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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】P2023071629
(43)【公開日】2023-05-23
(54)【発明の名称】半導体装置及びイメージセンサ
(51)【国際特許分類】
   H01L 27/146 20060101AFI20230516BHJP
   H01L 21/8234 20060101ALI20230516BHJP
【FI】
H01L27/146 A
H01L27/06 102A
H01L27/088 C
H01L27/088 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022180336
(22)【出願日】2022-11-10
(31)【優先権主張番号】10-2021-0154774
(32)【優先日】2021-11-11
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(31)【優先権主張番号】10-2022-0012312
(32)【優先日】2022-01-27
(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】安正 言卓
(72)【発明者】
【氏名】李 元 ソク
【テーマコード(参考)】
4M118
5F048
【Fターム(参考)】
4M118AA10
4M118AB01
4M118BA14
4M118CA02
4M118CA07
4M118CA09
4M118DD04
4M118FA06
4M118FA33
4M118GD03
5F048AA08
5F048AB10
5F048AC10
5F048BA01
5F048BA14
5F048BA15
5F048BA16
5F048BB01
5F048BB05
5F048BB09
5F048BC01
5F048BC03
5F048BC06
5F048BC18
5F048BD02
5F048BF02
5F048BF06
5F048BF07
5F048BG13
(57)【要約】
【課題】トランジスタの動作性能が改善された半導体装置及びイメージセンサを提供する。
【解決手段】互いに交差し第1、第2方向に延長する基板と、基板上に配置され第1方向と並行延長され第2方向に互いに離隔する第1、第2側と第2方向と並行延長する第3側とを含むゲート構造体と、基板内に配置される第1導電型の複数のソース/ドレイン(以下、S/D)領域とを有し、複数のS/D領域は、第2方向に離隔配置される第1、第2S/D領域と、第1方向に第1、第2S/D領域の内の一つと離隔配置される第3S/D領域とを含み、第1、第2S/D領域は、第1、第2方向と垂直な第3方向に第1、第2側と重畳し、第3S/D領域は、第3方向に第1側又は第3側の内の一つと重畳し、第1~第3S/D領域は、第1及び第2S/D領域の印加電圧と第3S/D領域の印加電圧とが互いに異なる値に基づいて動作する。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
互いに交差する第1及び第2方向に延長される基板と、
前記基板上に配置され、前記第1方向と並行して延長され前記第2方向に互いに離隔する第1側と第2側と、前記第2方向と並行して延長される第3側と、を含むゲート構造体と、
前記基板内に配置される第1導電型の複数のソース/ドレイン領域と、を有し、
前記複数のソース/ドレイン領域は、前記第2方向に互いに離隔配置される第1及び第2ソース/ドレイン領域と、
前記第1方向に前記第1及び第2ソース/ドレイン領域の内の少なくとも一つと離隔配置される第3ソース/ドレイン領域と、を含み、
前記第1及び第2ソース/ドレイン領域は、前記第1及び第2方向と垂直な第3方向に前記第1及び第2側とそれぞれ重畳し、
前記第3ソース/ドレイン領域は、前記第3方向に前記第1側又は第3側の内の一つと重畳し、
前記第1~第3ソース/ドレイン領域は、前記第1及び第2ソース/ドレイン領域に印加される電圧と前記第3ソース/ドレイン領域に印加される電圧とが互いに異なる値に基づいて動作することを特徴とする半導体装置。
【請求項2】
前記第1及び第2ソース/ドレイン領域に印加される電圧よりも前記第3ソース/ドレイン領域に印加される電圧がより大きいことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項3】
前記第1及び第2ソース/ドレイン領域に印加される電圧よりも前記第3ソース/ドレイン領域に印加される電圧がより小さいことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項4】
前記第1方向を基準として、前記第1及び第2ソース/ドレイン領域の内の少なくとも一つの長さと前記第3ソース/ドレイン領域の長さとは、互いに異なることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項5】
前記第1方向を基準として、前記第1及び第2ソース/ドレイン領域の長さは、互いに異なることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項6】
前記ゲート構造体の第2側と前記第3方向に重畳し、前記第1方向に前記第1及び第2ソース/ドレイン領域とそれぞれ離隔配置される第4ソース/ドレイン領域をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項7】
前記第4ソース/ドレイン領域に印加される電圧よりも前記第3ソース/ドレイン領域に印加される電圧がより大きいことを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。
【請求項8】
前記ゲート構造体は、前記第1側から前記第2方向に沿って延長される第1内側壁と、前記第1内側壁と連結されて前記第1方向に沿って延長される第2内側壁と、を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項9】
前記基板の内部に、前記基板と前記ゲート構造体との間のアクティブ領域を定義するトレンチと、前記トレンチの内部を埋める絶縁膜と、が配置され、
前記第1及び第3ソース/ドレイン領域の間に前記絶縁膜が配置されることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項10】
光感知素子が蓄積した電荷に応じた電圧が印加され、第1方向と並行して延長され前記第1方向と交差する第2方向に互いに離隔する第1側と第2側と、前記第2方向と並行して延長される第3側と、を含むゲート構造体と、
第1導電型の複数のソース/ドレイン領域を含むソースフォロワトランジスタと、を有し、
前記複数のソース/ドレイン領域は、前記第2方向に互いに離隔配置される第1及び第2ソース/ドレイン領域と、
前記第1方向に前記第1及び第2ソース/ドレイン領域の内の少なくとも一つと離隔配置される第3ソース/ドレイン領域と、を含み、
