができる。
【0013】
図1は本発明の実施形態によるイメージセンサーの1つの画素平面図である。図2A乃至図2C図1をA-A’線、B-B’線、及びC-C’線に沿って各々切断した断面図である。図3図1のイメージセンサーの回路図である。
【0014】
図1図2A乃至図2Cを参照すれば、本発明によるイメージセンサー100では基板2が提供される。前記基板2は互いに交差する第1方向D1と第2方向D2に沿って二次元的に配列された複数の画素PXを含むことができる。図1では例示的に1つの画素PXを図示している。前記基板2は互いに反対になる第1面2aと第2面2bを含むことができる。光は第2面2bを通じて前記基板2内に入射されることができる。前記基板2はシリコン及び/又はゲルマニウムを含む単結晶ウエハやエピタキシャル層又はSOI(Silicon on insulator)基板であり得る。前記基板2は第1導電型の不純物がドーピングされることができる。前記第1導電型はP型であり得る。前記第1導電型の不純物はホウ素であり得る。
【0015】
前記基板2内には前記画素PXを互いに分離及び限定する画素分離部DTIが配置されることができる。前記画素分離部DTIは、平面視において網目形状を有することができる。前記画素分離部DTIは前記基板2と離隔された分離導電パターン10を含むことができる。前記分離導電パターン10は前記基板2と異なる屈折率を有する導電物質を含むことができる。前記分離導電パターン10は、例えば不純物がドーピングされたポリシリコン又は金属を含むことができる。前記画素分離部DTIは前記分離導電パターン10と前記基板2との間に介在された分離絶縁パターン12をさらに含むことができる。前記画素分離部DTIは分離導電パターン10下に配置される埋め込み絶縁パターン14をさらに含むことができる。分離絶縁パターン12は埋め込み絶縁パターン14と基板2との間に介在されることができる。前記分離絶縁パターン12と埋め込み絶縁パターン14は前記基板2と異なる屈折率を有する絶縁材料を含むことができる。例えば、前記分離絶縁パターン12と埋め込み絶縁パターン14は各々シリコン酸化物を含むことができる。前記画素分離部DTIは前記基板2を貫通することができる。前記画素分離部DTIは第1面2aから第2面2bに行くほど、幅が小さくなることができる。
【0016】
前記分離導電パターン10には負のバイアス電圧を印加されることができる。前記分離導電パターン10は共通バイアスライン役割をすることができる。したがって、前記画素分離部DTIと接する前記基板2の表面に存在することができる正孔を掴んで暗電流特性を改善させることができる。
【0017】
図示せずが、前記画素分離部DTIは第2面2bから第1面2aに形成されることができる。この場合、前記画素分離部DTIは第2面2bから第1面2aに行くほど、幅が小さくなることができる。また、前記画素分離部DTIは前記分離導電パターン10を排除することができる。この時、固定電荷膜40の一部は延長されて分離絶縁パターン12と基板2との間に介在されることができる。
【0018】
1つの画素PXで前記画素分離部DTIは時計回りに沿って配置される第1乃至第4側壁SW1~SW4を有することができる。第1~第4側壁SW1~SW4によって画素PX内の内部領域Vを定義することができる。第1乃至第4側壁SW1~SW4は前記分離絶縁パターン12の外部側壁に該当することができる。第1及び第2側壁SW1、SW2が出会うところに第1角CR1が存在する。第2及び第3側壁SW2、SW3が出会うところに第2角CR2が存在する。第1及び第4側壁SW1、SW4が出会うところに第4角CR4が存在する。図1において、第3及び第4側壁SW3、SW4は互いに出会わなく、離隔されることができる。
【0019】
前記基板2内には前記画素分離部DTIの第1乃至第4側壁SW1~SW4に隣接する側面接地領域GNLが配置されることができる。前記側面接地領域GNLは前記画素分離部DTIの第1乃至第4側壁SW1~SW4と接することができる。前記側面接地領域GNLは前記基板2にドーピングされた不純物と同一な第1導電型の不純物がドーピングされて形成され、前記基板2にドーピングされた不純物のドーピング濃度より高い濃度を有することができる。図1乃至図2Cに図示されなかったが、側面接地領域GNLは接地ラインと連結されることができる。
【0020】
1つの画素PXで前記基板2の第1面2aには第1及び第2活性領域ACT1、ACT2が配置されることができる。前記第1及び第2活性領域ACT1、ACT2は前記基板2内で第1面2aに隣接するように配置される素子分離部STIによって限定されることができる。前記素子分離部STIはSTI(Shallow Trench Isolation)方法で形成されることができる。前記素子分離部STIはシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、及びシリコン酸化窒化膜の中で少なくとも1つの単一膜又は多重膜構造で形成されることができる。又は素子分離部STIは前記基板2にドーピングされた不純物と同一な第1導電型の不純物がドーピングされて形成され、前記基板2にドーピングされた不純物のドーピング濃度より高い濃度を有することができる。前記画素分離部DTIは素子分離部STIを貫通することができる。
【0021】
前記第1活性領域ACT1は図3の第1ソースフォロワートランジスタS1のための活性領域であり得る。前記第1活性領域ACT1は前記画素PXの第1及び第2側壁SW1、SW2と第1角CR1に隣接することができる。図1の平面図で第2活性領域ACT2に隣接する前記第1活性領域ACT1の一側壁は第1角CR1の方に陥没されることができる。
【0022】
第1ソースフォロワートランジスタS1は第1ソースフォロワーゲート電極SF1とこれに隣接する第1乃至第3不純物領域SR、DR1DR2を含むことができる。第1ソースフォロワーゲート電極SF1は前記第1活性領域ACT1上に配置される。第1ソースフォロワーゲート電極SF1の一部分は前記第1側壁SW1に隣接するか、或いは前記第1側壁SW1と重畳されることができる。第1ソースフォロワーゲート電極SF1の他の部分は前記第2側壁SW2に隣接するか、或いは前記第2側壁SW2と重畳されることができる。第1ソースフォロワーゲート電極SF1は第1角CR1と重畳されなく、第1角CR1と離隔されることができる。
【0023】
第1乃至第3不純物領域SR、DR1、DR2は前記第1活性領域ACT1で前記基板2内に配置される。第1不純物領域SRは第1ソースフォロワーゲート電極SF1の中心に隣接することができる。第1不純物領域SRは第1角CR1に隣接することができる。第1不純物領域SRは第1ソースフォロワーゲート電極SF1のソース領域に該当することができ、‘ソース領域’と称されることができる。第2及び第3不純物領域DR1、DR2は各々第1ソースフォロワーゲート電極SF1のドレイン領域に該当することができ、‘第1及び第2ドレイン領域’と称されることができる。第2及び第3不純物領域DR1、DR2は第1コンタクトCT1、第2コンタクトCT2、及びドレイン連結配線WR1によって電気的に互いに連結されることができる。
【0024】
図1の平面図で第1不純物領域SRに隣接する第1ソースフォロワーゲート電極SF1の側壁は第1角CR1から遠くなる方向に陥没されることができる。第2及び第3不純物領域DR1、DR2の間の第1距離DS1は第3不純物領域DR2と第1不純物領域SRとの間の第2距離DS2より大きいことができる。前記第2距離DS2は第2不純物領域DR1と第1不純物領域SRとの間の距離に該当してもよい。
【0025】
前記第2活性領域ACT2は第1伝送トランジスタT1のための活性領域であり得る。平面的に、前記第2活性領域ACT2は第3及び第4側壁SW3、SW4の間で第1活性領域ACT1の方に突出された斜方形状を有することができる。前記第2活性領域ACT2上には第1伝送ゲート電極TG1が配置されることができる。前記第1伝送ゲート電極TG1は図2Bのようにvertical typeであり得る。具体的に、前記第1伝送ゲート電極TG1の一部分は前記基板2内に挿入されることができる。又は他の例において、第1伝送ゲート電極TG1はplanar typeであり得る。前記第1伝送ゲート電極TG1と前記基板2との間にはゲート絶縁膜(Gox)が介在されることができる。前記ゲート絶縁膜Goxはシリコン酸化物、金属酸化物、シリコン窒化膜、シリコン酸化窒化膜の中で少なくとも1つの単一膜又は多重膜を含むことができる。
【0026】
第1伝送ゲート電極TG1横の前記第2活性領域ACT2には第1浮遊拡散領域FD1が配置されることができる。前記第1浮遊拡散領域FD1は前記基板2にドーピングされた前記第1導電型の不純物と反対になる第2導電型の不純物でドーピングされることができる。例えば、前記第1浮遊拡散領域FD1はN型の不純物であるリンやヒ素でドーピングされることができる。図1で前記第1浮遊拡散領域FD1は第3及び第4側壁SW3、SW4の縁の間に延長されることができる。
【0027】
前記画素PX内の前記基板2内には光電変換部PD1が配置されることができる。前記光電変換部PD1と前記第1面2aとの間にはウェル領域PWが配置されることができる。前記ウェル領域PWには前記基板2にドーピングされた第1導電型の不純物がドーピングされることができる。前記ウェル領域PWにドーピングされた第1導電型の不純物の濃度は前記基板2にドーピングされた不純物の濃度と同一であるか、或いはより大きいことができる。前記光電変換部PD1には前記第1導電型の不純物と反対になる第2導電型の不純物でドーピングされることができる。例えば、前記光電変換部PD1はN型の不純物であるリンやヒ素でドーピングされることができる。前記光電変換部PD1のN型不純物領域は周辺の前記基板2及び/又は前記ウェル領域PWのP型不純物領域とPN接合を成してフォトダイオードを構成することができ、光が入射される場合、前記PN接合によって電子-正孔対を生成することができる。
【0028】
図1乃至図2Cには図示されなかったが、前記基板2の第1面2a上には選択トランジスタSE、リセットトランジスタRX、デュアル変換トランジスタDCXが追加に配置されることができる。
【0029】
図3を参照すれば、本実施形態によるイメージセンサー100では光電変換部PDで、入射される光に対応する電子(電荷)を各々生成し、蓄積することができる。第1伝送トランジスタT1から提供される電子の量(電荷量)に応じて、第1浮遊拡散領域FD1の電圧レベルが決定されることができる。リセットトランジスタRXは第1浮遊拡散領域FD1をリセットさせることができる。例えば、デュアル変換トランジスタDCXをターンオンさせた状態でリセットトランジスタRXはリセットゲート電極RGに印加される電気的信号(リセット信号)に基づいて、第1浮遊拡散領域FD1と電源電圧VPIXを電気的に連結することができる。リセットトランジスタRXはリセット信号に基づいて第1浮遊拡散領域FD1の電圧レベルを電源電圧VPIXで駆動して第1浮遊拡散領域FD1に格納された電子を除去又は放出することができる。
【0030】
第1ソースフォロワートランジスタS1は電源電圧VPIXと選択トランジスタSEとの間に連結されることができる。第1ソースフォロワートランジスタS1の第1ソースフォロワーゲート電極SF1は第1浮遊拡散領域FD1に連結されることができる。第1ソースフォロワートランジスタS1は第1浮遊拡散領域FD1の電圧レベルに基づいて選択トランジスタSEに出力信号Voutを出力することができる。
【0031】
デュアル変換トランジスタDCXは第1浮遊拡散領域FD1とリセットトランジスタRXとの間に連結されることができる。デュアル変換トランジスタDCXがターンオフされれば、前記画素PXのFWC(Full Well Capacity)は第1浮遊拡散領域FD1のキャパシタンスであり得る。デュアル変換トランジスタDCXがターンオンされれば、前記画素PXのFWCは第1浮遊拡散領域FD1のキャパシタンスより増加することができる。デュアル変換トランジスタDCXのオン/オフに応じて、前記画素PXの変換利得が可変されることができる。