前記第1及び第2ソース/ドレイン領域は、前記第1及び第2方向と垂直な第3方向に前記第1及び第2側とそれぞれ重畳し、
前記第3ソース/ドレイン領域は、前記第3方向に前記第1側又は第3側の内の一つと重畳し、
前記第1~第3ソース/ドレイン領域は、前記第1及び第2ソース/ドレイン領域に印加される電圧と前記第3ソース/ドレイン領域に印加される電圧とが互いに異なる値に基づいて動作することを特徴とするイメージセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体装置及びイメージセンサに関し、特に、トランジスタの動作性能が改善された半導体装置及びイメージセンサに関する。
【背景技術】
【0002】
MOSトランジスタのフィーチャーサイズ(feature size)の減少に伴い、ゲートの長さと幅、そしてその下に形成されるチャネルの長さと幅も小さくなる。
トランジスタのチャネル長さの減少に伴い、チャネルで加えられる電場の大きさが大きくなり、しきい電圧など特性に対する分布が増加する。
【0003】
トランジスタのチャネル幅が減少することも特性分布の増加に影響を与え、この場合、トランスコンダクタンス(transconductance)など性能が減少する問題が発生する。
このような特性劣化はイメージセンサのようにトランジスタを読み出し(read out)回路として使用する製品において障害になる。
したがって、トランジスタにおける特性分布及び性能を向上させるための多様な研究が進められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2010-147230号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は上記従来の半導体装置における問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、トランジスタの動作性能が改善された半導体装置及び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】
【0006】
上記目的を達成するためになされた本発明による半導体装置は、互いに交差する第1及び第2方向に延長される基板と、前記基板上に配置され、前記第1方向と並行して延長され前記第2方向に互いに離隔する第1側と第2側と、前記第2方向と並行して延長される第3側と、を含むゲート構造体と、前記基板内に配置される第1導電型の複数のソース/ドレイン領域と、を有し、前記複数のソース/ドレイン領域は、前記第2方向に互いに離隔配置される第1及び第2ソース/ドレイン領域と、前記第1方向に前記第1及び第2ソース/ドレイン領域の内の少なくとも一つと離隔配置される第3ソース/ドレイン領域と、を含み、前記第1及び第2ソース/ドレイン領域は、前記第1及び第2方向と垂直な第3方向に前記第1及び第2側とそれぞれ重畳し、前記第3ソース/ドレイン領域は、前記第3方向に前記第1側又は第3側の内の一つと重畳し、前記第1~第3ソース/ドレイン領域は、前記第1及び第2ソース/ドレイン領域に印加される電圧と前記第3ソース/ドレイン領域に印加される電圧とが互いに異なる値に基づいて動作することを特徴とする。
【0007】
上記目的を達成するためになされた本発明によるイメージセンサは、光感知素子が蓄積した電荷に応じた電圧が印加され、第1方向と並行して延長され前記第1方向と交差する第2方向に互いに離隔する第1側と第2側と、前記第2方向と並行して延長される第3側と、を含むゲート構造体と、第1導電型の複数のソース/ドレイン領域を含むソースフォロワトランジスタと、を有し、前記複数のソース/ドレイン領域は、前記第2方向に互いに離隔配置される第1及び第2ソース/ドレイン領域と、前記第1方向に前記第1及び第2ソース/ドレイン領域の内の少なくとも一つと離隔配置される第3ソース/ドレイン領域と、を含み、前記第1及び第2ソース/ドレイン領域は、前記第1及び第2方向と垂直な第3方向に前記第1及び第2側とそれぞれ重畳し、前記第3ソース/ドレイン領域は、前記第3方向に前記第1側又は第3側の内の一つと重畳し、前記第1~第3ソース/ドレイン領域は、前記第1及び第2ソース/ドレイン領域に印加される電圧と前記第3ソース/ドレイン領域に印加される電圧とが互いに異なる値に基づいて動作することを特徴とする。
【発明の効果】
【0008】
本発明に係る半導体装置及びイメージセンサによれば、一つのトランジスタ内でソース/ドレイン領域の個数又は面積を増加させることによって、又は、ソース/ドレイン領域の深さを互いに異なるように形成することによって、電荷などキャリアが移動する経路(path)を増加させることができ、その結果、同じ面積下でトランジスタの動作性能を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1】本発明の一実施形態による半導体装置の概略構成を説明するための上面図である。
図2図1のA-A線に沿って切断した断面図である。
図3図1のB-B線に沿って切断した断面図である。
図4】本発明の他の実施形態による半導体装置の概略構成を説明するための断面図である。
図5】本発明の他の実施形態による半導体装置の概略構成を説明するための断面図である。
図6】本発明の他の実施形態による半導体装置の概略構成を説明するための上面図である。
図7】本発明の他の実施形態による半導体装置の概略構成を説明するための上面図である。
図8】本発明の他の実施形態による半導体装置の概略構成を説明するための上面図である。
図9】本発明の他の実施形態による半導体装置の概略構成を説明するための上面図である。
図10】本発明の他の実施形態による半導体装置の概略構成を説明するための上面図である。
図11】本発明の他の実施形態による半導体装置の概略構成を説明するための上面図である。
図12】本発明の他の実施形態による半導体装置の概略構成を説明するための上面図である。
図13図12のC-C線に沿って切断した断面図である。
図14】本発明の他の実施形態による半導体装置の概略構成を説明するための上面図である。
図15】本発明の一実施形態によるソースフォロワトランジスタの構造を概略的に示す断面図である。
図16】本発明の一実施形態によるイメージセンサの概略構成を示すブロック図である。
図17】本発明の一実施形態によるピクセルの構造を概略的に示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
次に、本発明に係る半導体装置及びイメージセンサを実施するための形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
【0011】
以下では、図1図5を参照して、本発明の実施形態による半導体装置について説明する。
図1は、本発明の実施形態による半導体装置の概略構成を説明するための上面図であり、図2は、図1のA-A線に沿って切断した断面図であり、図3は、図1のB-B線に沿って切断した断面図であり、図4は、本発明の他の実施形態による半導体装置の概略構成を説明するための断面図であり、図5は、本発明の他の実施形態による半導体装置の概略構成を説明するための断面図である。