【0032】
本発明による第1ソースフォロワートランジスタS1は第1ソースフォロワーゲート電極SF1横に配置される1つのソース領域SRと2つのドレイン領域DR1、DR2を有することができる。したがって、第1ソースフォロワートランジスタS1は2つのソースフォロワートランジスタが並列構造に連結されたように動作されることができる。即ち、第1ソースフォロワートランジスタS1はフィンガータイプになることができる。ソースフォロワートランジスタは他の伝送トランジスタ、リセットトランジスタ及び選択トランジスタよりトランジスタ素子固有の熱雑音及びフリッカー雑音の影響に最も敏感することができる。ソースフォロワートランジスタ素子に誘発された雑音はそのまま内部回路に伝達されて画質を低下させる結果をもたらす。前記ソースフォロワートランジスタをフィンガータイプで形成することによって、このようなトランジスタ素子固有の熱雑音及びフリッカー雑音の影響を低減し、前記第1浮遊拡散領域FD1の電位を忠実に読み出すのに役立つことができる。また、第1ソースフォロワートランジスタS1動作の時、電流量が増加されることができる。したがって、第1ソースフォロワートランジスタS1の電圧-電流グラフの線形性が良くなり、Random noise、Random Telegraphy signalのようなノイズが減少されることができる。
【0033】
また、第1ソースフォロワートランジスタS1を互いに隣接する第1及び第2側壁SW1、SW2と第1角CR1に隣接するように配置させ、1つのソース領域SRと2つのドレイン領域DR1、DR2を配置させることによって、狭い領域で相対的に第1ソースフォロワーゲート電極SF1の面積を極大化させることができる。したがって、第1ソースフォロワートランジスタS1動作の時、電流量が増加されノイズが減少されることができる。また、並列構造の2つのソースフォロワートランジスタを製造する場合に比べてコンタクトの数と面積を減少させることができる。したがって、イメージセンサーを高集積化することができる。
【0034】
本実施形態において、第1不純物領域SRを第1ソースフォロワートランジスタS1のソース領域に、そして第2及び第3不純物領域DR1、DR2をドレイン領域に対応させたが、第1不純物領域SRが第1ソースフォロワートランジスタS1のドレイン領域に、そして第2及び第3不純物領域DR1、DR2が第1ソースフォロワートランジスタS1のソース領域と対応される(称される)こともできる。
【0035】
本発明による第1ソースフォロワートランジスタS1は第1ソースフォロワーゲート電極SF1横に配置される1つのソース領域SRと2つのドレイン領域DR1、DR2を有することができる。したがって、第1ソースフォロワートランジスタS1は2つのソースフォロワートランジスタが並列構造に連結されたように動作されることができる。
【0036】
再び図2A乃至図2Cを参照すれば、第1面2a上には第1乃至第3層間絶縁膜ILD1、ILD2、ILD3とパッシベーション膜PLが順に積層されることができる。第1乃至第3層間絶縁膜ILD1、ILD2、ILD3は各々シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸化窒化物、多孔性絶縁物の中で少なくとも1つの単一膜又は多重膜構造を有することができる。前記パッシベーション膜PLは、例えばシリコン窒化物を含むことができる。
【0037】
前記第1層間絶縁膜ILD1と第2層間絶縁膜ILD2との間には第1配線M1とドレイン連結配線WR1が配置されることができる。前記第2層間絶縁膜ILD2と第3層間絶縁膜ILD3との間には第2配線M2が配置されることができる。前記画素PX上には前記第1層間絶縁膜ILD1を貫通する第1乃至第6コンタクトCT1~CT6が配置されることができる。前記第1コンタクトCT1は第2不純物領域DR1と接する。第2コンタクトCT2は第3不純物領域DR2と接する。第3コンタクトCT3は第1不純物領域SRと接する。第4コンタクトCT4は第1ソースフォロワーゲート電極SF1と接する。第5コンタクトCT5は第1伝送ゲート電極TG1と接する。第6コンタクトCT6は第1浮遊拡散領域FD1と接する。前記第1配線M1、ドレイン連結配線WR1、第2配線M2、及び第1乃至第6コンタクトCT1~CT6は金属のような導電物質を含むことができる。
【0038】
前記第2面2b上には固定電荷膜40が配置されて前記第2面2bと接することができる。前記固定電荷膜40は前記第2面2bと接することができる。前記固定電荷膜40は化学量論比より不足な量の酸素又は弗素を含む金属酸化膜又は金属フッ化膜で成されることができる。したがって、前記固定電荷膜40は負の固定電荷を有することができる。前記固定電荷膜40はハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、アルミニウム(Al)、タンタル(Ta)、チタニウム(Ti)、イットリウム、及びランタノイドを含むグループで選択される少なくとも1つの金属を含む金属酸化物又は金属フッ化物で成されることができる。前記固定電荷膜40の周辺には正孔の蓄積が発生することができる。したがって、暗電流の発生及びホワイトスポットを効果的に減少させることができる。好ましくは、前記固定電荷膜40はアルミニウム酸化膜とハフニウム酸化膜の中で少なくとも1つであり得る。
【0039】
前記固定電荷膜40上に反射防止膜42が配置されることができる。前記反射防止膜42は、例えばシリコン窒化物を含むことができる。前記反射防止膜42上に遮光パターン44と低屈折パターン46が順に積層されることができる。遮光パターン44と低屈折パターン46は平面的に網目形状を有することができ、前記画素分離部DTIと重畳されることができる。遮光パターン44と低屈折パターン46は光電変換部PD上の反射防止膜42を露出させることができる。前記反射防止膜42上にカラーフィルターCF1が配置されることができる。前記カラーフィルターCF1上にはマイクロレンズMLが配置されることができる。マイクロレンズMLの端部が互いに接して連結されることができる。
【0040】
前記遮光パターン44は光を透過させない物質でチタニウムを含むことができる。前記低屈折パターン46の側壁は前記遮光パターン44の側壁と整列されることができる。前記遮光パターン44と前記低屈折パターン46は隣接する画素の間のクロストークを防止することができる。前記低屈折パターン46は有機物質を含むことができる。前記低屈折パターン46はカラーフィルターCF1より小さい屈折率を有することができる。例えば、前記低屈折パターン46は約1.3以下の屈折率を有することができる。
【0041】
前記カラーフィルターCF1は画素PX毎に異なる色を有することができる。前記カラーフィルターCF1は染料又は顔料が添加されたフォトレジスト物質を含むことができる。前記カラーフィルターCF1は青色、赤色、緑色の中で1つの色を有することができる。又は前記カラーフィルターCF1はシアン、イエロー、マゼンタの中で1つの色を有することができる。前記カラーフィルターCF1は複数に提供されて第1方向D1と第2方向D2に沿って2次元的に配列されることができる。前記カラーフィルターCF1はBayerパターン、2x2形状のTetraパターン、又は3x3のNonaパターン形状に配置されることができる。
【0042】
図4は本発明の実施形態によるイメージセンサーの平面図である。図5Aは本発明の実施形態によって図4をD-D’線に沿って切断した断面図である。図5Bは本発明の実施形態によって図4をE-E’線に沿って切断した断面図である。図6図4のイメージセンサーの回路図である。
【0043】
図4図5A図5B、及び図6を参照すれば、本実施形態によるイメージセンサー101は第1画素グループGRP1を含む。前記第1画素グループGRP1は時計回りに沿って配置される第1乃至第4画素PX1~PX4を含むことができる。画素分離部DTIは第1乃至第4画素PX1~PX4を互いに分離させる。画素分離部DTIの側面に隣接して側面接地領域GNLが配置される。前記第1画素グループGRP1の中心には画素分離部DTIが不在することができる。第1乃至第4画素PX1~PX4内に配置される側面接地領域GNLは図4に開示されたように互いに連結されることができる。図4の平面図で前記第1画素グループGRP1の中心に隣接する画素分離部DTIの端部はラウンドになることができる。
【0044】
前記第1乃至第4画素PX1~PX4の各々は時計回りに沿って配置される第1乃至第4側壁SW1~SW4を含むことができる。第1画素PX1と第2画素PX2の各々は素子分離部STIによって定義される第1活性領域ACT1と第2活性領域ACT2を有することができる。
【0045】
第1画素PX1の第1活性領域ACT1上には第1ソースフォロワートランジスタS1が配置されることができる。第1ソースフォロワートランジスタS1は第1ソースフォロワーゲート電極SF1とこれに隣接する第1乃至第3不純物領域SR、DR1、DR2を含むことができる。第1ソースフォロワートランジスタS1は図1乃至図3を参照して説明したことと同一であることができる。
【0046】
第2画素PX2の第1活性領域ACT1上には第2ソースフォロワートランジスタS2が配置されることができる。第2ソースフォロワートランジスタS2は第2ソースフォロワーゲート電極SF2とこれに隣接する第1乃至第3不純物領域SR、DR1、DR2を含むことができる。図4で第2ソースフォロワートランジスタS2は第1ソースフォロワートランジスタS1がミラー対称の形状を有することができる。第2ソースフォロワーゲート電極SF2は第1ソースフォロワーゲート電極SF1がミラー対称の形状を有することができる。第2ソースフォロワーゲート電極SF2の一部分は第2画素PX2の第2側壁SW2に隣接し、第2ソースフォロワーゲート電極SF2の他の部分は第2画素PX2の第3側壁SW3に隣接することができる。第2画素PX2の第1不純物領域SRは第2画素PX2の第2角CR2に隣接することができる。このように第2ソースフォロワートランジスタS2も1つのソース領域と2つのドレイン領域を有する構造によって図3を参照して説明したように並列構造のフィンガータイプになることができる。
【0047】
第3画素PX3は第2乃至第4活性領域ACT2~ACT4を有することができる。前記第3活性領域ACT3は前記第3画素PX3の第3側壁SW3に隣接し、第1方向D1に細長いバー形状を有することができる。前記第3活性領域ACT3には下部接地領域GN1が配置されることができる。下部接地領域GN1は前記基板2内で第1面2aに隣接するように配置される。前記下部接地領域GN1には基板2にドーピングされた第1導電型の不純物が前記基板2より高い濃度にドーピングされることができる。前記下部接地領域GN1は図6Aのように側面接地領域GNLと接することができる。前記下部接地領域GN1は第7コンタクトCT7と接することができる。
【0048】
第1画素グループGRP1は4つの画素PX1~PX4を有するが、下部接地領域GN1が画素PX1~PX4に各々配置されなく、1つの画素PX3に配置される。そして、下部接地領域GN1が側面接地領域GNLと接続されることによって、第1画素グループGRP1の4つの画素PX1~PX4の基板2が全て接地されることができる。したがって、画素PX1~PX4に各々下部接地領域GN1が配置されないので、下部接地領域GN1が占める面積を減少させることができる。したがって、イメージセンサーの高集積化が可能である。
【0049】
前記第4活性領域ACT4は前記第3画素PX3の第4側壁SW4に隣接し、第2方向D2に細長いバー形状を有することができる。前記第4活性領域ACT4上には選択ゲート電極SELを有する選択トランジスタSEが配置されることができる。