【0012】
図1図5を参照すると、本発明の実施形態による半導体装置1000は、基板100、ゲート構造体200、及び複数のソース/ドレイン領域300を含む。
基板100は、互いに交差する第1方向DR1及び第2方向DR2に延長される。
一実施形態で、基板100は、N型トランジスタ形成領域を含む。
又は、基板100は、P型トランジスタ形成領域を含み得る。
【0013】
基板100は、例えば、バルクシリコン、SOI(Silicon-on-Insulator)、シリコン基板、シリコンゲルマニウム、SGOI(Silicon-Germanium-on-Insulator)、シリコンカーバイド、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み得るが、これに制限されるものではない。
本実施形態で、基板100は、シリコンを含むシリコン基板である場合を説明する。
【0014】
基板100の内部に基板100と、後述するゲート構造体200の間のアクティブ領域ACTを定義するトレンチ120Tが形成される。
一実施形態で、トレンチ120Tは、浅いトレンチ分離(Shallow Trench Isolation)構造を形成する。
絶縁膜120は、トレンチ120Tの内部を埋めるように形成される。
絶縁膜120は、シリコン酸化物、シリコン酸窒化物、又はこれらの組み合わせのような誘電体酸化物物質で形成できるが、これに制限されない。
【0015】
図2を参照すると、後述するゲート構造体200下部の基板100上に、しきい電圧調整用イオン注入層110が配置される。
しきい電圧調整用イオン注入層110は、基板100に含まれた不純物と異なる導電型の不純物を含む。
ただし、本発明の技術的思想はこれに制限されるものではない。
半導体装置1000は、基板100上にゲート構造体200を含む。
ゲート構造体200は、ゲート絶縁膜GI、ゲート絶縁膜GI上のゲート電極GE、及びスペーサ構造体210を含む。
ゲート絶縁膜GIは、シリコン酸化膜又はシリコン酸化膜より誘電常数が大きい高誘電率絶縁膜を含み得る。
【0016】
具体的に図には示していないが、ゲート電極GEは、金属ゲート電極層及び/又は半導体ゲート電極層を含み得る。
金属ゲート電極層は、チタン窒化膜、タンタル窒化膜、タングステン窒化膜のような導電性金属窒化膜を含み得る。
半導体ゲート電極層は、多結晶シリコンを含み得る。
具体的に図には示していないが、ゲート電極GE上にコンタクト電極が提供される。
コンタクト電極は、金属-半導体化合物を含む。
例えば、コンタクト電極は、チタンシリサイド又はニッケルシリサイドのような金属シリサイド物質を含む。
【0017】
図1及び図2を参照すると、ゲート構造体200は、第1方向DR1と並行して延長される第(1_1)側(200_11)、第(1_2)側(200_12)、第(1_3)側(200_13)及び第(1_4)側(200_14)を含む。
第(1_1)側(200_11)と第(1_2)側(200_12)は、第1方向DR1を基準として互いに対向するように離隔配置され、第(1_3)側(200_13)と第(1_4)側(200_14)は、第1方向DR1を基準として互いに対向するように離隔配置される。
第(1_1)側(200_11)と第(1_3)側(200_13)は、第2方向DR2を基準として互いに対向するように離隔配置され、第(1_2)側(200_12)と第(1_4)側(200_14)は、第2方向DR2を基準として互いに対向するように離隔配置される。
【0018】
また、ゲート構造体200は、第2方向DR2と並行して延長される第(2_1)側(200_21)と第(2_2)側(200_22)を含む。
第(2_1)側(200_21)と第(2_2)側(200_22)は、第1方向DR1を基準として互いに対向するように離隔配置される。
一実施形態で、ゲート構造体200の第(1_1)側(200_11)、第(1_2)側(200_12)、第(1_3)側(200_13)、第(1_4)側(200_14)、第(2_1)側(200_21)、及び第(2_2)側(200_22)は、後述するゲート電極GEのそれぞれの側壁あるいはスペーサ構造体210を含むゲート構造体200自体の側壁を意味する。
また、ゲート構造体200の第1及び第2内側壁(200_31、200_32)は、ゲート電極GEのそれぞれの内側壁あるいはスペーサ構造体210を含むゲート構造体200自体の内側壁を意味する。
【0019】
ゲート構造体200は、第(1_1)及び第(1_2)側(200_11、200_12)から第2方向DR2に沿って延長される第1内側壁(200_31)及び第1内側壁(200_31)と連結されて第1方向DR1に沿って延長される第2内側壁(200_32)を含む。
この場合、図1を参照すると、ゲート構造体200は、I字形状である。
ゲート構造体200の第1及び第2内側壁(200_31、200_32)は、ゲート構造体200の少なくとも一部領域がエッチングされて形成されたゲート構造体200の露出領域を意味する。
一実施形態で、ゲート構造体200のエッチング方法は、ゲート構造体200の少なくとも一部領域をエッチングできるものであれば特に制限されない。
【0020】
一実施形態で、ゲート構造体200の第2内側壁(200_32)は、ゲート電極GEとゲート絶縁膜GIに対応する。
スペーサ構造体210は、ゲート電極GEの側壁上に提供される。
スペーサ構造体210は、ゲート電極GEの側壁上に順次に積層された第1スペーサパターン211及び第2スペーサパターン212を含む。
例えば、第2スペーサパターン212の厚さは、第1スペーサパターン211の厚さより厚い。
ただし、本発明の技術的思想はこれに制限されるものではない。
第1スペーサパターン211は、第2スペーサパターン212とゲート電極GEの間、第2スペーサパターン212とゲート絶縁膜GIの間、第2スペーサパターン212と基板100の間に形成される。
【0021】
第1スペーサパターン211は、ゲート電極GEとゲート絶縁膜GIの側面と基板100と絶縁膜120の上面とに接触する。
第2スペーサパターン212は、第1スペーサパターン211とエッチング選択性のある物質を含む。
例えば、第2スペーサパターン212は、シリコン酸化物を含み、第1スペーサパターン211は、シリコン窒化物を含む。
ただし、本発明の技術的思想はこれに制限されるものではない。
【0022】
基板100内に複数のソース/ドレイン領域300が提供される。
複数のソース/ドレイン領域300は、半導体装置1000の種類によって第1導電型又は第1導電型と異なる第2導電型の不純物を含む。
例えば、半導体装置1000がN型トランジスタの場合は、第1導電型はN型であり、半導体装置1000がP型トランジスタの場合は、第2導電型はP型である。
【0023】
図1及び図2を参照すると、複数のソース/ドレイン領域300は、ゲート構造体200の第(1_1)側(200_11)と第(1_3)側(200_13)とそれぞれ第3方向DR3に重畳し、第2方向DR2に互いに対向するように離隔配置される第1及び第2ソース/ドレイン領域(311、312)及びゲート構造体200の第(1_2)側(200_12)と第3方向DR3に重畳し、第1方向DR1に第1及び第2ソース/ドレイン領域(311、312)の少なくとも一つと離隔配置される第3ソース/ドレイン領域321を含む。
【0024】
一実施形態で、第1及び第2ソース/ドレイン領域(311、312)は、ソース領域であり、第3ソース/ドレイン領域321は、ドレイン領域である。
第1及び第2ソース/ドレイン領域(311、312)に印加される電圧の大きさは、第3ソース/ドレイン領域321に印加される電圧の大きさと異なってもよい。
この場合、第1~第3ソース/ドレイン領域(311、312、321)は、第1、第2ソース/ドレイン領域(311、312)に印加される電圧と第3ソース/ドレイン領域321に印加される電圧とが異なる値に基づいて動作する。
例えば、半導体装置1000がN型トランジスタの場合、ソース領域である第1及び第2ソース/ドレイン領域(311、312)に印加される電圧よりもドレイン領域である第3ソース/ドレイン領域321に印加される電圧がより大きい。
又は、例えば、半導体装置1000がP型トランジスタの場合、ソース領域である第1及び第2ソース/ドレイン領域(311、312)に印加される電圧よりもドレイン領域である第3ソース/ドレイン領域321に印加される電圧がより小さい。
【0025】
なお、これとは異なり、第1及び第2ソース/ドレイン領域(311、312)は、ドレイン領域であり、第3ソース/ドレイン領域321は、ソース領域でもあり得る。
第1及び第2ソース/ドレイン領域(311、312)に印加される電圧の大きさは、第3ソース/ドレイン領域321に印加される電圧の大きさと異なり得る。
例えば、半導体装置1000がP型トランジスタの場合、ドレイン領域である第1及び第2ソース/ドレイン領域(311、312)に印加される電圧よりもソース領域である第3ソース/ドレイン領域321に印加される電圧がより大きい。
又は、例えば、半導体装置1000がN型トランジスタの場合、ドレイン領域である第1及び第2ソース/ドレイン領域(311、312)に印加される電圧よりもソース領域である第3ソース/ドレイン領域321に印加される電圧がより小さい。
【0026】
複数のソース/ドレイン領域300は、ゲート構造体200の第(1_4)側(200_14)と第3方向DR3に重畳し、第1方向DR1に第1及び第2ソース/ドレイン領域(311、312)とそれぞれ離隔配置される第4ソース/ドレイン領域322をさらに含む。
一実施形態で、第1及び第2ソース/ドレイン領域(311、312)は、ソース領域であり、第4ソース/ドレイン領域322は、ドレイン領域である。
第1及び第2ソース/ドレイン領域(311、312)に印加される電圧は、第4ソース/ドレイン領域322に印加される電圧と異なり得る。
この場合、第1、第2、第4ソース/ドレイン領域(311、312、322)は、第1、第2ソース/ドレイン領域(311、312)に印加される電圧と第4ソース/ドレイン領域322に印加される電圧とが異なる値に基づいて動作する。
【0027】
この場合、例えば、半導体装置1000がN型トランジスタの場合、ソース領域である第1及び第2ソース/ドレイン領域(311、312)に印加される電圧よりもドレイン領域である第4ソース/ドレイン領域322に印加される電圧がより大きい。
この時、第3ソース/ドレイン領域321がソース領域である場合、第3ソース/ドレイン領域321に印加される電圧よりもドレイン領域である第4ソース/ドレイン領域322に印加される電圧がより大きい。
又は、例えば、半導体装置1000がP型トランジスタの場合、ソース領域である第1及び第2ソース/ドレイン領域(311、312)に印加される電圧よりもドレイン領域である第4ソース/ドレイン領域322に印加される電圧がより小さい。
【0028】
なお、これとは異なり、第1及び第2ソース/ドレイン領域(311、312)は、ドレイン領域であり、第4ソース/ドレイン領域322は、ソース領域でもあり得る。
第1及び第2ソース/ドレイン領域(311、312)に印加される電圧は、第4ソース/ドレイン領域322に印加される電圧と異なり得る。
この場合、例えば、半導体装置1000がP型トランジスタの場合、ドレイン領域である第1及び第2ソース/ドレイン領域(311、312)に印加される電圧よりもソース領域である第4ソース/ドレイン領域322に印加される電圧がより大きい。
又は、例えば、半導体装置1000がN型トランジスタの場合、ドレイン領域である第1及び第2ソース/ドレイン領域(311、312)に印加される電圧よりもソース領域である第4ソース/ドレイン領域322に印加される電圧がより小さい。
この時、第3ソース/ドレイン領域321がドレイン領域である場合、ソース領域である第4ソース/ドレイン領域322に印加される電圧よりも第3ソース/ドレイン領域321に印加される電圧がより大きい。
【0029】
従来では、トランジスタのチャネル長さの減少によりしきい電圧の分布特性が劣化する問題が発生する可能性があった。
本発明の実施形態では、一つのトランジスタ内でソース/ドレイン領域の個数又は面積を増加させることによって電荷などキャリアが移動する経路(path)を増加させることができる。
その結果、同じ面積下でトランジスタの動作性能を改善することができる。
【0030】
図1を参照すると、第1方向DR1を基準として、第1及び第2ソース/ドレイン領域(311、312)の少なくとも一つの長さと第3ソース/ドレイン領域321の長さは実質的に同一である。
ただし、本発明の技術的思想はこれに制限されるものではなく、後述するように複数のソース/ドレイン領域300の第1方向DR1に沿った長さは互いに異なってもよい。
本明細書で使用する「同じ」又は「同一」のような用語は、必ずしも正確に同じ方向、レイアウト、位置、形状、大きさ、量又はその他測定を意味するものではないが、ほぼ同じ方向、レイアウト、位置、例えば、製造工程により発生し得る許容可能な変動内の形状、大きさ、量又はその他の測定結果を含むことを意図し得る。
本明細書で「実質的に」という用語は、文脈や特記しない限りこのような意味を強調するために使用される。
【0031】
低ドーピング領域(131、132)は、基板100内に提供される。
低ドーピング領域(131、132)は、複数のソース/ドレイン領域300より低い濃度でドープされた領域である。
低ドーピング領域(131、132)は、複数のソース/ドレイン領域300と同じ導電型の不純物を有する。
低ドーピング領域(131、132)は、複数のソース/ドレイン領域300からゲート電極GEに向かって延長される領域である。
【0032】
図1及び図3を参照すると、トレンチ120Tは、ゲート構造体200の第(1_1)側(200_11)から第2方向DR2に沿って延長される第1側面(図示せず)及び第1側面と連結されて第1方向DR1に沿って延長される第2側面(120T_2)を含む。
具体的に図には示していないが、第1側面は、ゲート構造体200の第1内側壁(200_31)と第3方向DR3に同じレベルに形成される。
第2側面(120T_2)は、ゲート構造体200の第2内側壁(200_32)と第3方向DR3に同じレベルに形成される。