【0050】
第4画素PX4は第2及び第5活性領域ACT2~ACT5を有することができる。第5活性領域ACT5は第1及び第4側壁SW1、SW4に隣接することができる。第5活性領域ACT5は図4のように平面的に‘L’字形状を有することができる。第5活性領域ACT5上にはリセットゲート電極RGを有するリセットトランジスタRXとデュアル変換ゲート電極DCGを有するデュアル変換トランジスタDCXが並べて配置される。リセットゲート電極RGは第4画素PX4の第1側壁SW1に隣接するか、或いはこれと重畳されることができる。デュアル変換ゲート電極DCGは第4画素PX4の第4側壁SW4に隣接するか、或いはこれと重畳されることができる。
【0051】
第1乃至第4画素PX1~PX4は第2活性領域ACT2に配置される第1乃至第4伝送ゲート電極TG1~TG4と第1乃至第4浮遊拡散領域FD1~FD4を各々含むことができる。第2活性領域ACT2は第1画素グループGRP1の中心に隣接するように配置されることができる。前記第1画素グループGRP1の中心には第1共通浮遊拡散領域FDC1が配置される。第1乃至第4浮遊拡散領域FD1~FD4と前記第1共通浮遊拡散領域FDC1は前記基板2にドーピングされた前記第1導電型の不純物と反対になる第2導電型の不純物でドーピングされることができる。例えば、第1乃至第4浮遊拡散領域FD1~FD4と前記第1共通浮遊拡散領域FDC1はN型の不純物であるリンやヒ素でドーピングされることができる。第1共通浮遊拡散領域FDC1は第1乃至第4浮遊拡散領域FD1~FD4と連結される。第1共通浮遊拡散領域FDC1上には第6コンタクトCT6が配置されることができる。
【0052】
図4の第1画素グループGRP1に配置されるトランジスタは第1及び第2配線M1、M2とドレイン連結配線WR1を利用して図6のように連結されることができる。即ち、第1画素グループGRP1の第1乃至第4画素PX1~PX4は第1及び第2ソースフォロワートランジスタS1、S2、リセットトランジスタRX、デュアル変換トランジスタDCX、選択トランジスタSEを互いに共有することができる。第1及び第2ソースフォロワーゲート電極SF1、SF2は第1及び第2配線M1、M2の一部によって互いに電気的に連結されることができる。第1及び第2画素PX1、PX2の第1不純物領域SRは互いに電気的に連結されることができる。第1及び第2画素PX1、PX2の第2及び第3不純物領域DR1、DR2は互いに電気的に連結されることができる。第1及び第2ソースフォロワートランジスタS1、S2は並列構造で連結されることができる。したがって、ノイズをさらに減少させることができる。
【0053】
前記第1画素グループGRP1上には1つのカラーフィルターCF1が配置されることができる。即ち、前記第1画素グループGRP1の第1乃至第4画素PX1~PX4は同一な色のカラーフィルターCF1で覆われることができる。第1乃至第4画素PX1~PX4上には各々膨らんでいるマイクロレンズMLが配置されることができる。または、第1画素グループGRP1上には1つのマイクロレンズMLが配置されることができる。この時、前記イメージセンサー101は自動焦点イメージセンサーであり得る。
【0054】
前記イメージセンサー101では第1乃至第4伝送ゲート電極TG1~TG4に各々順次的にターンオン電圧を印加して第1乃至第4光電変換部PD1~PD4で生成された電荷を順次的に読み出すことができる。第1乃至第4伝送ゲート電極TG1~TG4に同時にターンオン電圧を印加して第1乃至第4光電変換部PD1~PD4で生成された電荷を合わせて同時に読み出すことができる。
【0055】
図7は本発明の実施形態によるイメージセンサーの平面図である。図8図7のイメージセンサーの回路図である。
【0056】
図7及び図8を参照すれば、本実施形態によるイメージセンサー102は第1画素グループGRP1と第2画素グループGRP2を含む。第2画素グループGRP2は第1画素グループGRP1の横に第1方向D1に隣接する。第1画素グループGRP1は時計回りに配置される第1乃至第4画素PX1~PX4を有することができる。第2画素グループGRP2は時計回りに配置される第5乃至第8画素PX5~PX8を有することができる。
【0057】
第1画素PX1には第1伝送ゲート電極TG1を有する第1伝送トランジスタT1、第1デュアル変換ゲート電極DCG1を有する第1デュアル変換トランジスタDCX1、及び第1リセットゲート電極RG1を有する第1リセットトランジスタRX1が配置されることができる。
【0058】
第2画素PX2には第2伝送ゲート電極TG2を有する第2伝送トランジスタT2、第1選択ゲート電極SEL1を有する第1選択トランジスタSE1、及び第1下部接地領域GN1が配置されることができる。第1下部接地領域GN1は第1画素グループGRP1の側面接地領域GNLと連結されることができる。したがって、前記第1画素グループGRP1の第1乃至第4画素PX1~PX4は第1下部接地領域GN1を共有し、第1下部接地領域GN1によって接地されることができる。
【0059】
第3画素PX3には第3伝送ゲート電極TG3を有する第3伝送トランジスタT3、第1ソースフォロワーゲート電極SF1を有する第1ソースフォロワートランジスタS1が配置されることができる。
【0060】
第4画素PX4には第4伝送ゲート電極TG4を有する第4伝送トランジスタT4、第2ソースフォロワーゲート電極SF2を有する第2ソースフォロワートランジスタS2が配置されることができる。
【0061】
前記第1画素グループGRP1の中心には第1乃至第4浮遊拡散領域FD1~FD4と連結される第1共通浮遊拡散領域FDC1が配置される。
【0062】
第4画素PX4は第5画素PX5に第1方向D1に隣接することができる。第3画素PX3は第6画素PX6に第1方向D1に隣接することができる。
【0063】
第5画素PX5には第5伝送ゲート電極TG5を有する第5伝送トランジスタT5、そして格納領域FDC3が配置されることができる。格納領域FDC3は前記基板2にドーピングされた前記第1導電型の不純物と反対になる第2導電型の不純物でドーピングされることができる。例えば、格納領域FDC3はN型の不純物であるリンやヒ素でドーピングされることができる。格納領域FDC3は‘不純物領域’と称されることができる。
【0064】
第6画素PX6には第6伝送ゲート電極TG6を有する第6伝送トランジスタT6、そして第3ソースフォロワーゲート電極SF3を有する第3ソースフォロワートランジスタS3が配置されることができる。第3ソースフォロワートランジスタS3は第2ソースフォロワートランジスタS2に隣接することができる。第3ソースフォロワーゲート電極SF3は第2ソースフォロワーゲート電極SF2がミラー対称の形状を有することができる。第3ソースフォロワートランジスタS3は第2ソースフォロワートランジスタS2がミラー対称の形状を有することができる。
【0065】
第1乃至第3ソースフォロワートランジスタS1~S3が互いに隣接するように配置されるので、これらを連結する第1及び第2配線M1、M2の長さを最小化することができる。したがって、これに隣接する隣接配線による寄生キャパシタンスのような干渉現象を最小化することができるので、電気的信号のノイズを減少させることができる。
【0066】
第7画素PX7は第7伝送ゲート電極TG7を有する第7伝送トランジスタT7、第2選択ゲート電極SEL2を有する第2選択トランジスタSE2、及び第2下部接地領域GN2が配置されることができる。第2下部接地領域GN2は第2画素グループGRP2の側面接地領域GNLと連結されることができる。したがって、前記第2画素グループGRP2の第5乃至第8画素PX5~PX8は第2下部接地領域GN2を共有し、第2下部接地領域GN2によって接地されることができる。
【0067】
第8画素PX8には第8伝送ゲート電極TG8を有する第8伝送トランジスタT8、第2デュアル変換ゲート電極DCG2を有する第2デュアル変換トランジスタDCX2、及び第2リセットゲート電極RG2を有する第2リセットトランジスタRX2が配置されることができる。
【0068】
第1画素グループGRP1の中心には画素分離部DTIが不在することができる。第2画素グループGRP2の中心には画素分離部DTIが不在することができる。第1画素グループGRP1の中心には第1共通浮遊拡散領域FDC1が配置されることができる。第2画素グループGRP2の中心には第2共通浮遊拡散領域FDC2が配置されることができる。第2共通浮遊拡散領域FDC2は第5乃至第8浮遊拡散領域FD5~FD8と連結されることができる。第1及び第2配線M1、M2の中で一部は第1共通浮遊拡散領域FDC1と第2共通浮遊拡散領域FDC2を連結することができる。第5乃至第8浮遊拡散領域FD5~FD8と第2共通浮遊拡散領域FDC2は前記基板2にドーピングされた前記第1導電型の不純物と反対になる第2導電型の不純物でドーピングされることができる。例えば、第5乃至第8浮遊拡散領域FD5~FD8と第2共通浮遊拡散領域FDC2はN型の不純物であるリンやヒ素でドーピングされることができる。
【0069】
第1及び第2画素グループGRP1、GRP2に配置されるトランジスタは第1及び第2配線M1、M2とドレイン連結配線WR1を利用して図8のように連結されることができる。即ち、第1及び第2画素グループGRP1、GRP2の第1乃至第8画素PX1~PX8は第1乃至第3ソースフォロワートランジスタS1~S3、第1及び第2リセットトランジスタRX1、RX2、第1及び第2デュアル変換トランジスタDCX1、DCX2、第1及び第2選択トランジスタSE1、SE2を互いに共有することができる。第1及び第2リセットトランジスタRX1、RX2は並列構造に互いに連結されることができる。第1及び第2デュアル変換トランジスタDCX1、DCX2は並列構造に互いに連結されることができる。第1及び第2選択トランジスタSE1、SE2は並列構造に互いに連結されることができる。このような並列構造によってトランジスタ動作の時、電流量が増加し、動作速度が向上されることができる。
【0070】
格納領域FDC3は第1及び第2リセットトランジスタRX1、RX2と第1及び第2デュアル変換トランジスタDCX1、DCX2との間に介在されることができる。したがって、前記イメージセンサー102の動作の時に高照度で生成された多い電荷を第1及び第2デュアル変換トランジスタDCX1、DCX2をターンオンして格納領域FDC3に格納することができる。したがって、高照度で第2画素グループGRP2及び/又は第1画素グループGRP1のFWC(Full Well Capacitance)を増加させることができる。
【0071】
第1画素グループGRP1上には第1色のカラーフィルターCF1が配置されることができる。前記第2画素グループGRP2上には前記第1色と異なる第2色のカラーフィルターが配置されることができる。
【0072】
図9は本発明の実施形態によるイメージセンサーの平面図である。図10図9のイメージセンサーの回路図である。
【0073】
図9及び図10を参照すれば、本実施形態によるイメージセンサー103では第5画素PX5に第5伝送ゲート電極TG5を有する第5伝送トランジスタT5、そして第3ソースフォロワーゲート電極SF3を有する第3ソースフォロワートランジスタS3が配置されることができる。第3ソースフォロワートランジスタS3は第1ソースフォロワートランジスタS1に隣接することができる。第3ソースフォロワーゲート電極SF3は第1ソースフォロワーゲート電極SF1がミラー対称の形状を有することができる。第3ソースフォロワートランジスタS3は第1ソースフォロワートランジスタS1がミラー対称の形状を有することができる。
【0074】