トレンチ120Tは、基板100の少なくとも一部領域がエッチングされて形成された領域を意味する。
この場合、第2側面(120T_2)がゲート構造体200の第2内側壁(200_32)と第3方向DR3に同じレベルに配置されるように基板100の少なくとも一部領域がエッチングされる。
例えば、第2側面(120T_2)は、第3方向DR3に第2内側壁(200_32)と整列する。
【0033】
図3を参照すると、トレンチ120Tの第2側面(120T_2)は、第2方向DR2と垂直であるように示しているが、本発明の技術的思想はこれに制限されるものではない。
すなわち、トレンチ120Tの第2側面(120T_2)は、基板100の一面と並行した第2方向DR2に対して90度でない他の傾きを有するように形成することもできる。
例えば、トレンチ120Tは、浅いトレンチ分離(Shallow Trench Isolation)構造が逆台形の形状になるように第2側面(120T_2)を傾斜して形成することができる。
【0034】
図1及び図3を参照すると、第1及び第3ソース/ドレイン領域(311、321)の間、及び第2及び第4ソース/ドレイン領域(312、322)の間に、浅いトレンチ分離(Shallow Trench Isolation)構造が形成される。
この場合、第1方向DR1を基準に離隔した第1及び第3ソース/ドレイン領域(311、321)の間に絶縁膜120が配置される。
また、第1方向DR1を基準に離隔した第2及び第4ソース/ドレイン領域(312、322)の間に絶縁膜120が配置される。
【0035】
図4を参照すると、複数のソース/ドレイン領域300の深さは、互いに異なる。
例えば、第1ソース/ドレイン領域311の第3方向DR3に沿った深さT1は、第4ソース/ドレイン領域322の第3方向DR3に沿った深さT2より深い。
具体的に図には示していないが、この場合、第1ソース/ドレイン領域311の第3方向DR3に沿った深さT1は、第3ソース/ドレイン領域321の第3方向DR3に沿った深さより深い。
深さ(T1、T2)は、それぞれ第1ソース/ドレイン領域311及び第4ソース/ドレイン領域322の最大深さであり得る。
また、具体的に図には示していないが、第2ソース/ドレイン領域312の第3方向DR3に沿った深さは、第3及び第4ソース/ドレイン領域(321、322)の第3方向DR3に沿った深さより深い。
一実施形態では、一つのトランジスタ内でそれぞれのソース/ドレイン領域の深さを互いに異なるように形成することによって、電荷などキャリアが移動する経路(path)を増加させることができる。
その結果、同じ面積下でトランジスタの動作性能をより一層改善することができる。
【0036】
図5を参照すると、半導体装置1000は、スペーサ構造体210の側壁上に提供されるソース/ドレイン電極(411、421)を含む。
ソース/ドレイン電極(411、421)は、金属-半導体化合物を含み得る。
例えば、ソース/ドレイン電極(411、421)は、チタンシリサイド又はニッケルシリサイドのような金属シリサイド物質を含み得る。
基板100及びゲート構造体200上に層間絶縁膜141が提供される。
層間絶縁膜141は、シリコン酸化物を含み得る。
層間絶縁膜141を貫通してソース/ドレイン電極(411、421)に連結するコンタクト(412、422)が提供される。
コンタクト(412、422)の下部は、ソース/ドレイン電極(411、421)の上部内に提供される。
層間絶縁膜141上にコンタクト(412、422)とそれぞれ連結される導電パターン(413、423)が提供される。
例えば、コンタクト(412、422)及び導電パターン(413、423)は、銅、アルミニウム、タングステン、チタン、タンタルなどの金属及び/又はこれらの金属窒化物を含み得る。
【0037】
図6は、本発明の他の実施形態による半導体装置の概略構成を説明するための上面図である。
説明の便宜上、図1図5を用いて説明した内容と同一又は重複する内容は、説明を簡略にするか省略する。
【0038】
図6を参照すると、ゲート構造体200の第(1_1)側(200_11)に隣接するように第1方向DR1に延長される一つの第1ソース/ドレイン領域(311_1)と、ゲート構造体200の第(1_3)側(200_13)及び第(1_4)側(200_14)に隣接するようにそれぞれ配置され、第1方向DR1に互いに離隔した第2ソース/ドレイン領域(312_1)及び第3ソース/ドレイン領域(321_1)を含む。
図6を参照すると、ゲート構造体200は、「C」字状の形状である。
この場合、第1ソース/ドレイン領域(311_1)の第1方向DR1に沿った長さ(D_1)は、第2ソース/ドレイン領域(312_1)及び第3ソース/ドレイン領域(321_1)の第1方向DR1に沿った長さ(d_1)より長い。
【0039】
図6を参照すると、第2ソース/ドレイン領域(312_1)の長さ(d_1)は、第1方向DR1に沿った第3ソース/ドレイン領域(321_1)の長さと同一である。
第1ソース/ドレイン領域(311_1)及び第2ソース/ドレイン領域(312_1)は、ソース領域であり、第3ソース/ドレイン領域(321_1)は、ドレイン領域である。
なお、本発明の技術的思想はこれに制限されず、第1ソース/ドレイン領域(311_1)がドレイン領域であり得、第2及び第3ソース/ドレイン領域(312_1、321_1)がソース領域でもあり得る。
【0040】
具体的に図には示していないが、この場合、第1ソース/ドレイン領域(311_1)の第3方向DR3に沿った深さは、第2ソース/ドレイン領域(312_1)及び第3ソース/ドレイン領域(321_1)の第3方向DR3に沿った深さより深い。
なお、本発明の技術的思想はこれに制限されず、第1ソース/ドレイン領域(311_1)がドレイン領域であり、第3ソース/ドレイン領域(321_1)がソース領域である場合、第3ソース/ドレイン領域(321_1)の第3方向DR3に沿った深さは、第1ソース/ドレイン領域(311_1)の第3方向DR3に沿った深さより深い。
【0041】
図7は、本発明の他の実施形態による半導体装置の概略構成を説明するための上面図である。
説明の便宜上、図1図5を用いて説明した内容と同一又は重複する内容については説明を簡略にするか省略する。
【0042】
図7を参照すると、複数のソース/ドレイン領域300の第1方向DR1に沿った長さが、互いに異なる。
具体的には、ゲート構造体200の第(1_1)側(200_11)に隣接するように配置された第1ソース/ドレイン領域(311_2)の第1方向DR1に沿った長さ(d_2)は、ゲート構造体200の第(1_2)側(200_12)に隣接するように配置された第3ソース/ドレイン領域(321_2)の第1方向DR1に沿った長さ(D_2)より短い。
また、ゲート構造体200の第(1_3)側(200_13)に隣接するように配置された第2ソース/ドレイン領域(312_2)の第1方向DR1に沿った長さは、ゲート構造体200の第(1_4)側(200_14)に隣接するように配置された第4ソース/ドレイン領域(322_2)の第1方向DR1に沿った長さより短い。
【0043】
一実施形態で、第1方向DR1に沿った第1ソース/ドレイン領域(311_2)の長さ(d_2)は、第1方向DR1に沿った第2ソース/ドレイン領域(312_2)の長さと同一である。
第1方向DR1に沿った第3ソース/ドレイン領域(321_2)の長さ(D_2)は、第1方向DR1に沿った第4ソース/ドレイン領域(322_2)の長さと同一である。
この場合、第1ソース/ドレイン領域(311_2)及び第2ソース/ドレイン領域(312_2)は、ソース領域であり、第3ソース/ドレイン領域(321_2)及び第4ソース/ドレイン領域(322_2)は、ドレイン領域である。
【0044】
図8は、本発明の他の実施形態による半導体装置の概略構成を説明するための上面図である。
説明の便宜上、図1図5を用いて説明した内容と同一又は重複する内容については説明を簡略にするか省略する。
【0045】
図8を参照すると、複数のソース/ドレイン領域300の第1方向DR1に沿った長さが互いに異なる。
具体的には、ゲート構造体200の第(1_1)側(200_11)に隣接するように配置された第1ソース/ドレイン領域(311_3)の第1方向DR1に沿った長さ(D_3)は、ゲート構造体200の第(1_2)側(200_12)に隣接するように配置された第3ソース/ドレイン領域(321_3)の第1方向DR1に沿った長さ(d_3)より長い。
また、ゲート構造体200の第(1_3)側(200_13)に隣接するように配置された第2ソース/ドレイン領域(312_3)の第1方向DR1に沿った長さは、ゲート構造体200の第(1_4)側(200_14)に隣接するように配置された第4ソース/ドレイン領域(322_3)の第1方向DR1に沿った長さより長い。
【0046】
一実施形態で、第1方向DR1に沿った第1ソース/ドレイン領域(311_3)の長さ(D_3)は、第1方向DR1に沿った第2ソース/ドレイン領域(312_3)の長さと同一である。
第1方向DR1に沿った第3ソース/ドレイン領域(321_3)の長さ(d_3)は、第1方向DR1に沿った第4ソース/ドレイン領域(322_3)の長さと同一である。
この場合、第1ソース/ドレイン領域(311_3)及び第2ソース/ドレイン領域(312_3)は、ソース領域であり、第3ソース/ドレイン領域(321_3)及び第4ソース/ドレイン領域(322_3)は、ドレイン領域である。
【0047】
図9は、本発明の他の実施形態による半導体装置の概略構成を説明するための上面図である。
説明の便宜上、図1図5を用いて説明した内容と同一又は重複する内容については説明を簡略にするか省略する。
【0048】
図9を参照すると、ゲート構造体200の第(1_1)側(200_11)に隣接するように配置された第1ソース/ドレイン領域(311_4)と、ゲート構造体200の第(1_3)側(200_13)に隣接するように配置された第2ソース/ドレイン領域(312_4)と、ゲート構造体200の第(1_2)側(200_12)に隣接するように配置された第3ソース/ドレイン領域(321_4)は、ソース領域である。
また、ゲート構造体200の第(1_4)側(200_14)に隣接するように配置された第4ソース/ドレイン領域(322_4)は、ドレイン領域である。
すなわち、3個のソース/ドレイン領域がソース領域であり、一つのソース/ドレイン領域がドレイン領域である。
なお、複数のソース領域の位置は、前述したゲート構造体の特定側壁に制限されず、多様に形成することができる。
一方、本発明の技術的思想はこれに制限されず、3個のソース/ドレイン領域がドレイン領域であり得、一つのソース/ドレイン領域がソース領域でもあり得る。
【0049】
具体的に図には示していないが、この場合、第1ソース/ドレイン領域(311_4)、第2ソース/ドレイン領域(312_4)、及び第3ソース/ドレイン領域(321_4)の第3方向DR3に沿った深さは、第4ソース/ドレイン領域(322_4)の第3方向DR3に沿った深さより深い。
なお、本発明の技術的思想はこれに制限されず、第1~第3ソース/ドレイン領域(311_4、312_4、321_4)がドレイン領域であり、第4ソース/ドレイン領域(322_4)がソース領域である場合、第1ソース/ドレイン領域(311_4)、第2ソース/ドレイン領域(312_4)、及び第3ソース/ドレイン領域(321_4)の第3方向DR3に沿った深さは、第4ソース/ドレイン領域(322_4)の第3方向DR3に沿った深さより浅い。
【0050】
図10は、本発明の他の実施形態による半導体装置の概略構成を説明するための上面図である。
説明の便宜上、図1図5を用いて説明した内容と同一又は重複する内容については説明を簡略にするか省略する。
【0051】
図10を参照すると、ゲート構造体200の第(1_1)側(200_11)に隣接するように配置された第1ソース/ドレイン領域(311_5)と、ゲート構造体200の第(1_3)側(200_13)に隣接するように配置された第2ソース/ドレイン領域(312_5)は、ソース領域であり、ゲート構造体200の第(2_2)側(200_22)に隣接するように配置された第3ソース/ドレイン領域(321_5)は、ドレイン領域である。
この場合、第3ソース/ドレイン領域(321_5)は、第(2_2)側(200_22)と第3方向DR3に重畳する。
すなわち、2個のソース/ドレイン領域がソース領域であり、一つのソース/ドレイン領域がドレイン領域である。
また、2個のソース/ドレイン領域の間にドレイン領域が配置される。
この場合、ゲート構造体200は、「T」字状の形状である。
なお、複数のソース領域の位置は、前述したゲート構造体の特定側壁に制限されず、多様に形成することができる。
【0052】
一方、本発明の技術的思想はこれに制限されず、2個のソース/ドレイン領域がドレイン領域であり得、一つのソース/ドレイン領域がソース領域でもあり得る。
具体的に図には示していないが、この場合、第1ソース/ドレイン領域(311_5)及び第2ソース/ドレイン領域(312_5)の第3方向DR3に沿った深さは、第3ソース/ドレイン領域(321_5)の第3方向DR3に沿った深さより深い。
なお、本発明の技術的思想はこれに制限されず、第1及び第2ソース/ドレイン領域(311_5、312_5)がドレイン領域であり、第3ソース/ドレイン領域(321_5)がソース領域である場合、第1ソース/ドレイン領域(311_5)及び第2ソース/ドレイン領域(312_5)の第3方向DR3に沿った深さは、第3ソース/ドレイン領域(321_5)の第3方向DR3に沿った深さより浅い。
【0053】
図11は、本発明の他の実施形態による半導体装置の概略構成を説明するための上面図である。
説明の便宜上、図1図5を用いて説明した内容と同一又は重複する内容については説明を簡略にするか省略する。
【0054】
図11を参照すると、ゲート構造体200の内側壁(200_3)は、丸い(round)曲線形状である。
この場合、ゲート構造体200の少なくとも一部領域がエッチングされて形成されたゲート構造体200の露出領域がラウンド形状である。