第6画素PX6に第6伝送ゲート電極TG6を有する第6伝送トランジスタT6、そして第4ソースフォロワーゲート電極SF4を有する第4ソースフォロワートランジスタS4が配置されることができる。第4ソースフォロワートランジスタS4は第2ソースフォロワートランジスタS2に隣接することができる。第4ソースフォロワーゲート電極SF4は第2ソースフォロワーゲート電極SF2がミラー対称の形状を有することができる。第4ソースフォロワートランジスタS4は第2ソースフォロワートランジスタS2がミラー対称の形状を有することができる。
【0075】
第1乃至第4ソースフォロワートランジスタS1~S4が互いに隣接するように配置されるので、これらを連結する第1及び第2配線M1、M2の長さを最小化することができる。したがって、これに隣接する隣接配線による寄生キャパシタンスのような干渉現象を最小化することができるので、電気的信号のノイズを減少させることができる。
【0076】
第1及び第2画素グループGRP1、GRP2に配置されるトランジスタは第1及び第2配線M1、M2とドレイン連結配線WR1を利用して図10のように連結されることができる。即ち、第1及び第2画素グループGRP1、GRP2の第1乃至第8画素PX1~PX8は第1乃至第4ソースフォロワートランジスタS1~S4、第1及び第2リセットトランジスタRX1、RX2、第1及び第2デュアル変換トランジスタDCX1、DCX2、第1及び第2選択トランジスタSE1、SE2を互いに共有することができる。その以外の構造は図7及び図8を参照して説明した通りである。
【0077】
図11は本発明の実施形態によるイメージセンサーの平面図である。図12図11のイメージセンサーの回路図である。
【0078】
図11及び図12を参照すれば、本実施形態によるイメージセンサー104では第1画素PX1に第1伝送ゲート電極TG1を有する第1伝送トランジスタT1、そして第1ソースフォロワーゲート電極SF1を有する第1ソースフォロワートランジスタS1が配置されることができる。
【0079】
第2画素PX2に第2伝送ゲート電極TG2を有する第2伝送トランジスタT2、そして第2ソースフォロワーゲート電極SF2を有する第2ソースフォロワートランジスタS2が配置されることができる。
【0080】
第3画素PX3に第3伝送ゲート電極TG3を有する第3伝送トランジスタT3、第1下部接地領域GN1、そして格納領域FDC3が配置されることができる。第1下部接地領域GN1は第1画素グループGRP1の側面接地領域GNLと連結されることができる。したがって、前記第1画素グループGRP1の第1乃至第4画素PX1~PX4は第1下部接地領域GN1を共有し、第1下部接地領域GN1によって接地されることができる。
【0081】
第4画素PX4に第4伝送ゲート電極TG4を有する第4伝送トランジスタT4、そして第3ソースフォロワーゲート電極SF3を有する第3ソースフォロワートランジスタS3が配置されることができる。
【0082】
第5画素PX5に第5伝送ゲート電極TG5を有する第5伝送トランジスタT5、そして第4ソースフォロワーゲート電極SF4を有する第4ソースフォロワートランジスタS4が配置されることができる。
【0083】
第6画素PX6に第6伝送ゲート電極TG6を有する第6伝送トランジスタT6、デュアル変換ゲート電極DCGを有するデュアル変換トランジスタDCX、及びリセットゲート電極RGを有するリセットトランジスタRXが配置されることができる。
【0084】
第7画素PX7には第7伝送ゲート電極TG7を有する第7伝送トランジスタT7、選択ゲート電極SELを有する選択トランジスタSE、及び第2下部接地領域GN2が配置されることができる。第2下部接地領域GN2は第2画素グループGRP2の側面接地領域GNLと連結されることができる。したがって、前記第2画素グループGRP2の第5乃至第8画素PX5~PX8は第2下部接地領域GN2を共有し、第2下部接地領域GN2によって接地されることができる。
【0085】
第8画素PX8に第8伝送ゲート電極TG8を有する第8伝送トランジスタT8、そして第5ソースフォロワーゲート電極SF5を有する第5ソースフォロワートランジスタS5が配置されることができる。
【0086】
第1及び第2ソースフォロワートランジスタS1、S2は第2方向D2に沿って並べて配置されることができる。第1、第3、第4、第5ソースフォロワートランジスタS1、S3、S4、S5は第1方向D1に沿って並べて配置されることができる。このように第1乃至第5ソースフォロワートランジスタS1~S5が互いに隣接するように配置されるので、これらを連結する第1及び第2配線M1、M2の長さを最小化することができる。したがって、これに隣接する隣接配線による寄生キャパシタンスのような干渉現象を最小化することができるので、電気的信号のノイズを減少させることができる。
【0087】
第1及び第2画素グループGRP1、GRP2に配置されるトランジスタは第1及び第2配線M1、M2とドレイン連結配線WR1を利用して図12のように連結されることができる。即ち、第1及び第2画素グループGRP1、GRP2の第1乃至第8画素PX1~PX8は第1乃至第5ソースフォロワートランジスタS1~S5、リセットトランジスタRX、デュアル変換トランジスタDCX、選択トランジスタSE1を互いに共有することができる。その外の構造は図9及び10を参照して説明したことと同一であることができる。
【0088】
本明細書で画素グループが2~5つのソースフォロワートランジスタを互いに共有することと図示されたが、ソースフォロワートランジスタの数はこれに限定されなく、さらに多くてもよい。
【0089】
図13は本発明の実施形態によるイメージセンサーの断面図である。
【0090】
図13を参照すれば、本発明の実施形態によるイメージセンサーは画素アレイ領域APS、光学ブラック領域OB、及びパッド領域PRを有する基板2、基板2の第1面2a上の配線層200、配線層200上にベース基板400を含むことができる。
【0091】
配線層200は上部配線層221及び下部配線層223を含むことができる。画素アレイ領域APSは図1乃至図12を参照して説明した画素PXを含むことができる。