ゲート構造体200の内側壁(200_3)は、ゲート構造体200の第(1_1)側(200_11)に隣接するように配置された第1ソース/ドレイン領域(311_7)とゲート構造体200の第(1_2)側(200_12)に隣接するように配置された第3ソース/ドレイン領域(321_7)の間に位置する。
また、ゲート構造体200の内側壁(200_3)は、ゲート構造体200の第(1_3)側(200_13)に隣接するように配置された第2ソース/ドレイン領域(312_7)とゲート構造体200の第(1_4)側(200_14)に隣接するように配置された第4ソース/ドレイン領域(322_7)の間に位置する。
具体的に図には示していないが、トレンチ120Tの側面もラウンド形状であり得る。
【0055】
図12は、本発明の他の実施形態による半導体装置の概略構成を説明するための上面図であり、図13は、図12のC-C線に沿って切断した断面図である。
説明の便宜上、図1図5を用いて説明した内容と同一又は重複する内容については説明を簡略にするか省略する。
【0056】
図12を参照すると、複数のソース/ドレイン領域300の第1方向DR1に沿った長さが互いに異なる。
図12及び図13を参照すると、半導体装置は、ゲート構造体200の第(1_1)側(200_11)に隣接するように配置される第1ソース/ドレイン領域(311_8)とゲート構造体200の第(1_3)側(200_13)に隣接するように配置される第2ソース/ドレイン領域(312_8)を含む。
また、半導体装置は、ゲート構造体200の第(1_2)側(200_12)に隣接するように配置された第3ソース/ドレイン領域(321_8)及びゲート構造体200の第(1_4)側(200_14)に隣接するように配置された第4ソース/ドレイン領域(322_8)を含む。
【0057】
図12及び図13を参照すると、トレンチ120Tの第2側面(120T_2)が図1に示すゲート構造体200の第2内側壁(200_32)と第3方向DR3に異なるレベルに配置されるように基板100の少なくとも一部領域がエッチングされる。
例えば、トレンチ120Tの第2側面(120T_2)は、ゲート構造体200の第2内側壁(200_32)と第3方向D3に整列しない。
これにより、第2側面(120T_2)は、第2方向DR2を基準としてゲート構造体200の第(1_1)~(1_4)側(200_11、200_12、200_13、200_14)よりゲート構造体200の中心部に隣接するように配置される。
【0058】
図14は、本発明の他の実施形態による半導体装置を概略的に説明するためのレイアウト図である。
説明の便宜上、図1図5を用いて説明した内容と同一又は重複する内容については説明を簡略にするか省略する。
【0059】
図14の半導体装置は、ゲート構造体200の第(1_1)側(200_11)に隣接するように配置される第1ソース/ドレイン領域(311_9)及びゲート構造体200の第(1_3)側(200_13)に隣接するように配置される第2ソース/ドレイン領域(312_9)を含む。
また、半導体装置は、ゲート構造体200の第(1_2)側(200_12)に隣接するように配置された第3ソース/ドレイン領域(321_9)及びゲート構造体200の第(1_4)側(200_14)に隣接するように配置された第4ソース/ドレイン領域(322_9)を含む。
【0060】
図14を参照すると、複数のソース/ドレイン領域300の第1方向DR1に沿った長さが互いに異なる。
図14を参照すると、トレンチ120Tの側面が図1に示すゲート構造体200の第2内側壁(200_32)と第3方向DR3に異なるレベルに配置されるように基板100の少なくとも一部領域がエッチングされる。
例えば、トレンチ120Tの側面は、ゲート電極GE及びゲート絶縁膜GIの一部の下に配置される。
この場合、トレンチ120Tの側面は、丸い曲線形状であり得る。
【0061】
図15は、本発明の一実施形態によるソースフォロワトランジスタの構造を概略的に示す断面図であり、図16は、本発明の一実施形態によるイメージセンサの概略構成を示すブロック図であり、図17は、本発明の一実施形態によるピクセルの構造を概略的に示す回路図である。
説明の便宜上、図1図14を用いて説明した内容と同一又は重複する内容については説明を簡略にするか省略する。
【0062】
図15を参照すると、半導体装置1000は、ソースフォロワトランジスタ1000であり、基板100、ゲート構造体200、及び複数のソース/ドレイン領域300を含む。
以下、図1図14を用いて説明した半導体装置1000に関連する内容をソースフォロワトランジスタ1000に同様に適用する。
なお、本発明の実施形態による半導体装置1000は、ソースフォロワトランジスタ1000に制限されず、多様な種類のトランジスタに適用することができる。
【0063】
ソース領域311及びドレイン領域322は、第1導電型又は第2導電型の不純物を含む。
一実施形態において、第1ソース/ドレイン領域311は、ソース領域であり、第2ソース/ドレイン領域322は、ドレイン領域である。
ゲート構造体200は、導電性の物質を含み、ゲート絶縁膜GIは、ゲート構造体200を絶縁させるために絶縁物質を含む。
ソースフォロワトランジスタ1000のゲート構造体200に印加される電圧に応じて、ソース領域311からドレイン領域322に電荷などキャリアが移動する通路であるチャネルが形成される。
一実施形態によれば、チャネルは、基板100内でゲート絶縁膜GIから所定距離離隔した部分で形成される。
【0064】
図1及び図15を参照すると、複数のソース/ドレイン領域300は、ゲート構造体200の第(1_1)及び(第1_3)側(200_11、200_13)とそれぞれ第3方向DR3に重畳し、第2方向DR2に互いに離隔配置される第1及び第2ソース/ドレイン領域(311、312)及びゲート構造体200の第(1_2)及び第(1_4)側(200_12、200_14)の少なくとも一つと第3方向DR3に重畳し、第1方向DR1に第1及び第2ソース/ドレイン領域(311、312)の少なくとも一つと離隔配置される第3ソース/ドレイン領域(321又は322)を含む。
この場合、第1及び第2ソース/ドレイン領域(311、312)に印加される電圧と第3ソース/ドレイン領域(321又は322)に印加される電圧は、互いに異なる。
この場合、第1~第3ソース/ドレイン領域(311、312、321)は、第1及び第2ソース/ドレイン領域(311、312)に印加される電圧と第3ソース/ドレイン領域(321又は322)に印加される電圧とが異なる値に基づいて動作する。
【0065】
図16に示すように、モジュールレンズ3000は、光を屈折させてイメージセンサ2000に入射させる。
イメージセンサ2000は、入射した光によるデータDATAを出力し、出力されたデータは、イメージプロセッサなどによってイメージデータに加工される。
図16を参照すると、イメージセンサ2000は、ピクセルアレイ2100、ロウドライバ2220、リード回路2240、コントローラ2260、及び電圧供給回路2280を含む。
ピクセルアレイ2100は、複数のピクセル1000Aを含む。
【0066】
ピクセル1000Aは、光感知素子を含み、光感知素子は、吸収した光の強さに応じた電気的信号を発生させる。
ピクセル1000Aは、ロウドライバ2220が出力するロウ信号(R_SIG)により制御される。
例えば、ピクセル1000Aは、少なくとも一つのトランジスタを含み、トランジスタのゲートは、ロウ信号(R_SIG)に接続される。
また、ピクセル1000Aは、光感知素子が発生させた電気的信号を増幅させるトランジスタを含み、例えば、図15に示すソースフォロワトランジスタ1000を含む。
ピクセルアレイ2100の一行に含まれたピクセル1000Aは、同じロウ信号(R_SIG)により制御される。
ピクセル1000Aは、光感知素子が発生させた電気的信号に応じた信号を出力する。
例えば、ピクセルアレイ2100の一列に含まれたピクセル1000Aは、同じ信号ラインを介して出力電圧(V_OUT)をピクセルアレイ2100の外部に出力する。
【0067】
ロウドライバ2220は、コントローラ2260により制御され、ロウ信号(R_SIG)を出力してピクセルアレイ2100に含まれたそれぞれのピクセル1000Aを制御する。
例えば、ロウドライバ2220は、ピクセル1000Aの光感知素子が光を吸収して発生させた電気的信号が伝達されるノードをリセットさせるか、発生した電気的信号をピクセルの外部に移動させることをロウ信号(R_SIG)により制御する。
リード回路2240は、ピクセルアレイ2100から出力電圧(V_OUT)を受信し、出力電圧(V_OUT)に応じたデータDATAを出力する。
例えば、リード回路2240は、ADC(Analog to Digital Converter)を含み、ADCは、アナログ信号である出力電圧(V_OUT)の入力を受けてデジタル信号であるデータDATAを出力する。
【0068】
コントローラ2260は、少なくとも一つの制御信号を出力し、制御信号によりロウドライバ2220及びリード回路2240を制御する。
電圧供給回路2280は、ピクセルアレイ2100に電圧を供給する。
例えば、図16に示すように、電圧供給回路2280は、第1及び第2電圧(V_1、V_2)を生成してピクセルアレイ2100に供給する。
ピクセルアレイ2100のピクセル1000Aが含むトランジスタに第1及び第2電圧(V_1、V_2)が印加される。
【0069】
図17を参照すると、ピクセル1000Aは、ロウ信号(R_SIG)により制御され、出力電圧(V_OUT)を出力する。
図17に示すように、ピクセル1000Aは、伝達トランジスタ120A、ソースフォロワトランジスタ1000、選択トランジスタ140A、及びリセットトランジスタ150Aを含む。
また、ピクセル1000Aがロウドライバ2220から受信するロウ信号(R_SIG)は、リセット信号Rx、伝達信号Tx、及び選択信号Sxを含む。
ピクセル1000Aに含まれたトランジスタは、MOSトランジスタであり得る。
【0070】
ピクセル1000Aは、光を吸収して電気的信号を発生させる光感知素子110Aを含み、例えば、光感知素子110Aは、フォトダイオード(photodiode)、フォトゲート(photogate)、又はフォトトランジスタ(phototransistor)などになる。
以下では、光感知素子110Aが、図17に示すようにフォトダイオードである場合を説明するが、本発明はこれに制限されるものではない。
【0071】
伝達トランジスタ120Aは、伝達信号Txに応じて、光感知素子110Aが蓄積した電荷をフローティングディフュージョン領域FDに通過又は遮断させる。
例えば、光感知素子110Aが光を吸収して電荷を蓄積する間、伝達トランジスタ120Aのゲートには、伝達トランジスタ120Aをターン-オフさせる電圧の伝達信号Txが印加される。
また、光感知素子110Aが一定時間の間、電荷を蓄積すると、伝達トランジスタ120Aのゲートには、伝達トランジスタ120Aをターン-オンさせる電圧の伝達信号Txが印加される。
【0072】
ソースフォロワトランジスタ1000は、フローティングディフュージョン領域FDの電圧を増幅させ、選択トランジスタ140Aは、選択信号Sxに応じて、増幅された電圧を選択的に出力する。
リセットトランジスタ150Aは、リセット信号Rxに応じてフローティングディフュージョン領域FD及び第2電圧(V_2)を互いに接続又は遮断させることによって、フローティングディフュージョン領域FDの電圧を第2電圧(V_2)に近接するリセット電圧に設定する。
このように、光感知素子110Aが光を吸収して変換させた電気的信号を増幅する構成要素を含むピクセル1000Aを、APS(Active Pixel Sensor)という。
【0073】
図17に示すように、ソースフォロワトランジスタ1000のゲート構造体にフローティングディフュージョン領域FDの電圧が印加され、ドレイン領域に第1電圧(V_1)が印加される。
そのため、ソースフォロワトランジスタ1000は、フローティングディフュージョン領域FDの電圧に応じた電圧を、ドレイン領域を介して出力する。
【0074】
図16及び図17を参照すると、第1及び第2電圧(V_1、V_2)は、イメージセンサ2000の電圧供給回路2280により生成される。
第2電圧(V_2)は、リセットトランジスタ150Aを介してフローティングディフュージョン領域FDをリセットさせるためのものであって、フローティングディフュージョン領域FDのリセットは、伝達トランジスタ120Aがターン-オフされた状態で行われるので、リセット前のフローティングディフュージョン領域FDに閉じ込められていた電荷の移動による電流が流れる。
【0075】
図17に示すように、ピクセル1000Aに含まれたソースフォロワトランジスタ1000のゲート、ソース、及びドレイン領域の電圧を、それぞれ(V_G)、)V_S)、及び(V_D)という。
(V_G)、(V_S)、及び(V_D)は、接地電圧を基準としてソースフォロワトランジスタ1000のゲート、ソース、及びドレイン領域の電圧をそれぞれ示す。
【0076】
尚、本発明は、上述の実施形態に限られるものではない。本発明の技術的範囲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】
【0077】
100 基板
110 しきい電圧調整用イオン注入層
120T トレンチ
120 絶縁膜
131、132 低ドーピング領域
141 層間絶縁膜
200 ゲート構造体
210 スペーサ構造体
211、212 (第1、第2)スペーサパターン
300 ソース/ドレイン領域
311、312、321、322 (第1~第4)ソース/ドレイン領域
311_1~311_9 第1ソース/ドレイン領域
312_1~312_5、312_7~312_9 第2ソース/ドレイン領域
321_1~321_5、321_7~321_9 第3ソース/ドレイン領域
322_2~322_4、322_7~322_9 第4ソース/ドレイン領域
411、421 ソース/ドレイン電極
412、422 コンタクト
413、423 導電パターン
1000 半導体装置
ACT アクティブ領域
GI ゲート絶縁膜
GE ゲート電極
図1
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