【0092】
光学ブラック領域OBで基板2上に第1連結構造体50、第1導電パッド81、及びバルクカラーフィルター90が提供されることができる。第1連結構造体50は第1遮光パターン51、絶縁パターン53、及び第1キャッピングパターン55を含むことができる。第1遮光パターン51は導電物質で形成されることができる。第1遮光パターン51は、例えばチタニウム又はタングステンを含むことができる。
【0093】
第1遮光パターン51が基板2の第2面2b上に提供されることができる。第1遮光パターン51は第3トレンチTR3及び第4トレンチTR4の内壁をコンフォーマルに覆うことができる。第1遮光パターン51は光電変換層150及び上部配線層221を貫通して光電変換層150及び配線層200を連結することができる。
【0094】
第1遮光パターン51は図2Aの画素分離部DTIの分離導電パターン10と接触することができる。第1導電パッド81は図2Aの画素分離部DTIの分離導電パターン10と電気的に連結されることができる。第1遮光パターン51は光学ブラック領域OB内に入射される光を遮断することができる。
【0095】
第1導電パッド81が第3トレンチTR3の内部に提供されて第3トレンチTR3の残りの部分を満たすことができる。第1導電パッド81は金属物質、例えばアルミニウムを含むことができる。前記第1導電パッド81を通じて前記分離導電パターン10に負のバイアス電圧を印加することができる。したがって、ホワイトスポットや暗電流の問題を防止/減少させることができる。
【0096】
絶縁パターン53が第4トレンチTR4の残りの部分を満たすことができる。絶縁パターン53は光電変換層150及び配線層200を、全部又は一部貫通することができる。絶縁パターン53の上面上に第1キャッピングパターン55が提供されることができる。第1キャッピングパターン55が絶縁パターン53上に提供されることができる。
【0097】
バルクカラーフィルター90が第1導電パッド81、第1遮光パターン121、及び第1キャッピングパターン125上に提供されることができる。バルクカラーフィルター90は第1導電パッド81、第1遮光パターン121、及び第1キャッピングパターン125を覆うことができる。第1保護膜71がバルクカラーフィルター90上に提供されてバルクカラーフィルター90を密封することができる。
【0098】
光学ブラック領域OBにも複数の画素PXが配置されることができ、この画素PXには第1基準光電変換部PD’と第2基準領域111が配置されることができる。第1基準光電変換部PD’では光が遮断された状態で発生されることができる第1基準電荷量を提供する。前記第1基準電荷量は前記画素PXから発生された電荷量を計算する時、相対的基準値になることができる。第2基準領域111は光電変換部PDがない状態で発生されることができる第2基準電荷量を提供する。前記第2基準電荷量は工程ノイズを除去する情報として使用されることができる。
【0099】
パッド領域PRで、基板2上に第2連結構造体60、第2導電パッド83、及び第2保護膜73が提供されることができる。第2連結構造体60は第2遮光パターン61、絶縁パターン63、及び第2キャッピングパターン65を含むことができる。
【0100】
第2遮光パターン61が基板2の第2面2b上に提供されることができる。第2遮光パターン61は第5トレンチTR5及び第6トレンチTR6の内壁をコンフォーマルに覆うことができる。第2遮光パターン61は光電変換層150及び上部配線層221を貫通して光電変換層150及び配線層200を連結することができる。第2遮光パターン61は下部配線層223内の配線と接触することができる。第2遮光パターン61は配線層200内の配線と電気的に連結されることができる。第2遮光パターン61は金属物質、例えばチタニウム又はタングステンを含むことができる。
【0101】
第2導電パッド83が第5トレンチTR5の内部に提供されて第5トレンチTR5の残りの部分を満たすことができる。第2導電パッド83は金属物質、例えばアルミニウムを含むことができる。第2導電パッド83はイメージセンサー素子の外部との電気的連結通路の役割をすることができる。絶縁パターン63が第6トレンチTR6の残りの部分を満たすことができる。絶縁パターン63は光電変換層150及び配線層200を、全部又は一部貫通することができる。第2キャッピングパターン65が絶縁パターン63上に提供されることができる。第2保護膜73が第2遮光パターン61の一部及び第2キャッピングパターン65を覆うことができる。
【0102】
以上、添付された図面を参照して本発明の実施形態を説明したが、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者は本発明がその技術的思想や必須の特徴を変更しなくとも他の具体的な形態に実施されることができることを理解することができる。したがって、以上で記述した実施形態はすべての面で例示的なものであり、限定的ではないことと理解しなければならない。図1乃至図13の実施形態は互いに組合されることができる。
【符号の説明】
【0103】
2 基板
10 分離導電パターン
12 分離絶縁パターン
14 埋め込み絶縁パターン
40 固定電荷膜
42 反射防止膜
100 イメージセンサー
ACT1~ACT5 活性領域
CT1~CT6 コンタクト
DTI 画素分離部
FD1~FD8 浮遊拡散領域
FDC1、FDC2 共通浮遊拡散領域
FDC3 格納領域
GNL 側面接地領域
GN1、GN2 下部接地領域
Gox ゲート絶縁膜
ILD1、ILD2、ILD3 層間絶縁膜
PL パッシベーション膜
PD1 光電変換部
PW ウェル領域
PX1~PX8 画素
SF1~SF5 ソースフォロワーゲート電極
STI 素子分離部
TG1~TG4 伝送ゲート電極
図1
図2A
図2B
図2C
図3
図4
図5A
図5B
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13